Schwarze Löcher gehören zu den Dauerbrennern in der Serie “Fragen zur Astronomie”. Kein Wunder, denn diese Himmelskörper sind mehr als nur seltsam und haben jede Menge überraschende und schwer verständliche Eigenschaften. Trotzdem haben die Wissenschaftler in den letzten Jahrzehnten viel über schwarze Löcher herausgefunden; die Astronomen haben jede Menge davon beobachtet und ihren Einfluss auf den Rest des Universums untersucht und die Theoretiker haben sich Gedanken über ihre Eigenschaften gemacht. Schwarze Löcher sind seltsam, aber dennoch reale Objekte in unserem Kosmos. Aber wie ist das mit den “weißen Löchern”? Auch die geistern seit langer Zeit durch die (wissenschaftliche und anderweitige) Literatur; tauchen in der Forschung aber eher selten auf. Grund genug, im Rahmen dieser Serie heute die Frage “Was sind weiße Löcher?” zu beantworten.

Eine kurze Antwort auf die Frage könnte lauten: Ein weißes Loch ist das Gegenteil eines schwarzen Lochs.” Das ist zwar tatsächlich kurz, aber auch nicht sonderlich hilfreich. Ein bisschen genauer kann man die Sache verstehen, wenn man mit der Mathematik anfängt. Ein schwarzes Loch ist ein direktes Resultat von Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. Seine dort aufgestellten “Feldgleichungen” beschreiben, wie sich die Raumzeit in Anwesenheit von Massen verhält und als die Wissenschaftler in der ersten Hälfte des letzten Jahrhunderts nach Lösungen für diese Gleichungen suchten, stießen sie dabei auch auf Formeln, die ein sehr seltsames Objekt beschrieben. Ich habe das hier ausführlicher beschrieben, aber im Wesentlichen läuft es auf folgendes hinaus: Konzentriert man ausreichend viel Masse auf ausreichend wenig Raum, dann wird die Raumzeit so stark gekrümmt, das nichts mehr aus der Nähe dieser Masse entkommen kann. Alles, was sich hinter dem sogenannten “Ereignishorizont” befindet, muss auch dort bleiben; selbst das Licht.

Künstlerische Darstellung eines Quasars. Früher dachte man mal, das könnten weiße Löcher sein. Sind aber nur schwarze... (Bild: ESO/M.Kornmesser)

Künstlerische Darstellung eines Quasars. Früher dachte man mal, das könnten weiße Löcher sein. Sind aber nur schwarze… (Bild: ESO/M.Kornmesser)

Lange Zeit dachte man, dass diese Lösungen nur eine mathematische Kuriosität darstellten und keine reale Entsprechung hätten. Aber dann fand man nicht nur heraus, wie solche schwarzen Löcher tatsächlich aus dem Kollaps normaler Sterne entstehen können, sondern entdeckte diese Objekte auch. Heute sind schwarze Löcher Teil des normalen Inventars unseres Universums und werden auf vielfältige Art und Weise erforscht. Die Mathematik der Einsteinschen Feldgleichungen lässt aber noch viele andere Lösungen zu. Zu diesen möglichen Lösungen gehören nicht nur die schwarzen Löcher sondern eben auch die weißen.

Auch ein weißes Loch hat einen Ereignishorizont. Der funktioniert allerdings nun genau umgekehrt. Während bei einem schwarzen Loch nichts von innen nach außen gelangen kann, ist der Ereignishorizont eines weißen Loches eine undurchdringliche Grenze von außen nach innen. Nichts kann in das weiße Loch gelangen; der einzige Weg führt in die andere Richtung. Ein schwarzes Loch kann Materie und Strahlung also nur “verschlucken” und gibt nichts davon wieder her. Ein weißes Loch dagegen kann Materie und Strahlung nur abgeben, aber nichts kann in das Loch gelangen.

Wie gesagt: Rein mathematisch stellen solche weißen Löcher absolut gültige Lösungen der Einsteinschen Gleichungen dar. Aber nur weil eine mathematische Lösung existiert, muss sie deswegen nicht automatisch eine reale Entsprechung haben. Die Situation ist ähnlich wie bei den “Tachyonen”, also überlichtschnellen Teilchen. So wie normale Teilchen immer langsamer als das Licht sein müssen und nie schneller sein können, müssen Tachyonen immer schneller und können nie langsamer sein. Mathematisch gesehen stellen sie keinen Widerspruch zur Relativitätstheorie dar; aber es ist mehr als nur zweifelhaft ob es sie deswegen auch in der Realität geben kann (ich habe das hier genauer erklärt).

