Schwarze Löcher

[Bynaus]

Charan hat ja Kirk's Frage schon beantwortet.

Meine Berechnungen haben ergeben, das wenn das Schwarze Loche eine Masse von einem Würfel von 31km Kantenlänge aus Felsgestein mit einer Dichte von 4,5t pro m^3 aufweißt, das der Schwarzschildradius groß genug wäre, um Sauerstoffmoleküle aufzunehem. Also wäre es ab danbn groß genug um der Erde gefährlich zu werden, da es die Atmosphäre absaugen könnte und sich so das nicht fütternproblem erledigt hätte.

Nein, selbst wenn der Schwarzschildradius grosse genug für ein Sauerstoffmolekül wäre, wäre das SL noch immer keine Gefahr für die Erdamtosphäre. Denn die Chance, dass ein Sauerstoffmolekül per Zufall exakt ins SL hinein fliegt, ist winzig klein. Bei einem so kleinen SL würde pro Zeiteinheit so viel Hawking-Strahlung abgegeben, dass die "Nachfüllrate" an Materie durch verschluckte Sauerstoffmoleküle unmöglich ausreichend sein würde, um die Masse des SLs zu erhalten, geschwiege denn, sie zu erhöhen. So dicht ist die Atmosphäre nun auch wieder nicht...
Wenn dich das nicht beruhigt, dann vielleicht die Überlegung, dass die Hawking-Strahlung des SL die umliegende Atmosphäre wohl so erhitzen würde, dass sich die Sauerstoffmoleküle überall hin bewegen, bloss nicht auf das SL zu...

Wie schon gesagt, ich würde so ein SL-Kraftwerk (je nach Masse des SLs) weit draussen im Sonnensystem positionieren, und die erzeugte Energie per Mikrowelle ins Sonnensystem schicken. Aus Sicherheitsgründen, aber nicht, weil das SL irgendwas "verschlingen" könnte, sondern weil es durch ein Unglück passieren könnte, dass die konstante Nachfütterung des SLs ausfällt, was in seiner Zerstrahlung (inklusive des Gebäudes/Staates/Planeten, auf dem es sitzt, je nach Grösse...) enden könnte.

[Skymarshall]

Ganz einfach, mit einem Magneten... ein 100 Tonnen Schwarzes Loch übt nunmal auch nur eine Gewichtskraft auf die Erde von 9.806.650 Newton aus.
Demnach reicht eine Kraft von 10 MN um es anzuheben, was jede moderne Ariane-Rakete hinbekommen würde...
Schwarzes Loch in ein Magnetkäfig tun, Energiequelle anschließen und alles in einen Satelliten verpacken.
Anschließend kann man es ganz normal ins All befördern.

Auf Magnetkräfte reagiert es auch? Wußte ich noch gar nicht. Doch nur wenn auch die magnetischen Gegenstücke in ihm enthalten sind?

Ich dachte da mehr an Kraftfelder zum Transport, bzw das Schwarze Loch mit Hilfe eines Teilchenbeschleunigers auf z.B. 1/3 der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen und es dann aus dem Sonnensystem fliegen lassen. Wenn es so 20-25 Jahre stabil wäre, würde es ja da so 6 2/3 -8 1/3 Lichtjahre weg, ich denke mal dass die etwa 70000000000000 km Abstand da reichen...

Es denn ein "offener" Teilchenbeschleuniger unbedenklich?

Also ich glaube, das Bynaus Vorschlag, mit einer anderen Positionierung, von Anfang an, besser wäre.


@Bynaus: Verstehe ich das richtig, das die Gefahr bei einen Mini - oder künstlichen SL, eher von der Zerstrahlung ausgeht?

[Bynaus]

@Sky (was ist eigentlich mit deinem alten Account passiert???): Ja richtig, die Gefahr geht von der Zerstrahlung aus. Und ja, SLs können Magnetfelder und elektrische Felder besitzen, wie jedes andere massive Objekt auch. Das geht nur schon aus der Ladungserhaltung hervor: bildet man aus, sagen wir, 1000 Protonen ein Schwarzes Loch, dann hat dies die Ladung 1000+. Dann kann man es mit starken elektrischen Feldern von den Wänden des Kraftwerks fernhalten.

