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Wo die Zeit stillsteht und der Weltraum kollabiert
22.05.2006 um 13:37Das Schwarze Loch könnte alles, was wir von der Realität wissen, umstoßen. Mit seiner unvorstellbaren Dichte verzerrt es Raum und Zeit, ja es kann sogar das Verbindungsstück zu einem anderen Universum sein.
Ein Schwarzes Loch ist eine Öffnung im Weltraum, die durch einen Gravitationskollaps ins Universum gerissen wird; eine Zone, welche die Materie verschlingt und aus dem nichts, nicht einmal das Licht, entweichen kann. In einem Schwarzen Loch gibt es kein oben oder unten, kein rechts oder links. Zeit und Raum gehen ineinander über.
Unsere Zeit auf der Erde geht unaufhaltsam vorwärts. Fliehe ein Astronaut in ein Schwarzes Loch, würde er von der Unendlichkeit aufgesogen und aus der Existenz gerissen werden. Um das Schwarze Loch befindet sich eine Schlucht von wenigen Kilometern Durchmesser, wo der Raum nicht existiert. Hier ist die Gravitation stärker als irgendwo sonst im Universum. Nichts kann ihr entrinnen.
Sowohl die Theorie vom Schwarzen Loch als auch der Beweis für seine Existenz ist der Forschung des 20. Jahrhunderts zu verdanken. Zum ersten Mal wurde es bereits 1798 erwähnt, und zwar vom französischen Astronom Pierre Laplace. Er stellte die verblüffende und widersprüchliche Theorie auf, dass die hellsten Sterne vielleicht gar nicht zu scheu sind. Laplace leitete diese These vom Newtonscheu Gravitationsgesetz ab. Hat ein Stern die gleiche Dichte wie die Erde, wäre seine Masse so groß, dass seine Oberflächengravitation kein Licht entweichen ließe. Da solche "schweren" Sterne viel Licht erzeugen, zog Laplace den Schluss, dass die hellsten Sterne unsichtbar sind.
Seine Theorie von der Gravitation, die kein Licht entweichen lässt, enthält einen Gedanken der Astronomie. Heute ist man der Ansicht, dass Sterne von so großer Dichte in Wirklichkeit gar nicht existieren. Das Schwarze Loch entstehe nicht durch eine gewaltige Explosion, wie Laplace glaubte, sondern durch eine Implosion, bei der die Materie in sich zusammenfällt und zu einer unvorstellbaren Dichte komprimiert.
Die Hauptquelle für die Forschung über das Schwarze Loch stammte nicht von Laplace, sondern von Einstein. In seiner Allgemeinen Relativitätstheorie, die er 1916 veröffentlichte, ersetzt er Newtons Gravitationskraft durch eine völlig neue These über die "Verzerrung" von Raum und Zeit. Nachfolgende Messungen und Versuche schienen Einsteins Vorstellung zu bestätigen und die Theorie vom Schwarzen Loch zu untermauern. Mit Einsteins neuem Bild über das Universum glauben die Astronomen nun den Weg um und in das Schwarze Loch berechnen zu können.
Wenige Monate nach Veröffentlichung der Relativitätstheorie beschrieb mit Hilfe dieser Gleichung der deutsche Astronom Karl Schwarzschild das Schwarze Loch. Zu der Zeit aber konnte sich noch niemand eine so starke Gravitation vorstellen, wie Schwarzschild sie angab. Seine Berechnungen verstaubten auf seinem Schreibtisch. 1939 aber stellten die amerikanischen Physiker J. Robert Oppenheimer (der "Vater der Atombombe") und H. Snyder fest, dass bei der Implosion eines Sternes sich ein Schwarze Loch bildet.
Noch immer wurde die Existenz des Schwarzen Loches nicht ernst genommen. Wie sollte man schwarze, winzige Objekte in Millionen Kilometer Entfernung aufspüren: Die Theorie vom Schwarze Loch schien einen toten Punkt erreicht zu haben. Dann aber in den sechziger und siebziger Jahren entdeckte man mit Hilfe neuer Geräte in der Strahlen-Astronomie seltsame Objekte am äußersten Ende des Universums, die viele bisherigen Kenntnisse revolutionierten. Man besann sich wieder auf das umstrittene Schwarze Loch.
