Künstliche Schwarze Minilöcher ungefährlich?

Wissenschaft Physik
#1

Liebe wer-weiß-was-Gemeinde,

in Kürze wird es möglich sein, künstliche Schwarze Minilöcher in Teilchenbeschleunigern herzustellen. Die künstlichen Schwarzen Minilöcher werden ca. die Größe eines Elektrons haben. Die Wissenschaftler sind nach meinem Googlen der Meinung, dass dies für uns Menschen ungefährlich ist. Als Grund wird die Hawkingstrahlung genannt, welche bei normalen Schwarzen Löchern ein Verdampfung in Milliarden Jahren voraussagt… jedoch umgerechnet auf Schwarze Minilöcher umgerechnet ein schnelles Verdampfen in einem Bruchteil einer Sekunde voraussagt. Seht bitte dazu die Sites
http://www.mpe.mpg.de/~amueller/astro_sl_teil.html#teil
http://www.einstein-online.info/de/vertiefung/Beschl…
http://www.weltderphysik.de/de/5728.php

Da es vermutlich ab 2008 möglich sein wird, künstliche Schwarze Löcher im Cern (französisch Conseil Européen pour la Recherche Nuckaire (siehe http://de.wikipedia.org/wiki/CERN )) herzustellen, mache ich mir so meine Gedanken, denn alles was möglich ist, wird auch gemacht.
Nur unter der Annahme, dass es tatsächlich die Hawking-Strahlung gibt, wird von Wissenschaftlern die Aussage getroffen, dass die Herstellung von künstlichen Schwarzen Löchern keine Gefahr für unseren Planeten bedeutet. Die Hawking-Strahlung konnte aber wegen ihrer Geringfügigkeit bisher bei vermuteten Schwarzen Löchern im All nicht nachgewiesen werden (und wird es auch innerhalb der nächsten 100 Jahre nicht). Wird das die Wissenschaftler hindern, künstliche Schwarze Löcher herzustellen? Natürlich nicht!

Es werden also Schwarze Löcher 2008 oder spätestens 2010 künstlich hergestellt in der Hoffnung, dass sich Stephen Hawking nicht geirrt hat. Und, wenn doch? Wir reden hier immerhin von Schwarzen Löchern, von deren wahren Gestalt niemand jemals etwas erfahren wird bzw. später davon berichten kann. Wenn es die Hawking-Strahlung nicht geben sollte, dann haben wir nach der Erstellung eines Schwarzen Loches ein Riesenproblem: Entsprechend seiner Natur wird es Materie ansaugen und erst langsam, dann aber immer schneller an Materie und Schwarzschildradius zulegen. Der Rest ist Spekulation. Ich denke, dass es ein paar tausend Jahre quer durch die Erde hin- und herpendelt und irgendwann im Erdmittelpunkt zur Ruhe kommt. Die Auswirkungen wären katastrophal für unsere Erde und ihre Bewohner… den Rest überlass ich Eurer Phantasie.

Warum sollte es die Hawking-Strahlung nicht geben?
Wir wissen nicht, was es innerhalb eines Schwarzen Loches gibt. Theoretisch ist es denkbar, dass es innerhalb eines Ereignishorizontes Gravitationsunterschiede zwischen der Außenseite und dem Mittelpunkt gibt. Tja, und dann funktioniert die Hawking-Strahlung nicht mehr. Die so genannten virtuellen (mich schauderts angesichts dieser fiktiven Annahme) Teilchen würden nach „innen“ drängen und nicht außerhalb des Ereignishorizonts zerstrahlen (?)… wenn überhaupt…
Mir ist klar, dass es viele Kritik geben wird bzgl. dieses Absatzes. Bedenkt bitte, dass ich kein Physiker oder Mathematiker bin.

Meine generelle Sorge bzgl. unserer Unkenntnis über Schwarze Löcher ist doch aber nicht unbegründet, oder?

Daher hier meine Frage an Euch: Ist die Erstellung künstlicher Schwarzer Minilöcher in Teilchenbeschleunigern ungefährlich oder nicht?

Viele Grüße

Stefan

#2

Hallo,
das ist ein interessantes Thema.
Was mich noch interessieren würde ist die Tatsache, dass man über das ander Teilchen, dass nicht hinter den Ereignishorizont fällt, immer liest, dass es entkommt.
Woher kommt aber diese große Energie des Teilchens, sodass es sozusagen den Impuls und die Fluchtgeschwindigkeit bekommt, so kurz vor dem Schwarzen Loch, doch noch zu entkommen?
Ab dem Schwarzschildradius bräuchte man unendlich viel Energie um zu entkommen. Also müsste das Teilchen, das entkommt, fast Lichtgeschwindigkeit haben.
Woher kommt aber die Energie und der gerichtete Impuls?

