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THEMA: Urknall aus Kollision?

Urknall aus Kollision? 18 Okt 2018 19:04 #43661

Was geschieht eigentlich, wenn zwei ähnlich massive Schwarze Löcher etwa gleich großer Masse mit hoher Geschwindigkeit diametral ineinander stürzen?

Würde die Trägheit den Schwarzschildradius „zerreißen“?

Wäre die Auswirkung ähnlich einem Urknall, nur halt nicht isotrop?

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Urknall aus Kollision? 21 Okt 2018 10:38 #43756

Ich versuche die Frage nochmals anders zu formulieren:

Gibt es kein Szenario in dem die Trägheit die Gravitation zweier kollidierender schwarzer Löcher überwinden kann?

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Urknall aus Kollision? 21 Okt 2018 17:31 #43786

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Moin Jürgen,

tatsächlich hat man bereits über ein "zerreißen" von Ereignishorizonten nachgedacht. ;)
Ein theoretischer Vorgang dessen Einzelheiten für nicht Mathematiker natürlich kaum nachzuvollziehen ist, auch da diesen Falles Dynamiken involviert sind die sich in mehr als den handelsüblich denkbaren 3+1 Dimensionen abspielen. So unternommen, landet man wenn es dann zur Sache geht, schlussendlich bei sogenannten "Black Brane Szenarien", welche sich in höherdimensionalen Räumen abspielen.

Mal ein bildhaftes Beispiel, das den Begin eines solchen "Zerreiß Szenarios" zeigt.
(Nein leider keine Computer Anima, sondern die Skulptur einer Künstlerin, die uns hier weiterhilft)
Wobei der EH, hier als "Black Brane" (Brane für Membrane) dargestellte Bereich, sich mit am Limes befindlichen Rotationsgeschwindigkeiten (s. Kerr Parameter a) eines rotierenden Kerr-BH, in Streifen zerlegt.

In theoretical physics you can have different planes that behave like black holes and they are called black branes. When black branes are folded into multiple dimensions they form a 'blackfold', which new research shows has a relationship between gravity and fluid mechanics and solid-state physics. Credit: Credit: Artist impression by Merete Rasmussen


Das Szenario könnte man so umschreiben.
Ein Kerr Black Hole gerät ans Limit, dessen Rotationsgeschwindigkeit betreff.
Mainstream Maximum Spin liegt bei Kerr-BH "normaler Weise" kurz unterhalb der Lichtgeschwindigkeit, sprich Rotations-Parameter a = 0.9...
Wobei zu sagen ist, dass das theoretische Max exakt a = 1 = c, also Lichtgeschwindigkeit im äquatorialen bereich des EH beträgt.

Soweit so Gut.
Rotiert das Kerr-BH nun am Äquator am Limes mit c, kommt hier so etwas ähnliches was du mit "Trägheit" meintest ins Spiel. Und zwar dann wenn wir die Oberfläche, den EH, unter fluiddynamischen Gesichtpunkten betrachten. Um das etwas verständlich zu machen, stellen wir uns mal eine Sphäre vor die rotiert.


Die gezeigte Oberfläche, hier in Rot/Blau unterteilt, kann man sich nun als Flüssigkeit denken, die wenn sie am Äquator mit max 0.9 rotiert "Zäh" (Viskosität) genug ist um sich nicht irgendwo auf der Oberfläche zu verformen. (Ähnlich wie ein Stab der Zugkräfte bis 500 Kg aushält drüber aber zerreissen würde) Wie wir an der rotierenden Kugel sehen, ist sie von Pol zu Pol mit Breitenkreisen versehen.

Der Weiße Fleck auf dem 5-6 Breitenkreis, oberhalb des Äquators, rotiert nun mit einer etwas langsameren Geschwindigkeit, als wenn er sich direkt auf dem Äquator befände.... Was man versteht wenn man die Längen jeweiliger die Breitkreise vergleicht, zB. den 5ten mit der Länge des äquatorialen Breitenkreises. Zu den Polen hin schrumpft derer Umfang und am Äquator ist der Umfang maximal.

