Virtuelle Teilchen

Hallo Claus, hallo Stueps,

Wikipedia:

Zitat:

Die Erzeugung und Vernichtung von virtuellen Teilchen findet auch in der unmittelbaren Nähe des Ereignishorizonts Schwarzer Löcher statt. In diesem Fall kann es vorkommen, dass einer der beiden Partner den Ereignishorizont überschreitet, während der zweite Partner als reales Teilchen in den freien Raum entkommt. Das erste Teilchen kann dann nicht mehr von dem zweiten aus beobachtet (gesehen) werden, da es hinter dem Ereignishorizont verschwunden ist. Das hineinstürzende Teilchen setzt damit eine potenzielle Energie frei, die für eine Paarbildung sowie das Hinauskatapultieren des anderen Teilchens aus dem Gravitationsfeld ausreicht. Als Folge des enormen Verlusts von potenzieller Energie durch das hineinstürzende Teilchen nimmt dabei die Masse des Schwarzen Loches wider Erwarten nicht zu, sondern sogar ab.

Weiterhin können die entstandenen Teilchen/Antiteilchen-Paare im Rahmen ihrer Annihilation Photonen abstrahlen, die ebenfalls in den freien Raum entkommen können, wie z. B. im Falle der Annihilation von Elektronen und Positronen, die in diesem Falle 2 um 180 Grad versetzte Gamma-Quanten mit je 511 keV abgeben. Auf diese Weise entsteht ein Netto-Energiestrom vom Schwarzen Loch weg, sodass insgesamt Masse bzw. Energie aus dem Schwarzen Loch in den freien Raum „verdampft“.

ich stelle das hier 'mal so unkommentiert hin, da ich es selber nicht so richtig verstehe bzw. nachvollziehen kann.

mfg okotombrok

PS: steht bei Wiki unter Hawking-Strahlung

Man könnte fast meinen, dass ein SL ein Gebilde aus reinen (hypotetischen) Gravitonen wäre.
Irgendwann ist dort die Gravitation die alles beherrschende Kraft, warum also nicht alles als Gravitonenmenge postulieren.
Ein SL besäße maximale Entropie, ein echter Ereignishorizont existierte nicht. Sondern nur ein mathematischer.
Aufgrund der Kräfte und deren Verhältnisse zueinander, könnten Gravitonen (auch über den Umweg derer Superpartner) unmittelbar und direkt am mathematischen Ereignishorizont des SL in andere Elementarteilchen umgewandelt werden. Aufgrund relativistischer Effekte und Kräfte/Beschleunigungen (denen bestimmt eine Temperaturäquivalenz zugeordnet werden könnte), könnte ich mir Bedingungen vorstellen, die so etwas ermöglichen.
Um einen Teil der Teilchen in die Wirklichkeit zu schubsen, könnte ich mir als Grund die unterschiedlichen Potentialitäten, die sich aus den von Claus erwähnten Gravitationsgradienten (und vielleicht der elementaren Unschärfe) ergeben, vorstellen. Diese dürften ausreichen, um manchmal die Symmetrie zu brechen, die sonst für die immerwährende Umwandlung der Elementarteilchen ineinander (auch der virtuellen - und damit deren sofortige Vernichtung) bindend wäre.

Nur mal so in der Gegend herumgesponnen.

Hallo Okotombrok,

das mit dem Nachvollziehen verstehe ich nur allzu gut.
Uns stellt sich die Frage, wie aus Sicht des entfliehenden Partners sein Kumpel ins SL fallen kann. Denn laut ART ist das wohl nicht möglich.
Über Umwege stellt sich dann die Frage, wie überhaupt das SL als von unserer Raumzeit vollkommen abgeschlossenes Gebilde dem entfliehenden Partner die nötige Energie zur Verfügung stellen kann, und damit selbst an Energie/Masse verliert. Also rein technisch gesehen.

Fürchterlich kompliziert das Ganze, ich verlier auch ständig den Überblick...

