Was sind die Unterschiede zwischen den drei extremen Löchern im Universum? Es sind schwarze Löcher aufgetaucht, wo sind weiße Löcher und Wurmlöcher?

Schwarze Löcher, weiße Löcher und Wurmlöcher sind allesamt besondere extreme Existenzformen im Universum. Gemeinsam ist ihnen, dass es sich bei allen um extreme, durch die Gravitation bedingte Ergebnisse handelt und sie den Gravitationsfeldgleichungen Einsteins (den sogenannten Feldgleichungen) gehorchen. Die Formel lautet wie folgt:

Der Herleitungsprozess dieser Formel ist sehr kompliziert, daher werde ich hier nicht ins Detail gehen. Obwohl diese drei „Löcher“ alle durch das Gravitationsfeld verursacht werden, sind ihre Eigenschaften völlig unterschiedlich. Was genau sie sind und wo sie sich verstecken, wird Ihnen klar, wenn Sie diese „Löcher“ einzeln verstehen.

Einfach ausgedrückt ist ein Schwarzes Loch ein seltsames Phänomen, das entsteht, wenn Materie bis zum Äußersten komprimiert wird. Theoretisch kann jede Materie bis an ihre Grenzen komprimiert werden, vom Atom bis zum Planeten. Solange der Druck hoch genug ist, kann er zu einem schwarzen Loch werden. Wie groß ist dieser Druck? Es gibt keinen bestimmten Wert, aber die Grenze, wie viel Materie komprimiert werden kann, lässt sich mithilfe einer Formel berechnen.

Diese Formel ist die Schwarzschild-Radiusformel, die wie folgt ausgedrückt wird: R=2GM/C^2. Dabei steht R für den Schwarzschildradius, G für die Gravitationskonstante, M für die Masse des Objekts und C für die Lichtgeschwindigkeit. Diese Formel wurde 1916 vom Astrophysiker Karl Schwarzschild auf Grundlage der Gravitationsfeldgleichungen in Einsteins kurz zuvor veröffentlichter allgemeiner Relativitätstheorie abgeleitet.

Die Bedeutung dieser Formel besteht darin, dass jede Materie, die innerhalb des Schwarzschildradius ihrer eigenen Masse komprimiert wird, merkwürdige Veränderungen erfährt: Die gesamte Materie fällt unweigerlich auf die Singularität im Kern und bildet einen sphärischen Raum mit dem Schwarzschildradius als Grenze. Dieser Raum weist eine unendliche Krümmung auf, und sobald Materie in diesen Raum eintritt, kann sie nicht mehr entweichen und kann nur auf die Singularität im Zentrum fallen, selbst Licht bildet hier keine Ausnahme.

Wie groß ist dieser Schwarzschildradius? Gemäß der Formel beträgt die Masse eines Wasserstoffatoms etwa 1,674*10^-27kg (Kilogramm) und sein Schwarzschildradius etwa 2,48*10^-54m (Meter); die Masse der Erde beträgt etwa 6*10^24kg und ihr Schwarzschildradius beträgt etwa 8,9mm (Millimeter); Die Masse der Sonne beträgt etwa 2*10^30 kg und ihr Schwarzschildradius beträgt etwa 2964 m.

Wissenschaftler glauben, dass im Large Hadron Collider durch Teilchenkollisionen mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit der enorme Druck Mikro-Schwarze Löcher in atomarer Größenordnung erzeugen könnte. Diese Idee ist noch rein theoretisch und solch winzige Schwarze Löcher wurden bisher noch nicht erfasst. Theoretisch werden beim Urknall viele Mikro-Schwarze Löcher zurückbleiben. Da Schwarze Löcher im atomaren Maßstab gemäß der Hawking-Strahlungstheorie sofort verdampfen, wurden derartige Mikro-Schwarze Löcher bisher nicht entdeckt.

Das kleinste im Universum entdeckte Schwarze Loch hat mehr als die dreifache Masse der Sonne. Diese Schwarzen Löcher entstehen, wenn massereiche Sterne sterben und es in ihrem Inneren zu einem thermonuklearen Durchgehen kommt, das eine Supernova-Explosion auslöst. Durch den extremen Druck wird die Kernmaterie auf den Schwarzschildradius ihrer eigenen Masse komprimiert und wird so zu einem Schwarzen Loch.

Es wird allgemein angenommen, dass Sterne mit einer 30- bis 40-fachen Sonnenmasse bei ihrem Tod direkt ein Schwarzes Loch hinterlassen. Zur Entstehung Schwarzer Löcher im Universum gehört auch die Kollision und Akkretion massereicher Himmelskörper, die kollabieren, wenn ihre Masse den kritischen Punkt überschreitet. Überschreitet beispielsweise ein Neutronenstern durch Akkretion die Oppenheimer-Grenze, wird er zu einem Schwarzen Loch komprimiert.