Das wirkt sich natürlich auf die jeweilige Strecke aus die ein Fleck (Beobachter auf der Sphäre) in gleicher Zeit zurücklegte, wenn die Kugel exakt 1x mal rotiert.
Sprich, wenn sich der Fleck am Äquator befindet ist seine theoretische Geschwindigkeit höher als unter oder oberhalb des Äquators, weil er dort ein grössere Strecke zu gleicher Zeit zurücklegt. (Sorry für den langen Ansatz ;) )

Zurück zum Parameter a eines Kerr-BH, welcher besagt das die max v eines EH c ist.... wie gesagt "nur" auf dem Äquator.
Da sich die Rotations-Geschwindigkeiten, die nun auf Äquator mit a = c am Limes angelangt sind, nun von den Restoberflächen stark unterscheiden, ist der Moment erreicht an dem die Viskosität des Oberflächen-Fluids, die am Limes auftretenden "Scherspannungen" nicht mehr ausgleichen kann.

Das Fluid am Äquator "verdünnt" nun sozusagen (in höhere Dimensionen), trennt sich von dem Rest ab und kann sich so noch weiter von der Sphäre entfernen. (Fliehkraft) Was gleichzeitig heißt, das es zunächst am äuqatorialen Bereich immer schneller wird.... Sollte die Sphäre nämlic.. mit gleicher Geschwindigkeit weiter rotieren, wird das Fluid eine immer grösser werdende Strecke zurücklegen, da gleichzeitig der Umfang des Breitenkreises am Äquator ansteigt, wenn sich das Fluid dort ablöst.

Was du nun auf dem Bild oben siehst, ist ein EH der bereits so schnell rotiert, das sich der gesamte EH in Streifen um die Singularität gelegt hat, welches einem äusseren Beobachter sogar erlaubte einen Blick auf die Singularität im inneren zu "werfen". Man sähe sozusagen eine "halbnackte Singularität".

Zum Schluss:
Wenn wir vom EH sprechen meinen wir ja eigentlich den Schwarzschild Radius, der durch die Eigenschaften des Gravitationsfeldes bestimmt, welches von der Masse der enstprechenden Singularität erzeugt wird. Dh. der sich in Streifen legende EH ist eigentlich nur ein "Synonym" für ein sich in Streifen legendes Gravitationsfeld. Vorher schön sphärisch, bekommt das G-Feld sozusagen lange Haare, die sich nun in den umgebenden Raum in Streifenform ausbreiten. Das könnte schlussendlich dazu führen, das die im inneren befindliche, sozusagen 1 dimensionale, Punkt(Faden)-Singularität, irgendwann zerreisen könnte.
Vlt könnte aus einem Sl... 2 oder gleich mehrere kleinere werden. Oder das ganze in einer gewaltigen Explosion enden....

Hier noch Papers zum hoch hypothetischen Thema, hohe Rotationsraten betreff, mit unterschiedlichen Ansätzen:
www.rdmag.com/news/2012/12/black-branes-...ew-study-black-holes
arxiv.org/pdf/hep-th/0308056v2.pdf

Is es nich mehr so einsam hier.. :)

NG Z.

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Urknall aus Kollision? 22 Okt 2018 19:33 #43823

Hallo Z,
danke für die ausführliche Antwort.

Ich bin in meiner Frage von einer Kollision zweier SLs ausgegangen, und habe mich gefragt, ob die kinetische Energie beider Systeme ausreichen kann, die Gravitation zu überwinden.

Die Kollision aus exakt entgegengesetzter Richtung bei hoher Geschwindigkeit und annähernd gleicher Masse auf den Punkt getroffen wäre ein extrem unwahrscheinliches Ereignis. So wäre es plausibel, dass dies nicht beobachtet wurde.

Der Gedanke, Rotation in Betracht zu ziehen, ist mir noch nicht gekommen.

