Wie entkommt die Schwerkraft einem Schwarzen Loch?

Mein Verständnis ist, dass Licht nicht aus einem Schwarzen Loch (innerhalb des Ereignishorizonts) entkommen kann. Ich habe auch gehört, dass sich Informationen nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten können. Es scheint mir, dass die von einem Schwarzen Loch verursachte Gravitationsanziehung Informationen über die Menge an Masse innerhalb des Schwarzen Lochs enthält. Wie entkommt diese Information also? Betrachtet man es aus der Teilchenperspektive: Fliegen die Gravitonen (sollte es sie geben) schneller als die Photonen?

Das No-Hair-Theorem besagt, dass Schwarze Löcher nicht völlig haarlos sind. Sie haben fünf Haare: Masse-Energie M , linear Momentum P (drei Komponenten), Drehimpuls J (drei Komponenten), Position X (drei Komponenten), elektrische Ladung Q .
Wenn Sie sich die Schwerkraft als abstoßende Kraft vorstellen, ist es sinnvoll, dass die Schwerkraft nicht aus einem Schwarzen Loch "entkommen" muss. Was nicht entkommt, ist die Kraft, die Materie abstößt, wodurch die Schwerkraft stärker erscheint.
Ich denke, dieses Video erklärt einen Teil davon: ligo.caltech.edu/video/ligo20160211v4 ; Es ist eine numerische Simulation eines Verschmelzungsereignisses eines Schwarzen Lochs. Sie können sehen, dass die Wellen nicht innerhalb der Schwarzen Löcher erzeugt werden.
Seltsam, Blackhole saugt keine Gravitonen.
Hier gibt es mehrere gute Antworten, aber eine andere gute Möglichkeit, es zu betrachten, besteht darin, das Penrose-Diagramm für ein Schwarzes Loch zu zeichnen, das durch Gravitationskollaps entstanden ist (siehe z. B. die Diagramme hier physical.stackexchange.com/a/146852/4552 ). Fixieren Sie ein Ereignis außerhalb des Horizonts, um eine Zeit darzustellen, die ein Beobachter erlebt hat. Es gibt Flächen der Gleichzeitigkeit durch diesen Punkt, nach dem sich das Schwarze Loch noch nicht einmal gebildet hat, also kann das statische Feld, wenn Sie wollen, einfach als das Feld der bereits existierenden Materie betrachtet werden, aus der sich das Loch gebildet hat.
Ich denke, diese Frage zeigt ein Missverständnis im Zusammenhang mit dem Missverständnis des "Schneeballmodells" von Photonen, bei dem einige Leute denken, Elektronen stoßen sich ab, weil sie Photonen aufeinander werfen, wie zwei Schlittschuhläufer sich abstoßen würden, indem sie Schneebälle aufeinander werfen. So funktionieren Kräfte nicht. Wie würden sich Elektronen und Positronen anziehen? Partikel interagieren mit Feldern und Photonen sind die Quantisierung des EM-Felds. Ähnlich für die Schwerkraft. Das kann man einem Laien nicht vorwerfen, denn so wird es oft in populären Talks und Shows dargestellt. Die Wahrheit ist komplizierter.
@Ben Crowell: "Das statische Feld kann einfach als das Feld der bereits vorhandenen Materie angesehen werden, aus der sich das Loch gebildet hat." Ich denke, Ihr Kommentar trifft den Kern der Sache und macht alle detaillierteren Antworten irrelevant. Die Verwendung des Schalensatzes zeigt, dass er auch in der klassischen Mechanik gilt (zumindest für Fälle mit Kugelsymmetrie).

Antworten (20)

Hier gibt es bereits einige gute Antworten, aber ich hoffe, dies ist eine schöne kurze Zusammenfassung:

Elektromagnetische Strahlung kann einem Schwarzen Loch nicht entkommen, da sie sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Ebenso kann die Gravitationsstrahlung einem Schwarzen Loch nicht entkommen, da sie sich ebenfalls mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegt . Wenn Gravitationsstrahlung entweichen könnte, könnte man damit theoretisch ein Signal aus dem Inneren des Schwarzen Lochs nach außen senden, was verboten ist.

Ein Schwarzes Loch kann jedoch eine elektrische Ladung haben, was bedeutet, dass sich um es herum ein elektrisches Feld befindet. Dies ist kein Paradoxon, da sich ein statisches elektrisches Feld von elektromagnetischer Strahlung unterscheidet. Ähnlich hat ein Schwarzes Loch eine Masse, also hat es ein Gravitationsfeld um sich herum. Auch das ist kein Paradox, denn ein Gravitationsfeld unterscheidet sich von Gravitationsstrahlung.

Sie sagen, das Gravitationsfeld trägt Informationen über die Menge an Masse (eigentlich Energie) im Inneren, aber das gibt niemandem im Inneren die Möglichkeit, ein Signal nach außen zu senden, denn dazu müsste er Energie erzeugen oder zerstören, was ist unmöglich. Somit gibt es kein Paradoxon.

