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Hawking-Strahlung 11 10. 2020 04:03 #77659

Kann mir jemamd erklären, wieso ein schwazes Loch dabei langfristig verdampft?
nach meinem Verständnis soll bei Quantenfluktuation am Ereignishorizont
eine Hällfte als Hawkingstrahlung abgestrahlt werden und die andere Hälfte in das schwarze Loch fallen.
Dabei wird das schwarze Loch doch schwerer und nicht leichter., würde ich annehmen.
wo ist der Denkfehler?

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Hawking-Strahlung 11 10. 2020 09:17 #77660

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Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei der Hawking-Strahlung um eine Hypothese und nicht um bereits gesichertes physikalisches Wissen handelt (siehe hierzu auch den parallelen Thread: Was wissen wir in der Physik sicher?).

Eine Möglichkeit, die Existenz der Hawking-Strahlung an einem schwarzen Loch zu beweisen oder zu widerlegen, ist nach dem derzeitigen Stand der Technik nicht in Sicht.

Versucht man die Details der Hawking-Strahlung zu erläutern, wird es auch sprachlich relativ kompliziert. Vielleicht hilft ja der Wikipedia-Beitrag zur Hawking-Strahlung weiter:
„Hawking hat in seiner Veröffentlichung im Jahre 1975[1] und auch in mehreren populärwissenschaftlichen Büchern intuitive Erläuterungen geboten, die gemäß eigener Aussage allerdings nicht allzu wörtlich zu nehmen sind[2][3]…“

Im Abschnitt „Anschauliche Interpretation“ des Wikipedia-Beitrages wird dann versucht zu erklären, weshalb aufgrund der postulierten Hawking-Strahlung Schwarze Löcher verdampfen sollen (ist mir persönlich aber alles zu spekulativ).
de.wikipedia.org/wiki/Hawking-Strahlung

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Hawking-Strahlung 11 10. 2020 10:55 #77662

Ich hatte es erst vor kurzem hier im Forum so erklärt:

Virtuelle Teilchen haben keine Masse/Energie. Erst wenn sie getrennt werden und eines real wird, muss es auch Energie tragen. Diese Energie fehlt daher im Vakuum und muss vom SL geliefert werden. Das Partnerteilchen, das ins SL stürzt hat dadurch negative Energie. Dies soll man sich nach Hawking ähnlich wie bei Antiteilchen vorstellen, die man auch als zeitrückläufige normale Teilchen mit negativer Energie beschreiben kann.
(In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass Photonen ihre eigenen Antiteilchen (kein Unterschied) sind.)

Man kann es sich vielleicht auch als Tunneleffekt vorstellen.
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Hawking-Strahlung 12 10. 2020 01:10 #77689

Vielen Dank für Antworten, habe noch eine Frage:
könnte dann nicht mit der gleichen Wahrscheinlichkeit das Teikechen mit der positiven Energie ins SL fallen und das mit der negativen in unser Universum (und dessen Masse reduzieren) ?

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Hawking-Strahlung 12 10. 2020 01:28 #77690

Cinapp schrieb: Vielen Dank für Antworten, habe noch eine Frage:
könnte dann nicht mit der gleichen Wahrscheinlichkeit das Teikechen mit der positiven Energie ins SL fallen und das mit der negativen in unser Universum (und dessen Masse reduzieren) ?

Ein Teilchen mit negativer Energie gibt es nicht real, es kann daher nicht ins Universum entweichen.
Aber wenn Teilchen in der Nähe des SL sind, werden sie ins SL fallen oder derartige negative Teilchen eliminieren. Das ist aber beides letztlich das Gleiche.

Ob dieses Bild mit den Teilchen negativer Energie realistisch ist oder nur eine plastische Konstruktion für das Verständnis, mag dahin gestellt sein.


EDIT: 17.10.2020
Telchen negativer Energie müßten abstoßend wirken, ein zusätzliches Problem.
EDIT: Die Anziehung oder Abstoßung (fiktiver) negativer Energie durch normale Masse ist umstritten.
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Hawking-Strahlung 15 10. 2020 17:03 #77873

Ich traue mich jetzt doch mal zu antworten :-)

Meiner Meinung nach hat Andreas Müller dies immer sehr gut und einfach erklärt. Ich versuche es mal in meinen Worten wiederzugeben.

Durch eine Quantenfluktuation entsteht für ganz kurze Zeit ein Materie \ Antimaterie Teilchenpaar. Um zu entstehen brauchen die Teilchen Energie und leihen sich diese aus dem Vakuum. Wenn diese sich annihilieren geben sie die geborgte Energie wieder ab.

