Verdichtete Masse

captain kirk

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hallo!
ich bin neu im forum und würde mich als interessierter laie bezeichnen, der wenig ahnung von physik und mathematik hat. deswegen würde ich mich über anfängergerechte antworten auf meine fragen freuen.
Meine frage:
in schwarzen löchern und radiosternen ist die masse sehr stark komprimiert, in schwarzen löchern sogar so stark, dass diese gar kein volumen mehr einnehmen sollen, sondern nur noch geometrische punkte im raum sind.
warum kann masse soweit zusammengedrückt werden?
 

Bynaus

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Zuerst muss man sagen, dass die Aussage, dass die Masse in einem SL zu einem geometrischen Punkt zusammengedrückt wird, durch nichts belegt ist. In der Quantenphysik gibt es etwa keine Singularitäten, weil es eine kleinste Länge (die Plancklänge) gibt - kleiner als Plancklänge kann gar nichts werden (anders in der Relativitätstheorie, wo das nicht ausgeschlossen ist).

Zweitens, ein SL ist einfach so stark zusammengedrückt, dass es kleiner als sein Schwarzschildradius (die Nähe zum Massezentrum, ab der die Fluchtgeschwindigkeit über der Lichtgeschwindigkeit liegt) wird. Im Prinzip wäre es auch durchaus denkbar, dass ein SL eine gewisse Ausdehnung hat: von aussen gesehen, wäre es ohnehin das gleiche.

"Warum"-Fragen sind in der Regel recht kompliziert zu beeinflussen. Siehe Beispiel: "Warum regnet es?" Mögliche Antworten: "Weil die Gravitation das Wasser zu Boden zieht", "Weil die Temperatur flüssiges Wasser zulässt", "Weil du gestern die Suppe nicht ausgelöffelt hast", etc. Je nach Blickwinkel ist eine andere Antwort richtig. Welchen Blickwinkel meinst du?
 

mac

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Hallo captain kirk

herzlich willkommen hier im Forum.

Die Materie die uns umgibt, besteht aus Atomen. Diese bestehen aus einem Kern und einer ‚Hülle’. Die Hülle wird durch Elektronen gebildet. Elektronen tragen eine negative elektrische Ladung und die Protonen des Kerns eine positive. Die Anzahl der Elektronen und Protonen ist (bei der uns umgebenden Materie) fast immer gleich.

Die Hülle eines Atoms verhindert, dass sich zwei oder mehr Atome gegenseitig durchdringen können. Sie halten, auch wenn sie in chemischen Bindungen aneinander liegen, einen Abstand von grob 10^-10 m. Dieser Abstand, die unterschiedliche Atomgröße und Atommasse, je nach Anzahl der Protonen und Elektronen und auch die räumliche Anordnung bei chemischen Bindungen bestimmen das spezifische Gewicht also die g/cm^3 eines festen oder flüssigen Stoffes. Bei einem Gas kommen noch einige weitere Parameter dazu.

Wird auf zwei (oder mehr) Atome genügend hoher Druck ausgeübt, dann kann die abstoßende Kraft der Elektronen überwunden werden und die Atomkerne rücken sozusagen dichter zusammen. Experimentell gelingt uns das in nennenswertem Ausmaß nur in Beschleunigern. Die Natur schafft das auch in Sternen, deren Kern genügend stark abkühlt. Zunächst nur bis zur Dichte von sogenannten weißen Zwergen, bei denen die rund 1 bis 2 Millionen km durchmessende Gaskugel aus der sie die meiste Zeit ihres 'aktiven Lebens' bestanden, sich auf Planetengröße zusammenzieht. Die Kraft die das bewirkt ist die schwächste der Naturkräfte, die Gravitation.

Wenn diese weißen Zwerge eine Grenzmasse überschreiten (deren genaue Größe nicht bekannt ist, die aber je nach theoretischem Modell etwa 2 bis 3 Sonnenmassen beträgt, dann wird der letzte Widerstand der Elektronen überwunden und der Stern zieht sich zu einer Kugel von rund 20 km Durchmesser zusammen.

