Zwarte gaten en het graviton

[Wokke]

Het graviton is de hypothetische massaloze krachtdrager van de gravitatiekracht. Het werd nog nooit waargenomen en is al een tijd lang één van de grote streefdoelen van de wetenschap. De golfrepresentatie van het bewegend graviton kan bekeken worden als krommingen van de ruimtetijd.

Zwarte gaten zijn onnoemelijk zware en dichte objecten. Algemeen wordt aanvaard dat zij de ruimtetijd zo sterk krommen dat de geodeten, de kortste weg van de ene plek naar de andere, gesloten curves worden. Met andere woorden: alle vrije deeltjes, ook licht, kunnen niet ontsnappen aan het zwarte gat aangezien alle vrije deeltjes steeds deze geodeten volgen.

Nu is een graviton eveneens een vrij deeltje. Dit dient dus eveneens de geodeten te volgen. Hierin zit echter een potentiële paradox verscholen. Immers: de kromming van de ruimtetijd wordt veroorzaakt door de beweging van de gravitonen die vanuit het zwarte gat komen. Deze kromming is zo sterk dat de geodeten gesloten zijn. Maar tegelijkertijd moeten de gravitonen deze geodeten volgen. Hoe kunnen zij dan zelf nog van het zwarte gat ontsnappen om een aantrekking te veroorzaken bij andere objecten (maw de ruimtetijd rondom het zwarte gat te krommen)?

In snaartheorie is dit probleem niet aanwezig omdat gravitonen er niet gebonden zijn aan onze ruimtetijd en dus niet langs de geodeten moeten bewegen.

[ZVdP]

Verplaatst naar Natuurkunde

Ik ben geen expert, maar het zit volgens mij zo:

Gravitonen, eveneens als fotonen beschrijft een perturbatie (golf) van het betreffende veld. Deze zullen inderdaad nooit uit een zwart gat kunnen komen.

Maar de statische velden worden in quantummechanica beschreven door virtuele gravitonen of fotonen. En deze volgen een aantal andere regels dan we gewoon zijn.

Zo kan een zwart gat bijvoorbeeld ook gewoon een lading en elektrisch veld hebben, ook al kan er geen enkel reëel foton uit het zwart gat ontsnappen.

Om volledig zeker te zijn, is er natuurlijk eerst een kwantum beschrijving van de zwaartekracht nodig.

[thermo1945]

Gravitonen hebben geen massa en worden dus niet aangetrokken.

[ZVdP]

Gravitonen hebben geen massa en worden dus niet aangetrokken.

De conclusie is niet correct. Anders zouden fotonen ook niet afgebogen worden.

Gravitonen hebben energie en impuls en dat is voldoende.

[thermo1945]

De conclusie is niet correct. Anders zouden fotonen ook niet afgebogen worden.

Gravitonen hebben energie en impuls en dat is voldoende.

Het graviton wordt niet aangetrokken, hij volgt een geodeet.

Hier lopen twee beschrijvingen van de gravitatie - die elkaar niet velen - dwars door elkaar heen.

[Wokke]

Het graviton wordt niet aangetrokken, hij volgt een geodeet.

Hier lopen twee beschrijvingen van de gravitatie - die elkaar niet velen - dwars door elkaar heen.

Het graviton volgt inderdaad een geodeet zoals alle vrije deeltjes in de ruimtetijd. Echter in de nabijheid van een zwart gat zijn de geodeten gesloten lussen. Vandaar de schijnbare paradox: de 'deeltjes' die door de ruimtetijd te krommen ervoor moeten zorgen dat de geodeten gesloten curven zijn, volgen net die gesloten curven en kunnen dus zelf niet ontsnappen om voor de kromming te zorgen.

De uitleg van ZVdP lijkt een degelijke verklaring, al vraag ik me dan af wat je precies bedoelt met virtuele gravitonen en fotonen. Doel je op het feit dat door de vacuümenergie geregeld deeltjes spontaan materialiseren om korte tijd later weer te verdwijnen? (dit is wat ik me als virtuele deeltjes meen te herinneren)

Die kwantumbeschrijving van de zwaartekracht lijkt me inderdaad ook absoluut nodig om zwarte gaten éénduidig en volledig te kunnen beginnen te beschrijven.