Mit Hilfe von Röntgenstrahlen wurden Objekte entdeckt, die kein Licht abgaben und eine hohe Strahlung aufwiesen. Das Schwarze Loch selbst kann zwar keine Strahlung abgeben, aber es zieht Gas an, die um die Öffnung rotieren, bevor sie eingesogen werden. Durch die intensive Gravitation nahe dem Loch wird das Gas erhitzt, und durch die Energie werden Strahlungen frei. Irgendwelche Strahlenquellen haben vermutlich Schwarze Löcher, die das Gas einem benachbarten Stern entziehen. Diese Quasisterne hielt man für riesige Löcher, die das Gas im Zentrum einer ganzen Sternengalaxie auffangen. Schwarzschild meinte, sollte es Schwarze Löcher wirklich geben, würden sie sich mit Sicherheit nicht drehen. Alle echten Sterne rotieren aber, und wenn ein Stern zu einem Schwarzen Loch kollabiert, müsste er sich noch schneller drehen. Was war die Erklärung dafür?
Einen wesentlichen Beitrag zur Theorie vom Schwarzen Loch leistete der Mathematiker Rov Kerr aus Neuseeland. Berechnungen, die auf Einsteins Theorie basieren überzeugten Kerr von der Existenz der "rotierenden Schwarzen Löcher". Obgleich die Materie eines kollabierenden Sternes zum zentralen Punkt wird, ist der umgebende Raum immer noch verzerrt durch seine ursprüngliche Rotation. Kerr stellte fest, dass im umliegenden Bereich des Loches die Materie durch die Rotation des Loches mitgerissen wird.
Kerns Arbeit wurde von Roger Penrose, einem Mathematiker aus Oxford, weitergeführt. Er vertritt die Ansicht, dass ein kollabierter Stern durch das Schwarze Loch, das kein Licht nach außen dringen lässt, verdeckt werde.
Wichtige Beiträge leistete auf diesem Gebiet auch Stephen Hawking aus Cambridge. Von ihm sagt man, er habe mehr zum Verständnis der Gravitation beigetragen als Einstein selbst. Seine größte Entdeckung machte er 1974, nämlich dass die Schwarzen Löcher sich langsam auflösen.
In der Praxis geht der Prozess viel zu langsam vor sich, als das er ein großes Schwarzes Loch, das aus einem kollabierenden Stern entstanden ist, beeinflussen könnte, bei kleineren ist das anders. Bei Schwarzen Löchern in der Größe und Dichte eines kleinen Sternhaufens, die vor 15 Milliarden Jahren zu Beginn des Universums entstanden sind, könnte die Auflösung zu einer Explosion führen. Astronomen hielten nach solchen Vorgängen Ausschau, bisher allerdings vergebens. Doch deshalb ist Hawkings Throne nicht falsch, sondern es gibt nur wenige Löcher, die so alt sind.
Ein Schwarzes Loch ist eine Öffnung im Weltraum, die durch einen Gravitationskollaps ins Universum gerissen wird; eine Zone, welche die Materie verschlingt und aus dem nichts, nicht einmal das Licht, entweichen kann. In einem Schwarzen Loch gibt es kein oben oder unten, kein rechts oder links. Zeit und Raum gehen ineinander über.
Unsere Zeit auf der Erde geht unaufhaltsam vorwärts. Fliehe ein Astronaut in ein Schwarzes Loch, würde er von der Unendlichkeit aufgesogen und aus der Existenz gerissen werden. Um das Schwarze Loch befindet sich eine Schlucht von wenigen Kilometern Durchmesser, wo der Raum nicht existiert. Hier ist die Gravitation stärker als irgendwo sonst im Universum. Nichts kann ihr entrinnen.
Sowohl die Theorie vom Schwarzen Loch als auch der Beweis für seine Existenz ist der Forschung des 20. Jahrhunderts zu verdanken. Zum ersten Mal wurde es bereits 1798 erwähnt, und zwar vom französischen Astronom Pierre Laplace. Er stellte die verblüffende und widersprüchliche Theorie auf, dass die hellsten Sterne vielleicht gar nicht zu scheu sind. Laplace leitete diese These vom Newtonscheu Gravitationsgesetz ab. Hat ein Stern die gleiche Dichte wie die Erde, wäre seine Masse so groß, dass seine Oberflächengravitation kein Licht entweichen ließe. Da solche "schweren" Sterne viel Licht erzeugen, zog Laplace den Schluss, dass die hellsten Sterne unsichtbar sind.
Seine Theorie von der Gravitation, die kein Licht entweichen lässt, enthält einen Gedanken der Astronomie. Heute ist man der Ansicht, dass Sterne von so großer Dichte in Wirklichkeit gar nicht existieren. Das Schwarze Loch entstehe nicht durch eine gewaltige Explosion, wie Laplace glaubte, sondern durch eine Implosion, bei der die Materie in sich zusammenfällt und zu einer unvorstellbaren Dichte komprimiert.