Ich habe bei Rotation das Problem, zu verstehen, dass der Schwarzschildradius rotieren kann.
Für mich rotiert bislang immer ein physikalisches Objekt. Und das wäre bei einem SL die Singularität (wie auch immer die aussehen mag – vielleicht eine Art Plasmaring).

Der Schwarzschildradius scheint eine Bedeutung zu haben, die ich logisch noch nicht umsetzen kann.

Ich frage mich allerdings, ob das SL nach dieser Hypothese bis zu einer solchen Rotationsgeschwindigkeit wachsen kann.

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Urknall aus Kollision? 23 Okt 2018 14:50 #43847

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hallo Jürgen

danke für die ausführliche Antwort.

Gerne...

Ich bin in meiner Frage von einer Kollision zweier SLs ausgegangen, und habe mich gefragt, ob die kinetische Energie beider Systeme ausreichen kann, die Gravitation zu überwinden.

Die Kollision aus exakt entgegengesetzter Richtung bei hoher Geschwindigkeit und annähernd gleicher Masse auf den Punkt getroffen wäre ein extrem unwahrscheinliches Ereignis. So wäre es plausibel, dass dies nicht beobachtet wurde.


Nun relativ unwahrscheinlich aber nicht unmöglich. Und genau da wird ja auch interessant in der theoretischen Physik.
Extremfälle sind sehr aufschlussreich, wie zb. SL welche sind und somit von höchsten Interesse.

Zu deinen Gedanken:
A. Dazu müssten die kollidierenden SL, besser deren EH-Bereiche, mM. schneller c kollidieren, was wohl kaum zu erwarten wäre.
Ua. da die EH bereits bei Annäherung (vorher) verschmelzen sollten. Also noch vor c erreicht ist aufeinander zu "fliessen".

B. Bei üblich berechneten Frontal-Kollisionen, kommt es nicht zu "Explosionen". Die G-Felder sind sehr dynamisch und können sich verformen.
So werden eingehende Energien in den G-Feldern fluiddynamisch verteilet und konzentrieren sich nicht auf einen bestimmten Punkt.
Das kann dann schliesslich zu Kicks führen, die weiterhin Energie abbauen... dh. das entstehende Sl schiesst mit bis zu 3000 Km/s in irgendeine Richtung.

"Wabbert" das entstande G-Feld nach dem Kick weiterhin während es beschleunigt, also schwingt zB. auf und ab, kann das sogar zu einer "Abbremsung" der normal zu erwartenden Kick-Geschwindigkeit (negative Beschleunigung) führen... Stell dir einen Ballon mit Wasser gefüllt vor. Wenn du den zum Rollen bringen willst, wirds schwierig, weil die fluiddynamische Füllung ziemlich träge ist, hin und her schwabbt und somit gegen den Impuls in anfängliche Bewegungsrichtung arbeitet.

Beim ganzen Vorgang entstehen zudem eine Menge an G-Wellen, die den "Saft" aus dem System nehmen...
Auf Grund all dieser fluiddynamischen Vorgänge, ist nicht zu erwarten, das es zur Explosion oder zum zerreissen 2er Frontal kollidierender SL kommt.
Solange die SL nicht auf > c beschleunigt sind bevors rumst...

NG Z.

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Urknall aus Kollision? 23 Okt 2018 17:42 #43856

Z. schrieb: Solange die SL nicht auf > c beschleunigt sind bevors rumst...


Das können sie nicht.

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Urknall aus Kollision? 23 Okt 2018 21:04 #43864

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Geehrter ClausS,

clausS schrieb: Das können sie nicht.


Nun das habe ich drüber schon bei A. ausgedrückt.

Z. schrieb: A. Dazu müssten die kollidierenden SL, besser deren EH-Bereiche, mM. schneller c kollidieren, was wohl kaum zu erwarten wäre.


