5.7.2.1 Wie unterscheidet sich ein Weißes Loch von einem Schwarzen Loch?

5.7.2.1 Wie unterscheidet sich ein Weißes Loch von

einem Schwarzen Loch?

1. Definition eines Weißen Lochs

Weiße Löcher sind hypothetische Regionen der Raumzeit, die, wie bereits ihr Name verrät, offenbar das „Gegenteil“ Schwarzer Löcher darstellen. Doch, worin liegt diese Gegensätzlichkeit?¹
„Weiße Löcher .. [besitzen – wie Schwarze Löcher – ] eine Singularität!
Die Einsteinschen Feldgleichungen sind symmetrisch in der Zeit (zeitumkehr-invariant), d.h. eine Zeitumkehrtransformation [t > -t] einer Lösung der Feldgleichungen ist wieder eine Lösung! Ein nicht rotierendes Weißes Loch entspricht der avancierten Eddington-Finkelstein-Lösung eines Schwarzschild-Loches.“ Das klingt kompliziert.²

Abb. 1a Rotverschiebung für Beobachter A (red shift) „Der gravitative Kollaps eines massiven Objektes führt zur Bildung eines Schwarzen Lochs (sobald die Oberfläche S sich hinter den Ereignishorizont zurückgezogen hat und in einer Raumzeit Singularität endete). 1b) Blauverschiebung für Beobachter A (blue shift) Im Fall einer Zeitumkehr emergiert ein massives Objekt aus einer Singularität und expandiert sehr schnell: dies ist dann ein Weißes Loch.“³

2. Eddington-Finkelstein-Koordinaten

„Bei Eddington-Finkelstein-Koordinaten [EFK] handelt es sich um ein .. Koordinatensystem, das die Koordinatensingularität nicht rotierender Schwarzer Löcher beseitigt.“⁴ In der Physik spricht man von einer Koordinatensingularität, wenn in einem Koordinatensystem aufgrund seiner besonderen Eigenschaften für einen bestimmten Punkt keine eindeutigen Koordinaten angegeben werden können. So sind zum Beispiel an Nord- und Südpol der Erde eindeutige Angaben zur geografischen Länge weder möglich noch erforderlich, da sich alle Längenkreise in diesem Punkt schneiden.⁵

Abb. 2. Schwarzschild Lösung in Eddington-Finkelstein-Koordinaten [EFK], wobei 2 Raumdimensionen ausgeblendet sind, und nur die „verzögerte“ Zeit t_r sowie die Entfernung r vom Zentrum bleibt. In rot sind die einlaufenden Null Geodäten dargestellt , in blau die auslaufenden Null Geodäten, in grün die Null Lichtkegel, an deren Grenzen sich das Licht bewegt, wohingegen massive Objekte sich innerhalb der Lichtkegel bewegen. [Übersetzung d. Verf.⁶

Anders als eine physikalische Singularität ist eine Koordinatensingularität für einen Beobachter ohne Auffälligkeit, da sie nur aufgrund der Eigenschaften des Koordinatensystems erscheint. Sie verschwindet bei Anwendung eines geeigneteren Koordinatensystems. ⁷
EFK .. sind ein Paar von Koordinatensystemen für eine Schwarzschild-Geometrie (z. B. ein sphärisch symmetrisches Schwarzes Loch), die an radiale Null-Geodäten angepasst sind. Null-Geodäten sind die Weltlinien der Photonen; radiale sind solche, die sich direkt auf die Zentralmasse zu- oder von dieser wegbewegen“ … ⁸
Die Lösung in Eddington-Finkelstein-Koordinaten ist allerdings nicht mehr zeitsymmetrisch! Eine zeitumgekehrte Lösung findet man durch Einführen einer weiteren Zeitkoordinate, was radial auslaufende Geodäten zu Geraden macht. In diesem Sinne unterscheidet man die Schwarzschild-Lösung in avancierten [auslaufenden] und retardierten [einlaufenden] Eddington-Finkelstein-Koordinaten.“⁹

Ein Weißes Loch wird auf Grund der oben erwähnten Zeitinvarianz auch als „time reversal“ (Zeitumkehr) eines Schwarzen Lochs beschrieben (vgl. Abb. 1) oder als „Video eines Schwarzen Lochs, das rückwärts läuft, ganz wie ein hochhüpfender Ball die Zeitumkehr eines fallenden Balls ist.“¹⁰
„Nur in dem Moment, wenn Dinge herauskommen, kann man sagen, ah, es ist ein Weißes Loch.“, stellt Carlo Rovelli fest, ein theoretischer Physiker am Centre de Physique Théorique in Frankreich.¹¹