[Rudeoffline]

De vraag "volgt een graviton een geodeet" is nogal lastig, aangezien kwantisatie in bv snaartheorie in de Minkowski ruimtetijd wordt gedaan en een gekromde ruimtetijd als coherente toestand van gravitonen gezien kan worden (middels het inzetten van vertexoperatoren).

[Wokke]

De vraag "volgt een graviton een geodeet" is nogal lastig, aangezien kwantisatie in bv snaartheorie in de Minkowski ruimtetijd wordt gedaan en een gekromde ruimtetijd als coherente toestand van gravitonen gezien kan worden (middels het inzetten van vertexoperatoren).

Interessante opmerking. Ik ben wel enigszins verbaasd dat je de Minkowski metriek op deze manier vermeldt. Wordt die dan niet algemeen aanvaard en gebruikt in zowat alle theorieën tegenwoordig? (niet dat ik een uitgebreide kennis heb van zo gigantisch veel moderne theorieën).

Wat bedoel je precies met de 'coherente toestand van gravitonen'? Vertexoperatoren zijn namelijk helemaal duister voor mij (en wikipedia helpt ook al niet veel, daarvoor is m'n wiskundige kennis helaas (nog) niet uitgebreid genoeg).

[vlaaing peerd]

Het graviton volgt inderdaad een geodeet zoals alle vrije deeltjes in de ruimtetijd. Echter in de nabijheid van een zwart gat zijn de geodeten gesloten lussen. Vandaar de schijnbare paradox: de 'deeltjes' die door de ruimtetijd te krommen ervoor moeten zorgen dat de geodeten gesloten curven zijn, volgen net die gesloten curven en kunnen dus zelf niet ontsnappen om voor de kromming te zorgen.

@Wokke,

Ik dacht altijd dat een zwart gat een "pinch hole" in ruimte tijd was, niet een lus. Daar ik redelijk leek ben op dit gebied heb ik geprobeerd een visuele afbeelding te vinden van die lus, maar vind intussen alleen maar pinch holes. Weet jij wat lees- en kijkmateriaal die dit duidelijk maakt?

Als we het er toch over hebben, misschien dat iemand kan verklaren waarom curves in ruimte tijd altijd "2d" worden weergegeven terwijl ik er wel van uitga dat de curve om bv aarde of zon gewoon sferisch om de planeet heen zou moeten zitten....toch? een kubus draadmodel lijkt me dan toch een correctere weergave.

Zover ik weet voorspelt alleen snaartheorie gravitonen en volgens relativiteit is het niet nodig vanwege de ruimtetijd kromming, waarom zouden we een snaartheoretisch onderdeel proberen te verklaren met een ander model, die zou dat dan toch ook nooit aan kunnen tonen?

[Rudeoffline]

Interessante opmerking. Ik ben wel enigszins verbaasd dat je de Minkowski metriek op deze manier vermeldt. Wordt die dan niet algemeen aanvaard en gebruikt in zowat alle theorieën tegenwoordig?

Ik noemde deze om te benadrukken dat je kwantiseert in een vlakke achtergrond.

Wat bedoel je precies met de 'coherente toestand van gravitonen'? Vertexoperatoren zijn namelijk helemaal duister voor mij (en wikipedia helpt ook al niet veel, daarvoor is m'n wiskundige kennis helaas (nog) niet uitgebreid genoeg).

Een vertex operator gebruik je om een begin of eindtoestand in je Feynmandiagram te representeren. De reden dat je dit kunt doen komt door de conforme symmetrie op de worldsheet.

Een bepaalde geometrie kun je dan opbouwen door op de vacuumtoestand vertexoperatoren los te laten (dus door gravitonen in te pluggen).

@Wokke,

Ik dacht altijd dat een zwart gat een "pinch hole" in ruimte tijd was, niet een lus.

Dat is de singulariteit. Je kunt de waarnemershorizon van een zwart gat zien als de verzameling fotonen die niet kunnen ontsnappen. Voor de simpelste zwarte gaten zullen deze een circel afleggen rondom de singulariteit.

Als we het er toch over hebben, misschien dat iemand kan verklaren waarom curves in ruimte tijd altijd "2d" worden weergegeven...

Ruimtetijd wordt vaak 2D voorgesteld voor het visuele. Daar moet je verder niet al te veel conclusies aan verbinden.