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THEMA: Schwarze Löcher

Schwarze Löcher 01 Sep 2016 23:37 #8059

Hallo Zusammen
Zur zeit beschäftige ich mich mit schwarzen Löcher und dem Schwarzschild Radius. Ich denke dass es stimmt, dass jeder Körper einen Schwarzschildradius besitzt. Bei einem Wasserstoff Atom ist er etwa 10 hoch minus 54 Meter. Dies ist wesentlich kleiner als der Atomkern. In meinen Augen ist es aber auch bei unendlich grosser Gravitation nicht möglich die Atome so na aneinander zu pressen, dass die Masseverdichtung für ein schwarzes Loch reichen wird.

Was ist wenn die komplette Masse eines Atoms in Energie umgewandelt wird? Mittels kernspaltung.

Ich stelle mir das so ungefähr vor, dass beim ende eines geossen Sterns der Duck im inneres so gross wird das es nicht zu einer Fusion kommt sondern zu einer Kernspaltung. Ich würde schätzen nicht genau in der Mitte sondern auf einem bestimmten Radius wobei sich einen Teil der Druckwelle nach aussen bewegt, den Stern auseinander Reist und die schweren Elemente entstehen läst. Und der andere Teil Nach innen. So stark das es die Atome auseinanderreist, umwandelt in reine Energie und diese im Zentzum so verdichtet dass sich ein Ereignishorizont bilden kann, und dieser danach kontinuirlich anfängt Materie ansich zu ziehen, diese am Horizont zerlegt und so in Energie umwandelt.

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Schwarze Löcher 02 Sep 2016 00:47 #8061

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H a l l o auseinander und Willkommen Christian Häni
Also ich kann mich leicht mit der aussage von Schwarzschild Radios sehr leicht anfreunden denn jedes Masse behaftetes Teilchen besitzt diesen.
Eine Spaltung bei Explodierenden Sternen ist in sehr geringen teil auch denkbar, es braucht nur Neutronen dafür um ein Kern instabil zu bekommen, jedoch ist dieser so gering das es naja kaum rechnerisch bemerkbar ist.

Was aber mit diese Reinen Energie da meinst ist nicht zu erkennen, daher muss man diesem widersprechen, ein Ereignishorizont kann nicht so ohne passiert werden. Das zieht da nicht so an wie jetzt eine Sonne oder ein Planet, es ist mehr so das es da rein fallen Muss also an diesem Lochhorizont scheint (eine Art Potentialwall zu sein, scheinbar aufgrund der Rotation von diesen Objekt wo sich im Loch befindet), jedoch ist das nur meine Vermutung.
Formuliere es mal um oder Schreibe was anderes denn am ende ist es nun wirklich nicht mehr zu verstehen.

Gruß Chris

Ja ich kann alles, sogar definieren was ich nicht kann.

Man muss noch Chaos in sich haben, um einen tanzenden Stern gebären zu können.
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Schwarze Löcher 02 Sep 2016 11:49 #8063

Hallo

Im Grunde genommen, tu ich mir schwer, dass Materie sich so weit unter der Gravitation zusammenziehen lässt, dass sie kleiner als der Schwarzschildradius werden kann.

Mein erster Gedanke wahr, dass die Materie einen uns unbekannten Aggregatszustand annehmen müsste um den dort herrschenden Bedingungen gerecht werden zu können. Z.b. (nach Gas, Flüssig, Fest halt Massiv) Aber dies würde das Problem mit der Atomgrössen nicht so leicht lösen.

Bei der Kernspaltung weiss man, dass ein Teil der Masse verloren geht und diese sich in Energie Zeigt. Bei der Kernspaltung braucht es eine Überschreitung der Kritischen Masse. Erst ab einer gewissen Massen kommt es zur Kettenreaktion. Bei den Sternen ist es ebenfalls so, nur ab einer gewissen Grösse kommt es zur Kettenreaktion.

Mein Gedanke ist dass sich die Komplette Masse in Energie wandelt. Hat den Vorteil dass sich Energie auf einen Punkt beliebig hoch konzentrieren lässt. Jetzt fehlt nur noch der Nachweis dass sich Energie auch mit Masse in Form der Gravitation wechselwirkt. Jetzt könnte auch wieder Einstein zum Zuge kommen. Wenn Masse die Raum Zeit beugen kann, vermag das auch Reine Energie. Nach dem Grundsatz nehmen Bewegte Körper an Masse zu je schneller sie werden, bzw. je mehr Energie in einem Körper steckt umso schwerer wird er. Könnte bedeuten dass Energie Gravitation hat.

