AUS DER PHYSIK

Anlass zu dieser Kurzgeschichte war die Verleihung des Physik-Nobelpreises 2017 an Rainer Weiss, Barry Barish und Kip Thorne.

Ein Loch ist im Eimer ...

 

Was passiert, wenn zwei Löcher im Eimer sind und diese

                                                                                    sich zu einem vereinen

 

 Von Murmeln mit mächtig viel Masse und Wellen, die durchs Weltall wabern

 

Wenn ich einen Eimer mit Loch im Boden auf eine schwarze Unterlage stelle, dann habe ich ein Schwarzes Loch. So einfach ist das.

Es gibt allerdings auch noch andere Schwarze Löcher. Dummerweise sind die aber weder schwarz noch Löcher. Sie sind sogar das genaue Gegenteil von einem Loch. Und schwarz hat man sie genannt, weil man sie nicht sehen kann. Das ist natürlich ein bisschen blöd. Ist etwas schwarz, nur weil man es nicht sieht? Vielleicht haben ja die Astrophysiker das Loch, das gar keines ist, so lange angestarrt, bis ihnen schwarz vor Augen wurde.

Nein! Tatsächlich ist es so, dass dieses Loch, das gar keines ist, jedes Licht, das zufällig ahnungslos vorbeikommt, einfach einsackt und nicht wieder fortlässt. Möglicherweise wäre es gerade das Licht gewesen, das einem Astrophysiker die Erleuchtung gebracht hätte. Wenn aber kein Licht mehr da ist, dann ist es dunkel und man kann nichts sehen. Das ist dann eben schwarz.

Wieso aber besitzt ein Schwarzes Loch, das gar keines ist, die Frechheit, vorbeikommendes Licht einfach einzusacken?

Das hat mit der Tatsache zu tun, dass das Schwarze Loch kein Loch ist, sondern das genaue Gegenteil. Was aber ist das Gegenteil von einem Loch? Da ein Loch etwas ist, das fehlt, muss ein Schwarzes Loch etwas sein, von dem ganz viel da ist. Genauso ist es. Das ganz Viele, was da ist, bezeichnet man als Masse. Diese Masse ist so dicht gepackt, dass zum Beispiel unsere Erde, wäre sie ein Schwarzes Loch, bei gleichem Gewicht zu einer Kugel von der Größe einer Glasmurmel schrumpfen würde. Allerdings kann die Erde nicht zu einem Schwarzen Loch werden, dafür ist sie viel zu mickrig. Sogar unsere Sonne, in die man die Erde 1,3 Millionen Mal hineinpacken könnte, wäre immer noch zu klein. Man braucht schon mindestens 25 Sonnenmassen, damit ein Schwarzes Loch entstehen kann.

Wie kann aber Masse so gewaltig schrumpfen?

Nun, das liegt daran, dass alle Materie im Wesentlichen nur aus leeren Zwischenräumen besteht. Womit gesagt ist, dass auch wir Menschen eigentlich gar nicht da sind, denn auch wir bestehen überwiegend nur aus Zwischenräumen. Das merkt man daran, beziehungsweise man merkt es eben nicht, dass in jeder Sekunde Milliarden von Teilchen, sogenannte Neutrinos, durch unseren Körper sausen, ohne auf Teilchen zu treffen, aus denen wir bzw. unsere Atome aufgebaut sind. Röntgenstrahlen schaffen das nicht annähernd, sie werden von unseren Knochen abgelenkt. Daher kann man sich auch auf einem Röntgenbild als Skelett bewundern.

Also, so ein irrsinnig dichtes und schweres Schwarzes Loch übt eine gewaltige Kraft auf alles aus, was in seine Nähe kommt. Man nennt das Gravitation. Das ist die Kraft, die dafür verantwortlich ist, dass die Australier, die ja mit dem Kopf nach unten auf der anderen Seite der Erde herumlaufen – sie selbst nennen das »downunder« – nicht einfach hinunterfallen. 

Um genau zu sein, ist die Gravitation gar keine Kraft sondern eine Verformung der Raumzeit, eine Art Delle. Aber das genau zu klären, würde hier zu weit führen. 

