Photon am Ereignishorizont

[Timm]

Das am Ereignishorizont eines Schwarzen Loches stationäre Licht (sofern man die radial nach außen gerichtete Komponente betrachtet) wurde hier schon einige male erwähnt. Ich möchte die Deutung dieses Effektes nochmal zur Diskussion stellen.

Zunächst ein paar Beiträge dazu:

@Edward R. Harrison, Kosmologie, 1984, S.300

Lichtstrahlen, die sich nach außen von der Schwarzschild-Oberfläche weg bewegen, bleiben am selben Ort; sie bewegen sich lokal mit Lichtgeschwindigkeit und durcheilen den Raum, der mit Lichtgeschwindigkeit ins schwarze Loch hinein fällt.

@G. Beyvers, E. Krusch, Kleines 1x1 der Relativitätstheorie, 2007 S.303

... Dies kann auch dahingehend interpretiert werden, daß am Ereignishorizont der Raum mit Lichtgeschwindigkeit nach innen fließt!

Bei Kip S. Thorne in "Gekrümmter Raum und verbogene Zeit" ist es eine Gummihaut, die mit c einfällt.

@Ed Bertschinger, MIT

Dear Timm,

It is difficult to answer your question, because "why" is a deeper question than science can usually answer. General relativity says "The photon remains at the event horizon because that is the very definition of an event horizon." That is not a very satisfactory answer. GR also says, "The photon moves past any massive particle at the speed of light, so there is no contradiction with relativity." Perhaps better is this: "It is wrong to think of the event horizon as a place in space, because that thought wrongly suggests that a particle may be at rest at that place. No massive particle can be at rest at the event horizon because the event horizon is a null surface, not a spacelike surface."

I doubt that you will find any of these answers fully satisfactory. Remember that science generally answers "what" and "how" not "why." Newton's theory of gravity was strongly criticized because it did not explain "why" the apple falls to the ground, whereas Aristotelian physics did (the apple is made of "earth" and "earth" likes to be with "earth").

I fear that my answer adds more confusion than clarity. But one must beware the limits of intuition in explaining natural phenomena.

Ed Bertschinger

Mit dem Licht "bewegt" sich auch der EH radial mit c nach außen. Der mit c einfallende Raum ist nur ein Bild. Gemäß der ART wird die Raumzeit bei entsprechender Bewegung von Massen zwar tangential mitgezogen (frame dragging), aber nicht radial angesaugt. Schade, denn dann gäbe es kein Verständnis Problem.

Nach dieser Beurteilung von Joachim

@Joachim, Link von Marco Polo erhalten

Der Vergleich mit dem Ereignishorizont passt nicht, denn am Ereignishorizont kann man, wie an jedem anderen Punkt im Gravitationsfeld, ein mitbeschleunigtes Koordinatensystem definieren, das lokal ein Inertialsystem ist. In diesem Koordinatensystem funktioniert die Physik wie wir sie kennen und Zeit vergeht. Das Gedankenexperiment einer Uhr am Ereignishorizont führt zu einer normal tickenden Uhr, für die außerhalb des Gravitationsfeldes die Zeit unendlich schnell geht. Die Uhr tickt noch normal, aber vor außen betrachtet unendlich verlangsamt. Solch eine Betrachtung gibt es für ein Lichtschnelles Koordinatensystem nicht, weil man dort keine anständige Zeitachse definieren kann.

Gruß,
Joachim

scheint nichts dagagen zu sprechen, sich Koordinatensysteme einzurichten. Massen überqueren den EH mit c, weshalb nicht ein mit c einfallendes Koordinatensytem definieren, unabhängig davon, ob es Massen mitführt oder nicht?

Aber gewinne ich damit mehr Verständnis? Das Licht bewegt sich lokal mit c, relativ wozu?

Gruß, Timm

[SCR]

Hallo Timm,
Ich danke Dir! Ich glaube ich werde diese mir bis dato unbekannten Jungs lieben!

Zitat von Timm

Aber gewinne ich damit mehr Verständnis? Das Licht bewegt sich lokal mit c, relativ wozu?

Relativ zu: s.u.
Verständnis? Wir hätten ein Ruhesystem für Photonen. Und damit verginge für Photonen Zeit. Und wir müssten erklären können "wie" das Photon am EH ruht. ...
Zitat von Timm:"[...] aber nicht radial angesaugt."
Wird sie aber doch!

[Timm]

Zitat von SCR

Verständnis? Wir hätten ein Ruhesystem für Photonen.

Hi SCR,

Zitat von SCR

Hallo Timm,
Ich danke Dir! Ich glaube ich werde diese mir bis dato unbekannten Jungs lieben!

Ich weiß, wie verführerisch diese Vorstellung ist!

