Einleitung
Einleitung
Es ist bekannt, dass Massen neben ihrer Trägheit und ihrer Gewichtskraft auch eine Gravitationskraft besitzen. Diese ist dabei
proportional zur Masse: Je schwerer der Körper, desto größer ist seine Anziehungskraft. Überall im Weltraum herrscht diese Kraft,
die den Mond (durch die Erde) ebenso wie die Erde (durch die Sonne) in seiner Bahn hält.
Eine Masse, die so groß ist, dass ihre Gravitation nicht einmal die fast masselosen Lichtteilchen entkommen lässt wird "Schwarzes Loch" genannt.
1. Schwarze Löcher entstehen durch das Zusammenstürzen von riesigen Sternen.
Wenn die Temperatur in einem Stern hoch genug ist, fusioniert Wasserstoff zu Helium. Die bei dieser Art "kontrollierter
Wasserstoffbombenexplosion" freiwerdende Energie bringt den Stern zum Leuchten. Er ist normalerweise im Gleichgewicht
zwischen der Eigenanziehungskraft (Anziehungskraft oder Schwerkraft, die die Masse zusammenhält) und einem Gegendruck (nach
außen, durch einen thermischen Gegendruck hervorgerufen, den die heißen Teilchen im Kern auf die darüberliegenden kälteren
Das ist vergleichbar mit einem Luftballon, bei dem sich die Ausdehnung durch die Luftdruck im Inneren und die
Spannung des Gummis, die den Ballon zusammenziehen will, in Balance halten.
Für Sterne, die ihren Brennstoff verbraucht haben, gibt es eine größtmögliche Masse der Grenzwert beträgt ca. 1,5 Sonnenmassen). Wird sie überschritten, stürzt der Stern aufgrund seiner eigenen Anziehungskraft der Masse in sich zusammen.
Im wesentlichen ist dies mit dem Prinzip eines Schnellkochtopfes zu vergleichen: Der heiße Wasserdampf im Topf mit kochendem
Wasser lässt den Innendruck im Topf steigen, weshalb der Stöpsel immer weiter herausgedrückt wird. Nimmt man den Topf von der
Herdplatte, sinkt der Druck wieder und verursacht, dass der Stöpsel sinkt .
Zurück zu den Sternen: Sobald im Kern alle chemischen Verbrennungsvorgänge beendet worden sind, weil kein
Wasserstoff mehr vorhanden ist, nimmt der Druck nach außen hin ab.
Die Schwerkraft gewinnt dann die Überhand und zieht den Kernbereich zusammen: der Kern des Sterns kollabiert in sich. Diese
Kontraktion kann bei einer relativ kleinen Masse noch zum Stillstand kommen:
Ausgebrannte Sterne allerdings, deren Masse über 1,5 Sonnenmassen liegt, stürzen immer weiter in sich zusammen, weil die
Abstoßungskräfte nicht unbeschränkt stark sind.
Solche Sterne werden beim Kollaps immer kleiner und dichter, die Masse bleibt dabei gleich.
Theoretisch würden sie zu unendlicher
Dichte schrumpfen, woraus sich unerklärliche, unbegreifbare Schlußfolgerungen ergäben.
So ist schließlich ein "Schwarzes Loch" entstanden.
2. Schwarze Löcher sind Objekte, deren Gravitation selbst das Licht nicht mehr entkommen lässt.
Diese Grenze des Schwarzen Loches, von da ab nicht einmal das Licht mehr entkommen kann, wird Ereignishorizont genannt.
Würde z.
B. die Sonne zu einem Schwarzen Loch werden, entstünde eine Anziehungskraft (Gravitation), aus der innerhalb eines
Radius´ von 3 Kilometern (Schwarzschild-Radius) selbst das Licht nicht mehr entkommen könnte. Die Erde würde davon aber nicht
beeinflusst werden, weil die Anziehungskraft die gleiche bliebe und die Entfernung zur Sonne groß ist, als dass die Erde vom
Schwarzen Loch eingesaugt würde.
Schwarze Löcher rotieren oft mit unvorstellbaren Geschwindigkeiten.
Wie kann man sich vorstellen, dass Licht "verschluckt" wird? Licht hat sowohl Eigenschaften wie ein Körper als auch Eigenschaften
einer Welle. Das wird "Dualismus von Welle und Korpuskel (Körper)" genannt.
Wirft man z.B. einen Ball in die Luft, kommt er nach
einiger Zeit zurück, je nachdem mit wieviel Kraft man ihn geworfen hat. Wenn man ihn aber mit einer Geschwindigkeit von ca.
12 km/s in die Luft schießen würde, dann würde er die Erdgravitation überwinden und immer weiter ins All fliegen, da ihn die
Gravitation nicht mehr erreichen würde.
Es gibt nun auch eine Masse, die groß genug ist, eine Gravitation hervorzurufen, dass selbst die höchstmögliche Geschwindigkeit,
die Lichtgeschwindigkeit von 300 000 km/s nicht reicht, um das Licht aus der Gravitation entkommen zu lassen.
Massen, so klein sie auch sein mögen, können aber wegen ihrer Trägheit nie die Lichtgeschwindigkeit erreichen, denn dazu bedürfte
es einer unendlichen Energie. Die aufzuwendende Energie wächst nämlich exponentiell, es ist also einfacher, einen Körper von 100
auf 200 km/h zu beschleunigen, als von 100.000 auf 100.100 km/s .