Ich schrieb "kaum zu erwarten" weil der Gravitation, im Sinne einer Störung die als "geschlossene Sphäre" durch den Raum propagiert, im Prinzip nach meiner Auffassung nicht verboten ist sich > c zu bewegen. Letzteres müsste man sich allerdings nochmal anschauen... 100% sicher bin ich da nicht.
Adhoc könnte ich mir keinen Vorgang vorstellen, der sowas bewerkstelligen könnte, deswegen A.


HGse
Hoffe es gehts bestens.
Z.

Ps: ZB. vom River-Modell wo Raum hinter EH theoretisch v > c fliesst, halte ich nicht alzuviel.

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Urknall aus Kollision? 28 Okt 2018 16:24 #44131

Jürgen schrieb: Die Kollision aus exakt entgegengesetzter Richtung bei hoher Geschwindigkeit und annähernd gleicher Masse auf den Punkt getroffen wäre ein extrem unwahrscheinliches Ereignis.

Wenn sich zwei Objekte am selben Punkt treffen, kann man von diesem aus gesehen immer unterstellen, dass beide mit gleichem Impuls genau frontal aufeinander geprallt sind. (Schwerpunktsystem)

Jürgen schrieb: Ich bin in meiner Frage von einer Kollision zweier SLs ausgegangen, und habe mich gefragt, ob die kinetische Energie beider Systeme ausreichen kann, die Gravitation zu überwinden.

Ein SL läßt nicht einmal Licht aus dem rs entkommen. Berühren sich zwei SL, bilden sie automatisch ein gemeinsames SL mit rs=rs.1+rs.2.

Das resultierende SL mag sich von einem willkürlichen Punkt aus gesehen in eine Richtung bewegen, es bricht dabei aber nicht aus seinem rs aus.

Jürgen schrieb: Der Gedanke, Rotation in Betracht zu ziehen, ist mir noch nicht gekommen.

Ich habe bei Rotation das Problem, zu verstehen, dass der Schwarzschildradius rotieren kann.
Für mich rotiert bislang immer ein physikalisches Objekt. Und das wäre bei einem SL die Singularität (wie auch immer die aussehen mag – vielleicht eine Art Plasmaring).

Der Schwarzschildradius scheint eine Bedeutung zu haben, die ich logisch noch nicht umsetzen kann.

Ich frage mich allerdings, ob das SL nach dieser Hypothese bis zu einer solchen Rotationsgeschwindigkeit wachsen kann.

Die Rotation eines SL ist von rs grundsätzlich unabhängig. Allerdings bedeutet die Rotation von einem "ruhenden" Beobachter aus gesehen eine Rotationsenergie. Wenn sich ein Objekt nahe genug an das SL nähert und mit gleicher Winkelgeschwindigkeit wie das SL rotiert (Frame Dragging), dann entfällt dieser Energiebtrag des SL und sein rs wirkt daher entsprechend kleiner als der rs der sich aus der Ferne aus der Gesamtenergie des SL ergab. (Kerr-Lösung)

Stell Dir einfach vor, dass die Gesamtmasse des SL an seinem rs verteilt ist und daher rotieren kann. Drehimpuls geht jedenfalls auch in einem SL nicht verloren.

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Urknall aus Kollision? 28 Okt 2018 18:09 #44149

ra-raisch schrieb

Stell Dir einfach vor, dass die Gesamtmasse des SL an seinem rs verteilt ist und daher rotieren kann. Drehimpuls geht jedenfalls auch in einem SL nicht verloren.


Das mag sein, dass der Drehimpuls nicht verloren geht.

aber eine interessante Frage für mich ist: Wie lange dauert so eine Rotation des SL für einen entfernten Beobachter ?
Da die Zeit am SR für diesen Beobachter ja stillsteht, müsste eine einzige Umdrehung eine ganze Ewigkeit dauern, selbst wenn das SL aus seiner Sichtweise sich irrsinnig schnell dreht.

Wenn wir also die Umdrehungsgeschw. eines SL berechnen wollen, berechnen wir doch eigentlich etwas, was in der gesammten Zeit unseres Daseins noch gar nicht stattgefunden hat, da ja selbst die erste Umdrehung noch nicht abgeschlossen ist.


das alles aber nur aus unserer Sichtweise, also aus sicherer Entfenung.