Aber: Hat man nicht auch bei den schwarzen Löcher lange Zeit geglaubt, es könne sie nicht geben? Und dann erst später festgestellt, dass es sich um reale Objekte handelt? Und warum sollte das bei den weißen Löchern nicht auch so sein? Vielleicht gibt es sie ja doch und wir haben sie bis jetzt nur noch nicht gefunden?

Das kann schon sein – aber ein wenig unterscheidet sich die Situation trotzdem. Im Gegensatz zu den schwarzen Löchern kennen wir keinen physikalischen Mechanismus, durch den ein weißes Loch entstehen könnte. Keine Beobachtung hat Spuren weißer Löcher entdeckt. Und ihre Existenz würde dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik widersprechen, der besagt das die Entropie im Universum nur größer werden oder gleich bleiben kann.

Momentan scheinen “weiße Löcher” als tatsächlich nur eine mathematische Kuriosität zu sein. Allerdings muss man dabei immer berücksichtigen, dass wir noch keine umfassende Theorie besitzen, mit der sich extreme Zustände wie die in einem schwarzen (oder weißen) Loch vollständig beschreiben lassen. Die “Singularität” hinter dem Ereignishorizont eines schwarzen (oder weißen) Lochs ist nur ein Ausdruck unseres Unverständnisses dessen, was dort wirklich passiert (siehe hier für eine genauere Erklärung). Wenn wir es irgendwann schaffen, eine Theorie zu finden mit der sich Quantenmechanik und Gravitation gleichzeitig behandeln lassen, dann könnte es auch neue Erkenntnisse über weiße Löcher geben.

In einer Arbeit aus dem Jahr 2014 (“Black hole fireworks: quantum-gravity effects outside the horizon spark black to white hole tunneling”) vermuten die theoretischen Physiker Hal Haggard und Carlo Rovelli beispielsweise, dass quantengravitative Effekte dazu führen können, das ein schwarzes Loch nach seiner Bildung in sich zusammenfallen und dann quasi “zurückprallen” kann. Dieser “Quantum Bounce” würde aus einem schwarzen Loch ein weißes Loch machen. Das weiße Loch würde dann, ähnlich einer Supernova, explodieren und verschwinden (allerdings sind Leute mit mehr Ahnung von diesen Themen als ich ein wenig skeptisch was die Arbeit angeht).

Das letzte Wort in Sachen weißer Löcher ist also noch nicht gesprochen. Vorerst bleibt aber nur folgende Antwort auf die ursprüngliche Frage übrig: Weiße Löcher sind hypothetische Objekte die theoretisch existieren können, für deren reale Existenz es aber keinerlei Hinweise gibt.

Mehr Antworten findet ihr auf der Übersichtsseite zu den Fragen, wo ihr selbst auch Fragen stellen könnt.

Kommentare (30)

  1. #1 Dwon
    4. April 2016

    Leben wir nicht in einem weißen Loch aus Sicht eines schwarzen Lochs? Oder muss ich mir ein weißes Loch als klein und kugelförmig vorstellen wie andere Objekte – Sterne, Planeten, schwarze Löcher, …?

  2. #2 Florian Freistetter
    4. April 2016

    @Dwon: Ja, auch ein weißes Loch ist eine “Singularität”; so wie ein schwarzes Loch.

  3. #3 Robert
    Minga
    4. April 2016

    Das eigentliche Problem weisser Löcher ist doch aber, dass sie instabil sind: kommt nur ein Staubkorn in ihre Nähe, verschwinden sie. Sie sind genau so schwierig zu bekommen, wie der Versuch hunderte Scherben so zusammenzuschiessen, dass man hinterher eine Vase hat, siehe zB http://gravityresearchfoundation.org/pdf/awarded/1989/blau_guth.pdf

  4. #4 Ingo
    4. April 2016

    Nach der Beschreibung stelle ich mir ein weisses Loch nun wie eine art negative Gravitation vor.
    Alles wird “von dem weissen Loch weggedrueckt”.
    Innerhalb des Ereignisshorizontes sogar so stark, dass nichtmal Licht gegen die negative Gravitation ankommt.
    Habe ich das soweit korrekt verstanden?

    Nun,- was wuerde denn eine “negative Gravitation” (bzw. eine deratige Kruemmung) ausloesen.
    Bei den schwarzen Loechern ist es letztendlich normale Masse auf sehr kleinen Raum.
    Un bei den weissen Loechern?
    “Negative Masse / Negative Energie”???

  5. #5 Karl
    4. April 2016

    Mal amateur-haft gedacht: War vielleicht ein weisses Loch der “Ausgangspunkt” des “Urknalls”?