Auch wenn ein Stern zu einem Schwarzen Loch zusammengestürzt ist, besitzt er immer noch die gleiche Anziehungskraft und die
gleiche Masse, nur auf einem extrem kleinen Raum, fast einem Punkt.
3.
Ein Grundsatz: Zeit und Raum sind relativ, die Lichtgeschwindigkeit ist absolut und begrenzt
(ca. 300.000 km/s).
Was auf den ersten Blick nicht sonderbar erscheint, ist bei genauerer Betrachtung ein Paradoxon. Es bedeutet nämlich: je schneller
sich ein Körper bewegt, desto langsamer vergeht für ihn die Zeit. Auf der
anderen Seite findet man viele Indizien für die Gültigkeit der Theorie.
So wurden zwei sehr genau gehende Uhren verglichen, eine war
mit einem Düsenjet geflogen, die andere stand auf der Erde.
Die Uhr im Düsenjet ging etwas nach, womit praktisch bewiesen wurde, dass bei höherer Geschwindigkeit die Eigenzeit langsamer
geht.
Ein Beispiel: Eine Rakete düst mit 30 000 km/s durch den Weltraum. An ihrer Spitze ist ein Laser angebracht, der Licht nach vorne
aussendet. Ein Beobachter in der Rakete mißt in einer Sekunde, dass dieser Lichtstrahl 300 000 km zurücklegt. Nun kommt das
Raumschiff an einem (ruhenden) Planeten vorbei, auf dem eine Person ebenfalls die Geschwindigkeit des Laserstrahls misst.
Sie
würde eigentlich feststellen: v = 330 000 km (300 000 + 30 000) / s. Das ist unmöglich, also müssen für diese Person auf dem
Planeten 1,1 Sekunden vergehen, wenn für den Raumfahrer 1 Sekunde vergeht: 330 000 km/1,1 s = 300 000 km/s.
Einem Raketenauto, dass mit 1200 km/h über die Autobahn rast vergehen : 1,00000000000185 s. währendessen 1s auf der Erde vergeht.
Das zeigt, dass für irdische Verhältnisse diese Zeitveränderung nur marginale Auswirkungen hat. Je mehr man sich aber der Lichtgeschwindigkeit nähert, desto
stärker wird die Zeitdifferenz, bis schließlich bei Lichtgeschwindigkeit keine Zeit mehr existiert.
4. Hypothetischer Fall in ein Schwarzes Loch, veranschaulicht am Beispiel eines "Schwarzen Tunnels"
- Ein todesmutiger Astronaut begibt sich also in die Nähe eines Schwarzen Loches. Er wird wahrscheinlich sofort von der Gravitation
ergriffen, "angesaugt" werden, wobei die Kräfte unterschiedlich stark wirken. Die Gravitation wirkt nämlich umso schwächer, je weiter
man vom Mittelpunkt einer Masse entfernt ist.
Sein Kopf ist 1,80m weiter als seine Füße vom Schwarzen Loch entfernt, und weil der Gravitationsunterschied so groß ist, wird er
wie eine Spaghetti in die Länge gezogen. Schließlich wird er immer mehr beschleunigt werden, bis auf Lichtgeschwindigkeit.
Moment mal, einen Körper auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen? Das ist unmöglich, und deshalb wird der Astronaut zerrissen,
"entmaterialisiert" und in pure Energie umgewandelt.
Nehmen wir an, er ist unbeschadet in das Schwarze Loch hineingefallen. vergleichen wir es hier mit einem Tunnel.
Dieser Tunnel hat die seltsame Eigenschaft, dass man von außen gesehen nie das Ende erreicht (, obwohl er von außen nur 200 m lang ist.
Wie kann das erklärbar sein? Nehmen wir weiterhin an, dass ein Fußgänger
mit einer Schrittlänge von 1 m in den Tunnel eintritt, und nach einem Meter auf die Hälfte seiner Größe zusammenschrumpft, wobei
seine Schrittlänge ebenfalls halbiert wird. Also ist der Tunnel für den durchquerenden Körper unendlich lang.
Bei dieser ersten Variante kann er nie den Tunnel durchqueren, von außen gesehen.
In der zweiten Variante soll der durchquerende Körper es aus seiner Sicht schaffen, durch den Tunnel zu gelangen. Die halbierte
Schrittlänge gleicht sich hierbei dadurch aus, dass seine Geschwindigkeit immer nach einem Schritt verdoppelt wird, bis sie
schließlich unendlich wird. Bei unendlicher Eigengeschwindigkeit vergeht für ihn keine Zeit mehr, also kann er in einer Sekunde eine
unendliche Strecke zurücklegen und wieder aus dem Tunnel herauskommen.
Wenn er wieder herauskommt, ist allerdings im übrigen Universum eine unendliche Zeitspanne vergangen.
5.
Es gibt viele Indizien für die Existenz von Schwarzen Löchern.
So wurden spiralförmige Galaxien beobachtet, die sich unvorstellbar schnell drehen, obwohl sie durch die Zentrifugalkraft hinaus ins
All geschleudert werden müssten. Deshalb muss im Zentrum ein Objekt mit einer riesigen Masse sein, das die Galaxie auf ihrer
Bahn hält. Astrophysiker sind sich einig, dass es sich hierbei um ein sogenanntes Schwarzes Loch handelt, weil absolut kein Licht
von ihm abgestrahlt wird, sondern verschluckt wird. Direkt kann man ihm nicht auf die Spur kommen, weil es eben nicht sichtbar ist.
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