Die Gravitation eines Schwarzen Loches ist so stark, dass sogar das Licht, das in Form von Photonen durch den Weltraum flitzt, wenn es ihm zu nahe kommt, ins Schwarze Loch purzelt, was sehr verwunderlich ist, da Photonen überhaupt keine Masse besitzen. Da bleibt es nun, das Licht, und kann nicht wieder entkommen, und die Astrophysiker sehen schwarz und werden dafür nicht einmal von der GEZ belangt, die heute allerdings anders heißt.

Da stellt sich dann gleich die nächste Frage: Wieso können Physiker behaupten, es gäbe Schwarze Löcher, wenn man sie nicht sehen kann und wenn rein gar nichts von ihnen bei uns ankommt?

Darauf gibt es zwei Antworten. Die erste ist die Tatsache, dass Physiker auch immer Mathematiker sind. Und nach bereits vor über hundert Jahren angestellten mathematischen Berechnungen muss es sie geben, andernfalls gäbe es viele andere Dinge nicht, deren Existenz längst bewiesen ist. Zweitens gibt es doch etwas, das einem Schwarzen Loch entkommt und das ist eine bestimmte Art von Strahlung, die durch Aufspaltung eines Teilchens entsteht, von dem der eine Teil ins Schwarze Loch plumpst, der andere als Strahlung entkommt. Und diese Strahlung kann man messen.

Was passiert nun, wenn zwei massereiche Schwarze Löcher zusammenprallen und sich zu einem vereinen? Kann das überhaupt vorkommen?

Heutzutage eher selten, aber früher, so vor etwa 1,3 Milliarden Jahren, als das Universum viel kleiner und daher viel dichter gepackt war, rumste es öfter mal. Und wenn es rumst, dann entsteht etwas, von dem Herr Einstein bereits mathematisch berechnet hatte, dass es so etwas geben müsste, aber der Nachweis unmöglich wäre. Beim Zusammenprall zweier gewaltiger Schwarzer Löcher entstehen nämlich Gravitationswellen und die pflanzen sich mit Lichtgeschwindigkeit im Weltraum fort und verformen die Raumzeit. Doch die Verformung ist so gering, dass man sie eigentlich nicht messen kann. Sie würde die Entfernung von unserer zur nächsten Sonne mit Namen Alpha Centauri von etwa 4,3 Lichtjahren, das sind zirka 40,7 Billionen Kilometer, nur um Haaresbreite verändern. Nun stelle man sich vor, wie viele Haare nebeneinander auf einen Kilometer passen und multipliziere das mit 40,7 Billionen. Man stelle sich das lieber nicht vor, denn das kann man sich nicht mehr vorstellen. Daher konnte Herr Einstein sich auch nicht vorstellen, dass Menschen dies jemals würden messen können.

Doch Menschen konnten: Am 14. September 2015 gelang Wissenschaftlern der erste Nachweis von Gravitationswellen, ausgesandt beim Zusammenprall zweier gewaltiger Schwarzer Löcher vor 1,3 Milliarden Jahren und die genau an diesem Tag der Erde erreichten. Es brauchte aber noch einige Zeit, bevor man sicher war, wirklich Gravitationswellen gemessen zu haben und nicht irgendetwas anderes. Dafür hat man dann auch gleich den Nobelpreis für Physik 2017 eingesackt. Heute weiß man, dass nicht nur beim Zusammenprall Schwarzer Löcher messbare Gravitationswellen ausgesandt werden sondern auch bei dem von Neutronensternen. Und die dauern im Gegensatz zu denen Schwarzer Löcher mit nur Bruchteilen von Sekunden bis zu einige Minuten. Neutronensterne sind ebenfalls sehr massereich, nur haben fast alle Elektronen und Protonen ihrer Atome gemeinsame Sache gemacht und sich zu Neutronen vereinigt. Neutronensterne sind auch leichter zu finden als Schwarze Löcher, die keine Löcher und nicht schwarz sind, es sei denn, man stellt sie auf eine schwarze Unterlage.

© Ulli Kammigan, März 2018

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