Schwarze Löcher sind
das Gewaltigste und Extremste, was das Universum zu bieten hat. Sie sind super abgefahren
und kompliziert. Aber was ist eigentlich
ein Schwarzes Loch? Und was passiert, wenn du
in eines hineinfallen würdest? (Atmosphärische Klänge) (Verspielte Musik) Zunächst müssen wir
über Raum und Zeit sprechen. Sie sind die Bühne, auf der das
Theaterstück des Universums spielt. Der Raum ist aber keine feste Bühne, und die Zeit tickt
nicht überall gleich. Kurz gesagt sind Raum und Zeit
relativ. Masse krümmt den Raum. Und die Krümmung des Raums bestimmt,
wie sich die Masse bewegt. Stellt man Sterne und Planeten
auf die Bühne, biegt sie sich durch. An dieser verbogenen
und unebenen Bühne zeigt sich die Wirkung
der Schwerkraft. Schwarze Löcher verbiegen
die Bühne aber nicht nur, sie sind quasi eine Art Falltür. Sie sind so massereich, dass das Universum dort
ein Sperrgebiet schafft, wo andere Regeln gelten. Schwarze Löcher entstehen meist,
wenn ein massereicher Stern stirbt. Genauer erklären wir das in unserem
Video über Neutronensterne. Erst mal reicht Folgendes: Kurz vor ihrem Tod implodiert
das Innere sehr massereicher Sterne mit fast einem Viertel
der Lichtgeschwindigkeit. Dadurch wird so viel Masse
so verdichtet, dass die Bühne des Universums
an dieser Stelle quasi einbricht. Ein Schwarzes Loch mit etwa
dem Zehnfachen der Masse der Sonne hätte einen Durchmesser von
gerade mal knapp 60 Kilometer. Schaust du direkt in ein
Schwarzes Loch, siehst du nichts. Das Innere ist von einer
unsichtbaren Grenze umgeben, die nur in eine Richtung offen ist,
dem Ereignishorizont. Dieser hüllt quasi
einen Teil des Weltraums ein. Der Rest des Universums
ist für immer von ihm abgeschirmt. Die Falltür,
die das Schwarze Loch ist, stellt eine so starke Verkrümmung
des Raums dar, dass nicht einmal Licht entweicht. Es entkommt also keinerlei
Information aus dem Inneren. Deshalb können wir unmöglich wissen,
wie es drin wirklich aussieht. Aber wir können zumindest
den Effekt beobachten, den Schwarze Löcher auf Masse haben. So wie um die Sonne
oder einen Planten, kann Masse auch
um Schwarze Löcher kreisen. Viele Schwarze Löcher werden
außerhalb ihres Ereignishorizonts von Scheiben aus Materie umkreist. Die kann unglaublich heiß werden. Denn auf einer nahen Umlaufbahn beschleunigt sie bis zu
halber Lichtgeschwindigkeit. Kleinste Reibungen und Kollisionen
zwischen Partikeln heizen die Masse bis zu
1 Milliarde Grad Celsius auf. Kurioserweise leuchtet der Raum
um diese Schwarzen Löcher deshalb strahlend hell. Was, wenn du dich
einem Schwarzen Loch nähern oder sogar hineingelangen könntest? Zunächst würdest du das merkwürdigste
Spiegelkabinett des Universums sehen. Denn es kreist nicht nur Materie
um das schwarze Loch. Seine Anziehungskraft ist so stark, dass sogar Licht darum herum
kreisen kann. Schwebst du direkt außerhalb
des Ereignishorizonts in die Photonensphäre, siehst du, wohin du auch blickst,
nur dich selbst. Direkt vor dir
siehst du deinen Hinterkopf. Weil das Licht,
das von dort reflektiert wird, rückwärts um das Schwarze Loch
wandert und auf deine Augen trifft. Bei solchen extremem Massen
wird durch die Schwerkraft sogar der Lauf der Zeit selbst
verändert. Je stärker die Schwerkraft,
umso langsamer vergeht die Zeit. Während du das Universum
immer schneller werden siehst, sehen dich Leute aus weiter
Entfernung in Zeitlupe. Würdest du wieder
vom Schwarzen Loch wegfliegen, könnten im Rest des Universums
Äonen vergangen sein. Ein verrückter Sprung
in die ferne Zukunft, wo deine Freunde und Familie
schon lange tot sind. In der Nähe eines Schwarzen Lochs
ist es aber auch sehr gefährlich. Es erwartet dich ein qualvoller Tod
