Warum sind Schwarze Löcher gegenüber ihrer eigenen Schwerkraft stabil?

Neutronensterne sind zeitartige Materie mit einer maximalen Masse von etwa 2,34 Sonnenmassen in der Quantenchromodynamik (der starken Farbkraft). Schwarze Löcher sind raumartige Materie, die keine maximale Masse, aber eine minimale Masse von 2,35 Sonnenmassen haben. Tatsächlich wurden Schwarze Löcher mit Millionen oder Milliarden Sonnenmassen identifiziert.

Alle zeitartige Materie ist kausal, während raumartige Materie schwarzer Löcher akausal ist. Akausale raumartige Materie hat keine identifizierbaren Teilchenzustände (alles ist außerhalb der Masseschale im raumartigen Bereich), kein Pauli-Prinzip, keine Bewegungsgleichungen, keine Gleichung der hydrostatischen Stabilität, keine Zustandsgleichungen, keine Entropie, keine Temperatur, keine Planck-Konstante, keine Boltzmann-Konstante, keine Quantenfeldtheorie mit endlicher Temperatur.

Die einzigen Größen, die ein Schwarzes Loch hat, sind Gravitationsinvarianten, die im Unendlichen beobachtbar sind, und die skalare Krümmung R. Funktionen von Gravitationsinvarianten sind ebenfalls Gravitationsinvarianten, wie etwa sein Volumen, seine Fläche, sein Radius usw.

Gravitationsmannigfaltigkeiten sind metrische Räume mit isometrischen Symmetrien, und diese Gravitationsinvarianten sind Invarianten unter diesen Symmetrien. Wenn der metrische Raum ein Minkowski-Raum ist, sind die isometrischen Symmetrien einfach die bekannte Poincaré-Gruppe.

Schwarze Löcher sind stabile Objekte ohne maximale Masse

Die Drücke des Schwarzen Lochs – PS, der äußere Druck, der es aufgrund der negativen Skalarkrümmung aufgebläht hält, und PM, der innere Druck der Eigengravitation, die versucht, es zusammenzudrücken – sind Gravitationsinvarianten. Im Beweis, dass PS = -PM ist, wird gezeigt, dass das Gleichgewicht ebenfalls stabil ist und eine universelle Schwarze-Loch-Konstante F = 3c4/4G = 9,077…x1043 N entsteht.

Alle schwarzen Löcher haben dieselbe Kraftkonstante F, die sie aufbläst, unabhängig von ihrer Masse. Diese neue universelle Konstante erklärt, warum schwarze Löcher keine maximale Masse haben.

Diese universelle Kraftkonstante hat zwei unmittelbare Konsequenzen:

(1) Der höchste Druck im Universum, Puniverse, ist physikalisch beobachtbar und berechenbar. Das kleinste Schwarze Loch hat den höchsten Druck im Universum. Unter Verwendung der zuvor erwähnten geschätzten Mindestmasse von 2,35 Sonnenmassen erhält man Puniverse = 1,5183…x 1035 N/m2. Dies ist ein unfassbar hoher Wert, daher können wir ihn mit dem geschätzten Zentraldruck des Jupiters PJupiter = 650 x 106 Pfund/Zoll2 vergleichen (NASA-Website – verwendet britische Einheiten), was Puniverse/PJupiter = 3,3878…x1022 ergibt, was immer noch jenseits menschlicher Vorstellungskraft liegt.

(2) Es gibt ein Flächengesetz für die Verschmelzung Schwarzer Löcher, aber es ist nicht Hawkings Vermutung und hat überhaupt nichts mit Entropie zu tun. Damit sich zwei verschmelzende Schwarze Löcher mit den Drücken P1 und P2 im Volumen bilden und einen Überrest mit dem Druck P3 hinterlassen, muss P1+P2 > P3 sein, sonst kann der Überrest nicht existieren. Da die Drücke P = F/Fläche sind, mit der universellen Kraftkonstante F, ergibt sich daraus das eigentliche Flächengesetz für die Verschmelzung Schwarzer Löcher, das reziproke Flächen 1/A1 + 1/A2 > 1/A3 beinhaltet. Die verfügbaren Gravitationswellendaten stimmen mit diesem reziproken Flächengesetz für die Verschmelzung überein. Die Existenz der universellen Schwarzlochkonstante steuert die Verschmelzung Schwarzer Löcher.

Frage der Singularitäten Schwarzer Löcher

Die Anwendung von Kausalität auf akausale raumartige Materie führt immer zu Widersprüchen. Die häufig zitierte Aussage, dass Schwarze Löcher eine Singularität haben, basiert auf der falschen Anwendung der kausalen Einstein-Bewegungsgleichungen auf akausale Schwarze Löcher, wodurch eine falsche Singularität entsteht, siehe Abbildung 2.

Diese Gleichung ist ein Widerspruch, da die Skalarkrümmung auf der linken Seite gravitationsinvariant ist, die rechte Seite jedoch sphärische Koordinaten hat, die nicht gravitationsinvariant sind. In der Artikel veröffentlicht in Berichte über Fortschritte in den physikalischen Wissenschaftenist damit bewiesen, dass Schwarze Löcher keine Singularitäten haben.

Widersprüche treten immer dann auf, wenn man die kausale Physik auf raumartige Materie schwarzer Löcher anwendet

Es entstehen Widersprüche, wenn die kausale Quantenfeldtheorie mit endlicher Temperatur zweckentfremdet auf akausale raumartige Schwarze Löcher angewendet wird: In einer häufig zitierten Referenz hat Hawking genau diesen Missbrauch begangen und behauptet, dass Schwarze Löcher eine Temperatur haben und ihre Masse verdampfen, wodurch der Vakuumzustand erreicht wird.

Wo ist der Widerspruch, den wir erwarten, wenn man die kausale Physik auf akausale raumartige Schwarze Löcher anwendet? Wenn Schwarze Löcher wirklich strahlen würden, würde ihre Masse tatsächlich gegen Null gehen, aber wie Abbildung 1 zeigt, geht ihre negative Skalarkrümmung R nicht gegen Null, sondern gegen negativ unendlich: Der Endzustand des Schwarzen Lochs ist nicht der erforderliche Vakuumzustand R = 0. Dies ist der Widerspruch, der sich aus der zweckentfremdeten Anwendung der kausalen endlichen Temperaturfeldtheorie auf akausale raumartige Materie ergibt.

Renormierung der Skalarkrümmung R

Eines der Ziele der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Renormierung von R in der vierdimensionalen Raumzeit. Dies wird in einem Artikel 2018 dass die Renormierung von R in der Quantenfeldtheorie bei endlichen Temperaturen demselben Theorem genügt wie die Renormierung des thermodynamischen Potentials.

Beide Größen sind physikalische Observablen, die in Feynman-Diagrammen keine „Beine“ (also keine externen Green-Funktionen) haben. Die „berüchtigte“ Vorhersage in der Quantenfeldtheorie, dass die Energiedichte im elektroschwachen Vakuum 10120 Größenordnungen größer ist als die experimentelle Energiedichte im Vakuum, ist eine falsche Aussage, da sich dieser konstante Term im Renormierungstheorem für das thermodynamische Potential aufhebt.

Abschließend kann man sagen, dass der Planet Jupiter aufgrund der Kausalität unbestreitbar ein viel komplizierteres Objekt ist als ein akausales Schwarzes Loch.

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Dr. Peter Morley ist theoretischer Physiker. Eine unvollständige Liste seiner Arbeiten finden Sie hier: inspirehep.net/authors/996788