Samstag, 26. September 2015

Science Wriction: Schwarze Löcher


Schwarze Löcher. Aus irgendeinem Grund wirken diese, oft als interstellare Staubsauger dargestellten, astronomischen Objekte sehr anziehend auf Geschichtenschreiber. Pun intended. Aber funktionieren sie tatsächlich so, wie sie immer beschrieben werden? Was sind schwarze Löcher überhaupt? Ich versuche im Folgenden diese Fragen zumindest teilweise zu beantworten.


Entstehung

Schwarze Löcher können prinzipiell immer dann entstehen, wenn man versucht, zu viel Masse auf zu wenig Raum zu quetschen. Den meisten dürfte bewusst sein, dass die Gravitationskräfte, die zwei Massen aufeinander wirken, abnehmen, wenn sie sich voneinander entfernen. Wenn man es genau nimmt, dann ist die Gravitationskraft entgegengesetzt proportional zum Abstandsquadrat. Mit dem Abstand verringert sich auch die Fluchtgeschwindigkeit. Die Fluchtgeschwindigkeit ist die (senkrechte) Geschwindigkeit, die nötig ist, um einem Gravitationsfeld gänzlich zu entkommen.

Der aufmerksame Leser wird nun fragen: „Aber hey, sind Gravitationsfelder nicht von unendlicher Ausdehnung?“. Korrekt, sind sie. Aber unendliche Ausdehnung bedeutet keinesfalls, dass es eine unendliche Geschwindigkeit benötigt, um ihnen zu entkommen. Ohne jetzt in die Details zu gehen, kann man das auch bei vielen unendlichen Reihen beobachten. So ist zum Beispiel 1+0,5+0,25+0,125 …. als unendliche Summe auch 2. Ganz ähnlich verhält es sich mit dem Gravitationsfeld. Der Einfachheit halber nehmen wir mal an, dass die Masse der Erde auf ihren Schwerpunkt konzentriert ist. Da wir ca. 6000 Kilometer vom Schwerpunkt der Erde entfernt sind, ist auch die Gravitationskraft dementsprechend schwächer, da sie, wie oben erwähnt, mit dem Abstandsquadrat sinkt. Wenn man die Erde nun schrumpfen lassen würde, bei gleicher Masse, dann würde unser Abstand vom Schwerpunkt geringer werden, folglich wäre die Gravitationskraft größer, folglich wäre die Fluchtgeschwindigkeit von der Erdoberfläche höher. Es gibt den Punkt, da wird die Gravitationskraft so absurd hoch, dass nicht einmal mehr Licht ihr entkommen kann. Das ist dann der Fall, wenn die Fluchtgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum erreicht. Das ist bei der Erde dann der Fall, wenn man sie auf ungefähr einen Zentimeter zusammenquetschen würde. 

In der Realität entstehen schwarze Löcher eher selten dadurch, dass man Planeten auf die Größe einer Traube quetscht. Sie entstehen meist am Ende des Lebens eines sehr massereichen Sterns, durch die Kollision großer astronomischer Objekte oder im Kleinen in der oberen Atmosphäre. 

Zu dem letzten Punkt gab es auch wilde Spekulationen bezüglich schwarzer Löcher am CERN, die die Welt zum Untergang bringen würden. RTL war so intelligent und hat diese völlig schwachsinnigen Spekulationen aufgegriffen und den teuersten sowie schlechtesten deutschen Film aller Zeiten gedreht (Sollte sich das jemand antun wollen: „Helden - Wenn dein Land dich braucht“).


Risse im Raumzeitkontinuum

Ich bin nicht qualifiziert genug, um euch das komplette Ausmaß der allgemeinen Relativitätstheorie zu schildern. Die mathematischen Spezifikationen gehören hier auch nicht rein. Man kann sich aber die vierdimensionale Raumzeit sehr gut wie eine Decke vorstellen, auf der die Planeten und Sterne herumliegen. Große Massen beulen die Decke stärker aus als kleine Massen. In der Nähe der Massen vergeht die Zeit langsamer. Schwarze Löcher sind, wie der Name schon andeutet, so etwas wie Löcher in der Decke. Sie gehören zu den sog. Singularitäten, haben somit eine unendliche Dichte und man kann die physikalischen Gesetze in ihnen nicht ordentlich definieren. Es ist ein bisschen. als würde man durch null teilen, nur dass schwarze Löcher im Gegensatz zum „Durch-null-teilen“ durchaus möglich sind.


Na, und was passiert denn nun?

Für den Fall, dass man die schwachsinnige Idee hat, in ein schwarzes Loch zu springen, sollte man für folgende Dinge gefeit sein: 

Bevor man den Ereignishorizont bzw. Schwarzschildradius (die sind nur für nicht rotierende schwarze Löcher äquivalent) erreicht, wird man durch die sog. Akkretionsscheibe geröstet. Diese, aus verdichteter Materie bestehende Scheibe sorgt auch dafür, dass das schwarze Loch extrem starke Strahlung abgibt, die in diesem Bereich für einen Menschen schon ohne Probleme tödlich sein dürfte. Sollte man das aus irgendwelchen Gründen überleben, so wird man Zeuge der Spaghettisierung (die heißt tatsächlich so). Die Gravitationskraft wirkt auf die dem schwarzen Loch zugewandte Seite stärker als auf die abgewandte. Dadurch wird man lang gezogen und zur Spaghetti, bis man dann von den starken Gravitationskräften zerfetzt wird. Wenn man dann den Ereignishorizont dennoch erreichen sollte, so hat man leider absolut keine Chance jemals wieder da wegzukommen. Durch die Zeitdilatation wird es von außen zudem wirken, als würde man dort einfach stehen bleiben.

Ich würde schwarze Löcher also nicht für gemütliche Familienreisen empfehlen. Dort gibt es bessere Orte. Zum Beispiel einen aktiven Vulkan. Euer Protagonist könnte das natürlich wie durch ein Wunder überleben, aber die Chancen stehen gegen ihn.


Kein Entkommen und Zeit für Fantasie

Klingt bisher alles ziemlich ernüchternd, oder? Was der Autorseele aber zu Gute kommt, ist die Tatsache, dass niemand eine Ahnung hat, was genau in einem schwarzen Loch vor sich geht. Es ist nicht einmal klar, ob das überhaupt eine sinnvolle Frage ist. Vielleicht ist euer schwarzes Loch ein Tor in ein anderes Universum oder in eine andere Zeit. Rein mathematisch ist das alles durchaus möglich. Man kommt aber auf keinen Fall durch das schwarze Loch wieder zurück. Man kann nicht schneller als das Licht sein und das müsste man, um der Anziehungskraft zu entkommen.
Falsch ist übrigens auch die Auffassung, dass schwarze Löcher interstellare Staubsauger sind. Ihre Gravitation funktioniert genauso wie bei Planeten oder Sonnen. Sie sind nur im Schnitt etwas massereicher und wenn man ihnen zu nah kommt, dann kommt man nie wieder weg.

Challenge:
Einer euer Charaktere fällt in ein schwarzes Loch. Beschreibt seine Eindrücke.

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Gastautor: Florian - seine Facebookseite.

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