Kern van zwarte gaten

[Gralgrathor]

Dat lijkt mij bij een exacte wetenschap als astrofysica toch niet zo verstandig.

Maar schenkt op emotioneel vlak ongetwijfeld zeer veel voldoening - en daar draait het uiteindelijk om, toch?

Pom, pom, pom, pom.

[RES]

Als een zware ster ineenstort worden bij de ineenstorting de elektronen 'in de protonen geperst' en ontstaan er dus neutronen. Dat is een neutronenster, in feite wordt de hele ster een gigantische atoomkern. Dan al is er geen sprake meer van ijzer of welk ons vertrouwd element dan ook.

Een zeer zware ster (of twee neutronensterren die samensmelten) zal ineenstorten tot een zwart gat. Waar dat zwarte gat uit bestaat is onbekend en dat zal waarschijnlijk ook zo blijven. In ieder geval bestaat het zeker niet uit een ons vertrouwd element.

Los hiervan zal menig zwart gat ook veel (soms enorm veel, denk maar aan de super massieve zwarte gaten in de kernen van vrijwel ieder sterrenstelsel met een massa van miljoenen, soms miljarden zonnen) materie uit de omgeving opeten, en vaak zal dat voor een belangrijk deel waterstofgas en helium uit de interstellaire ruimte zijn. Ook die elementen overleven de vreetpartij natuurlijk niet.

 
Klinkt als supermaterie of ultramaterie.

[descheleschilder]

Bij het berekenen van de Schwarzschild metriek rondom een bolvormige massa wordt uitgegaan van puntdeeltjes. Deze berekening zal dan niet meer kloppen als je die aanname laat varen en dus uitgaat van deeltjes die niet puntvormig zijn. Het maakt dus weldegelijk uit of de kern een punt is of een grootte heeft van ongeveer de Plancklengte.
Als tegenargument wordt dan gegeven dat dat niet uitmaakt voor het gravitatieveld, maar als je voor een berekening voor de Schwarzschildstraal uitgaat van deeltjes die niet puntvormig zijn komt er misschien geen waarnemingshorizon tevoorschijn. 

[Marko]

Nou, doe je best!

[descheleschilder]

In het geval van deeltjes die niet puntvormig zijn is er in ieder geval een bodem en geen singulariteit, waar dichtheid en kromming van de ruimtetijd oneindig worden. Aangezien ik niet geloof dat de taal waarin de Natuur tot ons spreekt wiskunde is (het wordt zelfs een universele taal genoemd, maar dat is alleen zo als een groot aantal wetenschappers denken dat dat zo is), maar dat wiskunde een net is dat wij over de werkelijkheid heen gegooid hebben om haar te vangen (en het in het geheel niet geheimzinnig is dat wiskunde werkt als we hem op de Natuur toepassen; het zou pas geheimzinnig zijn als dat niet zo zou zijn), vindt ik het een betere manier om in beelden met de Natuur te praten, waaronder het beeld van niet puntvormige deeltjes die er voor zorgen dat een zwart gat een bodem heeft. Ik weet wel dat het voor het gravitatieveld buiten een bol waarin de massa zit niet uitmaakt hoe de materie is verdeeld (zolang het maar bolvormig is), maar in het geval van puntdeeltjes is er geen bol, terwijl er in het geval van niet-puntdeeltjes die bol wél aanwezig is. Heel klein weliswaar (in de orde van de Plancklengte), maar toch.

[HansHalberstadt]

Hier een intuitief gedachten spinsel. Kan iemand met voldoende theoretische achtergrond dit lekschieten? 
 
Recent heb ik over een theorie gehoord (van een Nederlander dacht ik ben de link even kwijt) waar informatie die op een denkbeeldige bol opgeslagen ligt alles zegt over wat er in die bol zit. Dit zou mogelijk een diepere verklaring zijn voor zwaartekracht omdat de verandering van die informatie in feite de zwaartekracht tot gevolg heeft. Nu heb ik ook begrepen dat informatie over wat er binnenin een zwart gat zit op de waarnemingshorizon van het zwarte gat zit opgeslagen. Omdat er geen informatie vanuit het binnenste van een zwart gat naar buiten kan ontsnappen kan er ook geen verandering optreden in de informatie die er dus op de waarnemingshorizon ligt opgeslagen. Als zwaartekracht het gevolg is van verandering in deze informatie en de informatie kan niet veranderen, omdat niets sneller kan dan het licht, dan zou je daaruit mogelijk de conclusie kunnen trekken dat de zwaartekracht binnen de waarnemingshorizon gelijk zou moeten zijn aan 0, dus geen singulariteit, maar gewichtloosheid. Als er massa in het zwarte gat valt, dan heeft dat tot gevolg dat de waarnemingshorizon iets groter wordt. De toegevoegde massa zou dan in een stukje delta schil worden opgeslagen, dus als je denkt vanaf het moment dat het zwarte gat is ontstaan, dan is er steeds massa ingevallen die dan in stukjes delta in uitdijing van de waarnemingshorizon opgeslagen ligt, waarbij ook elk stukje delta een stukje tijd is, immers op de waarnemingshorizon stopt de tijd.    

