Frage von THEGAMINGNERD, 83

Schwarzes Loch = keine physikalischen regeln?

Eigentlich ist es ja physikalisch gesehen unmöglich sich schneller als das licht zu bewegen. Trotzdem schafft die Gravitation eines schwarzen Loches licht "einzusaugen", was heißen würde das die sogkraft schneller als das licht ist. Oder verstehe ich hier was falsch?

Expertenantwort
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 10

Die Wirkung des Schwarzen Lochs beruht nicht auf Sog (der übrigens nicht »aus eigenem Recht« existiert, sondern auf der Wirkung des Außendrucks beruht), sondern auf Gravitation.

Die wiederum beruht, wie wir seit 100 Jahren wissen, darauf, dass Energie, insbesondere kondensierte Energie - Masse - einen Einfluss auf die Geometrie der Raumzeit ausübt:

Sie verzerrt sie, und alles, das sich »kraftfrei«, d.h. ohne Kräfte außer der Gravitation bewegt, folgt dieser Verzerrung. Eine »kraftfreie« Weltlinie ist die geradeste, die in einer Umgebung möglich ist, aber dennoch ist sie nicht gerade.

Und nichts ist gerader als ein Lichtweg im Vakuum, und selbst dies läuft in einer geeigneten Entfernung krumme Wege, meist flache hyperbolische wie etwa an der Sonne vorbei, aber in der Nähe eines Schwarzen Lochs, wo der Raum stellenweise die Geometrie einer Trichterwand hat, läuft es im Kreis bzw. gerät in eine Spiralbewegung.

Die Gravitation braucht dem Licht nicht »hinterher zu laufen«, sie ist schon da, wenn das Licht die Umgebung des Schwarzen Lochs durchläuft.  

Mathematischer Anhang

Für ein infinitesimales Linienelement cdτ in einem Raum ohne große Massenansammlung gilt in einem Polarkoordinatensystem {cdt;dr;rdϑ;r·sin(ϑ)·dφ}

(1) c²dτ² = c²dt² – dr² – r²dϑ² – r²sin²(ϑ)dφ²,

dabei ist τ die Zeit entlang des Linienelements, t die Zeit bezüglich der Zeitrichtung dieses Koordinatensystems, r beschreibt eine »Umkugel« mit der Fläche A=4πr² und in einem »flachen« Raum zugleich die Entfernung vom Ursprung, ϑ ist der Polar- und φ der Azimutwinkel.

Ein Massenpunkt der Masse M am Ursprung würde dazu führen dass in seiner Umgebung die Schwarzschild-Metrik

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

wobei µ=GM/c² der Gravitationsradius und 2µ der Schwarzschildradius des Massenpunktes heißt. G ist dabei die Gravitationskonstante.

Dank (1–2µ) ist r hier nicht der Abstand zum Ursprung, denn zwei in einer Linie zum Ursprung bei r₁ und r₂ liegende Punkte haben den Abstand

(3) ∫_[r₁]^{r₂} dr 1/{1– 2µ/r}    > r.

Ein Lichtsignal, das sich bei 3µ in tangentialer Richtung bewegt - also senkrecht zur Verbindungslinie zum Ursprung - bewegt sich durch die Krümmung der Raumzeit und auch schon des Raumes im Kreis, allerdings instabil. Jede noch so kleine Abweichung führt zu einer Spiralbewegung nach außen oder innen.

Wie man an (2) ablesen kann, läuft auch die Zeit bezüglich der Zeitachse eines weit entfernten Beobachters immer langsamer, je näher man 2µ kommt und bleibt dort stehen, natürlich nur im Bezugsrahmen des entfernten Beobachters. Für r<2µ wird r zeitartig, mit nach innen gerichtetem Zeitpfeil, und t wird dort raumartig.

Der Massenpunkt r=0 ist also nicht ein Ort, sondern ein Zeitpunkt, und zwar für etwas, das auf ihn zufällt, der letzte.

Antwort
von ronnyarmin, 33

Das verstehst du falsch. Geschwindigkeit zu messen ist eine Frage des Bezugspunktes.

Es gibt auch keine Sogkraft. Gravitation ist eine Raumkrümmung.

Kommentar von Gudgburr ,

Es ist Wissenschaftlich erläutert dass in einem Schwarzen Loch nicht dieselben Physikalischen Regeln wie unser Verständnis von Raum und Zeit es zulassen dort nicht existieren. 

Kommentar von SlowPhil ,

Es gilt dort nicht die Euklidischen Geometrie, übrigens auch nicht in der Umgebung des Schwarzen Lochs, und das gilt generell in der Nähe von sehr kompakten Massenansammlungen.