Da sich die Masse eines Schwarzen Lochs vollständig auf die Singularität im Kern konzentriert und diese Singularität unendlich klein ist, kann man sich das Schwarze Loch theoretisch so vorstellen, als ob es ein unendlich kleines Volumen, eine unendliche Dichte, eine unendliche Krümmung und eine unendlich hohe Temperatur hätte. Die Prämisse dieser vier Unendlichkeiten ist, dass das Volumen unendlich klein ist, was zur Entstehung der folgenden drei Unendlichkeiten führt.

Die Krümmung eines Schwarzen Lochs ist unendlich, was bedeutet, dass es innerhalb des Schwarzschildradius liegt, und sein kritischer Punkt wird auch als Ereignishorizont des Schwarzen Lochs bezeichnet. Bei der sogenannten Krümmung handelt es sich um die durch Masse hervorgerufene Verzerrung der umgebenden Raumzeit, die sich als Gravitation äußert. Auch über große Entfernungen hinweg unterliegt die Schwerkraft noch dem Gesetz der universellen Gravitation, das proportional zur Masse und umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung ist, was der Schwerkraft jedes Himmelskörpers entspricht.

Da die Gravitationskraft innerhalb des Schwarzschildradius eines Schwarzen Lochs unendlich ist, wird jegliche Materie, die sich dem Schwarzen Loch nähert, „gefressen“ und es gibt keinen Weg zurück, sodass das Schwarze Loch immer größer wird. Das größte derzeit im Universum entdeckte Schwarze Loch trägt die Bezeichnung SDSS J073739.96+384413.2 und seine Masse beträgt das 104-Milliardenfache der Sonnenmasse.

Dies ist das vergangene und gegenwärtige Leben schwarzer Löcher.

Im Prozess der Umwandlung von Neutronensternen in Schwarze Löcher sind Neutronensterne die Himmelskörper mit der zweithöchsten Dichte nach den im Universum entdeckten Schwarzen Löchern. Es handelt sich um Sterne mittlerer bis großer Masse, also Sterne mit einer Masse von etwa dem 8- bis 30-fachen der Sonnenmasse. Nach einer Supernova-Explosion im Spätstadium der Evolution bleibt im Kernbereich des Sterns ein dichter Kern zurück.

Der Radius dieses Kerns beträgt nur etwa 10 km (Kilometer), die Dichte beträgt 100 bis 200 Millionen Tonnen/cm^3 (Kubikzentimeter) und der Oberflächendruck erreicht 10^28 Atmosphären, was 330 Billionen Mal höher ist als der Geländedruck und 330 Billionen Mal höher als der Druck im Zentrum der Sonne.

Die Masse eines Neutronensterns beträgt im Allgemeinen etwa das 1,44- bis 3-fache der Sonnenmasse. Gemäß dem Pauli-Prinzip kann er, wenn seine Masse weniger als das 1,44-fache der Sonnenmasse beträgt, kein Neutronenstern werden, sondern nur ein Weißer Zwerg, wobei die Sternform durch den Entartungsdruck der Elektronen unterstützt wird. während der Neutronenstern auf den Entartungsdruck der Neutronen angewiesen ist, um den Gravitationsdruck aufrechtzuerhalten und die Form des Neutronensterns aufrechtzuerhalten. Wenn die Masse den kritischen Punkt überschreitet, kann der Entartungsdruck der Neutronen den Gravitationsdruck nicht mehr aufrechterhalten, sodass der Neutronenstern seine Sternform nicht aufrechterhalten kann und schnell zu einem Quarkstern oder einem Schwarzen Loch kollabiert.

Aufgrund der enormen Gravitationskraft von Neutronensternen ziehen sie kontinuierlich nahegelegene Himmelskörper oder interstellare Materie in sich auf, wodurch ihre Masse kontinuierlich zunimmt. Daher besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass sie sich in einen dichteren Himmelskörper verwandeln.

Quarksterne sind immer noch eine theoretische Hypothese und solche Himmelskörper wurden noch nicht entdeckt. Daher wird allgemein angenommen, dass Neutronensterne direkt zu Schwarzen Löchern kollabieren, wenn sie die Oppenheimer-Grenze überschreiten. Die Oppenheimer-Grenze ist der kritische Massenpunkt bei der Erforschung von Neutronensternen. Zu diesem kritischen Punkt gibt es derzeit noch keine genaue Schlussfolgerung. Aufgrund von Beobachtungen und theoretischen Berechnungen geht die wissenschaftliche Gemeinschaft im Allgemeinen davon aus, dass die Masse des Sterns zwischen zwei- und dreimal so groß ist wie die der Sonne.