Claus schrieb in Beitrag Nr. 1771-21:

Ich vermute, ein "Transfer" von Energie muss dabei überhaupt nicht stattfinden, weil die beiden Zustände a) vorher kein Teilchen und b) hinterher zwei Teilchen auf verschiedenen Höhen im Gravitationsfeld energetisch äquivalent sind. Die Energie, die ein Teilchen im Gravitationsfeld besitzt, ist ja relativ (also vom Beobachtungsort im Gravitationsfeld abhängig). Verliert also eines der beiden Teilchen innerhalb des Rekombinationszeitraums soviel potenzielle Energie, dass diese den 2 Masseeinheiten entspricht, so muss an das Vakuum keine Energie mehr zurückgezahlt werden - und das, obwohl beide Teichen (aus ihrer jeweils eigenen Sicht) positive Masse besitzen.

Sehr elegant.

Stueps schrieb in Beitrag Nr. 1771-24:

Fürchterlich kompliziert das Ganze, ich verlier auch ständig den Überblick...

Hallo Stueps,
dem schließe ich mich uneingeschränkt an.

MfG
Harti

Nützlicher Link:

http://library.thinkquest.org/C007571/german/advanc...


Kann das Partnerteilchen durch den Ereignishorizont tunneln?

Zara.t. hilf,

vielen Dank für den Link, gerade für einen Laien wie mich sehr hilfreich und nachvollziehbar, auch wenn ich noch nicht alles gelesen habe, weil ich an einer Stelle hängen geblieben bin.

Ich mochte bisher keine Schwarzen Löcher, weil ich die Singularität immer als etwas verstanden habe, wo es nichts mehr zu wissen gibt, also auch nichts zu verstehen.

Nun habe ich mich aber doch ein wenig mit SL's beschäftigt und war ganz stolz, den Unterschied eines Schwarzschildradius und eines Ereignishorizontes zu verstehen.
So wie ich es verstanden habe ist ein Schwarzschildradius der Radius eines Himmelskörpers, unterhalb dessen der Körper zu einem SL "zusammenfällt". 13 Km bei unserer Sonne, 8,9 mm bei unserer Erde.
Ein Ereignishorizont entspricht in der ART in etwa dem, was in der SRT die Lichtgeschwindigkeit bedeutet, was heißt, man kann beobachten, dass sich ihm Objekte beliebig nähern, aber nie erreichen. Die gravitative Zeitdilatation wird gegen den Ereignishorizont immer größer und am EH würde die Zeit stillstehen. Darum beobachten wir auch nie, dass etwas in das SL hineinfällt.

Nun steht bei Wiki:
"Der Begriff Schwarzschild-Radius ist eng verwandt, aber nicht identisch mit dem des Ereignishorizonts."
In dem von Dir empfohlenen link hingegen:
"Die Größe eines Schwarzen Lochs ist der Schwarzschildradius, auch Ereignishorizont genannt."

Was nun?

Etwas ganz anderes was mich stört sind Formulierungen wie: Ein Teilchen fällt in etwas hinein, bewegt sich von A nach B usw.
Solche Formulierungen sind mir zu sehr der klassischen Mechanik entliehen, wo Teilchen zu jedem Zeipunkt einen wohl definierten Ort und Impuls besitzen. Das steht doch im Widerspruch zur Unbestimmtheitsrelation.
Kann man hier nicht Beschreibungen verwenden wie "Information" oder "Ereignisse"?
Ich verstehe den Tunneleffekt, und um den geht es doch auch, so, dass sich kein Teilchen nach jenseits einer Barriere bewegt, sondern dass die Wahrscheinlichkeit, ein Teilchen dort zu messen ungleich Null ist.
Nun können wir von jenseits des Ereignishorizontes keine Information erhalten, wie können wir da Wissen, dass ein Virtuelles Teilchen dort "auftaucht"? Aus welchen Beobachtungen heraus schließen wir darauf? Spielt hier die Dekohärenz eine Rolle, die besagt, dass auch ohne Beobachtung Wechselwirkung stattfindet?

