28.11.2017
Artikel bewerten
(9 Stimmen)

Allgemeine Relativitätstheorie • Schwarzschildmetrik • Schwarze Löcher • AzS (20) | Josef M. Gaßner

Von Aristoteles zur Stringtheorie - Folge 20:
Wie sieht die Welt außerhalb, am Ereignishorizont und im Inneren von Schwarzen Löchern aus? Josef M. Gaßner leitet schrittweise die Schwarzschild-Metrik her und erläutert die Zusammenhänge.

Video ansehen

Weitere Informationen

  • Schwierigkeitsgrad: - Mittel
  • Dauer (min.): 19
  • Format/Stil: Josef M. Gaßner solo
  • Grundlagen: Allgemeine Relativitätstheorie
  • Serien: Von Aristotheles zur String-Theorie

Personen in dieser Konversation

  • Hallo zusammen,

    ich bin immer noch schwer beeindurckt von der Klarheit und Einfachheit wie hier komplexe Zusammenhänge vermittelt werden. Vielen Dank!

    Eine Anmerkung: Wenn wir den Schwarzschild-Radius erreichen vergeht ja keine Zeit mehr - diese steht ja still. Ich habe beim ansehen der Videos öfter den Eindruck gewonnen, dass dies bedeuten soll, dass man dann ja alle Zeit der Welt hätte (weil die Zeit ja nicht vergeht). Ich denke diese Vorstellung ist aber falsch. Vielmehr passiert ALLES gleichzeitig (und über den Schwarzschildradius mal einfach hinaus gedacht) müsste die Zeit rückwärts verlaufen wenn sich das beobachtende System mit Überlichtgeschwindigkeit beweren könnte. Da wird es dann wohl aber komplex und daher lasse ich diese Betrachtung erst einmal.
    Wesentlich für mich aber erscheint, wenn ich mich auf dem Schwarzschild-Radius befinde und die Zeit still steht, also nicht vergeht, dann passiert was auch immer passiert instantan, also ALLES GLEICHZEITIG.
    Wenn ich mir unsere 4-dimensionale Welt (3 Raumdimensionen und eine Zeitdimension) als 4-dimensionales gebilde Vorstelle (also die Zeit orthogonal auf den Raumdimensionen steht) und wir (unsere Zeit verläuft gefühlt linear) unsere 3-dimensinale Welt als Schnittbild wahrnehmen, dann kippt doch mit zunehmender Geschwindigkeit der Schnitt durch dieses 4-dimensionale Raumzeitgebilde. Am Ereignisshorrizont schneiden wir dann doch exakt auf der Zeitebene. Damm müsste doch (mal angenommen wir könnten uns mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen) die 3-dimensionale Schnittfläche noch weiter kippen. Damit würde die Zeitkoordinate in unserer Wahrnehmung zu einer Raumkoordinate und eine der Raumkoordinaten (abhängig von der Bewegungsrichtung) zur Zeitkoordinate.
    Diese Vorstellung scheint mir kausal und zu allem was ich bisher weiss.
    Könnte es nicht sein, dass wir (jetzt mal von der makroskopischen in die mikroskopische Betrachtung übertragen) ein z.B. durch Energiezuführung angeregtes Elektron quasi in eine anderen (ich sage mal) Schnittraum kicken. Zeit- und Raumkoordinaten wechseln dadurch. Offensichtlich wirken aber gegengesetze Ladungen anziehen aufeinander in allen 4 Dimensionen und das Elektron wird in unseren Raumschnitt zurückgezogen hat aber dabei (aus unserer Sicht instantan) einen Weg zurückgelegt (und ist von eine Schale auf eine andere gesprungen).
    Müsste man eine soche 4-dimensional Verschränkung nicht auch auf Quanten anwenden können? Wenn wir zwei verschränkte Quanten örtlich (also in 3 Dimensionen) voneinander entfernen verbleibt dann nicht möglicherweise eine Verschränkung in einer weiteren Dimension bestehen und löst eine aus unserer Wahrnehmung unmögliche instantane Wechselwirkung aus? Oder benötigt man für diese Annahme eine (oder mehrere) zusätzliche Dimensionen?

    Ich bin nicht sicher, ob ich meine Gedanken einigermaßen strukturiert darlegen konnet. Vielleicht dienen sie wenigstens zur Anregung.

    Übrigens: Wenn auch für ein Lichtquant die Zeit stillsteht bedeutet das auch hier, dass alles instantan vor aich geht und zwar von der Geburt bis zum Tod. Die gefühlte Lebensspanne eines Photons gemessen in seiner Eigenzeit ist NULL. Unsere Auffassung von Existenz ist aber doch an die Zeit gebunden. Eine Nullzeitexistenz ist schwer vorstellbar. Wäre die Lichtgeschwindigkeit nicht das Limit wäre vorstellbar, dass etwas in der Zukunft geboren wird und in der Vergangenheit stirbt also eine negative Lebensspanne hat und vielleicht, sollte es eine Überschneidung dieser negativen Existenz mit unserem Raumzeit-Schnitt geben, wie lange wäre dann die Existenz dessen in unserer Raumzeit? Dass müsste doch dann von der Ausrichtung der Raumzeit dieser Existenz im Vergleich zu unserer Existenz begründet sein und bei einer orthogonalen Bewegung dieser beiden Raumzeiten gegen null gehen. Richtig? Wenn es so wäre dann könnten wir das also nicht bemerken ausser, dass die Durchdringung dieser beiden Systeme eine Wechselwirkung hätte. Dabei würden vermutlich Welleneffekte in der jeweils anderen Raumzeit erzeugt. Bei beliebig vielen beliebig ausgerichteten Systemen die einander durchdringen wäre dass dann wohl nur als (Gravitations-?)Rauschen in der eigenen Raumzeit bemerkbar...
    Alles sehr ungewohnt für mich...
    Gruss, Hardy

  • Ich füge noch einen kleinen Kommentar ein, der mir vom Verständnis her wichtig erscheint geklärt zu werden. Vielleicht kann man darauf in einer der nächsten Folgen detailliert eingehen.

