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Schwarze Löcher und Erhaltungssätze
(siehe auch www.aionik.de)
Wenn man die multidimensionale Sicht und Denkweise in der Geistigkeit der Menschen verankern will, muß man sich alle Effekte aus den beliebigsten Bereichen vornehmen und abprüfen, ob man multidimensional zu besseren Klärungen und natürlich letztlich auch Anwendungen kommt.
Die Erhaltungssätze in der Physik sind eine feine Sache. Da gibt es Impulserhaltung und Energieerhaltung in abgeschlossenen Systemen. Verwandt damit sind die Gesetze der Thermodynamik und ihre Statistiken.
Bei den Quanteneffekten gibt es auch Erhaltungssätze, auch Sätze über die Invarianz von Systemen gegenüber Transformationen wie die CPT-Invarianz(oder besser: man glaubte daran, bis Cronin und Fitch zeigten, daß es da gewichtige Ausnahmen gibt).
Leichter sind die Erhaltungssätze zu erklären für Ladungszahl, Baryonenzahl und Leptonenzahl für beliebige Elementarteilchen und Kernreaktionen:
- Ladungszahl: Es kann bei Reaktionen niemals Ladung entstehen oder vernichtet werden. Beispiel: Bei der Paarerzeugung entstehen z.B. Elektron und Positron, und deren Ladungen -1 und +1 addieren sich zu 0. Bei der Paarvernichtung adddieren sich die Ladungen der beiden Partner ebenfalls zu 0.
- Baryonenzahl: Baryonen sind Protonen, Neutronen, Hyperonen und alle deren Antiteilchen. Für jede Reaktion gilt, daß die Differenz aus der Anzahl der beteiligten Baryonen und ihrer Antiteilchen vor und nach der Reaktion immer gleich bleibt. Es gibt keine Reaktion, wo ein Baryon erzeugt oder vernichtet wird,
- ohne daß gleichzeitig mit ihm sein Antiteilchen entsteht bzw. vernichtet wird, und
- ohne daß zuvor ein (anderes) Baryon da war bzw. gar kein Baryon zuvor beteiligt war.
- Leptonenzahl: Leptonen sind Elektronen und Neutrinos sowie deren Antiteilchen, einschließlich die 2 schweren Elektronen und deren jeweilige spezielle Neutrinos. Für jede Reaktion gilt, daß die Anzahl der Leptonen und ihrer Antiteilchen vor und nach der Reaktion immer gleich bleibt. Es gibt keine Reaktion, wo ein Lepton erzeugt oder vernichtet wird ... s.o. bei Baryonen.
1928 stellte Paul A.M. Dirac die relativistische Elektronengleichung auf, aus der gewisse Eigenschaften des Spins der Elektronen zu ersehen waren, als auch die Vermutung, daß es zum Elektron ein Antiteilchen gibt, das dann tatsächlich 1932 von Anderson entdeckt wurde. Das Neutron wurde 1932 von Chadwick entdeckt.
Wolfgang Pauli, Schüler von Arnold Sommerfeld und Studienfreund von Werner Heisenberg, hat kurz darauf das heute so genannte Pauli-Prinzip formuliert, um die Feinheiten der Elektronenhülle der Atome zu erklären: Die Absättigung der Bahnen in der Atomhülle werden dadurch bewirkt, daß die Elektronen in 2 Spin-Zuständen vorkommen, und daß 2 Elektronen mit jeweils verschiedenem Spin eine abgesättigte Zelle bilden. Diese weisen alle anderen Elektronen ab.