  6. #6 Robert
    Minga
    4. April 2016

    Nein, ein “schwarzes Loch mit negativer Masse”, also zB eine Schwarzschildloesung, in der der Parameter M negativ ist, ist eine “nackte Singularitaet”.

    Ein weisses Loch hingegen liegt in der Vergangenheit und hat ganz normal eine positive (ADM-)Masse. Es ist die zeitliche Umkehrung einer Lösung der Einsteinschen Feldgleichungen mit einem schwarzen Loch (die Einsteingleichungen haben auch die t -> -t Symmetrie).

  7. #7 mathias
    4. April 2016

    Ich hätte gedacht, dass die Frage nach weißen Löchern sich eh erledigt hat, wenn der 2. Hauptsatz zur Anwendung kommt. Totschlagargument, wie auch im Artikel beschrieben. Dann kann doch eine Quantengravitation auch nichts mehr ändern.

  8. #8 Artur57
    4. April 2016

    Nun ließe sich ja ein Weißes Loch recht einfach konstruieren: einfach eine große Explosion, bei der kein Überrest übrig bleibt, beispielsweise durch einen Stern aus TNT. Wenn nun die wegfliegenden Partikel eine Mindestgeschwindigkeit haben, dann entsteht in der Mitte ein völlig leeres Gebiet. Wenn nun ein Objekt von außen kommt, das versucht, zum Zentrum zu fliegen, dann hat es bis dahin immer mehr Masse “im Rücken” als “vor der Nase” und wird damit wieder hinaus befördert. Das eindringende Objekt muss also entsprechend schnell sein, um diesen Widerstand zu überwinden. Sobald die notwendige Geschwindigkeit c überschreitet, ist das Zentrum unerreichbar. Weißes Loch generiert.

    Karl denkt jetzt weiter an den Urknall. Ich hatte in dem Zusammenhang einmal den Großen Void im Verdacht, das könne das Zentrum des Urknalls gewesen sein und somit ein tatsächlich existierendes Weißes Loch. Ist so aber nicht akzeptabel, da das Universum kein Zentrum hat und sich der Urknall nicht lokalisieren lässt.

  9. #9 Robert
    Minga
    4. April 2016

    Der zweite Hauptsatz gilt streng genommen nur klassisch und setzt eine “positive energy condition” voraus, die quantenmechanisch nicht gelten muss. Ausserdem hat zB die maximale Schwarzschildloesung ein weisses Loch und ist statisch, hat also kein Problem mit dem zweiten Hauptsatz (die Horizontfläche ist konstant), als Vakuumlösung erfüllt sie auch positive Energy (in trivialer Weise).

  10. #10 Robert
    Minga
    4. April 2016

    Artur57: Das ist kein weisses Loch, was Du beschreibst. Auch kann man ein solches nicht erzeugen, da es in der Vergangenheit liegt.

  11. #11 Alderamin
    4. April 2016

    @Artur57

    Wenn nun ein Objekt von außen kommt, das versucht, zum Zentrum zu fliegen, dann hat es bis dahin immer mehr Masse “im Rücken” als “vor der Nase” und wird damit wieder hinaus befördert.

    Hohlkugeln sind im Inneren frei von Gravitation. Das gilt dann auch für Deine explodierende Schale. So funktioniert das nicht.

  12. #12 mathias
    4. April 2016

    @Robert
    Ich dachte, der zweite Hauptsatz gilt strenggenommen auch klassisch nicht, da das Phasenraumvolumen trotz aller möglichen Verästelungen konstant bleibt. Und für die Quantenmechanik ist das doch so, dass irgendwann verschiedene Eigenwerte nicht mehr unterscheidbar sind, praktisch also der zweite Hauptsatz auch hier gilt. Es ist doch so, dass hier eine Problematik zum tragen kommt, welche Newton ebenso wie Einstein betrifft. Deren Gleichungen sind invariant gegen Zeitumkehr, nur lässt sich die genaue Vergangenheit wegen der zu groben Auflösung des Phasenraumes nicht mehr rekonstruieren.

  13. #13 Robert
    Minga
    4. April 2016

    Für schwarze Löcher sagt der zweite Hauptsatz, dass die Horizontfläche mit der Zeit nicht abnehmen kann. Und das kann man auch beweisen (steht zB bei Hawking und Ellis), wenn man positive Energie annimmt (diese bricht die Zeitumkehrinvarianz).

  14. #14 Wolf
    4. April 2016

    Gab es nicht auch die These, dass schwarze und weiße Löcher miteinander verbunden sind?
    Was ins eine reinfällt, kommt aus dem anderen raus. :-)

  15. #15 Hossa
    4. April 2016

    Mal eine ganz laienhafte Frage:
    Könnte nicht ein Weißes Loch der Ursprung unseres Universums sein?

