Wie können klassische Schwarze Löcher überhaupt existieren?

Ich frage nicht nach dem Ereignishorizont, sondern nach dem eigentlichen Schwarzen Loch selbst und stelle diese Frage auf der Grundlage des folgenden Gedankenexperiments:

  1. Stellen Sie sich den hypothetischen Prozess vor, bei dem ein Schwarzes Loch aus drei Teilchen entsteht, indem eine Form von äußerem Druck ausgeübt wird.

  2. Irgendwann soll eines dieser drei Teilchen (Teilchen A) so komprimiert sein, dass es in seinen eigenen Ereignishorizont passt. Nennen wir dieses Ereignis "Übergang".

  3. Unmittelbar vor dem Übergang von Teilchen A ist die Zeit an seiner Oberfläche fast unendlich ausgedehnt. Von unserem entfernten Bezugsrahmen aus gesehen, würde es scheinbar unendlich lange dauern, bis die Oberfläche dieses Teilchens tatsächlich seinen eigenen Ereignishorizont überquert – wie von außen beobachtet.

  4. Die beiden anderen Teilchen, die sich ebenfalls außerhalb von Teilchen A befinden (wenn auch viel näher), würden dies ebenfalls als etwas ansehen, das fast unendlich viel Zeit in Anspruch nimmt. Aufgrund ihrer eigenen Zeitdilatation werden sie sehen, dass dies schneller geschieht als ein entfernter Beobachter - aber die Zeitdilatation sollte sich dennoch der Unendlichkeit nähern. Partikel C wird niemals sehen, wie Partikel B mit Partikel A verschmilzt, und Partikel B wird niemals sehen, wie Partikel C mit Partikel A verschmilzt.

Nun, ich verstehe, dass mehrere Teilchen zusammen einen Gravitationsschacht bilden können, aus dem keines der Teilchen leicht entkommen kann, und dass dies für einen entfernten externen Beobachter wie ein schwarzes Loch aussehen wird.

Aber wenn Sie genauer hinschauen, sollte jedes dieser Teilchen niemals in der Lage sein, Teile von sich selbst zu beobachten, die tatsächlich den Ereignishorizont eines anderen Teilchens überschreiten?

Einige (wenn nicht alle Ihrer Probleme) beziehen sich auf diese Frage und die verknüpften Fragen.
Meine Güte, in wie vielen Variationen wird dieselbe Frage gestellt?
Es wird weiter gefragt. Und viele andere, die Standard sind. Menschen haben alle möglichen Denkweisen, und diese Seite soll ihre Fragen beantworten. Selbst wenn sie auf dieser Seite recherchieren, werden sie die Antwort nicht finden, wenn sie bestimmte Wörter nicht verwenden.
@frodeborli. Wenn Sie dem Link im ersten Kommentar und seinen Links folgen, sollte die Frage beantwortet werden.
@StephenG Danke für diesen Link - es scheint verwandt zu sein. Meine Interpretation erweitert dies jedoch etwas. Im Inneren eines Neutronensterns, der zu einem Schwarzen Loch kollabiert, können Partikel einzeln die Dichte eines Schwarzen Lochs erreichen, aber alle anderen Partikel innerhalb eines Schwarzen Lochs werden niemals ein anderes Partikelpaar kollabieren sehen. Stattdessen vermute ich, dass sie sich einfach gegenseitig umkreisen - dies impliziert, dass alle "großen" Schwarzen Löcher einfach eine Wolke aus vielen einzeln "kollabierenden Teilchen" sind. Diese Partikel können sich schließlich zusammenballen und einen Ereignishorizont schaffen, der größer ist als jedes einzelne Partikel.
@ Alfred Centauri - Die letzte vorherige "Frage", die ich finden konnte, datierte noch vor Hawkings Behauptung von 2014, dass "es keine schwarzen Löcher gibt" (was normalerweise so interpretiert zu werden scheint, dass sich der Horizont von der Mitte einer nach außen ausbreitet ein durch Gravitation kollabierender Stern, dessen Masse so groß ist, dass die Fortbewegung von ihm eine Geschwindigkeit erfordern würde, die größer ist als die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum unserer beobachtbaren Region, markiert eine kausale Trennung, die sich schließlich als nur vorübergehend herausstellen wird).