Zitat von SCR

Verständnis? Wir hätten ein Ruhesystem für Photonen.

Das Photon ruht aber nicht, es bewegt sich lokal mit c.

Gruß, Timm

[SCR]

Hallo Timm,
Du hast mich durchschaut .

Zitat von wikipedia

Ein Ruhesystem ist ein spezielles Bezugssystem, das sich relativ zum Beobachter in Ruhe befindet. Im Ruhesystem hat der Beobachter also weder eine Geschwindigkeit noch wird er in ihm gedreht oder beschleunigt. Dies bedeutet aber nicht, dass eine Masse im Ruhesystem keine Kräfte erfahren kann.

EDIT:

Dr. Gottfried Beyvers: Naturwissenschaftliches Studium, als wissenschaftlicher Gutachter bei einer Behörde tätig, Amateurastronom Dr. Elvira Krusch: Studium der Physik, Promotion in der Astrophysik an der Ruhr-Universität Bochum mit einer Arbeit über kompakte Galaxiengruppen, nun im Bereich der bemannten Raumfahrt tätig

Dr. Gottfried Beyvers
Edward R. Harrison (Muß mich korrigieren: Von Harrison hatte ich doch schon gehört)
Kip Stephen Thorne

[Timm]

Hallo SCR,

wir können uns ja mal überlegen, ob der Raumeinfall wie ein Kartenhaus in sich zusammenfällt, wenn man sich einige Konsequenzen anschaut.

Was schließt der entfernte Beobachter? Unter der Annahme, der Raum überschreitet den EH mit c, könnte er auf die Idee kommen, daß der Raum zwischen ihm und dem schwarzen Loch expandiert.

Dann plaziert er gedanklich zwischen sich und dem SL Sterne, die vom Raum mitbewegt radial Richtung SL fallen und stellt fest, daß deren Rotverschiebung mit zunehmender Entfernung zunimmt, in Analogie zu den vom expandierenden Raum mitbewegten Galaxien. Am EH und am kosmischen Horizont geht die Rotverschiebung gegen unendlich. Objekte jenseits beider Horizonte entfernen sich mit ÜLG.

Die Nichteinholbarkeit der Sterne und Galaxien durch ein Lichtsignal. Gilt für beide Szenarien, sofern der zeitliche Abstand hinreichend groß ist.

Gezeitenkräfte. Physiker behaupten, daß in fernster Zukunft, sollte die Beschleunigung der Expansion unvermindert anhalten, chemische Bindungen und selbst Atome zerrissen werden. Martin Bojowald vergleicht die Separierung von Teilchen in der Phase der inflationären Expansion des Universums mit jener am EH eines schwarzen Loches (in "Zurück vor den Urknall").

Das sind aber nur Belege dafür, daß Gravitation und Expansion zu ähnlichen Phänomenen führen. Man könnte einwenden, Objekte, die Richtung SL fallen, beschleunigen - im Gegensatz zu den mitbewegten Galaxien - relativ zum Mikrowellen Hintergrund, was der entfernte Beobachter allerdings nicht feststellen kann.

Was gibt es sonst noch Stichhaltiges, womit die Vorstellung vom einfallenden Raum als reine Krücke entlarft wird?

Gruß, Timm

[SCR]

Hallo Timm,

na, da fragst Du ja genau den Richtigen .

Aber ich schaue einmal, was ich für Dich tun kann:
Falls der Raum tatsächlich in ein SL einfällt dann würde er es auch meines Erachtens am EH mit c tun (?).

Da wir im Universum eine generelle Raumexpansion beobachten müsste so ein Einfall des Raums in ein SL im Umkehrschluss (Achtung!) für einen entfernten Beobachter in meinen Augen aber mit einer Raumkontraktion einhergehen.
Es wird aber nirgendwo eine solche Kontraktion beobachtet - Ganz im Gegenteil: der Raum expandiert immer schneller und egal in welche Richtung man schaut.

Damit ist ein Einfallen des Raums in ein SL meines Erachtens definitiv widerlegt.

Gut so? Ansonsten hätte ich noch ein paar Zitate auf Lager .

[Uli]

Zitat von Timm

Hallo SCR,

wir können uns ja mal überlegen, ob der Raumeinfall wie ein Kartenhaus in sich zusammenfällt, wenn man sich einige Konsequenzen anschaut.
...

Ich habe eh so meine Probleme mit dem "fallenden Raum"; Fallen impliziert Bewegung; Bewegung liegt dann vor, wenn sich die Koordinaten irgendwelcher Objekte mit der Zeit verändern.

Was um Himmels Willen sind denn die Koordinaten des Raumes, die sich dann da auch noch zeitlich ändern sollen ?
Wogegen bewegt sich denn der Raum ?