Beachten Sie, dass es KEINEN BEDARF gibt, irgendeine Quantenmechanik in diese Diskussion einzuführen. Deshalb habe ich ausdrücklich "elektromagnetische Strahlung" und "Gravitationsstrahlung" gesagt, nicht "Photonen" oder "Gravitonen".
Wurde bewiesen, dass das Gravitationsfeld um ein Schwarzes Loch der Schwerkraft aus dem Inneren des Schwarzen Lochs nicht entgangen ist oder dass zumindest ein Teil der inneren Gravitation nach außen entwichen ist und zu seinem äußeren Gravitationsfeld hinzukommt?
Während ich zustimme, dass Licht/Elektromagnetismus im Allgemeinen darin eingeschlossen sind, muss ich jeder Aussage der Form widersprechen: „... ______ kann einem Schwarzen Loch nicht entkommen ... weil es ... sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegt.“ Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von etwas ist non sequitur (unzureichender Grund/irrelevant). Wie auch immer "Gravitationsstrahlung" definiert ist, ich glaube, dass die Schwerkraft (z. B. eines anderen Ursprungs) sogar durch ein Schwarzes Loch hindurchgehen kann.
Verboten? Ist das wirklich das richtige Wort. Es klingt so, als sollten wir die Wissenschaft nicht in Frage stellen, was Wissenschaft per Definition ist.
@Michael Physiker verwenden "verboten" mehr oder weniger austauschbar mit "unmöglich". Beide haben immer einen impliziten Qualifizierer von "...gemäß unseren derzeit besten Theorien und Axiomen".
Vielen Dank für diese Antwort. Leider erinnert es mich meistens daran, dass ich nicht weiß, was ein Feld wirklich ist. :)
Du sagst verboten, als würde ich zur Hinrichtung verurteilt, wenn ich gegen dieses Gesetz verstoße.
Was ist der Unterschied zwischen einem Gravitationsfeld und Gravitationsstrahlung? Bewegt sich ein Gravitationsfeld schneller als Licht, oder was ist der relevante Unterschied, der es ermöglicht, einem Schwarzen Loch zu entkommen, während Gravitationsstrahlung nicht entkommen kann?
Physikalisch gibt es nur das Gravitationsfeld (auch bekannt als Raumzeitmetrik) und die Gesetze, die seine Entwicklung bestimmen (Einstein-Feldgleichungen). "Gravitationsstrahlung" ist der Name für ein Phänomen, das dieses Feld aufweisen kann, genauso wie elektromagnetische Strahlung ein Phänomen ist, das das elektromagnetische Feld aufweisen kann. Der wichtige Unterschied besteht zwischen statischen Störungen des Feldes und zeitlich veränderlichen Störungen. Schwarze Löcher dürfen statische Felder um sich herum haben, weil sich diese Felder überhaupt nicht bewegen. Aber jede sich bewegende Störung wie eine Welle breitet sich bei c aus und kann nicht von innen entkommen.
Wichtig ist, dass sich eventuelle Störungen im Feld bei c ausbreiten und nicht schneller. Also kann sich keine Information schneller ausbreiten als c. Ereignisse wirken nur auf das Feld innerhalb ihres Lichtkegels. Das heißt, wenn Sie sich innerhalb des Ereignishorizonts befinden und versuchen, ein Signal zu senden, indem Sie Masse herumschwenken, damit sie strahlt, können die Wellen dieser Bewegung nur das Feld innerhalb des Ereignishorizonts beeinflussen, nicht außerhalb. Statische Felder sind anders und hängen nur von den Randbedingungen an der Oberfläche des Schwarzen Lochs ab, sie hängen nicht von irgendetwas im Inneren ab.
Aufgrund der kausalen Trennung, die Schwarze Löcher charakterisiert (was sie per Definition außerhalb unserer Lokalität lässt), kann es nützlich sein, die Möglichkeit in Betracht zu ziehen, dass die Lichtgeschwindigkeit in ihnen unterschiedlich sein kann: Da sie entweder aus Staub stammen (interstellares Material fehlt Druck) oder vom Kollaps von Sternen, sind Abweichungen von der "Lichtgeschwindigkeit im Vakuum" mindestens ebenso möglich wie die leicht zu beobachtenden Abweichungen davon, die in Medien (Wasser usw.) auftreten. Da BHs viele Jahrzehnte vor Einsteins Geburt plausibel angenommen wurden, erwähnte er gelegentlich die Ungenauigkeit dieser Geschwindigkeit.
In Bezug auf die Unsicherheit des OP in Bezug auf Felder könnte eine praktische Definition darin bestehen, dass sie aus Wellen der Wahrscheinlichkeit ihrer zugehörigen Phänomene in der Zukunft eines Beobachters bestehen und sich in Partikel in der Vergangenheit dieses Beobachters ändern. Eine Bemerkung dieser Art wurde von Barrow in seiner kostenlosen Online-Ressource mit dem Titel „Das Buch der Universen“ oder „Das Buch der Universen“ zitiert.
@KeenanPepper Wenn ich (hypothetisch) meine Hand auf der Erde winke, werden Gravitationswellen erzeugt, die jede Entfernung im Universum erreichen können, oder?
@KeenanPepper "Schwarze Löcher dürfen statische Felder um sich herum haben, weil sich diese Felder überhaupt nicht bewegen. Aber jede sich bewegende Störung wie eine Welle breitet sich bei c aus und kann nicht von innen entkommen." Ich verstehe also, dass Licht dem Ereignishorizont des Schwarzen Lochs nicht entkommen kann, da es sich um ein Teilchen handelt, das sich entlang der gekrümmten Raumzeit bewegt. Aber Gravitationswellen? Ein Teil der Masse hinter dem Ereignishorizont der Schwarzen Löcher ändert seine Position, also wird es beeinflussen, wie stark die Schwerkraft auf Objekte relativ zu dieser Position zieht, weil ich das Feld beeinflusse, das sich über den Ereignishorizont hinaus erstreckt;
Der Gravitationskrümmungsraum verhindert das Entweichen von Photonen, aber das Feld erstreckt sich immer noch darüber hinaus und wird durch die Position der Partikel in einem dreidimensionalen wahrscheinlich euklidischen Raum definiert

Nun, die Informationen müssen nicht aus dem Horizont entweichen, weil sie nicht im Inneren sind. Die Informationen sind am Horizont.

Eine Möglichkeit, dies zu sehen, ist die Tatsache, dass aus der Perspektive eines Beobachters außerhalb des Horizonts eines Schwarzen Lochs niemals etwas den Horizont überquert. Es erreicht asymptotisch den Horizont in unendlicher Zeit (wie es aus der Perspektive eines Beobachters im Unendlichen gemessen wird).

Eine andere Möglichkeit, dies zu sehen, ist die Tatsache, dass Sie alle Informationen, die Sie benötigen, von den Randbedingungen am Horizont erhalten können, um die Raumzeit außerhalb zu beschreiben, aber das ist etwas technischer.

Da die klassische GR eine geometrische Theorie und keine Quantenfeldtheorie* ist, sind Gravitonen schließlich nicht der geeignete Weg, sie zu beschreiben.

*Um diesen Punkt zu verdeutlichen, kann GR eine Beschreibung im Rahmen von Eichtheorien wie der Theorie des Elektromagnetismus zulassen. Aber obwohl der Elektromagnetismus eine zweite Quantisierung zulassen kann (und als QFT beschrieben werden kann), kann GR dies nicht.

Wenn aus der Perspektive eines Beobachters außerhalb des Horizonts nichts jemals den Horizont überschreitet, wie wächst und dehnt sich das Schwarze Loch aus (aus der Perspektive dieses Beobachters)? Mit den Randbedingungen etc. hast du natürlich recht. Aber dann müsste man fragen, wer die Randbedingungen festgelegt hat? Die innere Masse hat sie eindeutig bestimmt, und dann stellt sich wieder die Frage, wie?
Das ist irreführend. Die Informationen, die über die Masse entweichen, erreichen nie wirklich den Horizont. Es ist in der Krümmung des Raums um das Schwarze Loch herum codiert (dies schließt den Teil sehr nahe am Horizont ein, aber viele der Informationen befinden sich nicht in der Nähe des Horizonts).
@itamarhason vermutlich klebt das ganze Zeug am Horizont und macht den Horizont größer
Meistens einverstanden, aber ich denke, es besteht keine Notwendigkeit, den Horizont herauszugreifen. Die Information darüber, was ein bisschen Raumzeit tun soll, wird von den benachbarten Bits der Raumzeit (plus der Feldgleichung) geliefert, egal wo man hinschaut. Und die benachbarten Bits bekamen wiederum ihre Konfiguration von ihren Nachbarn, und so weiter, zurück in die Vergangenheit.

Lassen Sie uns etwas aus dem Weg räumen: Lassen Sie uns vereinbaren, Gravitonen nicht in diese Antwort einzubringen. Die Begründung ist einfach: Wenn Sie über Gravitonen sprechen, implizieren Sie eine ganze Menge Dinge über Quantenphänomene, von denen nichts wirklich notwendig ist, um Ihre Hauptfrage zu beantworten. In jedem Fall breiten sich Gravitonen mit der gleichen Geschwindigkeit aus wie Photonen: Lichtgeschwindigkeit, c . Auf diese Weise können wir uns einfach auf die klassische GR konzentrieren, dh die Differentialgeometrie der Raumzeit: Das ist mehr als genug, um Ihre Frage zu beantworten.

In diesem Zusammenhang ist GR eine Theorie, die aussagt, wie viel Krümmung ein Raum bei einer bestimmten Menge an Masse (oder Energie, vgl . Stress-Energie-Tensor ) „erleidet“.

Ein Schwarzes Loch ist eine Region der Raumzeit, die eine so starke Krümmung aufweist, dass sie eine bestimmte Region der Raumzeit „herausquetscht“.

In diesem Sinne ist es nicht schlecht zu verstehen, was vor sich geht: Wenn Sie die Krümmung der Raumzeit messen können, können Sie definitiv sagen, ob Sie sich auf einen Bereich mit zunehmender Krümmung (dh auf ein Blockloch) zubewegen oder nicht.

Genau das wird gemacht: Man misst die Krümmung der Raumzeit und das reicht: Irgendwann ist die Krümmung so stark, dass die Lichtkegel „umgedreht“ werden. An genau diesem Punkt definieren Sie den Ereignishorizont , dh jene Region der Raumzeit, in der die Kausalität durch die Krümmung der Raumzeit beeinflusst wird.

