Frage von mliap, 94

Ereignishorizont Zeit Masse?

Wenn sich ein Planet nahe des Ereignishorizonts eines schwarzen Loches befindet, läuft die Zeit dort anders ab als auf der Erde (Bsp. 1h auf diesem Planeten = 1 Jahr auf der Erde).

Im Grunde sind schwarze Löcher ja so 'schwer', dass sie Licht anziehen (daher: Schwarz, kein Licht).

Der Planet befindet sich außerhalb des Ereignishorizonts und wird somit auch nicht in das schwarze Loch gesogen. Dennoch ist auf diesem die Zeit anders (Beleg: RelativitätsTHEORIE).

Wie kann das sein? Das Licht angezogen wird, verstehe ich.

Wie Zeit jedoch angezogen werden kann, bzw. wie sie sich verändern kann (durch Anziehung) ist mir nicht klar. Zeit kann man schließlich in keinem Modell (Teilchen, Strahlen, Wellen etc.) fassen. Wie funktioniert das also? Danke für's lesen.

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von MarkusGenervt, 31

Durch die enorme Gravitation laufen alle Prozesse sehr langsam ab, geradezu träge. Da sich dieses "Ausbremsen" aller atomaren und subatomaren Prozesse und auf absolut alles auswirkt, erscheint die Zeit langsamer abzulaufen.

Das kannst Du vllt. mit dem Laufen vergleichen:
In der Luft läufst Du normal schnell. Aber im/unter Wasser kommst Du bei gleichem Kraftaufwand nur extrem langsam voran – Du gehst quasi wie in Zeitlupe.

Natürlich ist das nicht das Gleiche, denn Deine inneren Körper-Prozesse werden ja nicht durch das Wasser ausgebremst und daher nimmst Du die Zeit weiterhin normal wahr. Aber es ist vom Phänomen her etwa vergleichbar.

Kommentar von mliap ,

Danke! Noch eine Frage (freiwillig zu beantworten natürlich): Ist die Zeit im SL gleich/sehr ähnlich wie knapp außerhalb des Erscheinungshorizonts? Oder verläuft sie nach dem EH wieder "normal". Wenn ja, könnte man den Eintritt überlebene (abgesehen von den Gezeitenkräften) da die Zeit so langsam verläuft, dass das SL verdampft bevor man ankommt? Tut mir Leid wenn die Formulierung der Frage nicht ganz klar ist.

Kommentar von DieMilly ,

Im Innern des SH ist alles komplett anders, da dort Raum und Zeit ihre Bedeutung vertauschen. Das geht zu tief in die Materie; da wird dir eine Erklärung nicht viel weiterhelfen.

Kommentar von MarkusGenervt ,

Im Schwarzen Loch steht – nach derzeitigen Theorien, denn es lässt sich einfach nicht messen – die Zeit still, da die Materie auf ein Maximum komprimiert wurde, so dass keine Reaktionen mehr stattfinden können.

Kommentar von DieMilly ,

Nein, die Zeit steht im Innern nicht still, kann aber auch nur von innen heraus analysiert werden. Von außen gesehen gibt es das Innen nicht, dann der Ereignishorizont ist das Ende der Zeit und alles dahinter ist ein Ort, wo das Universum nicht existiert - wie ein Loch im Käse.

Kommentar von MarkusGenervt ,

Das nenn ich mal "kreativ" …

Das hier wird offenbar wieder länger dauern. Vielleicht erkläre ich es Dir morgen, aber jetzt muss ich erst mal poofen.

Kommentar von DieMilly ,

Das musst du mir nicht erklären, und kreativ ist das auch nicht. Das kommt so aus der Mathematik heraus.

Kommentar von Ysosy ,

Das Problem mit der Mathematik ist... sie kann alles. 8 Dimensionale Körper? Kein Problem. Unendlichkeit? Auch kein Problem, etwas Grenzwertberechnung und schon kommt was Sinnvolles bei raus.

