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THEMA: Wandeln sich Fermionen beim Gravitationskollaps in Bosonen um?

Wandeln sich Fermionen beim Gravitationskollaps in Bosonen um? 02 Jul 2017 17:55 #16498

Hallo,

vor einigen Wochen hatte ich das Thema schonmal aufgebracht, leider konnte damals keine zufriedenstellende Antwort gefunden werden.

Dr. Gassner sagte in einem seiner Videos, dass er aufgrund der Gesetzmäßigkeiten der Quantenmechanik davon ausgehe, dass die Materie in einem schwarzen Loch aus einer großen Zahl an Bosonen bestehe.

Und da frage mich: Wie soll die Umwandlung der Materie vonstatten gehen? Was für Prozesse könnten dafür verantwortlich sein, dass eine solche Umwandlung von Baryonen in Bosonen stattfindet? Davon ausgehend, dass die Konstituenten der Baryonen, die Quarks, oberhalb einer kritischen Temperatur nicht mehr in Dupletts (Mesonen) und Tripletts (Hadronen) gebunden sind, sondern als freie Teilchen im Plasma umherfliegen, wäre es ja ein Brei aus individuellen Fermionen, die in einem schwarzen Loch nebeneinander keinen Platz mehr finden würden.

Darum habe ich an der These, dass Fermionen am Ereignishorizont zu Bosonen werden, nach wie vor so meine Zweifel. Ich frage mich die ganze Zeit, ob das wirklich eine physikalische Tatsache ist und ob es nicht noch eine andere, ebenso valide Erklärung für den Materiezustand in kompakten Objekten gibt.

So würde ich z.B. ins Feld führen wollen, dass kompakte Objekte (schwarze Löcher) gar keine Eigenschaften zusammengesetzter Körper besitzen. Innerhalb eines schwarzen Lochs gibt es gemäß herrschender Meinung überhaupt keine Materie, wohl aber noch ein Quellenfeld der Gravitation.

Mit der Vorstellung "Gravitationsquelle ohne Materie" in einem schwarzen Loch tue ich mir jedoch sehr schwer - zumal die Teilchen, die die Gravitation vermitteln (Gravitonen), ja auch irgendwelche quantenmechanischen Eigenschaften haben müssen. Offenbar können sie dem Gravitationsfeld entkommen - ganz im Gegensatz zu Lichtteilchen, denen das trotz ihrer ganz ähnlichen Eigenschaften nicht gelingt. Und die Eigenschaften sind: 1. bosonischer Charakter, 2. Ruhemasse 0, 3. Ladung 0.

Erklären kann ich mir den quantenmechanischen Zustand in und um ein schwarzes Loch nur so, dass das Pauli-Prinzip dort nicht mehr bzw. nur noch bedingt gilt. Dazu folgendes zur Einleitung: Der Entartungsdruck ist ja ein Effekt, der auf dem Pauli-Prinzip beruht. Er ist zwar an sich keine elementare Wechselwirkung, hat aber doch den gleichen Effekt: Und zwar übt die Quantenmechanik einen Druck aus (also Kraft pro Fläche), in Abhängigkeit von der Dichte (also Teilchenzahl pro Volumen).

Somit ist der Entartungsdruck seinerseits abhängig von Stoffmenge und Raum.

Wenn ich die ART nun richtig verstanden habe, dann sind Längen und Zeiten jedoch relative Größen, abhängig vom Bezugssystem und von der Stärke des lokalen Gravitationsfeldes. Der Raum selbst ist in der Nähe starker Gravitationsfelder ja stark gekrümmt. Meine Frage an die Schlauberger unter uns hier ist nun folgende:
* Ist die Raumkrümmung in der Formel für den Fermi-Druck bereits einbezogen?
* Falls nicht, würde ein starkes Gravitationsfeld den Fermidruck eher verstärken oder abschwächen?
* Wie steht ihr zu der Überlegung, dass es mehr als 3 Generationen fermionischer Materie geben könnte, die bei ausreichend hohem Entartungsdruck entstehen, und sonst so instabil bzw. energiereich sind, dass man sie mit unserer Technologie bisher nicht beobachten konnte?

Beste Grüße
vom Reisenden

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Wandeln sich Fermionen beim Gravitationskollaps in Bosonen um? 02 Jul 2017 19:54 #16508

Wie es im Inneren eines Schwarzen Loches aussieht, das wissen wir nicht. Die Ereignisse jenseits des Ereignishorizonts sind kausal entkoppelt - deshalb heisst er ja so... Fermionen nehmen nicht den identischen Quantenzustand an - deshalb wirken sie einem Kollaps zur Singularität entgegen. Beim Kollaps stellarer Ausgangskonfigurationen scheinen Prozesse beteiligt zu sein, die Fermionen in Bosonen wandeln. Das heisst aber nicht, dass das finale Schwarze Loch aus Bosonen besteht...

Das Pauliprinzip ist kein Effekt der Allgmeinen Relativitätstheorie, sondern ein rein quantenmechanischer Effekt der darauf beruht, dass Elementarteilchen nicht unterscheidbar sind. Da die Aufenthaltswahrscheinlichkeit durch das Quadrat der Wellenfunktion bestimmt wird, ergeben sich zwei Lösungen: eine sog. symmetrische und eine asymmetrische. Die Lösungen unterscheiden sich im Vorzeichen, positives Vorzeichen nennt man "Bosonen" und negatives Vorzeichen "Fermionen". In der Reihe "von Aristoteles zur Stringheorie" werden wir das noch explizit herleiten.