Antworten (3)

Irgendwann soll eines dieser drei Teilchen (Teilchen A) so komprimiert sein, dass es in seinen eigenen Ereignishorizont passt. Nennen wir dieses Ereignis "Übergang".

Ich glaube, dass dies die Quelle Ihrer Verwirrung ist. Das ist keine gute Beschreibung der Entstehung eines Schwarzen Lochs.

Die klassische Lösung, die die Entstehung eines Schwarzen Lochs beschreibt, wird als Oppenheimer-Snyder-Raumzeit bezeichnet. Es modelliert den Kollaps einer kugelförmigen drucklosen Staubwolke, sodass in der Lösung zu keinem Zeitpunkt Druck herrscht. Obwohl dies offensichtlich eine ungeheure Vereinfachung ist, stellt sich heraus, dass die grundlegenden Merkmale dieses einfachen analytischen Kollapsmodells von genaueren numerischen Modellen geteilt werden.

Der Schlüssel zum Einleiten des Zusammenbruchs und der Bildung eines Ereignishorizonts ist nicht der Druck im Zentrum, sondern einfach genug Masse innerhalb des Schwarzschild-Radius. Sogar sehr geringe Dichten werden zum Kollabieren ausreichen, wenn die Gesamtmasse groß genug ist.

Wenn genügend Masse angesammelt ist, bildet sich der Ereignishorizont im Zentrum der Wolke und dehnt sich schnell aus, um die gesamte Wolke abzudecken. Die Dichte kann in der gesamten Wolke immer noch niedrig sein, obwohl sie im Zentrum, wo die Singularität an Masse gewinnt, schnell zunehmen wird. Aber die Singularität ist immer innerhalb des Horizonts.

Viele "springende Kosmologien" (von Lee Smolin, Nikodem Poplawski und anderen) ersetzen die in einer früheren Antwort erwähnte Singularität durch die Bildung eines neuen "Lokalen Universums": Poplawski geht in mehreren Artikeln auf der Arxiv-Website darauf ein wurden erst 2018 geschrieben. Diese Kosmologien haben im Allgemeinen den Vorteil, dass sie eine Kontraktion (die beginnt, wenn der Stern keinen druckerzeugenden Treibstoff mehr hat) gegen eine Expansion ausgleichen und dadurch ein ewiges Universum in der Vergangenheit ermöglichen, was ansonsten unmöglich wäre (für geometrische Gründe, die im Satz von Borde-Guth-Vilenkin beschrieben sind).

Ich muss klarstellen, dass das bis in die Vergangenheit ewige Universum ein Ensemble oder eine Reihe von Iterationen von Lokaluniversen wäre. Es gibt zahlreiche astronomische Beweise für Schwarze Löcher, einschließlich der kreisförmigen Umlaufbahnen vieler einsamer Sterne, deren Doppelsternpartner eins geworden ist. Die meisten Sterne sind in binären Paaren.

Ich denke, das OP denkt vielleicht an mikroskopisch kleine Schwarze Löcher, einst eine Idee von Hawking, für die es in unserer derzeit beobachtbaren Region kaum Beweise gibt. (Der räumliche Maßstab von Objekten außerhalb ist natürlich rein hypothetisch.)