So erstellen Sie eine Karte der Raumzeit und können schwarze Löcher kartieren. Angesichts der Tatsache, dass die Krümmung proportional zur Anziehungskraft der Schwerkraft ist, spricht diese Gedankenfolge Ihren Zweifel vollständig an: Sie haben nichts, was aus dem Schwarzen Loch kommt, noch so etwas. Sie müssen lediglich die Krümmung der Raumzeit aufzeichnen und messen, was mit Ihrer Lichtkegelstruktur passiert. Dann finden Sie Ihren Ereignishorizont und damit Ihr Schwarzes Loch. Auf diese Weise erhalten Sie alle Informationen, die Sie benötigen, ohne dass etwas aus dem Schwarzen Loch kommt.

Nehmen wir an, natürlich sehr hypothetisch, dass im Inneren des Schwarzen Lochs plötzlich zusätzliche Masse erzeugt wird. Würde sich die Raumzeitkrümmung außerhalb des Schwarzen Lochs ändern? Mir ist klar, dass dies ein unphysischer Prozess ist, aber wenn die Hand Gottes nach unten greift und einen großen Klumpen Zeug direkt innerhalb des Ereignishorizonts erzeugt, was sagen uns die Gleichungen von GR darüber, ob wir in der Lage wären, etwas über das Ereignis zu sagen? außerhalb des Ereignishorizonts?
Wenn "The Hand of God" (und wir reden hier <a href=" en.wikipedia.org/wiki/… über Maradona</a> ;-) so etwas gemacht haben und wir nur an klassische GR , können wir Folgendes sagen: Es wäre möglich, eine solche Änderung zu messen, in dem Sinne, dass sich die Krümmung der Raumzeit ändern würde, und wir könnten sehen, dass das Schwarze Loch auf diese Weise massiver wurde (die Krümmung nahm zu).
Zu beachten ist, dass die Krümmung nicht etwas ist, das nur im Inneren des Schwarzen Lochs existiert: Dies ist eine Eigenschaft der Raumzeit als Ganzes , und darauf kommt es an. Globale, topologische Eigenschaften sind sehr nicht intuitive Dinge. ;-)
Aber gehen dann nicht Informationen vom Inneren des Schwarzen Lochs nach außen? Ich könnte Morsezeichen senden, indem ich meine Masse ein- und ausschalte, richtig?
@MarkE: nur wenn du Gott wärst. Sehen Sie, das Endergebnis ist, dass wir es mit klassischem GR zu tun haben und nicht mit der Quantengravitation oder ihren Auswirkungen. Und im Rahmen der klassischen GR ist es Ihnen einfach nicht möglich, die Eigenschaften (Ladung, Masse, Drehimpuls) eines Schwarzen Lochs von innen heraus zu ändern. Ein Schwarzes Loch ist einfach eine "Senke" von Gravitationsfeldern.
@MarkE: Ich könnte meine magische Werkzeugkiste öffnen und über Holonomien und ihre Beziehung zu Umlaufbahnen in GR (dh mit geschlossenen Geodäten) sprechen. Und indem Sie die Holonomien eines Raums abbilden, können Sie Informationen über seine Krümmung erhalten. Wenn Sie also ein Schwarzes Loch umkreisen, können Sie alle Informationen über seine Krümmung sammeln. (Deshalb habe ich diesen Kommentar zu globalen Eigenschaften von Räumen gemacht: Sie sind sehr nicht intuitiv.)
Also ... wenn ich folge, bedeutet umgedrehter Lichtkegel, dass die Informationen über die Masse nicht aus dem Ereignishorizont stammen (Kausalität fließt nicht so). Stattdessen kommt die Schwerkraft vom Ereignishorizont, was so klingt, als würde es zu @Vagelfords Antwort passen. Die Masse befindet sich nicht an irgendeiner Singularität im Zentrum des Schwarzen Lochs, sondern ist um den Rand herum verteilt? Eine Massenkugel "erzeugt" das gleiche Gravitationsfeld wie diese gleiche Masse an einem Punkt aus der Sicht von jemandem außerhalb der Kugel, richtig?
@Nogwater: Soweit wir wissen, befindet sich die Masse selbst an der Singularität, für eine Definition von "ist" (nämlich, dass die richtige Zeit zwischen dem Überqueren des Ereignishorizonts und dem Erreichen der Singularität endlich ist). Aber, vage ausgedrückt, die Information , wie viel Masse es gibt, "prägt" sich in den Horizont ein, sie "fällt" nicht zusammen mit der Masse auf die Singularität herunter. Genauer gesagt nennt man dies das holographische Prinzip .
@Nogwater: Obwohl DavidZ bereits geantwortet hat, möchte ich nur meine 2 ¢ anbieten: Dinge, die innerhalb eines Schwarzen Lochs passieren (z. B. Massenzunahme), beeinflussen die Krümmung der Raumzeit, und dies kann von außen gemessen werden. Sie können sich dafür entscheiden, dies über das holografische Prinzip zu verstehen, aber Sie müssen es nicht unbedingt: Es ist Vanille-Differentialgeometrie (und Topologie).
Ich möchte darauf hinweisen, dass die Existenz eines Ereignishorizonts kein starker Krümmungseffekt ist. Der Ereignishorizont hängt von der kausalen Struktur der Raumzeit ab, während die Krümmung die Stärke der Gezeitenkräfte angibt. Sie können einen Ereignishorizont mit geringer Krümmung haben. Zum Beispiel im Fall eines Schwarzschild-Schwarzen Lochs, bei dem der Ereignishorizont auf Radius liegt R s = 2 M , wenn Sie die relevanten Krümmungskomponenten berechnen, die sind ∝ M r 3 , Sie können sehen, dass am Horizont die Krümmungsskalen wie 1 M 2 . Je größer also die Masse, desto kleiner die Krümmung.
Nogwater bat ausdrücklich um eine Erklärung in Bezug auf Gravitonen, also warum sollten wir uns darauf einigen, sie nicht in die Antwort einzubeziehen?
@Daniel Grumiller: Aus allgemeineren Gründen müssen Sie weder mit noch mit jemand anderem einverstanden sein. Aber in diesem speziellen Fall ist der Grund ziemlich einfach: weil es möglich ist, die ursprüngliche Frage zu beantworten, ohne über eine mögliche Quantisierung von GR sprechen zu müssen. Um die ursprüngliche Frage unter Berücksichtigung von Gravitonen angemessen und wissenschaftlich zu beantworten, müsste man früher oder später die Lichtstreuung durch Gravitonen (und umgekehrt) berechnen, was eine ansonsten einfachere Antwort immens erschweren würde.
@Daniel: Sie müssen die Schwerkraft nicht quantisieren oder tatsächlich einige S-Matrix-Elemente berechnen, um konzeptionell zu verstehen, wie und warum (Coulomb-) Gravitonen einem Schwarzen Loch "entkommen". Ich denke, das reicht aus, um diese Frage zu beantworten ...
Sicher, du hast wahrscheinlich recht. Aber ich würde lieber nicht mehr verwenden, als ich muss (in Bezug auf Annahmen oder zusätzliche Strukturen): Wenn Sie mit einer Art „minimalen“ Annahmen antworten können, warum „verkomplizieren“ Sie das Problem – und müssen damit umgehen mit den Folgen dieser "Komplikationen" später? ;-)
Wenn wir nur die Krümmung brauchen, um die Wirkung der Schwerkraft zu spüren, wo kommt dann die Gravitationsstrahlung ins Spiel?

Das Problem hier ist ein Missverständnis darüber, was ein Partikel in QFT ist.

Ein Teilchen ist eine Anregung eines Feldes, nicht das Feld selbst. Wenn Sie in QED eine statische zentrale Ladung aufbauen und sie sehr lange dort belassen, baut sie ein Feld auf E = k q r 2 . Keine Photonen. Wenn eine andere Ladung in diese Region eintritt, spürt sie diese Kraft. Jetzt wird diese zweite Ladung zerstreut und beschleunigt, und dort haben Sie a e − − > e − + γ Reaktion aufgrund dieser Beschleunigung (klassischerweise die Wellen, die durch eine Störung im EM-Feld erzeugt werden), aber Sie werden keinen Photonenaustausch mit der zentralen Ladung haben, zumindest nicht, bis sie das von unserer ersten Ladung aufgebaute Feld spürt, das wird zu einem späteren Zeitpunkt geschehen.

