Das ist die Transkription einer Folge meines Sternengeschichten-Podcasts. Die Folge gibt es auch als MP3-Download und YouTube-Video. Und den ganzen Podcast findet ihr auch bei Spotify.
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Sternengeschichten Folge 430: Weiße Löcher
Über schwarze Löcher habe ich in den Sternengeschichten schon viel erzählt. Und wenn man sich mit dem Thema beschäftigt, dann taucht früher oder später irgendwann der Begriff „Weißes Loch“ auf. Was also ist ein weißes Loch? Die einfache Antwort: Ein weißes Loch ist wie ein schwarzes Loch, nur umgekehrt. Vielen Dank fürs zuhören, das wars für heute.
Nein, natürlich ist die simple Erklärung nicht genug. Sie ist zwar nicht komplett falsch, aber sie ist auch wenig hilfreich. Das Problem mit einer längeren Erklärung ist allerdings das Problem, das immer auftaucht wenn man über Kosmologie, schwarze Löcher und ähnliche Themen spricht. Da geht es um Phänomene, die absolut nichts mit unserem alltäglichen Leben zu tun haben. Es geht um Phänomene, die sich weit abseits von dem abspielen, was unser Gehirn im Laufe der Evolution zu verstehen gelernt hat. Will man sich zum Beispiel das Universum als ganzes vorstellen, dann muss man sich ein vierdimensionales Objekt vorstellen. Das können wir schlicht und einfach nicht. Wir müssen uns einen dreidimensionalen gekrümmten Raum vorstellen, was zwar theoretisch geht, aber nicht einfach ist, weswegen wir uns dann halt meistens damit begnügen, uns das übliche Gummituch mit einer Bowlingkugel drin vorzustellen. Was sehr viel einfacher ist, aber eben nur ein zweidimensionales Objekt, das sich in einem dreidimensionalen Raum krümmt. So funktioniert die echte Raumkrümmung im Universum nicht; es befindet sich auch nicht in einem höherdimensionalen Raum, in den hinein es sich krümmt oder in den hinein es sich ausdehnt. Aber das können wir uns halt nicht vorstellen.
Es soll aber in dieser Folge nicht darüber gehen, was wir uns über das expandierende Universum nicht vorstellen können, sondern über das, was wir uns über schwarze und weiße Löcher nicht vorstellen können. Und das ist fast alles. Solche extremen Objekte können wir zwar durchaus wissenschaftlichen erforschen. Aber die Art und Weise wie wir sinnvoll darüber nachdenken, benötigt Mathematik. Wir können ein schwarzes Loch mathematisch beschreiben, wir können die Mathematik durch die es beschrieben wird erforschen und so zu neuen Erkenntnissen kommen. Aber es ist eben abstrakte Mathematik, die genau deswegen abstrakt ist, weil sie nicht intuitiv vorstellbar ist. Ich erkläre das alles deswegen so genau, weil das bei den weißen Löcher genau so ist; vielleicht sogar noch ein wenig schlimmer. Alles was ich im folgenden erkläre, ist genau genommen der Versuch etwas zu veranschaulichen, was sich nicht veranschaulichen lässt. Da ich in diesem Podcast aber nicht nur mathematische Gleichungen aufsagen möchte, probiere ich es trotzdem.
Fangen wir noch mal mit den schwarzen Löcher an. Im Detail habe ich in den Folge 40 und 41 darüber gesprochen; in Folge 238 bin ich noch mehr ins Detail gegangen. Das wichtigste Konzept das man hier verstehen muss, ist der Ereignishorizont. Wenn irgendwo im Universum Masse rumliegt, übt sie eine Gravitationskraft aus. Wie stark diese Kraft ist, hängt einerseits von der Menge an Masse ab. Und andererseits davon, wie nahe man dieser Masse kommt. Man kann normaler Masse aber nicht beliebig nahe kommen. Wir Menschen sind zum Beispiel der gesamten Masse der Erde schon so nahe, wie es nur geht. Wir laufen direkt auf ihrer Oberfläche rum, noch näher geht es nicht. Die Anziehungskraft die wir von der Erde spüren ist schon die für uns maximal spürbare. Sie könnte aber größer sein. Denn auch wenn der Boden unter unseren Füßen direkt unter uns ist, ist sehr viel mehr Masse der Erde weiter weg. Immerhin reicht der Boden ja 6371 Kilometer bis zum Erdmittelpunkt und dann nochmal die gleiche Distanz bis zur anderen Seite der Erde. Die Masse dort ist also über 12.000 Kilometer von uns entfernt und dementsprechend schwächer ist ihre Anziehungskraft. Könnten wir die Erde auf eine Kugel mit 10 Meter Durchmesser zusammendrücken, dann wäre wir auf der Oberfläche dieser Kugel der Masse sehr viel näher. Die andere Seite wäre ja jetzt nur 10 Meter weit weg. Wir würden die Anziehungskraft der Erdmasse sehr viel stärker spüren! Und es würde uns sehr viel schwerer fallen, die Erde zu verlassen. Was ja jetzt schon nicht leicht ist; wir müssen die sogenannte Fluchtgeschwindigkeit von 11,2 Kilometer pro Sekunde erreichen, wenn wir die Erde dauerhaft verlassen wollen und das geht nur mit Raketen. Auf der geschrumpften Erde müssten wir noch deutlich schneller werden, wenn wir der viel stärkeren Anziehungskraft entkommen wollen.
