Neutrinos, die durch ein Schwarzes Loch fliegen

Ich habe das gelesen:

https://en.wikipedia.org/wiki/Neutrino

Die schwache Kraft hat eine sehr kurze Reichweite, die Schwerkraft ist auf subatomarer Ebene extrem schwach, und Neutrinos nehmen als Leptonen nicht an der starken Wechselwirkung teil. Daher passieren Neutrinos normalerweise ungehindert und unentdeckt normale Materie.

Jetzt wissen wir, dass aus Schwarzen Löchern nicht einmal Licht entweichen kann.

Und Neutrinos sollten Ruhemasse haben. Aber Neutrinos werden auf subatomarer Ebene nicht von der Schwerkraft beeinflusst, da die Schwerkraft auf dieser Skala sehr schwach ist und Neutrinos sehr schwach interagieren.

Der einzige Grund, warum selbst Licht einem Schwarzen Loch nicht entkommen kann, ist die Schwerkraft (Stressenergie), die die Raumzeit krümmt. Aber da Neutrinos auf subatomarer Ebene davon nicht betroffen sind, sollten Neutrinos ein Schwarzes Loch passieren.

Frage:

  1. Gehen Neutrinos durch Schwarze Löcher wie durch normale Materie? Gab es irgendein Experiment, um zu messen, ob wir Neutrinos nachweisen können, die durch Schwarze Löcher gegangen sind?
Wie können Neutrinos nicht von der Raumzeit "beeinflusst" werden, wenn die Raumzeit dort ist, wo sie existieren und wann sie existieren?
Die Schwerkraft ist im Vergleich zum Elektromagnetismus auf subatomarer Ebene schwach . Es ist immer noch genauso stark für Neutrinos wie für alles andere.
Das ist ein bisschen so, als würde man fragen, ob eine Kugel, die direkt in ein bodenloses Loch zielt, jemals auf der anderen Seite herauskommt. Es gibt keine andere Seite.
Die Wikipedia-Aussage ist eine Vereinfachung, die für "normale" Situationen gilt, dh solche, die auf der Erde zu finden sind. Die Schwerkraft ist an den meisten Orten im Universum schwach, aber nicht in einem Schwarzen Loch, unabhängig davon, ob Sie eine subatomare Skala betrachten oder nicht. Schwarze Löcher interagieren also stark mit Neutrinos.

Antworten (4)

Nein, Sie verstehen die Wikipedia-Aussage falsch. Wikipedia sagt nur "Schwerkraft ist extrem schwach" auf subatomarer Ebene. Es heißt nicht "Neutrinos werden nicht von der Schwerkraft beeinflusst".

Sie können ein Schwarzes Loch nicht passieren, so wie Licht kein Schwarzes Loch passieren kann. Photonen sind sogar noch leichter (keine Masse ist so leicht wie möglich!) als Neutrinos, und Photonen befinden sich sicherlich auf „subatomarer Ebene“ (sie sind fundamentale Teilchen!). Wenn also Photonen Schwarzen Löchern nicht entkommen können, können Neutrinos dies auch nicht. (Tatsächlich kann nichts - deshalb sind sie Schwarze Löcher.)

Genauer gesagt: Schwarze Löcher können Quantentunneln nicht verhindern, also lassen selbst die größten Löcher Teilchen und Licht entweichen. Es ist extrem selten, aber immer noch möglich. Siehe auch Hawking-Strahlung.
Die doppelte Bedeutung von "Licht" in Bezug auf Photonen hat mich für ein paar Sekunden wirklich verwirrt ...
@bendl Photonen sind Licht, das weiß jeder ;)

Neutrinos werden im subatomaren Maßstab nicht von der Schwerkraft beeinflusst

Woher kommt Ihnen diese Idee? Es ist kein Teil der Mainstream-Physik.

Eine der Hauptideen hinter der Allgemeinen Relativitätstheorie ist, dass die Schwerkraft nicht nur eine andere Kraft ist, die in der Arena der Physik gegen sie antritt; es ist die Arena. Das heißt, Schwerkraft ist wirklich nur die Geometrie der Raumzeit, und alles (einschließlich eines Neutrinofelds) in der Raumzeit erfährt diese Geometrie.