#3

Hallo Stefan,

Meine generelle Sorge bzgl. unserer Unkenntnis über Schwarze
Löcher ist doch aber nicht unbegründet, oder?

Daher hier meine Frage an Euch: Ist die Erstellung künstlicher
Schwarzer Minilöcher in Teilchenbeschleunigern ungefährlich
oder nicht?

Wenn es klappt, erzeugt die Natur schon seit Ewigkeiten solche Schwarze Minilöcher im grösseren Rahmen. Da dies z.B. in unserer Atmosphäre stattfindet wären wir jetzt gar nicht hier, wenn du recht hättest.

Die kosmische Strahlung ist wesentlich Energiereicher als ein irdischer Teilchenbeschleuniger.

MfG Peter(TOO)

#4

HI Stefan,

denn alles was möglich ist, wird auch gemacht.

Nein. Nur wenige Dinge, die möglich sind, werden auch tatsächlich gemacht. Schon mal was von Geld und Ressourcen gehört?

Es werden also Schwarze Löcher 2008 oder spätestens 2010
künstlich hergestellt

Hast du wirklich gute Quellen oder ist das nur eine reine Vermutung von dir? Es wird seit vielen Jahren versprochen, es käme ein nutzbarer Fusionsreaktor. Haben wir ihn?

Gruß Ulrich

Das ist keine Lüge sondern eine sachzwangreduzierte Ehrlichkeit. (Dieter Hildebrandt)

#5

Was mich noch interessieren würde ist die Tatsache, dass man
über das ander Teilchen, dass nicht hinter den
Ereignishorizont fällt, immer liest, dass es entkommt.

Das ist so nicht richtig. Rein throretisch könnten Teilchen zwar entkommen, weil ihre Energie statistisch verteilt ist und deshalb auch welche dabei sein könnten, die Fluchtgeschwindigkeit erreichen, aber das ist beliebig unwahrscheinlich.

Tatsächlich passiert folgendes: Bei der Paarbildung entsteht jeweils ein Teilchen und ein Antiteilchen. Welches davon außerhalb des Ereignishorizontes liegt, bleibt dem Zufall überlassen. Außerhalb des Ereignishorizontes entstehen also Materie und Antimaterie zu gleichen Teilen und die annihilieren sich gegenseitig zu Gammastrahlung, welche dem schwarzen Loch entkommen kann.

#6

Der Rest ist
Spekulation. Ich denke, dass es ein paar tausend Jahre quer
durch die Erde hin- und herpendelt und irgendwann im
Erdmittelpunkt zur Ruhe kommt.

Das ist in der Tat Spekulation, oder hast Du ausgerechnet, wie schnell so ein Loch in der Erde wächst?

#7

Hallo Dr. Stupid,

vielen Dank für deine erläuternden Ausführungen. Ich möchte ja die Hawking-Strahlung nicht als abwegig hintun, sondern nur anmerken, dass die theoretische Chance besteht, dass wir das Wesen eines Schwarzen Loches noch nicht vollständig verstanden haben. Und aus Gründen, die bisher noch nicht bekannt sind, könnte es doch möglich sein, dass eine Hawking-Strahlung nicht besteht.

Viele Grüße

Stefan

#8

Hallo Tim,

über dein Argument habe ich bisher noch nicht nachgedacht und bin dankbar für die Anregung. Doch wie du sicher gelesen hat, sorgt Dr.Stupid dafür, dass ein bisschen Struktur in die Disskussion kommt.
Jedenfalls vielen Dank für die Antwort.

Viele Grüße

Stefan

#9

Hallo Peter,

dieses Argument ist mir neu. Ich habe versucht, darüber was im Internet zu finden, aber die Suche blieb erfolglos. Aber das wäre ja echt der Hammer, wenn bekannt wird, dass sich in unserer Athmusphäre dauernd Schwarze Löcher bilden und wieder vergehen. Müsste es nicht interessant sein, diesen Umstand irgendwie nachzuweisen? Ich bin echt gespannt, was uns die Wissenschaft in den folgenden Jahrzehnten noch bietet.

Viele Grüße

Stefan

#10

Hallo Ulrich,

die Verlässlichkeit meiner Quellen kann ich nur mutmaßen. Da ich keinen Physiker persönlich kenne, ist das Internet bzgl. meiner gestellten Fragen die einzige Quelle. Ich führe mal ein paar Beispiele an:
http://www.dradio.de/dlf/sendungen/forschak/587863/
http://www.weltderphysik.de/de/351.php
http://katja89.zweipage.de/gfs_physik_26197144.html

Viele Grüße

Stefan

#11

Hallo Dr. Stupid,

ich kann den Zuwachs eines Schwarzen Loches nicht berechnen. Wie so oft ist wohl auch bei diesem Thema Unwiisenheit der Grund der Angst.
Kannst du das denn berechnen? Wenn ja, dann würde ich mich über das Ergebnis an dieser Stelle sehr freuen.