Ich schätze, die Sache mit dem fallenden Raum ist nur ein Bild, das man nicht zu ernst nehmen darf, das einem aber als Eselsbrücke dienen kann, sich manchen Sachverhalt besser zu merken. Soll verdeutlichen, warum nichts - nicht mal Licht - herauskommt.

Gruß,
Uli

[JoAx]

Hallo,

ein Paar Überlegungen von mir, einfach in die Runde geworfen.

Ein SL der ART ist vor allem ein "zeitliches" SL. Ein Vorgang am EH dauert aus der Ferne betrachtet ewig.

Eine "ruhende" EM-Welle? Das könnte ein statisches E-Feld sein.
Ein konstant änderndes E-Feld - Magnetfeld.
Ein nicht konstant änderndes E-Feld - EM-Welle.

Könnte man eine EM-Welle bei geeignet gewählter Geschwindigkeitsänderung als ein statisches E-Feld wahrnehmen?


Gruss, Johann

[Timm]

Zitat von JoAx

Eine "ruhende" EM-Welle? Das könnte ein statisches E-Feld sein.
Ein konstant änderndes E-Feld - Magnetfeld.
Ein nicht konstant änderndes E-Feld - EM-Welle.

Könnte man eine EM-Welle bei geeignet gewählter Geschwindigkeitsänderung als ein statisches E-Feld wahrnehmen?

Hallo Johann,

gut, daß Du die EM-Welle erwähnst. Die Autoren, die bildhafte Erklärungen anbieten, sprechen von Phtonen oder Lichtblitzen. Marco Polo hat in einem anderen Thread zurecht daraufhin gewiesen, daß man besser von EM-Wellen sprechen sollte, die sich von A nach B bewegen.

Allerdings weiß ich nicht, ob das an der Diskussion viel ändert. Ich hoffe es ist richtig zu sagen, auch die EM-Welle breitet sich lokal mit c aus. Ich kann mir einfach nicht vorstellen, daß man von einem "statischen E-Feld" sprechen kann. Vielleicht können Uli oder Marco Polo oder andere Experten sich dazu äußern.

Wenn sich die EM-Welle aber von A nach B bewegt, würde das ja bedeuten, daß A mit B koinzidiert, da sich A und B auf dem EH befinden. Was aber auch nur unterstreicht, daß die EM-Welle nicht vorankommt, obwohl sie mit c unterwegs ist.

Ich will den einfallenden Raum nicht als Physik verteidigen, ich wurde hier fürchte ich mißverstanden. Es lag mir daran, herauszufinden, ob man dieses so ungemein hilfreiche Bild - ohne die Einsteinschen Gleichungen bemühen zu müssen - mit einer halbwegs intuitiven Argumentation als unphysikalisch widerlegen kann. Z.B. A beobachtet die Objekte B und C. Beide entfernen sich antriebslos beschleunigt. Zwischen A und B dehnt sich der Raum aus, C ist im freien Fall in Richtung eines Gravitationszentrums. Mit welchem Recht kann A nicht behaupten, beide fallen, oder der Raum dehnt sich in beiden Fällen aus. Natürlich ist diese Situation präpariert. Unterstellt, A ist darauf angewiesen, Messungen mit B und C zu machen, wie kann er Unterscheidungen treffen?
Aber es müßte etwas besseres geben.

Gruß, Timm

[Uli]

Zitat von Timm

Hallo Johann,

gut, daß Du die EM-Welle erwähnst. Die Autoren, die bildhafte Erklärungen anbieten, sprechen von Phtonen oder Lichtblitzen. Marco Polo hat in einem anderen Thread zurecht daraufhin gewiesen, daß man besser von EM-Wellen sprechen sollte, die sich von A nach B bewegen.

Allerdings weiß ich nicht, ob das an der Diskussion viel ändert. Ich hoffe es ist richtig zu sagen, auch die EM-Welle breitet sich lokal mit c aus. Ich kann mir einfach nicht vorstellen, daß man von einem "statischen E-Feld" sprechen kann. Vielleicht können Uli oder Marco Polo oder andere Experten sich dazu äußern.
...
Gruß, Timm

Wenn damit ein "elektrostatisches Feld" gemeint ist, dann hat das sicherlich keine Wellennatur: eine "elektrostatisches Feld" ist eine Idealisierung - es beschreibt die statische Situation, die sich nach langer Zeit einstellt, wenn eine elektrische Ladung einen Ort erreicht hat und dort ruht. Probeladungen erfahren dann eine zum Produkt der Ladungen proportionale und zum Quadrat der Entfernung inverse Kraft.
Es findet keine Ausbreitung statt - in diesem idealisierten Grenzfall ist alles statisch.

Gruß,
Uli