Aankondiging

Samenvouwen
Nog geen aankondiging momenteel

In een zwart gat kijken

Samenvouwen
Dit onderwerp is gesloten.
X
X
 
  • Filter
  • Tijd
  • Toon
Alles wissen
nieuwe berichten

    In een zwart gat kijken

    Dit is puur theoretisch, maar ik ben benieuwd naar de overige reacties:

    Stel: Je hebt een kolossaal ruimteschip, een ruimtestad met gigantische afmetingen, van enkele tientallen bij tientallen kilometers en miljarden tonnen zwaar.

    Dan heb je een stellair zwart gat van 4 zonnemassa's.

    Stel dat het mogelijk zou zijn om met het ruimteschip een hele korte omloopbaan om het zwarte gat aan te nemen en vervolgens, op misschien maar een paar honderd meter afstand tot de Schwarzschild radius een flinterdun kabeltje naar beneden te gooien met een camara aan het uiteinde. Het kabeltje is gemaakt van het sterkste materiaal wat er maar bestaat. Op het moment dat de camara de Schwarzschild radius doorgaat geeft het ruimteschip "plankgas", om vervolgens de kabel en de camara in z'n geheel uit het zwarte gat te trekken.

    Wat zou er dan gebeuren? Zouden er beelden van binnenuit het zwarte gat naar buiten kunnen worden gestuurd via de kabel?

    Het zwart gat heeft wel een enorm zwaartekrachtveld, maar de vraag is nu kan de zwaartekracht wel vat krijgen op het miniscule kabeltje? Binnen de Schwarzschild radius wordt zelfs licht vastgehouden, maar dat licht gaat niet loodrecht omhoog om vervolgens weer naar beneden te vallen. Licht van de gloeiend hete kern van een zwart gat probeert wel los te komen van het centrum maar wordt omgebogen tot aan de Schwarzschild radius en valt dan weer terug.

    Vandaar de vraag, kan de zwaartekracht vat krijgen op de kabel en wordt deze wellicht gebroken?

    #2
    In theorie maakt het geen verschil of het kabeltje nu dik of dun is. Er zijn wel berichten van hele nauwkeurige zwaartekrachtmetingen die afwijkende uitkomsten gaven voor vallende voorwerpen van verschillende afmetingen en vormen maar dit is nooit door latere experimenten bevestigd.
    Dus laten wij het er maar op houden dat de sterkte van de kabel bepalend is en niet de dikte van de kabel.

    De sterkte van de kabel wordt bepaald door de binding tussen de electronen van de atomen van de stof waarvan de kabel is gemaakt. De vraag is dus of de zwaartekracht ter plekke zwakker is dan deze binding tussen de electronen.
    Een neutronenster is een volume waarbinnen de atomaire ruimte tussen de neutronen geheel ingenomen wordt door opeengepakte neutronen. M.a.w.: een neutronenster is eigenlijk een reusachtige kern van een atoom, alhoewel het niet helemaal zeker is of deze neutronen nu wel of niet nog voor een deel als onderscheidenlijk fenomeen t.o.v. hun omgeving bestaan. Bij een zwart gat is de gravitatie nog extremer en is er geen sprake meer van een toestand die nog enigszins vergelijkbaar is met het inwendige van een atoom.
    Maar... wij hebben het nu al over krachten die groter zijn dan de normale krachten in de kern van een atoom, dus de relatief zwakke binding van de electronen van de atomen waar de kabel uit bestaat, is al lang en breed bezweken.

    Commentaar


      #3
      Die camera is reddeloos verloren. Er is namelijk een hogere snelheid dan c (lichtsnelheid) nodig om die camera weer voorbij de Schwarzschildstraal te krijgen. Dus hoe dik die kabel ook is, het maakt niet uit. De camera is definitief foetsie. Hopelijk geen dure camera

      Commentaar


        #4
        Dit is nog eens een leuk gedachtenexperiment!

        Het maakt natuurlijk niets uit hoe groot het ruimteschip is, hoe dik de kabel, hoe duur de camera, hoe zwaar het zwarte gat, of wat de toestand van de materie is binnenin het zwarte gat.

        Toch eerst even over het laatste: zwarte gaten kunnen, evenals neutronensterren, ontstaan als eindstadium van zware sterren. In welke toestand de materie zich in zulke extreem compacte objecten bevindt, dat is een interessante discussie, echter niet voor dit experiment. Een zwart gat kan ook ontstaan in de kern van een sterrenstelsel, en kan dan bijv. 1 miljoen zonsmassa's zwaar zijn. Die zijn helemaal niet uit n enkele ster ontstaan maar vermoedelijk al vanaf de oertijd in het stelsel aanwezig en hebben al heel wat sterren "verslonden".