Dass überhaupt keine Regeln gelten sollten, ist nirgends gesagt, jedenfalls nicht in irgendeiner wissenschaftlichen Abhandlung.

Antwort
von Jszp89, 19

Es existiert kein Sog, dass ist ein falscher Begriff der leider immer wieder verwendet wird. Der "Sog" beschreibt die Gravitation die durch die Raumkrümmung verursacht wird. Jeder Körper verursacht diesen Effekt; die Sonne, die Erde sogar du selbst. Bei einem schwarzen Loch ist dieser Effekt jedoch sehr extrem. Das Licht bewegt sich auf das schwarze Loch zu, da es von dessen Gravitation beeinflusst wird. Ist der Ereignishorizont überschritten, gibt es kein räumliches "zurück". Was heißt das genau?Innerhalb des Schwarzschildradius bzw nach Überschreiten des Ereignishorizontes ist die Raumzeit derart gekrümmt das jede Richtung in die du dich bewegst zur theoretischen Singularität zeigt. Es muss hier also nichts schneller oder stärker als das Licht sein, die Raumzeit lässt durch ihre Krümmung keinen Ausweg aus dem schwarzen Loch mehr zu. LG

Antwort
von ThomasJNewton, 14

Man spicht nicht umsonst von einer Krümmung der Raumzeit.

Wie du richtig erkannt hast, gelten knapp über dem Ereignishorizont und weit außerhalb des Schwarzen Lochs dieselben Naturgesetze, auch dieselbe Lichtgeschwindigkeit.

Trotzdem ist es aber so, dass Licht beim Entfernen von Schwarzen Loch an Energie verliert.
Und die Energie ist nun mal proportional zur Frequenz.
Du schickst also vom Punkt nahe des Ereignishorizonts sichbares Licht ab, und es kommt als Infrarot weiter außen an.

Nun ja, die Lösung ist so einfach wie überraschend, die Zeit vergeht einfach um so langsamer, je näher du dem Ereignisorizont kommst.
Am EH selbst steht sie über den Beobachter von außen still.

Daher halte ich auch alle Spekulationen über Wurnlöcher etc, für reine Science Fiction.
Wie willst du da wieder rauskommen, wenn du nicht mal in endlicher Zeit rein kommst?

Antwort
von kindgottes92, 30

Die Masse des schwarzen Lochs krümmt den Raum ins unendliche. Das Licht folgt dem Raum und somit auch dessen Krümmung und ist somit nicht mehr sichtbar.

Antwort
von CoreDex, 25

Ich bin selber nicht grade sehr Erfahren wenn es um Schwarze löcher geht jedoch ist es bei Schwarzen löchern so, das die Gravitationskraft dieser so stark ist, dass keine Materie (nichtmal ein Lichtsignal) von innen nach außen gelangt. Demzufolge kann Licht außerhalt des Schwarzen Lochs Existieren wird jedoch sobald es ins Schwarze loch gelangt nicht wieder "hinnaus gelassen" 

Kommentar von THEGAMINGNERD ,

Das ist mir klar aber die Sache ist die das diese Gravitationskraft sozusagen "schneller" ist als das licht, obwohl physikalisch gesehen sich nichts schneller als das licht bewegen kann

Antwort
von dsshb, 36

Das ist Gravitationskraft. Ein schwarzes Loch ist eigentlich ein Körper, nur ziemlich dicht. Die Erde würde eins werden, wenn man sie auf die Größe von einer 1ct-Münze zusammendrücken würde. Dadurch ist die Gravitation so groß dass das Licht eingesogen wird. Warum das so ist kann man nicht genau sagen da man nochnicht richtig weiß was Licht überhaupt ist.

Physikalische Regeln gibt es dort auch, aber wahrscheinlich andere

Kommentar von Jimmy619 ,

Licht ist entweder Photonen eine Welle oder beides gleichzeitig also hat man nur 3 verschiedene Modelle um dies zu erklären :P

Antwort
von Reggid, 12

was heißen würde das die sogkraft schneller als das licht ist

diese ominöse "sogkraft" ist einfach nur die gravitation, nichts anderes.

und was bitte soll die geschwindigkeit einer kraft sein???

Kommentar von THEGAMINGNERD ,

Naja das die Materie sich Eig. Theoretisch schneller bewegt als das licht, was aber physikalisch unmöglich ist. Verstehst du?

Antwort
von firefly910, 4

In einem Scharzen Loch herrscht nur Singularität.

Das bedeutet so viel wie das in einem Schwarzen Loch kein Licht, keine Zeit und auch keine Physikalischen Gesetze messbar sind. In einem Schwarzen Loch sind auch keine Atome und Moleküle mehr.

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