bartusiakSchwarze Löcher gehören zu den faszinierendsten Objekten im Universum. Lange Zeit galten sie nur als mathematische Kuriosität; heute wissen wir, dass sie überall im Kosmos zu finden sind und großen Einfluss auf seine Entwicklung haben. Über schwarze Löcher gibt es viel zu erzählen und über sie existieren viele falsche Vorstellungen. Ich wollte schon seit längerer Zeit eine ausführliche Serie über schwarze Löcher schreiben. Und da Marcia Bartusiak kürzlich ein tolles Buch* zu diesem Thema veröffentlicht hat, nehme ich das als Anlass, um diese Serie endlich zu schreiben. Alle Teile der Serie findet ihr hier.
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Wie kommt man eigentlich auf die Idee, das so etwas absurdes wie ein schwarzes Loch existieren könnte? Die moderne Theorie der schwarzen Löcher entstand erst vor ein paar Jahrzehnten. Aber schon im 18. Jahrhundert hat sich ein englischer Naturforscher Gedanken gemacht, aus denen ein Konzept entstand, das einem schwarzen Loch sehr ähnlich sieht.

Der Forscher hieß John Michell und ist angesichts seiner vielfältigen Arbeit eigentlich viel zu wenig bekannt. Er beschäftigte sich zum Beispiel intensiv mit Geologie und untersuchte, wie sich Erdbebenwellen unterirdisch ausbreiten. Genauer gesagt: Die Idee, dass es so etwas wie “Erdbebenwellen” überhaupt gibt, die sich ausbreiten können, geht auf Michell zurück. Mit dieser Hypothese konnte er dann zum Beispiel auch genau ausrechnen, wo der Erdbebenherd des großen Bebens in Lissabon im Jahr 1755 war. Michell beschäftigte sich aber auch mit der Gravitation und erfand die Drehwaage, ein Instrument mit dem sich die Gravitationskonstante messen ließ, die in Newtons berühmten Gleichungen auftaucht. Er starb allerdings, bevor er das Experiment durchführen konnte und darum ist es heute nach dem Mann benannt, der Michells Arbeit weiterführte: das Cavendish-Experiment.

Und dann war Michell auch noch ein sehr interessierter Astronom. Und zwar einer, der sich – was für die damalige Zeit durchaus unüblich war – mit Sternen beschäftigte. Im 18. Jahrhundert war man eher an den Planeten, ihren Monden und ihrer Bewegung am Himmel interessiert. Die Sterne waren im wesentlichen ein nützlicher Hintergrund um genaue Positionsangaben machen zu können. Aber es gab ja damals auch wenig, was man mit ihnen anstellen konnte. Keiner wusste wirklich, woraus so ein Stern besteht, wie weit er entfernt ist, wie er funktioniert, und so weiter. Die ganze moderne Wissenschaft der Astrophysik würde erst im 20. Jahrhundert entstehen. Michell aber wandte als einer der ersten statistische Methoden auf die Beobachtung der Sterne an und diese Arbeit sollte ihn zu den ominösen schwarzen Löchern führen.

Michell stellte fest, dass die Sterne am Himmel überdurchschnittlich oft in Paaren oder Gruppen zu sehen sind. Mehr, als man erwarten dürfte, wenn sie einfach alle zufällig am Himmel verteilt wären. Daraus schloss er, dass einige dieser Sternpaare tatsächlich auch zusammen gehören, also durch ihre gegenseitige Gravitationskraft aneinander gebunden sind. Zu diesem Thema veröffentlichte Mitchell im Jahr 1784 eine wissenschaftliche Arbeit mit einem wunderbar langen Titel: “On the Means of Discovering the Distance, Magnitude, &c. of the Fixed Stars, in Consequence of the Diminution of the Velocity of Their Light, in Case Such a Diminution Should be Found to Take Place in any of Them, and Such Other Data Should be Procured from Observations, as Would be Farther Necessary for That Purpose. By the Rev. John Michell, B. D. F. R. S. In a Letter to Henry Cavendish, Esq. F. R. S. and A. S.”

