Warum haben nicht alle Schwarzen Löcher die gleiche "Größe"?

Obwohl wir keine Quantentheorie der Gravitation haben, glauben wir, dass wir einige verlässliche Kenntnisse über die Eigenschaften von Schwarzen Löchern aus der Allgemeinen Relativitätstheorie haben.

Eine Sache, die wir zu kennen glauben, ist die sogenannte „ No-Hair-Vermutung “, die besagt, dass Schwarze Löcher durch nur drei Zahlen beschrieben werden können: Masse, Ladung und Drehimpuls (dh wie stark sie sich drehen).

Schwarze Löcher mit unterschiedlicher Masse unterscheiden sich durch die Größe ihres Ereignishorizonts (der Punkt ohne Wiederkehr); für eine gemeinsame Schwarzes-Loch-Lösung in der Allgemeinen Relativitätstheorie ( Schwarzschild-Schwarzes Loch ) ist die Beziehung linear :

Weit entfernt von einem Schwarzen Loch ist die Raumzeit nur ein wenig gekrümmt, und viele verschiedene Dinge könnten sie dort draußen so krümmen.

Es ist, als ob Sie einen Dollar in der Tasche hätten und ihn schon lange dort haben und sich nicht erinnern können, ob Sie ihn von Ihrem Chef oder von Ihrem Freund bekommen haben. Aber ein Dollar ist ein Dollar.

Sie könnten also einen massiven Stern oder ein Schwarzes Loch haben, aber aus der Ferne ist es schwer zu sagen, was es ist, aber Sie wissen, dass die Krümmung das ist, was es ist. Sie könnten feststellen, dass es die Art von Krümmung ist, die Sie mit einer bestimmten Geschwindigkeit und einem bestimmten Umfang im Kreis fahren lässt. Da Sie weit weg sind und die Krümmung klein ist, nähert sich alles ziemlich gut der Newtonschen Physik an.

Eine Masse M würde also eine Erdbeschleunigung von erzeugen$GM/r^2$, was für eine Kreisbewegung ergibt$v^2/r=GM/r^2$, Also$v^2r/G=M$. Jetzt können Sie den Umfang beziehen$2\pi r$, also wenn$C$ist der Umfang, den Sie erhalten$M=v^2r/G=v^2C/2\pi G$. Und wenn$v$schwer zu messen ist (da Bewegung relativ ist), können Sie Ihre Geschwindigkeit in Beziehung setzen$v$zur Periode$T$durch$vT=C$.

Daher$M=v^2C/2\pi G=v^2T^2C/2\pi GT^2=C^3/2\pi GT^2$.

Also seit der Periode$T$(mit einer Stoppuhr) weit vom Körper entfernt gemessen werden kann, und der Umfang kann (mit einem Meterstab) weit vom Körper entfernt gemessen werden, wir können diese Beziehung vollständig aus Messungen erhalten, die weit entfernt vom Körper durchgeführt werden, wo es schwache Felder und alles gibt wird durch die Newtonsche Physik gut angenähert. Wir können also aus der Ferne sagen, wie massiv etwas ist, indem wir Messungen aus der Ferne durchführen. Diese Messungen hängen nicht davon ab, wie dicht etwas ist, sondern wie massiv es ist. So können wir anhand von Messungen aus der Ferne feststellen, wie massiv etwas ist. Und es ist so massiv, weil es Raum und Zeit genau so krümmt, wie etwas so Massives es krümmen würde.

Dass etwas ein Schwarzes Loch ist, merkt man erst, wenn man ihm ganz, ganz nahe kommt. Wenn Sie versuchen, sich etwas zu nähern, das nicht sehr dicht ist, stoßen Sie an, bevor die Gravitationseffekte sehr stark sind. Da ein Schwarzes Loch sehr dicht ist, bedeutet dies nur, dass Sie sich ihm nähern können (und in seiner Nähe stärkere Effekte spüren), ohne dagegen zu stoßen. Aber überall merkt man, wie massiv es ist.

Und die Masse ist nicht, ausdrücklich nicht, die Summe der Massen der Teile. Die Energie der Wechselwirkung der Teile ist wichtig, der Druck ist wichtig, die Spannung ist wichtig, viele Dinge tragen dazu bei, wie stark ein Gravitationseffekt ist.

Es ist mit ziemlicher Sicherheit falsch, dass das Zentrum eines Schwarzen Lochs eine Singularität ist, da dies der Quantenmechanik widersprechen würde. Wie genau es aussieht, wäre eine Frage einer Theorie der Quantengravitation!

Unabhängig davon, ob es sich um eine Singularität handelt oder nicht, die Masse wird dadurch bestimmt, wie viel Masse Sie in Ihr Schwarzes Loch stopfen. Daher können Schwarze Löcher mit beliebiger Gesamtmasse existieren, bis die Hawking-Strahlung sie auf Nullmasse zurückbringt.

Die Singularität existiert wahrscheinlich nicht, da GR wahrscheinlich bei diesen Größen- / Energieskalen zusammenbricht. Wenn wir eine vollständige Quantenbeschreibung der Gravitation haben, wissen wir vielleicht, was wirklich da ist.

Übrigens ist der Teil des Schwarzen Lochs, den wir vollständig verstehen, tatsächlich die Vakuumlösung – die Schwarzschild-Metrik – die den Ereignishorizont, aber nicht die Quellmasse umfasst. GR ist agnostisch, was im Inneren passiert und kümmert sich nur um den Gesamtenergiegehalt.

Die Dichte von Schwarzen Löchern ist nicht unendlich. Einige Schwarze Löcher haben die milliardenfache Dichte unserer Sonne (wie die Schwarzen Löcher im Zentrum von Galaxien). Es gibt große und kleine Schwarze Löcher.

Entscheidend ist die Masse des Schwarzen Lochs. Alle Schwarzen Löcher haben eine Singularität, die keine Größe, keinen Raum oder keine Zeit hat. Diese brechen zusammen und werden an der Singularität bedeutungslos. Da der Raum bedeutungslos ist, ist es auch die Dichte. Es hat nur Masse. Die Menge an Materie, die in das Schwarze Loch gefallen ist, bestimmt seine Masse. Je mehr Masse/Materie eine Singularität hat, desto größer ist ihr Ereignishorizont. Je größer also die Masse des Schwarzen Lochs ist, desto größer ist es.