Was geschieht mit den Atomen jener Materie, die als Schwarzes Loch komprimiert wird?

Question

Wie ändert sich das Verhalten und die Konsistenz der Atome jener Materie, die zum Schwarzen Loch komprimiert wird?

Wie verändert sich Verhalten und Eigenschaft des einzelnen Atoms oder von Atomen im Kollektiv? Wohin und wodurch "entweichen" die Zwischenräume oder die Flulktationsräume? Bilden diese (falls mein Denkansatz korrekt war) entweichenden "Atom-Zwischenräume" während des Komprimierens der Materie (auf dem Weg, ein schwarzes Loch zu werden) vielleicht einen Teil der Akkretionsscheibe? 

Falls ich mich wissenschaftlich ungenau ausdrücke...Ich meine das so: Die Atome der Materie eines Planeten haben ja jeweils inwendig Raum, in dem sich seine Teilchen wie Elektronen, Neutronen und Protonen usf. z. B. kreisend und hierfür raumbenötigend bewegen. Wird nun bei der Komprimierung der Materie von z. B. einem Planetensystem auch jedes Atom dermaßen komprimiert, dass der Raum für die um den Atomkern kreisenden Teilchen auf eine Art wegfällt, die noch niemand genau nachgewiesen hat, oder gibt es hierzu gesicherte Erkenntnisse darüber, wohin und wie oder wodurch diese Zwischenräume sich transformieren. Meine laienhafte Theorie ist halt, dass die durch die Komprimierung frei gesetzten Zwischenrauminhalte (evtl. noch unentdecke Fluktationsteilchenfamilien) Bestandteil der Akkretionsscheibe werden. Doch ich wüsste gern, auch wenn meine Theorie (wahrscheinlich) nicht stimmt, was da mit einem Atom genau vor sich geht während der Komprimierungsphase von Materie zu einem Schwarzen Loch. Gruß betalis

Anonym · Accepted Answer

Das Atom ist nichts "besonders" mit Aufschrift Atom. Das Atom besteht aus einem Atomkern und Elektronen in der Atomhülle. Das Wasserstoffatom kann sogar semiklassisch mit dem Bohrschen Atommodell [8] beschrieben werden. Elektrostatische Kräfte zwischen Atomkern und Elektron, dazu ein paar Quantisierungsregeln reichen bereits für quantiativ passende Aussagen. Das Atom ist also nur ein Begriff für ein System aus Kern und Elektronen. Bisher hat die Physik nichts besonderes an den Zwischenräumen zwischen Kern und Elektron gefunden. Das Coulombsche Gesetz wird zwischen Kern und Elektron benutzt, wie es auch zwischen der Anode und Kathode einer Fernsehröhre benutzt wird.

Die Atome sind ein praktische brauchbarer Begriff, weil die Kräfte zwischen Kern und Elektronen relativ groß sind. Daher bleibt das Atom bei chemischen Prozessen ein Atom, daher ist das Atom auch im Gravitationsfeld der Erde ein Atom und nicht "nur" ein Kern und ein paar Elektronen, die zufällig nahe nebeneinander sind.

Solange die Kräfte zwischen Kern und Elektronen groß sind gegenüber der Kraft durch das Gravitationsfeld ist der Begriff Atom gut zum Beschreiben der Vorgänge. Sind die Kräfte durch das Gravitationsfeld groß gegenüber den Kräften zwischen Kern und Elektron, dann ist der Atombegriff nicht mehr nützlich. Im sehr großen Gravitationsfeld gibt es "ein paar Teilchen" die im Abstand von Pikometern im Raum sind. Die elektrischen Kräfte zwischen den beiden Teilchen sind unwichtig für das Verhalten der Teilchen, wichtig ist die viel größere Gravitationskraft.

Sollte die Kraft zwischen Elektron und Kern so groß sein, dass man sie nicht vernachlässigen darf, dann ist auch die Kraft zwischen zwei Atomkernen so groß, dass man sie nicht vernachlässigen darf. Die Kraft zwischen den gleichgeladenen Kernen ist abstoßend. Darf man diese nicht vernachlässigen bedeutet es, die Kerne halten einen Abstand gegen die Gravitationskräfte. Also ist das Schwarze Loch noch weit entfernt, weil die Kerne sich noch durch die elektrischen Kräfte auf Abstand halten können.