Subrahmanyan Chandrasekhar erfuhr kurz vor 1928 in Indien von Arnold Sommerfeld persönlich vom Unmbruch in der Physik und von der neuen Quantenmechanik. Auf der Überfahrt nach Cambridge, England, überlegte er sich, wie das Schicksal von Weißen Zwergen in Abhängigkeit ihrer Masse aussieht. Er kam zu dem Schluß, daß Weiße Zwerge ihre Stabilität trotz der sehr hohen Massedichte dadurch bewahren, daß die Elektronen in ihnen so dicht zusammengequetscht werden, daß Effekte eintreten wie sonst in der Atomhülle: Die Elektronen bilden stabile Zellen von paarweise Spin-verschiedenen Elektronen und dadurch wird quantenmechanisch ein entsprechender Gegendruck zu der sehr hohen Gravitation im Innern des Weißen Zwerges erzeugt - solange der Stern nicht die Gesamtmasse von 1,4 Sonnenmasse überschreitet. Überschreitet er diese heute so genannte Chandrasekhar-Grenze stürzt er weiter in sich zusammen.
Nicht nur Arthur Eddington, zu dem »Chandra« wollte, lehnte diese Deutung von Chandra ab. Insbesondere gefiel Eddington die Fiktion der Schwarzen Löcher überhaupt nicht. Die Bezeichnung Schwarzes Loch (Black hole) wurde übrigens erst 1967 von J.A. Wheeler geprägt, nachdem er nach langem Widerstreben ihre Existenz für möglich hielt.
Nachdem Robert Oppenheimer 1938 mit George Volkoff die Neutronensterne (diese Fiktion wurde von Fritz Zwicky um 1932 erfunden) theoretisch behandelt hatte, führte er die Rechnungen ein Jahr später mit Hartland Snyder weiter und kam zu dem Ergebnis, daß bei sehr idealisierten Umständen die Bildung von Schwarzen Löchern zwangsläufig sei, wenn die Sternenmasse so groß ist, daß sie auch bei und nach der Bildung des Schwarzen Lochs noch einige Sonnenmasse erreicht.
Später wurden diese Gebilde als Gefrorene Sterne bezeichnet, weil hinter dem Ereignishorizont der Zeitablauf stark verlangsamt war, und zwar zur zentralen (vermuteten) Singularität hin immer stärker.
Heute scheinen viele Kosmologen von der Existenz Schwarzer Löcher überzeugt zu sein.
Die theoretische Diskussion Schwarzer Löcher auf der Basis der Allgemeinen Relativitätstheorie hatte schon 1916 Karl Schwarzschild begonnen, und von ihm stammt die Formel für den Radius des Schwarzen Lochs in Abhängigkeit von seiner Masse, die eigenartigerweise linear ist.
Kip S. Thorne hat viel über die Forschungsarbeit über Schwarze Löcher in seinem Buch »Gekrümmter Raum - verbogene Zeit« von 1993 berichtet.
Kehren wir zu Chandra zurück und seinem Postulat, daß die Grenzmasse nach oben für einen Weißen Zwerg das 1,4-fache der Sonnenmasse ist. Gemäß Oppenheimer und Volkoff kollabiert der Stern bei mehr als 1,4 Sonnenmassen vom Zustand des Weißen Zwerges weiter zum Neutronenstern, der noch einmal milliardenmal dichter als ein Weißer Zwerg ist und dessen Radius kaum 15 km überschreitet. Auch der Neutronenstern erhält seine Stabilität durch das Paulische Ausschließungsprinzip, das jetzt beim Neutronenstern für die Neutronen gilt.
Aber auch da gibt es eine obere Massengrenze, die bei einigen Sonnenmassen liegt. Ist der Neutronenstern z.B. schwerer als 3 Sonnenmassen, muß er weiter kollabieren zum Schwarzen Loch.
Die Forscher auf dem Gebiet der Schwarzen Löcher wie Wheeler, Thorne, Roy Kerr und Stephen W. Hawking meinen, daß Schwarze Löcher »keine Haare haben«, daß also keine Unregelmäßigkeiten aus dem Ereignishorizont hervorschauen, und besonders keine magnetischen Feldlinien (das sind die »Haare«). In das Schwarze Loch mag jede beliebige Materie und Strahlung stürzen - darüber geht alle Informationen verloren bis auf Ladung, Masse und Drehimpuls. Da zudem ein Schwarzes Loch mit Ladung bevorzugt Materie mit gegenpoliger Ladung anzieht und sich somit im Laufe der Zeit ladungsmäßig selber neutralisiert, bleiben als kennzeichnende Daten für ein Schwarzes Loch nur Masse und Drehimpuls.
