Hawking-Strahlung
Hi zusammen,
es geht um die Hawking-Strahlung. Zu dieser hätte ich eine Frage als Laie: Es heisst, dass selbstverständlich auch in der Nähe eines EH virtuelle Teilchenpaare entstehen und vergehen. Das Teilchen mag gerade entkommen, während das Antiteilchen ins SL stürzt. Soweit so gut. Es dürfte klar sein, dass gemäß dieses Mechanismus die Masse des SL stetig abnimmt und nach aussen eine Strahlung detektiert werden kann (zumindest theoretisch). So in etwa liest man es immer wieder in der populärwissenschaftlichen Literatur. Das ist doch ein Käse im Quadrat, oder? Denn warum sollten immer nur oder hauptsächlich die Antiteilchen ins SL stürzen? Es sollten doch genauso so viele Teilchen ins SL stürzen, während die Antiteilchen entkommen. Dann würde aber die Masse des SL auf Dauer niemals abnehmen. Trozdem gäbe es Hawking-Strahlung. Das passt nicht zusammen, oder? |
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Nicht wissend was für einen Unterschied du dir dadurch erwartest, http://org.yukterez.net/st13.png |
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Also nochmal: Sollte es sich so verhalten, wie es in der populärwissenschaftlichen Literatur gerne dargestellt wird, dass von diesem virtuellen Teilchenpaar das Teilchen entkommt, während das Antiteilchen ins SL stürzt, dann würde es für einen aussenstehenden Beobachter so aussehen, als würde ein Materieteilchen vom SL wegfliegen. Dieses theoretische Gebilde wird dann Hawking-Strahlung genannt. Wenn ich deinen Einwand richtig deute, dann ist es egal ob das Teilchen oder das Antiteilchen entkommt. Es würde immer Hawking-Strahlung entstehen und die Masse des SL würde stetig abnehmen. Kann man das so stehen lassen? Dann gibt es wiederum andere Erklärungen, wonach ein nach innen fliegendes Antimaterie-Teilchen einem in der Zeit umgekehrten Materie-Teichen gleichkommt, mit gleichem Ergebnis bezüglich der Hawking-Strahlung wie bei der obigen Erklärung. Oft liest man es auch aus entropischer Sicht. Wenn ein Teilchen ins SL stürzt, dann geht Information verloren. Die Masse des SL wächst und der Radius des EH wächst auch, genauso wie die Entropie. Bei dem in der Zeit umgekehrten Materie-Teilchen, das demnach aus dem Inneren des SL stammt, hätten wir einen Entropieverlust, der sich immer durch Strahlung verrät. Das ist alles nicht auf meinem Mist gewachsen. Ich stelle es lediglich zur Diskussion. Auf eine seriöse Diskussion ohne Sarkasmus und Spitzfindigkeiten hoffend, Marco Polo |
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Beide virtuelle Teilchen haben Masse, aber solange sie sich entsprechend schnell vernichten, wird die dafür nötige Energie dem Vakuum nicht entzogen. Oder entzogen und gleich wieder zurückgegeben. Werden die Teilchen allerdings real, muss die Energie dafür von irgendwoher kommen. Dafür steht in diesem Fall wohl das "Gravitationsfeld" (die Raumzeitkrümmung) gerade. D.h. also, dass die Masse des SL zunächst um eine bestimmte Energie kleiner wird, wenn das Paar entsteht. Wenn das eine Teilchen hinein fällt, bringt es die Hälfte wieder zurück. Die andere Hälfte verschwindet dann mit dem entkommenen Teilchen. NACHTRAG: Man darf auch nicht vergessen, dass vorwiegend e-m Strahlung erzeugt wird, und nicht etwa massive Teilchen. |
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Es gibt auch ein Analogon aus der QED. Dort gibt es an einer genügend hohen elektromagnetischen Potentialstufe das kleinsche Paradoxon, welches durch eine Teilchenerzeugung an der Stufe erklärt, bzw. gelöst wird. Ein ausreichend starkes em-Feld kann also auch eine reale Paarproduktion (von Elektronen und Positronen) bewirken. |
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Im entsprechenden Wikipedia-Artikel steht z.B. (unter "Anschauliche Interpretation"): "Diejenigen Teilchen oder Antiteilchen, die dem Schwarzen Loch entkommen, bilden die Hawking-Strahlung." |
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Wie Joax schon geschrieben hat, geht die anschauliche Erklärung nur über die Energiebilanz. Eine virtuelle Schwankung des em-Feldes bekommt aus dem Gravitationsfeld so viel Energie, dass sie real wird und dabei reale Teilchen (z.B. Photonen) erzeugt. |
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Wikipedia, Hawking Radiation Zitat:
Interessant ist, daß im flachen Raum erzeugte Unruhstrahlung identisch mit Hawkingstrahlung ist, sofern die Beschleunigung der Beobachter übereinstimmt. |
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ok, was war die Motivation dazu Quantenfluktuationen zu ... (erfinden, errechnen, postulieren, ...)?
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Die ersten Ideen zur Teilchenproduktion durch ein Schwarzes Loch wurden übrigens bereits in den 50ern von D. Brill und A. Wheeler veröffentlicht. Hawkings Leistung besteht also "nur" darin diesen Vorgang quantitativ berechnet zu haben. Lesenswert ist auch diese Arbeit: A Primer for Black Hole Quantum Physics. |
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