Ein Schwarzes Loch ist die endgültige Leiche eines Sterns (oder eines beliebigen Himmelskörpers). Das heißt, jeder Himmelskörper erreicht seinen Höhepunkt, wenn er zu einem schwarzen Loch wird.

Ein weißes Loch ist eine theoretische Vermutung, die das genaue Gegenteil eines schwarzen Lochs ist. Es handelt sich lediglich um ein mathematisches Modell, das von Physikern auf der Grundlage von Einsteins Feldgleichungen angenommen wurde. Bislang konnten weiße Löcher nicht durch Beobachtungen bestätigt werden. Die grundlegende Definition dieses Modells besteht darin, dass Schwarze Löcher kontinuierlich Materie im Universum verschlingen, während Weiße Löcher das Gegenteil tun und kontinuierlich Materie in das Universum ausstoßen.

Theoretisch sind Schwarze Löcher und Weiße Löcher beides extreme Himmelskörper im Universum. Die Gravitationskraft eines Schwarzen Lochs ist unendlich, und die Abstoßungskraft eines Weißen Lochs ist unendlich. Sie haben beide eine geschlossene Grenze. Materie, die in den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs eintritt, verschwindet, kehrt aber nie zurück, und selbst Licht bildet da keine Ausnahme. Während der Ereignishorizont eines Weißen Lochs keine Materie eindringen lässt, kann er Materie nur herauslassen, aber nicht hinein, und selbst Licht bildet hier keine Ausnahme.

Da es sich bei weißen Löchern lediglich um hypothetische Himmelskörper handelt, die nur theoretisch existieren, gibt es unterschiedliche Theorien über die Ursache weißer Löcher. Die repräsentativere Ansicht unter ihnen ist, dass zu Beginn des Urknalls aufgrund der unzureichenden und ungleichmäßigen Explosion einige dichte Atomkerne ausgestoßen wurden, die keine Zeit hatten zu explodieren. Diese ausgestoßenen dichten Atomkerne befinden sich noch immer in einem Singularitätszustand, die Explosion erfolgt jedoch verzögert, und bei manchen dauert es mehr als 10 Milliarden Jahre, bis sie explodieren. Bei dieser Art von Explosion handelt es sich um ein weißes Loch.

Die riesige Gravitationsquelle im Kern eines Quasars ist ein weißes Loch. Die ausgestoßene Materie kollidiert mit der umgebenden Materie und sendet dabei kontinuierlich hochenergetische Strahlen aus.

Darüber hinaus gibt es mehrere andere Sichtweisen: Erstens sind Weiße Löcher die „Umkehrung“ Schwarzer Löcher, d. h. wenn ein Schwarzes Loch bis zu seiner Grenze kollabiert, tritt eine qualitative Veränderung ein, d. h. eine Antikollaps-Explosion, bei der die nach innen akkretierte Energie in Energie umgewandelt wird, die vom Kern nach außen austritt. Zweitens: So wie es im Universum positive und negative Materie gibt, sind auch Weiße Löcher und Schwarze Löcher positive und negative Löcher im Universum. Das eine gibt Energie ab, das andere absorbiert Energie, mit entgegengesetzten Eigenschaften.

Es gibt auch die Ansicht, dass die vom Schwarzen Loch absorbierte Materie aus dem Weißen Loch am anderen Ende ausbricht und dass das Rohr, das das Schwarze Loch und das Weiße Loch verbindet, ein Wurmloch ist. Schwarze Löcher und weiße Löcher können sich in derselben Raumzeit befinden, aber zwei weit voneinander entfernte Regionen können sich auch in zwei Raumzeiten mit unterschiedlichen positiven und negativen Eigenschaften befinden.

Allerdings sind diese Theorien bis heute umstritten, da die Existenz von Wurmlöchern nicht beobachtet wurde. Gibt es Wurmlöcher also wirklich? Das ist schwer zu sagen. Die größte Freude an einer wissenschaftlichen Entdeckung besteht darin, dass sich die auf der Theorie basierenden Vorhersagen letztendlich als wahr erweisen. Auf diese Weise wurden Schwarze Löcher und Gravitationslinsen entdeckt. Werden weiße Löcher entdeckt oder letztlich geleugnet? Ich weiß es auch nicht.

Wurmloch Wurmloch ist ebenfalls eine Vorhersage, die auf Einsteins Feldtheorie basiert. Das Konzept des „Wurmlochs“ wurde erstmals 1916 vom österreichischen Physiker Ludwig Flame vorgeschlagen. Später verbesserten die Physiker Einstein und Nathan Rosen die Theorie. Daher nennen die Menschen das Wurmloch „Einstein-Rosen-Brücke“, auch bekannt als Raum-Zeit-Tunnel, was einen mehrdimensionalen Weltraumtunnel bedeutet, der zwei weit entfernte Zeit- und Raumbereiche verbindet.

