Sind Schwarze Löcher wirklich Singularitäten?

Was ist eine Singularität?

Eine Singularität ist ein Punkt im Universum, an dem Materie unendlich dicht ist. Die Singularität befindet sich im Zentrum des Schwarzen Lochs und versteckt sich oft hinter einem Ereignishorizont. Im Grunde genommen ist eine Singularität also ein Punkt im Raum, an dem viel Materie auf sehr kleinem Raum zusammengequetscht ist. Wenn Sie eine Singularität haben, geht Materie nicht ins Unendliche. Dichte ist das, was ins Unendliche geht. Dichte und Materie sind verschiedene Dinge.

Bei einer Supernova-Explosion wird oft eine Singularität erzeugt. Eine Supernova entsteht, wenn sich im Zentrum eines Sterns (am Ende seines Lebens) so viel Materie befindet, dass der Stern seine eigene Gravitationskraft nicht mehr tragen kann, in sich zusammenfällt und explodiert.

Die zweite Art, wie eine Supernova passieren kann, ist in einem Doppelsternsystem – wo, wenn es einen Weißen Zwerg gibt, er Materie von dem anderen Stern stiehlt und schließlich so viel Materie ansammelt, dass er explodiert.

Eine Singularität wird von den großen Sternen verursacht, nicht von den kleinen. Kleine Sterne, die in einer Supernova explodieren, erzeugen sogenannte Neutronensterne.

Was ist also ein Schwarzes Loch?

Ein Schwarzes Loch ist ein Bereich im Weltraum mit einem Gravitationsfeld, das so stark ist, dass nicht einmal Licht entweichen kann. Schwarze Löcher haben nicht die Farbe Schwarz, sie haben keine Farbe, weil wir kein Licht sehen können, das von ihnen zurückkommt. Also nein, Licht wird nicht absorbiert. Schwarze Löcher können sich schließlich aufgrund eines Mechanismus namens Hawking-Strahlung auflösen

Es gibt mehrere Arten von Schwarzen Löchern, darunter:

• Supermassereiche Schwarze Löcher (häufig im Zentrum von Galaxien zu finden)

• Stellare Schwarze Löcher

• Ursprüngliche Schwarze Löcher

• Rotierendes (Kerr) Schwarzes Loch

Schließlich gibt es 3 Hauptbereiche innerhalb eines Schwarzen Lochs.

Dieses Diagramm kann uns viele Dinge zeigen, zum Beispiel, dass Schwarze Löcher keine Anziehungskraft haben, die sich über das gesamte Universum erstreckt.

Abschließend können wir mit dem Schwarzschild-Radius den Bereich ermitteln, in dem selbst Licht nicht entweichen kann . Da Sie sagten, dass diese Antwort keine Relativitätstheorie enthalten sollte, werde ich auch keine Mathematik enthalten. Zusammenfassend ist der Schwarzschild-Radius dort, wo sich der Ereignishorizont in einem Schwarzen Loch befindet.

Zusammenfassung

Entschuldigung für die unangenehm lange Antwort, ich hatte Probleme zu verstehen, was Sie nicht verstanden haben, und ich dachte, wenn ich eine Singularität erklären würde, würde ich Ihnen sicherlich helfen, tut mir leid, wenn ich nur Dinge gesagt habe, die Sie bereits wissen. Ich habe einige Wikipedia-Links bereitgestellt, wenn Sie sich einige der Begriffe ansehen möchten, die ich in Kursivschrift hinterlassen habe. Vielleicht möchten Sie sich auch mit der Thermodynamik von Schwarzen Löchern befassen

• Schwarzschild-Radius
• Ergosphäre
• Hawking-Strahlung
• weißer Zwerg
• Thermodynamik von Schwarzen Löchern

Diese Antwort ist zu einem gewissen Grad meinungsbasiert. Ich teile Ihre Skepsis gegenüber der Existenz strikter mathematischer Singularitäten, wie sie die Allgemeine Relativitätstheorie vorhersagen würde. Dies liegt vor allem daran, dass die Annahme einer strengen Singuarität die Quantentheorie ignoriert. Ein Ansatz zur Überwindung der Singularität ist ein Gravastar . Verwandt ist ein Planck-Stern . Beide Ansätze versuchen, die Paradoxien nahe der Singuarität zu überwinden. Eine vollständige Antwort könnte schließlich eine noch zu definierende Quantengravitation liefern .

Eine weitere Schwierigkeit für "echte" Schwarze Löcher ist die Rotation. Es ist nicht zu erwarten, dass die Schwarzschild-Lösung in realen Schwarzen Löchern auftritt.

Stattdessen kommt eine Kerr-Lösung (oder könnte eine Kerr-Newman- Metrik sein) näher an echte astronomische Objekte heran, schließt also zumindest Rotation ein und könnte eine gewisse elektrische Restladung aufweisen.

