Der größte Mythos über das Schwarze Loch
Der größte Mythos über das Schwarze Loch
Anonim

Schwarze Löcher sind Bereiche des Weltraums, in denen so viel Masse in einem kleinen Volumen vorhanden ist, dass es einen Ereignishorizont gibt – ein Raumbereich, aus dem nichts, nicht einmal Licht, entweichen kann. Aber das bedeutet nicht, dass Schwarze Löcher Materie ansaugen. Sie ziehen sie einfach an.

Schwarze Löcher sind vielleicht die seltsamsten und erstaunlichsten Objekte im Universum. Dort konzentriert sich eine riesige Masse auf ein sehr kleines Volumen, und Schwarze Löcher kollabieren unweigerlich zu einem Zustand der Singularität, umgeben von Ereignishorizonten, über die nichts hinausgehen kann. Dies sind die dichtesten Objekte im Universum. Wenn ihnen etwas zu nahe kommt, reißen die Kräfte des Schwarzen Lochs es auseinander. Wenn Materie, Antimaterie oder Strahlung den Ereignishorizont überquert, fallen sie einfach in das Zentrum des Schwarzen Lochs, vergrößern es und erhöhen seine Masse.

Diese Eigenschaften von Schwarzen Löchern existieren, und sie sind alle wahr. Aber damit ist eine Idee verbunden, die eine absolute Fiktion ist: dass Schwarze Löcher die sie umgebende Materie ansaugen. Dies ist sehr weit von der Wahrheit entfernt und eine völlige Verzerrung des Bildes der Schwerkraft. Der größte Mythos über Schwarze Löcher ist, dass sie Materie ansaugen. Und hier ist die wissenschaftliche Wahrheit.

Grundsätzlich und praktisch kann sich ein Schwarzes Loch auf verschiedene Weise bilden. Ein großer massereicher Stern kann zu einer Supernova werden, deren zentraler Kern kollabiert und ein Schwarzes Loch bildet. Sie können sehen, wie zwei Neutronensterne verschmelzen und wenn sie eine bestimmte Massenschwelle überschreiten, ist das Ergebnis ein neues Schwarzes Loch. Entweder kollabiert ein riesiger Materiehaufen (ein supermassereicher Stern oder eine riesige Wolke aus sich zusammenziehendem Gas) und verwandelt sich direkt in ein Schwarzes Loch.

Wenn genügend Masse in einem ausreichend konzentrierten Raumvolumen vorhanden ist, bildet sich um ihn herum ein Ereignishorizont. Außerhalb des Ereignishorizonts können wir uns davon entfernen, wenn wir uns mit Lichtgeschwindigkeit vom Schwarzen Loch entfernen. Aber wenn wir uns innerhalb des Ereignishorizonts befinden, führt uns selbst bei Lichtgeschwindigkeit, die die Grenze der kosmischen Geschwindigkeit ist, jede Bewegungsbahn uns immer noch zum Zentrum des Schwarzen Lochs, dh zur Singularität. Es ist einfach unmöglich, einem Schwarzen Loch innerhalb des Ereignishorizonts zu entkommen.

Aber auch Objekte außerhalb des Schwarzen Lochs haben viele Probleme. Schwarze Löcher sind so massiv, dass wir beginnen, erhebliche Gezeitenkräfte zu erfahren, wenn wir uns einem von ihnen nähern. Sie kennen diese Gezeitenkräfte vielleicht, wenn Sie wissen, was der Mond ist und wie er mit der Erde interagiert.

Zweifellos können der Mond und die Erde als materielle Punkte betrachtet werden, die sich in einer relativ großen Entfernung von 380.000 Kilometern voneinander befinden. Tatsächlich ist die Erde jedoch kein Punkt, sondern ein Objekt, das ein bestimmtes und ganz reales Volumen einnimmt. Einige Gebiete der Erde sind dem Mond näher als andere. Diejenigen, die näher sind, erleben die Schwerkraft überdurchschnittlich. Diejenigen, die weiter weg sind, erfahren eine unterdurchschnittliche Schwerkraft.

Aber es gibt noch andere Merkmale neben dem Abstandsunterschied. Wie alle physischen Objekte ist die Erde dreidimensional. Dies bedeutet, dass die "Oberseite" und "Unterseite" der Erde (vom Mond aus gesehen) relativ zu den Teilen, die sich in der Mitte befinden, nach innen in Richtung ihres Zentrums gezogen werden.

Wenn wir die durchschnittliche Kraft, die an einem beliebigen Punkt der Erde existiert, abziehen, werden wir feststellen, dass verschiedene Punkte auf der Oberfläche auf unterschiedliche Weise äußeren Kräften des Mondes ausgesetzt sind.Die Linien dieser Kräfte bilden die auf das Objekt wirkenden relativen Kräfte und erklären, warum das Objekt unter dem Einfluss der Gezeitenkraft zu ihm gezogen und senkrecht zur Richtung dieser Kraft zusammengedrückt wird.

Je näher wir einem massiven Objekt kommen, desto stärker werden die Gezeitenkräfte. Sie wachsen sogar schneller als die Schwerkraft! Da Schwarze Löcher massiv, aber sehr kompakt sind, erzeugen sie die stärksten Gezeitenkräfte im Universum. Wenn wir uns dem Schwarzen Loch nähern, dehnen wir uns deshalb immer mehr aus und werden wie dünne Spaghetti.

