black holes

Name: Bisan Sahli 5. Prüfungskomponente Fach: Physik-Mathematik

Hawking-strahlung: inwiefern trägt sie zum Sterben eines schwarzen Loches bei?

Schwarze Löcher

t_evap rechnen, herleiten

inkorrekte Vorstellung?

Hawking-Strahlung

virtuelle Teilchen am Ereignishorizont

schwarze Löcher- Temperatur

virtuelle Teilchen im Vakuum

der Ereignishorizont

Aufbau

Quantenfelder

Quellen

Fazit

die Antwort

die Singularität

gliederung

• Die Singularität befindet sich im Zentrum des schwarzen Loches ​

• Alle Materie sind in der Singularität zusammengedrückt​

die singularität

+ INFO

• Wenn Materie ihn passt, gibt es kein Zurück mehr
• Die unsichtbaren Grenzen des schwarzen Loches ​​

der ereignishorizont

+ INFO

virtuelle Teilchen im Vakuum

• Das Vakuum ist nicht leer! ​

• Virtuelle Teichen entstehen durch Fluktuationen ​

• Quantenfluktuation: die Möglichkeit aus dem Nichts, Teilchen und Antiteilchen zu bilden ​

• Vakuum = Teilchen und Antiteilchen vernichten sich gegenseitig​

quantenfelder

+ INFO

• Es KANN dazu kommen, dass virtuelle Teilchen und Antiteilchen sich nicht auslöschen ​
• Die virtuellen Teilchen und Antiteilchen werden durch den Ereignishorizont getrennt ​
• Ein Teilchen/ Antiteilchen fällt in das schwarze Loch, das andere entkommt ​
• Das ist die Hawking-Strahlung ​

virtuelle Teilchen am Ereignishorizont

Quantenfelder

Hawking-Strahlung

• von dem britischen Physiker Stephen Hawking 1974 vorhergesagt

• ​Hawking-Strahlung ist durch die entkommenen Teilchen gebildet ​

• Sie ist eine Wärmestrahlung ​

ein supermassereiches schwarzes Loch

ein stellares schwarzes Loch

+ INFO

• Je kleiner ein schwarzes Loch ist, umso höher ist seine Temperatur und schneller seine Masse durch Zerstrahlung abnimmt
• Je größer ein schwarzes Loch ist, desto langsamer zerstrahlt es ​

• ​Laut Einsteins Feldgleichungen: Raumzeit Krümmung= k.E/h --> weniger Krümmung --> kleinere Masse

in Abhängigkeit von der Masse

Schwarze Löcher im Vergleich- Temperatur

+ INFO

• Nimmt die Masse des schwarzen Loches nicht durch das fallende Teilchen zu? ​

​

• Warum und wie hat ein Teilchen überhaupt genug Energie, um zu entkommen?

Inkorrekte Vorstellung?

• Dimensionsanalyse: ein mathematisches Verfahren, um die Zusammenhänge physikalischer Größen zu erklären
• ohne die Formeln oder genauen Gesetzmäßigkeiten physikalischer Vorgänge zu kennen!!
• wie lange dauert es bis ein schwarzes Loch seine ganze Energie abgibt?
• Stefan-Boltzman-Gesetz mithilfe der Dimensionsanalyse herleiten
• das hergeleitete Gesetz nehmen und mit der Formel der Leistung gleichsetzen
• die Formel der Fläche des Ereignishorizonts für A einsetzen und für T die Hawking-Temperatur Gesetz einsetzen
• E= Mc² in der Formel für dE einsetzen
• die Gleichung von M abhängig machen
• die Gleichung integrieren
• die Gleichung nach t_evap umformen
• dann bekommt man die Formel raus, womit man die benötigte Zeit rechnet, damit ein schwarzes Loch komplett zerstrahlt

t_evap rechnen und herleiten

+ INFO

• Das Universum ist aufgrund des Urknalls mit Strahlungen gefüllt --> die Masse des schwarzen Loches nimmt immer zu

​

• Stellare schwarze Löcher (3-150 Sonnenmassen) ​brauchen 10⁷¹ s, um zu verdampfen ​

• Supermassive Schwarze Löcher (Mio.-Milliarden Sonnenmassen) ​brauchen 10¹⁰⁶ s, um zu verdampfen ​

• Primordiale schwarze Löcher können existieren, ist aber nur eine Theorie!
• Ein schwarzes Loch mit der Masse von 10¹² kg kann jetzt dabei sein, zu sterben

