Woher kommt unsere theoretische Vorhersage der Existenz von Schwarzen Löchern? Wenn es (wie ich vermute) aus den Einstein-Feldgleichungen stammt, welche Lösung sagt es voraus und warum?
Woher kommt unsere theoretische Vorhersage der Existenz von Schwarzen Löchern?
Es stammt aus den Singularitätssätzen von Hawking und Penrose. Davor kannten die Menschen Lösungen für Einsteins Feldgleichungen, die Singularitäten aufwiesen, aber absolut perfekte Symmetrien erforderten, wie zum Beispiel perfekte radiale Symmetrie für Schwarzschild oder perfekte axiale Symmetrie für Kerr.
Lifshitz und Khalatnikov (1963) sollten einen Bericht über die Arbeit haben, die Menschen geleistet haben, um zu zeigen, dass perfekte und unerreichbare Genauigkeit erforderlich wäre, um ein Schwarzes Loch zu erzeugen. Und an diesem Punkt dachten die Leute wirklich, dass es unmöglich sein könnte, Singularitäten tatsächlich herzustellen. Sie dachten, wenn Sie versuchen, einen zu machen, könnte der absolut kleinste Fehler stattdessen dazu führen, dass sich keiner bildet. Was bedeutet, dass es in der Natur keine wirklichen geben würde, nur einige mathematische Lösungen, die niemals auf die reale Welt zutreffen
Dann änderte sich 1965 alles, als Penrose (grob) zeigte, dass etwas, wenn man es (grob) in den Ereignishorizont hineinschiebt, eine Singularität bilden müsste (mit einigen anderen Annahmen). Dies steht im Gegensatz zur Newtonschen Physik, in der ausreichend kleine Teilchen um den gemeinsamen Massenmittelpunkt wirbeln können und niemals kollidieren.
Es gibt eine große Einschränkung, dass Sie davon ausgehen müssen, dass es genug komprimiert wird und sich dann die Singularität bildet. Beobachter von außen sehen es nicht stark genug komprimiert, so dass es immer noch keine Hinweise auf eine Singularität gibt. Hawking stellte dann auch einige Singularitätstheoreme auf, die zum Beispiel implizierten, dass der Urknall selbst eine Singularität war, wenn man sich immer frühere Zeiten ansieht. Und dann, in den 1980er Jahren, sagte Hawking, dass er wirklich glaubt, dass Quanteneffekte auftreten, bevor eine Singularität gebildet wird, also wissen wir es nicht wirklich.
Aber die Singularitätstheoreme, die Mitte der 1960er Jahre begannen, waren der Zeitpunkt, an dem wir zum ersten Mal dachten, dass Singularitäten eine reale Vorhersage der Allgemeinen Relativitätstheorie seien. Das heißt, dass die Allgemeine Relativitätstheorie voraussagt, dass Singularitäten in der realen Welt existieren würden, wenn die Allgemeine Relativitätstheorie für die reale Welt auf allen Längen- und Zeitskalen zutrifft. Aber die Einschränkung gilt immer noch. Und der Vorbehalt wurde auf die Cosmic Censorship Conjecture aktualisiert, wo die Leute die Hypothese aufstellen, dass wir niemals Beweise für eine Singularitätsbildung haben werden, weil wir immer vermeiden werden, dass zu viel Materie oder Energie oder Stress oder Druck oder Impuls von einer zu kleinen Oberfläche eingefangen wird eine Fläche.
Aus historischer Sicht wurden Schwarze Löcher nicht vorhergesagt. 1916 fand Karl Schwarzschild eine Lösung der Einsteinschen Gleichungen für eine kugelsymmetrische Masse . Erst später wurde erkannt, dass die Schwarzschild-Metrik eine Vakuumlösung mit einem Ereignishorizont und einer Krümmungssingularität in ihrem Zentrum ist und dass die Metrik ein statisches ungeladenes Schwarzes Loch beschreibt. Es dauerte bis Ende der fünfziger Jahre (über 40 Jahre!), bis die Schwarzschild-Natur der Schwarzschild-Lösung vollständig verstanden wurde.
Nach der Lösung von Schwarzschild wurden drei weitere Lösungen gefunden, die geladene, rotierende und geladene rotierende Schwarze Löcher beschreiben. Dies sind die Reisner-Nordström- , Kerr- und Kerr-Newman- Metriken. Diese vier Metriken sind die einzigen bekannten Lösungen für Schwarze Löcher.
QMechaniker
Slereah