[HansHalberstadt]

Een van de zaken die op mij toch wel vreemd over komen is dat de zwaartekrachtsversnelling op de Schwartzschildradius kleiner wordt  bij zwaardere zwarte gaten. Blijkbaar is het dus niet het zwaartekrachtsveld zelf wat de tijd stilzet, maar de ontsnappingssnelheid (= integraal van afstand=Schwartzschildradius  naar oneindig). Ik zou verwachten dat het iets te maken zou moeten hebben met een gradiënt  in een punt. (omdat een lichtstraal immers niet langzaam afgeremd wordt vergelijkbaar met een massa die je wegschiet)

[HansH]

Ik zie dat dit topic
https://sciencetalk.nl/forum/index.php/topic/194206-loopt-de-tijd-binnen-een-zwart-gat-achteruit/
gesloten is maar denk dat er nog steeds interessante discussies over kunnen zijn die ook weer samenhangen met het huidige topic, oa komt bij mij de vraag op wat het gevolg is van het teruglopen van de tijd binnen een zwart gat, zoal blijkbaar recentelijk is bewezen, zie https://www.visionair.nl/ideeen/tijd-loopt-achteruit-in-zwart-gat/
 
als dat zo is dan zou het best wel eens zo kunnen zijn dat de massa in een zwart gat niet naar de singulariteit toe valt, maar juist van de singulariteit af richting waarnemingshorizon, m.a.w. alle massa ligt opgeslagen op de waarnemingshorizon, immers van buiten het zwarte gat valt de materie naar de waarnemingshorizon, en zou dan naar de singulariteit toe vallen, maar als de tijd binnenin omgekeerd loopt tov buiten zou de massa in feite dus van binnenuit naar de waarnemingshorizon gaan. gezien vanuit de waarnemer zou hij niets moeten merken (spagettificatie even niet meegenomen) en gewoon doorvallen, echter omdat de tijd stopt op de waarnemingshorizon wordt zijn pad feitelijk oneindig uitgerekt op de waarnemingshorizon, waardoor hij nooit de waarnemingshorizon bereiken kan.
 
kan iemand deze stelling lekschieten op basis van geldende formules of is bovenstaande daarmee in overeenstemming   

[tempelier]

Dat is een oude gedachte.
 
Ze ging ook verder, men zag het universum als een zwart gat.
 
Wetenschappelijke onderbouwing voor dit model is er echter nauwelijks.

[Michel Uphoff]

Het artikel handelt eigenlijk over zwarte en witte gaten en de thermodynamische eigenschappen daarvan.
Een van de interpretaties (van wederom een interpretatie van wat een zwart/wit gat nu eigenlijk is) zou tot de conclusie leiden dat de thermodynamische tijd in zwarte en witte gaten tegengesteld verloopt. Het is een hoogst theoretisch verhaal, en er conclusies aan verbinden m.b.t. wat er zich in een black hole afspeelt is speculatie.
 
'De singulariteit' is geen 'ding' in het centrum van een zwart gat zoals wel eens wordt gedacht. Een singulariteit is zodanige extreme situatie dat de ons bekende natuurwetten er hun geldigheid verliezen (nul groot, oneindig dicht, als dat al zou kunnen bestaan). Er valt dus eigenlijk niets zinnigs over te zeggen.
 
Andere interpretaties gaan er van uit, dat 'binnen' een black hole een ruimtedimensie tijdachtig wordt, en zo bezien zou je de onvermijdelijke weg langs die tijdachtige dimensie naar die vermeende singulariteit dan kunnen zien als reizen naar de toekomst.
 