Oder ist das alles nur wirres Zeug, was sich da in meinem Gehirn zusammenbraut?


mfg okotombrok


kleiner Scherz am Rande:
Wenn wir eines Tages alles wissen und nur noch die Singularität bleibt,dann erkennen wir, dass Gott uns ganz gewaltig verarscht hat.

Ich finde den Link auch sehr hilfreich. Ich bin in Mathematik ziemlich schlecht, habe den Formeln aber überraschender Weise folgen könne. Vielleicht habe ich da nur eine unbegründete Angst.

Zu den Singularitäten möchte ich anmerken, dass es sich immer um RECHNERISCHE Singularitäten handelt, auch wenn das nicht immer klar gesagt wird (und es tatsächlich auch Physiker gibt, die sie als real ansehen).

Zitat:

Okotombrok schrieb in Beitrag Nr. 1771-28 :
Die Größe eines Schwarzen Lochs ist der Schwarzschildradius, auch Ereignishorizont genannt."

Ich denke, das ergibt sich aus der Definition: Der Schwarzschildradius ist sozusagen von innen her die Grenze, der Ereignishorizont die Grenze von außen her betrachtet und auch berechnet, es sind ja verschiedene Ausgangsituationen.

Zitat:

Okotombrok schrieb in Beitrag Nr. 1771-28 :Solche Formulierungen sind mir zu sehr der klassischen Mechanik entliehen, wo Teilchen zu jedem Zeipunkt einen wohl definierten Ort und Impuls besitzen. Das steht doch im Widerspruch zur Unbestimmtheitsrelation.

Im der Herleitung im Link wird doch an einer Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, dass man rein klassisch-mechanisch vorgegangen sei (war jetzt aus dem Kopf und nicht zitiert).

Gruß

Henry

Meines bescheidenen Wissens nach ist folgendes der fall:

Schwarzschild gelang es als Erstem den Radius des Ereignishorizontes eines SL zu berechnen. Dazu nahm er den einfachsten Fall an: Kugelsymmetrische Massenverteilung, keine Ladung, kein Drehimpuls
Für diesen einfachen Fall wird der Radius des Ereignishorizontes "Schwarzschildradius" genannt. Er hat dann die Form einer Kugeloberfläche.

Die Teilchen müssen natürlich quantentheoretisch beschrieben und berechnet werden. Beim Tunneleffekt sowieso. Dann gilt streng genommen das Teilchen- Modell nicht mehr.
Das Quant das vor (A) einer Barriere steht und das, das dahinter (B) "herauskommt", sind nicht identisch. Es hat sich keine mit sich selbst identisch bleibende Entität von A nach B bewegt Ganz streng genommen gibt es nur sowohl in A als auch in B (als auch an allen anderen Orten im Universum) eine gewisse Wahrscheinlichkeitsamplitude das Quant zu messen.

Grüße
zara.t.

Ach ja, mein obiger Link ist mit etwas Vorsicht zu genießen. Die Verfasser sind drei 19 jährige, sehr ambitionierte Amateure. Hut ab! Aber vor schwieriger quantentheoretischer und relativistischer Beschreibung müssen sie noch passen.

Hallo, zara.t (Warum erinnert mich das an Zarathustra, oder ist das Zufall?)

Zitat:

Zara.t. schrieb in Beitrag Nr. 1771-30

Schwarzschild gelang es als Erstem den Radius des Ereignishorizontes eines SL zu berechnen. Dazu nahm er den einfachsten Fall an: Kugelsymmetrische Massenverteilung, keine Ladung, kein Drehimpuls
Für diesen einfachen Fall wird der Radius des Ereignishorizontes "Schwarzschildradius" genannt. Er hat dann die Form einer Kugeloberfläche.

