Die häufigsten Missverständnisse in der Populärphysik

Irgendwo in einem alternativen Universum, basierend auf MWI , wurde ich ein Genie in der Physik. Aber in unserem Universum habe ich gerade Fachpublikationen in Physik gelesen und versucht, mich auf dem Laufenden zu halten, während ich als Pizzabote wie DBA arbeitete. Aufgrund einer etwas tieferen Kenntnis des Themas ist es mir fast unmöglich, den Discovery-Kanal und andere beliebte TV-Shows sowie die YouTube-Videos anzusehen. Ich sehe nichts als Vereinfachungen, Lügen und Halbwahrheiten und kann die Shows nicht genießen.

Ich beschloss, eine Liste der beliebtesten Missverständnisse zusammenzustellen. Und der Gewinner ist ... oder natürlich dieser:

Der Urknall

Normalerweise ist es so abgebildet:



Auf dieses Bild folgt normalerweise ein Satz: "Als das Universum die Größe eines Atoms hatte ..." Hier fehlt ein sehr wichtiges Wort: "Als das sichtbare Universum die Größe eines Atoms hatte". Das sichtbare Universum ist ein Bereich, der seit dem Moment t = 0 (halb) vom Licht durchquert werden kann. Mit anderen Worten, es ist eine Kugel mit den Grenzen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnt (sogar noch schneller). Natürlich gibt es unendlich viele solcher Sphären mit unterschiedlichen Zentren.

Noch mehr, wenn ein Universum jetzt räumlich unendlich ist, war es von Anfang an räumlich unendlich (aber hier gibt es einige Kleingedruckte). Unendlich und homogen. Und dieses Bild (und natürlich Videos mit der Explosion) hat nichts mit dem Urknall zu tun. Es gibt keinen Punkt, an dem die Explosion stattgefunden hat und das Material in die umgebende Leere geworfen hat. Je mehr wir in die Vergangenheit gehen, näher am Urknall, desto homogener war das Universum zu dieser Zeit.

Übrigens ist die Theorie des Urknalls KEINE Theorie über den Urknall (t = 0). Es ist eine Theorie darüber, was nach dem Urknall passiert war (t> 0). Diese Theorie beantwortet nicht die Frage nach dem Ursprung. Und selbst der Name, der „Urknall“, sollte ursprünglich abwertend sein , aber der Name war so gut geprägt, dass wir uns jetzt alle daran gewöhnt haben.

Schwarze Löcher

Dies ist wahrscheinlich die Hauptursache für die falschen Vorstellungen. Beginnen wir mit dem Film „Interstellar“:



Wenn Sie also eine so extreme Zeitdilatation haben, sollte ein Planet bei etwa 0,003% des Schwarzschild-Radius schweben. Und basierend darauf, wie wir das Schwarze Loch beobachten:



Der Planet befindet sich mindestens 10 Rs vom Ereignishorizont entfernt. Lassen Sie uns nicht einmal darüber sprechen, dass ein solcher Planet aus mehreren offensichtlichen Gründen definitiv der schlechteste Kandidat für einen lebensfreundlichen Planeten ist. Natürlich ist es ein Film, und wenn wir ihn uns ansehen, machen wir eine „Aufhebung des Unglaubens“, wie wir es tun, wenn wir uns die Star Wars ansehen. Wir beurteilen die Star Wars nicht nach Explosionen im Vakuum. Aber die Star Wars hatten nie vorgetäuscht, wissenschaftlich korrekt zu sein, während das "Interstellar" -Team kühne Behauptungen aufstellte, das Szenario sei von den Wissenschaftlern verifiziert und genehmigt worden.

Und um den Fall des „Interstellaren“ zu schließen, der auf unseren aktuellen Modellen der Schwarzen Löcher basiert, gibt es in ihnen keine Bibliothek.