Viele Grüße

Stefan

#12

Wer lesen kann ist echt im Vorteil
Hallo Stefan,

dieses Argument ist mir neu. Ich habe versucht, darüber was im
Internet zu finden, aber die Suche blieb erfolglos.

http://www.mpe.mpg.de/~amueller/astro_sl_teil.html#teil
Kapitel: „Gefahr durch Mini-Löcher?“, letzter Abschnitt.

Der Link zu diesem Text, stammt aus deinem Posting :wink:)

Dieses Argument kannte ich aber schon vorher.

MfG Peter(TOO)

#13

ich kann den Zuwachs eines Schwarzen Loches nicht berechnen.
Wie so oft ist wohl auch bei diesem Thema Unwiisenheit der
Grund der Angst.
Kannst du das denn berechnen? Wenn ja, dann würde ich mich
über das Ergebnis an dieser Stelle sehr freuen.

Berechnen kann ich es nicht, aber ich kann es zumindest grob abschätzen:

Nehmen wir mal ein schwarzes Loch mit einer Lebensdauer von 10-24 Sekunden. Das ist ja ungefähr die Dimension um die es hier geht. Das hätte eine Masse von 1,6 Gramm und einen Schwarzschildradius von 1,5·10-27 Metern. Wenn ich jetzt davon ausgehe, dass das Loch alles konsumiert, was sich innerhalb von 150% des Schwarzschildrasius befindet (das ist der Bereich, in dem es keine stabilen Bahnen gibt), dann ergibt das einen Wirkungsquerschnitt von 1,6·10-53 m².

Um jetzt abzuschätzen, was das für die Akkretionsrate bedeutet, vergleiche ist das mal mit Sonnenneutrinos. Die haben einen Wirkungsquerschnitt von 10-49 m² und treffen bei der Durchquerung der Erde mit einer Wahrscheinlichkeit von 10-11 auf ein Teilchen. Wenn die Trefferwahrscheinlichkeit proportional zum Wirkungsquerschnitt ist, würden die Mini-Löcher im Durchnitt bei 6·1014 Erddruchquerungen einmal auf ein Teilchen treffen. Da jede Erddurchquerung ungefähr eine halbe Stunde dauert, wäre das ein Treffer alle 36 Mrd. Jahre.

Da kann ich mir die Frage ersparen, wie viel Masse das Loch bei einem solchen Zusammenstoß aufnimmt. Das gesamte Teilchen kann es sich ja schon deshalb nicht einverleiben, weil es viel kleiner ist als alle bekannten Elementarteilchen. Dazu kommt dann noch, dass ein erheblicher Teil des aggregierten Masse als Synchrotronstrahlung entweicht.

Also selbst wenn ich mich um ein paar Größenordnungen verschätzt haben sollte, sehe ich keinen Grund zur Beunruhigung. Wenn mich jemand davon überzeugen will, dass es da ein Risiko gibt, dann muß er mir eine bessere Rechnung vorlegen.

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Gefahr durch CERN-Teilchenbeschleuniger?!
#14

Hallo Peter,

frag mich nicht warum, aber ich habe das einfach überlesen. Muss das Alter sein.
Aber, meine ursprünglichen Fragen sind nicht beantwortet. Denn es geht mir ja darum, was passiert, wenn es die Hawking-Strahlung eben nicht gibt. Kann doch sein, denn nachgewiesen wurde sie bisher nicht. Und wenn es sie nicht geben sollte aus Gründen, die wir nicht kennen können, weil wir nicht alles über Schwarze Löcher wissen, dann hätten wir doch ein Problem, oder?

Viele Grüße

Stefan

#15

Hallo Dr. Stupid,

als Nichtphysiker kann ich mich bei deinen Ausführungen nur an dem Ergebnis erfreuen. Du hast dir sehr viel Mühe gemacht bei der Beantwortung deiner Frage. Dafür er einmal ein großes Dankeschön!!!
Jetzt kann ich mich auch darüber freuen, wenn im Cern die ersten Experimente bzgl. künstlicher Schwarzer Minilöcher anlaufen.

Viele Grüße

Stefan

P.S.: habe deiner Antwort ein Sternchen gegeben

#16

Hallo Stefan,

frag mich nicht warum, aber ich habe das einfach überlesen.
Muss das Alter sein.