Würden wir die Masse der Erde auf einen Durchmesser von weniger als einem Zentimter zusammendrücken, dann würde etwas seltsames passieren. Dann wäre die nötige Fluchtgeschwindigkeit um von dieser kleinen, aber sehr massereichen Kugel zu entkommen, größer als die Lichtgeschwindigkeit. Was so viel heißt wie: Wir wären nicht in der Lage, zu entkommen. Denn nichts kann sich schneller als das Licht bewegen. Wir wären auf ewig auf dieser Kugel gefangen. Genau das ist der Ereignishorizont: Der Abstand von einer Masse, bei dem die Fluchtgeschwindigkeit größer als die Lichtgeschwindigkeit wird. Damit ist klar, dass man einen Ereignishorizont nur bekommt, wenn man ausreichend viel Masse ausreichend stark komprimiert. Das ist bei den meisten Objekten im Universum nicht so. Ein Stern wie unsere Sonne müsste beispielsweise auf weniger als 6 Kilometer Durchmesser gequetscht werden, um einen Ereignishorizont zu kriegen. Solche Kräfte existieren normalerweise nicht. Bei sehr großen Sternen kann es aber trotzdem passieren. Wenn die am Ende ihres Lebens keine Kernfusion mehr betreiben können, dann fällt das ganze Ding unter seinem eigenen Gewicht in sich zusammen. Der nach außen gerichtete Druck der Strahlung fällt weg und alles wird immer stärker komprimiert. Ist die Masse des Sterns groß genug, wird die Masse so stark zusammengedrückt, dass ein Ereignishorizont entsteht. Dann kriegen wir ein echtes schwarzes Loch; wie zum Beispiel im Fall von Cygnus X-1, den ich in Folge 406 genauer erklärt haben.
Wir wissen, dass schwarze Löcher beim Tod sehr großer Sterne entstehen können. Oder besser gesagt: Wir wissen, dass große Sterne nach ihrem Tod so weit in sich zusammenfallen können, dass sich ein Ereignishorizont um sie herum bildet. Was hinter dem Ereignishorizont ist, wissen wir nicht. Unsere Theorien sagen vorher, dass die gesamte Masse sich in einem einzigen Punkt vereint, einer sogenannten Singularität. Aber das ist nur ein Zeichen dafür, dass die Theorien in diesen Extremfällen nicht mehr funktionieren. Im realen Universum kann es keine „Punkte“ geben. Irgendeinen Zustand wird die Masse des Sterns hinter dem Ereignishorizont schon einnehmen – aber wir haben keine Ahnung, wie der aussieht.
(Bild: EHT Collaboration)
Ich habe jetzt schon ziemlich viel erzählt, ohne etwas über die weißen Löcher zu sagen. Aber wir müssen erst mal ein paar Dinge über schwarze Löcher klären, bevor wir damit anfangen können. Schwarze Löcher sind zwar reale astronomische Objekte. Aber wir haben sie eben noch nicht wirklich gut verstanden. Die Theorie, mit der wir sie derzeit verstehen wollen, ist Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie. Die funktioniert wirklich sehr gut, aber nur dann, wenn die Größe der Objekte nicht zu klein werden. Wenn wir es mit etwas zu tun haben, das so schwer wie ein ganzer Stern ist, aber so weit komprimiert wurde, dass es nur noch so groß wie ein winziges Teilchen ist, dann weiß die Relativitätstheorie nicht mehr, was zu tun. Da bräuchte man dann eigentlich noch die auf die Beschreibung kleinster Teilchen spezialisierte Quantenmechanik. Aber die kann dafür nicht mit Gravitationskräften umgehen. Aber wenn wir jetzt einfach mal dem folgen, was uns die Relativitätstheorie sagt, dann sagt uns deren Mathematik, dass beim Kollaps einer Masse irgendwann eine Singularität entsteht die von einem Ereignishorizont umgeben ist. Die mathematischen Gleichungen sind aber zeitsymmetrisch. Was so viel heißt wie: Wenn ich in den Formeln einfach das Vorzeichen der Variable für die Zeit ändere, dann kriege ich eine Lösung, die rein mathematisch genau so gültig ist wie die andere. Oder anders gesagt: Wenn eine meiner Lösungen ein schwarzes Loch beschreibt, dann habe ich immer auch eine zweite Lösung, die ein weißes Loch beschreibt. Man kann sich ein weißes Loch also als die zeitliche Umkehr eines schwarzen Lochs vorstellen. Was man aber nicht tun sollte, weil dann alles nur noch verwirrender wird.