Auf dieser Grundlage ist es sehr leicht zu verstehen, warum uns ein Schwarzes Loch einsaugen kann. Je mehr wir uns ihm nähern, desto stärker wird die Schwerkraft und desto mehr beginnt die Gezeitenkraft uns zu dehnen und zu zerreißen.

Die Vorstellung, dass wir in ein Schwarzes Loch hineingezogen werden können, ist jedoch falsch. Jedes Teilchen, aus dem ein Objekt besteht, das unter dem Einfluss eines Schwarzen Lochs steht, gehorcht immer noch den bekannten Gesetzen der Physik, einschließlich der Krümmungsregel der Raumzeit aus der Allgemeinen Relativitätstheorie.

Ja, aufgrund des Vorhandenseins von Masse ist das Raumgefüge gekrümmt, und das Schwarze Loch ist die größte Massenansammlung im Universum. Es stimmt aber auch, dass die Dichte dieser Masse die Raumkrümmung in keiner Weise beeinflusst. Wenn ein Weißer Zwerg, Neutronenstern oder Schwarzes Loch mit der gleichen Masse an die Stelle der Sonne gesetzt wird, ändert sich die Anziehungskraft auf die Erde nicht. Der Raum um uns herum wird von der Gesamtmasse als Ganzes gekrümmt, und Dichte hat damit praktisch nichts zu tun.

Aus der Ferne sieht ein Schwarzes Loch wie jede andere Masse im Universum aus. Nähern wir uns ihr jedoch in einem Mindestabstand von mehreren Radien der Schwarzschild-Kugel, dann beginnen wir, Abweichungen von der Newtonschen Gravitation zu bemerken. Das Schwarze Loch fungiert jedoch immer noch nur als Schwerpunkt, und Objekte, die sich ihm nähern, kreisen in einer normalen Umlaufbahn: ein Kreis, eine Ellipse, eine Parabel oder eine Hyperbel mit sehr guter Näherung.

Gezeitenkräfte können dazu führen, dass sich nähernde Objekte dehnen und auseinanderbrechen. Und da sich um das Schwarze Loch Materie in Form einer Akkretionsscheibe ansammelt, können zusätzliche Folgen wie Magnetfelder, Reibung und Erwärmung auftreten. Durch diesen zusätzlichen Einschlag wird ein Teil der Materie verlangsamt und vom Schwarzen Loch verschluckt, aber das meiste bleibt draußen.

Tatsache bleibt, dass Schwarze Löcher nichts ansaugen. Alle anderen gewöhnlichen Objekte (Monde, Planeten, Sterne) haben die gleichen Kräfte wie ein Schwarzes Loch. Wie auch immer, es ist alles nur Schwerkraft. Der größte Unterschied besteht darin, dass Schwarze Löcher dichter sind als die meisten Objekte, im Weltraum viel weniger Volumen einnehmen und viel massereicher sein können als jedes andere Objekt. Saturn fliegt ruhig auf seiner Umlaufbahn um die Sonne, aber wenn wir anstelle der Sonne in das Zentrum der Milchstraße ein Schwarzes Loch setzen, dessen Masse vier Millionen Mal die Masse unseres Sterns beträgt, dann werden die Gezeitenkräfte Saturn brechen, verwandelt es in einen riesigen Ring, und es wird ein integraler Bestandteil der Akkretionsscheibe dieses Schwarzen Lochs. Und wenn es in Gegenwart von Gravitations-, elektrischen und magnetischen Feldern, die von Materie erzeugt werden, genügend Reibung, Erwärmung und Beschleunigung gibt, dann fällt sie mit der Zeit nach innen und wird verschluckt.

Es scheint nur, dass Schwarze Löcher Materie absorbieren, weil sie sehr massiv sind und Gezeitenkräfte und Materie, die sich um das Schwarze Loch herum angesammelt haben, externe Objekte in Stücke reißen können, woraufhin ein Teil eines solchen Objekts unter dem Einfluss der Zugkraft wird sich innerhalb der Akkretionsscheibe und im Laufe der Zeit und im Inneren des Schwarzen Lochs selbst befinden.Aber ein Schwarzes Loch ist sehr wählerisch, und die überwiegende Mehrheit der Materie, die sich in seiner Nähe bewegt, wird in der einen oder anderen Form wieder ausgespuckt. Und nur ein kleiner Teil gelangt in den Ereignishorizont und zwingt das Schwarze Loch, allmählich zu wachsen.

Wenn wir die gesamte Masse im Universum durch ein Schwarzes Loch mit der entsprechenden Masse ersetzen und dann alles entfernen, was Reibung erzeugt, beispielsweise Akkretionsscheiben, dann wird das Schwarze Loch sehr wenig ansaugen. Die Teilchen werden nur durch die Strahlung von Gravitationswellen Reibung erfahren, die durch die vom Schwarzen Loch erzeugte gekrümmte Raumzeit hindurchgeht. Nach Einsteins Theorie wird nur die Materie absorbiert, die sich im Inneren und im Zentrum einer stabilen Umlaufbahn befindet. Dies ist vernachlässigbar im Vergleich zu dem, was in unserer physikalischen Realität in den Ereignishorizont fällt.

Als Ergebnis haben wir nur die Schwerkraft und die gekrümmte Raumzeit, die sich aus der Anwesenheit dieser Massen ergibt. Die Idee, dass Schwarze Löcher etwas aufsaugen, ist der größte Mythos. Sie nehmen aufgrund der Schwerkraft zu und sonst nichts. Aber das ist im Universum mehr als genug.

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