Facharbeit Schwarze Löcher?
Hallo,
Ich muss eine Facharbeit über Schwarze Löcher schreiben und brauche eine Leitfrage habt ihr irgendwelche Ideen. Ich bin leider sehr schlecht in Leitfragen erstellen.
3 Antworten
Hallo Killerjump,
die erste Frage, die ich stellen würde, ist natürlich:
- Was ist ein Schwarzes Loch (SL)?
Manche Menschen sagen ja, ein SL sei ein superdichter Materie"klumpen". Das ist aber nicht richtig:
Das SL enthält den "Klumpen", dessen Gravitationsfeld aus einem "halbwegs normalen" äußeren Teil und einem von außen unsichtbaren inneren Teil besteht, dem eigentlichen SL.
Das "halbwegs normale" am äußeren Teil des Gravitationsfeldes ist, dass die Zeitkoordinate t zeitartig ist und die räumlichen Koordinaten r raumartig sind, auch wenn die Uhren immer langsamer gehen, je näher man kommt. Auch radiale Abstände sind größer als die r- Differenz es nahelegt.
Wenn das SL rotiert, was meistens der Fall sein dürfte. Es gibt dann eine Zone, in der einfach alles mitrotieren muss, die Ergosphäre. Weiter innen gibt es eine Fläche, wo von außen aus beurteilt die Zeit komplett stehen bleibt, den Ereignishorizont (EH). Hier sieht man freilich nicht ein Standbild, sondern gar nichts, denn auch elektromagnetische Schwingungen brauchen Zeit. Deshalb ist ein SL auch Schwarz; Licht, das von dort aus versucht, nach außen zu gelangen, verliert dabei seine gesamte Energie.
Als "Loch" wird es bezeichnet, weil der EH keine feste Oberfläche, sondern eine gedachte Fläche ist.
Von dort nach innen wird r eine zeitartige Größe, mit Zeitrichtung nach innen. Das macht ein SL zu einer Sackgasse in der Raumzeit.
Durch die Erklärung beantworten sich auch folgende Fragen:
- Warum ist ein solches Objekt schwarz?
- Warum spricht man von einem Loch?
- Was ist ein Ereignishorizont?
- Wie unterscheidet sich ein rotierendes SL von einem ruhenden?
- Was ist eine Ergosphäre?
Weitere Leitfragen (eher zur Forschungsgeschichte) sind:
- Wann wurde die Existenz eines EH erstmals theoretisch vorhergesagt?
- Wann und von wem wurde der Begriff des Schwarzen Lochs populär?
- Welche mathematischen Modelle wurden von wem zum Thema SL entwickelt?
- Was ist das "Keine- Haare- Theorem"?
- Welche zu SL alternativen Hypothesen gibt es von superkompakten Objekten? Was sind z.B. Gravasterne?
Stephen HAWKING hat sich intensiv mit den SL beschäftigt, vor allem mit diesen Fragen:
- Was ist die Entropie eines SL?
- Was ist die Temperatur eines SL? In welchem Zusammenhang steht sie mit seiner Masse?
- Ein SL ist nach außen hin ein schwarzer Körper und hat dabei eine endliche Temperatur. Es müsste also Strahlung abgeben, aber wie kann das funktionieren?
- Wie lange besteht ein SL voraussichtlich, in Abhängigkeit von seiner Masse?
Auch eine interessante Leitfrage:
Schwarze Löcher - wo bleibt die Information?
Der Informationsgehalt des Universums sollte ja unveränderlich sein. Wo bleibt die Information der Materie, wenn sie in ein schwarzes Loch fällt? Wird sie zerstört? Dann hätten wir ja plötzlich weniger Informationsgehalt im Universum. Wird sie für immer im schwarzen Loch gespeichert?
https://www.scinexx.de/news/kosmos/schwarze-loecher-ereignishorizont-als-hologramm/
https://www.weltderphysik.de/gebiet/universum/news/2007/schwarze-loecher-wo-bleibt-die-information/
(Vorsicht:
Im zweiten Artikel wird die Hawking-Strahlung als mögliche Lösung vorgeschlagen. Es ist aber noch nicht bewiesen, dass die Hawking-Strahlung wirklich existiert. Neuere Forschungsergebnisse lassen eher vermuten, dass Schwarze Löcher keine Hawking-Strahlung aufweisen:
https://www.spektrum.de/news/voyager-1-findet-keine-hawking-strahlung-frueher-schwarzer-loecher/1621394
Da musst Du Dich wirklich gut informieren.)
Im zweiten Artikel wird die Hawking-Strahlung als mögliche Lösung vorgeschlagen.
Wenn die perfekt thermisch sein sollte, so würde sie keine Lösung bieten.
Neuere Forschungsergebnisse lassen eher vermuten, dass Schwarze Löcher keine Hawking-Strahlung aufweisen:
Das ist eine Überinterpretation des Befundes. HAWKING- Strahlung hat eine Wellenlänge, die mindestens so groß ist wie das SL selbst.
Wonach man suchte, sind winzige SL, die schon bei der Entstehung des Universums selbst entstanden sein könnten und damals schon klein gewesen sein sollen. Die Idee ist: Wenn damals so kleine SL entstanden sein sollten, könnte man deren HAWKING- Strahlung registrieren.
Das ist aber eine Hypothese. Wenn man nix gefunden hat, kann das heißen, dass es die HAWKING- Strahlung nicht gibt, aber auch, dass es diese hypothetischen winzigen SL nicht gibt.
- Welche Farbe haben Schwarze Löcher?
- Muss man sie inzwischen "Löcher ohne Licht-Emission" nennen oder "maximal-pigmentiert"?
- Wie weist man die Existenz Schwarzer Löcher nach?
- Was macht Schwarze Löcher für Science Fiction und Facharbeiten so interessant?
