Sonnenuntergang in Kassel (Lara Bendig)

Mittwoch, 1. Mai 2019

Was sind Schwarze Löcher? Teil 7

Die heiße dünne Atmosphäre

Mit diesem Post streifen wir eher spekulative Ideen von Stephen Hawking und Leonard Susskind.

Susskind geht davon aus, das unmittelbar über dem Ereignishorizont (im Schwarzschildradiusabstand) eine mikroskopisch dünne Atmosphäre aus kochend heißem Vakuum ist, allerdings nur für einen außenstehenden Beobachter.

Ein auf das SL frei zufallender Beobachter sieht das nicht, da seine Fallbeschleunigung alle Effekte aufhebt.

Außenstehender und frei fallender Beobachter würden also vollkommen unterschiedliche Beobachtunngen machen. Diese stehen aber nicht im Widerspruch zueinander, da sie nie miteinander verglichen werden können. Wenn der frei fallende Beobachter gemerkt hat, dass unmittelbar über dem Ereignishorizont nichts ist, dann kann er das dem anderen Beobachter nicht mehr mitteilen.

Susskind nennt die beiden jeweils bezugssystemabhängigen Beschreibungen komplementär zueinander (so ähnlich hat Bohr versucht die Widersprüche des Welle-Teilchen-Bildes der Quantenmechanik aufzulösen (siehe Postserie im Herbst).

Wie dick ist diese heiße Vakuumschicht?

 Nach Susskind nicht länger als eine Plancklänge, also ungefähr 10^(-35) m...

Für Spezialisten:

Aus dieser heißen Vakuumschicht kommt die sog. Hawkingstrahlung, zu der für den außenstehenden Beobachter aber eine sehr niedrige Temperatur gehört.
Ein SL von etwa einer Sonnenmasse erscheint uns bei einer Temperatur von einem hundertmillionstel Grad Kelvin (bei einer Mondmasse dagegen unter  1 K). Je niedriger die Masse ist, desto höher die Temperatur des SL für den weit entfernten Beobachter.

Die Strahlung, die zu dieser sehr niedrigen Temperatur gehört ist extrem langwellig. Damit wir sie überhaupt wahrnehmen können, muss sie am Rand des Ereignishorizontes sehr kurzwellig, d.h. sehr energiereich sein. Genau das ist diese heiße Vakuumshcicht. (Susskind nennt das "strechtched horizon").

Also: Diesen stretched horizon sieht nur der außenstehende Beobachter, der frei durchfallende Beobachter nimmt wegen seiner Beschleunigung nichts wahr.

Aber: Ein ohne SL entsprechend beschleunigter Beobachter muss dann um sich herum eine solche heiße Vakuumschicht sehen. Das nennt man den Unruh-Effekt (1976 postuliert). Die Temperatur ist proportional zur Beschleunigung (der Proportionalitätsfaktor liegt bei 10^(-23)).

Es sei gesagt, dass man weder Hawking-Strahlung noch Unruheffekt bisher experimentell nachgewiesen hat.

Die Hawking-Strahlung spielt auch eine große Rolle bei der Behandlung von SL durch die Wärmelehre.
Damit beschäftigen sich die nächsten Posts.


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