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Schwar­ze Löcher | Die unsicht­ba­ren Mas­se­gi­gan­ten im All


Erbar­mungs­los sau­gen die unsicht­ba­ren Welt­all­mons­ter alles in sich hin­ein, was ihnen zu nahe kommt. Dabei ist die Anzie­hungs­kraft des schwar­zen Loches so stark, dass ihm nicht ein­mal Licht ent­kom­men kann. Den Ereig­nis­ho­ri­zont des schwar­zen Lochs ein­mal über­quert, gibt es kein Zurück mehr. Nun wol­len Wis­sen­schaft­ler aber ent­deckt haben, dass schwar­ze Löcher sehr wohl etwas zurück­las­sen. Raouf Sel­mi

Heut­zu­ta­ge wird der Begriff schwar­zes Loch oft auch als Meta­pher ver­wen­det. Bei­spiels­wei­se dann, wenn man zum Aus­druck brin­gen will, dass etwas ohne Effekt annä­hernd unend­lich vie­le Res­sour­cen ver­schlingt. Wie z.B. die Ban­ken in der aktu­el­len Finanz­kri­se. Den­noch ist der Ver­gleich mit rich­ti­gen schwar­zen Löchern schlicht falsch. Geld, wel­ches Ban­ken ver­lie­ren, sei es nun an der Bör­se oder bei kon­ven­tio­nel­len Invest­ments, geht nicht unwei­ger­lich ver­lo­ren. Es steckt im End­ef­fekt ein­fach irgend­wo anders im Wirt­schafts­kreis­lauf. Schwar­ze Löcher im Welt­all geben hin­ge­gen nie wie­der her, was sie ein­mal ver­schlun­gen haben. Zumin­dest laut dem bis­he­ri­gen Stand der Erkennt­nis­se.

Was sind schwar­ze Löcher?

Schwar­ze Löcher wer­den in der Astro-Phy­sik auch als Sin­gu­la­ri­tät der vier­di­men­sio­na­len Raum­zeit bezeich­net. Das bedeu­tet: Jedes Objekt besitzt eine gewis­se Mas­se. Die Sin­gu­la­ri­tät beschreibt dabei ein extrem dich­tes Objekt auf enorm klei­nem Raum. Man kann sich das am bes­ten am Bei­spiel einer Blei­ku­gel vor­stel­len. Schwar­ze Löcher sind aber um ein viel­fa­ches „schwe­rer“. Und zwar so viel mehr, dass sie sich nur theo­re­tisch bewei­sen las­sen. Dar­stel­len und posi­tio­nie­ren, las­sen sich Objek­te zudem immer in drei Dimen­sio­nen: Län­ge, Höhe und Tie­fe. Die vier­te Dimen­si­on steht dabei für die Zeit. Das gan­ze wird dann „Raum­zeit“ genannt. Zusam­men­fas­send lässt sich ein schwar­zes Loch also als ein extrem mas­se­rei­ches Objekt beschrei­ben, das sich im unend­li­chen Raum des Welt­alls befin­det

Wie ent­ste­hen schwar­ze Löcher?

Die mys­te­riö­sen Löcher wer­den aus eins­ti­gen Ster­nen gebo­ren. Aus Ster­nen, die ihre Ener­gie „ver­braucht“ haben. Genau wie bei orga­ni­schem Leben, z.B. uns Men­schen, den Tie­ren oder Pflan­zen, ver­bren­nen auch Ster­ne Stof­fe, um am Leben zu blei­ben. Ist der Treib­stoff irgend­wann ein­mal auf­ge­braucht, kol­la­biert der Stern. Die Anfangs­mas­se eines Sterns, also sein Gewicht, sei­ne Grös­se und sei­ne che­mi­sche Zusam­men­set­zung, bestim­men sei­ne Lebens­dau­er. Nach dem Kol­laps eines jeden Sterns ent­ste­hen in den meis­ten Fäl­len harm­lo­se kal­te Objek­te, soge­nann­te weis­se Zwer­ge oder, falls genü­gend Mas­se vor­han­den ist, Neu­tro­nen­ster­ne. Weis­se Zwer­ge sind kalt und sta­bil. Sie kön­nen ewig wei­ter­be­stehen. Neu­tro­nen­ster­ne ver­hal­ten sich prin­zi­pi­ell gleich wie weis­se Zwer­ge, besit­zen aber eine höhe­re Mas­se. Besitzt ein Stern vor sei­nem Kol­laps genü­gend Mas­se, kann es sein, dass er in sich zusam­men­fällt – ein Pro­zess, der, ein­mal aus­ge­löst, nicht wie­der rückg.ngig gemacht wer­den kann. Es bil­det sich ein Ereig­nis­ho­ri­zont und ein schwar­zes Loch ent­steht. Unter dem Begriff Ereig­nis­ho­ri­zont ver­ste­hen Astro-Phy­si­ker die Grenz­flä­che zwi­schen Raum und Zeit. Ein Ereig­nis­ho­ri­zont kann man sich auch als den „point of no return“ vor­stel­len. Wur­de die­se Schwel­le ein­mal über­schrit­ten, gibt es kein Zurück mehr. Man fällt in das schwar­ze Loch. Ereig­nis­se jen­seits die­ses Hori­zon­tes sind prin­zi­pi­ell nicht sicht­bar, da das Objekt kein Licht ent­wei­chen lässt. Ein schwar­zes Loch ist dem­nach gar kein Loch und es ist auch nicht schwarz. Schwar­ze Löcher sind ein­fach extrem schwe­re Objek­te und im Grun­de genom­men unsicht­bar. Fälsch­li­cher Wei­se spre­chen die Popu­lär­wis­sen­schaf­ten immer davon, dass schwar­ze Löcher alle Mate­rie auf­sau­gen. Tat­säch­lich sau­gen schwar­ze Löcher aber nicht. Die Anzie­hungs­kraft eines schwar­zen Lochs ist ein­fach grös­ser. Es ist sogar mög­lich, in einer sta­bi­len Umlauf­bahn um ein schwar­zes Loch her­um zu krei­sen. Kommt man aber zu nahe her­an, ist es für Mate­rie nicht mehr mög­lich, der Anzie­hungs­kraft zu ent­kom­men.