Ein masseloses Teilchen, das sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegt, ergibt nach der Speziellen Relativitätstheorie eine undefinierte Energie. Die Natur eröffnet eine Physik, die masselosen Teilchen gewidmet ist, indem sie ihnen erlaubt, jede Energie zu nehmen, um diesen undefinierten Bereich aufzulösen. Auf ähnliche Weise könnte die Natur eine neue Art von Physik im Inneren von Schwarzen Löchern eröffnen, um das Paradoxon zwischen der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantentheorie aufzulösen.

Ich denke, Sie gehen von der Prämisse aus, dass es eine Möglichkeit gibt, ein extrem dichtes Objekt innerhalb des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs zu stabilisieren. In der klassischen Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Singularität unvermeidlich. Sobald sich ein Objekt innerhalb eines Ereignishorizonts befindet, ist es gezwungen, sich in endlicher Zeit auf die Singularität zuzubewegen und sie zu erreichen, genauso wie Sie gezwungen sind, sich in der Zeit vorwärts zu bewegen, ob Sie wollen oder nicht.

Daher ist es im klassischen GR unmöglich, etwas zu haben , das wie ein Schwarzes Loch aussieht und einen Ereignishorizont hat, aber keine Art von Singularität bildet. Wir wissen jedoch, dass die klassische GR auf extrem kleinen (Quanten-)Skalen zusammenbrechen muss, sodass es durchaus möglich ist, dass etwas passiert, um Singularitäten in einer Quantentheorie der Gravitation zu verhindern.

Es steht also vollkommen frei, eine Version der Allgemeinen Relativitätstheorie zu erfinden, die eine Art Vermeidung einer Singularität ermöglicht. Aber es gibt (mindestens) zwei Anforderungen. (1) Es sollte all die anderen Dinge erklären, die die klassische GR perfekt erklärt. (2) Es sollte beobachtbare Folgen außerhalb des Ereignishorizonts haben, weil es sonst eine sinnlose Nabelschau ist (IMO).

NB: Wurmlöcher und dergleichen können in (klassischen GR) rotierenden Schwarzen Löchern möglich sein, aber mein begrenztes Verständnis ist, dass sich diese trotz der Singularität bilden (was kein Punkt mehr ist). Mit anderen Worten, die Singularität ist immer noch da, aber Materie landet nicht zwangsläufig darin (sondern geht woanders hin!)

Das Zeug, das Sie über unendliche Masse, unendliche Kraft usw. geschrieben haben, ist einfach falsch. Die Masse eines Schwarzen Lochs ist genau definiert, ebenso wie seine Gravitationseffekte. Eine endliche Masse ergibt sich immer noch aus dem Integral einer unendlichen Dichte über das Volumen Null.

Es ist üblich, eine Singularität als einen Punkt unendlicher Dichte zu beschreiben, aber eigentlich sind sie allgemeiner als das: Sie sind eine Art pathologisches Verhalten in der Raumzeitmetrik. Ob Singularitäten tatsächliche physikalische Phänomene sind oder nur den Punkt aufzeigen, an dem eine Theorie (in diesem Fall die allgemeine Relativitätstheorie) die Natur nicht mehr beschreiben kann, ist umstritten.

Das Singularitätstheorem von Penrose zeigt, dass unter bestimmten sehr vernünftigen Annahmen der Gravitationskollaps eines Objekts wie eines Sterns unweigerlich zu einer Singularität führt. Beachten Sie jedoch, dass der Beweis geodätischer Unvollständigkeit ist (dh die Zeitlinien eines frei fallenden Objekts enden abrupt). Dies ist nicht (notwendigerweise) dasselbe wie die scheinbaren Krümmungssingularitäten mit „unendlicher Dichte“, die in idealisierten Lösungen für Schwarze Löcher wie der Schwarzschild-Metrik auftreten.

Auf körperlicher Ebene gibt es viele gute Antworten darauf, aber ich sehe diese hier nicht angesprochen, also gebe ich kurz eine Antwort.

Es fällt mir nur schwer zu akzeptieren, dass alles mit einer unendlich großen Eigenschaft existieren kann, da dies zu einer unendlich großen Masse führen würde, die zu unendlich großen Kräften führt ... das würde das Universum nur unendlich schnell zerstören, nicht wahr?

Wenn Schwarze Löcher Unendlichkeiten haben, was nur möglich ist, wenn sie eine Singularität haben, dann sind diese Unendlichkeiten per Definition unendlich klein und nicht unendlich aus jeder Entfernung, nicht einmal aus einem Bruchteil der Entfernung eines Atoms. Also "zerstöre das Universum durch unendliche Kräfte", sicher, wenn das Universum kleiner als ein Atom wäre, oder vielleicht innerhalb des Ereignishorizonts, wo es nichts tun konnte, als auf die Singularität zu fallen, aber in jeder sicheren und vernünftigen Entfernung schwarz Löcher sind nicht gefährlich und keine Bedrohung für das Universum.

Ich denke also, dass ein supermassives Objekt genauso gut ein Badass sein kann, ohne eine Singularität sein zu müssen

Und

Gravastars zur Rettung! Genau das, was ich brauchte. Schließlich einige Theoretiker, die sich mit unendlich fiesen Objekten, die unser Universum bevölkern, nicht wohlfühlen!

