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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Gestern habe ich über die Frühgeschichte der schwarzen Löcher geschrieben und über den unterschätzten John Michell, der im 18. Jahrhundert als erster die Idee hatte, dass es so etwas seltsames wie einen “unsichtbaren Stern” tatsächlich geben kann. Seine Argumentation basierte zwar auf physikalischen Vorstellungen, die sich später als falsch heraus gestellt haben. Aber trotzdem hat er viele kommende Erkenntnisse vorweg genommen. Michell nutzte die Gravitationstheorie von Isaac Newton und ging davon aus, das auch Licht aus Teilchen mit einer Masse besteht, die durch die Schwerkraft der Sterne angezogen und verlangsamt werden. Nun war (und ist!) Newtons Theorie zwar sehr gut darin, gewisse Dinge im Universum zu beschreiben. Aber keine schwarzen Löcher. Dazu brauchte es ein weiteres Genie und eine weitere geniale Theorie: Albert Einstein und seine Allgemeine Relativitätstheorie.
Ich habe über die Relativitätstheorie schon oft und ausführlich geschrieben (siehe hier für eine Übersicht) und möchte das jetzt nicht wiederholen. Aber ich will die Gelegenheit nutzen, um auf einen besonderen Aspekt bei der Betrachtung schwarzer Löcher hinzuweisen, der oft ein wenig übersehen wird. Es geht um die Vereinheitlichung der Physik!
Newton zwischen Himmel und Erde (Bild: Wellcome Trust, CC-BY 4.0)
Isaac Newtons Gravitationstheorie war nicht nur deswegen so außergewöhnlich, weil er als erster in der Lage war, einen exakten mathematischen Formalismus anzugeben, mit dem sich die gravitative Wechselwirkung von Objekten berechnen lässt. Das war zwar unbestritten eine enorm wichtige Leistung, aber bei weitem nicht die einzige. Das, was Newtons Arbeit (zumindestens meiner Meinung nach) so nachhaltig beeindruckend macht, war ihre Universalität. Newton hat gezeigt, dass eine Formel genügt, um alle Phänomene zu beschreiben, die mit der Gravitation zu tun haben. Eine Formel reicht, um die Bewegung von Planeten um die Sonne genauso zu beschreiben wie den Flug von Kanonenkugeln auf der Erde oder die vom Mond verursachten Gezeiten in den Meeren. Es gab keine “besonderen” Gesetze, die im Weltall gelten. Es gab nur eine universell gültige Formel. Der Himmel funktioniert genau so wie die Erde!
Diese Erkenntnis war nicht selbstverständlich. Aristoteles zum Beispiel war der Ansicht, die Dinge würden nur deswegen nach unten fallen, weil sie ihrem “natürlichen” Ort im Universum zustrebten und der war das Zentrum des Kosmos – in dem sich selbstverständlich die Erde befindet. Alles was aus “gewöhnlicher” Materie besteht, folgt diesem Weg wohingehen die Planeten aus “himmlischer” Materie bestehen, die anderen Gesetzen folgt und denen eine andere “natürliche” Bewegung innewohnt. Und auch zu Newtons Zeit war bei weitem noch nicht klar, dass es allgemein gültige Naturgesetze geben muss. Kepler zum Beispiel war zwar ebenfalls in der Lage, quantitative Gesetze für die Bewegung von Planeten anzugeben, hatte aber keine Ahnung, warum sie sich so bewegen, wie seine Gesetze es tun. In seiner “Astronomia Nova” aus dem Jahr 1609 spekuliert er lange und ausführliche über alle möglichen Arten von “himmlischer Bewegung”, über Magnetstrahlen die von der Sonne ausgehen, und ähnliches. Mit der Schwerkraft auf der Erde bringt er die Bewegung der Planeten aber nicht in Verbindung. Das gelang erst Newton und seine Arbeit war der erste große Schritt auf einem langen Weg, den die Physiker heute immer noch nicht zu Ende gegangen sind: Die Vereinheitlichung der Physik.
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