Juni 25, 2024

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Alles im Universum ist dazu verdammt, zu verdampfen – Hawkings Strahlungstheorie beschränkt sich nicht auf Schwarze Löcher

Alles im Universum ist dazu verdammt, zu verdampfen – Hawkings Strahlungstheorie beschränkt sich nicht auf Schwarze Löcher

Ein Forscherteam hat Stephen Hawkings Vorhersage über die Verdampfung von Schwarzen Löchern durch Hawking-Strahlung bestätigt, allerdings eine entscheidende Modifikation vorgenommen. Ihrer Forschung zufolge ist der Ereignishorizont (die Grenze, jenseits derer nichts der Anziehungskraft eines Schwarzen Lochs entkommen kann) für die Entstehung der Hawking-Strahlung bei weitem nicht so wichtig wie bisher angenommen. Stattdessen spielen die Schwerkraft und die Krümmung der Raumzeit eine wichtige Rolle in diesem Prozess. Diese Erkenntnis erweitert die Reichweite der Hawking-Strahlung auf alle großen Objekte im Universum, was bedeutet, dass über einen ausreichend langen Zeitraum alles im Universum verdampfen kann.

Untersuchungen zeigen, dass Stephen Hawking mit der Aussage, dass Schwarze Löcher durch Hawking-Strahlung verdampfen, größtenteils Recht hatte. Die Studie hebt jedoch hervor, dass ein Ereignishorizont für diese Strahlung nicht unbedingt erforderlich ist und dass die Schwerkraft und die Krümmung der Raumzeit eine wichtige Rolle spielen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass alle großen Objekte, nicht nur Schwarze Löcher, aufgrund eines ähnlichen Strahlungsprozesses schließlich verdampfen können.

Neue theoretische Forschungen von Michael Wondrak, Walter van Swijelkom und Heino Falk von der Radboud-Universität zeigen, dass Stephen Hawking mit Schwarzen Löchern Recht hatte, wenn auch nicht ganz. Aufgrund der Hawking-Strahlung werden Schwarze Löcher irgendwann verdampfen, aber der Ereignishorizont ist nicht so kritisch wie angenommen. Auch die Schwerkraft und die Krümmung der Raumzeit verursachen diese Strahlung. Das bedeutet, dass alle großen Objekte im Universum, wie etwa Überreste von Sternen, irgendwann verdampfen werden.

Mithilfe einer cleveren Kombination aus Quantenphysik und Einsteins Gravitationstheorie argumentierte Stephen Hawking, dass die spontane Entstehung und Vernichtung von Teilchenpaaren in der Nähe des Ereignishorizonts (dem Punkt, jenseits dessen es kein Entrinnen vor der Gravitationskraft gibt) erfolgen muss[{“ attribute=““>black hole). A particle and its anti-particle are created very briefly from the quantum field, after which they immediately annihilate. But sometimes a particle falls into the black hole, and then the other particle can escape: Hawking radiation. According to Hawking, this would eventually result in the evaporation of black holes.

Gravitational Particle Production Mechanism in a Schwarzschild Spacetime

Schematic of the presented gravitational particle production mechanism in a Schwarzschild spacetime. The particle production event rate is highest at small distances, whereas the escape probability [represented by the increasing escape cone (white)] In großen Entfernungen ist er am höchsten. Bildnachweis: Materialbewertungsschreiben

Spiral-

In dieser neuen Studie haben Forscher der Radboud-Universität diesen Prozess erneut untersucht und untersucht, ob die Existenz eines Ereignishorizonts entscheidend ist. Sie kombinierten Techniken aus Physik, Astronomie und Mathematik, um zu untersuchen, was passiert, wenn solche Teilchenpaare in der Nähe von Schwarzen Löchern entstehen. Die Studie zeigte, dass auch weit über diesen Horizont hinaus neue Teilchen entstehen können. Michael Wondrak: „Wir beweisen, dass es neben der bekannten Hawking-Strahlung auch eine neue Strahlungsform gibt.“

Alles verdunstet

Van Suijlekom: „Wir zeigen, dass weit entfernt vom Schwarzen Loch die Krümmung der Raumzeit eine große Rolle bei der Entstehung von Strahlung spielt. Die Teilchen werden dort bereits durch Gezeitenkräfte im Gravitationsfeld getrennt.“ Während früher angenommen wurde, dass ohne einen Ereignishorizont keine Strahlung möglich ist, zeigt diese Studie, dass ein solcher Horizont nicht notwendig ist.

Falk: „Das bedeutet, dass auch Objekte ohne Ereignishorizont, etwa die Überreste toter Sterne und andere große Objekte im Universum, diese Art von Strahlung haben. Nach sehr langer Zeit wird sie dazu führen, dass alles im Universum irgendwann verdampft.“ genau wie Schwarze Löcher.“ Das verändert nicht nur unser Verständnis der Hawking-Strahlung, sondern auch unsere Sicht auf das Universum und seine Zukunft.“

Die Studie wurde am 2. Juni veröffentlicht DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.221502

Michael Wondrak is excellence fellow at Radboud University and an expert in quantum field theory. Walter van Suijlekom is a Professor of Mathematics at Radboud University and works on the mathematical formulation of physics problems. Heino Falcke is an award-winning Professor of Radio Astronomy and Astroparticle Physics at Radboud University and known for his work on predicting and making the first picture of a black hole.

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