Warum gibt es keine abstoßende Gravitation?
Es gibt eine Art abstoßende Schwerkraft. .. .Aber es wird nicht formell als abstoßend bezeichnet . . .. Es ist viel besser Gravitationskollaps genannt. 1939 veröffentlichten J. Robert Oppenheimer und sein Student Hartland Snyder einen Artikel mit dem Titel „On the Continued Gravitational Contraction“, der erste, der bestätigte, dass es bei supermassiven Sternen zu einem Gravitationskollaps kommen könnte, eine Schlussfolgerung, die sich später zum Konzept von Schwarz entwickeln sollte Löcher.
Um Milnes mathematischen Ansatz auszugleichen, nahm Landau ein perfektes Gasmodell an und verwendete Thermodynamik und das Prinzip der minimalen Energie in einem Gleichgewichtszustand, um zu argumentieren, dass es keine stationäre Konfiguration erreichen würde. Beim klassischen idealen Gas erhalten wir überhaupt kein Gleichgewicht. Jeder Teil des Systems würde zu einem Punkt tendieren. Um die Einführung eines Kerns zu rechtfertigen, fügt er hinzu, dass sich die Sachlage ganz anders verhält, wenn wir die Quanteneffekte betrachten. [Landau 1975, p. 271] Was Landau „Quanteneffekte“ nannte, ist das, was Chandrasekhar „relativistische Effekte“ nannte, und beide beziehen sich auf die Verwendung der statistischen Fermi-Dirac-Methode. Wenig überraschend findet Landau auch für stabile Konfigurationen eine Grenzmasse M0. Er nennt es eine kritische Masse. Für M > M0 gibt es in der ganzen Quantentheorie keine Ursache, die das System daran hindert, bis zu einem gewissen Punkt zusammenzubrechen.
Eddington konnte das Publikum davon überzeugen, dass Chandrasekhars Arbeit nicht der Realität entsprechen würde. Am Ende, so argumentierte er, würde die Einführung der Gravitationskraft in Chandrasekhars Modell zu Instabilität und zum Kollaps schwererer Sterne führen. In der mündlichen Präsentation sagte er berühmt: "Ich denke, es sollte ein Naturgesetz geben, das verhindert, dass sich ein Stern auf diese absurde Weise verhält!"
Ihre Schlussfolgerungen stimmen mit Landaus Newtonscher Analyse überein, aber in diesem Fall schlossen sie die Möglichkeit eines Gravitationskollaps nicht so schnell aus: „Dann scheint es nur zwei mögliche Antworten auf die Frage nach dem ‚endgültigen‘ Verhalten der sehr Massiven zu geben Sterne: Entweder beschreibt die bisher verwendete Zustandsgleichung das Verhalten hochverdichteter Materie nicht, die oben getroffenen Schlussfolgerungen [dass es eine Grenzmasse für Sterne im Gleichgewicht gibt] sind qualitativ irreführend, oder der Stern zieht sich unendlich weiter zusammen , nie ein Gleichgewicht erreichen. Beide Alternativen müssen ernsthaft in Betracht gezogen werden.“ [Oppenheimer 1939a, S. 381]]
Eddington war sich bewusst, dass ein kollabierter Stern den Kontakt zu seinem Äußeren verlieren würde, und das bedeutete für ihn, dass er weit von der physischen Realität entfernt sein würde. Dies ist wahrscheinlich der Grund, warum er sich entschieden hat, die allgemeine Relativitätstheorie in dieser Angelegenheit nicht weiter zu verfolgen und sich stattdessen auf die Kernphysik zu konzentrieren. Wie er es ausdrückt, "hat der Fortschritt in unserem Wissen über Atome und Strahlung zu vielen interessanten Entwicklungen in der Astronomie geführt." [Eddington 1927, p. 5] Die Idee, dass die Eigenschaften der Materie die Folgen der Gravitationsanziehung ausgleichen würden, wurde zu einer Konstante in seinen Forschungsbemühungen. Sein Vertrauen in einen noch zu entdeckenden Mechanismus im Inneren des Sterns, der das Gleichgewicht aufrechterhalten würde, spiegelt diese Philosophie wider. Um eine unerreichbare Region des Universums zu vermeiden, hat Eddington, vielleicht unabsichtlich, theoretischen Modellen für Sterne eine Gleichgewichtshypothese auferlegt: den Glauben, dass es etwas in der Natur gibt, das sie daran hindern würde, unter ihrem eigenen Gravitationseinfluss zu kollabieren.
Oppenheimer war der erste, der behauptete, dass der Gravitationskollaps von supermassereichen Sternen passieren könnte, aber er löste das Problem nicht vollständig. Wie er in seiner Arbeit mit Volkoff erwähnt, "bleiben zwei Möglichkeiten: Entweder versagt die Zustandsgleichung und es muss eine neue Physik entdeckt werden, oder es kommt zu einer fortgesetzten Kontraktion." Oppenheimers Entscheidung, sich ernsthaft mit dem Kollaps zu befassen, machte diese Möglichkeit plausibel und stellte den philosophischen Glauben an die Gleichgewichtshypothese in Frage.
Wheeler hatte auch die Denkweise "es muss etwas geben, das die Natur daran hindert, sich so bizarr zu verhalten", aber er konnte diese Hypothese nicht ignorieren.
Es ist wichtig anzumerken, dass viele führende Wissenschaftler des 20. Jahrhunderts und die Begründer der modernen Astrophysik ziemlich unbehaglich und unzufrieden mit der einzig möglichen Option des endgültigen Gravitationskollaps großer Sterne waren. Die meisten von ihnen hatten sich gewünscht, dass "es etwas geben muss, das die Natur daran hindert, sich so bizarr zu verhalten". Sie vermuteten zwar, dass die aus der kinetischen Gastheorie abgeleitete Zustandsgleichung vielleicht nicht auf hochkondensierte Materie in Sternkernen anwendbar sei, aber leider hatten sie keine andere Möglichkeit, die Zustandsgleichung zu ersetzen.
Ich bin fast schockiert, dass sie nicht an eine schwerkraftinduzierte Verfestigung nicht brennender Sternkerne denken konnten, bei der Elastizitätsgleichungen verwendet werden könnten, um das Gleichgewicht unter Selbstgravitation herzustellen.