Diese Raum-Zeit-Verbindung dürfte mit dem „Baby-Universum“ in Zusammenhang stehen, also mit der Zeit, als Galaxien und Sterne kurz nach der Geburt des Universums entstanden. Diese Raumzeit ist 13,8 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt, oder sogar noch weiter.

Für Laien ausgedrückt ist ein Wurmloch wie ein Tunnel, durch den eine Autobahn oder ein Zug durch einen Berg führt. Wenn es keinen solchen Tunnel gibt, muss man über den Gipfel klettern oder viele Umwege in Kauf nehmen, um auf die andere Seite des Berges zu gelangen. Durch einen Tunnel hingegen ist man viel näher dran. Daher gelten Wurmlöcher als „Abkürzungen“ oder „Kurzwege“ im Universum. Mit dieser Abkürzung ist eine sofortige Übertragung von entfernter Zeit und Raum möglich, beispielsweise das schnelle Erreichen des jungen Universums. Die zum Erreichen des Ziels benötigte Zeit wird die Lichtgeschwindigkeit um ein Vielfaches überschreiten, verglichen mit der Zeit, die man benötigt, wenn man keine Abkürzungen nimmt.

Dieser „Sprung“ bewirkt allerdings keine Geschwindigkeitssteigerung, sondern stellt lediglich eine „Abkürzung“ dar und verstößt nicht gegen das Prinzip der Lichtgeschwindigkeitsbegrenzung. Daher ist die Durchquerung von Wurmlöchern für den Menschen eine mögliche Option, den Geschwindigkeitsengpass zu durchbrechen bzw. die Barriere der Lichtgeschwindigkeit zu durchbrechen. Doch Wurmlöcher existieren ebenso wie weiße Löcher noch immer nur im Stadium wissenschaftlicher Fantasie und theoretischer Vermutungen. Es wurde nicht festgestellt, dass sie in Wirklichkeit existieren. Ob sie in Zukunft entdeckt oder genutzt werden können, ist noch ungewiss.

Es gibt viele verschiedene Theorien über die Ursachen von Wurmlöchern. Wie bereits erwähnt, gibt es beispielsweise zwischen dem Schwarzen Loch und dem Weißen Loch einen Materietransportkanal, das Wurmloch. und die Kollision eines weißen Lochs und eines schwarzen Lochs bildet ein Wurmloch und so weiter.

Im Allgemeinen ist ein Wurmloch ein Raum-Zeit-Wirbel, der unter der Einwirkung eines riesigen Gravitationsfeldes entsteht. Die Rotation riesiger Himmelskörper und ihre Wechselwirkung führen zu einer Verzerrung der Raumzeit und bilden einen Raumzeitwirbel oder eine Raumzeitfalle. Das ist ein bisschen wie ein riesiger Strudel im Meer, allgegenwärtig, aber flüchtig. Manche Strudel können zwei weit voneinander entfernte Teile augenblicklich sehr nahe zusammenbringen. Diese Art von Raum-Zeit-Wirbel im Universum wird als „Wurmloch“ bezeichnet.

Aufgrund der unsicheren und flüchtigen Natur von Wurmlöchern ist ihre Nutzbarkeit – selbst wenn ihre Existenz entdeckt wird – umstritten. Manche Menschen glauben, dass nur negative Energie oder dunkle Materie die Stabilität von Wurmlöchern aufrechterhalten kann. Negative Energie und dunkle Materie sind derzeit noch theoretische Hypothesen und es ist nicht klar, was diese Dinge sind.

Daher ist das Reisen durch Wurmlöcher immer noch reine Science-Fiction oder ein Mythos und wird möglicherweise immer ein Mythos bleiben.

Fazit: Aus der obigen Einführung können wir ersehen, dass Schwarze Löcher, Weiße Löcher und Wurmlöcher zwar alle „Löcher“ sind, aber keine gewöhnlichen Löcher. Das einzige, von dem man wirklich sagen kann, dass es ein bisschen wie ein Loch ist, ist das Wurmloch, und die anderen beiden sind eine Art besonderer Himmelskörper. Grundsätzlich handelt es sich bei diesen drei „Löchern“ um Phänomene bzw. Existenzen, die durch das Gravitationsfeld hervorgerufen werden, jedoch über völlig unterschiedliche Eigenschaften verfügen und auch ihre Auswirkungen und Folgen für die Zukunft der Menschheit unterschiedlich sind.

Vor Kurzem ist es Wissenschaftlern mit enormem Aufwand und Kosten gelungen, das erste Foto eines Schwarzen Lochs aufzunehmen und damit die tatsächliche Existenz Schwarzer Löcher zu bestätigen. Allerdings existieren Weiße Löcher und Wurmlöcher noch immer nur im theoretischen Stadium und es ist noch unklar, ob sie in Zukunft entdeckt und vom Menschen genutzt werden können.

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