Abb. 3. VBQ Sprecher, „Carlo Rovelli, berühmter Physiker und Bestseller Autor Thema: What physics teaches us about life„ [„Was Physik uns über Leben lehrt,“ Übers. d. V.]¹²

3. Ereignishorizont

Dennoch sollten auch Weiße Löcher, wie ihr „Gegenteil“, einen Ereignishorizont besitzen, der jedoch, anders als bei einem Schwarzen Loch, nicht von außen nach innen, in das Weiße Loch, überquert werden kann, denn dazu wäre Überlichtgeschwindigkeit erforderlich. Der Ereignishorizont eines Weißen Lochs definiert also „eine Oberfläche, in die keine zeitartigen Kurven oder Nullgeodäten aus der Vergangenheitsunendlichkeit ℑ^– eintreten können.“ (vgl. 5.5.2.1, 3. und 5.5.6.3, 5.6.6.7, Abb. 4)¹³

4. Singularität

Wie oben bereits erwähnt, besitzten Weiße Löcher eine (Vergangenheits-)Singularität, die auf das außerhalb des Weißen Lochs liegende Universum einwirken kann (durch Ausfluss von Energie und Strahlung), aber die ihrerseits von diesem Universum absolut getrennt sind.¹⁴

Abb. 4 zeigt „eine auf dem Kopf stehende Version eines eines Schwarzern Loch Diagramms. Es gibt einen Horizont, aber die Interpretation des Horizontes ist umgedreht, im Vergleich zu einem Schwarzen Loch. Der Horizont definiert einen Bereich, in den keine [lichtartige] oder zeitartige Kurve aus der Vergangenheitsunendlichkeit eintreten kann.“¹⁵

Physiker unterscheiden zwischen Singularitäten, die durch einen Ereignishorizont „versteckt“ sind (echten Singularitäten) und „nackten“ Singularitäten (engl. naked singularities), welche für die Außenwelt sichtbar sind, weil .. Information aus nackten Singularitäten entkommen kann.“¹⁶ Weiße Löcher scheinen dieser Definition zu entsprechen, „denn es fließt ständig Materie und Strahlung in die umgebende Raumregion außerhalb des Weißen Lochs.“¹⁷ Andererseits sind nackte Singularitäten „nach der „kosmischen Zensur„ (engl. cosmic censorship) von Roger Penrose verboten: Sie müssen nach diesem Theorem durch einen Ereignishorizont verhüllt sein. Wäre das nicht der Fall, würden Akausalitäten auftreten.“¹⁸

5. Das Weisse Loch als Wurmloch

Eine neuere Erklärung eines Weißen Lochs lautet, dass es zusammen mit einem Schwarzen Loch ein Wurmloch bildet (vgl. 5.6.5, 5.6.5.2, 5.6.5.3 und 5.7.2.2).
Hal Haggard, ein theoretischer Physiker am Bard College in New York, beurteilte die Existenz Weißer Löcher anfänglich kritisch: „Ich glaube, ein langlebiges Weißes Loch ist sehr unwahrscheinlich, … denn, wenn immer Materie ein Weißes Loch verlässt, würde es mit der Materie im Orbit des Weißen Lochs kollidieren und das gesamte System würde zu einem Schwarzen Loch kollabieren.“¹⁹
Es blieb jedoch die Frage, wenn evaporierende Schwarze Löcher in Folge der Hawking Strahlung schrumpfen, was mit ihrer internen Information über alles, was sie verschlungen haben, geschah.

Abb. 5 zeigt ein Kruskal Diagramm für ein ewiges Schwarzes Loch. „Exterior“ (rechts) bezeichnet unser Universum, „Extertior“ (links) stellt ein Paralleluniversum dar. ²⁰

