Referat Schwarze Löcher Dezember 2004
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file:///C|/Dokumente%20und%20Einstellungen/Michael/Desktop/REFS/Ready%20to%20do/10_10_05/Referatfürsweb.html Referat Schwarze Löcher Originaldokument enthält an dieser Stelle eine Grafik! Original document contains a graphic at this position! Dezember 2004 INHALTSVERZEICHNIS 1. Was ist ein schwarzes Loch? 1 2. Geschichte 1 3. Entstehung (2 Möglichkeiten) 2 file:///C|/Dokumente%20und%20Einstellungen/Michael/Desktop/REFS/Ready%20to%20do/10_10_05/Referatfürsweb.html (1 of 7)23.02.2006 13:31:03 file:///C|/Dokumente%20und%20Einstellungen/Michael/Desktop/REFS/Ready%20to%20do/10_10_05/Referatfürsweb.html 4. Was passiert wenn man in ein schwarzes Loch fällt? 3 5. Arten von Schwarzen Löchern 4 6. Theorien 5 7. Extras 5 8. Quellenangaben 5 1. Was ist ein schwarzes Loch? ● Objekt, an dessen Oberfläche die Schwerkraft so stark ist, dass nichts dieses Objekt verlassen kann - noch nicht einmal Licht. ● Schwarze Löcher kann man nicht direkt beobachten, sondern nur durch ihre Auswirkungen auf ihre Umgebung auf ihre Existenz schließen, zum Beispiel durch intensive Röntgenstrahlung die von der extrem erhitzten Materie abgestrahlt wird, die gerade in ein Schwarzes Loch hineinspiralt. ● Supermassereiche Schwarze Löcher können die Millionen bis Milliardenfache Masse unserer Sonne haben und finden sich vermutlich in den Zentren der Galaxien. 1. Geschichte Schwarze Löcher wurden erstmals von dem englischen Geologen John Mitchell "entdeckt", und zwar vor zweihundert Jahren. Er stellte die Theorie auf, daß es möglich sei, daß Gravitation so stark sein könnte, daß wirklich nichts - nicht einmal Licht - ihr entfliehen könnte. Für ein solches Phänomen müßte ein Objekt sehr dicht sein. Mitchell nannte diese Objekte "dunkle Sterne". 1916 errechnete Karl Schwarzschild eine Gleichung zu Gravitationsfeldern, indem er Einsteins Gleichung zur einheitlichen Feldtheorie benutzte. Seine Kalkulationen nennt man heute eine Schwarzschild Singularität. Wissenschaftler glauben heute, daß eine solche Singularität im Zentrum eines Schwarzen Loches liegt. John Wheeler benannte 1960 erstmals ein solches Phänomen als ein Schwarzes Loch. file:///C|/Dokumente%20und%20Einstellungen/Michael/Desktop/REFS/Ready%20to%20do/10_10_05/Referatfürsweb.html (2 of 7)23.02.2006 13:31:03 file:///C|/Dokumente%20und%20Einstellungen/Michael/Desktop/REFS/Ready%20to%20do/10_10_05/Referatfürsweb.html Originaldokument enthält an dieser Stelle eine Grafik! Original document contains a graphic at this position! 1. Entstehung (2 Möglichkeiten) 1. Möglichkeit Ein schwarzes Loch entsteht beim Ableben eines Sternes mit einer Masse über 3 Sonnenmassen. Im normalen Zustand besteht ein Gleichgewicht zwischen der Eigengravitation und dem Innendruck (thermischer Druck, den die heißen Teilchen im Inneren auf die äußeren, kälteren Teilchen ausüben). Ist der Brennstoff (H) verbraucht erkalten die inneren Teilchen und der Druck nimmt ab. Dadurch gewinnt die nach innen wirkende Gravitationskraft die Oberhand und der Stern kollabiert. Der Stern wird bei gleichbleibender Masse immer kleiner und kleiner, theoretisch würde er dabei unendliche Dichte erlangen. Ein schwarzes Loch ist entstanden. Nur bei Sternen über 3 Sonnenmassen entsteht ein Schwarzes Loch, bei kleineren würde ein weißer Zwerg bzw. ein Neutronenstern entstehen. 