Die Infor­ma­ti­ons­gren­ze

Die Infor­ma­ti­ons­gren­ze darf fol­gen­der­mas­sen ver­stan­den wer­den: Mate­rie, die hin­ter den Ereig­nis­ho­ri­zont eines schwar­zen Loches gelangt, ist für uns nicht mehr zugäng­lich. Unser­eins wür­de sagen: Sie ist ver­lo­ren. Die­ses Sze­na­rio wür­de aber gegen alle Regeln der Phy­sik ver­stos­sen, denn die­se besa­gen: Egal, was mit einem Stoff oder einem Objekt geschieht, die Infor­ma­tio­nen gehen nie voll­kom­men ver­lo­ren. Ein klei­nes Bei­spiel zur Ver­an­schau­li­chung: Ein Stück Holz kann man ver­bren­nen. In der dar­aus resul­tie­ren­den Asche befän­den sich aber nach wie vor die Infor­ma­tio­nen über das besag­te Stück Holz. Das Holz hat sich ledig­lich in eine ande­re Form ver­wan­delt, näm­lich in Rauch und Asche. Zer­stört wur­de dem­nach nur die Struk­tur, nicht aber die Infor­ma­ti­on. Laut Mar­tin Blau, Pro­fes­sor für Astro­phy­sik an der Uni­ver­si­tät Bern, ist es naiv zu glau­ben, dass die Infor­ma­tio­nen ver­lo­ren sei­en, nur weil sie in ein schwar­zes Loch gestürzt sind: „Die Tat­sa­che, dass wir zu einer Infor­ma­ti­on kei­nen Zugang mehr haben, gilt nicht als Beweis, dass sel­bi­ge Infor­ma­ti­on ver­lo­ren ist.“ ‚so Blau. Der Mond sei ja auch nicht ver­lo­ren, solan­ge wir ihn nicht sehen kön­nen. „Wür­de man also, rein theo­re­tisch, hin­ter­her sprin­gen,“ erklärt Blau wei­ter, „wür­de man die Infor­ma­ti­on womög­lich wie­der fin­den.“