1. Artikel „Weißes Loch“, in: Wikipedia, [Digitale Ausgabe], URL: https://de.wikipedia.org/wiki/Wei%C3%9Fes_Loch ↩︎
2. Artikel „Weiße Löcher“, in: Lexikon der Astronomie, Spektrum.de, [Digitale Ausgabe], URL: https://www.spektrum.de/lexikon/astronomie/weisse-loecher/524 ↩︎
3. Jayant Narlika, „White holes: Cosmic energy machines“ ,NewScientist, 24.Februar 1983, Volume 178, Nr. 1346, [Digitale Ausgabe], URL: https://books.google.de/books?id=dGloQlpCO_4C&pg=PA516#v=onepage&q&f=false ↩︎
4. Artikel „Eddington-Finkelstein-Koordinaten“, in: Spektrum.de, Lexikon der Astronomie, [Digitale Ausgabe], URL: https://www.spektrum.de/lexikon/astronomie/eddington-finkelstein-koordinaten/85 ↩︎
5. Ibd. ↩︎
6. Artikel „Eddington-Finkelstein-Koordinaten“, in: Wikipedia Enzyklopädie, [Digitale Ausgabe], URL: https://wikigerman.edu.vn/wiki5/2020/03/09/eddington-finkelstein-koordinaten-wikipedia/ ↩︎
7. Artikel „Koordinatensingularität“, in: Wikipedia, [Digitale Ausgabe], URL: https://de.wikipedia.org/wiki/Koordinatensingularit%C3%A4t ↩︎
8. Artikel „Eddington-Finkelstein- Koordinaten“, n: Spektrum.de, Lexikon der Astronomie, [Digitale Ausgabe], URL: https://www.spektrum.de/lexikon/astronomie/eddington-finkelstein-koordinaten/85 ↩︎
9. Ib. ↩︎
10. Charlie Wood, „White Holes: Black Holes‘ Neglected Twins'“, in: Space.com, 10, Juni 2019, [Digitale Ausgabe], URL: https://www.space.com/white-holes.html ↩︎
11. „Would a white hole have an event horizon?“, in: Physics Stack Exchange, 7.10.2017, [Digitale Ausgabe], URL: https://physics.stackexchange.com/questions/361551/would-a-white-hole-have-an-event-horizon#comment809302_361571 ↩︎
12. VBQ Sprecher, Carlo Rovelli, Renowned physicist and best-selling author, Thema: What physics teaches us about life [Digitale Ausgabe], URL: https://www.vbqspeakers.com/speaker/carlo-rovelli/ ↩︎
13. Ib. ↩︎
14. Charlie Wood, „White Holes: Black Holes‘ Neglected Twins'“, in: Space.com, 10, Juni 2019, [Digitale Ausgabe], URL: https://www.space.com/white-holes.html ↩︎
15. „Would a white hole have an event horizon?“, in: Physics Stack Exchange, 7.10.2017, [Digitale Ausgabe], URL: https://physics.stackexchange.com/questions/361551/would-a-white-hole-have-an-event-horizon#comment809302_361571 ↩︎
16. Artikel „Berechnen von Krümmungssingularitäten“, in: Andreas Müller, Astro-Wissen, Astro-Lexikon S-3, Artikel „Singularität“ [Digitale Ausgabe], URL: https://www.spektrum.de/astrowissen/lexdt_s03.html#LettK ↩︎
17. „Weiße Löcher“, in: Lexikon der Astronomie, Spektrum.de, [Digitale Ausgabe], URL: https://www.spektrum.de/lexikon/astronomie/weisse-loecher/524 ↩︎
18. Ib. ↩︎
19. Charlie Wood, „White Holes: Black Holes‘ Neglected Twins'“, in: Space.com, 10, Juni 2019, [Digitale Ausgabe], URL: https://www.space.com/white-holes.html; vgl. auch Eugenio Bianchi, Marios Christodoulou, Hal M. Haggard, Fabio D‘ Ambrosio und Carlo Rovelli, White Holes as Remnants: A Surprising Scenario for the End of a Black Hole, Institute for Gravitation and the Cosmos, The Pennsylvania State University, USA, Department of Physics, The Pennsylvania State University, Aix-Marseille Université, Université de Toulon, Marseille, France, Dept. of Physics, Southern University of Science and Technology, Shenzhen, China, Aix-Marseille Université, Université de Toulon,Marseille, Frankreich, 17. März 2018, pp. 1 seqq., https://arxiv.org/pdf/1802.04264.pdf ↩︎
20. „Weißes Loch“, in: Wikipedia, [Digitale Ausgabe], URL: https://de.wikipedia.org/wiki/Wei%C3%9Fes_Loch; – Ewige Schwarze Löcher: „Ein ewiges Schwarzes Loch iszh ein Schwarzes Loch mit einem vollständigen beidseitigem Penrose Diagramm. ERs hat eine Vergangenheits-Singularität, eine Zukunfts-Singularität und zwei asymtotische Bereiche.“, in: 17 Eternal Black Holes and Entanglement, [Digitale Ausgabe], URL: chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/http://www.hartmanhep.net/topics2015/17-eternalblackholes.pdf ↩︎