Die Zeitdilatation in Schwarzen Löchern ist unendlich

Dies ist ein interessanter Fall einer halben Wahrheit, gefolgt von falschen Schlussfolgerungen. Alles beginnt mit einer korrekten Aussage, dass die Zeitdilatation bis unendlich geht, wenn sich ein schwebender Beobachter dem Ereignishorizont nähert. Das ist wahr. Die folgenden Schlussfolgerungen sind jedoch falsch:

• Für einen Beobachter, der in ein Schwarzes Loch fällt, ist die Zeitdilatation unendlich
• Daher würde er die ferne Zukunft des äußeren Universums sehen und die Welt draußen würde für ihn beschleunigt aussehen.
• Fallende Beobachter werden in der Nähe des Horizonts „eingefroren“ - weil die Zeit für sie aufgrund der extremen Zeitdilatation ebenfalls eingefroren ist
• Man kann in ein Schwarzes Loch springen, um diese „gefrorenen“ Beobachter zu erreichen, egal wie viel Zeit vergangen ist
• Darüber hinaus würden fallende Beobachter niemals den Ereignishorizont überschreiten, da dies unendlich lange dauern würde
• Da nichts in ein Schwarzes Loch fallen kann, können wir daraus schließen, dass sich überhaupt keine Schwarzen Löcher bilden können - es dauert unendlich lange, bis die Materie zusammenbricht.

Alle diese Schlussfolgerungen werden aus der allerersten in dieser Liste abgeleitet, was falsch ist. Intuitiv klingt es jedoch so offensichtlich, dass es zu Beginn des 20. Jahrhunderts viele Wissenschaftler verwirrte. Wir haben also eine Folge von Punkten, die immer näher am Horizont schweben, und die Zeitdilatation geht gegen unendlich, wenn wir uns ihr nähern, und wenn Sie auf ein Schwarzes Loch fallen, kreuzt Ihre Flugbahn alle diese Punkte, geht auch Ihre Zeitdilatation zu Unendlichkeit! Richtig? Nein, nein.

Die Zeitdilatation ist eine Eigenschaft einer Flugbahn , kein Punkt im Raum . Was also für einen schwebenden Beobachter (mit einer Weltlinie parallel zum Horizont) gilt, gilt nicht für einen fallenden Beobachter. Selbst Einstein selbst konnte aufgrund der Unendlichkeiten am Horizont keine vollständige Lösung der Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie finden, die nicht nur das Volumen außerhalb des Horizonts, sondern auch das Innere abdeckten. Der Fortschritt wurde mit einem mathematischen Trick gemacht, um zu verschiedenen Koordinaten zu wechseln. Intuitiv basierte es auf der Idee, einen „Regen“ zu verwenden, der frei in ein Schwarzes Loch fällt. Es gibt viele Koordinatensysteme, die das Problem mit der Unendlichkeit am Horizont vermeiden.

Darüber hinaus wurde anhand der Analyse klar, was jetzt als „No Drama“ bezeichnet wird - für einen frei fallenden Beobachter passiert am Ereignishorizont nichts Besonderes, keine störende Musik, keine grünen Blitze, keine Funken von der Ausrüstung.

Weitere Informationen zu diesen Koordinatensystemen erhalten Sie bei den Eddington-Finkelstein-Koordinaten


Dieses Koordinatensystem ist nützlich, da Sie die meisten Fragen buchstäblich beantworten können, indem Sie einige Linien in dieses Diagramm zeichnen und Ihren Finger darüber bewegen. Zurück zu unserer Liste der Missverständnisse:

• Der frei fallende Beobachter erreicht sehr schnell den Ereignishorizont und dann die zentrale Singularität (er fällt fast mit Lichtgeschwindigkeit). Wenn er in der Nähe des Ereignishorizonts (aber immer noch darüber) seine Meinung ändert und die Motoren in den Rückwärtsgang versetzt , würde er durch die enorme Schwerkraft zum Absturz gebracht, und es würde sehr lange dauern, bis er zurückkommt, und auf dem Rückweg würde er sich ansammeln enorme Zeitdilatation.
• Wenn der frei fallende Beobachter auf das Universum zurückblickt, das er verlassen hat, wird es für ihn verlangsamt und das Lichtspektrum wird rot verschoben. Die Außenwelt ist immer noch sichtbar, auch wenn er sich tief im Schwarzen Loch befindet, aber die Sicht ist in einem kleinen Winkel zusammengedrückt.
• "Einfrieren am Horizont" ist nichts anderes als ein optischer Effekt
• Man kann versuchen, ein selbstmörderisches Raumschiff einzuholen, das vor langer Zeit beschlossen hat, in das Schwarze Loch einzutauchen, aber wenn man sich dem Horizont nähert, „friert“ das erste Schiff auf und man findet es nicht in der Nähe des Horizonts. Wenn Sie einen Beobachter fragen, der nahe am Horizont schwebt, werden Sie (sehr zeitlich erweitert) darüber informiert, dass das erste Raumschiff „vor langer Zeit“ den Horizont überquert hat, wenn der schwebende Beobachter sich seiner eigenen Zeitdilatation bewusst ist. Basierend auf seiner eigenen Uhr könnte dieses Zeitintervall ziemlich kurz sein.
• Es dauert unendlich lange, bis sich ein Schwarzes Loch bildet - es macht auch keinen Sinn.

Gezeitenkräfte zerreißen alles in der Nähe eines Schwarzen Lochs

Basierend auf Berechnungen (wir brauchen immer noch Freiwillige, um den Elastizitätsmodul eines menschlichen Körpers zu testen) wird der menschliche Körper im Bruchteil einer Sekunde auseinandergerissen, bevor eine Singularität erreicht wird. In Bezug auf den Raum geschieht es einige tausend Kilometer von der Singularität entfernt. Für ein Schwarzes Loch in Sterngröße (20-30 km) wird der arme Astronaut weit über dem Ereignishorizont auseinandergerissen.

Auf der anderen Seite gibt es supermassereiche Schwarze Löcher mit einem Gewicht von Milliarden Sonnenmassen und einem Radius von etwa der Größe der Uranus-Umlaufbahn. In solchen schwarzen Löchern haben Sie Stunden von dem Moment an, in dem Sie den Ereignishorizont überqueren, bis zu dem Moment, in dem Sie sterben. In der Tat können Sie in solche schwarzen Löcher fallen, auch ohne es zu bemerken.

Um ein Schwarzes Loch zu bekommen, müssen Sie eine Materie auf extreme Dichte drücken

Auch hier mag es zutreffen, aber nur für kleine schwarze Löcher in Sterngröße. Der Radius des Ereignishorizonts ist proportional zur Masse eines Körpers. Und das ist ziemlich überraschend, denn man könnte etwas anderes erwarten: Für den Körper mit konstanter Dichte ist die Masse proportional zum Würfel des Radius.

Der Gravitationsradius unserer Erde beträgt weniger als 1 Zentimeter. Wenn wir den Erdradius um den Faktor 10 erhöhen (bei gleichbleibender Dichte), wäre eine solche Supererde 1000-mal schwerer. Der Gravitationsradius würde um 1000 wachsen und das Volumen im Inneren würde sich um das 1 Milliarde (!!!) Mal erhöhen. Jetzt müssen Sie 1000-mal mehr Materie in 1000.000.000 größere Volumina stecken, also müssen wir sie 1 Million-mal weniger komprimieren.

Wenn wir also die Größe eines Körpers vergrößern, gelangen wir immer zu einem Punkt, an dem der Gravitationsradius den realen einholt. Daher können wir aus jedem Material ein Schwarzes Loch machen, ohne es zu komprimieren - aus Wasser, Gas oder sogar interstellarem Gas, das das Universum füllt. Bei einer durchschnittlichen Dichte unseres Universums beträgt der Gravitationsradius etwa 10 Milliarden Lichtjahre.

Dies ist übrigens ein Grund, warum keine statischen Lösungen des Universums in der Allgemeinen Relativitätstheorie möglich sind - jedes statische Universum, das groß genug ist, würde ein Schwarzes Loch werden. Für unser Universum ist dies jedoch nicht der Fall, da es sich ausdehnt und die Dynamik in der Allgemeinen Relativitätstheorie zählt.

Fortsetzung folgt ...