Bleiben wir erst mal bei dem, was noch einigermaßen einfach zu verstehen ist. Ein weißes Loch wird, so wie ein schwarzes Loch, durch einen Ereignishorizont ausgezeichnet. Wenn man sich dem Ereignishorizont eines schwarzen Lochs nähert, dann wird die Anziehungskraft immer stärker und irgendwann komme ich nicht mehr weg. Kommt man aber dem Ereignishorizont eines weißen Loches näher, dann wird es irgendwann immer schwerer, noch näher zu kommen. Und man wird feststellen, dass man sich schneller als das Licht bewegen müsste, um ihn zu überschreiten. Aus einem schwarzen Loch kommt nichts raus, das einmal drin ist. Und in ein weißes Loch kann nichts eindringen; von dort kommt nur raus, was schon drin war.
So wie ich das beschrieben habe, kann man sich ein weißes Loch fast wie ein reales Objekt vorstellen. So wie wir uns halt das dunkle Nichts des schwarzen Lochs vorstellen können, stellen wir uns hier eben ein strahlend weißes Irgendwas vor. Und tatsächlich würde ein weißes Loch auch genau so aussehen. Da nichts rein kommt sondern nur Zeug bzw. Strahlung raus, würde es hell leuchten. Diese Vorstellung ist aber falsch, weil wir den Weg der reinen Mathematik verlassen haben. Das was ich vorhin mit der Zeitsymmetrie der Gleichungen gesagt habe, gilt in einem Universum, in dem gar kein Stern vorhanden ist, aus dem sich ein schwarzes (oder weißes) Loch bilden könnte. Was seltsam klingt, aber funktioniert. Die Mathematik muss nicht wissen, wie ein schwarzes Loch entsteht. Wenn da einmal eine Singularität ist, dann steckt sie in den Gleichungen; dann braucht es auch keinen realen Prozess, der so etwas erzeugt. Sich auszudenken, wie das rein mathematisch beschriebene Objekt im echten Universum entstehen kann, ist Sache der Astronomie, nicht der Mathematik. Und die mathematischen Formeln sind viel einfacher, wenn keine störende Masse rumliegt. Man kann also mathematisch ein Universum beschreiben, das Ereignishorizonte enthält. Sowohl welche von schwarzen, als auch welche von weißen Löchern. Würde man in diese mathematische Beschreibung nun aber auch noch sowas wie Sterne inkludieren, dann würden die weißen Löcher verschwinden. Sie wären dann keine vernünftigen Lösungen der Gleichung mehr. Und das muss nicht mal ein Stern sein; irgendeine Masse würde reichen, selbst wenn es nur ein einziges Atom ist.
Sich vorzustellen warum das so ist ohne die Mathematik genau zu betrachten ist unmöglich. Aber daraus folgt: Wir würden nur dann weiße Löcher im Universum haben, wenn das Universum schon direkt von Anfang an weiße Löcher gehabt hätte. Es gibt allerdings keinen Grund, warum das so sein hätte sollen. Und dann ist ja im realen Universum jede Menge Masse entstanden. Wenn da weiße Löcher gewesen wären, wären sie schon längst wieder weg. Oder anders gesagt: Auch wenn weiße Löcher rein mathematisch mit den Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie beschreibar sind, heißt das nicht, dass sie auch tatsächlich existieren müssen. Es gibt keinen bekannten Mechanismus, mit dem sie entstehen könnten und es gibt auch weder einen Grund noch irgendwelche Anzeichen dafür, dass ein uns noch unbekannter Mechanismus existiert. Wir verwenden die Mathematik, weil sie eben auch jede Menge vernünftige Lösungen produziert mit denen wir reale Beobachtungen beschreiben können, wie eben die schwarzen Löcher, die tatsächlich im All existieren. Aber wir wissen auch, dass die Mathematik die wir verwenden, nicht die absolut richtige Mathematik ist. Es ist eine sehr gute Annäherung an die richtige Mathematik, sonst würden sich damit nicht so viele Beobachtungen so genau beschreiben lassen. Aber weil wir eben wissen, dass wir für eine vollständige Beschreibung eine Kombination aus Relativitätstheorie und Quantenmechanik brauchen, und wir diese Kombination nicht haben, folgt daraus, das unsere Mathematik unvollständig ist. Es ist also nicht überraschend, dass wir nicht mit allen Lösungen die sie produziert etwas anfangen können.
