Facharbeit zum Thema Schwarze Löcher?

10 Antworten

Hallo,

das ist ein echt spannendes Thema, das du dir ausgesucht hast. 🙂

Einer der größten Wissenschaftler auf dem Gebiet der schwarzen Löcher war Stephen Hawking (womöglich sogar der größte Wissenschaftler).

Das wohl bekannteste Werk von ihm ist Eine kurze Geschichte der Zeit, das du unbedingt lesen solltest, wenn du das Thema spannend findest! Wikipedia sagt zu Hawking's Werk: Das Buch befasst sich mit Fragen zur Kosmologie und beleuchtet dabei insbesondere die Rolle der Zeit. Es enthält Betrachtungen zum Urknall und versucht, Eigenschaften schwarzer Löcher mit Hilfe der Stringtheorie zu erklären.

Ebenfalls etwas, das du dir unbedingt ansehen solltest: Die nach ihm benannte Hawking-Strahlung. Auf YouTube gibt's haufenweise hervorragendes Videomaterial dazu.

10 Seiten bekommst du sicher voll, ich könnte mir sogar eher vorstellen, dass es schwer ist, sich auf so wenige Seiten zu reduzieren. 😁

Liebe Grüße

Hallo charliehfh,

natürlich gibt es zum Thema "Schwarze Löcher" mehr als genug Material, um 10 Textseiten zu füllen:

  • Definition
  • Entstehung über die Sternentwicklung
  • Was ist der Ereignishorizont?
  • Wir wissen nicht, wie es im Innern aussieht
  • Schwarzschild-Lösung, Kerr-Lösung, no-hair-Theorem
  • Nachweis der Existenz über Gravitationswellen
  • Nachweis des supermassereichen Schwarzen Loches im Zentrum der Milchstraße
  • Bild eines superreichen Schwarzen Loches

... um nur ein paar Punkte zu nennen.

Darf ich bei allem Enthusiasmus dennoch zur Vorsicht raten?

Schwarze Löcher werden nun mal NUR über die Gleichungen der Allgemeinen Realtivitätstheorie verständlich. Und es ist nicht unbedingt zu empfehlen, sich ein Thema für die Facharbeit zu suchen, bei dem man die Mathematik dahinter als Schüler nicht nachvollziehen kann.

Es gibt tolle Themen im Bereich Astrophysik, bei denen man dieses Problem vermeidet. Neulich hat zum Beispiel mal jemand zum Thema "Hubble Space Teleskop" gefragt. Ich persönlich finde so was ein besseres Thema, weil man als Schüler da die Chance hat, die physikalischen Aspekte des Themas auch wirklich zu verstehen.

Überlege Dir das lieber 2x, auch dann, wenn die Menge des Materials ganz sicher kein Problem sein wird.

Grüße

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Diplom in Physik, Schwerpunkt Geo-/Astrophysik, FAU

Um das mit den etwa komplexen Sachverhalten zu verdeutlichen: Schau Dir mal beispielsweise diesen Text in Müllers Lexikon der Astronomie zum Thema Schwarze Löcher an:

https://www.spektrum.de/astrowissen/lexdt_s02.html#sl

Und der ist schon extra allgemeinverständlich verfasst. So tief sollte es also schon mindestens(!) gehen...

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@uteausmuenchen

Danke, aber es geht doch bestimmt such wenn ich nur ein paar Rechnungen, die auch Schüler lösen können mit verwende und dann vieles erkläre oder? 😊Auf jeden Fall Danke für die ausführliche Antwort.👍🏻

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@charliehfh
wenn ich nur ein paar Rechnungen, die auch Schüler lösen können mit verwende und dann vieles erkläre oder?

Da ist halt nicht viel, was Du rechnen kannst. Den Schwarzschildradius kann man klassisch herleiten... aber dass die Rechnung passt ist schon wieder nicht mehr erklärbar, weil Du dafür zeigen müsstest, dass relativistisch gerechnet dasselbe rauskommt.

Nur so als Frage: Hast Du mal den Text oben vom Link zum Spektrum-Lexikon spaßeshalber durchgelesen? Und verstanden? Könntest Du das also jetzt mit eigenen Worten ohne Rechnung erklären?

Worauf ich raus will: Wie willst Du eine Physik ohne Formeln mit Worten erklären, die Du nicht verstanden hast? Und (nicht weniger wichtig) genügt das Deinem Lehrer als Facharbeit?

