Singularitäten von Schwarzen Löchern

Da die klassische Schwerkraft viel stärker ist als die Quantengravitation, wird die Kollision auf viel schnelleren Zeitskalen stattfinden als die eventuelle Hawking-Strahlung. Die beiden Schwarzen Löcher werden also einen ziemlich heftigen Prozess durchlaufen und sich schließlich in einer statischen Situation niederlassen, die höchstwahrscheinlich ein neues Schwarzes Loch ist. Dieses Schwarze Loch wird auf viel längeren Zeitskalen verdampfen und schließlich entweder vollständig verdampfen oder einen langlebigen "Überrest" hinterlassen. Niemand weiß wirklich, was das Schwarze Loch nach dem Verdampfen hinterlässt, aber ich glaube nicht, dass es eine nackte Singularität sein wird.

Die Antwort ist weder zwei noch eins. Schwarze Löcher, die kollidieren und anschließend verdampfen, hinterlassen nur einen Haufen Strahlung. Es gibt keine verbleibenden „nackten Singularitäten“.

In der Vergangenheit gab es viel Verwirrung über die Verdunstung von Schwarzen Löchern. Aber Fragen wie "was passiert mit den Informationen, die den Mikrozustand des Schwarzen Lochs beschreiben" wurden beantwortet. Die Schlüsselidee ist das holografische Prinzip und die Komplementarität von Schwarzen Löchern. Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, ist Lenny Susskinds Buch „The Black Hole War“ ein guter Ausgangspunkt.

Sie können in keinem Prozess in 3 + 1-Dimensionen eine nackte Singularität erzeugen. Diese Aussage wurde ursprünglich von Roger Penrose unter dem Schlagwort „Cosmic Censorship Conjecture“ (CCC) geprägt. Eine nackte Singularität wäre eine Singularität, die die Welt um sie herum beeinflussen könnte, weil sie keinen Horizont hätte; Ich werde diese Wörter später erklären.

Da die Dynamik in der Nähe einer Singularität problematisch erscheint – es ist schwer, sie mit der klassischen allgemeinen Relativitätstheorie oder sogar den uns bekannten Beschreibungen der Quantengravitation zu berechnen –, sah es so aus, als wäre das Universum unberechenbar, wenn es „nackte Singularitäten“ geben könnte, dh Singularitäten, die ungeschützt sind nach Ereignishorizonten. Das wurde von Penrose (und anderen) als Problem angesehen, eine potenzielle Inkonsistenz, die das Universum vermeiden sollte.

Dieses Denken aufgrund von Penrose hat sich teilweise als falsch erwiesen, zumindest in höheren Dimensionen. Eine richtige Theorie der Quantengravitation kann (und muss) einfach Vorhersagen treffen – zumindest im Prinzip – was mit einem Beobachter passiert, der irgendeine Singularität beobachten kann. Und tatsächlich gab es Gegenbeispiele – Gedankenexperimente in höheren Dimensionen – bei denen man am Ende eine nackte Singularität herstellen kann.

Soweit ich weiß, gilt es immer noch, dass der CCC in 3 + 1-Dimensionen gilt. Man kann durch keinen Prozess nackte Singularitäten erzeugen – egal ob es sich um 0 Schwarze Löcher, 1 Schwarzes Loch oder 2 Schwarze Löcher handelt. Schwarze Löcher haben normalerweise eine Singularität in sich, aber sie sind nicht nackt, weil sie schwarze Löcher sind. Ein charakteristisches Merkmal eines Schwarzen Lochs ist, dass es sich um Löcher handelt, die schwarz sind – was bedeutet, dass kein Licht aus ihnen entweichen kann. Es kann ihnen nicht entkommen, weil es durch den Ereignishorizont begrenzt ist. Der Ereignishorizont sind die „Kleider“, in die die Singularität „gekleidet“ ist – sie ist also nicht nackt.

Trotz einiger verbreiteter Missverständnisse ist das bestimmende Merkmal der Schwarzen Löcher der Ereignishorizont und keine Singularität. Eine Singularität ist nur ein typischer Zusatz, der mit dem "Paket" des Schwarzen Lochs geliefert wird. In Schwarzschild-Schwarzen Löchern ist die Singularität raumartig. Doch sobald das Schwarze Loch verdunstet, bleibt nichts übrig. In den allerletzten Stadien des Zerfalls eines Schwarzen Lochs sieht das winzige Schwarze Loch in der gewöhnlichen Teilchenphysik (oder Stringtheorie) kaum von einer schweren Teilchenart zu unterscheiden, und es zerfällt in wenige Teilchen, die wir von den Collidern kennen.

Wenn zwei stabilisierte Schwarze Löcher kollidieren, senden sie einige Gravitationswellen aus, und wenn sie nahe genug sind (damit sie nicht einfach als zwei Schwarze Löcher weitermachen), ist der Rest ihrer Masse = Energie, die nicht abgestrahlt wurde kollabiert zu einem einzigen schwarzen Loch, das sich ebenfalls schnell stabilisiert. Dieses Schwarze Loch wird mit der Hawking-Strahlung fortfahren und nach sehr langer Zeit verschwindet es auch. Nichts ist übrig. Die Forschung der letzten 20 Jahre hat ziemlich deutlich gemacht, dass es keine Reste usw.

Alles Gute Lubos

Die Regeln der Allgemeinen Relativitätstheorie geben uns ein sehr spezifisches Regelwerk für die Wechselwirkung der beiden Schwarzen Löcher. Wir können drei Gleichungen integrieren, um zu wissen, was passieren würde, wenn wir zum Beispiel zwei Schwarze Löcher hätten, die sich umkreisen, oder auf einem frontalen Kollisionskurs.

Das Ergebnis, das wir erhalten, ist, dass die beiden kollidierenden Schwarzen Löcher nicht verdampfen oder eine nackte Singularität bilden. Ihre Horizonte verschmelzen zu einem einzigen verzerrten Horizont, der sich dann durch Aussendung von Gravitationsstrahlung glättet. Zu späteren Zeiten haben Sie ein einzelnes Schwarzes Loch mit einer Masse, die geringer ist als die kombinierten Massen der beiden ursprünglichen Schwarzen Löcher (der Massenunterschied ist die Energie, die als Gravitationsstrahlung abgestrahlt wird). Nach numerischen Simulationen von Kollisionen sollte sich bei generischen Kollisionen keine nackte Singularität bilden.

Die Antwort ist Null. Wenn Schwarze Löcher aufgrund von Hawking-Strahlung verdampfen, hinterlassen sie keine Singularität. Die Singularitäten in Schwarzen Löchern liegen innerhalb des Ereignishorizonts.

Wenn jedoch zwei Schwarze Löcher kollidieren, verschmelzen ihre Singularitäten zu einer Singularität innerhalb des Ereignishorizonts des verschmolzenen Schwarzen Lochs. Vielleicht wolltest du das wirklich wissen.