Abgeschickt von Helmut Pfeifer am 28 Mai, 2008 um 19:20:19
Sehr geehrte Forumsbesucher,
Wenn man gesprächsweise mit irgendjemand auf etwas "Astronomisches" oder "Kosmisches" stößt, dann habe ich die Erfahrung gemacht, dass beim zweiten, dritten Satz das Wort "Schwarzes Loch" fällt, das der Gesprächspartner einstreut. Dieses Phänomen dürfte so was von mystisch Rätselhaftem an sich haben, denn es scheint zwar zu existieren, aber keiner weiss so richtig wo! (Wie früher der große Drache in seiner Höhle).
Schwarze Löcher haben es an sich, dass man sie nicht sehen kann. Schwarze Löcher sind wissenschaftlich recht seltene Fälle, bei denen eine Theorie als mathematisches Modell entwickelt wurde, bevor irgendwelche Beobachtungen vorlagen, die ihre Richtigkeit beweisen konnten. Man kann das Vorhandensein von Schwarzen Löchern nur durch gewisse "Symptome" ( Wirkungen) vermuten. So könnte die Abstrahlung großer Energiemengen von quasistellaren Objekten oder Quasaren ein solches Indiz sein. Auch starke Rotverschiebungen des Lichts in fernen Gegenden des Universums werden als mögliche Hinweise auf Schwarze Löcher genannt. So genannte "Pulsare", die so heissen, weil sie so regelmäßige Pulse von Radiowellen aussenden, könnten ein Indiz für rotierende Neutronensterne darstellen.
Stephen Hawking stellte einmal launig fest, dass die Suche nach einem Schwarzen Loch der Suche einer schwarzen Katze in einem Kohlenkeller gleichen würde. Es gilt also, dass man auf ein Schwarzes Loch nur durch seine "Wirkung" ( z.B. enorme Gravitation) schließen kann, die es auf seine Umgebung ausüben würde.
Beginnen wir ganz von Vorne.
Die Bezeichnung hat der amerikanische Wissenschaftler J. Wheeler 1969 geprägt. Die Idee jedoch geht auf das Jahr 1783 zurück. Der Cambridge Gelehrte J. Mitchell kam im Zuge seiner Überlegungen zu dem Ergebnis, dass ein Stern von hinreichender Masse und Dichte ein so starkes Gravitationsfeld haben müsse, dass das Licht davon nicht entkommen könne. Mitchell vermutete, dass es im Universum vieler solcher Objekte geben müsse.
Um die Entstehung eines Schwarzen Loches nachvollziehen zu können, benötigen wir eine Vorstellung vom Lebenszyklus der Sterne( = Sonnen). Sterne oder Sonnen bleiben deshalb lange Zeit stabil, weil dies die Balance zwischen der Massenschwerkraft und der bei den Kernreaktionen frei werdende Hitze (atomares Feuer) garantiert.
Was passiert aber, wenn dem Stern der Wasserstoff oder andere Kernbrennstoffe ausgehen? Interessanterweise ist dies bei massereicheren Sternen viel eher der Fall und passiert in der Regel schon nach einigen Hundert Millionen Jahren. ( Unsere Sonne wird dagegen etwa 10 Milliarden Jahre alt!) Wenn also der Sonne der Brennstoff ausgeht, dann gewinnt die Gravitation der Sonnenmasse die Oberhand und der Zustand des Sterns wird zunehmend instabil, das heisst, er wird einer größeren Umordnung seiner inneren Struktur unterworfen, welche u.a. durch kernenergetische Verbrennungsprozesse mit gigantischen Temperaturen gekennzeichnet ist. Je nach Masse des Sterns können bei gewaltigen Kontraktionen immer neue Prozesse der Energiegewinnung ingang gesetzt werden, bei denen schwere Elemente bi hin zum Eisen erzeugt werden.
