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Schwarzes Loch, künstlerische Darstellung

Schwarze Löcher existieren - aber anders

Der britische Astrophysiker Stephen Hawking hat vergangene Woche für Aufregung in der Forschergemeinde gesorgt. In einer Studie schlägt er vor, die Grenzen zwischen Schwarzen Löchern und ihrer Umgebung neu zu denken. Er verändert damit den Charakter dieser astronomischen Objekte, ohne aber das grundsätzliche Konzept aufzugeben.

Diskussion 29.01.2014

Für einen "interessanten Vorschlag" hält Herbert Balasin von der TU Wien das drei Seiten knappe Paper von Hawking. Ob er es damit schafft, Quantenmechanik und Allgemeine Relativitätstheorie zu vereinen, lasse sich jetzt noch nicht seriös beantworten, sagt der Gravitationsphysiker im science.ORF.at-Interview.

Jahrzehntelange Debatte

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Dem Thema widmet sich auch ein Beitrag in Wissen Aktuell am 29.01 um 13:55.

Das nun von Stephen Hawking veröffentlichte Paper dreht eine Debatte weiter, die Physiker seit den 1970er Jahren beschäftigt. Am Anfang stand die Diskussion, wie ein Schwarzes Loch eigentlich beschaffen ist. In der klassischen Vorstellung gleicht dieses astronomische Objekt einem "Gravitationsschlund": Was hinein gerät, kann nicht mehr heraus - egal, ob es sich um Materie, Licht, Energie oder Information handelt.

Stephen Hawking modifizierte dieses Bild in den 1970er Jahren mit seiner Hypothese, dass Schwarze Löcher Materie nicht nur einsaugen, sondern - bedingt durch einen Quanteneffekt - auch wieder "freisetzen" können. Dieser prinzipiell messbare Effekt wurde nach ihm als Hawking-Strahlung benannt.

"Spaghetti" oder "Feuermauer"?

Schwarzes Loch mit Energiestrahl im Zentrum

University of Warwick/Mark Garlick

Schwarzes Loch mit Energiestrahl im Zentrum

Von physikalischer Seite waren damit aber bei Weitem nicht alle Fragen zur Natur der mysteriösen Schwarzen Löcher beantwortet. Konkret machten sich der am Kavli Institut für theoretische Physik der Universität Kalifornien forschende Joseph Polchinski und seine Kollegen Gedanken über den Ereignishorizont: Bildlich gesprochen versteht man darunter die Grenze zwischen Schwarzem Loch und Umgebung - also jene Fläche, nach deren Überschreiten es kein Zurück mehr gibt.

Bis zur Publikation der Überlegungen von Polchinski und Kollegen galt, dass ein Überschreiten des Ereignishorizonts, also das Vordringen in den Randbereich eines Schwarzen Lochs, nicht spürbar wäre. Das stand im Einklang mit der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein, wonach Gravitation im freien Fall überall im Universum identisch ist. Ein Astronaut würde sich demnach gleich fühlen, egal, ob er frei schwebt oder eben die Grenze zu einem Schwarzen Loch überschreitet. Danach allerdings würde er durch die sich zum Zentrum hin verstärkende Gravitationskraft auseinandergezogen - deshalb auch der Name "Spaghetti-Effekt".

Polchinski und seine Kollegen behaupteten nun, dass entsprechend den Gesetzen der Quantenmechanik ein Überschreiten der Grenze ganz anders aussehen würde: Demnach wäre sie ein energiegeladener Bereich, eine "Feuermauer", die einen Astronauten sofort grillen würde. Diese Vorstellung widersprach aber fundamental der Allgemeinen Relativitätstheorie - also was davon gilt nun?

Hawkings dritter Weg

"Genau auf diese offene Frage der Natur des Ereignishorizonts versucht Stephen Hawking mit seinem neuen Paper eine Antwort zu geben", erklärt Gravitationsphysiker Balasin. Konkret schlägt Hawking einen dritten Weg vor: Der Ereignishorizont existiere nicht in der bisher angenommenen Form als scharfe Trennlinie zwischen Schwarzem Loch und Umgebung. Seine Begründung: Quanteneffekte rund um das Schwarze Loch lassen die Raumzeit zu stark fluktuieren, um von einer scharfen Grenze zu sprechen.

Herbert Balasin: "Der Ereignishorizont entsteht nicht wirklich, es gibt diesen Bereich eines Schwarzen Lochs nicht für alle Zeiten, sondern nur für eine gewisse Zwischenzeit." Um diese Zwischenzeit zu fassen, greift Hawking auf den Begriff des "scheinbaren Horizonts" vor. Damit meint er eine durchlässigere Grenze, hinter der Materie nicht zerstört bzw. "unrettbar" Richtung Zentrum gezogen, sondern nur durchgeschüttelt und möglicherweise irgendwann auch wieder freigesetzt wird. Nebeneffekt: Es gäbe dann auch keine "Feuermauer" mehr, die Widersprüche mit der Relativitätstheorie wären aufgelöst.

Gesamtkonzept bleibt aufrecht

Stephen Hawkings radikale Schlussfolgerung in seiner Studie: "Die Abwesenheit von Ereignishorizonten würde bedeuten, dass es gar keine Schwarzen Löcher gibt - im Sinn von Systemen, aus denen Licht nicht zur Unendlichkeit entkommen kann." Müssen wir also unsere gesamten Vorstellungen von Schwarzen Löchern verwerfen?

Herbert Balasin: "Stephen Hawking schlägt die Modifikation eines Aspekts vor, das Gesamtkonzept ist damit nicht in Frage gestellt. Ich würde nicht sagen, dass das Schwarze Loch jetzt verschwunden ist, aber es ist ein bisschen in seiner geometrischen Schönheit relativiert worden." Hawking habe große Beiträge zur Konzeptualisierung von Schwarzen Löchern geleistet, jetzt sei er dabei, in Einzelaspekten in Frage zu stellen, was er vorher klassisch bewiesen hat. Als Motivation hinter der Diskussion sieht Balasin den Wunsch der Physikergemeinde, "eine Theorie zu entwickeln, in der Quantenmechanik und Allgemeine Relativitätstheorie gut und widerspruchsfrei zusammenleben können".

Und ist Hawkings Vorschlag nun ein Durchbruch in diese Richtung? Für eine Bewertung wäre es noch zu früh, meint der Wiener Gravitationsphysiker: "Es ist ein Vorschlag und bedürfte noch einiger konkreter Untersuchungen, wobei: Alle diese Theorien leiden unter dem Problem, dass unsere experimentellen Tests sehr schwach sind, weil diese Effekte weit weg sind. Glücklicherweise gibt es kein Schwarzes Loch in unmittelbarer Nähe zur Erde."

Zwar nicht gegrillt, aber zerrissen

Dennoch sei es wichtig, Theorien bis an ihre Grenzen zu treiben, wo Widersprüche sehr prononciert zu Tage treten. Dann müsse die Physikergemeinde mit sich ringen, in welcher Art und Weise man die Widersprüche auflösen könnte, so Balasin. In dieser Hinsicht sei die Publikation ein wertvoller Impuls.

Übrigens: Dem Astronauten, der in ein Schwarzes Loch fällt, hilft der Hawking-Vorstoß nicht. Zwar gäbe es dann keine "Feuermauer", d.h. er würde nicht gegrillt. Der Spaghetti-Effekt würde aber weiterhin einsetzen und ihn irgendwann in der Mitte zerreißen.

Elke Ziegler, science.ORF.at

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