Eine einfache Modellsituation dazu: Wasserstoffatom [1] im Gravitationsfeld klassisch berechnet.

Klassisch betrachtet sind die Kräfte im Wasserstoffatom Coulomb-Kräfte zwischen dem Elektron und dem Proton.
Die Ladungen der Teilchen [2,3]
Qe = -1,602 * 10^(-19) C
Qp = +1,602 * 10^(-19)C
Der Abstand ist in der Größenordnung [1]
r = 10 pm = 10^(-11) m
Kraft aus dem Coulombschen Gesetz [4] zwischen dem Elektron und dem Kern
F = Kc * Qe * Qp / r²
mit der Coulomb-Konstante Kc = 8,987 * 10^9 Vm/As
F = -2,31 * 10^(-6) N
Also halten klassisch modelliert Kräfte im Bereich vom 10^(-6) Newton das Wasserstoffatom zusammen.

Im Vergleich dazu die Kräfte auf Elektron und Proton im Schwerefeld der Erde:
Die Massen der Teilchen [2,3]
Me = 9,109 * 10^(-31) kg
Mp = 1,672 * 10^(-27) kg
Die Masse der Erde [5]
ME = 5,974 * 10^24 kg
Der Abstand der Teilchen vom Erdmittelpunkt ist gleich dem Erdradius [5]
R = 6371 km = 6371 * 10^3 m
Die Schwerkraft auf die Teilchen mit dem Newton-Gesetz der Gravitation [6]
Fe = -G * Me * ME / R²
mit der Gravitationskonstante G = 6,674*10^(-11) m³/(kg*s²)
Fe = -8,94 * 10^(-30) N
Fp = Mp * ME / R²
Fp = -1,64 * 10^(-26) N
Die Gravitationskräfte auf Elektron (Fe) oder Proton (Fp) sind ein Bruchteil der elektrostatische Kraft zwischen den beiden Teilchen im Atom. Die elektrostatische Kraft ist um mindestens den Faktor 10^20 stärker. Will man Aussagen über die Verhältnisse in einem Atom machen, kann die Erde und ihre Gravitationsanziehung neben dem Atom vernachlässigt werden.

Die Gravitationskräfte am Ereignishorizont eines stellaren Schwarzen Lochs [7]
M = 10 * MSonne = 20 * 10^30 kg
R = 30 km = 30 * 10^3 m
Fe = -1,13 * 10^(-18) N
Fp = -2,48 * 10^(-15) N
Die Gravitationskräft sind um den Faktor 10^11 größer als auf der Erde. Doch immer noch klein gegenüber den elektrostatischen Kräften im Wasserstoffatom, ca. Faktor 10^9. Das Wasserstoffatom sollte also den Ereignishorizont als Atom überschreiten, ohne dass die Gravitationskräfte die Verhältnisse im Atom verändern.

Im Abstand von 1 cm = 10^(-2) m von der Masse M ergeben sich die Kräfte
Fe = -1,22 * 10^(-5) N
Fp = -2,23 * 10^(-2) N
Jetzt sind die Kräfte durch die Massenanziehung größer als die elektrostatischen Kräfte zwischen Kern und Elektron. Der Abstand von 1 cm sollte noch zu groß für Quanteneffekte sein, also noch zu groß für das Einsetzen einer neu zu entwickelnden Theorie der Quantengravitation. Ich vermute daher, dass die Kräfte zwischen den Ladungen, zwischen Kern und Elektron, vernachlässigt werden können, wenn der Gravitationskollaps interessant wird. Also der Begriff des Atoms dort nicht mehr hilfreich ist.

Bereits bei der Kerndichte eines Neutronensterns [9] wird über Materie spekuliert, die nicht mehr aus Atomen aufgebaut ist, sondern aus Neutronen oder sogar Quarks.