Wann letztlich alle Kernbrennstoffe verbraucht sind, fallen die inneren Bereiche in sich zusammen. Bei den massereichen Sternen endet dieses Zusammenfallen durch den so genannten Gravitations Kollaps (atomarer Zusammenbruch) in einer gewaltigen Explosion, einer Supernova, wonach der Stern einmal als "Weisser Zwerg" vorliegt.( Größe eines größeren Planeten) Dieses Endstadium wird unserer Sonne vorausgesagt.
Ob sich nun die Materie eines Weissen Zwerges weiter verdichten und zu einem Neutronenstern oder gar zu einem schwarzen Loch werden wird, das entscheidet die Masse des übriggebliebenen "kalten" Sterns, dem Weissen Zwerg.
Eine bahnbrechende Erkenntnis dazu lieferte der Inder Chandrasekhar, der noch als Student beim "großen" Sir Arthur Eddington ein Berechnungsergebnis lieferte, das die damalige wissenschaftliche Elite, einschließlich Einstein, nicht glauben konnte.
Es ging prinzipiell darum, bis zu welcher Größe sich ein Stern auch dann noch gegen die Schwerkraft behaupten kann, wenn er seinen ganzen Brennstoff verbraucht hat. Unter Beachtung des so genannten "Paulischen Ausschließungsprinzips", das den Teilchen bei starker Verdichtung eine sehr unterschiedliche Geschwindigkeit und ein gewisse Abstossung von einander zuschreibt, kann es möglich sein, dass sich die Anziehung infolge der Gravitation und der Abstossung infolge des Ausschließungsprinzips zwischen den Elektronen die Waage halten. Chandrasekhar stellte aber fest, dass der Abstossungskraft durch das Paulische Ausschließungsprinzip eine Grenze gesetzt ist. Dies u.a. wegen der Begrenztheit der Lichtgeschwindigkeit! Diese nach dem Inder benannte Grenze liegt schlicht und einfach beim 1,44 fachen unserer Sonnenmasse. In diesem Fall kann, aber muss nicht unbedingt, die Kontraktion weitergehen und führt dann über den "Neutronenstern" ( besteht nach dem Zusammenbruch von Protonen und Elektronen nur mehr aus dichtest komprimierten Neutronen) weiter zur absoluten Auflösung seiner Materie.
Über bleibt nur mehr eine gewaltige Gravitation und Strahlung, die aber nicht aus dem Inneren des Schwarzen Loches kommt( nicht kommen kann!), sondern aus dem "leeren" Raum ausserhalb des "Ereignishorizontes". Es ist dies die Grenze bis zu der Strahlung aus einem Schwarzen Loch kommen kann. ( vergleichbar mit dem Rand eines Schattens)
Die Wissenschaftler Anfang des
20. Jahrhunderts, Einstein eingeschlossen, hielten es für schlicht unmöglich, dass ein Stern zu einer Größe "Null" kollabieren könnte! Es dauerte bis in die 60-iger Jahre bis die Theorie der vollkommenen Auflösung der Sternmaterie akzeptiert wurde. Bahnbrechende Arbeit hatte zuvor R. Oppenheimer in den 40-iger Jahren geleistet. Es gibt, entsprechend der Allg.Relativitätstheorie, Regionen in der Raumzeit, aus der es kein Entrinnen gibt. Solche Regionen nennen wir heute Schwarze Löcher. Man glaubt, dass sie sich bevorzugt in den Zentralregionen von Galaxien befinden.
Aus den Untersuchungen von St.Hawking und R. Penrose geht hervor, dass es nach der Allg. Rel. Th. im Schwarzen Loch eine Singularität von unendlicher Dichte und Raumzeitkrümmung geben muss. ( eine Singularität ist, lapidar ausgedrückt, der Grenzzustand zwischen Sein und Nichtsein). Sie gleicht weitgehend dem Zustand beim Urknall am Anfang der Zeit (das ist der 10 hoch 43-ste Teil einer Sekunde, die so genannte Plancksche Zeit). Nur bedeutet es in diesem Fall das Ende der Zeit für den kollapierenden Stern. Hier enden auch die Naturgesetze und unsere Fähigkeit, die Zukunft vorherzusagen.
Mit freundlichen Grüßen
Helmut Pfeifer