Ja-Nein

Die Antwort

Stephen Hawking

Fazit

• Ad Astra: Hawking Radiation –calculating the black hole evaporation time. In: astronomy.stackexchange.com, 15.04.21 https://astronomy.stackexchange.com/questions/41004/calculating-the-black-hole-evaporation-time Letzter Zugriff: 22.04.22
• Diez, Alvaro: Black Hole Temperature Calculator. In: omnicalculator, 30.06.21 https://www.omnicalculator.com/physics/black-hole-temperature#how-the-black-hole-temperature-calculator-works Letzter Zugriff: 23.04.22
• Dimensionsanalyse. In: Biancahoegel.de,24.10.21 https://www.biancahoegel.de/mechanik/dimensionsanalyse.html Letzter Zugriff: 23.04.22
• Hawking Strahlung, in: Chemie.de https://www.chemie.de/lexikon/Hawking-Strahlung.html#:~:text=Die%20Hawking%2DStrahlung%20ist%20eine,als%20auch%20der%20Allgemeinen%20Relativit%C3%A4tstheorie. Letzter Zugriff: 01.05.22
• Hawking-Strahlung bewiesen? : scinexx.de, 17.08.16 https://www.scinexx.de/news/technik/hawking-strahlung-bewiesen/ Letzter Zugriff: 08.04.22
• Kockzan,Grzegorz: derivation of Hawking Radiation: Part I. Gravity and Thermodynamics of Black Holes, in: English online, 09.18 https://www.researchgate.net/publication/327944980_Derivation_of_Hawking_Radiation_Part_I_Gravity_and_Thermodynamics_of_Black_Holes Letzter Zugriff: 03.04.22
• Kohler, Susanne: Comparing Black Holes Large and Small. In: aasnova.org, 03.02.20 https://aasnova.org/2020/02/03/comparing-black-holes-large-and-small/ Letzter Zugriff: 21.04.22
• Schmidt, Christian: verdampfen Schwarze Löcher wirklich? : Spektrum.de, 15.02.21 https://www.spektrum.de/frage/verdampfen-schwarze-loecher-wirklich/1672470 Letzter Zugriff: 20.04.22
• Schmidt, Florian: Genie, Vorbild & Optimist – Stephen Hawking über die wichtigen Dinge im Leben: fitnessmanagement.de, 22.09.19 https://www.fitnessmanagement.de/digital/never-stop-exploring#:~:text=Die%20imposante%20Lebensgeschichte%20von%20Sir,ist%20alles%2C%20Lieben%20ist%20alles Letzter Zugriff: 18.04.22
• T-Toth, Viktor: Hawking radiation calculator: 01.07.16 http://www.vttoth.com/CMS/physics-notes/311-hawking-radiation-calculator Letzter Zugriff: 26.04.22
• Thorsworld.net: Die Thermodynamik Schwarzer Löcher nach Hawking und Bekenstein https://thorsworld.net/science/02_Die%20Thermodynamik%20Schwarzer%20L%C3%B6cher.pdf Letzter Zugriff: 19.04.22

Online-Zeitungsartikel:

Quellen

• TextfeldHaco, Sasha; Doeleman, Shep , Blackburn, Lindy; Hawking, Stephen; Strominger, Andrew; Perry, Malcolm: the edge of all we know. In: Netflix, 2020

Buchquellen

• Hawking, Stephen; Penrose, Roger (1996/2010), The nature of space and time, 1.Auflage, New Jersey.

• Falcke, Heino; Römer, Jörg (2020), Licht im Dunkeln_Schwarze Löcher, das Universum und wir, 1.Auflage, Stuttgart

• Lesch, Harald (2019), was hat das Universum mit mir zu tun? , 1.Auflage, München

• Hawking, Stephen (2001), Das Universum in der Nussschale, 6.Auflage, New York

YouTube Videos -Quellen

• Core Explore, Death of black holes- Hawking radiation Explained; veröffentlicht am 13.04.18: https://youtu.be/JqhsRhNbnxY Letzter Zugriff: 15.04.22

• PBS Space Time, Matt O’Dowd, How Does Gravity Escape A Black Hole? veröffentlicht am 27.01.22: https://youtu.be/cDQZXvplXKA Letzter Zugriff: 18.04.22

• PBS Space Time, Matt O’Dowd, The Unruh Effect, veröffentlicht am 04.04.18: https://youtu.be/7cj6oiFDEXc Letzter Zugriff: 29.03.22

• Physics Explained, Deriving Hawking’s most famous equation: What is the temperature of a black hole? veröffentlicht am 06.04.21: https://youtu.be/QUdhxX_Oq3A Letzter Zugriff: 03.05.22

• Schnellgedacht, veröffentlicht am 02.11.17: https://youtu.be/F_WCbYUPQ5U Letzter Zugriff: 12.04.22

