Übermittler der Gravitation: Gravitonen aber wie ?

[inside]

Hallo zusammen.

Ich schnappte auf Youtube eine interessante Frage auf.

Ausgangslage ist die Hypothese, dass auch Gravitation durch Bosonen übertragen wird, in diesem Fall die Gravitonen.

Da die Wirkung der Gravitation sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen soll, sollten also auch die Gravitonen nicht schneller als Licht unterwegs sein.

Die Frag dazu war eine Art Fangfrage:

Wenn sich Gravitonen auch nur mit maximal c fortbewegen, wieso übt dann ein schwarzes Loch überhaupt Gravitation auf die Umgebung aus ?

... ich muss gestehen, die Logik dahinter finde ich stichhaltig.

Diese Gravitonen sollten dem schwarzen Loch dann auch nicht entkommen können.

AUSSER, schwarze Löcher sind um ein vielfaches schwerer, als wir kalkulieren, weil nur die Gravitonen entkommen können, die gerade mal so am Ereignishorizont vorhanden sind.

Hat jemand sich darüber schon mal Gedanken gemacht ?

[Hawkwind]

Wir haben ja noch keine Quantentheorie der Gravitation und es ist unklar, ob sie denn Gravitonen enthalten wird. Aber es könnte ja sein, dass es gewisse Ähnlichkeiten zur Quantenelektrodynamik geben wird, es also auch Bosonen gibt, welche die Wechselwirkung vermitteln - insofern schon eine berechtigte Frage.

Es ist nun auch so, dass elektrisch geladene schwarze Löcher von elektrostatischen Feldern umgeben sind. Photonen "entkommen" also auch, vorausgesetzt sie sind virtuell. Die Eigenschaften virtueller Teilchen sind eben weit phantastischer als die der gewöhnlichen reellen Teilchen. So wird es auch für hypothetische virtuelle Gravitonen sein. Im besonderen können virtuelle Teilchen auch "raumartig" sein, d.h. Raumzeitpunkte miteinander "verbinden", die lichtschnelle Teilchen nicht schaffen. Und das, ohne die Kausalität zu verletzen. Um das wirklich einigermaßen zu begreifen, muss man sich mit relativistischen Quantenfeldtheorien auskennen. Das ist ein sehr fortgeschrittenes Thema und ich hab da leider nur ein bisschen Wischiwaschi-Wissen. TomS könnte da mit Sicherheit mehr zu sagen.

[TomS]

Die Frage ist im Rahmen der Quantengravitation schwer zu beantworten. Zum Einen ist die mathematische Formulierung noch unklar. Zum Anderen zeichnet sich jedoch ab, dass Gravitonen bei der Formulierung der Theorie eine untergeordnete Rolle spielen, insbs. da diese nicht die Geometrie der Raumzeit ändern; das Gravitationsfeld eines Sterns oder schwarzen Lochs ist jedoch eine Raumzeit mit starker Krümmung, die nicht durch den Austausch kleiner Störungen = Gravitatonen beschrieben werden kann; letztere stellen evtl. Quantenkorrekturen dar, liefern jedoch nicht den wesentlichen Beitrag.

Im Rahmen der Quantenelektromechanik stellt sich jedoch eine ähnliche Frage. Hier ist die Antwort sehr einfach: man kann die Theorie mathematisch exakt so formulieren, dass sie sowohl dynamische Photonfelder als auch ein statisches 1/r Potential enthält. Die Photonen sind dann lediglich kleine Störungen, die zu diesem Coulombpotential hinzukommen. In der QED verwendet man diese Formulierung u.a. bei der Berechnung der Lamb-Shift. In der QCD sind die Gleichungen deutlich komplexer, auch hier verwendet man jedoch eine ähnliche Formulierung, um z.B. die Bindung von Quarks in Hadronen zu beschreiben.

Die Frage resultiert m.E. aus dem Denkfehler, diese Austauschteilchen wären alleine für die jeweilige Wechselwirkung verantwortlich, und sie würden sich auf der Raumzeit ausbreiten. Ersteres ist nicht richtig, das wissen wir aus der QED und der QCD. Letzteres ist nach der Meinung vieler Physiker ebenfalls falsch; es handelt sich hier um das Problem der sogenannten Hintergrundabhängigkeit. Die Quantengravitation muss jedoch hintergrundunabhängig formuliert werden, und damit verschwinden diese Fragestellungen; es handelt sich um ein Scheinproblem, das einer falschen Idee entspringt.