        Nu wil ik voorstellen onze waaghals-kapitein niet langs een zwart gat van 4, maar van een miljoen zonsmassa's te sturen (dat evenwel voor dit doel niet in het centrum van de melkweg, maar geheel gesoleerd in de ruimte staat, zodat we geen last hebben van invallende materie). Ook zou ik de kapitein aanraden een zeer nauwkeurig berekende scheervlucht te maken en niet eenst in een lage baan te gaan zitten.

        De reden van deze wijziging is nl. dat je bij superzware zwarte gaten in de buurt van de schwartzschildstraal kunt komen (en zelfs erbinnen!) terwijl je daar relatief weinig van merkt. Bij een kleiner zwart gat word je allang voordat je er in de buurt komt uiteengereten door de getijdekrachten, maar bij een superzware zijn de getijdekrachten helemaal niet zo groot, omdat de afstand tot het centrum (de singulariteit) nog vrij groot is, en het verschil in afstand tussen boven- en onderkant van het schip dus relatief gering. Als onze kapitein een rekenfoutje maakt zal hij merken dat hij toch binnen de straal gekomen is en zich alsnog in een baan om de singulariteit bevindt. Hij moet dan met schaamrood op de kaken zijn bemanning (bevolking?) uitleg gaan geven. Het uitzenden van een noodsignaal heeft uiteraard geen enkel nut!

        OK stel de scheervlucht lukt en de camera wordt uitgehangen. Alle moleculen van het schip, de kabel en de camera hebben bepaalde snelheden, die aanvankelijk alle even groot en parallel aan elkaar zullen zijn. Al die moleculen oefenen ook statische krachten op elkaar uit, die het gevolg zijn van de electrische eigenschappen van de deeltjes. Dat we een kabel van stevig materiaal gekozen hebben betekent dus dat die statische krachten daar groot zijn. Maar niet oneindig groot...

        Laten we de kabel beschouwen als een enkelvoudige reeks moleculen. Het komt dus goed uit dat hij als "flinterdun" is gedefinieerd. Tijdens de fly-by zal voor ieder paar aangrenzende moleculen gelden, dat de onderste een net iets sterkere gravitatie van het zwarte gat ondervindt dan de bovenste. Bovendien ondervindt ieder molecuul zowel onder als boven de bindingskracht van zijn buren. Maar omdat ze nu geen parallelle banen meer beschrijven, worden de afstanden groter, en de bindingskrachten kleiner.

        Waar ik naartoe wilde, is dat ergens in de kabel, vlakbij (maar buiten) de schwartzschildstraal, er een molecuulpaar zal zijn waarvoor de getijdenkracht groter is dan de bindingskracht. In dat geval zal de kabel dus breken. Maar nu ik dit zo schrijf komt er ineens een veel rampzaliger scenario in me op. Ik had immers juist betoogd dat de getijdekrachten helemaal niet zo groot hoeven zijn. Stel dat de kabel wel sterk genoeg is, zou het dan kunnen gebeuren dat de camera het hele ruimteschip meetrekt in zijn onherroepelijke val in het zwarte gat...?

        Tsjonge, ik hoop maar dat onze kapitein goed weet waar hij aan begint...

        Commentaar


          #5
          Je zou schrijver moeten worden Wim Nobel

          Over dat laatste, dat het kabeltje het ruimteschip het zwarte gat in zou trekken, dat lijkt me erg banaal.

          Wordt er dan zoveel trekkracht op het deeltje uitgeoefend dat het zelfs een heel sterrenschip het zwarte gat in kan trekken?

          Een normaal deeltje probeert op eigen kracht (laten we zeggen een foton) uit het zwarte gat te komen.
          Maar nu wordt een deeltje geholpen door een 3e externe kracht.

          Je zou het bijna warp noemen:

          Wat als eigen snelheid van het deeltje + de trekkracht van het te trekken object de zwaartekracht van het zwarte gat overtreft?

          Commentaar


            #6
            Wat ik wil aangeven is dat we de oplossing in de richting van het krachtenspel op de deeltjes moeten zoeken. Ik begon het betoog in de veronderstelling dat uiteindelijk het kabeltje zou breken. Maar ik liep vast in mijn eigen redenering, met als gevolg deze desastreuze, en inderdaad ietwat banale conclusie.

            Nu hoop ik dat iemand een nieuw element in de redenering kan aanbrengen, waardoor we zowel de theorie over zwarte gaten als ons onfortuinlijke ruimteschip kunnen redden.