Nach allem was wir derzeit wissen, sind weiße Löcher nur eine mathematische Kuriosität. Wir haben weder irgendwo im All Beobachtungen gemacht, die nur durch die Existenz weißer Löcher erklärbar wären, noch auch nur annähernd irgendeinen Mechanismus ausmachen können, der zur Bildung von weißen Löchern führt. Früher dachte man mal, dass Quasare vielleicht weiße Löcher wären. Ich habe ja schon in Folge 52 ausführlich über die Dinger gesprochen. Die leuchten tatsächlich absurd hell und als man sie in den 1960er Jahren entdeckt, hatte man keine Ahnung worum es sich da handelt. Aber mittlerweile wissen wir sehr gut, dass es sich um die Zentren von fernen Galaxien handelt, in denen ein SCHWARZES Loch sitzt und mit seiner Gravitationskraft die Materie dort so schnell beschleunigt, dass sie zu leuchten beginnt. Und im Gegensatz zu den weißen Löchern gibt es bei dens chwarzen Löcher nicht nur Mechanismen wie den Kollaps eines Sterns der einen Ereignishorizont produziert, sondern wir haben auch immer wieder Beobachtungen gemacht die nur durch das Vorhandensein von viel Masse auf sehr kleinem Raum erklärt werden konnten. Schwarze Löcher sind faszinierend. Weiße Löcher mit Sicherheit auch. Aber im Gegensatz zu den schwarzen Löchern sind die weißen Löcher nicht real.
Die Forschung beschäftigt sich weiter damit, weil es eine gute Möglichkeit ist, die Mathematik die dem ganzen zugrunde liegt besser zu verstehen. Und die weißen Löcher werden sicherlich auch weiterhin die Fantasie der Menschen anregen. Ebenso wie Wurmlöcher, die übrigens eng mit den weißen Löchern verwandt sind (und aus den gleichen Gründen wie die weißen Löcher mit ziemlicher Sicherheit nicht real sind, aber das wäre ein Thema für eine andere Folge). Irgendwann kriegen wir vielleicht eine bessere Mathematik um das Universum zu beschreiben. Es ist höchst wahrscheinlich, dass die weißen Löcher dann einfach aus unseren Theorien verschwinden. Vielleicht lernen wir aber auch etwas völlig neues, von dem wir jetzt noch nicht einmal wissen, das wir es lernen können. Genau deswegen treiben wir ja die Wissenschaft!
Es ist höchst gefährlich, aus einem mathematischen Modell heraus zu spekulieren, was physikalisch möglich ist ! Das setzt voraus, daß man die Grenzen des mathematischen Modells kennt ! Und man sollte sich davor hüten, solche Spekulationen als Wahrheit zu verkaufen. Menschen, die sowas versucht haben, sind bisher alle gescheitert.
@Leser: “ Und man sollte sich davor hüten, solche Spekulationen als Wahrheit zu verkaufen. „
Dir ist aber schon aufgefallen, dass ich sehr viel Zeit darauf verwendet habe genau das zu erklären.
Wiedermal sehr verständlich und anschaulich erklärt, soweit das bei weißen Löchern eben möglich ist 🙂 Naive Frage: könnte der Urknall eine Art weißes Loch gewesen sein, dass auf einen Schlag alles, was in ihm drin war, rausgeschleudert hat?
@Leser:
Die Schwarzen Löcher waren zu Beginn auch nichts anderes als eine mathematische Lösung. Es geht also durchaus.
@Captain E.
Es geht nicht ! Schwarze Löcher sind bis heute nichts anderes, als eine mathematische Spekulation ! Ich meine damit nicht die Massekonzentration, die ist belegt, die war nie angezweifelt. Aber andere Eigenschaften der Schwarzen Löcher sind blanke Spekulation ! Und da ändert auch das „Foto“ von M87 nichts dran. Dabei kommt sofort die Frage auf, warum so ein „Foto“ von Sgr A* nicht möglich ist ?
@Leser: „. Dabei kommt sofort die Frage auf, warum so ein “Foto” von Sgr A* nicht möglich ist ?“
Ist es doch. Und wirds auch geben. Aber das EHT ist coronabedingt gerade außer Betrieb.
@FF
Was soll das ? Es gibt kein derartiges „Foto“ von Sgr A*. Daß man sich bemühen wird, ein derartiges „Foto“ auch von Sgr A* zu erstellen, ist klar. Aber bisher gibt es ein solches „Foto“ nicht. Und insofern ist deine Aussage „Ist es doch“ wohl zur Zeit falsch ! Es gibt Unterschiede zwischen M87 und Sgr A*. Und diese Unterschiede lassen auch die Möglichkeit zu, daß ein derartiges Bild von Sgr A* gar nicht möglich ist. Hat Sgr A* eine richtige Akkretionsscheibe mit einem Jet ?