Die Hauptquelle für die Forschung über das Schwarze Loch stammte nicht von Laplace, sondern von Einstein. In seiner Allgemeinen Relativitätstheorie, die er 1916 veröffentlichte, ersetzt er Newtons Gravitationskraft durch eine völlig neue These über die "Verzerrung" von Raum und Zeit. Nachfolgende Messungen und Versuche schienen Einsteins Vorstellung zu bestätigen und die Theorie vom Schwarzen Loch zu untermauern. Mit Einsteins neuem Bild über das Universum glauben die Astronomen nun den Weg um und in das Schwarze Loch berechnen zu können.
Wenige Monate nach Veröffentlichung der Relativitätstheorie beschrieb mit Hilfe dieser Gleichung der deutsche Astronom Karl Schwarzschild das Schwarze Loch. Zu der Zeit aber konnte sich noch niemand eine so starke Gravitation vorstellen, wie Schwarzschild sie angab. Seine Berechnungen verstaubten auf seinem Schreibtisch. 1939 aber stellten die amerikanischen Physiker J. Robert Oppenheimer (der "Vater der Atombombe") und H. Snyder fest, dass bei der Implosion eines Sternes sich ein Schwarze Loch bildet.
Noch immer wurde die Existenz des Schwarzen Loches nicht ernst genommen. Wie sollte man schwarze, winzige Objekte in Millionen Kilometer Entfernung aufspüren: Die Theorie vom Schwarze Loch schien einen toten Punkt erreicht zu haben. Dann aber in den sechziger und siebziger Jahren entdeckte man mit Hilfe neuer Geräte in der Strahlen-Astronomie seltsame Objekte am äußersten Ende des Universums, die viele bisherigen Kenntnisse revolutionierten. Man besann sich wieder auf das umstrittene Schwarze Loch.
Mit Hilfe von Röntgenstrahlen wurden Objekte entdeckt, die kein Licht abgaben und eine hohe Strahlung aufwiesen. Das Schwarze Loch selbst kann zwar keine Strahlung abgeben, aber es zieht Gas an, die um die Öffnung rotieren, bevor sie eingesogen werden. Durch die intensive Gravitation nahe dem Loch wird das Gas erhitzt, und durch die Energie werden Strahlungen frei. Irgendwelche Strahlenquellen haben vermutlich Schwarze Löcher, die das Gas einem benachbarten Stern entziehen. Diese Quasisterne hielt man für riesige Löcher, die das Gas im Zentrum einer ganzen Sternengalaxie auffangen. Schwarzschild meinte, sollte es Schwarze Löcher wirklich geben, würden sie sich mit Sicherheit nicht drehen. Alle echten Sterne rotieren aber, und wenn ein Stern zu einem Schwarzen Loch kollabiert, müsste er sich noch schneller drehen. Was war die Erklärung dafür?
Einen wesentlichen Beitrag zur Theorie vom Schwarzen Loch leistete der Mathematiker Rov Kerr aus Neuseeland. Berechnungen, die auf Einsteins Theorie basieren überzeugten Kerr von der Existenz der "rotierenden Schwarzen Löcher". Obgleich die Materie eines kollabierenden Sternes zum zentralen Punkt wird, ist der umgebende Raum immer noch verzerrt durch seine ursprüngliche Rotation. Kerr stellte fest, dass im umliegenden Bereich des Loches die Materie durch die Rotation des Loches mitgerissen wird.
Kerns Arbeit wurde von Roger Penrose, einem Mathematiker aus Oxford, weitergeführt. Er vertritt die Ansicht, dass ein kollabierter Stern durch das Schwarze Loch, das kein Licht nach außen dringen lässt, verdeckt werde.
Wichtige Beiträge leistete auf diesem Gebiet auch Stephen Hawking aus Cambridge. Von ihm sagt man, er habe mehr zum Verständnis der Gravitation beigetragen als Einstein selbst. Seine größte Entdeckung machte er 1974, nämlich dass die Schwarzen Löcher sich langsam auflösen.
In der Praxis geht der Prozess viel zu langsam vor sich, als das er ein großes Schwarzes Loch, das aus einem kollabierenden Stern entstanden ist, beeinflussen könnte, bei kleineren ist das anders. Bei Schwarzen Löchern in der Größe und Dichte eines kleinen Sternhaufens, die vor 15 Milliarden Jahren zu Beginn des Universums entstanden sind, könnte die Auflösung zu einer Explosion führen. Astronomen hielten nach solchen Vorgängen Ausschau, bisher allerdings vergebens. Doch deshalb ist Hawkings Throne nicht falsch, sondern es gibt nur wenige Löcher, die so alt sind.