Zur Lebensdauer: im Wiki-Artikel zur Hawking-Strahlung ist eine Formel gegeben, die es erlaubt, die Lebensdauer eines (künstlichen) SLs zu berechnen. Ein SL von 100 Tonnen Masse hätte demnach eine Lebenszeit von einem Achtel einer Nanosekunde. Nicht gerade viel Zeit, um die Atmosphäre einzusaugen . Das heisst aber auch, um das SL wirklich als Energiequelle betreiben zu können, muss man in der Lage sein, ihm in jeder Achtel Nanosekunde grob 100 Tonnen Masse zuzuführen...

[Skymarshall]

@Sky (was ist eigentlich mit deinem alten Account passiert???)

Zu kompliziert und unpassend es hier nochmal zu erklären. Entweder hier gucken oder ne PN an mich.

Ja richtig, die Gefahr geht von der Zerstrahlung aus. Und ja, SLs können Magnetfelder und elektrische Felder besitzen, wie jedes andere massive Objekt auch. Das geht nur schon aus der Ladungserhaltung hervor: bildet man aus, sagen wir, 1000 Protonen ein Schwarzes Loch, dann hat dies die Ladung 1000+. Dann kann man es mit starken elektrischen Feldern von den Wänden des Kraftwerks fernhalten.

Interessant. Das wußte ich nicht.

Zur Lebensdauer: im Wiki-Artikel zur Hawking-Strahlung ist eine Formel gegeben, die es erlaubt, die Lebensdauer eines (künstlichen) SLs zu berechnen. Ein SL von 100 Tonnen Masse hätte demnach eine Lebenszeit von einem Achtel einer Nanosekunde. Nicht gerade viel Zeit, um die Atmosphäre einzusaugen . Das heisst aber auch, um das SL wirklich als Energiequelle betreiben zu können, muss man in der Lage sein, ihm in jeder Achtel Nanosekunde grob 100 Tonnen Masse zuzuführen...

Also eine Millardstel Sekunde nochmal geteilt durch 8?

Unvorstellbar kurz würde ich sagen.

[elfcrystal]

künstliche schwarze Löcher --- hä????

Als ich diesen Artikel erstmal gelesen habe, hat mich glatt der Schlag getroffen. Ich finde Schwarze Löcher ja sehr faszinierend, aber ich weiß auch, sie können nur entstehen, wenn ein Objekt (hier ja Sterne) mit extrem hoher Masse, die auf der Erde nicht vorzufinden ist, in sich zerfällt, wenn sich die Atome umkehren. Wie will man denn diese extreme Masse und Dichte mit einem Teilchenbeschleuniger erzeugen? Außerdem bezweifel ich stark, dass die Menschheit die schwarzen Löcher dann noch bveherrschen könnte. Ist denen denn nicht klar, welche Kräfte von einem solchen schwarzen Loch ausgehen. Selbst wenn das eigentlich Loch nur so groß wie ein Stecknadelknopf wäre, hätte der Ereignishorizont einen Umfang mehrerer Kilometer, wie sollte dem unsere Erde entkommen????

Zum anderen kommt hinzu, wie sollte man aus diesen schwarzen Löchern Energie gewinnen. Die Energie eines Schwarzen Loches besteht in der "eingesaugten" Materie, doch wie soll da was heraus kommen, wenn gar nichts hinein kam. Ich halte es eher für ein Gerücht, wirklich kleine Löcher erzeugen zu wollen. Denn es kommt bei ihnen wirklich nicht auf die Größe an: die Kräfte, der unerschöpfliche "Mund" des Loches, [der übrigens niemals "volllaufen" kann (hatte ich hier gelesen, ging um das Schwarze Loch in unserer Milchstraße), die unendliche Gravitation, all das zeichnet ein Schwarzes Loch ja aus. ich sehe keine Möglichkeit, diesen Zustand auf der Erde zu simulieren.... seien die Teilchen noch so schnell.... auf Lichtgeschwindigkeit hat man sie ja eh noch nicht erzeugt.... und das wäre notwendig, oder????