Also nein, die Standardphysik sagt nicht voraus, dass Neutrinos einem Schwarzen Loch entkommen können. Stattdessen sagt die Standardphysik voraus, dass alles , was in den Horizont eines Schwarzen Lochs eintritt, den Horizont nicht verlassen kann, einschließlich Neutrinos. Niemand hat ein Experiment durchgeführt, das diese Theorie überprüfen kann, weil wir keine sehr guten Neutrino-Teleskope oder einen sehr guten Zugang zu Schwarzen Löchern haben. Und es ist möglich, dass die Standardphysik falsch ist. Aber das ist alles, was wir jetzt sagen können.


BEARBEITEN: In den Kommentaren unten weist das OP auf die zugrunde liegende Verwirrung hin, die zu dieser Frage geführt hat, nämlich der Rolle von Gravitonen in der Physik von Schwarzen Löchern. Zunächst einmal sind Gravitonen (wie @probably_someone betont) nicht wirklich ein Teil der Mainstream-Physik. Insbesondere wissen wir nicht, wie wir mit der Quantenfeldtheorie eine vollständige funktionierende Gravitationstheorie formulieren können. Wir können die linearisierte Schwerkraft quantifizieren , was der Hauptgrund dafür ist, dass sich jeder wirklich die Mühe macht, über Gravitonen zu sprechen, aber das erstreckt sich nicht auf nichtlineare Gravitationssysteme. Und das ist der entscheidende Punkt: Schwarze Löcher sind sehr nichtlinear (es sei denn, Sie sind sehr weit entfernt).

Eine Folge davon ist, dass Sie ein Schwarzes Loch nicht als Teilchen modellieren können, das über den Austausch von Gravitonen mit anderen Teilchen interagiert. So funktioniert unsere aktuelle Theorie der Physik einfach nicht. Es gibt hier eine verwandte Frage mit einer sehr schönen Antwort , bei der Jerry Schirmer darauf hinweist, dass das Graviton eine Erregung des Gravitationsfeldes ist und nicht das Feld selbst – aber es ist das Feld, das ein Schwarzes Loch macht, nicht seine Erregungen. Vielleicht möchten Sie sich auf die Quantenfeldtheorie in der gekrümmten Raumzeit berufen , aber selbst dann nehmen Sie im Grunde eine Hintergrundkrümmung der Raumzeit an. Und es ist diese Hintergrundkrümmung, die die Bewegung des Neutrinos beeinflusst und es innerhalb des Horizonts einfängt.

danke schön. Wo ich verwirrt bin, ist, ob Gravitonen die Raumzeit krümmen, oder wenn nicht, was tun Gravitonen dann? Wenn die Schwerkraft nur die Krümmung der Raumzeit ist und nicht wie eine EM-Wechselwirkung, bei der Photonen vermitteln, warum brauchen wir dann irgendetwas zum Vermitteln? Oder vermitteln Gravitonen die Biegung?
@ÁrpádSzendrei Gravitons sind auch noch nicht wirklich Teil der Mainstream-Physik.
@Arpad Sie können die gleiche Frage zu Gravitationswellen stellen. Sie sind heutzutage Mainstream.
@ÁrpádSzendrei Ich habe meine Antwort aktualisiert, um hier einige Details einzugeben. Das Ergebnis ist, dass Sie sich nicht auf die Idee von Gravitonen verlassen sollten, insbesondere wenn es sich um Schwarze Löcher handelt.
@ Mike, danke. Ich verstehe, dass Gravitonen nur hypothetisch sind, aber ich würde gerne wissen, ob Gravitonen in der Theorie die Krümmung der Raumzeit vermitteln oder etwas anderes?
Es ist nicht nur so, dass sie hypothetisch sind. Selbst in unserer aktuellen Theorie können sie schwarze Löcher nicht erklären. Nochmals, ich möchte den Punkt betonen, dass es Erregungen des Feldes sind, aber das Feld ist mehr als nur Erregungen. Wir können also erwarten, dass Gravitonen Wechselwirkungen mit dem Feld vermitteln und somit eine gewisse Wirkung auf die Krümmung der Raumzeit haben, aber die Krümmung der Raumzeit würde nicht allein durch diese Anregungen erklärt werden.
Die Existenz von Gravitonen würde dann bedeuten, dass Einsteins Äquivalenzprinzip falsch war, weil Sie dann in der Lage wären, den Unterschied zwischen einem Objekt, das von Gravitonen geschoben wird, und einem Objekt, das ein „wahrer“ Trägheitsrahmen ist, zu erkennen.
@ChrisBecke Erstens wissen wir, dass GR selbst in dem Sinne "falsch" ist, dass es einige Änderungen geben muss, damit es mit QM übereinstimmt, und daher sollte es nicht überraschen, dass sich möglicherweise auch das Äquivalenzprinzip ändern muss. Zweitens hängt es wirklich davon ab, wie Sie das Äquivalenzprinzip formulieren. Wenn Sie es als die übliche populärwissenschaftliche Version von jemandem in einem geschlossenen Aufzug betrachten, der "unfähig" ist, zwischen Graviton-induzierter und Photonen-induzierter Beschleunigung zu unterscheiden, dann sicher - es wird wahrscheinlich falsch sein. Wenn Sie es als Gleichheit von Gravitationsmasse und Trägheitsmasse betrachten, gibt es keinen inhärenten Konflikt.
Ich genieße wirklich die Vorlesungsvideos von Leonard Susskind, die auf YouTube gepostet wurden. Meine Erkenntnis daraus, wahrscheinlich in vielerlei Hinsicht grotesk falsch, ist, dass es eine Beziehung zwischen Quantenverschränkung und gekrümmter Raumzeit gibt, indem die Verschränkung des Raums sie buchstäblich zusammenfügt und wie viel davon vorhanden ist. Was bedeutet, dass die gekrümmte Raumzeit von GR über QM eine wörtliche Beschreibung des Raums sein könnte, durch den sich Partikel bewegen müssen, und kein mathematischer Trick, der nur ein statistisches Ergebnis einer Art Kraft-Partikel-Wechselwirkung beschreibt.
Was mir tatsächlich als eine sehr elegante Art erscheint, Gravitations- und Trägheitsmasse möglicherweise buchstäblich dasselbe zu machen. Oder erklären Sie zumindest, warum sie normalerweise so ähnlich im Wert sind, und geben Sie uns einen Mechanismus, um sie zu lösen.