Gene brauchen Vielfalt und der Grips auch

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Urknall aus Kollision? 28 Okt 2018 18:22 #44150

ra-raisch schrieb: Ein SL läßt nicht einmal Licht aus dem rs entkommen. Berühren sich zwei SL, bilden sie automatisch ein gemeinsames SL mit rs=rs.1+rs.2.

Das resultierende SL mag sich von einem willkürlichen Punkt aus gesehen in eine Richtung bewegen, es bricht dabei aber nicht aus seinem rs aus.

Ich hatte die Frage gestellt, um zu erfahren, ob die gleich große Masse bei hoher Geschwindigkeit aufgrund des Äquivalenzprinzips „schwere Masse = träge Masse“ einen Grenzfall darstellt.

ra-raisch schrieb: Stell Dir einfach vor, dass die Gesamtmasse des SL an seinem rs verteilt ist und daher rotieren kann. Drehimpuls geht jedenfalls auch in einem SL nicht verloren.

Ist dies ein Bild oder Stand der Erkenntnis für rotierende Sls?

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Urknall aus Kollision? 28 Okt 2018 18:51 #44153

Brooder schrieb: Wie lange dauert so eine Rotation des SL für einen entfernten Beobachter?

Eine Umdrehung dauert nach der Zeit eines entfernten Beobachters in natürlichen Einheiten

\( \rm t = \frac{2 \pi a}{2 \sqrt{1-a^2-Q^2}-Q^2+2} \)

Vorrechnend,

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Urknall aus Kollision? 28 Okt 2018 18:57 #44154

ra-raisch schrieb: Stell Dir einfach vor, dass die Gesamtmasse des SL an seinem rs verteilt ist und daher rotieren kann. Drehimpuls geht jedenfalls auch in einem SL nicht verloren.

Jürgen schrieb: Ist dies ein Bild oder Stand der Erkenntnis für rotierende Sls?

Ersetze rs (r=2) durch EH (r=1+√{1-a²-Q²}), dann stimmt es. Der Trägheitstensor eines schwarzen Lochs ist immer der einer Hohlschale (unabhängig davon ob es wirklich eine ist, wie es z.B. bei einem kollabierten Kugelblitz der Fall wäre, oder ob es kompakt ist, wie bei einem kollabierten Stern).

Bestätigend,

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Urknall aus Kollision? 28 Okt 2018 20:23 #44156

Yukterez schrieb: Ersetze rs (r=2) durch EH (r=1+√{1-a²-Q²}), dann stimmt es.

Ich wollte Jürgen nicht verwirren und habe den aus der Gesamtmasse aus der Ferne berechneten rs mit dem wahren Ereignishorizont (was man ja populär unter "rs" versteht) für einen korotierenden Beobachter in der Nähe verglichen (die Ladung können wir wohl im allgemeinen vernachlässigen). Es kommt letztlich darauf an, ob und wie schnell der Beobachter korotiert.

Jürgen schrieb:

ra-raisch schrieb: Drehimpuls geht jedenfalls auch in einem SL nicht verloren.

Ist dies ein Bild oder Stand der Erkenntnis für rotierende Sls?

Nach dem Stand der Erkenntnisse besteht hieran kein Zweifel, alle Beobachtung hat dies bestätigt.

Jürgen schrieb:

ra-raisch schrieb: Stell Dir einfach vor, dass die Gesamtmasse des SL an seinem rs verteilt ist und daher rotieren kann.

Ist dies ein Bild oder Stand der Erkenntnis für rotierende Sls?

Je höher die Rotation (maximal a=1) desto mehr kann man sich die Masse am Äquator konzentriert vorstellen. Auf die vertikale Ausdehnung des EH hat dies aber keinen besonders großen Einfluss, nur der Term a² in Yukterez' Formel muss mit cos².Θ multipliziert werden.
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