@Leser: „ber bisher gibt es ein solches “Foto” nicht. Und insofern ist deine Aussage “Ist es doch” wohl zur Zeit falsch ! „
Du hast es gesagt, es sei nicht möglich, so ein Bild zu machen. Ich hab gesagt, dass das sehr wohl möglich ist. Aber das geht halt nicht wie ein Schnappschuss mit dem Handy. Sondern braucht viel Zeit. Ein Bild von SgrA* ist möglich und wir werden es in den nächsten Jahren sehen.
@Leser:
Es geht eben doch! Schwarze Löcher haben ihre „Existenz“ als mathematische Lösung der Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie begonnen, sind aber längst darüber hinaus.
Die Massekonzentrationen, von denen du sprichst, und die nichts anderes sein können als Schwarze Löcher, waren zu diesem Zeitpunkt noch nicht einmal bekannt.
Und was die Erkenntnisse angeht, die du so leichtfertig als „blanke Spekulation“ abtust, wurden sie bereits durch Beobachtungen verifiziert. Weißt du etwa, was ein „Blazar“ ist? Das ist nichts anderes als ein Quasar, ein supermassives Schwarzes Loch bzw. Aktiver Galaktischer Kern, dessen Jet nicht nur Spekulation ist, sondern uns auf der Erde voll erwischt. Dieser Jet scheint auf uns gezielt zu sein, auch wenn das natürlich reiner Zufall ist. Das ist dann keine bloße Berechnung mehr, sondern harte Fakten durch Beobachten. Wir können das Ding sehen.
@Leser
Ihre Aussage (als Frage formuliert) lautete: „Ein solches Foto ist nicht möglich.“ Dies schließen Sie unzulässigerweise aus der Tatsache, dass es bisher noch kein Foto von Sgr A* gibt.
Somit ist FF’s Widerspruch („Ist es doch.“) sehr wohl berechtigt (und erst recht nicht falsch), wenn er weiß, dass ein solches Foto möglich ist.
@Leser:
Das tut es nicht, aber das heißt keineswegs, dass es unmöglich wäre. Es muss also korrekt lauten: Es gibt bislang noch kein derartiges “Foto” von Sagittarius A*, aber es spricht nichts grundsätzlich dagegen, dass es irgendwann eines geben wird.
Die Möglichkeit gibt es eben nicht. Der Kern von M87 und Sagittarius A* sind supermassive Schwarze Löcher. Der Hauptunterschied besteht darin, dass wir das aus der Galaxis M87 relativ ungestört sehen können, wohingegen zwischen der Erde und Sagittarius A* jede Menge Dunkelwolken liegen. Mit Frequenzen, die von diesen Wolken verschluckt werden, kommt man daher selbstverständlich nicht weiter.
In den Frequenzen, die ungehindert durchkommen, also etwa Infrarot, kann man in der Nähe von Sagittarius A* den Stern S2 beobachten, der das Schwarze Loch in wenigen Jahren umkreist. Und man hat auch schon Materieansammlungen beobachtet, die Sagittarius A* umkreisen und hinein stürzen.
@Captain E.
Was ist eine „Erkenntnis“ ? Eine Beobachtung (z.B. Jet beim Blazar oder bei M87) kann man nicht in Frage stellen. Damit würde man die Augen vor der Wirklichkeit verschließen. Aber die namensgebende, unphysikalische, nicht bewiesene und nicht beobachtete Singularität eines Schwarzen Lochs kann ich durchaus in Frage stellen. Und wenn ich Lösungen finde, die Massekonzentrationen ohne Singularitäten erklären, dann halte ich das für einen Fortschritt bei der „Erkenntnis“ der Natur. Welche Beobachtungen haben deiner Meinung nach denn die Singularitäten des Schwarzen Lochs belegt ? Mir sind derartige Beobachtungen nicht bekannt. Und deshalb sind Schwarze Löcher bei mir in wesentlichen Eigenschaften unbewiesene mathematische Spekulationen. Aber noch einmal : die Massekonzentration selbst ist belegt ! Ich habe aber bisher noch nicht einmal eine vernünftige Erklärung für die Entstehung eines Jets gesehen.
Welche Eigenschaften zu den Singularitäten eines Schwarzen Lochs wurden durch Beobachtungen verifiziert ? Bitte erkläre es ! Ich kenne keine ! Für mich sind die Singularitäten eines Schwarzen Loches blanke mathematische Spekulation !
Ich denke, Leser hat eine Privatphysik entwickelt, nach der es so etwas wie schwarze Löcher nicht geben darf. Weswegen er sich dagegen wehrt, dass die Astronomie die Dinger tatsächlich beobachten kann. Oder missversteht absichtlich, um was es geht. Weil dass es im Inneren eines SLs keine „Singularität“ geben kann, ist nicht nur nicht neu (http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2014/10/13/ist-ein-schwarzes-loch-eine-singularitaet-und-kann-es-sowas-ueberhaupt-geben/?all=1) sondern hat auch nix mit dem zu tun, was beobachtet wird – nämlich den von einer sehr konzentrierten Masse verursachten Ereignishorizont. DAS nennt man in der Astronomie ein „schwarzes Loch“; DAS hat man beobachtet. Der Rest ist theoretische Physik und hat nix mit der Sache zu tun.