Das Phä­no­men der Haw­kingstrah­lung

Die Infor­ma­ti­ons­gren­ze und die 1974 pos­tu­lier­te The­se über die Haw­kingstrah­lung, haben nur indi­rekt etwas mit­ein­an­der zu tun. Ste­phen Haw­king ent­deck­te mit Hil­fe der Rela­ti­vi­täts-Theo­rie, dass schwar­ze Löcher Strah­lung abge­ben und prä­sen­tier­te auch gleich den Grund und den Ursprung sel­bi­ger Strah­lung. Haw­king geht von einer theo­re­ti­schen Annah­me aus, dass sich unmit­tel­bar beim Ereig­nis­ho­ri­zont zwei Teil­chen bil­den könn­ten, soge­nann­te Vir­tu­el­le Teil­chen. Die­se Teil­chen­pär­chen exis­tie­ren nur Bruch­tei­le einer Tau­sends­tel­se­kun­de. Nach ihrer Ent­ste­hung zer­stö­ren sie sich wie­der selbst. Durch ihr Ver­hal­ten und ihre Kurz­le­big­keit, gel­ten die Teil­chen als „Nicht-real“. Eines der Teil­chen ist mit posi­ti­ver und das ande­re mit nega­ti­ver Ener­gie gela­den. Haw­king zufol­ge sol­len die­se Teil­chen in der Nähe eines Ereig­nis­ho­ri­zon­tes opti­ma­le Ent­ste­hungs­be­din­gun­gen haben. Haw­king geht in sei­ner Theo­rie davon aus, dass das posi­tiv gela­de­ne Teil­chen dem schwar­zen Loch ent­kommt, wäh­rend das nega­ti­ve gela­de­ne ins schwar­ze Loch hin­ein­fällt. Wenn sich die Teil­chen also nicht wie­der gegen­sei­tig zer­stö­ren, begin­nen sie, real zu exis­tie­ren. Die­se real gewor­de­nen Teil­chen, sol­len die Erklä­rung für die Strah­lung der schwar­zen Löcher sein. Die Haw­king-Strah­lung stammt dem­nach nicht aus dem schwar­zen Loch, son­dern unmit­tel­bar von des­sen Ereig­nis­ho­ri­zont. Das Pro­blem von Haw­kins Theo­rie liegt in der Tat­sa­che, dass jenes Teil­chen mit nega­tiv gela­de­ner Ener­gie ins schwar­ze Loch fällt: Die­ses wür­de näm­lich bewir­ken, dass das schwar­ze Loch an Mas­se ver­liert, genau wie bei einer simp­len Rech­nungs­auf­ga­be: 100 +(-1) = 99. Somit müss­te, laut der theo­re­ti­schen Phy­sik, das schwar­ze Loch anfan­gen zu schrump­fen. Weil schrump­fen­de Mas­se immer mit einem Tem­pe­ra­tur­an­stieg ver­bun­den ist, ging Haw­king davon aus, dass sich das gan­ze in einem rie­si­gen Knall ent­lädt und das schwar­ze Loch qua­si ver­dampft. Und genau an die­sem Punkt lös­te Haw­king eine bis heu­te andau­ern­de Kon­tro­ver­se aus: Wenn ein schwar­zes Loch auf­grund die­ses Phä­no­mens auf­hö­ren wür­de zu exis­tie­ren, dann wäre die zuvor ver­schlun­ge­ne Mate­rie unwei­ger­lich ver­lo­ren. Somit spricht Haw­king nicht mehr von einer Infor­ma­ti­ons­gren­ze son­dern vom tota­len Infor­ma­ti­ons­ver­lust.

Neue Erkennt­nis­se

Über 30 Jah­re nach dem Haw­king sei­ne Theo­rie ver­öf­fent­lich­te, gab er an einer Vor­le­sung zu, womög­lich Feh­ler gemacht zu haben. Ob schwar­ze Löcher letzt­lich doch etwas zurück­las­sen, konn­te aber bis heu­te nicht bewie­sen wer­den. Neue Erkennt­nis­se lie­fern die erst kürz­lich bei einem Expe­ri­ment fest­ge­stell­te Geschwin­dig­keit von Neu­tri­nos. Neu­tri­nos sind win­zig klei­ne Teil­chen, die sich rund andert­halb­mal so schnell bewe­gen kön­nen wie Licht. Die­se Ent­de­ckung stell­te Ein­steins Rela­ti­vi­täts-Theo­rie gänz­lich auf den Kopf. Wenn die Licht­ge­schwin­dig­keit nicht die phy­si­ka­li­sche Ober­gren­ze der Geschwin­dig­keit mar­kiert, so wie Ein­stein in der Rela­ti­vi­täts-Theo­rie dar­stell­te, könn­te es durch­aus sein, dass es ande­re Teil­chen gibt, die einem schwar­zen Loch ent­kom­men könn­ten.

Quel­len:
Inter­view mit Prof. Blau – Uni Bern

Inter­net:
http://de.wikipedia.org/wiki/Ereignishorizont
http://de.wikipedia.org/wiki/Hawking-Strahlung
http://www.astronomia.de/index.htm?http://www.astronomia.de/kernfusion.htm
http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/0,1518,768646,00.html
http://flar.phsk.net/physik/astro/blackhole/blackhole.pdf

Doku­men­tar­fil­me:
Die Geheim­nis­se des Uni­ver­sums
Schwar­ze Löcher
Geheim­nis­se der Quan­ten­phy­sik
Ste­phen Haw­king
Par­al­lel­uni­ver­sen
Schwar­ze Löcher – Mate­riefres­ser im All
Mys­te­ri­en des Welt­alls Teil 6

Bil­der:
Bild 1
Bild 2

Bild 3

 

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