Ich glaube, dass er in zwei Punkten falsch informiert war: Erstens, dass BHs eher aus äußerem Druck resultieren als aus einem Mangel (wie ich früher betonte) an innerem Druck, und zweitens, dass der Ereignishorizont irgendwo innerhalb des kollabierenden Objekts erscheint und bleibt dort – tut es nicht; es breitet sich vom Zentrum des kollabierenden Sterns nach außen aus. Die Vorstellung, dass der Zusammenbruch ewig dauert, ist nur richtig, wenn weitere BHs innerhalb des Lokaluniversums in die Formation aufgenommen werden, mehr BHs darin usw., und leiten sich von der „vergangenen Ewigkeit“ ab, die durch das Ausgleichen einer solchen Kontraktion gegen eine Expansion ermöglicht wird.

aber Poplawski liefert einen Mechanismus, der einen lokalen Effekt in Gang setzen würde, der leicht – selbst für Einwohner von nur durchschnittlicher Größe auf einer unendlichen Skala von Skalen – „unserem“ Urknall genug ähneln könnte, um für sie als Beobachtung nicht von ihm zu unterscheiden zu sein wie unser eigenes für uns zu sein scheint. All dies könnte im Weltraum geschehen, der schwarz, subjektiv tief und beladen zu sein scheint [durch welche Hawking-Strahlung auch immer frühere BHs verdampft hätten] mit genügend Potenzial für punktförmige Bosonen, um genau so einen Kram wieder ins Rollen zu bringen, in jeder Region war eine Weile ziemlich ruhig.) aber Poplawski liefert einen Mechanismus, der einen lokalen Effekt in Gang setzen würde, der leicht – selbst für Einwohner von nur durchschnittlicher Größe auf einer unendlichen Skala von Skalen – „unserem“ Urknall genug ähneln könnte, um für sie als Beobachtung nicht von ihm zu unterscheiden zu sein wie unser eigenes für uns zu sein scheint. All dies könnte im Weltraum geschehen, der schwarz, subjektiv tief und beladen zu sein scheint [durch welche Hawking-Strahlung auch immer frühere BHs verdampft hätten] mit genügend Potenzial für punktförmige Bosonen, um genau so einen Kram wieder ins Rollen zu bringen, in jeder Region war eine Weile ziemlich ruhig.)

Der „Ereignishorizont“ wird seit den Äußerungen von Hawking im Jahr 2014 manchmal als „scheinbarer Horizont“ bezeichnet, der die Tür für alle Beweise offen lässt, die letztendlich den Beginn eines Multiversums begründen könnten. Solche Beweise könnten Änderungen in den CMB-Daten beinhalten, obwohl unsere aktuellen CMB-Daten, die in der Arxiv-Veröffentlichung „Non-parametric Rekonstruktion eines Inflationspotentials“ beschrieben sind, mit Poplawskis Theorie übereinstimmen.

Für den Fall, dass irgendjemand zu dem Schluss kommt, dass ich impliziere, dass ein Multiversum aus einer quasi unendlichen Sammlung von submikroskopischen, spielzeugartigen Versionen unserer beobachtbaren Region bestehen könnte, muss ich sagen, dass dies nicht unbedingt mein Ziel ist. Obwohl eine solche Darstellung davon mit einer solchen skaleninvarianten Theorie wie GR übereinstimmen könnte (insbesondere angesichts von Einsteins Kommentaren zur Lichtgeschwindigkeit, die im 1. Absatz von Abschnitt 27 von Wikisources Online-Version seiner Popularisierung von 1916 „Relativity : The Special and General Theory"), der Effekt der Zeitdilatation im intensiven Gravitationsfeld, das das Zentrum eines jeden großen Sterns umgibt, der einem Gravitationskollaps unterliegt,

Es gibt einen Grund, warum sie Schwarze Löcher genannt werden – sie sind nicht beobachtbar.

In der Physik existiert es nicht, wenn es nicht beobachtbar ist.

Darüber hinaus wurde GR nur in schwacher Feldannäherung getestet - sein Verhalten in Gegenwart starker Felder ist reine Spekulation.

Und für die Allgemeine Relativitätstheorie (GR) wäre eine physikalische Singularität verheerend.

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