durch Spaghettifizierung. Wenn zum Beispiel deine Füße
näher am Schwarzen Loch sind als dein Kopf, wirkt auf sie
eine stärkere Schwerkraft. So viel stärker, dass es dich
in die Länge zieht. Je näher du kommst,
desto schlimmer wird das. Der Zug wird immer stärker und
zieht deinen Körper in die Länge, bis du nur noch ein dünner Faden
heißen Plasmas bist. Und schließlich auf Nimmerwiedersehen
weggeschlürft wirst. Spaghettifizierung passiert nur bei
Schwarzen Löchern mit kleinem Radius. Bei den supermassiven Schwarzen
Löchern im Zentrum der Galaxie könntest du das Überschreiten
des Ereignishorizonts vielleicht sogar erleben. Näherst du dich dem Ereignishorizont, würde ein weit entfernter Beobachter
glauben, dass du nie hineingelangt bist. Er sieht dich nur anhalten
und ganz langsam verschwinden. Weil das letzte Licht,
dass du abgibst, sich weg vom Ereignishorizont
ausbreitet. Du selbst siehst, wie dir das Nichts
des Schwarzen Lochs entgegenkommt, weil dich das Licht nur noch
aus wenigen Richtungen erreicht. Die Schwärze umschließt dich. Bis das Universum,
das du verlassen hast, nur noch ein winzig kleiner,
heller Punkt ist. Hier, innerhalb
des Ereignishorizonts, sind Raum und Zeit
so komplett hinüber, dass sogar richtige Zeitreisen
möglich sind. Es ist also vielleicht ganz gut,
dass da nichts entwischt. Würde irgendwas
dem Schwarzen Loch entkommen, könnte das jede Menge
Zeitreiseparadoxa und andere universumsbedrohende
Probleme verursachen. So unheimlich der Ereignishorizont
selbst auch ist, er bewahrt uns
vor diesem ganzen Zirkus. Ob du jetzt überlebt hast
ist eigentlich egal. Jetzt erwartet dich nur noch
der sichere Tod durch Zerquetschen. Innerhalb des Ereignishorizonts ist die Raumzeit total verbogen
und verdreht. Egal, in welche Richtung
du dich bewegst, du gerätst immer weiter
ins Zentrum des Schwarzen Lochs. Je mehr du dich wehrst, desto schneller
näherst du dich dem Zentrum. Um möglichst lange zu überleben,
kannst du nur eines tun: gar nichts. Im Zentrum des Schwarzen Lochs
befindet sich die Singularität. Die ganze Materie, die je den
Ereignishorizont überschritten hat, zusammengedrückt zu einem einzigen
unendlich kleinen Punkt. Es gibt keine Spur mehr von dem,
was die Masse mal war. Für immer verschwunden durch die
Falltür, die das Schwarze Loch ist. Die Singularität macht alles gleich. Weil ein Schwarzes Loch keine
Erinnerung an die Vergangenheit hat, hat es nur noch drei Eigenschaften. Masse, Drehimpuls
und elektrische Ladung. Alles andere ist weg. So gesehen sind Schwarze Löcher
wie Elementarteilchen. Das bedeutet auch, dass alle Schwarzen Löcher
im Universum genau gleich sind. Sie unterscheiden sich vielleicht
in der Masse, oder drehen sich schneller
oder langsamer, aber würden wir alle Singularitäten
in einem Physikmuseum ausstellen, wären sie alle genau gleich. Wie Elektronen. Wie auch die Elementarteilchen sind diese Eigenschaften
von Singularitäten nur unser bester Versuch
einer theoretischen Beschreibung. Das ist nicht unbedingt die Realität. Unsere heutigen Theorien
über das Universum, vor allem die allgemeine
Relativitätstheorie, können Schwarze Löcher gar nicht
beschreiben oder erklären. Unendliche Raumkrümmung,
unendliche Dichte. Da ergeben unsere bekannten
Naturgesetze keinen Sinn mehr. Die Singularität hat
keine Oberfläche, kein Volumen. Sie ist quasi ein Nulldivisionsfehler
des Universums. Vielleicht existiert die Singularität
auch gar nicht, oder ist etwas ganz anderes,
als wir meinen. Wir wissen im Moment
einfach nicht mehr. Es handelt sich
um unsere beste Annahme, basierend auf unserer aktuellen
Theorie der Raumzeit. Und alles, was du je über
Schwarze Löcher gehört hast, inklusive diesem Video, stimmt nur für Schwarze Löcher,