Sachlich hast du sicher völlig Recht. Aber vielleicht dient es der Anschaulichkeit, wenn man die Sichtweise von innen und von außen her unterscheidet. Als "Grenzlinie" fallen beide natürlich zusammen.

Gruß Henry

und noch ein Link.

http://www.scienceblogs.de/diaxs-rake/2010/10/hawki...

demnach entsteht das virtuelle Paar bereits getrennt. Ein Partner hinter dem Ereignishorizont, der ander davor.
Damit hätten wir das Problem der Grenzüberschreitung gelöst.

Zara.t. schrieb in Beitrag Nr. 1771-33:

und noch ein Link.

http://www.scienceblogs.de/diaxs-rake/2010/10/hawki...

demnach entsteht das virtuelle Paar bereits getrennt. Ein Partner hinter dem Ereignishorizont, der ander davor.
Damit hätten wir das Problem der Grenzüberschreitung gelöst.

Falls das richtig sein sollte - wäre damit nicht auch ein generelles Prolbem verschränkter Teilchen gelöst? Ich meine die (scheinbar) intstantane Auswirkung von Manipulationen an einem Teilchen auf sein Partner-Teilchen?

Und andererseits, falls es richtig sein sollte, dass SL letztlich zerstrahlen, wäre das Problem dann nicht letztlich eins Scheinproblem, keine Ereignishorizont, kein Problem sozusagen?

Zara.t. schrieb in Beitrag Nr. 1771-33:

und noch ein Link.

http://www.scienceblogs.de/diaxs-rake/2010/10/hawki...

demnach entsteht das virtuelle Paar bereits getrennt. Ein Partner hinter dem Ereignishorizont, der ander davor.
Damit hätten wir das Problem der Grenzüberschreitung gelöst.

Ey, falls das stimmt:

Wir tüfteln uns hier nen Knoten in den Hirnschmalz, und auf das Naheliegende kommt wieder keiner.

Allerdings: Darf der Entstehungsort der Partner räumlich getrennt liegen?

In einer Grafik In Hawking´sBuch¹ ist es allerdings anders dargestellt - nämlich so, dass die virtuellen Paare stets an einem Ort entstehen, sich dann trennen und schließlich - sofern sie nicht ins SL stürzen - auch an einem Ort wieder rekombinieren... das entspräche nicht der Beschreibung von Rörg Rings in Zara.t´s letztem link (ein Teilchen entsteht vor und das andere hinter dem Ereignishorizont).

Absolut witzig übrigens, wie sich Leute, die - so scheint´s - mehr Ahnung haben als wir, über dieses Thema in die Haare kriegen können: http://www.wissenschaft.de/wissportal_static/wisspo...

¹"Eine kurze Geschichte der Zeit" 2. Aufl. 1990, Abb. 25, S. 138

Köstlich wie die Jungs in Claus´Link sich streiten. Aber ich glaube wir hier haben die Sache inzwische besser verstanden. Hier ein Ausschnitt dem ich (teilweise) zustimmen würde:

Zitat:

Da die Energie für beide Teilchen vom schwarzen Loch stammt aber nur eines davon zurück in das SL gezogen wird, verliert das SL Masse in Form des anderen Teilchens das nicht mehr in das SL gezogen wird. Natürlich findest dieser Vorgang nur in einer gewissen äusseren Schicht des SL statt.

Na ja, daß es ins SL gezogen wird, dem würde ich nicht zustimmen. Es entstand bereits im SL und war nie draußen. Man kann immer die Probe aufs Exempel machen, ob eine Vorstellung stimmt indem man sie zeitlich rückwärts laufen läßt. Wenn das unmöglich ist stimmt was nicht.