Du solltest diesen Punkt auf alle Fälle vorher mit ihm abklären, wobei Ihr da ganz gezielt drüber sprechen solltet, dass da nicht viel Physik in so einer Arbeit drin sein __kann__.

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Es wird (je nach Tiefe) eher schwer, das in zehn Seiten unterzukriegen :D

Das Thema "Schwarze Löcher" ist extrem allgemein, ich würde mich etwas mehr spezifizieren.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Interesse für Naturwissenschaften

Danke 😊, 10 ist nur eine Richtgröße, es können auch mehr sein. Das hängt bei uns vom Lehrer ab, wie viel wir schreiben müssen👍🏻

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Klar, 10 Seiten kannst du locker füllen, auch wenn du natürlich nicht die komplizierten Rechnungen aus der allgemeinen Relativitätstheorie durchführen kannst, das verlangt ja auch keiner. Aber es gibt schon ein paar Rechnungen, die auch ein Schüler machen kann, z.B. den Schwarzschildradius. Den Rest kann man viel Erklären und darstellen, auch mit Bildern.

Ich habe hier auch ein kompaktes Buch für dich, das die Zusammenhänge gut darstellt und nicht zu kompliziert ist:

https://www.amazon.de/Schwarze-Löcher-dunklen-Raumzeit-Astrophysik/dp/3827420709

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Theoretische Physik und Mathematik

Der Buchempfehlung kann ich mich anschließen. 😊

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Hallo charliehfh,

über Schwarze Löcher kann man eine Menge schreiben, wie es auch schon meine „Vorredner“ gesagt haben.

„Vorgeschichte“

Anfangen würde ich mit NEWTONs Korpuskulartheorie des Lichts und der auf ihr beruhenden allerersten Idee, dass die schwersten Sterne womöglichst unsichtbar sein könnten, die Ende des 18. / Anfang des 19. Jhd.s von MICHELL und LAPLACE formuliert wurde.

Raumzeit und Relativitätstheorie

Direkt im Anschluss würde ich eine kleine Einführung zunächst in die Raumzeit geben und dabei gleich klar machen, dass dieses Konzept nicht etwa die Spezielle Relativitätstheorie (SRT) voraussetzt, sondern umgekehrt. Schließlich kann man auch die GALILEI-Transformation als Scherung in der Raumzeit beschreiben.

Die SRT würde ich über die Anwendung von GALILEIs Relativitätsprinzip (RP) auf MAXWELLs Elektodynamik und die MINKOWSKI-Metrik der Raumzeit einführen.

Die Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt Gravitation als intrinsische Krümmung der Raumzeit und ist mathematisch sehr aufwändig. Dabei solltest Du klar machen, dass hier wirklich die Raumzeit gekrümmt ist und dies nichts mit einer Verbiegung nach „unten“ - was immer das bedeuten mag - zu tun hat.

Ich würde deshalb nicht das beliebte Gummituch-Modell verwenden, denn das ist völlig irreführend. Stattdessen würde ich eine Flugreise zwischen zwei Orten auf demselben Breitengrad aus Modell für einen senkrechten Sprung verwenden (Stichwort Geodätische Weltlinien, die zusammenlaufen).

Einerseits würde ich die Frequenzverschiebung durch auf- oder Abstieg in einem Gravitationspotential Φ auf der Grundlage der Energieerhaltung behandeln, wie ich es in dieser Antwort gemacht habe.

Andererseits würde ich auch auf EINSTEINs Äquivalenzprinzip eingehen, das besagt, dass Gravitation lokal der Trägheitskraft bei gleichförmiger Beschleunigung entspricht und dass dadurch gleichsam als Artefakt ein Ereignishorizont entsteht.

Anschließend würde ich die SCHWARZSCHILD- Metrik erwähnen und diskutieren.

So bin ich zum Beispiel in dieser Antwort zum Film „Interstellar“ vorgegangen, wo ja auch ein Schwarzes Loch vorkommt.

Andere Metriken wie insbesondere die für rotierende Schwarze Löcher (KERR- Metrik) würde ich in jedem Fall ebenfalls diskutieren, aber nicht unbedingt detailliert, weil sie doch einigermaßen kompliziert ist.

Woher ich das weiß:Recherche
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