Betrachten Sie nun das Schwarze Loch. Es ist eine statische Lösung von Einsteins Gleichungen, die glücklich da sitzt. Wenn eine Testmasse auf sie eindringt, hat sie ihr Feld bereits aufgebaut. Wenn sich also etwas davon löst, bewegt es sich entlang des Feldes, das das Schwarze Loch aufgebaut hat. Jetzt wird es beschleunigen und vielleicht „ein Graviton ausstrahlen“, aber das Schwarze Loch wird dies erst spüren, nachdem das Strahlungsfeld des Testteilchens in den Horizont des Schwarzen Lochs eintritt, was es frei tun kann. Aber nirgendwo in diesem Prozess verlässt ein Teilchen den Horizont des Schwarzen Lochs.

Ein weiteres Beispiel dafür, warum die naive Vorstellung, dass alle Kräfte aus einem Feynman-Diagramm mit zwei Beinpaaren stammen, das Higgs-Boson ist – das gesamte Universum ist in ein Higgs-Feld ungleich Null eingetaucht. Aber wir sprechen nur über die „Erzeugung“ von Higgs-„Teilchen“, wenn wir das Higgs-Feld ausreichend stören, um Wellen im Higgs-Feld zu erzeugen – Higgs-Wellen. Das sind die Higgs-Teilchen, die wir im LHC suchen. Sie brauchen keine Wellen im Gravitationsfeld, um zu erklären, warum ein Planet ein Schwarzes Loch umkreist. Sie brauchen nur das Feld, um eine bestimmte Verteilung zu haben.

Danke, das war eine große Klarstellung für mich!
Wenn ein statisches E-Feld keine Photonen erzeugt, wie wird dann eine andere Ladung ihre Anwesenheit spüren, weil Photonen in QED die E-Kraft ausbreiten ... Das ist wie ein zyklisches Argument. Aber wie wird die andere Ladung ein statisches Feld spüren, wenn dieses Feld keine Photonen erzeugt, um die Anziehung zu vermitteln?
@shashaank, in diesem Fall sind es die Anfangsbedingungen des Problems, aber denken Sie daran, dass nur beschleunigende Ladungen strahlen, sodass alle Photonen, die "das Feld erzeugt haben", abgestrahlt wurden, als die Ladung zuerst an ihre Stelle gesetzt wurde
Ich war überrascht, als ich beim Lesen des Buches „The Philosophy of Cosmology“ von Cambridge Press aus dem Jahr 2017 feststellte, dass Planeten und Sterne manchmal als AS-Teilchen bezeichnet werden.
Sie sagen also, dass die Gravitonen, die die Gravitationskraft zwischen einem Objekt und einem Schwarzen Loch vermitteln, definitiv außerhalb der Schale sind und folglich kein Detektor außerhalb des Horizonts Gravitonen zählen kann? WAHR?

Ich denke, es ist hilfreich, über die damit verbundene Frage nachzudenken, wie das elektrische Feld aus einem geladenen Schwarzen Loch herauskommt. Diese Frage tauchte bereits in den 1990er Jahren im (heute nicht mehr existierenden) Q&A-Bereich des American Journal of Physics auf. Matt McIrvin und ich schrieben eine Antwort, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde. Sie können es unter https://facultystaff.richmond.edu/~ebunn/ajpans/ajpans.html einsehen .

Wie andere betont haben, ist es einfacher, die Frage in rein klassischen Begriffen zu betrachten (wobei jede Erwähnung von Photonen oder Gravitonen vermieden wird), obwohl die Frage im Fall des elektrischen Felds eines geladenen Schwarzen Lochs auch in Quanten perfekt gestellt ist Begriffe: Wir haben im Moment keine Theorie der Quantengravitation, aber wir glauben, die Quantenelektrodynamik in gekrümmter Raumzeit zu verstehen.

Während die Frage in vielerlei Hinsicht bereits beantwortet wurde, sollte meiner Meinung nach betont werden, dass die Frage auf klassischer Ebene in gewissem Sinne rückwärts gerichtet ist. Besonders die vorangegangene Diskussion der statischen und dynamischen Eigenschaften kommt dem sehr nahe.

Untersuchen wir zunächst ein Spielzeugmodell einer sphärisch symmetrischen dünnen Hülle aus Staubpartikeln, die in ein Schwarzschild-Schwarzes Loch kollabieren. Die Raumzeit außerhalb der Hülle ist dann ebenfalls Schwarzschild, aber mit einem größeren Massenparameter als das ursprüngliche Schwarze Loch (wenn die Hülle im Unendlichen in Ruhe beginnt, dann nur die Summe der beiden). Intuitiv ist die Situation analog zu Newtons Schalentheorem, das ein eingeschränkteres Analogon in GTR ist. Irgendwann überquert es den Horizont und wird schließlich an der Singularität zerstört, wobei das Schwarze Loch jetzt an Masse gewinnt.

Wir haben also das folgende Bild: Wenn die Hülle zusammenbricht, nimmt das externe Gravitationsfeld einen gewissen Wert an, und wenn es den Horizont überquert, können die Informationen darüber, was es tut, nicht aus dem Horizont herauskommen. Das Gravitationsfeld kann sich also nicht durch das weitere Verhalten der Granate verändern, denn dies würde ein Signal über den Horizont senden, zB eine Person, die mit der Granate mitfährt, könnte durch Manipulation der Granate darüber hinweg kommunizieren.

Anstatt dass die Schwerkraft eine besondere Eigenschaft hat, die es ihr ermöglicht, den Horizont zu überqueren, kann die Schwerkraft den Horizont in gewissem Sinne nicht überschreiten, und es ist genau diese Eigenschaft, die die Schwerkraft außerhalb davon zwingt, gleich zu bleiben.

Obwohl die obige Antwort bereits von einem Schwarzen Loch ausgegangen ist, spielt das überhaupt keine Rolle, da der Ereignishorizont bei einem sphärisch kollabierenden Stern in der Mitte beginnt und sich während des Kollapses ausdehnt (für die vorherige Situation dehnt er sich auch aus, um auf die Hülle zu treffen ). Es wird auch angenommen, dass die Situation sphärische Symmetrie hat, aber auch dies stellt sich als konzeptionell nicht wichtig heraus, wenn auch aus weitaus komplizierteren und nicht offensichtlichen Gründen. Am bemerkenswertesten sind die Theoreme von Penrose und Hawking, da einige anfänglich dachten (oder vielleicht sollte ich sagen gehofft hatten ), dass jede Störung durch die sphärische Symmetrie die Bildung von Schwarzen Löchern verhindern würde.

Sie fragen sich vielleicht auch eine verwandte Frage: Wenn die Schwarzschild-Lösung von GTR ein Vakuum ist, macht es Sinn, dass ein Vakuum die Raumzeit krümmt? Die Situation ist etwas analog zu einer einfacheren aus dem klassischen Elektromagnetismus. Die Maxwell-Gleichungen schreiben vor, wie sich die elektrischen und magnetischen Felder als Reaktion auf das Vorhandensein und die Bewegung elektrischer Ladungen ändern, aber die Ladungen allein bestimmen nicht das Feld, da Sie immer ohne Widersprüche (oder etwas Exotischeres) eine Welle aus der Unendlichkeit kommen lassen können , wie ein überall konstantes Magnetfeld), und in der Praxis werden diese Dinge durch Randbedingungen diktiert. Ähnlich ist die Situation in GTR, wo die Einstein-Feldgleichung, die vorschreibt, wie Geometrien verbunden sind, nur die Hälfte der zwanzig Freiheitsgrade der Raumzeitkrümmung festlegt.

Meiner Meinung nach ist dies eine ausgezeichnete Frage, die auch einige versierte Physiker vor Rätsel stellt. Daher zögere ich nicht, eine weitere, etwas ausführlichere Antwort zu geben, auch wenn es bereits mehrere gute Antworten gibt.