Darin beschäftigte er sich vor allem mit den Auswirkungen der Gravitation der Sterne auf das Licht, das sie aussenden. Licht betrachtete man im 18. Jahrhundert so, wie es der große Gelehrte Isaac Newton im vorherigen Jahrhundert erklärt hatte: Nicht als Welle oder “Lichtstrahl”, sondern als kleine Lichtteilchen, die Korpuskel. Und diese Teilchen müssen selbstverständlich auch durch die Gravitation beeinflusst werden. Gerade das war ja Newtons große Erkenntnis: Die Gravitation ist universell. Sie wirkt auf der Erde so wie am Himmel; zwischen Planeten und Sternen genau so wie zwischen Äpfeln und der Erde. Alles unterliegt der Gravitation und wenn das Licht aus Teilchen besteht, dann eben auch das Licht. Daraus schloss Michell, dass ein Stern sein Licht abbremsen müsste und zwar um so stärker, je massereicher und dichter er ist. In seiner Arbeit rechnet er genau vor, wie sich die Masse eines Sterns auf seine Helligkeit auswirken würde. Und schreibt schließlich auch diesen Satz:

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Kommentare (7)

  1. #1 phunc
    6. Mai 2015

    Beim letzten Artikel über Schwarze Löcher wollte ich schon nach Literatur fragen. Wie sehr geht Bartusiaks Buch denn auf den aktuellen Stand der Forschung ein? Welche anderen Bücher sind da außerdem noch zu empfehlen? Ich suche etwas, dass sich konkret mit Schwarzen Löchern befasst und eben möglichst aktuelle Erkenntnisse miteinbezieht – im Stil von Brian Greene oder anderen Autoren.

    Eine Alternative wäre natürlich Paper zu lesen, aber dafür reicht mein Fachwissen bisher nicht aus und es ist auch eher mühsam abends noch Publikationen zu lesen.

  2. #2 Thomas N.
    6. Mai 2015

    In der Überschrift steht Mitchell mit t, im Gegensatz zum restlichen Text. Florian, kannst du das falsche t entfernen?

  3. #3 Ridikuli
    6. Mai 2015

    Mich würde dieselbe Frage interessieren, die “phunc” schon stellte: gibt’s populärwissenschaftliche Bücher, die sich primär mit schwarzen Löchern beschäftigen und möglichst aktuelle Ergebnisse beinhalten, aber mindestens 38% unterhaltsamer und 57% leichter verständlich sind als Paper?

  4. #4 Paul
    6. Mai 2015

    @phunc, @Ridikuli:

    Ich fand

    Verbotenes Universum: Die Zeit der Schwarzen Löcher

    von Silke Britzen sehr lesenswert. Gibt’s als Kindle-Version für 9,99 €.

  5. #5 Artur57
    6. Mai 2015

    “Ein Stern kann also mit seiner Schwerkraft das Licht nicht langsamer machen”

    Na ja, eigentlich schon, und das wurde auch schon beobachtet:

    http://de.wikipedia.org/wiki/Shapiro-Verz%C3%B6gerung

    Es ist demnach ein Lichtstrahl in Sonnennähe etwas langsamer. Erste Begründung wäre die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit, denn die ART fordert: jeder Beobachter misst c. Die Uhr eines Beobachters in Sonnennähe geht nun etwas langsamer und damit auch er genau c misst, muss das Licht sich ebenso etwas langsamer bewegen. Theorie gerettet. Allerdings nur in diesem lokalen Inertialsystem, denn dieser Shapiro war ja in der Lage, eine Lichtgeschwindigkeit <c zu messen.

    Nicht einverstanden bin ich übrigens mit der Wikipedia-Meinung, dass es sich um einen Brechungseffekt handelt. Denn dieser ist frequenzabhängig, die Lichtbeugung und -verlangsamung im Vakuum sind es nicht.

  6. #6 Florian Freistetter
    6. Mai 2015

    @phunc, Ridikuli: Naja, das Buch ich das ich gerade lese und hier in den nächsten Tagen beschreibe, gehört sicher dazu. Aber gerade zu schwarzen Löchern gibts mehr populärwissenschaftliche Literatur als auf den meisten anderen Gebieten der Astronomie. Was richtig überzeugend gutes und verständliches hab ich aber noch nicht gelesen (mit dem Bartusiak-Buch hab ich ja gerade erst angefangen, da kann ich noch nicht viel sagen).

  7. #7 Florian Freistetter
    6. Mai 2015

    @Artur57: P.S. Und die Shapiro-Verzögerung hat nichts mit dem zu tun, was Michell geschrieben hat.