[Bynaus]

Ganz ruhig.

Das allgemeine Bild, das man sich von SLs macht, ist prinzipiell falsch. SLs sind keine nimmersatten Monster mit unendlicher Gravitation, die "alles verschlingen, was ihnen über den Weg kommt".
SLs sind lediglich Objekte, die kleiner sind als ihr Ereignishorizont.

1. Alles, was Masse hat, kann zu einem SL werden, wenn man es nur genügend stark zusammendrückt. Also auch z.B. ein Bleistift - man muss eben nur genügend stark (und das ist sehr, sehr stark...) drücken. Die Sonne etwa hat einen Ereignishorizont von etwa 1 m. Würde man sie in dieses Volumen hinein quetschen, wäre sie ein Schwarzes Loch. Ihre Gravitation bliebe dabei exakt gleich, das heisst, die Erde würde sie z.B. immer noch auf der genau gleichen Bahn umkreisen und nicht etwa "verschlungen" werden. Auch der Bleistift, wäre er ein SL, hätte immer noch die gleiche Masse.

2. Die stabil in der Natur vorkommenden SLs sind tatsächlich jene, die bei der Supernova von Riesensternen (mit mind. 10 Sonnenmassen, vermutlich mehr, die Grenze hier ist nicht exakt bekannt) entstehen. Diese SLs sind in erster Näherung "stabil". Es gibt aber auch winzige SLs, die z.B. in unserer Atmosphäre entstehen, wenn sehr energiereiche kosmische Strahlen mit Luftmolekülen zusammenstossen. Diese SLs sind "instabil" (siehe unten). Keines von ihnen hat bisher die Erde verschlungen, soviel ich weiss .

3. Der Ereignishorizont = der Radius des SLs. Da die Masse in SLs keine Ausdehnung hat (sie sind vermutlich "Nulldimensionale Objekte"), kann man ihren Radius nur durch den Ereignishorizont abstecken. Das heisst, der Ereignishorizont eines "stecknadelkopfgrossen" SLs ist eben so gross wie eine Stecknadel.

4. Es ist keineswegs so, dass aus SLs keine Strahlung rauskäme, obwohl man das intuitiv vermuten würde. Google mal nach "Hawking-Strahlung". Diese Strahlung entsteht durch Quantenfluktuationen am Ereignishorizont des SLs: diese machen es möglich, dass ein bisschen Strahlung aus dem SL hinaus "tunneln" (noch ein Begriff, den du ergooglen kannst...) kann. Diese Strahlung ist umso stärker, je kleiner das SL ist. Bei grossen SLs wie jenen, die aus Sternkollapsen entstehen oder riesigen wie jenem im Zentrum der Milchstrasse (3 Mio Sonnenmassen) ist die Hawkingstrahlung enorm klein, faktisch nicht messbar. Bei kleinen SLs, wie die, die in der Atmosphäre entstehen oder die man darüber nachdenkt künstlich herzustellen, spielt sie aber eine wichtige Rolle. Diese "Hawking-Strahlung" kann aber nicht aus dem "Nichts" kommen. Sie bezieht ihre Energie gemäss "E = mc^2" aus der Masse des SL (Die Gleichung besagt, dass Masse nur eine (sehr stark kondensierte) Form von Energie ist - diese Energie kann freiwerden, wenn man Masse "zerstrahlt", das heisst in Lichtteilchen (Photonen) umwandelt. Das ist das Wirkungsprinzip, das auch Atomreaktoren zu Grunde liegt).
Fassen wir zusammen: je kleiner (masseärmer) das SL, desto stärker seine Hawking-Strahlung. Da diese aus der Masse stammt, folgt, dass das SL umso schneller Masse verliert (und damit schrumpft), je kleiner es ist. Riesige SLs wie jenes im Zentrum unserer Galaxie schrumpfen praktisch nicht, winzige SLs, die in der Atmosphäre entstehen, zerstrahlen in winzigen Bruchteilen von Sekunden wieder. Ein SL von 1 kg würde etwa in einer 10-Trilliardstel Sekunde zerstrahlen...