  16. #16 Vortex
    Vorsicht, bin auch nur ein Laie
    4. April 2016

    Auch der Zeitfluß scheint gedehnt zu sein, sowohl bei einem schwarzen Loch, als auch bei der Expansion des Universums. Geht man zum Ursprung zurück, so könnte man die Singularität durchaus als ein weißes Loch, sich vorstellen, wobei die Zeit der Entstehung da auch extrem kurz war und bereits nach wenigen Minuten, Stunden, Tagen?. ganze Galaxien entstanden sind, oder?

  17. #17 Vortex
    4. April 2016

    Ein britischer Astronom stellte die Hypothese auf, daß ein schwarzes Loch nicht mehr Masse erreichen könnte, als etwa 50 Milliarden Sonnenmassen.

    Während ein schwarzes Loch in beiden Richtungen jeweils einen energiereichen Jet abstrahlt, angeblich nur solange Materie aufgenommen wird, dann stellt sich doch die Frage: “Was passiert wenn ein schwarzes Loch keine Materie mehr bekommt, explodiert es dann, nach einiger Zeit?,… könnte es sogar selbst zu einem weißen Loch werden?”

  18. #18 Bjoern
    4. April 2016

    @Hossa: Das hat Karl oben schon in Kommentar #5 gefragt, und die Frage wurde auch schon beantwortet. (kurz: nein)

  19. #19 Hossa
    4. April 2016

    @Björn

    Dachte die Antwort von Robert #6 bezieht sich auf #4.

    Ok, Danke.

  20. #20 mathias
    4. April 2016

    @Robert
    “Für schwarze Löcher sagt der zweite Hauptsatz, dass die Horizontfläche mit der Zeit nicht abnehmen kann”

    Klar, aber das folgt nicht aus den Einsteingleichungen, sondern aus späteren quantenphysikalischen und thermodynamischen Überlegungen. Schwarze Löcher emittieren am Horizont Strahlung (Hawking), also besitzen sie Temperatur. Dann aber auch notwendigerweise Entropie. Diese ist dann proportional zur Horizontfläche (Hawking – Bekenstein).

  21. #21 Robert
    Minga
    4. April 2016

    mathias: Du verwechselst hier etwas. Das nicht-Abnehmen der Horizontfläche ist klassisch und folgt, wie oben schon gesagt aus den Einsteingleichungen und positiver Energie. Und wie gesagt kann man das in Hawking&Ellis “The Global Structure of Space-Time” (ein rein klassisches Buch) nachlesen.

    Im Gegenteil, wenn Du bereit bist anzunehmen, dass schwarze Löcher durch Hawkingstrahlung (ein Effekt von QFT auf gekrümmter Raumzeit, also auch nicht wirklich Quantengravitation) kleiner werden, dann widerspricht der obigen Variante des 2. Hauptsatz, denn dann wird ja die Horizontfläche kleiner. Aus der Analogie dieses geometrisches Resultats mit dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik hat dann Bekenstein die Gleichsetzung von thermodynamischer Entropie mit Horizontfläche vermutet (und mehr als eine Vermutung ist das auch bis heute nicht).

  22. #22 Vortex
    5. April 2016

    Erfüllt nicht z.B. unsere Sonne die physikalischen Bedingungen eines weißen Lochs?

    Extreme Abstrahlung in allen Richtungen und falls mal ein kosmisches Objekt auf Kollisionskurs sein sollte, verdampft es vmtl. bevor es jemals einschlägt, oder?

  23. #23 Captain E.
    5. April 2016

    Nicht mal ansatzweise – die Auswürfe landen zu einem großen Teil doch wieder auf der Sonne, und selbst verdampfte Materie ist ja nicht einfach weg, sondern wird danach Teil der Sonnenmasse. Und das mit der “extremen Abstrahlung” ist doch sehr relativ, wenn man es etwa mit einem aktiven galaktischen Kern vergleicht, der Billionen von Sonnenleuchtkräften aufbieten kann.

  24. #24 Bullet
    5. April 2016

    @Vortex:

    […] dann stellt sich doch die Frage: “Was passiert wenn ein schwarzes Loch keine Materie mehr bekommt, explodiert es dann, nach einiger Zeit?

    Wieso sollte?

