Warum haben Schwarze Löcher positive Energie?

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Wie könnte Hawking zu dem Schluss kommen, dass [...] und Schwarze Löcher positive Energie haben . Deshalb ist der leere Raum stabil. Körper wie Sterne oder Schwarze Löcher können nicht einfach aus dem Nichts erscheinen. Aber ein ganzes Universum kann. "? Es würde für mich Sinn machen, wenn ein Schwarzes Loch negative Energie hat.

Zitat aus dem Buch The Grand Design , Seite 180:

Wenn die Gesamtenergie des Universums immer Null bleiben muss und es Energie kostet, einen Körper zu erschaffen, wie kann dann ein ganzes Universum aus dem Nichts erschaffen werden? Deshalb muss es ein Gesetz wie die Schwerkraft geben. Weil die Schwerkraft attraktiv ist, ist die Gravitationsenergie negativ: Man muss arbeiten, um ein gravitationsgebundenes System wie Erde und Mond zu trennen. Diese negative Energie kann die positive Energie ausgleichen, die zur Erzeugung von Materie benötigt wird, aber es ist nicht ganz so einfach. Die negative Gravitationsenergie der Erde beträgt beispielsweise weniger als ein Milliardstel der positiven Energie der Materieteilchen, aus denen die Erde besteht. Ein Körper wie ein Stern hat mehr negative Gravitationsenergie und je kleiner er ist (je näher die verschiedenen Teile voneinander sind), desto größer ist diese negative Gravitationsenergie. Aber bevor es größer werden kann als die positive Energie der Materie, wird der Stern zu einem Schwarzen Loch zusammenbrechen und Schwarze Löcher haben positive Energie. Deshalb ist der leere Raum stabil. Körper wie Sterne oder Schwarze Löcher können nicht einfach aus dem Nichts erscheinen. Aber ein ganzes Universum kann.

black-hole gravity lu Yuan
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Antworten:

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Um dies zu verstehen, muss man verstehen, was es bedeutet, negative oder positive Energie zu haben.

Nach dem Beispiel des Textes ist die Anziehungskraft von Erde und Mond ein System mit negativer Energie. Dies liegt daran, dass ein Energieeintrag erforderlich ist , um das System rückgängig zu machen. Man muss Energie aufbringen, um sie zu trennen, und benötigt daher Energie in das System, um es auseinanderzubrechen.

E.=mc2

Das Schwarze Loch besteht, ähnlich wie die Erde, einfach aus Materie (wenn auch in einer unbekannten Form in der Singularität) und kann als solche Energie aus dieser Materie extrahiert werden, was es zu einem System mit positiver Energie macht.

Zephyr
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Danke für deine Antwort. Ist die negative Gravitationsenergie des Schwarzen Lochs größer als die positive Energie der Materieteilchen, aus denen das Schwarze Loch besteht? Wenn nicht, wie könnte die Energie des Universums Null bleiben?
Lu Yuan
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@luyuan Ich bin nicht sicher, ob es eine Antwort auf diese Frage gibt. Das Problem ist, dass es äußerst kompliziert ist, die gesamte negative Gravitationsenergie des Schwarzen Lochs zu berechnen. Da die Schwerkraft eine unbegrenzte Reichweite hat, befindet sich jedes Objekt im Universum innerhalb des Gravitationsfeldes eines bestimmten Schwarzen Lochs und trägt somit zur negativen Energie bei. Ganz zu schweigen davon, dass das Schwarze Loch selbst eine negative Gravitationsenergie aufweist, die Sie möglicherweise durch Eingabe von Energie zur Dekonstruktion des Schwarzen Lochs negieren könnten. Aber wie bricht man ein Schwarzes Loch zusammen? Ist es überhaupt möglich?
Zephyr
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Der Grund liegt im positiven Energiesatz in GR. Siehe für eine kurze qualitative Darstellung Wikipedia.

Es ist wahrscheinlich etwas zu weit fortgeschritten, um es in 'The Grand Design' zu erklären.

John
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