Passiert so eine Fluktuation am Ereignishorizont eines SL so leihen sich die Teilchen Energie aus dem schwarzen Loch.
Fällt ein Teilchen nun in das schwarze Loch und das andere kann entkommen, so anihilieren sie sich nicht und behalten so die geliehene Energie und zwar jeder die Hälfte. Das schwarze Loch bekommt so nur die Hälfte seiner Energie in Form des Teilchen wieder und erfährt so ein Defizit, man sagt es verdampft.
Ich habe das Video und einen Spektrumartikel dazu mal rausgesucht.


www.spektrum.de/lexikon/astronomie/hawking-strahlung/169

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Hawking-Strahlung 15 10. 2020 22:16 #77880

Kasmodia schrieb: Passiert so eine Fluktuation am Ereignishorizont eines SL so leihen sich die Teilchen Energie aus dem schwarzen Loch.

Tja, wenn das so einfach wäre, würden wir nicht rätseln. Man kann es natürlich so sagen, aber es erklärt nichts.
Allerdings sind die anderen Erklärungsversuche auch nicht viel besser.

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Hawking-Strahlung 16 10. 2020 19:25 #77925

Warum erklärt es gar nichts? Vielleicht kann es jemand Mathematischer ausdrücken. So zumindest ist es für mich Nicht -Physiker plausibel:)

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Hawking-Strahlung 16 10. 2020 19:58 #77926

Kasmodia schrieb: Warum erklärt es gar nichts?

Na, wie stellst Du Dir denn das vor "leihen sich die Teilchen Energie aus dem schwarzen Loch"?
Wenn sie sich die Energie aus dem Vakuum leihen, geht das ja noch, aber ausgerechnet aus dem SL?
Ich kann mir zwar einen Schuldschein ausstellen, aber wie bringe ich den in einen verschlossenen Safe hinein?

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Hawking-Strahlung 17 10. 2020 02:17 #77945

Kasmodia schrieb: Ich traue mich jetzt doch mal zu antworten :-)

Meiner Meinung nach hat Andreas Müller dies immer sehr gut und einfach erklärt. Ich versuche es mal in meinen Worten wiederzugeben.

Durch eine Quantenfluktuation entsteht für ganz kurze Zeit ein Materie \ Antimaterie Teilchenpaar. Um zu entstehen brauchen die Teilchen Energie und leihen sich diese aus dem Vakuum. Wenn diese sich annihilieren geben sie die geborgte Energie wieder ab.

Passiert so eine Fluktuation am Ereignishorizont eines SL so leihen sich die Teilchen Energie aus dem schwarzen Loch.
Fällt ein Teilchen nun in das schwarze Loch und das andere kann entkommen, so anihilieren sie sich nicht und behalten so die geliehene Energie und zwar jeder die Hälfte. Das schwarze Loch bekommt so nur die Hälfte seiner Energie in Form des Teilchen wieder und erfährt so ein Defizit, man sagt es verdampft.
Ich habe das Video und einen Spektrumartikel dazu mal rausgesucht.


www.spektrum.de/lexikon/astronomie/hawking-strahlung/169


Es ist ein wenig anders, wenn sich ein Paar virtueller Teilchen nahe eines Ereignishorizonts materialisiert kann es z.B. durch Gezeitenkräfte zu einem Zerreissen kommen. Ein Teilchen fällt ins SL, das andere kann entweichen und wird zu einem realen Teilchen. Entscheidend ist das die Energie für das materialisierte virtuelle Teilchenpaar vom SL stammt. Hier wird nichts geliehen, es ist eine Extraktion von Energie aus dem SL.
Mathematisch ist das für mich anschaulicher, es handelt sich um einen semiklassischen Ansatz der einerseits mit Lösungen der kovarianten Klein-Fock-Gordon Gleichung zu tun hat, andererseits mit einem 3+1 Split der RT. Ich kann das gerne math. ausführlicher beschreiben, wird aber brutal :)

Die Geschichte lehrt die Menschheit dass die Geschichte die Menschheit Nichts lehrt.
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Hawking-Strahlung 17 10. 2020 09:37 #77947

RayLight schrieb: Entscheidend ist das die Energie für das materialisierte virtuelle Teilchenpaar vom SL stammt. Hier wird nichts geliehen, es ist eine Extraktion von Energie aus dem SL.