• ScienceClic English, Alessandro Roussel, Hawking radiation; veröffentlicht am 20.04.2021: https://youtu.be/isezfMo8kWQ Letzter Zugriff: 22.04.22

Filmquellen

Quellen

• ScienceClic English, Alessandro Roussel, Why Time and Space swap in a Black Hole; veröffentlicht am 06.12.21: https://youtu.be/GQZ3R81iyE0 Letzter Zugriff: 11.04.22
• The Science Asylum, Nick Lucid, How does Hawking Radiation REALLY work? veröffentlicht am: 26.03.21: https://youtu.be/rrUvLlrvgxQ Letzter Zugriff: 23.04.22

• TheLordOfDeath1000, Alpha Centauri- Was sind virtuelle Teilchen- Folge 116, Harald Lesch; veröffentlicht am 20.02.13: https://youtu.be/AMTZKzlSnS4 Letzter Zugriff: 18.04.22

• Urknall, Weltall und das Leben, Andreas Müller, Hawking-Strahlung- experimenteller Nachweis in Bose-Einstein-Kondensat; veröffentlicht am 03.11.19: https://youtu.be/ZV62mdvTwoM Letzter Zugriff: 23.04.22

• 100SekundenPhysik, Die Hawking Strahlung; veröffentlicht am 18.06.18: https://youtu.be/SVf23JVWf0w Letzter Zugriff: 17.04.22

• ZPhysics, Zhelyo, What is the Hawking temperature of a black hole? IPhO Problem, veröffentlicht am 26.01.22: https://youtu.be/lbAywlVJ0R8 Letzter Zugriff: 01.05.22

• ZPhysics, Zhelyo, My solutions to the international Physics Olympiad: Dimensional Analysis IPhO 2007, veröffentlicht am 08.01.21: https://youtu.be/lHUdmn3wVCI Letzter Zugriff: 27.04.22

• TextfeldZPhysics, Zhelyo, My solutions to the international Physics Olympiad: The Physics of Black Holes, IPhO Iran 2007, veröffentlicht am 13.01.21: https://youtu.be/sVXbDGAQXaw Letzter Zugriff: 27.04.22

YouTube Videos-Quellen

Quellen

• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/08/Physicist_Stephen_Hawking_in_Zero_Gravity_NASA.jpg/1280px-Physicist_Stephen_Hawking_in_Zero_Gravity_NASA.jpg (8.Folie) 21.04.22
• https://media3.giphy.com/media/4tlPpjsDDCJCU/200.gif (8.Folie) 21.04.22

• https://astronomy.com/-/media/Images/Magazine%20Articles/2021/01/ASYBH0121_04.jpg?mw=600 (7.Folie) Paarvernichtung; 22.04.22

• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2a/Quantum_Fluctuations.gif (6.Folie) Quantenfelder; 22.04.22

• https://scienceblogs.com/files/startswithabang/files/2009/11/focus-italy_singularity-outtake1.jpg (4.Folie) Singularität; 23.04.22

• https://d2r55xnwy6nx47.cloudfront.net/uploads/2018/08/TidalDisruptions_A_1440x810.gif (5.Folie) Ereignishorizont; 23.04.22

• https://qph.cf2.quoracdn.net/main-qimg-53559200937101c4302f59c754873e1c (6.Folie) Paarvernichtung; 23.04.22

• https://miro.medium.com/max/1200/1*hQv32-AMpf-Cj-qDuB7W4A.gif (7.Folie) Hawking- Teilchen; 24.04.22

• https://3iom3142cnb81rlnt6w4mtlr-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2020/02/blackholesystems-600x637.jpg (11.Folie) zwei schwarze Löcher (groß, klein); 25.04.22

• https://pics.me.me/sun-neutron-star-black-hole-your-mom-20560476.png (11.Folie) info; 25.04.22

• https://i.makeagif.com/media/5-02-2017/mIiAJO.gif (9.Folie) gif, Teilchen; 26.04.22

• https://metro.co.uk/wp-content/uploads/2016/12/mg_blacklhole_simulation_01.gif (13.Folie); 26.04.22

• https://cdn.prod.www.spiegel.de/images/2c72a953-0001-0004-0000-000001415495_w1200_r1_fpx49.52_fpy48.99.jpg das erste Bild eines schwarzen Loches; 26.04.22

Verwendete Videos

• NASA Video, Animation of Supernova Producing a Black Hole; veröffentlicht am 22.05.13: https://youtu.be/wymMn-SmALY (3.Folie) Letzter Zugriff: 01.05.22

• TextfeldBBC News, Stephen Hawking explains black holes in 90 seconds; veröffentlicht am 10.08.16: https://youtu.be/gU6yHXJuowU (13.Folie)

Bilderquellen

Quellen