Of we er ooit achter komen hoe de wereld (als die daar al bestaat) 'achter' de waarnemingshorizon van een zwart gat er uit zou zien, lijkt met de huidige fysica uiterst onwaarschijnlijk; de 'binnenzijde' (als je daarvan al zou mogen spreken) van een black hole maakt voor zover nu bekend geen deel meer uit van onze ruimte-tijd, geen deel uit van ons heelal.

[HansH]

 
de 'binnenzijde' (als je daarvan al zou mogen spreken) van een black hole maakt voor zover nu bekend geen deel meer uit van onze ruimte-tijd, geen deel uit van ons heelal.
 

maar die 'binnenzijde' oefent wel invloed uit op ons heelal in de vorm van zijn zwaartekracht tgv de kromming van de ruimte. Verder vraag ik me ook af of we de zaak nog wel begrijpen tot aan de waarnemingshorizon tot het moment dat de tijd stopt. de (puntvormige) ruimtereiziger die naar het zwarte gat valt zou volgens de theorie niets merken van een waarnemingshorizon, maar erdoorheen vallen zou hij dan toch nooit kunnen omdat het pad ernaartoe in feite oneindig wordt uitgerekt?   

[Michel Uphoff]

maar die 'binnenzijde' oefent wel invloed uit op ons heelal in de vorm van zijn zwaartekracht tgv de kromming van de ruimte.

 
Dat is niet correct lijkt mij. Zwaartekracht is kromming van de ruimtetijd. Dat de aanvankelijke materie die ruimte zo sterk heeft gekromd is wel correct, maar nadat het eenmaal gekomen is tot een gesloten ruimtetijd kromming is die materie niet meer ter zake doende. Wat resteert is een gesloten, gekromde ruimtetijd en de buiten het black hole ervaren zwaartekracht is louter het gevolg van die kromming. Niets aan de 'binnenzijde' heeft enig 'contact' meer met de 'buitenzijde'.
 

Verder vraag ik me ook af of we de zaak nog wel begrijpen tot aan de waarnemingshorizon tot het moment dat de tijd stopt. de (puntvormige) ruimtereiziger die naar het zwarte gat valt zou volgens de theorie niets merken van een waarnemingshorizon, maar erdoorheen vallen zou hij dan toch nooit kunnen omdat het pad ernaartoe in feite oneindig wordt uitgerekt? 

  
Dat is een kwestie van waarnemersperspectief. Een waarnemer ver van de waarnemingshorizon verwijderd ziet inderdaad de klok van de invallende ruimtereiziger steeds langzamer lopen, totdat deze op de horizon stil staat. In feite kan dit helemaal niet geobserveerd worden, want de roodverschuiving is dan ook oneindig groot, dus is de golflengte van het licht oneindig lang geworden, en dus kan er geen waarneming zijn. Maar dit negeren we even. Alles dat ooit in het black hole is gevallen, zou dus bevroren op de waarnemingshorizon aanwezig moeten blijven voor een buitenstaander, en er is nooit wat in gevallen.
 
Maar voor de invallende ruimtereiziger zelf geldt een ander verhaal. Is hijzelf de waarnemer, dan zal hij bij een zeer zwaar black hole vrijwel niets merken (op een sterke blauwverschuiving van het licht van buiten het black hole en andere vreemde effecten daarbuiten na). Hij blijft mogelijk heel omdat de getijdenkrachten bij zo'n zwaar zwart gat over de afmetingen van zijn lichaam zeer gering zijn en zijn klok tikt gewoon door, ook als hij samen met zijn raket en wat ruimtepuin en een sterrestant de horizon passeert. Een weg terug is er dan echter niet, ons heelal is geen deel meer van zijn ruimtetijd. Overigens is ook dit natuurlijk speculatief, maar het lijkt een logische extrapolatie van de natuurwetten die tot vlak bij die horizon geldig blijven.
 
Dit lijkt tegenstrijdig: Een reiziger samen met alle andere materie voor eeuwig bevroren is op de waarnemingshorizon voor de waarnemer buiten het black hole, en de reiziger die als waarnemer de horizon zonder noemenswaardige problemen zou kunnen passeren terwijl zijn klokje vrolijk in hetzelfde tempo doortikt. Het is uiteindelijk de waarnemer die bepaalt wat er geobserveerd wordt, en er is geen waarnemer denkbaar die ooit beide situaties kan aanschouwen. Letterlijk twee absoluut gescheiden werelden.
 
Weird, maar dit lijkt wel een consequentie van de huidige theorie.