OK für den Anfang, die Gesetze der Physik sind, was sie sind, und es ist ihnen egal, was wir denken. Was "böse" ist, liegt im Auge des Betrachters.

Vor 2000 Jahren war „Höllenfeuer“ Magma, das gelegentlich aus einem Vulkan austrat, und die Hölle befand sich im Inneren der Erde. Heute erzeugt das Innere der Erde ein Magnetfeld, das uns schützt und uns eine Plattentektonik verleiht, die für lebenstragende Planeten wirklich nützlich ist. Das Innere der Erde hat sich nicht verändert, aber unsere Wahrnehmung davon hat sich enorm verändert. Heute lieben wir das Innere der Erde, aber vor 2.000 Jahren fürchteten sich die Menschen davor.

Vor 100 Jahren dachten alle, das Universum sei die Milchstraße, und vor 80 Jahren dachten sie, das Universum sei ewig, bis dieser lausige Hubble vorschlug, das Universum habe einen Anfang, und, naja, so viel dazu, dass die Dinge ewig sind. Wenn Hubble gesagt hätte, dass er vor 300 Jahren auf dem Scheiterhaufen verbrannt worden wäre, keine Frage, mit einer Plakette, auf der „Blasphemer“ stand.

Das ist das Problem mit der Sichtweise. Es ist kein vollständiges Bild. Schwarze Löcher machen einen großen „Boogie-Mann“, als etwas, das alles frisst und dem man nicht entkommen kann, aber das ist nur ein Teil des großen Ganzen.

Einstein selbst fand schwarze Löcher eine unangenehme Idee (er war auch nicht sehr begeistert von Quantenmechanik), also stellte sich Einstein vor, dass das Universum ein physikalisches Gesetz hatte, das verhinderte, dass sich schwarze Löcher jemals bilden, und das könnte sogar der Fall sein, aber ehrlich gesagt, wie anders soll es über eine Ewigkeit langsam um den Ereignishorizont gequetscht werden oder schnell in der Singularität gequetscht werden oder was auch immer im Zentrum vor sich geht? Von einem bestimmten Standpunkt aus gesehen ist es ziemlich dasselbe.

Einige Theorien gehen so weit zu behaupten, dass Schwarze Löcher magische Orte mit ganzen Babyuniversen in ihrem Inneren sind . Ich finde das eher kreatives Denken als Wissenschaft, aber die Wahrheit ist, was innerhalb des Ereignishorizonts passiert, bleibt innerhalb des Ereignishorizonts und niemand weiß es.

Allgemein zu Schwarzen Löchern :

Sie sind sehr nützlich. Die Bildung von Schwarzen Löchern und der Gravitationskollaps und Rückprall vom Kollaps erzeugt und verteilt schwere Elemente über die Galaxie und bei dem Kollaps, der ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern erzeugt, werden etwa 90 % der Materie des Sterns weggeblasen , recycelt, wenn Sie so wollen, zurück in die Galaxie und nur etwa 10% bildet den kollabierten Kern.

Sie können sich das Schwarze Loch als hässliches kleines Überbleibsel des Todes eines Sterns vorstellen, aber ich finde die Tatsache, dass große Sterne so viel ihrer Materie recyceln und über die Galaxie verteilen, sehr cool. Supermassereiche Schwarze Löcher helfen auch bei der Entstehung von Galaxien, also ist die einfache Wahrheit, dass Schwarze Löcher sehr nützlich sind, selbst wenn Sie sich nicht mit einem kreuzen möchten.

Nun zu dem, was in einem Schwarzen Loch passiert, darauf gibt es bereits einige gute Antworten, und ich möchte dies nicht zu lange machen, zumal ich ein Laie bin, aber ich finde die Spekulationen über diese exotische Region innerhalb des Ereignishorizonts zu viel Spaß machen, darüber nachzudenken.

Ich persönlich glaube nicht an Singularitäten. Ich (DENKE), dass die Wellen- und Feldnatur der Quantenmechanik und die Tatsache, dass der leere Raum Eigenschaften hat, die zum Beispiel Teilchen-Anti-Teilchen-Paare im Wesentlichen aus dem Nichts bilden können (die Hawking-Strahlung möglich machen), meiner Meinung nach wahrscheinlich sind eine Art exotischer Raum von niemals vollständiger Singularität.

Ich glaube nicht, dass es in einem Schwarzen Loch etwas gibt, was man physisches Material nennen könnte. Ich denke, die Dinge würden sich anders verhalten, eher wie die exotische Natur eines Protons oder Elektrons als die physikalische Natur einer Oberfläche, aber das sind nur meine Gedanken zu diesem Thema. Ohne eine Quantentheorie der Gravitation ist es jedoch ein bisschen so, als würden Blinde auf eine Karte schauen. Niemand weiß. (zu lang?)

Ich glaube, dass Schwarze Löcher Singularitäten in dem Sinne sind, dass Materie darin nicht definiert ist, um einen sinnvollen Ort oder bekannte Geschwindigkeiten zu haben. Ich glaube nicht, dass es Singularität im Sinne von Nullradius bedeutet.