4. Energiegewinnung würde eben darin bestehen, die freigesetzten Photonen einzufangen und z.B. zum Aufheizen von Wasser (-> Dampf zum Betrieb einer Turbine) zu nutzen.

5. Und nein, Lichtgeschwindigkeit ist nicht nötig, um ein SL zu erzeugen. Eine Geschwindigkeit, wie sie die hochenergetische kosmische Strahlung aufweist, reicht (da entstehen auch SLs in der Atmosphäre). Diese Strahlung hat sogar eine grössere Energie, als man in absehbarer Zeit in Teilchenbeschleunigern auf der Erde wird erzeugen können.

[General Quicksilver]

Ich habe auf dem Wikiartikel zur Hawking-Strahlung etwas interesantes bezüglich meines gedachten Schwarzen Loches mit der Masse eines 31km Titabwürfels gefunden: Zitat: "For a black hole of one solar mass (about 2\times10^30 kg), we get an evaporation time of 1067 years—much longer than the current age of the universe. But for a black hole of 10^11 kg, the evaporation time is about 3 billion years." Also wenn ein Schwarzes Loch, das 10^11 kg wiegt bereits 3Milliarden Jahre braucht, bis es verdampft ist, dann würde doch mein gedachtes Schwarzes Loch (~1,340595 * 10^17 kg) doch eine realisatische Chance haben einen Teil der Atmosphäre einzusaugen...(meine Rechnung mit Hilfe der Formel, die im englischsprachigen Wikipediaartikel zur Hawking Strahlung zu finden ist, hat ergeben, das es etwa 6423760571826799897088127707730,8 Jahre stabil wäre.

5120*Pi*G^2*M0^3
____________________________________
th (Planksches Wirkungsquantum / Pi)*c^4

Der Schwarzschildradius der Sonne ist größer als 1m (etwa 2,952 km laut wiki).

[Bynaus]

Der Schwarzschildradius der Sonne ist größer als 1m (etwa 2,952 km laut wiki).

Ah, das kann gut sein, möglicherweise hab ich dies mit jenem der Erde verwechselt, danke für den Hinweis.

Ich bekomme für dein SL eine Lebensdauer von 6*10^24 Jahren (oder Sekunden? Die Formel gibt nicht an, welche Einheit gemeint ist. Auf jeden Fall eine sehr lange Zeit).

Du hast auch recht, ich hatte nicht nachgerechnet, wie lange dein vorgeschlagenes SL überlebt: es würde wohl tatsächlich sehr lange erhalten bleiben. Vermutlich würde es (weil nichts es davon abhalten könnte) nach seiner Entstehung an der Erdoberfläche direkt ins Zentrum der Erde fallen (und auf der anderen Seite wieder hoch, hin und her oszillierend und dabei ab und zu Material absorbierend). Gut, damit wäre es "gefährlich" - aber ein so schweres SL wäre auch total unpraktikabel. Für ein Kraftwerk müsste ein SL viel kleiner (leichter) sein.

[McWire]

Ich bekomme für dein SL eine Lebensdauer von 6*10^24 Jahren (oder Sekunden? Die Formel gibt nicht an, welche Einheit gemeint ist. Auf jeden Fall eine sehr lange Zeit).

Wikipedia über Schwarzes Loch

Dort steht:

Delta-t = M³ / 3 * Lambda_t

Lambda_t = 3,968 * 10^15 kg³/s

Ergo... die Einheit muss daher Sekunden lauten

[J_T_Kirk2000]

Ja, das ist eigentlich simpelste Physik, dass die Basiseinheit der Zeit die Sekunde ist.
Allerdings war ich vor einigen Jahren auch ziemlich blind dafür, was e=mc^2 betrifft, bis ich zufällig von einem Gespräch gehört habe, was mich dazu führte, als es in entsprechenden Basiseinheiten entschlüsselt wurde, dass es zu einfach erschien und ich vielleicht deshalb nicht von selbst darauf kam.

[General Quicksilver]

Ah, das kann gut sein, möglicherweise hab ich dies mit jenem der Erde verwechselt, danke für den Hinweis.