Mehr als drei Teilchengenerationen gibt es nicht. Experimentell lässt sich z.B. zusätzliche Neutrinoflavours durch die Zerfallsbreiten am LHC ausschließen und theoretisch gibt es eine Publikation hierzu von Gassner/Lesch/Arenhövel. Letztere beruht darauf, dass zusätzliche Teilchenfamilien im frühen Universum die Anzahl der relativistischen Freiheitsgrade erhöhen würden, wodurch in der primordialen Nukleosynthese mehr Helium entstünde als beobachtet.
Folgende Benutzer bedankten sich: ClausS, Merilix, Reisender

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Wandeln sich Fermionen beim Gravitationskollaps in Bosonen um? 02 Jul 2017 20:37 #16512

Herzlichen Dank für die erhellende Erklärung. Wie ich sehe, führt der Hinweis auf die Publikation unmittelbar zu Ihrer Dissertation . Ich werde sie mir aufmerksam durchlesen.

Zur Frage Quantenmechanik vs. Relativitätstheorie ist mir noch eine Sache unklar: Die Wellenfunktion ist ja eine Wahrscheinlichkeitsdichte im Raum. Also eine Abbildung aus R^3->x, deren Quadrat ein Volumenintegral von 1 hat.

Nun frage ich mich: Ist das Urbild (also der R^3) dieser Wellenfunktion entsprechend der einsteinschen Feldgleichungen verzerrt? Falls ja, wäre das Quadratintegral ja nicht mehr notwendig 1. Es ergäbe sich - je nach Bezugssystem - eine unterschiedliche Wellenfunktion.

Ist das richtig? Oder ordnet die Wellenfunktion schlicht jedem Ort des Raumes (auch Bereiche innerhalb des Ereignishorizonts) einen (zeitlich veränderlichen) Wert zu, und die Wellenfunktion propagiert einfach unbeeinflusst von jeglichen Feldern wie Gravitation, Elektromagnetismus etc, und sieht für jeden Betrachter gleich aus?

Es läuft auch ein wenig auf die Frage hinaus: Könnte ein Quantenobjekt den Ereignishorizont durchtunneln?
Folgende Benutzer bedankten sich: Merilix

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Wandeln sich Fermionen beim Gravitationskollaps in Bosonen um? 02 Jul 2017 20:58 #16515

Das Quadrat der Wahrscheinlichkeitsdichte - die wiederum ausgedrückt wird durch die Wellenfunktion - muss aufintegriert 1 ergeben. Die Normierung sorgt letztendlich dafür, dass das Teilchen mit 100 Prozent Wahrscheinlichkeit irgendwo ist...
Das Propagieren der Wellenfunktion ist im relativistischen Fall nicht mehr durch die Schrödingergleichung gegeben, sondern durch die Dirac-Gleichung. Hierbei ist es notwendig, mit Gamma-Matrizen zu arbeiten anstelle der zweiwertigen Spinoren in der Schrödingergleichung.
Folgende Benutzer bedankten sich: Reisender

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Wandeln sich Fermionen beim Gravitationskollaps in Bosonen um? 02 Jul 2017 22:04 #16519

Josef schreibt: beim Kollaps stellarer Ausgangssituationen scheinen Prozesse beteiligt zu sein, die Fermionen in Bosonen wandeln. Das heißt aber nicht, dass das finale SL aus Bosonen besteht.
Wir hatten diese Diskussion vor kurzem erst hier im Forum.
Es ging darum, was Bosonen eigentlich sind und man konstatierte, dass auch Heliumkerne Bosonen sind, also alle Kerne mit ganzzahligem Spin.
Übersehen wurde dabei, dass diese Kerne bei den hohen Temperaturen, die da vorherrschen, gar keine kernartigen Strukturen mehr ausbilden, sondern ihre Kernnatur verlieren, also sich ein Quark -Gluonplasma ausbildet.
Wenn diese Art von Materiezustand den Ereignishorizont überschreitet, dann wird es wahrscheinlich so sein, dass aus den Quarks (Fermionen) auch Bosonen (Gluonen) werden.
Ich hab damals geschrieben, man könne diese Gluonen alle auf einen Haufen werfen und somit eine Energiedichte erzeugen, wie man sie sich in einer Singularität wohl vorstellen muss.
Tatsächlich, und das wissen wir wirklich nicht, könnte in einer solchen Singularität eine Energieform vorliegen, die mit all unseren Vorstellungen nichts gemein hat.
Tatsache ist nur, dass die Energie da ist, dann sie wirkt als Gravitationspotential auf ihre Umgebung.
Quantenmechanische Gesetzmäßigkeiten, wie Tunneleffekt oder dergleichen spielen hier keine Rolle mehr, da die QM sich mit Elementarteilchen, Atomkernen und Atomen beschäftigt. Alles Gegenstände, die es in einem SL nicht mehr gibt.
Wohlgemerkt, so seh ich die Dinge. Man möge mich korrigieren, wenn es gut Gründe gibt, diesem Bild zu widersprechen.
Grüße
Thomas

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Wandeln sich Fermionen beim Gravitationskollaps in Bosonen um? 02 Jul 2017 23:03 #16522

Danke Reisender für den Link und Danke Josef Gasner für diese Arbeit.
Es ist eine Freude den klaren und in sehr verständlicher Sprache geschriebenen Ausführungen zu folgen.
Auch wenn ich speziell beim mathematischen Teil 2 mit meinem schwachen und eher chaotischen Laienwissen passen muss ist es sehr erhellend, vermittelt einen sehr guten Einblick in die Prozesse und auch über die Probleme die sich bei der Beobachtung und deren Interpretation ergeben.

assume good faith

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