Das mit dem Hineinstürzen von Massen in ein Schwarzes Loch könnte sich so verhalten. Ab einer gewissen Distanz bzw. ab einer gewissen Grösse der Gravitation. Könnte sich ein Atom beim Hineinstürzen sich in die Bestandteile zerlegen und am Ende bleib nur noch Energie übrig welche dann ins Innere fällt.

So ungefähr könnte es sein. Aber es ist noch nicht ganz zu Ende gedacht. Vielleicht könnten sich noch weitere Personen dem Ansatz annehmen und das weiter Denken.

Gruss Christian Häni

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Schwarze Löcher 02 Sep 2016 19:21 #8065

Christian Häni schrieb: Was ist wenn die komplette Masse eines Atoms in Energie umgewandelt wird? Mittels kernspaltung.


Bei einer Kernspaltung wird wie bei einer Kernfusion nur ein Teil der Masse eines Atoms in Energie umgewandelt, aber niemals alles.

Christian Häni schrieb: Ich stelle mir das so ungefähr vor, dass beim ende eines geossen Sterns der Duck im inneres so gross wird das es nicht zu einer Fusion kommt sondern zu einer Kernspaltung.


Es gibt Atome, bei denen Kernfusion Energie freisetzt, und es gibt Atome, bei denen Kernspaltung Energie freisetzt. Normalerweise laufen diese Prozesse nur ab, wenn dabei Energie freigesetzt werden kann. Bei extremen Kollisionen (z.B. in einer Supernova) können Fusionen auch über Eisen hinaus (energetisch ungünstig) ablaufen.

Dass extremer Druck Kernspaltungsprozesse begünstigt, habe ich aber noch nie gehört. Der Prozess, dass bei extremen Drücken Protonen mit Elektronen sich zu Neutronen umwandeln (Bildung von Neutronensternen), ist kein Kernspaltungsprozess.

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Schwarze Löcher 02 Sep 2016 19:36 #8066

Christian Häni schrieb: Hallo

Im Grunde genommen, tu ich mir schwer, dass Materie sich so weit unter der Gravitation zusammenziehen lässt, dass sie kleiner als der Schwarzschildradius werden kann.


Zum einen kann ein Druck so hoch werden, dass keine bekannte Kraft mehr "dagegenhalten" kann. Das sieht man z.B. auch bei den Kollisionen am CERN.

Zum anderen ist der Schwarzschild-Radius R gleich 2*G*M/c². Die Dichte ist 4/3*pi*M/R³. Hieraus sieht man, dass die Dichte eines schwarzen Lochs mit zunehmender Masse abnimmt, proportional 1/M². Je größer das Schwarze Loch desto geringer die dafür nötige Dichte.

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Schwarze Löcher 03 Sep 2016 08:42 #8068

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Hallo ClausS
Hoffe ich habe da von begünstigen der Kernspaltung nix geschrieben, hoffe der andere auch nicht, und hier darf ich meine Vermutung scheinbar bestätigen, das bei r-Prozessen durch aus zu radioaktivem β Zerfall es kommt, mit drei ausnahmen welche laut wiki es bremsen. Also Kernspaltung wehrend der Fusion ist wohl auch irgendwann für ein Stern machbar, wie diffus das sich anhört.

Gruß Chris

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Schwarze Löcher 03 Sep 2016 14:03 #8071

Christian Häni schrieb: Hallo Zusammen
Zur zeit beschäftige ich mich mit schwarzen Löcher und dem Schwarzschild Radius. Ich denke dass es stimmt, dass jeder Körper einen Schwarzschildradius besitzt. Bei einem Wasserstoff Atom ist er etwa 10 hoch minus 54 Meter. Dies ist wesentlich kleiner als der Atomkern. In meinen Augen ist es aber auch bei unendlich grosser Gravitation nicht möglich die Atome so na aneinander zu pressen, dass die Masseverdichtung für ein schwarzes Loch reichen wird.

Bitte um feedback


Der Schwarzschildradius spielt bei nur EINEM Atom doch wohl keine Rolle in der Realität, so etwas KANN nicht passieren, das EIN Atom zu einem Schwarzen Loch werden würde, daher ist die Berechnung des Schwarzschildradius dafür nur theoretisch und für einen Mathematiker interessant, im wahren Leben jedoch total ............. unwichtig.

Warum erwähnst du dann so etwas hier?

Das ist in etwas so praxisrelevant als wenn jemand ausrechnen würde, wie lange man mit einem Auto auf nur einem Rad fahren könnte.

Was ist wenn die komplette Masse eines Atoms in Energie umgewandelt wird? Mittels kernspaltung.