[HansH]

Toch blijf ik dan nog met een probleem zitten, namelijk dat de tijd stopt op de waarnemingshorizon. Je kunt tijd met een relatieve factor in elkaar omrekenen voor de waarnemer van buiten en de 'reiziger' die naar het zwarte gat toevalt zolang die factor niet naar oneindig gaat. Op de waarnemings horizon gaat die factor wel naar oneindig. Enige redenatie die voor mij dan nog logisch is, is aan te nemen dat de reiziger er niets van merkt omdat zijn pad oneindig wordt uitvergroot, dus hij welliswaar denkt dat hij gewoon doorvalt door de waarnemingshorizon, maar er in feite alleen in het limietgeval naar toe valt en er niet doorheen gaat. Ook zijn klokje loopt gewoon door en zijn zaklantaarn geeft ook nog steeds licht met de lichtsnelheid.

Ik stel het me ook voor alsof de ruimte dan voor je uitschuift met de lichtsnelheid op dat moment, dus kun je de ruimte nooit 'inhalen'. Natuurlijk is dat in feite niet de ruimte die beweegt, maar de kromming van de ruimte die je waarneemt, maar zo'n redenatie helpt mij wel om eea voor te kunnen stellen.

[HansH]

Dat is niet correct lijkt mij. Zwaartekracht is kromming van de ruimtetijd. Dat de aanvankelijke materie die ruimte zo sterk heeft gekromd is wel correct, maar nadat het eenmaal gekomen is tot een gesloten ruimtetijd kromming is die materie niet meer ter zake doende. Wat resteert is een gesloten, gekromde ruimtetijd en de buiten het black hole ervaren zwaartekracht is louter het gevolg van die kromming. Niets aan de 'binnenzijde' heeft enig 'contact' meer met de 'buitenzijde'.

Maar die toestand 'kromming' is dan toch het gevolg van het feit dat er massa zit. welliswaar is die massa niet in staan om naar buiten te communiceren, maar heeft er wel voor gezorgd dat de kromming ontstaan is. Je zou volgens mij dan eea kunnen verklaren door te stellen dat de informatie van die massa op de waarneminghorizon ligt, dus dan nog net in staat is om te kunnen 'communiceren' en de kromming van de ruimte te deninieren. als er extra massa in het zwarte gat valt dan wordt de kromming groter, dus dan zou die informatie opgeslagen moeten liggen in een dun schilletje rondom de waarnemingshorizon exclusief die extra massa en dan de nieuwe waarnemingshorizon vormen.

[Michel Uphoff]

Dat is inderdaad zo ongeveer een van de manieren waarop er tegen het fenomeen wordt aangekeken, en vormt een wel vaker gehoorde toelichting op het holografisch principe van Gerard 't Hooft. Als het inderdaad zo is dat - gezien vanuit een waarnemer verwijderd van het black hole - er nimmer enige materie in het black hole kan verdwijnen, dan zal alles dat het black hole haar massa geeft de waarnemingshorizon weliswaar naderen, maar nimmer bereiken (althans voor die externe waarnemer). Op deze waarnemingshorizon is dan alles dat ooit naar het black hole viel nog steeds aanwezig, inclusief de bijbehorende gravitatie. Aangezien er een kleinste oppervlak schijnt te bestaan; een vierkante Plancklengte en materie beschouwd kan worden als informatie (it-from-bit, Wheeler) zal een vierkante Plancklengte precies 1 informatiebit kunnen bevatten. M.a.w. meer invallende materie (informatie) zal moeten leiden tot een groter oppervlak van de waarnemingshorizon.
 
Toevallig sprak ik 't Hooft een paar weken geleden, en stelde de specifieke vraag of deze uitleg wel door de beugel kon. Hij vond het een weliswaar versimpelde maar aanvaardbare benadering.
 
Je kan er ook op een wat andere manier tegenaan kijken: Er is gravitatie 'straling' en er is een gravitatieveld. De 'straling' zal nimmer het black hole kunnen verlaten want gebonden aan de lichtsnelheid; er kan geen informatie uit een black hole komen dus ook geen gravitatieinformatie. Maar het gravitatieveld was er al en het is statisch, het (de kromming van de ruimtetijd) bestaat gewoon, een veld is iets anders dan straling.
 
Jouw laatste zin :
 

in een dun schilletje rondom de waarnemingshorizon exclusief die extra massa en dan de nieuwe waarnemingshorizon vormen

 
is mij niet helemaal duidelijk, met name het woord 'exclusief'. Kan je die wat nader toelichten?