Die Natur mag aber keine Unendlichkeit. Die Physik sagt. Nichts ist Sinnvoll kleiner als das Planckuniversum. Zeit, Energie, Raum. Alles hat sein Ende. Und nichts in der Natur ist unendlich Groß. Und dann kommt das SL und verlangt die Unendlichkeit. Das mag aber Niemand so Richtig. Daher sagt fast Jeder. Es gibt keine Sinnvolle Aussage darüber, was im inneren eines SL geschieht. Noch extremer … Wir werden es nie erfahren.

Man muss dabei unterscheiden Zwischen SL und EH. Der EH hat beschreibbare Eigenschaften. Das SL oder die Singularität, nicht.

Kommentar von MarkusGenervt ,

Danke Ysosy.

Ich wollte das auch schon minimalistischer argumentieren:

0,9̅ = 1    und    0,9̅ < 1       
(=> "0 Komma Periode 9" lässt sich nicht so gut darstellen)

Die Mathematik kann beides beweisen.

Kommentar von DieMilly ,

Ich rede nicht von allgemeiner Mathematik, sondern von der Mathematik der allgemeinen Relativitätstheorie - dieselbe Mathematik, welche schwarze Löcher selbst beschreibt.

Kommentar von MarkusGenervt ,

DAS hier ist KEINE allgemeine Mathematik!
Das solltest Du eigentlich wissen.

Aber es umschreibt die Problematik, wo theoretische Mathematik auf reelle Grenzen trifft und diese ignoriert.

Expertenantwort
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 17

Wenn sich ein Planet nahe des Ereignishorizonts eines schwarzen Loches befindet,…

Ein Planet kann nicht nahe am Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs sein, zumindest nicht eines nichtrotierenden, dessen Geometrie erstmals vor 100 Jahren Karl Schwarzschild als erste exakte Lösung der Einstein'schen Feldgleichung beschreiben wurde:

(1) c²dτ² = c²dt²(1 – 2µ/r) – dr²/(1 – 2µ/r) – r²dϑ² – r²sin²(ϑ)dφ²

Dabei markiert die Radialkoordinate r eine »Umkugel« um den Ursprung mit der Fläche 4πr².

In einer »flachen« Raumzeit ist r zugleich einfach der Abstand vom Ursprung, denn dort fehlt der Faktor bzw. Divisor (1 – 2µ), der die Essenz des Gravitationsfeldes ausmacht und die Raumzeit verzerrt. Das µ in diesem Faktor heißt der Gravitationsradius der Masse M und 2µ ihr Schwarzschildradius, und für

(2) r = 2µ := 2GM/c²

(falls es nicht R>2µ gibt, sodass für r<R gar nicht mehr die Schwarzschildmetrik gilt) wird dieser Faktor singulär. Das ist keine echte Singularität, markiert aber den Ereignishorizont.

Die engste stabile Kreisbahn soll bei r = 6µ dar, wo die Zeitdilatation ziemlich »zivil« ist. Die engste Kreisbahn überhaupt - die aber instabil ist  - liegt bei r=3µ; dort könnte man seinen Hinterkopf sehen.

Selbst dort aber ist die Zeitdilatation dt/dτ zumindest für einen stationären Beobachter weit entfernt von dem abenteuerlichen Werten wie 1 Jahr pro Sekunde, nämlich 1/√{1 – 2µ/3µ} = √3.

Der Planet befindet sich außerhalb des Ereignishorizonts und wird somit auch nicht in das schwarze Loch gesogen.

Gesogen wird sowieso nicht. Schwarze Löcher funktionieren nicht durch Unterdruck.

Wie kann das sein? Das Licht angezogen wird, verstehe ich. Wie Zeit jedoch angezogen werden kann, bzw. wie sie sich verändern kann (durch Anziehung) ist mir nicht klar.

Dass Zeit »angezogen werde«, ist nicht korrekt ausgedrückt. Die Raumzeit wird vielmehr verformt. Damit hat es zu tun, dass sich die Gravitation wie eine Trägheitskraft verhält und buchstäblich alles mit derselben Beschleunigung anzieht, auch Licht (das an andere Kräfte nämlich gar nicht koppelt).

Kommentar von mliap ,

Danke.