Ich denke, dass zumindest ein Teil dieser Frage auf einem unvollständigen Verständnis beruht, was es aus teilchenphysikalischer Sicht bedeutet, eine statische Kraft zu vermitteln. Wie andere bereits in ihren Antworten erwähnt haben, stoßen Sie beim Coulomb-Problem in der Elektrodynamik auf ein ähnliches Problem.

Lassen Sie mich Ihre Frage aus feldtheoretischer Sicht beantworten, da ich glaube, dass dies am besten mit Ihrer Intuition über den Austausch von Teilchen übereinstimmt (wie aus der Art und Weise hervorgeht, wie Sie die Frage formuliert haben).

Erstens können keine Gravitationswellen aus dem Inneren des Schwarzen Lochs entweichen, wie Sie bereits in Ihrer Frage angedeutet haben.

Zweitens müssen keine Gravitationswellen aus dem Inneren des Schwarzen Lochs (oder aus dem Horizont) entweichen, um eine statische Gravitationskraft zu vermitteln.

Schwerewellen vermitteln nicht die statische Gravitationskraft, sondern nur Quadrupol- oder höhere Momente.

Wenn Sie Kräfte in Form von ausgetauschten Teilchen betrachten möchten, können Sie die statische Gravitationskraft (das Monopolmoment, wenn Sie möchten) als durch "Coulomb-Gravitonen" vermittelt betrachten (siehe unten für die Analogie zur Elektrodynamik). Coulomb-Gravitonen sind Eichfreiheitsgrade (man mag zögern, sie „Teilchen“ zu nennen), und daher werden durch ihre „Flucht“ aus dem Schwarzen Loch keine Informationen vermittelt.

Dies ist ganz analog zu dem, was in der Elektrodynamik passiert: Photonenaustausch ist für die elektromagnetische Kraft verantwortlich, aber Photonenwellen sind nicht für die Coulomb-Kraft verantwortlich.

Photonenwellen vermitteln nicht die statische elektromagnetische Kraft, sondern nur Dipol- oder höhere Momente.

Sie können die statische elektromagnetische Kraft (das Monopolmoment, wenn Sie wollen) als durch Coulomb-Photonen vermittelt ansehen. Coulomb-Photonen sind Eichfreiheitsgrade (man mag zögern, sie „Teilchen“ zu nennen), und daher wird durch ihre „sofortige“ Übertragung keine Information vermittelt.

Eigentlich geht man genau so mit der Coulomb-Kraft im QFT-Kontext um. In der sogenannten Bethe-Salpeter-Störungstheorie summiert man alle Leitergraphen mit Coulomb-Photonen-Austausch und erhält so das 1/r-Potential zu führender Ordnung und diverse Quantenkorrekturen (Lamb-Shift etc.) zu unterführender Ordnung im Elektromagnetischen Feinstruktur konstant.

Zusammenfassend kann man sich die Schwarzschild- und Coulomb-Kraft so vorstellen, dass einige (virtuelle) Teilchen (Coulomb-Gravitonen oder -Photonen) ausgetauscht werden, aber da diese "Teilchen" eigentlich Eichfreiheitsgrade sind, entsteht kein Konflikt mit ihnen "Flucht" aus dem Schwarzen Loch oder ihre sofortige Übertragung in der Elektrodynamik.

Ein eleganter (aber vielleicht weniger intuitiver) Weg, um zu derselben Antwort zu gelangen, besteht darin, zu beobachten, dass (unter bestimmten Bedingungen) die ADM-Masse - für stationäre Raumzeiten von Schwarzen Löchern ist dies das, was Sie die "Masse des Schwarzen Lochs" nennen würden - erhalten bleibt . Diese Information liefern also Randbedingungen „von Anfang an“, also noch bevor ein Schwarzes Loch entsteht. Daher müssen diese Informationen dem Schwarzen Loch niemals „entkommen“.

Nebenbei bemerkt, in einer seiner Vorlesungen stellte Roberto Emparan Ihre Frage (etwas anders formuliert) als Übung für seine Studenten, und wir diskutierten sie mindestens eine Stunde lang, bevor alle mit der Antwort zufrieden waren – oder aufgaben ; -)

Interessante Antwort, ich lerne viel. Können Sie bitte erläutern, was genau Sie mit "Eichfreiheitsgraden" meinen? Sind sie nur mathematische Abstraktionen oder gibt es eine physikalische Bedeutung?

Ich denke, die beste Erklärung, die gegeben werden kann, ist diese: Man muss zwischen statischen und dynamischen Eigenschaften der Raumzeit unterscheiden. Was meine ich damit?

Nun, es gibt bestimmte Raumzeiten, die statisch sind. Dies ist beispielsweise bei der prototypischen Black-Hole-Lösung von GTR der Fall. Nun, diese Raumzeit existiert a priori (per Definition von Statik: Sie war immer da und wird immer da sein), sodass sich die Schwerkraft nicht wirklich ausbreiten muss. Wie GTR uns sagt, ist die Schwerkraft nur eine Illusion, die uns die gekrümmte Raumzeit hinterlassen hat. Hier gibt es also kein Paradoxon: Schwarze Löcher scheinen zu gravitieren (als würden sie eine gewisse Kraft erzeugen und dynamisch sein), aber tatsächlich sind sie völlig statisch und es ist keine Informationsweitergabe erforderlich. In Wirklichkeit wissen wir, dass Schwarze Löcher nicht vollständig statisch sind, aber dies ist eine korrekte erste Annäherung an dieses Bild.

Nun, um den dynamischen Teil anzusprechen, zwei verschiedene Dinge können damit gemeint sein:

  • Tatsächliche globale Veränderung der Raumzeit, wie sie zB in der Expansion des Universums zu sehen ist . Diese Ausdehnung muss nicht der Lichtgeschwindigkeit gehorchen, aber dies steht in keinem Widerspruch zu irgendeinem bekannten Gesetz. Insbesondere können Sie keine superluminalen Signale senden. Tatsächlich ist das Gegenteil der Fall: Durch eine zu schnelle Expansion könnten sich Teile des Universums zu weit entfernen, als dass selbst ihr Licht uns jemals erreichen könnte. Sie werden ursächlich von unserem Raum-Zeit-Sektor abgekoppelt und es wird uns so vorkommen, als hätte es ihn nie gegeben. So sollte es nicht verwundern, dass keine Informationen kommuniziert werden können.
  • Gravitationswellen, was nur ein ausgefallener Name für die Störungen in der zugrunde liegenden Raumzeit ist. Sie gehorchen der Lichtgeschwindigkeit und die entsprechenden Quantenteilchen heißen Gravitonen. Nun könnten diese Wellen/Teilchen tatsächlich nicht unter dem Horizont entkommen (genauso wie jedes andere Teilchen, außer Hawking-Strahlung , aber das ist ein spezieller Quanteneffekt).

Gravitation funktioniert nicht wie Licht (weshalb die Quantengravitation hart ist ).

Ein massiver Körper „beult“ Raum und Zeit ein, sodass Licht bildlich gesprochen nur schwer bergauf laufen kann. Aber der Hügel selbst (dh die gekrümmte Raumzeit) muss überhaupt vorhanden sein.

Sie könnten aber auch fragen: "Wie entkommt elektrische Kraft einem geladenen Schwarzen Loch", was eine ebenso gültige Frage wäre.