Diese Frage impliziert, dass du dich noch niemals in deinem Leben mit der Funktionsweise einer Kernspaltung befasst hast, sonst würdest du diese nicht stellen.

Bei einer Kernspaltung kann immer nur ein ganz geringer Teil der "Atome" in Energie umgewandelt werden, niemals, aber wirklich niemals kann eine Kernspaltung "die komplette Masse eines Atoms in Energie umwandeln", das GEHT NICHT.

Es gibt jedoch insgesamt EINE Möglichkeit, die gesamte Energie eines Atoms in Energie umzuwandeln: Mittels Materie und Antimaterie. Der Vorgang wäre sogar ziemlich simpel: Einfach EIN Atom eines beliebigen Stoffes hernehmen und dieses in Kontakt bringen mit seinem Antimaterie-Gegenpart.

Was dann "ist", wolltest du wissen? Nun ja: dann ist da nichts mehr, rechne mal aus, wie viel Energie freigesetzt wird. Es ist aber auch kein Schwarzes Loch entstanden, es ereignet sich einfach eine gewaltige Energiefreisetzung, ganz spontan noch dazu.

Ich stelle mir das so ungefähr vor, dass beim ende eines geossen Sterns der Duck im inneres so gross wird das es nicht zu einer Fusion kommt sondern zu einer Kernspaltung. Ich würde schätzen nicht genau in der Mitte sondern auf einem bestimmten Radius wobei sich einen Teil der Druckwelle nach aussen bewegt, den Stern auseinander Reist und die schweren Elemente entstehen läst. Und der andere Teil Nach innen. So stark das es die Atome auseinanderreist, umwandelt in reine Energie und diese im Zentzum so verdichtet dass sich ein Ereignishorizont bilden kann, und dieser danach kontinuirlich anfängt Materie ansich zu ziehen, diese am Horizont zerlegt und so in Energie umwandelt.

Kann das ungefähr passen?


Nein.

Grüße
Udo

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Schwarze Löcher 04 Sep 2016 17:00 #8074

Hallo Zusammen,

Hier ein paar Anmerkungen zur Dichte in Schwarzen Löchern (SL):

Im Universum haben wir eine durchschnittliche Dichte von einem Proton pro m3 . Das entspricht etwa 5 x 10 hoch - 30 g/cm3.
Wenn unsere Sonne einst zum weißen Zwerg wird, dann hat dieser eine mittlere Dichte von 2,4 x 10 hoch 6 g/cm3.
Jetzt erhöhen wir die Dichte weiter und denken uns einen Neutronenstern.
Hier wurden die freien Elektronen durch den inversen Betazerfall in die Protonen gepresst. Wir haben es also mit reiner Kernmaterie zu tun. Der Dichteverlauf von außen nach innen: außen 10 hoch 4 und im Zentrum 10 hoch 15 g/cm3. Die Kernmateriedichte liegt bei 3 x 10 hoch 14 g/cm3.
D.h., im Zentrum eines Neutronensterns herrscht ein Vielfaches der Kernmateriedichte.
Man nimmt an, dass hier auch keine Neutronen mehr vorliegen, sondern das s.g. Quark -Gluon -Plasma. Ein Quark - Gluon - Plasma entsteht immer dann, wenn die Temperatur bei einer Billion Grad liegt oder die Kermaterie auf das 5 - 10 fache ihrer Dichte komprimiert wird. Geht das überhaupt.
Da ein Hadron aus ca. 1% aus Quarks besteht (Fermionen) und zu 99% aus Gluonen (Bosonen), lässt sich ein Quark -Gluonplasma weiter komprimieren, da Bosonen nicht dem Paulischen Ausschliessungsprinzip unterliegen.
Ein solches QGP hat man zum ersten Mal im Jahr 2004 am RHIC, dem Relativistic Heavy Ion Collider in den USA erzeugt. Inzwischen ist dies auch am CERN gelungen, indem man Bleikerne aufeinander schoss. Es entstand ein nuklearer Feuerball, der in ein QGP zerfiel.
Jetzt zu den SL:
Stellen wir uns ein SL mit drei Sonnenmassen vor. Dann ist es neun Kilometer gross.
Dieses Kugelvolumen kommt zustande, wenn wir den Scharzschildradius ausrechnen. Die Oberfläche dieser Kugel nennt man auch Ereignishorizont, da alles was da drüber rutscht nur noch eine Richtung kennt, nämlich die nach innen. Aus dieser errechneten Kugel kann nichts mehr entkommen.
Würde man jetzt die Masse des SL auf dieses Kugelvolumen verteilen, dann hätten wir eine Dichte von 2 x 10 hoch 15 g/cm3, also etwa die 7 -fache Kernmateriedichte.
So, und jetzt kommst noch dicker! Denn ein SL ist Masse ohne Materie.
Nimmt man die ART und die dazu gehörigen Gleichungen der Schwarzschild - und der Kerrmetrik ( erstere beschreibt ein ruhendes SL, zweitere ein rotierendes SL), dann bekommt man als Lösungen eine Krümmungssingularität im Zentrum, mit einer unendlichen Raumzeitkrümmung und unendlicher Dichte.
Iiih, das mögen die Physiker nicht gern, da man mit Unendlichkeiten in der Physik nichts am Hut haben will.
In der Theorie kann man mit Hilfe der Planckgrössen, die sich wiederum aus ein paar wichtigen Naturkonstanten ergeben, auf eine Planckdichte schließen. Wir kennen die Plancklänge und die Planckmasse. Mit der Planklänge kommen wir leicht zum Planckvolumen und dieses geteilt durch die Planckmasse ergibt die Planckdichte. Hier kommt man auf unglaubliche 10 hoch 93 g/cm3!