die nicht rotieren. Dort ist die Mathematik
viel einfacher. Jedes Schwarze Loch entsteht aber
aus einem sterbenden Stern, der, soweit wir wissen, kurz vor seinem Untergang
extrem schnell rotiert. Also sollten sich eigentlich
alle Schwarzen Löcher im Universum gerade um sich selbst drehen. Und zwar unglaublich schnell, mit
bis zu 90 % der Lichtgeschwindigkeit. Das heißt also, dass Schwarze Löcher in echt sogar
noch viel krasser sind als ihr Ruf. Bei einem rotierenden Schwarzen Loch
ist die Singularität noch kurioser. Durch die Rotation dehnt sie sich
zu einer Art Ringsingularität aus. Die Rotation ist so stark,
dass sie den Raum selbst mitzieht. Dadurch entsteht um das sich drehende
Schwarze Loch eine Region, die Ergosphäre genannt wird. Dort gibt es keinen Stillstand,
so sehr du es auch versuchst. Wie ein rauschender Mahlstrom
aus Raumzeit. Die Flut duldet keinen Widerstand. Du musst um das Schwarze Loch
kreisen, ob du willst oder nicht. Klar soweit. Aber was passiert
mit Schwarzen Löchern während das Universum drum herum
alt wird und stirbt? Auch das wissen wir nicht genau. Haben aufgrund unseres aktuellen
Verständnisses der Physik aber eine grobe Idee: Hawking-Strahlung. Laut der Quantenfeldtheorie
kocht das Vakuum im All über mit Quantenfluktuation. Aus nichts kreieren
diese Fluktuationen Paare von Materie und Antimaterie, die ganz kurz existieren und sich
dann sofort gegenseitig auslöschen. Passiert das in der Nähe
des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs, kann eins der
beiden Teilchen darin verschwinden. Und das Paar löscht sich nicht
gegenseitig aus. Das entwischte Teilchen ist
sogenannte Hawking-Strahlung. Letztlich stammt die Masse dieses
Teilchens aus dem Schwarzen Loch. Über Äonen schrumpfen
schwarze Löcher also und verlieren Masse durch Strahlung. Hawking-Strahlung ist nicht das,
was im Schwarzen Loch verschwindet, sie beschreibt das neue Teilchen,
das Masse vom Schwarzen Loch stiehlt. Je kleiner das Schwarze Loch wird, umso stärker wird
die Hawking-Strahlung. Und immer schneller und schneller. Bis das letzte Überbleibsel
des Schwarzen Lochs schließlich in einem Blitz
energiereicher Strahlung verpufft. Wie eine Atombombe. Und der Rest ist Schweigen. Bis dahin dauert es
aber noch ganz lange. Die Lebensspanne eines Schwarzen
Lochs von der Masse unserer Sonne beträgt 10 hoch 67 Jahre. Das bedeutet, dass es in 10.000
Milliarden, Milliarden, Milliarden, Milliarden, Milliarden,
Milliarden Jahren gerade mal 0,0000001 %
seiner Masse verlieren würde. Und die meisten Schwarzen Löcher sind
viel massereicher als unsere Sonne. Die massereichsten
supermassiven Schwarzen Löcher im Zentrum von Galaxien haben eine
Lebensspanne von 10 hoch 100 Jahren. Wie lange das ist? Denk dir eine Sanduhr, in der jedes Sandkorn ein einziges
Teilchen des Universums ist. Alle zehn Milliarden Jahre fällt
ein einziges Sandkorn hinab. Selbst wenn der ganze Sand
unten wäre, wäre nicht mal 1 % der Lebensspanne
dieser Schwarzen Löcher vorüber. Es gibt kein Konzept, das unserem Gehirn diese Zeitspannen
begreifbar machen könnte. Werden wir Schwarze Löcher
jemals wirklich verstehen? Wirklich wissen,
was in ihnen vorgeht? Wer weiß, wir können sie nur
von außen beobachten. Und unsere Theorien über ihr Inneres
sind wahrscheinlich falsch. Aber es ist in Ordnung,
nicht alles zu wissen. Das bedeutet nur, dass es immer noch
etwas zu erforschen gibt. Dass es immer noch Mysterien gibt
und große Ideen braucht. Genau deshalb
betreiben wir Wissenschaft. Immerhin wissen wir,
dass noch mehr als genug Zeit ist, über Schwarze Löcher nachzudenken, bevor das letzte von ihnen
verschwunden sein wird. (Sphärische Klänge, Vogelzwitschern)