[Marco Polo]

Zitat von TomS

Die Quantengravitation muss jedoch hintergrundunabhängig formuliert werden, und damit verschwinden diese Fragestellungen; es handelt sich um ein Scheinproblem, das einer falschen Idee entspringt.

Dann würde die Stringtheorie als hintergrundabhängige Theorie aber ausscheiden, oder?

[TomS]

Zitat von Marco Polo

Dann würde die Stringtheorie als hintergrundabhängige Theorie aber ausscheiden, oder?

Zumindest ist man sich im wesentlichen einig, dass genau das ein erhebliches Defizit der Theorie ist.

David Gross, einer herausragenden Physiker des zwanzigsten Jahrhunderts, Nobelpreisträger und einer der Pioniere der Stringtheorie in den achtziger Jahren hat den Eröffnungsvortrag zur Konferenz Strings 2009 gehalten. Aus den Folien:

WHAT IS THE NATURE OF STRING PERTURBATION THEORY?
Our present understanding of string theory has been restricted to perturbative treatments. Does this perturbation theory converge? Most likely it does not. In that case when does it give a reliable asympototic expansion of physical quantities? How can one go beyond perturbation theory and what is the nature of nonperturbative string dynamics? This question is particularly difficult since we currently lack a useful nonperturbative formulation of the theory.

WHAT IS STRING THEORY?
This is a strange question since we clearly know what string theory is to the extent that we can construct the theory and calculate some of its properties. However our construction of the theory has proceeded in an ad hoc fashion, often producing, for apparently mysterious reasons, structures that appear miraculous. It is evident that we are far from fully understanding the deep symmetries and physical principles that must underlie these theories. It is hoped that the recent efforts to construct covariant second quantized string field theories will shed light on this crucial question.

What is the fundamental formulation of string theory?
Quantum Space of all 2-d field theories
Second Quantized Functionals of loops (SFT)
M-theory . . .
Is string theory a framework, not a theory?
What is missing?

[Marco Polo]

Zitat von TomS

What is the fundamental formulation of string theory?
Quantum Space of all 2-d field theories
Second Quantized Functionals of loops (SFT)
M-theory . . .
Is string theory a framework, not a theory?
What is missing?

Kannst du bitte auf die SFT näher eingehen? Die kenne ich nicht. Loops kenne ich nur von der LQG.

[TomS]

Ich denke, es geht um die String Field Theory

https://en.wikipedia.org/wiki/String_field_theory

[Marco Polo]

Zu diesem Thema habe ich nachstehende leichte Bettlektüre gefunden:

https://edoc.ub.uni-muenchen.de/1609..._Korbinian.pdf

[Timm]

Zitat von inside

Wenn sich Gravitonen auch nur mit maximal c fortbewegen, wieso übt dann ein schwarzes Loch überhaupt Gravitation auf die Umgebung aus ?

Ob es nun Gravitonen gibt oder nicht, das Gravitationsfeld eines Schwarzen Loches kann man sich als fossiles Feld vorstellen. Es existierte ja während des Gravitationskollapses bereits vor der Ausbildung des Ereignishorizonts und blieb dann erhalten.

[Marco Polo]

Zitat von Timm

Ob es nun Gravitonen gibt oder nicht, das Gravitationsfeld eines Schwarzen Loches kann man sich als fossiles Feld vorstellen. Es existierte ja während des Gravitationskollapses bereits vor der Ausbildung des Ereignishorizonts und blieb dann erhalten.

Genau. Das äussere Gravitationsfeld eines SL´s wird ja nicht vom SL gespeist. Das Gravitationsfeld muss also nicht durch Gravitonen aufrecht erhalten werden. Das Feld wird auch ohne Gravitonen nicht relaxieren.

Gravitonen kommen nach meinem Verständnis erst bei Änderungen im Gravitationsfeld ins Spiel. Und diese Änderungen kommen bei einem SL immer von aussen. Z.B. durch einfallende Materie.