    So ein schwarzes Loch ist quasi eine Gravitationseinbahnstraße. So massereich, dass es quasi alles einsaugt.
    Gravitation kurzgefasst heißt: Massen ziehen Massen an und je größer die Massen desto stärker die Gravitation.

    Nun passiert etwas für mich unverständliches. Das Elementarteilen Photon hat prinzipiell eine Ruhemasse von Null.
    Lassen wir also so ein Photon an einem schwarzen Loch vorbeifliegen. Es bewegt sich - hat dadurch keine Ruhemasse Null mehr und wird folglich von der Gravitation eingefangen. Dadurch wird das Photon verlangsamt (Energieabgabe an das Gravitationsfeld?), das Photon müsste quasi zwangsweise langsamer werden, so weit langsamer werden, bis die Gravitation obsiegt und das Photon im Schwarzen Loch versinkt. So scheint es zumindest beobachtet zu werden. Das heißt es müsste doch einen Punkt geben, wo das Photon quasi zur Ruhe kommt und damit auf den Punkt Ruhemasse gleich Null fällt. Passiert dies, müsste im Umkehrschluss die Gravitation keine Wirkung mehr auf das Photon ausüben können. Keine Masse - keine Gravitation. - Uppps!? Schwebezustand des Photons am Ereignishorizont - passiert dies überhaupt?

    Vielleicht kann man hierzu nochmals etwas konkreter werden - evtl. in fortfolgenden Beiträgen zu Elementarteilchen?
    Generell wäre ich sehr interessiert zu hören, wie man die Gravitationskraft mit den anderen Strukturkräften harmonisieren - vereinheitlichen könnte. Allein aus der Tatsache, dass die Gravitationskraft eine so extrem schwache Kraft ist, die wir Menschen bisher gerade mal so beim Verschmelzen von Schwarzen Löchern und Neutronensternen messen konnten, da wage ich zu bezweifeln, wenn diese Kraft in den Elementarteilchen "stecken" sollte und dort nochmals um Zig Zehnerpotenzen geringen ausfallen müsste, dass man diese dort jemals nachweisen könnte. Was sagen die Theoretiker dazu?

  • Sehr anschaulich das Bohrloch in den Erdmittelpunkt. Ich hatte jedoch ein anderes Ergebnis erwartet: Die Gravitationskraft ist auf der Oberfläche maximal (grösste Raumkrümmung, kleinster Zollstock) und nimmt linear mit abnehmendem Radius ab bis sie im Zentrum gleich Null ist (keine Raumkrümmung, grösste Länge des Zollstocks). Der entlang der Bohrung gemessene Radius enthält somit weniger Messpunkte und ist somit kleiner als der anhand des Umfangs berechnet. Anders verhält es sich, wenn die Masse konzentriert auf den Kugelmittelpunkt angenommen wird (schwarzes Loch).
    Mein Name ist Hase, ich weiss von nichts (bin aber lernfähig).

  • Hallo UWL-Team,

    hurra – endlich die Auflösung der Herdplattenproblematik! Gut das der Hinweis kam.
    Die Schwarze Loch Metrik für mich perfekt aufbereitet und gut verstanden. Wunderschön auch die sehr einfache mathematische Darstellung der Problematiken mit dem Radius und der Kausalität. Sicherlich hat Prof. Gassner hier mathematisch sehr viel Luft rausgepumpt, als Veranschaulichung finde ich es super perfekt und für mich als Laienmathematiker ausreichend plausibel.

    Ein paar Fragen bleiben im Sachen Schwarzes Loch noch offen.

    (1) Was passiert mit der „Information“ am Ereignishorizont des Schwarzen Loches? Geht denn nun dort aus mathematischer Sicht etwas an Information verloren. Wird die einströmende Materie in „Reste“ + „Information“ zermahlen und die Information ins Universum reflektiert?
    Was ist diese mysteriöse Hawking Strahlung?
    (2) Ganz dumm gefragt: Wäre die Umkehrung eines Schwarzen Loches so etwas wie ein Urknall? Von der Metrik her die Formel negiert könnte aus einem Schwarzen Loch doch irgendwie wieder ein Urknall entstehen. Sprich aus freier Bewegung in der Zeit und nur noch eine Richtung im Raum - negiert: freie Bewegung im Raum aber nur noch gerichtete Zeit. Klingt für mich perfekt. Das hat doch bestimmt schon jemand gerechnet. Gibt es da eventuell einen Grenzwert für ein Schwarzes Loch (so was wie eine maximal mögliche Temperatur im Universum, oder ein (Planck’sches) Wirkungsmaximum), wo so ein schwarzes Loch eventuell „umkippt“.
    (3) Was passiert eigentlich wenn Schwarze Löcher verschmelzen? Sowas ist doch ganz abgefahren. Die Gravitationswellen haben sowas schon aus meiner Sicht recht deutlich gezeigt, dass dies passiert. Kann man neben der Unmenge an dabei frei gewordener Energie noch keine Rückschlüsse auf die innere Natur der Schwarzen Löcher ziehen?


    Nun warten wir der weiteren Dinge, die kommen mögen…