Das holografische Prinzip gibt einen Hinweis, wie David Zaslavsky darauf hingewiesen hat. Das metrische Schwarzschild-Element g t t   =   1 – r 0 / r , zum r 0   =   2 G M / c 2 gibt einen geeigneten Abstand an, der als Verzögerungskoordinate bezeichnet wird

r ∗   =   r   +   r 0 l n [ ( r − r 0 0 ) / r 0 ]
was divergiert r ∗   →   − ∞ wenn du dich dem Horizont näherst. Das bedeutet, dass all die Dinge, aus denen das Schwarze Loch besteht, niemals aus der Perspektive eines entfernten Beobachters von außen den Horizont überqueren. Es wird beobachtet, dass die Uhr auf allem, was in ein Schwarzes Loch fällt, langsamer wird und fast anhält und niemals den Horizont überschreitet. Das heißt, zumindest klassisch geht nichts in das Schwarze Loch hinein oder hinaus. Es gibt also wirklich kein Problem damit, dass die Schwerkraft aus einem Schwarzen Loch entweicht, denn wie von außen beobachtet, ist tatsächlich nie etwas hineingegangen.

"Richtiger Abstand" bedeutet, die Länge einer Kurve in einem räumlichen Hyperslice zu nehmen, aber r ∗ wird nicht in der Oberfläche einer konstanten Schwarzschild-Zeit erzeugt, daher ist unklar, worauf Sie sich beziehen. Für radiale Lichtstrahlen gilt Δ t = ± Δ r ∗ , was für "nicht sehen" relevant ist, aber das kommt von g r r , nicht g t t . "Nichts geht in oder aus dem schwarzen Loch" ist einfach falsch, obwohl es die Ansicht vor Mitte der 1960er Jahre war, als fallende Objekte langsamer wurden und an der unendlichen Rotverschiebungsoberfläche stoppten. (ZB: Beschleunigung in Minkowski; Dinge überqueren offensichtlich den Horizont, ohne dass dies gesehen wird.)
Ich hätte das richtige Intervall sagen sollen. Die Toroise-Koordinate zeigt an, dass etwas vom Horizont aus gesehen aus der "unendlichen Vergangenheit" gesehen wird. Nichts kann direkt beobachtet werden, um tatsächlich den Ereignishorizont zu erreichen.
Es gibt Beobachtungsbeweise dafür, dass Materie den Horizont von Schwarzen Löchern überschreitet und einfach die BH-Masse in binären Systemen erhöht. Denn der typische spektrale Fingerabdruck der Stoßwellenerwärmung in ähnlichen Systemen, aber mit einem Weißen Zwerg als Akkretionsobjekt anstelle eines BH, fehlt. Was auch immer mit der richtigen Zeit der anwachsenden Materie passiert, sie überquert den Horizont.
Es wird beobachtet, dass die Uhr auf allem, was in ein Schwarzes Loch fällt, langsamer wird und fast anhält und niemals den Horizont überschreitet. Das heißt, zumindest klassisch geht nichts in das Schwarze Loch hinein oder hinaus. Nein, das ist falsch. Siehe physical.stackexchange.com/a/146852/4552

Die verschiedenen Theorien – QED, GTR, klassischer Elektromagnetismus, Quantenschleifengravitation usw. – sind alle unterschiedliche Arten, die Natur zu beschreiben. Die Natur ist, was sie ist; Theorien haben alle Mängel. Soweit zu sagen, ob die Schwerkraft in irgendeiner Weise dem Elektromagnetismus ähnelt oder nicht, bläst nur warme Luft darüber, wie Menschen denken, und sagt nichts Wesentliches über die physikalische Realität aus.

Was also, wenn wir die Quantengravitation nicht vollständig verstehen? Gravitonen sind ein sinnvolles Konzept und eine Schlüsselrolle in einigen einheitlichen (oder halbeinheitlichen) Feldtheorien. Es könnte schwierig werden, da Gravitonen im Gegensatz zu anderen Quantenteilchen Teil der Krümmung der Raumzeit und der Beziehungen benachbarter Lichtkegel sind, wenn sie durch die Raumzeit fliegen. Das können wir vorerst ignorieren. Die Frage ist gut und kann in Bezug auf die Quantentheorie und Gravitonen beantwortet werden. Wir wissen einfach nicht, wie weit wir die Idee angesichts des vorhandenen physikalischen Wissens vorantreiben können.

Wenn sich geladene Teilchen anziehen oder abstoßen, ist die Kraft auf virtuelle Photonen zurückzuführen. Photonen bewegen sich gerne mit der universellen Geschwindigkeit c, müssen sie aber nicht. Heisenberg sagt es! Sie können die Gesetze der Energie- und Impulserhaltung beliebig oft brechen, aber je mehr Sie davon abweichen, desto kürzer ist die Zeitspanne und kleiner der Raum, in dem Sie diese Gesetze verletzen. Für die virtuellen Photonen, die zwei geladene Teilchen verbinden, haben sie den Raum zwischen den beiden Teilchen und eine Zeitspanne, die der bei Lichtgeschwindigkeit entspricht. Diese laufen nicht Wellen mit einer wohldefinierten Wellenlänge, Periode oder Phasengeschwindigkeit. Diese schlecht definierte Geschwindigkeit kann genauso gut schneller als c oder weniger sein. In der QED ist der Photonenpropagator – die Wellenfunktion, die die Wahrscheinlichkeitsamplitude eines virtuellen Photons angibt, das (x1, t1) mit (x2, t2) verbindet – überall ungleich Null – innerhalb und außerhalb der vergangenen und zukünftigen Lichtkegel, obwohl er in der Größe unbegrenzt wird Lichtkegel.

Gravitonen können also, wenn sie so sehr wie Photonen sind, sowohl außerhalb als auch innerhalb des Horizonts existieren. Sie sind grob gesagt so groß wie der Raum zwischen dem Schwarzen Loch und dem, was es umkreist oder hineinfällt. Stellen Sie sie sich nicht als kleine Energiepellets vor, die aus dem Zentrum des Schwarzen Lochs fliegen (Singularität oder was auch immer) - selbst mit Heisenbergs Nachsicht geht es einfach nicht darum, dass kleine Partikel versuchen, in die falsche Richtung durch den Horizont zu gelangen. Ein Graviton ist wahrscheinlich schon auf beiden Seiten!

Ich vermute, dass für eine zufriedenstellendere Antwort Kenntnisse in Mathematik, Fourier-Transformationen, Riemann-Tensoren und all dem erforderlich sind.

EM- und Gravitationsfelder hängen von der Konfiguration der Ladungen/Massen ab, nicht nur von der Gesamtladung/Masse. Wenn das äußere EM/Gravitationsfeld eines Schwarzen Lochs durch einen FTL-Mechanismus von den Ladungen/Massen im Inneren kommen würde, könnten Sie Signale von innen nach außen senden, indem Sie Ladungen/Massen im Inneren bewegen, um das äußere Feld zu ändern. Aber das geht eigentlich nicht.

Es ist keine Flucht erforderlich (eine etwas andere Perspektive).

Bisher viele nette Antworten, aber ein paar Dinge müssen erwähnt werden. Es ist nicht klar, wo genau die Masse des Schwarzen Lochs sein soll. Wo sitzt die Masse? Das ist eine Sache. Die andere Sache ist, wie passt die Masse/Energie im Gravitationsfeld selbst in dieses Bild?

Ich denke (und ich werde zweifellos gnadenlos dafür gehämmert werden), dass die Masse eines Schwarzen Lochs über sein äußeres Gravitationsfeld verteilt ist und nirgendwo anders. Die Masse eines Schwarzen Lochs befindet sich vollständig und ausschließlich im Gravitationsfeld außerhalb des Lochs. Zum Glück bin ich hier nicht ganz allein.

Die Berechnung der gesamten Gravitationsfeldenergie eines Schwarzen Lochs (oder eines beliebigen kugelförmigen Objekts) wurde 1985 von dem Cambridge-Astrophysiker Donald Lynden-Bell und dem emeritierten Professor J. Katz vom Racah Institute of Physics durchgeführt. http://adsabs.harvard.edu/full/1985MNRAS.213P..21L , Ihre Schlussfolgerung war, dass die Gesamtenergie im Feld ... (Trommelwirbel hier) ... mc^2 !!!