Und da das alles nix mit dem Thema des Artikels zu tun hat, werd ich da nicht mehr weiter drauf eingehen.
@Leser:
Das ist doch jetzt reine Rabulistik!
Aber gut, die Singularität als mathematisches Ergebnis gibt es womöglich wirklich nicht. Mathematiker haben kein Problem mit Unendlichkeiten, Physiker schon. Die ahnen dann jedes Mal, dass in ihrer Theorie noch eine Macke steckt.
Aber trotzdem: Als Einstein seine rein theoretischen Erwägungen angestellt hat, war von irrwitzig hohen Massekonzentrationen noch lange nicht die Rede. Die Astronomie wusste damals noch nicht einmal so genau, was diese komischen Wolken am Sternenhimmel eigentlich sein sollten. Und da kam nun dieser zuvor völlig unbekannte theoretische Physiker, hat revolutionär neue Ideen veröffentlicht, und da kam unter anderem heraus, dass es diesen Überlegungen zufolge Masseansammlungen geben müsste, die so hoch wären, dass selbst die Lichtgeschwindigkeit nicht mehr hoch genug wäre, um Fluchtgeschwindigkeit zu erreichen. Zugleich erklärte Einstein ja auch noch, dass nichts mit einer Ruhemasse ungleich Null sich dermaßen schnell bewegen könne.
Die Astronomen fragte sich also zu Recht: Eine Masse, die eine Singularität mit unendlicher Dichte bildet und der nicht einmal das Licht entkommen kann? Kann es so etwas in der Realität tatsächlich geben? In der Folgezeit kam man Stückchen für Stückchen darauf: Ja, so etwas gibt es wirklich! Nur eben die Sache mit der Singularität, die bereitet den Physikern in der Tat nach wie vor Magenschmerzen.
Ansonsten hat eine Theorie rein mathematisch eine Folge vorausgesagt, die es tatsächlich gibt. Und das ist eine beeindruckende Leistung gewesen.
Das möge der Hausherr beantworten. Meines Wissens gibt es noch nichts, was theoretisch über Schwarze Löcher vorhergesagt wurde, dass man hätte revidieren müssen. Nicht schlecht für eine „blanke mathematische Spekulation“, nicht wahr?
Ein Jet, der eine Ausdehnung von 5000 LJ hat.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/39/M87_jet.jpg
Frage: Könnte man weiße Löcher als eine große Menge „negativer“ Masse (die abstoßend auf normale Masse wirkt) auf kleinem Raum interpretieren? Und da es offenbar keine Teilchen mit „negativer“ Masse gibt, findet man auch keine weißen Löcher.
@Hugo: Weiße Löcher ziehen Masse genau so an wie andere Massen. Aber man kann halt ihren Ereignishorizont nicht überschreiten…
@FF
Es ist schon erstaunlich : Nur weil man darauf hinweist, daß es gefährlich ist, aus einem mathematischen Modell auf einen physikalischen Sachverhalt zu schließen, ohne daß man die Grenzen der Übereinstimmung des mathematischen Modells mit der realen Physik kennt, wird man als jemand diffamiert, der seine eigene Physik betreibt! Das ist lächerlich und entwertet diese Diskussion! Und das ist nicht off topic!
Wo bitte hat man einen Ereignishorizont beobachtet ? Das ist mir entgangen. Und nun sag nur nicht bei M87. Das ist falsch ! Bei M87 hat man eine Akkretionsscheibe mit einem Innenrand dargestellt. Und aus diesem Innenraum der Akkretionsscheibe von M87 wird der Jet ausgeblasen. Einen Ereignishorizont sieht man da jedenfalls nicht.
Mit den selben Meßmitteln und -methoden wie bei M87 hat man auch Sgr A* beobachtet. Sgr A* ist etwa 2000 mal näher an der Erde dran und erscheint geometrisch sogar noch etwas größer als M87. Aber trotz der Vergleichbarkeit der Meßbedingungen war ein solches „Foto“ von Sgr A* bisher nicht möglich ! Warum ?
Aber lassen wir das, denn das ist ja hier alles nur „Privat“-Physik.
@Leser: Wenn du die Erkenntnisse der Wissenschaft aktiv ignorierst (man könnte auch „leugnen“) sagen, dann folgt daraus vielleicht nicht zwingend eine „Privatphysik“. Aber meiner Erfahrung nach sind Leute, die behaupten die Wissenschaft würde alles falsch machen meistens auch davon überzeugt, sie selbst hätten eine bessere Theorie zu bieten.