Antwort
von DieMilly, 34

Die Zeit ist eine Richtung, in die wir uns bewegen, was wir aber nicht als eine Bewegung wahrnehmen. Wenn also eine Sekunde vergeht, bewegst du dich eigentlich rund 300.000 km in Richtung der Zeit nach vorne.

Die Raumzeit ist eine Fläche, die durch Materie (bzw. jeder Form von Energie) gekrümmt wird wie ein Trampolin, auf dem eine Bowlingkugel liegt. Diese Krümmung ist sowohl räumlich als auch zeitlich und verändert daher die Bahnen, auf denen sich Gegenstände bewegen -- das bedeutet sowohl Bahnen im Raum als auch die Bewegung in Richtung der Zeit. Diese Veränderung nehmen wir als die Gravitation wahr. Je stärker die Krümmung, umso langsamer vergeht die Zeit relativ zu einem Ort ohne Krümmung.

Kommentar von MarkusGenervt ,

Sorry, aber die Raumzeit ist alles Andere als eine Fläche.

Diese Darstellung ist nur der verzweifelte Versuch ein 4-dimensionales Ereignis auf 3 Dimensionen abzubilden.

Leider übersteigen mehr als 3 Dimensionen die Vorstellungskraft der allermeisten Menschen.

Kommentar von DieMilly ,

Da täuschst du dich. Du kannst die ART problemlos in der Fläche beschreiben, wenn die restlichen Dimensionen symmetrisch sind, was zumindest bei einem schwarzen Loch des Schwarzschild Typs gegeben ist.

Kommentar von DieMilly ,

Übrigens machen wir praktisch immer äquatoriale Schnitte und projizieren das Gravitationsfeld auf einer Weise, als würden wir es aus dem Hyperraum betrachten. Das nennen wir ein eingebettetes Diagram.

Kommentar von mliap ,

Danke. Das mit der Bowlingkugel verstehe ich und klingt soweit einleuchtend. "Wenn also eine Sekunde vergeht, bewegst du dich eigentlich rund 300.000 km in Richtung der Zeit nach vorne.", damit kann ich nichts anfangen, es klingt sehr wirr. Vorallem die 'Richtung der Zeit nach vorne' ist seh schwer vorstellbar, vermutlich ist Zeit eben wie Markus gesagt hat einfach eine Dimension, die wir noch nicht ganz geklärt haben.

Kommentar von DieMilly ,

Stell dir einen Cartoon vor, wobei die einzelnen Bilder auf einem Tisch gestapelt sind. Die Figuren leben auf dem 2D Papier - das ist ihr Raum. Die Richtung durch den Stapel nach unten ist die Zeit. Sie steht senkrecht auf dem Papier (senkrecht auf dem Raum). Eine Figur kann nur entlang des Papiers sehen, wie ein Uhrzeiger, aber niemals nach unten. Wenn eine Figur im Raum stillsteht, bewegt sich sich durch den Stapel senkrecht nach unten. Die Zeit entspricht also einer Bewegung durch den Stapel, aber die Figure sieht diese Bewegung nicht. Das ist der springende Punkt. Wir leben auf einem 3D Papier, das in eine vierte Richtung gestapelt ist.

Das Problem ist also, dass die Leute denken, die Zeit würde "vergehen", aber das tut sie nicht. Wir bewegen uns sozusagen von Papier zu Papier durch unseren Raumzeit-Stapel. Stell dir die Zeit also räumlich vor, wie eben bei dem Stapel. Du bewegst dich gegenwärtig mit annähernd Lichgeschwindigkeit durch den Stapel, der unser Universum ist. Wenn du 300.000 km weit durch den Stapel gekommen bist, ist eine Sekunde vorbei.

Wenn du also fragst, wie schnell die Zeit vergeht, musst du stattdessen fragen: wie schnell bewege ich mich durch den Stapel? 




Kommentar von DieMilly ,

Es kompliziert zu erklären, hilft aber dem Fragesteller nicht.

Kommentar von DieMilly ,

...