Die Gesamtmasse des BH muss vollständig und ausschließlich in der Eigenenergie der Krümmung der Raumzeit um das Loch liegen!

Hier sind ein paar Zitate aus dem Papier: "... die Feldenergie außerhalb eines Schwarzschild-Schwarzen Lochs beträgt Mc^2." und: "... all diese Formeln führen dazu, dass die gesamte Masse des Schwarzen Lochs durch Feldenergie außerhalb des Lochs erklärt wird."

Die Antwort auf Ihre Frage lautet also: Informationen über die Masse eines Schwarzen Lochs müssen nicht aus dem Inneren des Schwarzen Lochs entweichen, weil es im Inneren des Schwarzen Lochs keine Masse gibt. Die gesamte Masse wird im Feld außerhalb des Lochs verteilt. Es müssen keine Informationen aus dem Inneren entweichen.

Da es keine klaren Antworten von anderen gibt, wähle ich dies als die nächste Antwort, weil es darauf hindeutet, dass die Anwesenheit der Masse des Schwarzen Lochs das Raumgewebe komprimiert hat und das komprimierte Raumgewebe dazu führt, dass die Wirkung der Schwerkraft auf andere wirkt nahe gelegene Masse in seinem Einflussbereich.
@GeorgeJones Danke für die positive Abstimmung, George, aber das Vorhandensein eines Schwarzen Lochs komprimiert das Raumgefüge nicht, es dünnt es aus. Je näher am Loch, desto dünner wird der Raum. Am Horizont geht die Energiedichte der Mannigfaltigkeit selbst gegen Null. Dies impliziert stark, dass Schwarze Löcher buchstäblich Löcher oder Hohlräume in der Raumzeit-Mannigfaltigkeit sind (die neuere Quanten-Firewall-Theorie unterstützt diese Vorstellung ebenfalls). Hier ist eine schöne, einseitige Illustration der Physik: dcgeorge.com/images/TheMeaningOfMatter/…
Vielleicht haben Sie Recht, wenn Sie sich in der Nähe des Schwarzen Lochs befinden, aber ich glaube, dass Körper im Weltraum, wie unsere Erde oder unsere Sonne, das Gewebe des Weltraums komprimieren, es ist diese Kompression, die Licht beugt und Gravitationslinsen verursacht. Und dann, wie Sie sagen, bricht das Gewebe des Weltraums zusammen, wenn die enorme Schwerkraft eines Schwarzen Lochs dieses Gewebe beeinflusst. Die große Frage ist, woraus dieser Stoff besteht. Ich werde mir deine Bilder anschauen, danke
Sehen Sie sich die vorherige Aussage an, Ihre Adresse wurde nicht angezeigt?
@Wookie - Wenn der Raumzeitverteiler selbst einen intrinsischen Energiegehalt hat und die gesamte mit dem Schwarzen Loch (mc ^ 2) verbundene Masse / Energie außerhalb des im Gravitationsfeld verteilten Lochs liegt, sehe ich keine andere Schlussfolgerung. Es sagt mir, dass ein Schwarzes Loch genau das ist, ein Loch in der Mannigfaltigkeit. Das Schwarze Loch hat nur sein Gravitationsfeld. Also, um Ihre Frage zu beantworten, ja, es sieht für mich so aus, als gäbe es keine Raumzeit innerhalb des Schild-Radius. (Die Firewall-Theorie stimmt zu, was das wert ist).

Das Schwarze Loch "leckt" Informationen, aber nicht aufgrund der "Gravitation", sondern in Form der Hawking-Strahlung. Sie hat ihre Grundlage in der Quantenmechanik und ist eine thermische Art von Strahlung mit extrem niedriger Rate. Das bedeutet auch dass das Schwarze Loch langsam verdunstet, aber auf einer Zeitskala, die mit dem Alter des Universums vergleichbar ist.

Der Ursprung dieser Strahlung lässt sich etwas pauschal so beschreiben: Aufgrund von Quantenfluktuationen findet im Vakuum eine Teilchen-Antiteilchen-Paarbildung statt. Wenn eine solche Paarbildung am Horizont stattfindet, kann einer der beiden in das Schwarze Loch fallen, während der andere entkommen kann. Um die Gesamtenergie bei einem jetzt wegfliegenden Teilchen zu erhalten (da die Vakuumschwankungen um 0 liegen), muss sein gefallenes Paar aus Sicht des Schwarzen Lochs eine negative Energie haben, wodurch es effektiv an Masse verliert. Der äußere Beobachter nimmt diesen ganzen Vorgang als „Verdunstung“ wahr.

Diese Strahlung hat eine Verteilung, wie sie durch eine "Temperatur" beschrieben wird, die umgekehrt proportional zur Masse des Schwarzen Lochs ist.

Vielleicht möchten Sie sich http://en.wikipedia.org/wiki/Hawking_radiation und andere Quellen für weitere Details ansehen ...

Ich denke, jeder verkompliziert seine Antworten zu sehr. Zunächst einmal, wie viele Leute betont haben, kann Gravitationsstrahlung (vermittelt durch Gravitonen im quantenmechanischen Kontext) nicht aus dem Inneren eines Schwarzen Lochs entkommen.

In Bezug darauf, wie Informationen über die Masse des Schwarzen Lochs „entkommen“, ist die Antwort für kollabierte vs. ewige Schwarze Löcher unterschiedlich. Bei kollabierten Schwarzen Löchern schneidet der vergangene Lichtkegel eines externen Beobachters die gesamte Masse, die im Schwarzen Loch landen wird, bevor es den Horizont überquert, sodass der Beobachter die gesamte Masse „sehen“ kann. Bei ewigen Schwarzen Löchern kann ein externer Beobachter die Singularität des Weißen Lochs „sehen“, die Sie erhalten, wenn Sie die Schwarzschild-Metrik maximal erweitern, die dem Beobachter die Masse des Schwarzen Lochs „sagt“.

Es ist nicht die Schwerkraft, die die Informationen trägt - wir erfahren einfach etwas über das Schwarze Loch, indem wir die Auswirkungen der Schwerkraft auf Objekte in seiner Nähe beobachten (wie Sie zu Recht darauf hingewiesen haben, entgeht einem Schwarzen Loch nichts, nachdem es einen Ereignishorizont überschritten hat, also tun wir nichts darüber, was mit Objekten nach diesem Punkt passiert, außer dass sie nie wieder beobachtet werden). Die Schwerkraft ist eine Kraft und wir brauchen sie, um irgendwo zu wirken, bevor wir Rückschlüsse auf ihre dynamischen Eigenschaften ziehen können.

Ich denke, dass die richtige Erklärung dafür, warum ein Schwarzes Loch Schwerkraft hat, eine quantenmechanische Erklärung ist, aber ich denke, dass die Quantenmechanik in vielen Situationen, einschließlich dieser, die klassische Mechanik simuliert, also werde ich erklären, wie es möglich ist, dass die klassische Mechanik ein Schwarzes vorhersagt Loch hat Schwerkraft. Beim Lesen einer Quora-Antwort denke ich, dass das Gravitationsfeld außerhalb eines Schwarzen Lochs gemäß der allgemeinen Relativitätstheorie selbsterhaltend ist und nicht durch die Materie innerhalb des Schwarzen Lochs verursacht wird, und es ist das Gravitationsfeld außerhalb des Schwarzen Lochs, das die Gravitation kontinuierlich erzeugt field inside funktioniert so, wie es funktioniert. Laut YouTube-Video https://www.youtube.com/watch?v=vNaEBbFbvcY, wir wissen nicht einmal, dass Materie nicht verschwindet, wenn sie die Singularität erreicht. Ich weiß nicht genau, wie die allgemeine Relativitätstheorie funktioniert, aber nachdem ich etwas über die Erhaltungsgesetze gelernt habe, vermute ich, dass ein kleines festes Objekt, wenn es in ein supermassereiches Schwarzes Loch fällt, extrem wenig Gravitationserwärmung erfährt und viel weniger Energie freisetzt als seine Masse multipliziert mit c 2 und als Ergebnis des Gravitationsfeldes des Objekts erhöht sich die durch die Stärke seines Gravitationsfelds definierte Massezunahme des Schwarzen Lochs fast genau um die Masse des Objekts, das hineingefallen ist. Obwohl das klassisch erklärt, wie es möglich ist Damit ein Schwarzes Loch existiert, folgt das Universum wirklich der Quantenmechanik, sodass Sie sich vielleicht fragen, wie Gravitonen dem Schwarzen Loch entkommen.