Das ist sehr verkürzt dargestellt. Es gibt hier sehr viele deutlich unterschiedliche Abläufe, wie so etwas geschieht, wie schnell, und wie spektakulär. Das ist aber ein eigenes Thema (Supernova)

Diese rund 20 km durchmessende Kugel enthält die Masse von rund eineinhalb bis rund 3 Sonnen und besteht praktisch aus einem einzigen Atomkern, der durch die Atomkerne und Elektronen der Elementarteilchen gebildet wird, aus denen die Vorläufersonne bestand. Ebenso wie der Atomkern eines Atoms zwar fast die gesamte Masse des Atoms enthält, aber nur rund 1/100000 des Durchmessers eines Atoms besitzt.

Wenn ein solcher Neutronenstern noch schwerer wird (viele Sterne sind Doppelsterne und blähen sich am Ende ihrer Lebenszeit zu einem roten Riesen auf. In dieser Phase kann ein Neutronenstern, der diese Entwicklung schon hinter sich hat, seinem Begleiter bedeutende Mengen Gas ‚stehlen’. Er kann aber auch gleich von vornherein soviel Masse gehabt haben, dass nach all seinen Entwicklungsphasen immer noch genug übrig geblieben ist, um ihn sofort zu eine schwarzen Loch werden zu lassen), dann nimmt seine Gravitationskraft so weit zu, dass sie nichts mehr, noch nicht einmal Licht aus ihrem Bereich entkommen lässt.

Was sich dann genau im inneren eines solchen schwarzen Loches abspielt kann man nicht ermitteln. Die Materie wird sich wohl noch um einiges weiter verdichten lassen bei derart gewaltiger Kraft, aber ob das bis zu einem Punkt geht? Ich kann mir das nicht vorstellen. Das war aber nur eine nicht kompetente Meinungsäußerung.

Herzliche Grüße

MAC

http://de.wikipedia.org/wiki/Atom
http://de.wikipedia.org/wiki/Sonne
http://de.wikipedia.org/wiki/Supernova
http://de.wikipedia.org/wiki/Neutronenstern
http://de.wikipedia.org/wiki/Schwarzes_Loch
http://de.wikipedia.org/wiki/Chandrasekhar-Grenze
http://de.wikipedia.org/wiki/Schwarzschildradius
 

captain kirk

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danke für eure antworten! sie waren sehr aufschlußreich. noch eine frage:
was passiert wenn die elektronen inden atomkern gedrückt werden? "kleben" dann die negativ geladenen elektronen an den positiv geladenen protonen so wie magneten aneinander, oder "neutralisieren" sie sich gegenseitig und bilden ein neutron?
gibt das darüber wissenschaftliche erkenntnisse?
 

Orbit

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Elektron und Proton vereinigen sich zu einem Neutron und absorbieren dabei ein Neutrino (K-Einfang), was der Umkehrung des Beta-Zerfalls entspricht.
Orbit
 

Orbit

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Ich
Du hast natürlich Recht - wie immer.
Emittiert wird in beiden Fällen:
ein Neutrino beim K-Einfang und
ein Anti-Neutrino beim Beta-Zerfall, wie mac auch schreibt.
Gruss Orbit
 

schockwellenreiter

Registriertes Mitglied
Das war aber nur eine nicht kompetente Meinungsäußerung.


MAC




Dann will ich auch mal,vielleicht kann da jemand was zu sagen..

Ein Atom hat ja eine räumliche Ausdehnung,Länge,Breite,Tiefe.

Vergleichbar mit drei Buchseiten die ineinander gesteckt sind.

In einem SL werden nun die drei Buchseiten "übereinander" gelegt..

Würde ja nochmals viel Platz bringen, oder :confused:

D.h. der "Raum" wird nun voll genutzt,bzw. "zerlegt".


..ich bin kein Physiker,ich spreche eher Bildlich. :):D
 

Ich

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Hi Orbit, mac,

zu exakt dieser Frage habe ich noch eine Erinnerung ans Studium.
In einem der wenigen Fälle, bei denen ich die Tutorstunde besucht hab, hab ich genau die Frage gestellt, wo denn die ganzen Antineutrinos herkommen sollen. Den Tutor hat's da ziemlich aus der Bahn geworfen, der hat dann auch nicht mehr weitergewusst. Ein Mitstudent hat dann, sichtlich genervt, eingeworfen, dass da ja Neutrinos emittiert und nicht Antineutrinos absorbiert werden. Das gab lautes vor-den-Kopf-Klatschen bei Tutor und mir.
Auf jeden Fall: das habe ich mir gemerkt!