2. Möglichkeit Hierbei folgt die Existenz eines schwarzen Lochs zwingend aus der Kopplung von Masse und Raumzeitkrümmung. Berechnet man den Sternaufbau eines Sterns mit den Formeln der Relativitätstheorie ergibt sich eine obere Grenzmasse. Erreicht ein Stern langsam diese Masse kann die Gewichtslast nicht mehr durch einen entsprechenden Druckanstieg kompensiert werden. Durch die Zeitdilation, die Bewegung der Elementarteilchen erscheinen tief im Inneren langsamer und der effektive Druck wird geringer, wird der Druck im Sterninneren reduziert. Der Stern müßte nun einen immer stärkeren Druck aufbauen. Da sich die Schallwellen maximal mit c fortbewegen können, kann p nicht ins Unendliche ansteigen. Ist eine Grenzmasse erreicht wird die Zeitdilletion unendlich und der Innendruck somit 0. Der Stern wird dadurch immer kleiner und kleiner. Er wird zum schwarzen Loch. Wie sie entstanden sind und wie ihre Entstehung mit der Entwicklung der Galaxien zusammenhängt ist Gegenstand aktueller Forschung. 1. Was passiert wenn man in ein schwarzes Loch fällt? Ein todesmutiger Astronaut begibt sich also in die Nähe eines Schwarzen Loches. Er wird wahrscheinlich sofort von der Gravitation ergriffen, "angesaugt" werden, wobei die Kräfte unterschiedlich stark wirken. Die Gravitation wirkt nämlich umso schwächer, je weiter man vom Mittelpunkt einer Masse entfernt ist. Sein Kopf ist 1,80m weiter als seine Füße vom Schwarzen Loch entfernt, und weil der Gravitationsunterschied so groß ist, wird er wie eine Spaghetti in die Länge gezogen. Schließlich wird er immer mehr beschleunigt werden, bis auf Lichtgeschwindigkeit. Einen Körper auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen? Das ist unmöglich, und deshalb wird der Astronaut zerrissen, "entmaterialisiert" und in pure Energie umgewandelt. Nehmen wir an, er ist unbeschadet in das Schwarze Loch hineingefallen. Da dieses nicht vorstellbar ist (eine "unsichtbare Masse"?), vergleichen wir es hier mit einem Tunnel. Dieser Tunnel hat die seltsame Eigenschaft, dass man von file:///C|/Dokumente%20und%20Einstellungen/Michael/Desktop/REFS/Ready%20to%20do/10_10_05/Referatfürsweb.html (3 of 7)23.02.2006 13:31:03 file:///C|/Dokumente%20und%20Einstellungen/Michael/Desktop/REFS/Ready%20to%20do/10_10_05/Referatfürsweb.html außen gesehen nie das Ende erreicht (bzw. je wieder aus dem Loch herauskommt), obwohl er von außen nur 200 m lang ist. Wie kann das erklärbar sein? Nehmen wir weiterhin an, dass ein Fußgänger mit einer Schrittlänge von 1 m in den Tunnel eintritt, und nach einem Meter auf die Hälfte seiner Größe zusammenschrumpft, wobei seine Schrittlänge ebenfalls halbiert wird. Also ist der Tunnel für den durchquerenden Körper unendlich lang. Bei dieser ersten Variante kann er nie den Tunnel durchqueren, von außen gesehen. In der zweiten Variante soll der durchquerende Körper es aus seiner Sicht schaffen, durch den Tunnel zu gelangen. Die halbierte Schrittlänge gleicht sich hierbei dadurch aus, dass seine Geschwindigkeit immer nach einem Schritt verdoppelt wird, bis sie schließlich unendlich wird. Bei unendlicher Eigengeschwindigkeit vergeht für ihn keine Zeit mehr, also kann er in einer Sekunde eine unendliche Strecke zurücklegen und wieder aus dem Tunnel herauskommen. Wenn er wieder herauskommt, ist allerdings im übrigen Universum eine unendliche Zeitspanne vergangen. 1. Arten von Schwarzen Löchern Alle Schwarzen Löcher haben die gleiche Grundstruktur: ein Ereignishorizont umgibt die Singularität im Zentrum, aber es gibt verschiedene Arten: ● Stationäre (Schwarzschildloch) ● Rotierende (Reissner- Nordstrom-Loch) ● Elektrisch geladene (Kerr Loch) Weitere Unterscheidungen: ● Winzige (so groß wie ein Atom und so schwer wie ein Berg) ● Mittelgroße (einige km Durchmesser, etliche Sonnenmassen schwer) ● Supermassive (viele Milliarden Sonnenmassen, Größe vieler Sonnensysteme) Originaldokument enthält an dieser Stelle eine Grafik! Original