Tatsächlich hat ein isoliertes Schwarzes Loch beliebiger Masse, Ladung und Drehimpuls ein unveränderliches Gravitationsfeld, sodass es keine Gravitonen aussendet, außer vielleicht wirklich superniedrige Energie, einschließlich solcher, die durch das sich langsam ändernde Gravitationsfeld verursacht werden, das durch Hawking-Strahlung verursacht wird. Ich denke, dass zwei umkreisende Schwarze Löcher eine Gravitationswelle aussenden, sodass sie Gravitonen mit höherer Energie freisetzen. Gemäß der Quantenmechanik können Teilchen wie Wellen funktionieren, daher denke ich, dass die Gravitonen außerhalb der beiden Schwarzen Löcher mit einer extremen Positionsunsicherheit erzeugt werden, und wenn die Wellenfunktion fast genau zu einer Eigenfunktion des Positionsoperators zusammenbrechen könnte, würden wir Interferenzen beobachten von jedem Graviton mit sich selbst, aber ich weiß es nicht

Aktualisieren:

Im Gegensatz zu früher habe ich jetzt große Zweifel, dass Photonen tatsächlich existieren, also gilt das vielleicht auch für Gravitonen. Ich spekulierte zuerst, dass sie vielleicht nicht existieren, als ich darüber nachdachte, wie eine Mikrowellenerhitzung von Lebensmitteln klassisch besser durch Erhitzen durch elektrischen Widerstand erklärt werden kann. Also fing ich an, eine Frage zu stellen, und dann gab mir die Rezension die Frage: Kann der photoelektrische Effekt ohne Photonen erklärt werden? und seine Antwort Lässt sich der photoelektrische Effekt ohne Photonen erklären? sagt, dass der photoelektrische Effekt ohne Photonen erklärt werden kann.

Hallo, ich habe Ihren Kommentar im Thread "Hat der Urknall irgendwann stattgefunden" gesehen und würde mich freuen, wenn Sie versuchen würden, diese Frage zur Ansammlung von Materie im Universum hier zu beantworten: physical.stackexchange.com/ fragen/583241/…

Das Schwarze Loch kommuniziert die Schwerkraft über virtuelle Gravitonen. Es darf jedoch nicht mit virtuellen Gluonen verwechselt werden, die das Schwarze Loch verlassen. Gravitonen können Schwarze Löcher genauso wenig verlassen wie Licht ein Schwarzes Loch verlassen kann. Es passiert einfach nicht. Stattdessen sollte es als das Schwarze Loch betrachtet werden, das das Gravitationsfeld (oder das elektromagnetische Feld zur Übertragung elektromagnetischer Ladung) verzerrt, um dem Universum zu zeigen, dass es ein Gravitationsfeld hat. Alle im Schwarzen Loch erzeugten Gravitonen verlassen das Schwarze Loch niemals. Stattdessen verzerrt das Schwarze Loch den Raum und jedes andere Quantenfeld, das es virtuelle Gravitonen und virtuelle Photonen erzeugt, um dem Universum seine Präsenz mitzuteilen. Das No-Hair-Theorem besagt, dass elektrische Ladung, Masse und Spin in einem Schwarzen Loch erhalten bleiben. Soweit es die Physik angeht, wird keine andere Eigenschaft konserviert.

https://en.wikipedia.org/wiki/No-hair_theorem

Es sollte eher als Felder denn als Teilchen betrachtet werden, da alle Teilchen Anregungen von Quantenfeldern sind. Es ist auch der gleiche Grund, warum Hawking-Strahlung auftritt. Das Schwarze Loch stört das elektromagnetische Feld (könnten andere Felder sein) und erzeugt ein Photon mit negativer Energie und ein Photon mit positiver Energie, und die negative Energie fällt in das Schwarze Loch, und dies führt dazu, dass das Schwarze Loch an Masse verliert. Auch hier verlässt nichts die Schwarzen Löcher und auch Felder kommunizieren die Kraft. Alle Teilchen sind nur Schwingungen ihres jeweiligen Feldes.

Zunächst einmal sind die Gravitationseffekte des Schwarzen Lochs außerhalb des Schwarzen Lochs zu spüren. Gravitation ist Raumzeitkrümmung, wenn sie bereits außerhalb des Schwarzen Lochs vorhanden ist, und wäre immer in gewisser Menge für Materie vorhanden, die im Universum existiert. Es muss nicht entkommen und nichts tut es.

Beziehen Sie sich darauf:

"Warum kannst du einem Schwarzen Loch nicht entkommen?" von The Science Asylum

Die relativistische Formel für den Radius eines Schwarzen Lochs lautet: r=2 GM /c^2. Die Newtonsche Fluchtgeschwindigkeit ist; r=2 GM/v^2, wobei v die Geschwindigkeit des Geschosses ist. Wir sehen, dass die beiden gleich sind, nachdem wir v durch c ersetzt haben. Die Tatsache, dass Strahlung massiv oder masselos ist, macht keinen Unterschied, da sie sich aus der endgültigen Gleichung auslöscht – wie der Fall einer Kugel aus Holz und Eisen in der gleichen Zeit im Pizza-Turm-Experiment. Ein masseloser Ball würde dasselbe tun!! So haben die Menschen überhaupt und lange vor GR die Existenz eines Schwarzen Lochs vorhergesagt. Mit klassischen Argumenten könnten wir sagen, dass Strahlung verdampfte Materie und Materie verdichtete Strahlung ist, mit dem von Einstein angegebenen Umrechnungsfaktor E=mc^2. Strahlung bewegt sich ständig bei c, und infolge der Symmetrie des Raums unterliegen sowohl Strahlung als auch Materie einer strikten Impulserhaltung. Wenn nun der Impuls erhalten bleibt, Das Bertrand-Theorem bewies, dass die Kräfte zwischen Teilchen in der Umlaufbahn die des umgekehrten Quadrats sind. Das bedeutet, dass sowohl die Newton- als auch die Coulomb-Schwerkraft und die elektrostatischen Kräfte eine Folge der Impulserhaltung sind. Unter Berücksichtigung aller Kräfte, die sich bei c ausbreiten, kann das Gesetz des umgekehrten Quadrats in ein verzögertes Integral gesetzt werden, um die vollständige Maxwell-Gleichung und die des linearen GR (Gravitationsmagnetismus) zu erzeugen. Strahlung kommt dann aus diesen Gleichungen als ein Begriff neben Magnetismus heraus. Da die Fluchtgeschwindigkeit eines Schwarzen Lochs c ist, können bekanntlich weder Gravitations- noch EM-Wellen entweichen. Wenn jedoch die Frequenz dieser Strahlung extrem klein oder die Zeitskala extrem groß ist – beispielsweise in der Größenordnung des Alters des Universums – wird das Problem wieder (ungefähr) statisch. dh keine Verzögerung mehr. Dies führt dazu, dass die statischen elektrischen und Gravitationskräfte außerhalb eines Schwarzen Lochs wieder auftreten. Dies erklärt, wie Schwarze Löcher Licht und Materie am Verlassen hindern, aber nicht die Schwerkraft und statische elektrische Kräfte.

Wir können uns die Schwerkraft in der Ferne als Energieniveau vorstellen. Dann ist die Frage, wie die Schwerkraft dem Schwarzen Loch entkommt, irrelevant!

Wie entkommt die Schwerkraft einem Schwarzen Loch?
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