Schwarze 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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In den letzten Teilen dieser Serie habe ich mich mit der Geschichte der schwarzen Löcher beschäftigt. Und die bestand hauptsächlich aus Wissenschaftlern, die der Meinung waren, das es so etwas nicht geben könne (beziehungsweise dürfe) und wenigen Forschern, die das Gegenteil zu zeigen versuchten. Die allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein, die ja der Ausgangspunkt der modernen Forschung über schwarze Löcher war, geriet in der Mitte des 20. Jahrhunderts auch ein wenig in Vergessenheit. Die Wissenschaftler konnten damals ihre Relevanz für den Rest der Physik nicht erkennen und waren viel mehr mit der Quantenmechanik beschäftigt, anstatt sich mit den esoterischen Konzepten der Einsteinschen Raumzeit-Verformungen zu beschäftigen.
Bei den schwarzen Löchern war man ebenfalls nicht sonderlich weiter gekommen. Es wurde zwar immer klarer, dass ein Stern, der groß genug war, am Ende seines Lebens unaufhaltsam in sich zusammenfallen muss. Wenn erstmal der Druck der Strahlung aus seinem Inneren nach dem Aussetzen der Kernfusion verschwunden ist, gab es ab einer gewissen Grenzmasse keinen Mechanismus, der der Gravitation entgegen wirken konnte. Irgendwann musste der Sternenrest unweigerlich so weit schrumpfen und sich dabei so stark verdichten, dass das Resultat nur das sein konnte, was schon lange vorher von Karl Schwarzschild als “Singularität” in der Raumzeit theoretisch beschrieben worden war.
Bis sich diese Erkenntnis aber wirklich durchsetzen konnte musste erst noch ein bisschen Zeit vergehen. Und es dauerte ebenfalls noch bis in die 1960er Jahre, bevor die Astronomen die ersten konkreten Himmelskörper beobachteten, die auf die Existenz realer schwarzer Löcher im Universum hinwiesen. Interessanterweise spielte in beiden Fällen der zweite Weltkrieg eine wichtige Rolle.
Wasserstoffbombentest “Castle Bravo” (Bild: USDE, gemeinfrei)
Einer der wenigen der sich in der Mitte des 20. Jahrhunderts wirklich intensiv mit schwarzen Löchern beschäftigte, war der Amerikaner John Wheeler. Er kam eigentlich aus der Teilchenphysik und war auch maßgeblich an der Forschung zur Atom- bzw. der späteren Wasserstoffbombe beteiligt. Sein Gegenüber in der Sowjetunion war Jakow Borissowitsch Seldowitsch. Auch er arbeitete an den sowjetischen Atomwaffen und auch er gehörte zu den wenigen, die sich noch intensiv mit der allgemeinen Relativitätstheorie und den schwarzen Löchern beschäftigen. Und beide erkannten bald, dass die Forschung und die (noch recht primitiven) Computersimulationen zu den Explosionen atomarer Waffen auf ähnlichen Prinzipien beruhten wie die Rechnungen die nötig waren, um den gravitativen Kollaps sterbender Sterne zu verstehen (sie nutzen die Relativitätstheorie bei ihren wenigen persönlichen Treffen auch, um sich möglichst unauffällig über die Atomwaffenforschung austauschen zu können).
Unter anderem aus dieser sehr speziellen und kriegsrelevanten Forschung folgten später dann die Ergebnisse, die zu einem besseren Verständnis der schwarzen Löcher führten. Die Wissenschaftler stellten fest, dass es 1) tatsächlich keinen bekannten Mechanismus gibt, der den Kollaps eines Sterns aufhalten kann. Sie merkten aber auch, dass sie sich 2) zu sehr darauf konzentriert hatten zu verstehen, was mit der Materie des Sterns bei so einem Kollaps passiert. Relevant ist aber (zumindest aus der Außensicht) der Ereignishorizont. Sobald ein Stern unter diese Grenze hinaus weiter schrumpft, spielt es im wesentlichen keine Rolle mehr, was mit seiner Materie passiert. Alle Eigenschaften, die so ein Stern haben könnte, verschwinden hinter dem Horizont und von außen ist nichts mehr davon zu sehen. Die Masse verschwindet quasi aus unserem beobachtbaren Universum und zurück bleibt nur noch ihr Gravitationsfeld. Das, was wir vom schwarzen Loch noch registrieren können ist der Ereignishorizont und das ist aus unserer Sicht auch “das” schwarze Loch. Und wie Wheeler und seine Kollegen zeigen konnten, lässt sich darüber kaum noch etwas sagen. Ein schwarzes Loch hat eine Masse, einen Drehimpuls und eine elektrische Ladung. Mehr nicht. Diese drei Zahlen sagen einem alles, was man über das Loch wissen kann. In der Hinsicht ist es einem Elementarteilchen ähnlich – was für so ein komplexes Ding wie ein schwarzes Loch ziemlich überraschend ist!
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