Ich bekomme für dein SL eine Lebensdauer von 6*10^24 Jahren (oder Sekunden? Die Formel gibt nicht an, welche Einheit gemeint ist. Auf jeden Fall eine sehr lange Zeit).

Du hast auch recht, ich hatte nicht nachgerechnet, wie lange dein vorgeschlagenes SL überlebt: es würde wohl tatsächlich sehr lange erhalten bleiben. Vermutlich würde es (weil nichts es davon abhalten könnte) nach seiner Entstehung an der Erdoberfläche direkt ins Zentrum der Erde fallen (und auf der anderen Seite wieder hoch, hin und her oszillierend und dabei ab und zu Material absorbierend). Gut, damit wäre es "gefährlich" - aber ein so schweres SL wäre auch total unpraktikabel. Für ein Kraftwerk müsste ein SL viel kleiner (leichter) sein.

Das von mir gedachte Schwarze Loch ist ja auch keine Mini Schwarzes Loch mehr. Es diente viel mehr dazu eine früher im Thread aufgekommene Frage zu beantworten, nämlich wann das Schwarze Loch einen so großen Schwarzschildradius hat um Materie aufnehmen zu können. Ich glaube, ich hab das auf ein Schwarzschildradius von 0,2 nm ausgerechnet gehabt, also so groß, das außer Wasserstoff auch noch andere Atome hindurchpassen, bzw. auch kleinere Moleküle eingesaugt werden können. Ich denke, das man auch einmal festhalten sollte, wann aus einem Mini Schwarzen Loch ein "echtes" Schwarzes Loch wird. Meiner Meinung nach tritt das ein, wenn es Materie und damit Masse einsaugen kann, um sich zu erhalten. Aber da kommt auch die Frage wieder auf, was ist, wenn es Strahlung wie Elektomagnetische Wellen aufsaugt? Die enthalten ja auch Energie, die wiederum eqivalent zur Masse ist. Das würde aber den erforderlichen Schwarzschildradius enorm verkleinern, und damit auch die Masse und Lebensdauer senken....
Aber du hast Recht, bei einem "echten" Mini Schwarzen Loch sollten derartige Probleme nicht auftretten...

Wikipedia über Schwarzes Loch

Dort steht:

Delta-t = M³ / 3 * Lambda_t

Lambda_t = 3,968 * 10^15 kg³/s

Ergo... die Einheit muss daher Sekunden lauten

Die Einheit ist Sekunde, weil ja auf der Seite auch ein Beispiel Stand. Bei 10^11 kg mit 3000000000 Jahren. Da das Ergebnis aber größer ist, hab ich es einfach mal auf Verdacht auf Jahre runtergerechnet und siehe da: ~ 3000000000.

Ja, das ist eigentlich simpelste Physik, dass die Basiseinheit der Zeit die Sekunde ist.
Allerdings war ich vor einigen Jahren auch ziemlich blind dafür, was e=mc^2 betrifft, bis ich zufällig von einem Gespräch gehört habe, was mich dazu führte, als es in entsprechenden Basiseinheiten entschlüsselt wurde, dass es zu einfach erschien und ich vielleicht deshalb nicht von selbst darauf kam.

Geht mir manchmal auch so, manchmal ist die Lösung des Problems so einfach, das ich es viel zu kompliziert anpacke.

[Bynaus]

Ich glaube, ich hab das auf ein Schwarzschildradius von 0,2 nm ausgerechnet gehabt, also so groß, das außer Wasserstoff auch noch andere Atome hindurchpassen, bzw. auch kleinere Moleküle eingesaugt werden können.

Warum nimmst du denn da die Molekülgrösse? Ist doch völlig egal, wenn die Elektronen nicht mitkommen - der Atomkern alleine reicht.

Aber da kommt auch die Frage wieder auf, was ist, wenn es Strahlung wie Elektomagnetische Wellen aufsaugt?

