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HERBST 2012
Der Ereignishorizont bildet eine
Grenze jeglicher Kommunikation.
Sterne haben etwas Faszinierendes. Scheinbar unveränderlich
stehen sie amFirmament, während die Erde ihre Bahn umdie
Sonne zieht. Doch auch Sterne sind endlich. Sie entstehen und
durchlaufen eine Entwicklung bis hin zum Sternentod, wenn
die Kernfusion in ihremZentrumerlischt. Je schwerer ein Stern
ist, desto schneller ist er ausgebrannt und desto gewaltiger
ist sein Ende. Bei den massereichsten Sternen führt die Gra-
vitation zu einem Kollaps, der durch nichts mehr zu stoppen
ist. Ein Schwarzes Loch entsteht.
Neben diesen so genannten stellaren Schwarzen Löchern,
die etwa so schwer sind wie die Sterne, gibt es in den Zentren
der Galaxien supermassereiche Schwarze Löcher. Ihre Masse
ist um viele Größenordnungen größer als unsere Sonne. Im
Zentrum der Milchstrasse im Sternbild Schütze befindet sich
beispielsweise ein riesiges Schwarzes Loch, dessen Masse 4
Millionen Sonnenmassen beträgt. Es wurde in den 1990er
Jahren anhand der Bewegung von Sternen umeine Röntgen-
quelle, Sagittarius A*, entdeckt. Diese Sterne bewegen sich
um das zentrale Schwarze Loch ähnlich wie Planeten um die
Sonne und geben so Aufschluss über die zentrale Masse, die
sie anzieht. Man geht davon aus, dass in anderen Galaxien
zentrale Schwarzen Löcher existieren, die viel schwerer sind
und Milliarden Sonnenmassen in sich vereinen.
Aus den Einsteinschen Feldgleichungen der Allgemeinen
Relativitätstheorie lässt sich die Existenz Schwarzer Löcher
herleiten. Die Schwarzen Löcher werden durch die Schwarz-
schild-Lösung und
die Kerr-Lösung be-
schrieben. Bereits
1916 –
im Publikati-
onsjahr der Allgemeinen Relativitätstheorie – hatte der Astro-
nom Karl Schwarzschild das theoretisch einfachste Schwarze
Loch beschrieben. Es ist kugelsymmetrisch und hat – wie alle
Schwarzen Löcher – einen Ereignishorizont, den nichts mehr
verlassen kann. Man kann sich den Ereignishorizont als eine
Membran vorstellen, die nur in eine Richtung durchlässig ist:
Licht und Teilchen können durch diesen Grenzbereich in das
Schwarze Loch hineinfallen, aber sie können nichtmehr zurück
in den äußeren Teil des Universums, von wo sie gekommen
sind. Damit bildet der Ereignishorizont zugleich eine Grenze
jeglicher Kommunikation. Könnte ein Mensch den Horizont
durchqueren, so wäre seine Kommunikation nach außen ein
für allemal gekappt.
Sterne drehen sich. Der Drehimpuls ist eine physikalische
Erhaltungsgröße, er bleibt unverändert. Daher sollten auch
Schwarze Löcher sich drehen können. Dies ist allerdings mit
der Schwarzschild-Lösung theoretisch nicht fassbar. Erst 1963
entwickelte der neuseeländische Mathematiker Roy Kerr eine
Lösung der Einstein Gleichungen für rotierende Schwarze
Löcher. Diese Lösung kann möglicherweise alle astrophysi-
kalischen Schwarzen Löcher des Universums beschreiben.
Neben dem Ereignishorizont haben sie weitere verblüffende
Eigenschaften. Hierzu zählt die so genannte statische Grenze.
Sie bildet eine Grenzfläche um das Schwarze Loch. Innerhalb
der Grenzen ist alles – ob Licht, Teilchen oder gar ein Raum-
schiff – mit beliebig starkem Antrieb gezwungen, sich in
Drehrichtung des Schwarzen Lochs mitzubewegen.
Im Zentrum eines Schwarzen Lochs – legt man nun die
Schwarzschild oder Kerr Lösung zugrunde – sind die Gravi-
tationspotenziale unendlich groß. Hier findet man eine so
genannte Krümmungssingularität der Raumzeit. Um solche
Singularitäten zu vermeiden und um die Gravitation mit der
Theorie der Quantenmechanik zu vereinbaren, mussman nun
über die Einsteinsche Allgemeine Relativitätstheorie hinaus-
gehen und eine neue Theorie konstruieren: eine Theorie der
Quantengravitation. Es gibt heute unterschiedliche Kandida-
tinnen für eine solche Theorie. Eine der vielversprechendsten
ist die Stringtheorie, die mehr als drei Raumdimensionen für
ihre mathematische Konsistenz benötigt.
Hier setzt das im Frühjahr 2012 gestartete Graduiertenkolleg
„
Models of Gravity“ an. Das von der Deutsche Forschungsge-
meinschaft (DFG) geförderte Kolleg der Universitäten Olden-
burg und Bremen, an dem auch die Universitäten Bielefeld,
Hannover und Kopenhagen (Dänemark) beteiligt sind, will
Hochenergetische Kollisionen: Teilchenbeschleuniger am Forschungszentrum CERN.
High-energy collisions: particle accelerators at the CERN research centre.