document contains a graphic at this position! file:///C|/Dokumente%20und%20Einstellungen/Michael/Desktop/REFS/Ready%20to%20do/10_10_05/Referatfürsweb.html (4 of 7)23.02.2006 13:31:03 file:///C|/Dokumente%20und%20Einstellungen/Michael/Desktop/REFS/Ready%20to%20do/10_10_05/Referatfürsweb.html 1. Theorien ● Es wird angenommen, dass unser Universum durch ein supermassives Schwarzes Loch entstanden ist ● Das Universum expandiert bis zu einem bestimmten Zeitpunkt ab dem es sich wieder zusammenzieht bis zum Kollaps; die ganze Masse des Universums ist auf einen Punkt konzentriert und es entsteht ein neuer Big Bang ● Schwarze Löcher befinden sich im Hof, also in der Mitte einer Galaxie und nehmen 90% der Masse der Galaxie ein, der so genannten schwarzen Masse. 1. Extras Singularität Eine Singularität ist ein theoretischer Punkt im vierdimensionalen Raum (unsere bekannten drei Dimensionen plus die Zeit), in dem unsere physikalischen Gesetze keine Gültigkeit mehr haben. Eine solche Singularität könnte sich beispielsweise im Zentrum eines Schwarzen Loches befinden, wo dann die Materie zu unendlich hoher Dichte komprimiert wäre. 1. Quellenangaben http://www.astro.univie.ac.at http://www.wdr.de/themen/forschung/astronomie/schwarze_loecher/index.jhtml? rubrikenstyle=forschung http://www.astronews.com http://www.spettl.com http://www.google.de Handout file:///C|/Dokumente%20und%20Einstellungen/Michael/Desktop/REFS/Ready%20to%20do/10_10_05/Referatfürsweb.html (5 of 7)23.02.2006 13:31:03 file:///C|/Dokumente%20und%20Einstellungen/Michael/Desktop/REFS/Ready%20to%20do/10_10_05/Referatfürsweb.html 1. Was ist ein Schwarzes Loch? Es ist ein Objekt an dessen Oberfläche die Schwerkraft so stark ist, dass nichts dieses Objekt verlassen kann, noch nicht einmal Licht. Schwarze Löcher kann man nicht direkt sehen, man kann nur ihre Auswirkungen messen. 1. Wann und von wem wurden sie als erstes entdeckt? Schwarze Löcher wurden erstmals von dem englischen Geologen John Mitchell "entdeckt", und zwar vor zweihundert Jahren. 1. Woher stammt der Name „Schwarzes Loch“? 1916 errechnete Karl Schwarzschild eine Gleichung zu Gravitationsfeldern, indem er Einsteins Gleichung zur einheitlichen Feldtheorie benutzte. John Wheeler benannte danach 1960 dieses Phänomen „Schwarzes Loch“. 1. 1. Möglichkeit der Entstehung? Ein schwarzes Loch entsteht beim Ableben eines Sternes mit einer Masse über 3 Sonnenmassen. 1. 2. Möglichkeit der Entstehung? Hierbei folgt die Existenz eines schwarzen Lochs zwingend aus der Kopplung von Masse und Raumzeitkrümmung. 1. Welche Arten von Schwarzen Löchern gibt es? ● Stationäre (Schwarzschildloch) ● Rotierende (Reissner- Nordstrom-Loch) file:///C|/Dokumente%20und%20Einstellungen/Michael/Desktop/REFS/Ready%20to%20do/10_10_05/Referatfürsweb.html (6 of 7)23.02.2006 13:31:03 file:///C|/Dokumente%20und%20Einstellungen/Michael/Desktop/REFS/Ready%20to%20do/10_10_05/Referatfürsweb.html ● Elektrisch geladene (Kerr Loch) 1. Wie werden sie noch unterschieden? Nach ihrer Größe: Winzige, Mittelgroße und Supermassive 1. Welche allgemeine Theorie gibt es über Schwarze Löcher? Es wird angenommen, dass unser Universum durch ein supermassives Schwarzes Loch entstanden ist. 1. Wo befinden sich Schwarze Löcher? Schwarze Löcher befinden sich im Hof, also in der Mitte einer Galaxie und nehmen 90% der Masse der Galaxie ein, der so genannten schwarzen Masse. 1. Was ist eine Singularität? Eine Singularität ist ein theoretischer Punkt in dem unsere physikalischen Gesetze keine Gültigkeit mehr haben. file:///C|/Dokumente%20und%20Einstellungen/Michael/Desktop/REFS/Ready%20to%20do/10_10_05/Referatfürsweb.html (7 of 7)23.02.2006 13:31:03