Das tut es auch: das ist auch der Grund, warum sehr grosse SL heute nicht durch Hawking-Strahlung verdampfen, sondern im Gegenteil ganz langsam wachsen. Erst wenn durch die Ausdehnung des Universums die kosmische Hintergrundstrahlung noch stärker abgesunken ist, werden die SLs verdampfen können.

@Kirk: du hast schon recht, die Basiseinheit für Zeit ist die Sekunde. Trotzdem, bei so empirischen Formeln wie jene am Ende des Hawking-Strahlung-Artikels, in denen lediglich eine Zahl als Umrechnungskonstante gegeben wird, weiss man nie.

[General Quicksilver]

Warum nimmst du denn da die Molekülgrösse? Ist doch völlig egal, wenn die Elektronen nicht mitkommen - der Atomkern alleine reicht.



Das tut es auch: das ist auch der Grund, warum sehr grosse SL heute nicht durch Hawking-Strahlung verdampfen, sondern im Gegenteil ganz langsam wachsen. Erst wenn durch die Ausdehnung des Universums die kosmische Hintergrundstrahlung noch stärker abgesunken ist, werden die SLs verdampfen können.

@Kirk: du hast schon recht, die Basiseinheit für Zeit ist die Sekunde. Trotzdem, bei so empirischen Formeln wie jene am Ende des Hawking-Strahlung-Artikels, in denen lediglich eine Zahl als Umrechnungskonstante gegeben wird, weiss man nie.

Warum Atomdurchmesser: Weil ich nur den als Wert habe, den Kerndurchmesser muss ich erst noch mal raussuchen, am besten ich leg irgendwann mal meine Berechnung neu auf....

Das mit der Hintergrundstrahlung hatte ich beim überfliegen schon mal gelesen gehabt, aber das stand glaunbe ich bei der Temperatur oder so?

Wenn man ein Mini Schwarzes Loch mit Strahlung füttern kann, dann könnte man es doch z.B. mit einem ausreichend starken Laser stabil halten oder?

Wie muss man eigentlich die Nährungsformel auf Wikipedia benutzen? M=Masse , und was ist das andere M?

Die Formel von der englischen Wikipedia ist nämlich relativ lang...

[Bynaus]

Weil ich nur den als Wert habe, den Kerndurchmesser muss ich erst noch mal raussuchen, am besten ich leg irgendwann mal meine Berechnung neu auf....

Würde die Berechnung auch viel realistischer machen Schliesslich ist praktisch die ganze Masse eines Atoms in dessen Kern... Um ein Wasserstoffatom(kern) zu verschlucken müsste der Radius des SLs nur 1.7e-15 m gross sein...

Das mit der Hintergrundstrahlung hatte ich beim überfliegen schon mal gelesen gehabt, aber das stand glaunbe ich bei der Temperatur oder so?

Im kosmologischen Zusammenhang meint Hintergrundstrahlung immer Temperatur: die Temperatur der EM-Strahlung, die vom Urknall übrig geblieben ist und mittlerweile stark rotverschoben ist.

Wenn man ein Mini Schwarzes Loch mit Strahlung füttern kann, dann könnte man es doch z.B. mit einem ausreichend starken Laser stabil halten oder?

"Theoretisch", natürlich. Bloss ist Materie eine so stark verdichtete Energieform (sehr viel dichter als jeder denkbare Laser), dass es viel effizienter sein dürfte, das SL direkt mit Materie zu füttern. Es gibt ja auch sogenannte Atomlaser (oder Boser), die würden die Füttermaterie zielgenau ins SL hinein führen können.

Wie muss man eigentlich die Nährungsformel auf Wikipedia benutzen? M=Masse , und was ist das andere M?

Welche Näherungsformel meinst du?

[Skymarshall]

Das allgemeine Bild, das man sich von SLs macht, ist prinzipiell falsch. SLs sind keine nimmersatten Monster mit unendlicher Gravitation, die "alles verschlingen, was ihnen über den Weg kommt".
SLs sind lediglich Objekte, die kleiner sind als ihr Ereignishorizont.

Ich dachte eigentlich das zumindest die ganz großen Dinger alles in ihren Umkreis verschlingen.

Und hat nicht das schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie Einfluß auf die ganzen Sterne im Inneren?