Das Schwarze Loch wird die Neutrinos zum Mittagessen verschlingen und denken "Mmm, was für ein leckerer kleiner Snack!" :)

Ernsthaft. Neutrinos sind nur winzige Teile massiver Materie und werden daher vom Loch auf die gleiche Weise verbraucht wie jede andere Materie. Die Nicht-Interaktivität von Neutrinos besteht darin, dass sie nicht mit der elektromagnetischen und starken Kraft interagieren, was den größten Teil der Wechselwirkung mit gewöhnlicher Materie beseitigt, da diese beiden Kräfte sehr stark sind und somit den Großteil dessen ausmachen, was gewöhnliche Materie hochgradig interaktiv macht die anderen beiden Kräfte, mit denen Neutrinos interagieren, also die schwache Kraft und die Gravitation, sind viel schwächer . Somit sind die ersten beiden Kräfte für den überwiegenden Teil der Interaktivität gewöhnlicher Materie verantwortlich, und Teilchen, die sie ignorieren, haben eine stark reduzierte Interaktivität. Aber unter extremen Bedingungen können diese "schwachen" Wechselwirkungen auftretenviel stärker werden , und das Schwarze Loch ist ein Beispiel für einen extremen Zustand.

Wenn die Schwerkraft auf subatomarer Ebene schwach ist, bedeutet dies, dass auf subatomarer Ebene der Gravitationseffekt zwischen zwei Teilchen im Vergleich zu anderen Effekten schwach ist. Wenn es um die Schwerkraft geht, sind Schwarze Löcher so ziemlich das Gegenteil von „subatomarer Größe“ und „schwach“. Ein System mit einem Schwarzen Loch und einem Neutrino ist also nicht mehr im subatomaren Maßstab.

Es ist auch wahr, dass "normale" Gravitationen, wie die auf der Erde, effektiv schwach sind, weil A) subatomare Teilchen viel näher beieinander liegen. Deshalb werden Elektronenorbitale in stationären Kristallen auf der Erde nicht merklich durch die Schwerkraft der Erde verzerrt; und B) Viele bewegen sich so viel schneller als Materie, an die wir gewöhnt sind. Neutrinos werden beim "Gravitationslinseneffekt" kaum von der Schwerkraft beeinflusst und umkreisen nicht die Erde oder ähnliches, weil ihre Geschwindigkeiten zu hoch sind. Schwarze Löcher haben gerade genug Schwerkraft, dass die "Gravitationslinsen" tatsächlich Umlaufbahnen verursachen oder Dinge daran hindern können, zu entkommen.