theoriebuchDieser Artikel ist Teil einer fortlaufenden Besprechung des Buchs “Die perfekte Theorie: Das Jahrhundert der Genies und der Kampf um die Relativitätstheorie”* (im Original “The Perfect Theory: A Century of Geniuses and the Battle over General Relativity”* von Pedro Ferreira. Jeder Artikel dieser Serie beschäftigt sich mit einem anderen Kapitel des Buchs. Eine Übersicht über alle bisher erschienenen Artikel findet man hier
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Im ersten Kapitel des Buchs haben wir erfahren, was eigentlich das allgemeine an der Allgemeinen Relativitätstheorie ist und wie Albert Einstein überhaupt auf die Idee kam, sie zu entwickeln. Im zweiten Kapitel hat Einstein dann mühsamer Rechnerei endlich herausgefunden, wie er diese Theorie formulieren kann. Das dritte Kapitel hat gezeigt, dass wir aus der allgemeinen Relativitätstheorie überraschend viel über die Entstehung des Universums lernen können. Kapitel 4 hat erklärt, dass man aus ihr auch faszinierende Erkenntnisse über sterbende Sterne erhalten kann. In Kapitel 5 ging es um Einsteins Gegner und die zweifelten in Kapitel 6 sogar den Urknall an; den größten Erfolg der Relativitätstheorie. In Kapitel 7 erzählt Ferreira wie die Relativitätstheorie langsam wieder an Fahrt aufnahm und sich nun auch die Astrophysiker mit ihr beschäftigten mussten.

Denn langsam aber sicher wurde immer klarer, dass die “seltsamen” und “unrealistischen” Lösungen der Einsteinschen Feldgleichungen mit den Singularitäten nicht ganz so seltsam und unrealistisch waren, wie man dachte. Oppenheimer und Snyder hatten in den 1940er Jahren gezeigt, dass ein ausreichend massiver Stern am Ende seines Leben immer weiter kollabieren kann bis die ganze Raumzeit in seiner Umgebung zu einer Singularität kollabiert. Einer Region, die Karl Schwarzschild schon 1916 beschrieben hatte und aus der nichts mehr in den Rest des Universums zurück kehren konnte, wenn es einmal dort angelangt war. Einstein akzeptierte zwar, dass so eine Singularität theoretisch aus den Lösungen seiner Feldgleichungen resultieren konnte, war aber überzeugt, dass es so etwas in der Realität nicht geben konnte. Der gleichen Meinung war auch Eddington. Und John Wheeler der für die neue Popularität der Relativitätstheorie in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts verantwortlich war. Eigentlich dachten damals die meisten Wissenschaftler, dass es solche Singularitäten nicht geben könnte.

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Gut, große Sterne werden am Ende ihres Lebens zwar zwangsläufig kollabieren. Aber nicht so weit, um am Schluss in diesem seltsamen Zustand enden, wo sie alles in ihrer Umgebung verschlucken und festhalten; sogar das Licht. Aber angeregt durch Wheelers Vortrag bei der Relativitätskonferenz im Jahr 1963, von der im letzten Kapitel die Rede war, begann eine neue Generation von Wissenschaftler das Problem genauer zu untersuchen. Zu ihnen gehörte auch Roger Penrose. Penrose schuf eine völlig neue Technik um die Raumzeit im Rahmen von Einsteins Gleichungen untersuchen zu können. Und auch andere kamen zu neuen Ergebnissen. Zum Beispiel Roy Kerr, der eine die ursprüngliche Lösung von Karl Schwarzschild vereinheitlichte. Und da waren da noch die Russen, die zur damaligen Zeit noch ziemlich isoliert von den westlichen Wissenschaftlern arbeiten mussten, aber ebenfalls sehr interessiert an Einsteins Theorie waren. Zu ihnen gehörten Jakow Seldowitsch (über dessen Arbeit ich auch schon mal hier geschrieben habe), Isaak Chalatnikow und Jewgeni Lifschitz.

Die beiden letztgenannten veröffentlichten 1965 eine Arbeit, in der sie zeigten, dass Singularitäten nicht entstehen können. Oppenheimer und Snyder und ihre Nachfolger gingen immer von symmetrischen Zuständen aus und davon, dass alle Teile eines kollabierenden Sterns gleich schnell und gleichzeitig in Richtung Zentrum fielen. Aber Sterne sind keine perfekt symmetrischen Objekte und Chalatnikow und Lifschitz wiesen nach, dass diese Asymmetrien die Bildung einer Singularität unmöglich machten. Als die beiden bei einer Konferenz ihre Ergebnisse vortrugen, saß im Publikum auch Roger Penrose. Und er wusste, dass die Russen sich geirrt haben mussten. Denn er hatte selbst gerade einen Artikel zur Veröffentlichung eingereicht, in dem er mathematisch bewies, dass ein ausreichend großer Stern immer zu einer Singularität kollabiert; Asymmetrien hin und her. Sein “Singularitätstheorem” wurde berühmt und holte die Singularitäten endgültig aus der mathematischen Abstraktion in die Realität. Wenn Einsteins Relativitätstheorie korrekt war, dann musste es sie da draußen auch geben.

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Kommentare (3)

  1. #1 a.n
    5. Mai 2014

    “Penrose schuf eine völlig neue Technik um die Raumzeit im Rahmen von Einsteins Gleichungen untersuchen zu können.”

    Ist für die “wirkliche Welt” da draußen vielleicht nicht so relevant, aber ich fand an den Betrachtungen zur kausalen Struktur der Raumzeit immer faszinierend, dass diese unabhängig von der einsteinschen Dynamik sind. Manchmal werden Energiebedingungen gestellt, die man unter gewissen Annahmen auch aus den Einstein-Gleichungen folgern kann, aber die Resultate gelten allgemeiner. Deshalb könnte man den Satz fast erweitern zu “im Rahmen von Einsteins Gleichungen – und sogar darüber hinaus” 🙂

  2. #2 fj
    http://blog.effjot.net/
    6. Mai 2014

    Diese Folge fehlt übrigens auf der Übersichtsseite.

  3. […] der Einsteinschen Feldgleichungen aus der Allgemeinen Relativitätstheorie (siehe dazu hier und hier). Ein Wurmloch ist eine Verformung in der Raumzeit, bei der zwei eigentlich weit entfernte Bereiche […]