Schwarze Löcher : Das kosmische Monster

Was passiert, wenn ein Astronaut in ein Schwarzes Loch fällt? Über die Frage streiten Physiker heftig.

Wer sich in ein Schwarzes Loch begibt, kommt darin um. Die Frage ist nur: Wie? Darüber ist aktuell ein Streit zwischen Physikern entbrannt, der letztlich eine Auseinandersetzung zwischen der Relativitäts- und der Quantentheorie ist – jenen beiden Grundfesten der Physik, die beide für sich hundertfach bestätigt worden sind, die aber für einige exotische Situationen widersprüchliche Vorhersagen machen.

Ein Schwarzes Loch ist zunächst einmal eine direkte Konsequenz aus Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie, nach der jede Masse den Raum krümmt, der sie umgibt. Ist die Masse groß genug, etwa die eines kollabierten Sterns, krümmt sie den Raum so stark, dass Lichtstrahlen auf sie zurückgebogen werden – kein Signal kann seiner Schwerkraft entkommen. Umgekehrt: Wenn man sich von außen diesem kosmischen Monster nähert, gibt es ab einem gewissen Punkt kein Zurück mehr, nicht für Lichtstrahlen und erst recht nicht für Körper, die alle eine Masse haben. Ein Astronaut, der, frei schwebend und gut verpackt in einen Raumanzug, diesen sogenannten Ereignishorizont passiert, verschwindet aus unserem Blickfeld. Sein weiteres Schicksal können wir nur erahnen.

Der Weltraumtourist selber aber merkt zunächst einmal gar nichts, sagt Einsteins sogenanntes Äquivalenzprinzip. Er folgt ja den Gravitationslinien im All, er fühlt sich wie beim Schweben in der Schwerelosigkeit. Allerdings wird die Reise zunehmend ungemütlicher. Der Schwerkraftunterschied zwischen Kopf und Füßen wird immer größer, der Körper wird in die Länge gezogen und irgendwann zerfetzt, bevor seine Einzelteile mit der zentralen Masse verschmelzen.

Im vergangenen Jahr interpretierte nun Joe Polchinski von der University of California in Santa Barbara die Vorgänge am Ereignishorizont auf neue Weise und entfachte damit eine Debatte, über die das Magazin Nature in seiner jüngsten Ausgabe berichtet (Bd. 496, S. 20 ff.). Seine Überlegungen fußten auf einer Erkenntnis von Stephen Hawking aus dem Jahr 1974: Ein Schwarzes Loch ist nicht völlig schwarz. Die Quantentheorie macht es möglich, dass doch Strahlung von ihm ausgeht. Das liegt daran, dass überall im Kosmos ständig Paare miteinander verschränkter Teilchen und Antiteilchen spontan entstehen, um einander dann blitzschnell wieder auszulöschen. Passiert das nahe dem Ereignishorizont, dann kann es sein, dass eines der Teilchen ins Schwarze Loch gezogen wird und das andere nicht – das verschonte Partikel wird für uns als Strahlung sichtbar, das andere fügt dem Schwarzen Loch eine "negative Energie" hinzu, schwächt es also.

Polchinski kam zu dem Schluss, dass die geheimnisvolle Verschränkung der Teilchen in diesem Prozess verloren gehen muss, unter Freisetzung großer Energiemengen. "Der Ereignishorizont wird im wahrsten Sinn des Wortes zu einem Feuerring, der jeden verbrennt, der hindurchfällt", schreibt er. Der Astronaut verbrutzelt auf der Stelle, erlebt den Rest der Reise ins Schwerezentrum nicht mehr.

Egal, welchen Tod man angenehmer findet – der Streit wird auf jeden Fall Opfer fordern. Gibt es Polchinskis Feuerwand, dann wird Einsteins Äquivalenzprinzip verletzt. Gibt es sie nicht, ist etwas faul an der Quantentheorie.

Am Genfer Cern versammelten sich im vergangenen Monat Physiker zu einer Konferenz. Einig waren sie sich nur darüber, dass das Paradox so bald nicht verschwinden wird. Vielleicht kommt die Lösung erst dann, wenn die Physiker die beiden monumentalen Theorien des 20. Jahrhunderts wirklich miteinander versöhnt haben.

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Kommentare

23 Kommentare Seite 1 von 3 Kommentieren

Scharf gezogene Grenzen?

Da die Grenzen und Übergänge ziemlich fließend sein sollten, denke ich nicht an das Zerreißen. Dazu müsste ja etwas an den Füßen ziehen, da die Gravitation des nächsten Planeten ziemlich gering sein dürfte, müßte die Beschleunigung sehr plötzlich einsetzen. Da ich fließende Übergänge vermute, wird wohl eher der gesamte Körper enorm beschleunigt und am Ende komprimiert.

Eine unsichtbare Wand, vor der alles normal ist, und dahinter monströse Gravitation wirkt ist eine ungewöhliche Vorstellung und entspricht nicht den Erfahrungen, die bisher mit Gravitation gemacht wurden.

Das glaube ich nicht

"Fg ~ m1 * m2 / r^2"
Die Newtonsche Mechanik gilt für schwache, zeitunabhängige Felder der Gravitation. Ich fürchte, um Kräfte im Bereich des Ereignishorizontes beschreiben zu können, müssen sie mindestens die spezielle Relativitätstheorie nehmen. Hier kriegen Sie aber ein zusätzliches Problem, denn die newtonsche Mechannik sieht eine unendlich schnelle Ausbreitung des Gravitationsfeldes vorher, die spezielle Relativitätstheorie sieht nur eine endliche Ausbreitung vor.
Ich fürchte so einfach wird es nicht sein.

Äquivalentsprinzip

Und wieso wird durch Pocholzkies teilchenemittierende Region das Äquivalentsprinzip verletzt? Ändert das schwarze Loch seinen Ereignishorizont in Abhängigkeit zum Beobachter? Und selbst wenn...was hat das dann mit dem Äquivalentsprinzip zu tun? Das besagt ja nur, dass für einen frei fallenden Körper auf kurze Dauer kein Gravitationsfeld nachweisbar ist.

*schmunzel*

die Formulierung "relativ dichtes Vakuum" könnte man getrost auch als Oxymoron bezeichnen. Sowas bin ich eigentlich nur von einigen wenigen meiner Studenten gewöhnt, meist denen, die des Deutschen nicht so wirklich mächtig sind.

Aus physikalischer Sicht stellt sich wiederum die Frage, ob das Vakuum in der Nähe schwarzer Löcher wirklich so gut ist, sprich ob dort wirklich so wenig Teilchen vorhanden sind. Insofern muss die Frage nach dem Verbrennen durch Reibung gar nicht so abwegig.

Folgt man Polchinskis bzw. Hawkings Erklärung, wird auch klar, dass ein schwarzes Loch jede Menge Energie einbüßen würde, wenn es jeweils durch perfektes Vakuum umgeben wäre. Der Nachschub wäre nicht mehr gesichert. Im Umkehrschluss hieße dass, dass in der Nähe des Ereignishorizontes tatsächlich größere Mengen Material vorhanden wären.