            Nog een opmerking: in de klassieke mechanica kunnen zwarte gaten voorkomen. Echter, dan zijn snelheden groter dan die van het licht toegelaten en kunnen we de camera er gewoon weer uittrekken. Dus zullen we een relativistische redenering moeten opzetten en dan wordt het een stuk moeilijker met die krachten omdat lorentzcontractie, tijddilatatie en dat soort dingen een rol gaan spelen.

            Commentaar


              #7
              Als je wilt weten hoe het er waarschijnlijk uitziet wanneer je zelf een zwart gat invalt:

              http://casa.colorado.edu/~ajsh/schw.shtml

              Let op, de beelden die iemand ziet nadat hij de waarnemingshorizon is gepasseerd (het zwart gat definitief in is gevallen, zeg maar) zijn niet meer door te geven naar buiten, op welke manier dan ook. Dat neemt niet weg dat iemand die zelf een zwart gat invalt (en wiens einde voor de rest van het heelal onbekend is) nogal interessante dingen te zien kan krijgen. Lees ook de leuke uitleg bij de filmpjes!
              The scientific theory I like best is that the rings of Saturn are composed entirely of lost airline luggage. ~ Mark Russell

              A MacBook user!

              Commentaar


                #8
                Ook een hele mooie site over reizen naar een zwart gat is deze:

                http://hubblesite.org/explore_astronomy/black_holes/

                Kies voor 'Journey to a black hole' en dan rechtsonder op 'begin your voyage'. Je kan dan kiezen uit een reis naar het zwarte gat in het dubbelstersysteem Cygnus X1 of naar het superzware zwart gat in het centrum van het Andromedastelsel. Echt gaaf

                Commentaar


                  #9
                  Het enige wat aan het voorgaande nog ontbreekt, is het besef dat onze kennis van zwarte gaten berust op het extrapoleren van de zwaartekrachtdata uit metingen. Daarbij bedoel ik niet dat zwarte gaten een fictief fenomeen zijn maar wel dat wij onvoldoende kennis hebben van het fenomeen en de interactie tussen het zwaartekrachtveld en het electromagnetisch veld om ons een juiste voorstelling te maken van wat er daadwerkelijk op microscopische schaal gebeurd. En van de grote hedendaagse problemen in de theoretische fysica is deze relatie tussen electromagnetisch veld en zwaartekrachtveld.

                  Commentaar


                    #10
                    Origineel geplaatst door ~Henk~
                    Het enige wat aan het voorgaande nog ontbreekt, is het besef dat onze kennis van zwarte gaten berust op het extrapoleren van de zwaartekrachtdata uit metingen. Daarbij bedoel ik niet dat zwarte gaten een fictief fenomeen zijn maar wel dat wij onvoldoende kennis hebben van het fenomeen en de interactie tussen het zwaartekrachtveld en het electromagnetisch veld om ons een juiste voorstelling te maken van wat er daadwerkelijk op microscopische schaal gebeurd. En van de grote hedendaagse problemen in de theoretische fysica is deze relatie tussen electromagnetisch veld en zwaartekrachtveld.
                    Niet alleen de interactie van zwaartekracht met de electromagnetische kracht is nog onvoldoende bekend. De koppeling met de zwakke en de sterke wisselwerking kent hetzelfde probleem. Het probleem zit 'm daarbij in de zwaartekracht. De link tussen sterke, zwakke wisselwerking en EM is volledig beschreven in het standaardmodel. Maar ondanks die problematiek rondom de zwaartekracht kunnen we toch theoretiseren over het wel en wee van zwarte gaten?

                    Commentaar


                      #11
                      Natuurlijk kan je er over theoretiseren, ik doe zelf mee. Maar simulaties van "de werkelijkheid" binnen of bijna binnen een zwart gat blijven wel een speculatief gehalte houden. Vaak wordt gedacht dat "aanschouwelijke beelden" vanaf een site van een universiteit of onderzoeksinstituut ook volledig waar zijn. Dat is niet altijd het geval. En vandaar mijn voorgaande reactie.

                      Commentaar


                        #12
                        Dat we de huidige ideeen over wat je te zien krijgt bij een zwart gat (nog?) niet kunnen bevestigen met directe waarnemingen lijkt me redelijk duidelijk. Maar wat we tot nu toe wel indirect hebben kunnen zien (stralingsemissie, lichtbuiging, baanmechanica) sluit leuk aan op de theorie. Vooral ook leuk dat enkele van die effecten waren voorspeld voordat ze waargenomen zijn: toch een mooi staaltje denkwerk.

                        Maar zolang we geen directe waarnemingen hebben blijft het sowieso redeneren vanuit onze theorieen, daar is iedereen het wel mee eens denk ik.
                        The scientific theory I like best is that the rings of Saturn are composed entirely of lost airline luggage. ~ Mark Russell

                        A MacBook user!

                        Commentaar

                        Werken...
                        X