Frau Weinfurtner in nature schreibt lakonisch:
The absorbed particle, which has negative energy, would reduce the mass of the black hole.

Es ist übrigens überhaupt nicht klar, wieso ein Teilchen mit negativer Energie gravitativ vom SL angezogen werden sollte. Negative Energie wirkt gravitativ abstoßend auf Masse. Negative Energie bewegt sich in der Krümmung der Raumzeit entgegengesetzt der üblichen Richtung.
a = F/m → -|a| = F/-|m|
Darauf beruht ja die Expansion des Universums.
EDIT: Die Anziehung negativer Energie durch normale Masse ist umstritten.

RayLight schrieb: Mathematisch ist das für mich anschaulicher, es handelt sich um einen semiklassischen Ansatz der einerseits mit Lösungen der kovarianten Klein-Fock-Gordon Gleichung zu tun hat, andererseits mit einem 3+1 Split der RT. Ich kann das gerne math. ausführlicher beschreiben, wird aber brutal :)

Das wäre schon schön, aber bitte leicht verständlich cool)
Die Beschreibung bei Spektrum ist ja schon mal ganz gut.
Da scheint mir zwar ein Fehler zu stecken:
"Deren Energie ist so gering, dass die Teilchen im Rahmen der Heisenbergschen Unschärferelation (Ort-Impuls-Unschärfe, Energie-Zeit-Unschärfe) eine sehr kurze Lebensdauer haben und daher nicht zu messen sind."
Es ist ja genau anders herum, je kleiner die Energie, desto länger die Lebensdauer. ℏ/2 = ΔE·Δt
Auch wird hier nur von positiver Energie gesprochen etc.

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Hawking-Strahlung 17 10. 2020 18:05 #77991

ra-raisch schrieb:

Kasmodia schrieb: Warum erklärt es gar nichts?

Na, wie stellst Du Dir denn das vor "leihen sich die Teilchen Energie aus dem schwarzen Loch"?
Wenn sie sich die Energie aus dem Vakuum leihen, geht das ja noch, aber ausgerechnet aus dem SL?
Ich kann mir zwar einen Schuldschein ausstellen, aber wie bringe ich den in einen verschlossenen Safe hinein?


Das Ausleihen von Energie ist auch nur im übertragenen Sinn gemeint, da die virtuellen Teilchen im Normalfall direkt wieder annihilieren und die Energie wieder abgegeben :)

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Hawking-Strahlung 17 10. 2020 18:27 #77993

ich kann es mir plastisch jetzt so vorstellen:
Der Ereignishorizont (EH) ist eine Kugeloberfläche (Dicke 0)
und wenn genau in dieser Grenzfläche eine Quantenfluktuation stattfindet,
wird die Energie vom SL geborgt.
Aber gibt es dann nicht außerhalb um den EH in unendlich kleinem Abstand
auch eine Fläche, in der vom Universum geborgt wird und
die Hälfte an das SL abgegeben wird?
(und vielleicht auch in größerem Abstand)

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Hawking-Strahlung 17 10. 2020 19:03 #77995

RayLight schrieb:
Mathematisch ist das für mich anschaulicher, es handelt sich um einen semiklassischen Ansatz der einerseits mit Lösungen der kovarianten Klein-Fock-Gordon Gleichung zu tun hat, andererseits mit einem 3+1 Split der RT. Ich kann das gerne math. ausführlicher beschreiben, wird aber brutal :)


leg los!

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Hawking-Strahlung 18 10. 2020 00:34 #78024

ra-raisch schrieb: Es ist übrigens überhaupt nicht klar, wieso ein Teilchen mit negativer Energie gravitativ vom SL angezogen werden sollte. Negative Energie wirkt gravitativ abstoßend auf Masse. Negative Energie bewegt sich in der Krümmung der Raumzeit entgegengesetzt der üblichen Richtung.

Yukterez hat mich darauf hingewiesen, dass die Anziehungskraft (fiktiver) negativer Energie umstritten ist.

Teils wird vertreten, dass sie zwar positive Energie abstößt, jedoch von positiver Energie angezogen werde.

Teils wird die gegensätzliche Abstoßung vertreten, wie von mir angenommen .

Ich war bisher der Meinung, dass ein Weißes Loch negative Energie darstellen würde und deshalb Masse abstoßen soll. Das würde zwar nichts darüber sagen, wie die Masse auf die negative Energie wirkt. Vielleicht finde ich dazu noch etwas.

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