Aber egal. Ich wollte dir nichts unterstellen. Sorry. Das Problem ist: Du hängst dich an der Mathematik auf. Ich bin Astronom, ich rede über Beobachtungen. Wir wissen, dass es im Universum Massen gibt, die so stark konzentriert sind, dass man ihnen so nahe kommen kann, so dass die Fluchtgeschwindigkeit irgendwann größer als die Lichtgeschwindigkeit wird. Daraus folgt, dass sie von einem Ereignishorizont umgeben sind. Du kannst jetzt natürlich gerne leugnen, dass wir solche konzentrierten Massen beobachtet haben. Und vielleicht wieder von Singularitäten o.ä. reden. Aber das ist Mathematik. Darum geht es nicht. Es geht um reale Beobachtungen.
Mir ist auch noch immer nicht klar, was jetzt dein Problem mit der Astronomie ist. Wer hat wo etwas behauptet, was unzulässig wäre? Was in meinem Artikel ist falsch?
Bemerkung zu: „Würden wir die Masse der Erde auf einen Durchmesser von weniger als einem Zentimter zusammendrücken, dann würde etwas seltsames passieren. Dann wäre die nötige Fluchtgeschwindigkeit um von dieser kleinen, aber sehr massereichen Kugel zu entkommen, größer als die Lichtgeschwindigkeit. Was so viel heißt wie: Wir wären nicht in der Lage, zu entkommen. Denn nichts kann sich schneller als das Licht bewegen. Wir wären auf ewig auf dieser Kugel gefangen.“
Genau im Zentrum dieser Kugel wirkt keine Anziehungskraft! Wer kann beweisen dass es keine Dimension gibt, welche diese Position besetzt oder ein Spiegel, bzw. eine unbekannte Torsion, welche ähnliche physikalische Effekte hervorruft und die wir beschreiben sowie untersuchen können?
Was ich mich da frage:
Koordinatengeschw. des Lichts (c‘ an der Radialkoordinate rs für einen Beobachter im Unendlichen): dr/dt = c‘ = c*(1-rs/r)) ergo c‘ ist kleiner 1
Hinweis: Die Differenz der Radialkoordinaten entspricht nicht direkt der Wegstrecke, sondern unterliegt dem Krümmungsfaktor.
lokale Lichtgeschw.: c = dr/dTau = 1 = 300 000 km/s
Für einen entfernten Beobachter sieht es so aus als ob das ins SL einfallende Licht immer langsamer wird.
Eine Lokale Messung der Lichtgeschwindigkeit ergibt immer c = 300 000 km/s
Wie muss man sich das nun dann bei einem Weißen Loch vorstellen?
Kann dann von einem weißen Loch ausgestrahltes Licht in endlicher Zeit bei einem entfernten Beobachter ankommen?
Als bildhafte Vorstellung wird bei den SL manchmal das Modell der einfallenden Straße bemüht. Der Raum (die Straße) fällt am Ereignishorizont mit c=1 und innerhalb mit c>1 in das SL ein.
Kann man diese bildhafte Modellvorstellung auch auf Weiße Löcher anwenden?
Eckehard Rebhahn hat in Theoretische Physik Band 1 begründet, warum Weiße Löcher nicht existieren können. Ich kann mich daran kaum noch erinnern. Ich meine er hatte so inetwa geschrieben, dass die Bildung eines Weißen Loches für entfernte Beobachter unendlich lange dauern würde und es diese deshalb nicht geben könne.
Da ein „weißes Loch“ das Komplement zu einem „schwarzen Loch“ sein sollte, wäre mein Gedanke als Laie folgender:
Könnte man sich ein „weißes Loch“ als die Sicht vom Inneren eines „schwarzen Lochs“ aus auf die Welt außerhalb des „schwarzen Lochs“ vorstellen?
dafür spricht meiner Meinung nach:
+ Ereignishorizont: Ist der gleiche wie der des „schwarzen Lochs“, nur von der anderen Seite, also vom Innern des „schwarzen Lochs“ aus gesehen
+ Singularität: vom „schwarzen Loch“ aus ist das „weiße Loch“ unendlich groß. Unendlich ist auch eine Singularität wie die 0 beim „schwarzen Loch“ von außen gesehen.
+ es kann aus dem „weißen Loch“ nur Materie herauskommen, aber nicht reingehen: Das wäre vom Innern eines „schwarzen Lochs“ aus gesehen genau der Fall: es kann nur Materie von außerhalb (dem „weißen Loch“) in das „schwarze Loch“ reingehen aber keine raus.