Wenn es am Alter liegt, hätte ich das ja gar nicht finden können :wink:

Also mal kurz die Fakten:
Die Natur hat seit über 4Mrd Jahren eine Beschleuniger vor unserer Haustüre im Dauerbetrieb, welcher alles was wir an Beschleuniger-Leistung hinbekommen werden, weit in den Schatten stellt.
Damit wird seit dieser Zeit unsere Atmosphäre tagtäglich beschossen.

Aber, meine ursprünglichen Fragen sind nicht beantwortet. Denn
es geht mir ja darum, was passiert, wenn es die
Hawking-Strahlung eben nicht gibt. Kann doch sein, denn
nachgewiesen wurde sie bisher nicht. Und wenn es sie nicht
geben sollte aus Gründen, die wir nicht kennen können, weil
wir nicht alles über Schwarze Löcher wissen, dann hätten wir
doch ein Problem, oder?

  1. Dass bei der Beschleuniger-Leistung des CERN überhaupt diese Schwarzen Minilöcher entstehen ist bis jetzt reine Theorie.

  2. Wenn die Theorie stimmt, erzeugt die Natur schon seit über 4Mrd Jahren solche Schwarzen Minilöcher in den oberen Schichten unserer Atmosphäre.

  3. Wenn wir jetzt mal, völlig aus der Luft gegriffen, mit nur einem erzeugten Miniloch pro Stunde rechnen, hätten sich sich schon eine ganze Menge dieser Minilöcher angesammelt und wir hätten wohl ein echtes Problem damit (Die genaue Zahl kann sich der geneigte Leser selbst ausrechnen).

  4. Daraus ergibt sich, dass diese Minilöcher keine Gefahr darstellen können, selbst wenn das CERN noch einige 1’000 zusätzlich herstellen würde. Entweder reagieren diese nicht mit der Umwelt oder sie müssen sich irgendwie wieder auflösen. In letzterem Fall stellt sich die Frage ob Herr Hawking mit seiner Theorie recht hat oder ob da ein ganz anderer Mechanismus wirkt.

Wenn sich die Schwarzen Minilöcher im CERN nicht herstellen lassen, bedeutet dies, dass die diesbezüglichen Theorien fehlerhaft sind, wir also unser physikalisches Weltbild überarbeiten müssen.
Wenn es klappt, ist damit die herrschende Theorie weiter bestätigt und man kann dann auch beweisen ob Hawking recht hat, oder ob das ganz anders funktioniert.

MfG Peter(TOO)

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#17

Außerhalb des Ereignishorizontes entstehen also
Materie und Antimaterie zu gleichen Teilen und die
annihilieren sich gegenseitig zu Gammastrahlung, welche dem
schwarzen Loch entkommen kann.

Und woher stammt diese Energie?
Aus dem Gravitationsfeld des Schwarzen Lochs?
Kann denn allein das Vorhandensein eines Gravitationsfelds eine Paarbildung bewirken?
Oder gibt es da (noch) andere Mechanismen?

#18

Hallo Peter,

ja, deine Logik ist zwimgend. Vielen Dank für die ausführliche Antwort (sie hat auch ein Sternchen bekommen).
Dann warten wir am besten mal ab, was passiert. Bin schon sehr gespannt darauf!

Bis dann

Stefan

#19

Außerhalb des Ereignishorizontes entstehen also
Materie und Antimaterie zu gleichen Teilen und die
annihilieren sich gegenseitig zu Gammastrahlung, welche dem
schwarzen Loch entkommen kann.

Und woher stammt diese Energie?

Aus den Quantenfluktuationen.

Kann denn allein das Vorhandensein eines Gravitationsfelds
eine Paarbildung bewirken?

Nein. Dazu braucht man einen Ereignishorizont.

#20

Außerhalb des Ereignishorizontes entstehen also
Materie und Antimaterie zu gleichen Teilen und die
annihilieren sich gegenseitig zu Gammastrahlung, welche dem
schwarzen Loch entkommen kann.

Und woher stammt diese Energie?

Aus den Quantenfluktuationen.

Gut. Und wem wird diese Energie entzogen, die sich hier als Photon davonmacht?
Ist das dann Energie, die das Schwarze Loch verliert? Ist das dann die
Hawking-Strahlung?

Kann denn allein das Vorhandensein eines Gravitationsfelds
eine Paarbildung bewirken?

Nein. Dazu braucht man einen Ereignishorizont.

Ich war bisher der Meinung, dass solche Quantenfluktuationen - die sich exakt am Ereignishorizont ereignen - dazu führen, dass eines der erzeugten Teilchen (sozusagen innerhalb erzeugt) in das Schwarze Loch fällt, während das andere (außerhalb erzeugt) entkommen kann. Damit wird Energie - die anscheinend dem Schwarzen Loch entzogen wird - in Form von Materie abgestrahlt, und das habe ich bisher als Hawking-Strahlung verstanden.
Ist das falsch?