Noch allgemein: Große Massen wollen zusammenfallen, das muss durch Gegendruck verhindert werden.
Bei sehr kleinen Massen (Planeten) hat das mit den normalen Bindungen zu tun, die sich dem Zusammenfallen mittels Pauli widersetzen.
Bei großen Massen (Sternen) ist das während des normalen Lebens der Strahlungsdruck, also enorme Hitze.
Wenn der Stern ausgebrannt ist, fällt dieser weg, und die Geschichte kollabiert.
Erster Rettungsanker (Weißer Zwerg) sind die Elektronen, die sich (wiederum wegen des Pauli-Prinzips) gegen den Kollaps wehren. Das heißt Fermidruck oder Entartungsdruck und hat damit zu tun, dass die Elektronen immer höhere Energieniveaus besetzen müssen, wenn man sie auf immer kleineren Raum einsperrt (ja, wegen Heisenberg).
Bei zu großem Druck wird es energetisch sinnvoller, die Elektronen "verschwinden" zu lassen durch p+e->n. Das kostet zwar Energie, aber wie gesagt, bei sehr hohem Druck ist es immer noch billiger als das Elektron in dem besagten hohen Energieniveau zu halten.
Das geht dann selbstverstärkend, bis schließlich die Neutronen in die selbe Lage kommen wie vorher die Elektronen (Neutronenstern).
Der Mechanismus verträgt aber auch nur ungefähr dieselbe Masse wie der bei den Elektronen.
Wenn's noch schlimmer wird, hilft nichts mehr. Dann kann auch prinzipiell nichts mehr helfen, weil auch Druck gravitativ wirkt, d.h. je höher der Gegendruck, desto stärker die Anziehung.
Alles was einen noch von der Singularität trennt ist, dass wir nichts wissen über das Verhalten von Raum und Zeit selbst bei diesen Extremzuständen. Irgendwas wird schon passieren. Nur: heutzutage weiß keiner, was.
 

Orbit

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Dieses Bild ist falsch; denn das suggeriert ein zweidimensionales SL. Es ist aber dreidimensional, eine Kugel mit dem Schwarzschildradius als Radius. Und der ist proportional zur 'verschluckten' Masse.
Was das SL da schluckt sind ohnehin keine Atome mehr, wohl auch keine Fermionen. Das SL kann nur Bosonen verdauen.
Der Rs ist übrigens so lang, dass die gesamte Masse in Portionen von Plankmassen verdichtet und der Plancklänge als Wellenlänge exakt zweimal vom Ereignishorizont bis zum Mittelpunkt wie eine Perlenkette aufgereiht werden könnte.
Wie es dort hinter dem Ereignishorizont aber wirklich aussieht, das weiss, wie mac schon richtig gesagt hat, niemand.
Orbit
 

schockwellenreiter

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Dieses Bild ist falsch; denn das suggeriert ein zweidimensionales SL. Es ist aber dreidimensional, eine Kugel mit dem Schwarzschildradius als Radius. Und der ist proportional zur 'verschluckten' Masse.


Wie es dort hinter dem Ereignishorizont aber wirklich aussieht, das weiss, wie mac schon richtig gesagt hat, niemand.
Orbit



Hi,

ist schon klar..Das SL ist dreidimensional.Aber ist es auch dreidimensional aufgebaut?
D.h. für den Beobachter ist es das..nur bezweifle ich ganz stark des es das im Innern auch ist.

Wenn ich mir bildlich zwei Dimensionen vorstelle,und die unterschiedlich anordne,kann ich doch unmöglich erkennen ob es nun zwei oder drei sind :confused:
 

pauli

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Wenn ich mir bildlich zwei Dimensionen vorstelle,und die unterschiedlich anordne,kann ich doch unmöglich erkennen ob es nun zwei oder drei sind
Wenn das für das Innere eines SL gelten sollte, warum nicht auch woanders?
 