  25. #25 Alderamin
    5. April 2016

    @Vortex

    Während ein schwarzes Loch in beiden Richtungen jeweils einen energiereichen Jet abstrahlt, angeblich nur solange Materie aufgenommen wird, dann stellt sich doch die Frage: “Was passiert wenn ein schwarzes Loch keine Materie mehr bekommt,

    Der Jet stammt aus der Materiescheibe, die das Schwarze Loch umkreist, nicht aus dem Schwarzen Loch. Dem ist der Jet völlig egal. Die Scheibe kreist um das Schwarze Loch in dessen Schwerefeld, erhitzt sich durch innere Reibung, verwandelt sich so in ein Plasma aus Ionen und Elektronen und damit in fließenden, kreisenden Strom. Der erzeugt ein Magnetfeld, das Materie in den beiden Jets kanalisiert und beschleunigt. Ist noch nicht 100 Pro verstanden, aber so ungefähr läuft der Mechanismus. Ein klein wenig Materie (weniger als 10%) fällt durch Verlust an Bewegungsenergie ins Schwarze Loch, der größte Teil geht in den Jet (oder kreist weiter). Das erhitzte Gas sorgt für die Leuchtkraft.

    explodiert es dann, nach einiger Zeit?

    Nur durch Hawking-Strahlung, aber das dauert so 10^67-10^100 Jahre

    ,… könnte es sogar selbst zu einem weißen Loch werden?”

    Nein, ein Hawking-strahlendes Schwarzes Loch ist ein Schwarzes Loch, kein weißes. Es hat immer noch einen Ereignishorizont, dem nichts entkommt, der dann aber schnell schrumpft, bis er verschwunden ist.

    Ein weißes Loch wäre ein Ding mit unendlicher, abstoßender Schwerkraft, dem sich nicht einmal Licht nähern kann. Ganz was anderes.

  26. #26 Captain E.
    5. April 2016

    Tja, dann eben doch der Blick aus dem Inneren eines Schwarzen Lochs – die Raumzeit wird durch die Masse ja auch dermaßen verzerrt (Stichwort: Vertauschung von Raum- und Zeitdimensionen), dass selbst folgendes Szenario vorstellbar wäre:

    Ein (vermutlich expandierendes) Universum, in dem alle Materie aus einem kugelförmigen Weißen Loch strömt, in das absolut nichts eindringen kann. Etwaige Bewohner würden wilde Hypothesen anstellen, woher die ganze Materie stammt, und manch einer käme womöglich sogar auf die Idee, dass hinter dem Weißen Loch ein ganzes Universum stecken würde.

    Man kann es nicht belegen, man kann es nicht widerlegen.

  27. #27 Laie
    6. April 2016

    Frage: Wenn ein sl entsteht, dann stelle ich mir in der Mitte die Singularität vor, die weitere Masse des einstürzenden/kollabierenden Sterns muß den Weg zur Singularität noch zurücklegen. Wegen der Zeitdehnung erreicht aus der Sicht von außen, wenn also wir eine Supernova ehen, diese Materie nicht in endlicher Zeit das sl. Somit müßte also viel Masse unendlich lange brauchen bis es die tatsächliche SIngularität erreicht hat.

    Was ist wenn die Zeit gegen unendlich konvergiert? Also das Zentrum erreicht wäre, wird es ev. dann zum weißen Loch umgekehrt?

    Dann die Zeit umgekehrt, reziprok aus ewig lang ins Zentrum stürzen explodiert es viel schneller in Form eines Urknalls? Oder mußte beim weißen Loch die Explosion umgekehrt auch “unendlich lange dauern”?

  28. #28 Bullet
    6. April 2016

    @Laie:

    Was ist wenn die Zeit gegen unendlich konvergiert? Also das Zentrum erreicht wäre, wird es ev. dann zum weißen Loch umgekehrt?

    Wie kommst du aus dem Gedanken zum Zeitablauf zu dieser “Umkehr”mechanik?

  29. #29 Vortex
    10. April 2016

    Update zu #17:

    Nachdem gerade ein SL mit der 17 x 10^9 – fachen Masse unserer Sonne entdeckt wurde, ist die Hypothese von der maximal möglichen Masse eine SL, dann eher hinfällig.

    Nun fehlt nur noch die Entdeckung eines weißen Lochs, und wer weiß vielleicht ist ein WL so enorm groß, daß man es ständig übersieht. 😉

  30. #30 Vortex
    10. April 2016

    Korrektur zu #29:

    Verflixt, die Amis rechnen ja mit Billionen und wir mit Milliarden, also irgendwie vertan.

    Die hypothetisch max. erreichbare Masse eine SL wird mit 50 x 10^9 angegeben,
    und dann sind 17 x 10^9 natürlich immer noch kleiner, also warten wir mal ab ob noch größere Massen eines SL entdeckt werden, als diese 50 Milliarden Sonnenmassen.