Kommentar von SlowPhil ,

Gerade das Bild mit der Bowling-Kugel ist jedoch besonders irreführend, besonders deshalb, weil sie das Tuch nach unten ausbeult und eine Murmel deshalb zu ihr hinrollt, weil dort unten ist und mitnichten deshalb, weil sie der Krümmung des Tuches folgte.

Das Modell »erklärt« also Gravitation mit Gravitation. Würde man das Tuch nach oben ausbeulen, so würde die Murmel wegrollen. Es taugt daher nicht als Modell für die Krümmung der Raumzeit, sondern für die Potentialtrichter.

Einer geodätische Linie, die einer Krümmung folgt, wäre es hingegen egal, wie herum die Fläche ausgebeult wird. Die Verzerrung der Geometrie wird immerhin ganz gut dargestellt, allerdings geht es dabei um die Verzerrung der inneren Geometrie, die man weniger irreführend durch ein Kristallgitter mit einem Gitterfehler darstellen könnte. Es geht darum, dass z.B. die Winkelsumme im Dreieck von 180° abweicht, »parallele« geodätische Linien zusammen- oder auseinander laufen und dergleichen mehr.

Kommentar von DieMilly ,

Es kompliziert zu erklären, hilft aber dem Fragesteller nicht.

Kommentar von MarkusGenervt ,

@SlowPhil:

DANKE !!!

Das Modell »erklärt« also Gravitation mit Gravitation.

Genau DAS ist das Problem mit diesem Erklärungs-Modell!

Auch wenn die reellen Dimensionen sich nur schwer erklären lassen, so sind diese Simplifizierungen inadäquat und – tja – ich würde fast sagen populistisch.

Es ist im Prinzip das gleiche Problem, wie bei einem Tesserakt. Wie hier in der Standard-Darstellung

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/22/Hypercube.svg

wird auch wieder nur eine 3-dimensionale Hilfsgrafik für eine 4-dimensionale Struktur genommen, deren äußerer Würfel eigentlich denselben Raum des inneren Würfels einnimmt und dennoch eben noch mehr. Es lässt sich wirklich kaum vereinfachen.

Zur Info, für diejenigen, die es nicht wissen:
Ein Tessereakt ist das nächste, 4-dimensionale Konstrukt mit gleichen Seitenlängen und Winkeln in der Dimensions-Extrapolations-Reihe eines Quadrates und eines Würfels zum "Hyper-Würfel".

Wer sich eine Vorstellung von einem Tesserakt machen kann, sollte langsam auch eine Vorstellung von einer gravimetrischen Raumverzerrung bekommen. Es ist nicht genau dasselbe, aber soll auch wieder nur eine Hilfs-Krücke zum besseren Verständnis gereichen.

»parallele« geodätische Linien zusammen- oder auseinander laufen

Das soll heißen, dass "Raum-Linien" scheinbar in unserer 3-dimensionalen Wahrnehmung parallel erscheinen, dies aber in der 4. Dimension nicht sind, sondern divergieren, bzw. konvergieren und somit der "Raum" quasi verzerrt wird.

@milap:

Ich weiß, ist schwerer Tobak, aber lass das mal ein bisschen sacken und wirken. Es braucht ein bisschen Zeit, um sich dort hinein zu denken.

Kommentar von DieMilly ,

Wer denkt, das Gummituch Bild würde Gravitation mit Gravitation erklären, hat das Bild falsch verstanden. Es geht dabei allein um die Krümmung des Tuches und dass Gegenstände der Geometrie folgen.

Kommentar von MarkusGenervt ,

Und wieso folgen sie dieser "Geometrie"?

In diesem Beispiel wird DAS nämlich NICHT erklärt. Es wird eben nur Gravitation mit Gravitation veranschaulicht. Nichts weiter.
Also ist dieses Modell völlig sinnlos.

Kommentar von DieMilly ,

Wie ich schon sagte, ist das nicht der Fall. 

Antwort
von axoni, 20

Im Ereignishorizonts läuft die Zeit langsamer ab und einmal schnell rein und rausfliegen können durchaus zig Jahre auf der Erde sein

Kommentar von mliap ,

Das ist mir durchaus bewusst, die Frage ist wieso.

Keine passende Antwort gefunden?

Fragen Sie die Community