JGC

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Hallo Leute..(war auch schon ne Weile nicht mehr da)

Wie wäre es, dort mal ein paar Zeilen zu lesen..

http://www.wer-weiss-was.de/theme51/article1958169.html#1958169

Dort geht es um kritische Temperaturen und Zustandsveränderungen und um spontane Verdampfung.

Liest ihn mal und denkt mal an die Prozederes, die dort ablaufen...

Und dann vergleicht einfach mal selbst mit den theoretischen Annahmen, die beim Materiezusammensturz auftreten sollen..

Wer sich z.B. mit Wettergeschehen beschäftigt und nachvollzieht, wie aus unsichtbarem Wasserdampf in der Atmosphäre erst feiner Nebel wird, der durch erhöhten Druck zu Tröpfchen kondensiert und dann ausregnet als Schnee, Eis und flüssiges Wasser(was sonst nicht weiter komprimierbar ist, ausser man bedient sich der Elementarphysik)

Flüssiges Wasser ist also in dem Moment ein "mittlerer physikalischer Grundzustand" der bei gewöhnlichen Temperaturen aus einem sehr verteilten, unsichtbaren Dampfzustand zu einer amorphen Gestalt wechselt.

Dann kommt quasi eine "Grenze" und danach kann nur noch über quantenphysikalische Prozederes die Verdichtung fortgesetzt werden, da wieder die selben mathematischen Prinzipien zur Geltung kommen um Wasser z.B. in eine Neutronenflüssigkeit zu verwandeln, bis eine neue Grenze wiederum nach den selben mathematischen Prinzipien eine neue "Verdichtungsroutine" anleiert.

Wer weiss, ob innerhalb des schwarzen Loches noch dutzende solcher "Verdichtungskreisläufe" stattfinden könnten, zumindest würden die Massen wirklich auf unerreichte Dichtewerte gebracht werden. Doch schätze ich, das nach einer Bestimmten Anzahl von Verdichtungskreisläufen Schluss ist, weil unser Universum einfach nicht genug Energie dafür aufbringen kann, wirklich eine Singularität zu schaffen. Es würde ja genügen, wenn die Masse in einem SL theoretisch bis Erbsengrösse verkleinert werden könnte, doch irgendwann zerstrahlt die Masse einfach als Gravitation und entweicht über die dabei erreichte lineare Zustandsform auch ohne Probleme wieder den Weltraum


Einfach so mal zum bedenken.

Gruß an alle..................JGC
 

Orbit

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Hallo JGC
Du sprichst in Deinem Beitrag das Phänomen der Phasenübergänge an, die es nicht nur im Makrokosmos sondern auch auf Quantenbebene gibt. Ersteres darf allerdings nur im Sinne einer Analogie mit letzterem in Beziehung gesetzt werden; denn da gelten andere Gesetze - jene der Quantenphysik eben.
Aber grundsätzlich bin ich derselben Meinung wie Du, dass die Übergänge von Sternstadien als Phasenübergänge verstanden werden müssen. Und dieser Beitrag
http://www.astronews.com/forum/showthread.php?p=31687
deutet darauf hin, dass bei der Beschreibung des Übergangs Neutronenstern - SL das letzte Wort noch nicht gesprochen ist.
Ich meine, dass man diesen Übergang vielleicht nicht als einen, sondern als eine Abfolge von mehreren Phasenübergängen wird verstehen lernen müssen. Du spricht in diesem Zusammenhang von 'Verdichtungskreisläufen', meinst aber wohl dasselbe wie ich. Allerdings stoppe ich im Gegensatz zu Dir meine Fantasien am Ereignishorizont:
Wer weiss, ob innerhalb des schwarzen Loches noch dutzende solcher "Verdichtungskreisläufe" stattfinden könnten
Darüber braucht man sich m.E. keine Gedanken zu machen; denn wir werden eh nie physikalische Daten von da erhalten.
Ganz anders bei einem Neutronenstern. Da könnten uns genauere Messungen dereinst Aufschluss geben, ob wir es mit einem mehrstufigen Phasenüberganng zum SL zu tun haben. Wir könnten dann Neutronen quasi bei ihrer kollektiven Entartung zusehen, ohne dass mit ungeheurem energetischen Aufwand erst entsprechende Laborbedingungen hergestellt werden müssten.

Herzliche Grüsse
Orbit
 
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