Montag, September 27, 2021
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Schwarze Löcher können Druck ausüben und ein Problem lösen, das Albert Einstein und Stephen Hawking beschäftigte

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Forscher haben herausgefunden, dass Schwarze Löcher Druck auf ihre Umgebung ausüben können. Die Entdeckung eines britischen Astronomenteams baut auf einer 1974 von Stephen Hawking aufgestellten Theorie auf, die darauf hindeutet, dass Schwarze Löcher Wärmestrahlung abgeben.

Das bedeutet, dass Schwarze Löcher, die entstehen, wenn Sternen dreimal so groß wie unsere Sonne der Treibstoff ausgeht und sie vollständig kollabieren, komplexer sein könnten, als Wissenschaftler bisher angenommen hatten.

Die Ergebnisse könnten auch bedeuten, dass Schwarze Löcher das ideale Labor sind, um eine Lösung zu finden, die einige der größten Köpfe der Physik beunruhigt hat.

Professor Xavier Calmet vom Department of Physics and Astronomy der University of Sussex, UK, und Folkert Kuipers, ein Doktorand an der School of Mathematical and Physical Science der Universität, stießen am Weihnachtstag 2020 auf den Befund, als sie Gleichungen untersuchten, die die Entropie – ein Maß für die verfügbare Energie eines Systems – für Schwarze Löcher.

Dann untersuchten sie, was sie zufällig entdeckt hatten, als sie einen zusätzlichen Begriff in einer Gleichung erkannten, der den Druck eines Schwarzen Lochs darstellt.

„Als Schwarze Löcher in Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie entdeckt wurden, hielt man sie für sehr einfache Objekte. Überraschenderweise haben wir in unserer Gleichung für die Entropie von Schwarzen Löchern einen Begriff identifiziert, der als Druck interpretiert werden kann“, erzählt Calmet TheAktuelleNews. “Wenn diese Interpretation richtig ist und ich im Moment keinen Ausweg sehe, bedeutet dies, dass Schwarze Löcher viel komplizierter und interessanter sind, als man sich naiv vorstellt.”

Die Arbeit knüpft an die früheren Forschungen des im März 2018 verstorbenen Hawking an, denn der Physiker war der erste, der darauf hinwies, dass Schwarze Löcher nicht einfach träge tote Sterne seien, denen nichts entging. So wie Hawking vorschlug, dass Schwarze Löcher eine Temperatur haben, sagen Calmet und Kuipers, dass sie auch einen zugehörigen Druck haben.

“Hawking hat gezeigt, dass Schwarze Löcher, wenn die Quantenmechanik zur allgemeinen Relativitätstheorie hinzugefügt wird, überhaupt nicht schwarz sind, sondern Strahlung emittieren, die heute Hawking-Strahlung genannt wird”, sagte Calmet.

Calmet und Kuipers’ Forschung, veröffentlicht in der Zeitschrift Physische Überprüfung D, Auswirkungen haben könnte, die über das Studium von Schwarzen Löchern hinausgehen. Es könnte helfen, eines der hartnäckigen Probleme der Physik zu lösen.

Derzeit ist die beste Beschreibung, die Wissenschaftler des Universums auf sehr kleinen Skalen, wie Teilchen wie Elektronen, haben, die Quantenphysik, während die genaueste Beschreibung der großen Skala und der Gravitation Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie ist.

Das Problem ist, wenn Forscher versuchen, diese beiden sehr unterschiedlichen Bereiche zu vereinen, die sie nicht verbinden werden. Das hat die Suche nach einer sogenannten “Theorie von allem” angetrieben, einschließlich einer Quantentheorie der Gravitation, um beides zu vereinen.

Hawking starb, bevor er zu einer solchen Theorie gelangen konnte: einer, die die Physik des sehr Großen und die des unverständlich Kleinen durch die Quantengravitation umfasst. Calmet glaubt, dass Schwarze Löcher sich nun als idealer Ort zum Testen einer solchen Theorie herausstellen könnten.

“Schwarze Löcher sind ideale Systeme, um die Vereinheitlichung von Einsteins Gravitationstheorie, allgemeiner Relativitätstheorie und Quantenphysik zu studieren. Sie können uns helfen, die richtige Theorie der Quantengravitation zu finden”, sagte Calmet.

„Irgendwann könnten diese Erkenntnisse vielleicht sogar neue technologische Anwendungen haben, weshalb die Forschung am blauen Himmel für die Gesellschaft so wichtig ist.

“Wir lernen im Grunde genommen etwas über die grundlegenden Naturgesetze, die tiefe philosophische und spirituelle Auswirkungen haben können.”

In einer Pressemitteilung der University of Sussex beschrieb Kuipers die Offenbarung, zu der er und Camet am Weihnachtstag gelangten. „Der Moment, in dem wir feststellten, dass das mysteriöse Ergebnis in unseren Gleichungen uns sagte, dass das Schwarze Loch, das wir untersuchten, einen Druck hatte – nach Monaten des Ringens – war berauschend.

„Unser Ergebnis ist eine Folge der Spitzenforschung, die wir an der University of Sussex im Bereich der Quantenphysik betreiben, und wirft ein neues Licht auf die Quantennatur Schwarzer Löcher.“

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