Schwarzes Loch

Aaron · Gast

Meine Frage:
nature.com/news/astrophysics-fire-in-the-hole-1.12726

pro-physik.de/details/news/5406261/Durch_die_Feuerwand_ins_schwarze_Loch.html

Wenn es keine virtuellen Teilchen aus dem Vakuum gibt, wie ist dann dies zu erklären?

Meine Ideen:
Stephen Hawking und Joseph Polchinski. Beide sind doch von der Existenz virtueller Teilchen überzeugt.

Aaron · Gast

nature.com/news/astrophysics-fire-in-the-hole-1.12726

pro-physik.de/details/news/5406261/Durch_die_Feuerwand_ins_schwarze_Loch.html

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18115

Die Frage mit dem Informationsverlust und der Firewall ist nicht endgültig geklärt - und m.E. ohne die Einbeziehung der Quantengravitation auch nicht erklärbar. Insofern zeigen diese Themen m.E. nur, dass es da ein Problem gibt, nicht jedoch, wie es zu lösen wäre.

Virtuelle Teilchen "existieren" im Sinne eines (in einer bestimmten Näherung sinnvollen) mathematischen Konstruktes, das ist unbestritten. Was wir "real" beobachten sind jedoch gerade nicht diese virtuellen Teilchen. Insbs. ist das, was ein Beobachter wahrnimmt, eindeutig (ein Teilchen einer bestimmten Spezies mit einem bestimmten Impuls); das Konstrukt der virtuellen Teilchen ist aber gerade nicht eindeutig. Insofern ist es schwierig, von ihrer "Existenz" in der "Realität" zu sprechen.

Hawkingstrahlung wurde übrigens von Hawking selbst ohne die Verwendung von virtuellen Teilchen abgeleitet. Dass er diesen (nicht eindeutigen) Begriff bei der Interpretation benutzt macht es nicht wirklich einfacher.

Ich erwarte die Lösung des Black-Hole-Information-Paradoxons über andere Ansätze.

Aaron · Gast

Wie kommt denn der Firewall ohne virtuelle Teilchen zu Stande? Doch wohl durch die Hawking-Strahlung, oder?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18115

Nein, die Firewallstrahlung ist nicht das selbe wie die Hawkingstrahlung. Und ob es sie gibt, darüber herrscht keineswegs Einstimmigkeit.

Aaron · Gast

Wie kommt es denn physikalisch gesehen zum Firewall bzw. zur Firewallstrahlung?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18115

Das ist nicht so ganz leicht zu verstehen.

Schau mal, ob dir folgende Artikel weiterhelfen:

http://arxiv.org/pdf/1207.3123.pdf (Originalveröffentlichung)
http://qpt.physics.harvard.edu/simons/Polchinski.pdf
http://en.wikipedia.org/wiki/Firewall_(physics)

http://www.pro-physik.de/details/news/5406261/Durch_die_Feuerwand_ins_schwarze_Loch.html
http://www.zeit.de/2014/07/schwarze-loecher-hawking-polchinski (lesenswertes Interview mit Polchinski)

Aaron · Gast

Ich habe mir die deutschen Links mal durchgelesen. Was mich daran verunsichert ist, dass hier wieder von virtuellen Teilchen die Rede ist. Doch wenn virtuelle Teilchen nur mathematische Hilfskonstrukte sind, wie soll man die Firewall ohne virtuelle Teilchen verstehen?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18115

Vergiss einfach den Begriff "virtuelle Teilchen"; Fakt ist, dass die Existenz der Hawkingstrahlung aus der Quantenfeldtheorie auf einer Raumzeit mit schwarzem Loch (insbs. aufgrund der Existenz eines Horizontes) mathematisch ableitbar ist und dass ein thermisches Spektrum vorhergesagt wird. Man muss nicht jedem mathematischen Objekt einen Namen geben, das bringt keinen Erkenntnisgewinn

Peff · Anmeldungsdatum: 04.05.2014 Beiträge: 135

Nochmal allgemein zum Begriff virtuelle Teilchen (den man sicher nicht so einfach vergessen kann Augenzwinkern

):

Virtuell sind diese Teilchen, weil sie nicht beobachtbar sind. Stell dir einfach vor, sie enstehen und vernichten sich (als ein Paar von Teilchen und Antiteilchen) in einer Geschwindigkeit außerhalb unserer Wahrnehmungsmöglichkeiten. Sie können aber dennoch Spuren hinterlassen, die sehr wohl wahrnehmbar sind.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18115

Peff · Anmeldungsdatum: 04.05.2014 Beiträge: 135

Hawking selbst spricht in seiner Beschreibung der Hawkingstrahlung von virtuellen Teilchen. Für Laien (wie mich) ist diese Erklärung sehr gut verständlich und auch ausreichend.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18115

Peff · Anmeldungsdatum: 04.05.2014 Beiträge: 135

Streichen wir also das Wort "virtuell" und ersetzen es durch "nicht beobachtbar"?
Der Erklärung tut das aber keinen Abbruch.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18115

Nein, nennen wir das Kind beim Namen!

Hawking tut - vereinfacht gesprochen - folgendes: er definiert einen Vakuumzustand |0> indem er fordert, dass keine aus der (unendlich fernen) Vergangenheit einlaufende Teilchen existieren. Das ist die übliche Definition des Vakuums in der Quantenfeldtheorie.

Dann betrachtet er diesen Zustand in der (unendlich fernen) Zukunft. In Abwesenheit von Gravitationsfeldern entspricht der Vakuumzustand |0> dem der unendlich fernen Zukunft |0'>. In Anwesenheit eines Ereignishorizontes zeigt sich nun, dass die Definition von "Teilchen" in der Vergangenheit und in der Zukunft nicht übereinstimmt. Demzufolge entspricht dann auch |0'> nicht mehr |0>.

Hawking zeigt also, dass sich |0> in einen Zustand |U> entwickelt, der Teilchen im o.g. Sinne enthält. Die Hawkingstrahlung resultiert also daraus, dass die Definition von "Teilchen" und "Vakuum" bei Anwesenheit eines Horizontes nicht mehr eindeutig sind.

Peff · Anmeldungsdatum: 04.05.2014 Beiträge: 135

Das erklärt aber nicht, wie die Teilchen entstehen.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18115

Richtig, muss es aber auch nicht ;-)

Diese Teilchen "entstehen" nicht, sie "sind da".

Das ist das, was Hawking's Rechnung besagt. Der Zustand, der einem Beobachter in der fernen Vergangenheit als Vakuum erscheint, erscheint einem Beobachter in der fernen Zukunft als thermischer Zustand.

Es bringt m.E. nichts, darum mehr Worte zu machen.