Das sind nur Gedanke von einem Nicht-Physiker, der sich gerne etwas bildlich vorstellt, also bitte nicht so streng sein …
@HelmutK
ja.
am besten um die kausalität schwarzer/weißer löcher darzustellen eigenen sich Kurskal-Szekeres-kooridinaten. in denen sind ein/auslaufende lichtstrahlen immer 45 grad linien (so wie man aus der flachen Minkowski-raumzeit gewöhnt ist)
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1c/Kruskal_diagram_of_Schwarzschild_chart.svg
I ist der außenraum
II ist das schwarze loch
III ignorieren wir mal
IV ist das weiße loch
da ist es klar zu sehen dass nichts aus einem schwarzen loch (II) entkommen kann, und nichts in ein weißes loch (IV) hineinkommen kann.
für reale schwarze löcher, die aus einem kollaps entstanden sind und nicht zeitsymmetrisch sind, so wie Florian das erklärt hat, existieren die bereiche III und IV nicht.
https://www.spektrum.de/astrowissen/lexdt_w.html#weisse%20L%C3%B6cher
Die meisten Gleichungen in der Physik sind doch symetrisch in der Zeit? Damit wären dann auch Flüsse die Bergauf fliessen als Hypothese möglich. Trotzdem beschäftigt sich niemand mit sowas. Schauberger’s Repulsine wäre ja auch halbsweg als zeitlich umgekehrter Tornado ansehbar. Da hätte das aber niemand als Hypothese ernstgenommen.
@reggid
Das gleiche Bild verwendet Rebhahn (S.1022) auch: Schreibe ich dessen Bezeichnungen auf deine um, steht im Rebhahn:
I ist der Außenwelt des schwarzen Lochs
II ist die Innenwelt des Schwarzen Lochs
III ist Außenwelt des Weißen Lochs
IV ist die Innenwelt des Weißen Lochs
Und dann steht im Rebhahn:
* von der Innenwelt (II+IV) gelangen nur Teilchen und Photonen aus IV in die Außenwelt (I)
* Es gibt keine Weltlinien, die von III oder II nach I führen. Damit existiert keine Verbindung zwischen den Außenwelten I und III, es handelt sich um zwei Welten zwischen denen keine Kommunikation möglich ist.
* Alle Weltlinien, die aus IV nach I führen, überschreiten bei r=rs, zwangsläufig die Zeitachse t=-unendlich. Damit Partikel (Teilchen oder Photonen) aus IV in I beobachtet werden können, müsste das Gebiet IV, in Zeiteinheiten des Gebietes I gemessen, schon unedlich lange bestanden haben, und die Partikel müssten schon unedlich lange unterwegs sein.
* Da es nur Weltlinien gibt, die von III nach I führen, aber keine die von I nach IV führen, bezeichnet man IV von I aus gesehen als weißes Loch. Um weiße Löcher sehen zu können, müssen diese nach dem eben Gesagten schon unendlich lange existieren, was in einer durch Urknall entstandenen Welt endlicher Vergangenheit nicht möglich ist.
So in etwa steht es im Rebhahn. Ob das korrekt ist kann ich nicht beurteilen.
Hi,
wenn man auf ein schwarzes Loch zufliegt vergeht die Zeit für einen selbst ja viel langsamer als für einen weit entfernten Beobachter. Wenn man den Ereignishorizont noch nicht überquert hat und nach einiger Zeit zu dem weit entfernten Beobachter zurückkehrt, ist man ja deutlich jünger im Vergleich als vor dem Start. Bei einem weißen Loch müsste dann ja das Gegenteil eintreffen. Das heißt meine eigenzeit vergeht deutlich schneller. Wie verhällt sich das aber mit der speziellen Relativitätstheorie, da ich ja beschleunige und dadurch meine Eigenzeit ja eigentlich langsamer vergeht. Treten beide Zeitdilatationen gleichzeitig auf, oder ist der Effekt der beschleunigten Uhr aus der SRT in diesem Falle nicht vorhanden?
Wie kann man sich einem weißen Loch theoretisch nähern? Schließlich wird ja auch der Weg immer länger je mehr ich mich nähere. Ich bekomme Kopfweh bei diesen Überlegungen 🙂
@Rene
Man ist nicht jünger geworden, sondern nur weniger gealtert, als der zurückgebliebene Beobachter. So ähnlich wie beim Zwillingsparadoxon.
Ja das könnte man das relativistische Trödelprinzip nennen. Ein kräftefreier Körper bewegt sich auf einer Geodäten. Das ist der Weg auf dem die meiste Eigenzeit vergeht. Da hier zwei gegenläufige Effekte auftreten (die relativistische Zeitdilation und die gravitative Zeitdilation) bewegt sich der kräftefreie Körper auf der Bahn bei welcher das Produkt aus beiden Maximal wird.
das muß korrekt heißen:
* Da es nur Weltlinien gibt, die von IV nach I führen, aber keine die von I nach IV führen, bezeichnet man IV von I aus gesehen als weißes Loch.
Ein weißes Loch existiert, nur halt nicht an einem von uns erreichbaren Punkt im Universum: dem Inneren eines schwarzen Lochs, wie Thomas bereits schrieb.
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