Und nun kommt die Frage nach der Gültigkeit der ganz oben genannten Erhaltungssätze.
Wenn die Erhaltungssätze für Ladungs Baryonen und Leptonenzahl auch bei der Bildung des Schwarzen Lochs stimmen sollen, so müßte man fordern:
Bei jedem Baryon und Lepton, das ins Schwarze Loch stürzt, muß ihm ein entsprechendes Antibaryon bzw. Antilepton sofort folgen.
Wie soll von der Natur physikalisch das realisiert werden ?
Man stellt sich heute vor, daß das Schwarze Loch von der es umkreisenden Akkretionsscheibe Gasströme anzieht, die dann hinter dem Ereignishorizont im Schwarzen Loch verschwinden. Nun bestehen die Gasströme fast nur aus Baryonen und fast nicht aus Antibaryonen.
Die Bildung des Neutronensterns stellt man sich so vor, daß die Materie sodicht zusammengequetscht wird, daß die Elektronen und Protonen zusammen aus Platzgründen mit dem entsprechenden Neutrino zu einem Neutron verschmelzen.
Die Bildung des Schwarzen Lochs stellt man sich öfters so vor, daß im Innern des Schwarzen Lochs die Materie ihre Eigenschaften verliert und vor der Selbstaufgabe noch seine Masse und Geschwindigkeit dem Schwarzen Loch übergibt. Danach ist das Teilchen in einer Vergrößerung der Raumkrümmeng, die das Schwarze Loch bildet, aufgegangen.
Nur paßt diese Vorstellung überhaupt nicht mit den o.g. quantenmechanischen Erhaltungssätzen für abgeschlossene Systeme zusammen.
Aber ist denn ein Svhwarzes Loch ein abgeschlossenes System ?
Hier kommt der Hyperraum ins Spiel. Das Schwarze Loch ist eine geometrodynamische Ausbeulung, die so stark ist, daß man die Krümmung der Raumzeit - die die Ursache der Gravitation ist - ohne viele Fehler separieren kann in Krümmung des Raumes und Stauchung der Zeit.
Bei einem Neutronenstern sind die Erhaltungssätze noch solche, und da ist der Stern tatsächlich noch ein abgeschlossenes System. Bei einem Schwarzen Loch haben wir aber kein abgeschlossenes System mehr, weil die kleine Beule in der Raumzeit in ein Loch im Raum mit extremer zeitlicher Stauchung übergegangen ist, das wie ein Trichter gebildet ist, ein offener Trichter, der in den einbettenden Hyperraum weist.
Nun kann man weiter spekulieren, daß der offene Trichter doch nicht so offen ist, sondern über einen Schlauch zu einem anderen (Mini)Universum führt, und das prinzipiell. So wie ein Quark niemals allein vorkommt, also isoliert außerhalb seines Elementarteilchen-Beutels so gibt es keine Trichter an einen Umiversum, die frei im Hyperraum münden, sondern diese führen immer zu einem - wenn auch klitzelkleinen - Universum, das sie sich gegebenfalls instantan erzeugt haben, als sich der Ereignishorizont bildete als Merkmal dafür, daß ein SErklärt man diese Deutung für Science Fiction - was sie übrigens auch ist -, dann muß man erklären, wie sich die Schwarzen Löcher bilden, trotz Gültigkeit der quantenmechanischen erhaltungssätze für Ladungs Baryonen und Leptonenzahl.
Man kann nicht so einfach Erhaltungssätze definieren, und dann bei irgendwelchen Effekten sagen, ach nee, die gelten da doch nicht.
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