Die graphische Darstellung in Hawkings Buch -das ich leider nicht kenne- ist wahrscheinlich ein sog. Feynman-Diagramm. Da muß man vorsichtig sein, es handelt sich letztlich nicht um eine Darstellung des geometrischen Verlaufs, sondern um Rechenvorschriften. Die "Teilchen" gehorchen ja Wellenfunktionen und sind nie geometrisch auf solche Graphen reduzierbar.
Es ist quantentheoretisch durchaus vertretbar zu sagen, sie wären an unterschiedlichen Orten entstanden.


Ich kann inzwischen zwei meiner anfänglichen Fragen beantworten:

Fermionen müssen immer paarweise entstehen - Teilchen und Antiteilchen. Nicht alle Erhaltungssätze dürfen also verletzt werden! Ladung oder Baryonenzahl, Leptonenzahl...müssen auch bei virtuellen teilchen erhalten bleiben.
Ich werde dazu noch eigene hochspekulative Vermutungen loslassen. Aber später.

Wenn die Partner getrennt werden, so daß sie nicht mehr annihilieren können, werden sie zwingend zu realen Teilchen. Die dazu nötige Energie holen sie aus dem Feld, das sie trennt.

bis denn
zara.t.

Wenn Hawkingstrahlung möglich sein soll, dann muß auch der zeitlich umgekehrte Vorgang möglich sein. Wenn ein SL also zB ein Elektron ausstrahlen kann, muß es auch ein Elektron verschlucken können. Klassisch ist das aus der Sicht eines außenstehenden Beobachters unmöglich. Quantentheoretisch könnte es funktionieren. Die Elektronenwelle muß durch den Ereignishorizont tunneln.

zara.t schrieb:

Zitat:

Fermionen müssen immer paarweise entstehen - Teilchen und Antiteilchen. Nicht alle Erhaltungssätze dürfen also verletzt werden! Ladung oder Baryonenzahl, Leptonenzahl...müssen auch bei virtuellen teilchen erhalten bleiben.
Ich werde dazu noch eigene hochspekulative Vermutungen loslassen. Aber später.

Wenn die Partner getrennt werden, so daß sie nicht mehr annihilieren können, werden sie zwingend zu realen Teilchen. Die dazu nötige Energie holen sie aus dem Feld, das sie trennt.

bis denn
zara.t.

[Nachricht zuletzt bearbeitet von Zara.t. am 23.03.2011 um 18:44 Uhr]

Nach einer Verallgemeinerung des zweiten Hauptsatzes muss man ALLE Ereignishorizonte berücksichtigen, dann werden KEINE Erhaltungssätze verletzt.

Das Feld, das sie trennt ist das Gravitationsfeld des SL? Dann müsste das SL schrumpfen, aber die Hawking-Strahlung ist doch rein thermische Energie, das heißt, das Feld kann nicht schrumpfen, so lange die Temperatur des SL unter der der Hintergrundstrahlung liegt - und das tut sie zur Zeit sehr deutlich.

Gruß Henry

Henry schrieb in Beitrag Nr. 1771-39:

Dann müsste das SL schrumpfen, aber die Hawking-Strahlung ist doch rein thermische Energie, das heißt, das Feld kann nicht schrumpfen, so lange die Temperatur des SL unter der der Hintergrundstrahlung liegt - und das tut sie zur Zeit sehr deutlich.

Kommt auf die Größe des SL´s an. Wenn das SL eine Masse hat, die kleiner als ca. 4.5*10²² kg (Größenordnung Mondmasse) ist, dann wird seine Temperatur über 2,73 K liegen und dann verdampft´s wohl langsam. Ob es solch kleine SLs wohl gibt?

Hallo Leute,

vielleicht hab ich was überlesen, aber mir ist nicht ganz klar, wie die besagten virtuellen Partner an unterschiedlichen Orten entstehen können. Vor allem Eines in unserer Raumzeit, und sein Partner in einer Gegend, die von unserer vollkommen und ganz und gar abgeschottet ist. Diese Gegend "weiß" ja nicht einmal etwas von unserer Raumzeit, mal salopp gesagt. Für mich macht das also nicht so recht Sinn.

Wer kann helfen?