Bei diesen Winzigkeiten sollte man eigentlich mit der QuantenPhysik weitermachen, was man auch versucht hat. Daraus entstand die s.g. Loop Quantengravitation. Diese macht Vorhersagen und es gibt auch Testmöglichkeiten. Aber bisher deutet nichts auf Richtigkeit der Überlegungen hin. Auch die Stringtheoretiker versuchen, hier zu überprüfbaren Aussagen zu kommen, bisher ohne Erfolg.
Die Loop Quantengravitation sagt z.B. Voraus, dass hier die Dichte nicht weiter erhöht werden kann, ja dass sogar ein nach außen wirkender Quantendruck entstehen sollte.
Man kann auch die Überlegung anstellen, dass sich in der Singularität eh keine Teilchen (Fermionen) mehr befinden, sondern nur noch verdichtete Energie, also Bosonen. Und die kann man beliebig verdichten. Es bliebe lediglich ein Zusammenhang zwischen der involvierten Energie, der Energiedichte und der daraus resultierenden singularitätskrümmung.

So, jetzt könnt ihr gerne weiter nachfragen. Wenn ich es weiß , geb ich es gerne preis.

Grüße
Thomas

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Schwarze Löcher 05 Sep 2016 17:30 #8078

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Meine Vorstellung von SL ist recht simpel: Ein Loch im Raum Zeit Gefüge, welches nach unten hin nicht geschlossen ist. Wobei das Bild mit der "Gummimatte" auch einen Haken hat.
Ein SL hat einen Schwarzschild Radius. Das heißt, dass es in einem Radius um das SL eine Grenze gibt, die die noch nicht verschluckte Materie von der schon verschluckten Materie trennt. Beim Eintritt in das Massefeld des SL wird Energie abgegeben in den Raum. Ebenso an den 2 "Polen" des SL- die Gamma Bursts.
Warum sehen wir die SL nicht, wenn doch der Rand sehr energiereich ist und auch Energie dort abgestrahlt wird, bevor die Materie in das SL stürzt?

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Schwarze Löcher 05 Sep 2016 19:33 #8079

@Ralf
Die SL selbst sehen wir nicht. Kommt ja nichts mehr raus aus denselben. Wenn jedoch ein rotierendes SL gerade Materienachschub bekommt, dann bildet sich eine Akkretionsscheibe aus, außerhalb des Ereignishorizonts. Da wird es dann ziemlich heiß und die Scheibe emittiert Röntgen- und Gammastrahlung. Diese können wir sehen. Vor allem bei supermassiven SL ist dieser Effekt sehr ausgeprägt. An den Polen, in einer Entfernung von etwa 5 Lichtstunden bildet sich eine rotierende Teilchen und Energieröhre aus, die fast mit Lichtgeschwindigkeit ins All hinausschießt. Diese Erscheinung resultiert aus dem extrem starken Magnetfeld, das von den rotierenden Ionen herrührt, die aus der Akkretionsscheibe Richtung Pole transportiert werden. Diese Jets kann man auch beobachten. SL sind immer schwarz, aber ihre Umgebung muss das keinesfalls sein.
Grüße
Thomas
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Schwarze Löcher 08 Sep 2016 15:38 #8107

Thomas schrieb: Da wird es dann ziemlich heiß und die Scheibe emittiert Röntgen- und Gammastrahlung.