1/i = -i · Answer

Hm ... ich glaub so genau weis das keiner, was mit der eingezogenen Materie im  schwarzen Loch geschieht, da unsere Theorien die wir benutzen um die Welt zu beschreiben, also die Quantentheorie und die Relativitätstheorie da auf ihre Grenzen stoßen ...

Oder in andern Worten: keine uns bekannte wissenschftlich verifizierte Vorstellung über unsere Welt kann erklären, was da passiert.
Somit auch unsere Vorstellung über Materie, Raum und Zeit ... naja, die passt da nicht mehr so ganz ... ;)
Ich würde daher vorsichtig werden von "komprimierten Atomen" im Sinne der klassischen Vorstellung zu reden ...

Das schwarze Loch ist nach wie vor ein nicht komplett verstandenes Phänomen ... aber ein durchaus interessantes.

könnte dich interessieren:
http://www.focus.de/wissen/wissenschaft/odenwalds_universum/frage-von-wolfgang-bauer-woraus-besteht-ein-schwarzes-loch_aid_268202.html

Leider finde ich im Internet - so spontan - keine besseren Quellen zu den Thema ...

Anonym · Answer

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Anonym · Answer

1.- Mann kann Neutronen und Protonen in u- und d-Quarks zerlegen. Es geht also noch kleiner.

Was passiert nun mit der Materie in einem Schwarzen loch??? die Vorstufe zum SChwarzen Loch sind ja Neutronensterne, bei denen Nur noch die Atomkerne vorliegen. Das kann man sich in etwa so vorstellen, als das ein Stern, mit der Masse von 100 unserer Sonnen auf die Größe der Erdkugel zusammenfällt.

Erhöht man die Masse weiter, bildet sich irgentwann ein schwarzes loch. Das Problem, und die "Antwort" auf deine Frage ist, dass Mathematische Rechnungen eigentlich keine Raumzeit "im schwarzen Loch" zulassen. Es hat praktisch gesehen keine Räumliche Ausdehnung und die Zeit steht still. Man kann also mit worten nicht erklären, was mit der Materie passiert und die Mathematische Formeln sind nur schwer zu interpretieren. Unser Gehirn lässt solche Abartigen überlegungen auch kaum zu da es ja nur in unserem momentanen system denken kann.

Man kann es nur versuchen etwas zu veranschaulichen:
Stürzt die Materie "in ein schwarzes loch" so stößt sie noch einen letzten, s.g. "Todesschrei" aus. dabei handelt es sich um einen Gamma-Blitz. Je nach Masse kann der extrem stark sein (s.g. Gamma-Burst) Das Schwarze Loch an sich ist dann ein unendlich kleiner Punkt (keine Räumliche Ausdehnung).
Wie die Materie dort vorligt ist praktisch nicht bekannt.

Man kann auch keine Messungen machen, da keine Signale oder Eigenschaften der Materie das Schwarze Loch verlassen können.
wird wohl immer ein Rätzel bleiben. Ein Schwarzes Loch ist wohl das einzige im Universum, was seine Geheimnisse nicht ausplaudert ;)

holladiria · Answer

Wenn das jemand wüsste!

Ludi · Answer

Also... ein Atom besteht - im klassischen Modell - aus einem Kern (Nukleonen: Protonen + Neutronen) der einen Großteil der Masse ausmacht... außerhalb von diesem Kern kommt ganz lange Zeit gar nichts (Vakuum) und dann kommen die Elektronen, die um den Kern Kreisen...
Der Kern ist also -übertragen auf unser Sonnensystem- die Sonne, die Elektronen sind die Planenten (Erde, Venus, Mars, ...) (Die Sonne macht auch einen Großteil der Masse in unserm System aus).
Nähert sich so ein Atom einem Schwarzem Loch, wird es aufgesogen und komprimiert... heißt, der Zwischenraum zwischen Kern und Elektronen "verschwindet"; dadurch wird das Atom sehr sehr sehr sehr viel kleiner, bei gleichbleibender Masse.

Grüße, Ludwig

Was geschieht mit den Atomen jener Materie, die als Schwarzes Loch komprimiert wird?

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