Bis zu welcher Entfernung zum Schwarzschildradius passiert das? Gravitative Zeitdilatation müsste diese Strahlung eigentlich wieder ins rote verschieben doch sicher gibt es bei irgendeinem Abstand eine Art Gleichgewicht...

Grüße
Merilix

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Schwarze Löcher 08 Sep 2016 20:33 #8110

@Merilix
Die Gravitationslinienverschiebung ins Rote spielt eine Rolle, sicher. Ebenso eine Linienverbreiterung, verursacht durch die vorherrschenden Magnetfelder. Da ich kein Spektroskopiker bin, weiß ich nicht, wie ausgeprägt die Effekte sind und in welcher Entfernung vom Schwarzschilradius sie vernachlässigt werden können. Kann man aber mit Hilfe des 1/r2 Gesetzes ganz gut abschätzen. Wenn jemand Lust hat, kann er sich der Frage ja mal nähern.
Grüße
Thomas

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Schwarze Löcher 17 Sep 2016 21:53 #8226

Im englischen wikipedia ( en.wikipedia.org/wiki/Redshift#Gravitational_redshift ) habe ich eine Formel für die gravitative Rotverschiebung gefunden:

Wellenlänge_beobachtet = Wellenlänge_emittiert / Wurzel(1-2GM/(rc²)) .

Setzt man in diese Formel ein rs=2GM/c² = rs (Schwarzschild Radius), erhält man

Wellenlänge_beobachtet = Wellenlänge_emittiert / Wurzel(1-rs/r) .

Die gravitative Rotverschiebung außerhalb eines Schwarzen Lochs hängt daher nur von dem Verhältnis Entfernung/Schwarzschildradius ab.

Für die Entfernung r = 2*rs ergibt sich
Wellenlänge_beobachtet = Wellenlänge_emittiert / Wurzel(1-1/2) --> Wellenlänge_beobachtet = Wurzel(2) * Wellenlänge_emittiert

Somit muss man ziemlich nah am Schwarzschild Radius sein, damit sich durch gravitative Rotverschiebung die Charakteristik der Strahlung ändert.

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Schwarze Löcher 17 Sep 2016 23:08 #8228

Hallo ClausS,
Danke für deine Recherche. Super gemacht. Ich hatte das schon vermutet, dass das sich so verhalten würde. Die gravitative Rotverschiebung ist nur ein sehr schwacher Effekt und deshalb nur in der Nähe sehr schwerer Massen oder Energiedichten von zu berücksichtigender Bedeutung. Will man beispielsweise dieselbe bei unserer Sonne messen, kommt man zu keinem Erfolg, da diese von anderen Effekten, verursacht durch die hohen Teilchengeschwindigkeiten und starken Magnetfelder völlig überlagert wird.
Grüße
Thomas

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Schwarze Löcher 19 Sep 2016 11:50 #8263

Thomas schrieb

Stellen wir uns ein SL mit drei Sonnenmassen vor. Dann ist es neun Kilometer gross.
Dieses Kugelvolumen kommt zustande, wenn wir den Scharzschildradius ausrechnen. Die Oberfläche dieser Kugel nennt man auch Ereignishorizont, da alles was da drüber rutscht nur noch eine Richtung kennt, nämlich die nach innen. Aus dieser errechneten Kugel kann nichts mehr entkommen.
Würde man jetzt die Masse des SL auf dieses Kugelvolumen verteilen, dann hätten wir eine Dichte von 2 x 10 hoch 15 g/cm3, also etwa die 7 -fache Kernmateriedichte.


Der Schwarzschildradius gehört halt zum Ereignishorizont und dieser hat mit der Größe des Schwarzen Loches als „Ding an sich“ offensichtlich nichts zu tun. Dieses Ding ist wohl viel kleiner (wenn Begriffe wie "Größe" überhaupt für SLs anwendbar sind).

Berechnet man nämlich eine Dichte aus der Masse des SL und seines Volumes, das sich aus dem Schwarzschildradius ergibt, so kommt man auf eine seltsame Reihe:

3 Sonnenmassen, Dichte 2 mal 10 hoch 15 Gramm je cm³
10 Sonnenmassen, Dichte 2 mal 10 hoch 14 Gramm je cm³
Im Quasar OJ287 befindet sich ein SL mit 10 Milliarden Sonnenmassen. Dieses hätte die äußerst geringe Dichte von 0,0002 Gramm pro cm³.

Man sieht, dass diese Methode der Dichteberechnung dem „Ding an sich“ nicht gerecht werden kann. Dies hat Thomas auch nicht behauptet.

Grüße Denobio

Leicht beieinander wohnen die Gedanken. Doch hart im Raume stoßen sich die Sachen. Schiller, Wallenstein

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