Stephen Hawking widerspricht gängiger Theorie zum Ereignishorizont von Schwarzen Löchern Schwarzes Loch mit Wiederkehr? - scinexx | Das Wissensmagazin
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Stephen Hawking widerspricht gängiger Theorie zum Ereignishorizont von Schwarzen Löchern

Schwarzes Loch mit Wiederkehr?

Schwarzes Loch: Gibt es den Ereignishorizont oder nicht? © NASA

Bisher war die Sache klar: Einem Schwarzen Loch entkommt nichts, nicht einmal das Licht. Jetzt aber erklärt der Kosmologe Stephen Hawking, dass es den Ereignishorizont vielleicht gar nicht gibt, die magische Grenze ohne Wiederkehr. Stattdessen sorgt ein scheinbarer Horizont dafür, dass Licht und Materie zwar festgehalten werden, die Information darüber aber in sehr veränderter Form sehr wohl wieder entkommen kann.

Schwarze Löcher sind nach geltender Lehrmeinung Singularitäten – Orte unendlicher Dichte, in deren Zentrum die Gesetze der Allgemeinen Relativitätstheorie nicht mehr gelten. Die gewaltige Schwerkraft dieser Singularitäten sorgt dafür, dass Materie und selbst Licht angezogen wird und nicht mehr entkommen kann – jedenfalls sobald sie den Ereignishorizont überschreiten. Er markiert quasi die Grenze zum Bereich ohne Wiederkehr.

Unmerkliche Grenze oder Feuerwand?

Der Einstein’schen Theorie nach würde ein Astronaut, der den Ereignishorizont versehentlich passiert, dies aber zunächst nicht bemerken. Denn dieser ist unsichtbar und unterscheidet sich rein äußerlich in Nichts von dem umgebenden Raum. Die Quantenmechanik aber sieht dies anders: Ihren Grundätzen nach müsste der Ereignishorizont mehr einer Feuerwand ähneln, einer extrem energiereichen Region. Ein sie passierender Astronaut würde nach dieser Theorie sofort zu Asche verbrennen. Beide Sichtweisen standen bisher unvereinbar nebeneinander.

Jetzt aber präsentiert der britische Physiker Stephen Hawking eine dritte Lösung, die sowohl Einsteins Gesetze als auch die Quantentheorie zufriedenstellen würde: In seinem Artikel „Informationserhaltung und Wetterbericht für ein Schwarzes Loch“ postuliert er, dass es gar keinen Ereignishorizont gibt. Denn das Raum-Zeit-Gefüge in der Umgebung des Schwarzen Lochs fluktuiert viel zu stark, um eine klare Grenze bilden zu können, so der Forscher.

Der Kosmologe Stephen Hawking während eines Vortrags bei der NASA © NASA/ Paul Alers

Doch kein endgültiges Aus für Materie?

„Die Abwesenheit eines Ereignishorizonts aber bedeutet, dass es auch keine Schwarzen Löcher gibt – zumindest im Sinne von Orten, denen das Licht niemals entfliehen kann“, erklärt Hawking. „Es gibt aber scheinbare Horizonte, die für eine bestimmte Zeitperiode bestehen.“ Hinter diesen halten die Schwarzen Löcher Materie nur zeitweilig fest. Nach Hawkings Ansicht sollten Schwarze Löcher daher „als metastabile Grenzzustände des Gravitationsfelds betrachtet werden.“

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Das aber bedeutet, dass die Information über die gefangene Materie nicht gänzlich verloren geht, wie es gängige Theorien besagen. Sie wird nur extrem stark verändert und verzerrt und dann letztlich als die sogenannte Hawking Strahlung wieder abgestrahlt. Diese bereits 1975 von Hawking postulierte Strahlung entsteht, wenn sich Materieteilchen dem Schwarzen Loch nähern. Dabei bilden sich kurzzeitig virtuelle Paare aus diesen Teilchen und ihren Antiteilchen. Stürzt dann nur eines der beiden ins Schwarze Loch, wird die Energie des übrigbleibenden als Strahlung abgegeben.

Hawking-Strahlung als Überrest

Diese Strahlung ist umso stärker, je kleiner und masseärmer das Schwarze Loch ist. Bei mikroskopisch kleinen Löchern sorgt diese Strahlung sogar dafür, dass sie im Laufe der Zeit schrumpfen und sich dann quasi komplett in Strahlung auflösen. Die massereichen Schwarzen Löcher, die aus Sternexplosionen entstehen oder im Herzen von Galaxien sitzen, strahlen dagegen nur wenig davon aus.

Jetzt hat Hawking seine Theorie dahin erweitert, dass diese Hawking-Strahlung noch immer Informationen darüber enthalten könnte, was einst ins Schwarze Loch fiel. Damit widerspricht dies dem Konzept des Ereignishorizonts, der alles zurückhält. Denn die Informationen über die eingesaugte Materie würden in einer extrem verwandelten Form wieder abgegeben. Diese Informationen auszulesen, wäre allerdings nahezu unmöglich. Hawking vergleicht es mit dem Versuch, Wetter langfristig akkurat vorherzusagen: Das ist zwar in der Theorie machbar, in der Realität aber nahezu unmöglich, zumindest bisher.

Reaktionen skeptisch bis vorsichtig

Ob Hawking mit seinem neuesten Wurf Recht hat, bleibt abzuwarten. Das Echo unter seinen Physikerkollegen ist bisher geteilt bis vorsichtig. Einige halten es für durchaus möglich, dass es Schwarze Löcher ohne Ereignishorizont geben könnte. Andere sind eher skeptisch, denn die Raumzeit-Fluktuationen, die den Ereignishorizont aufheben sollen, wurden bisher zumindest bei den Schwarzen Löchern in unserer Umgebung nicht nachgewiesen.

Und auch Raphael Bousso von der University of California in Berkeley, ein ehemaliger Hawking-Schüler, äußerst sich in „Nature News“ eher vorsichtig: „Die Idee, dass es bei einem Schwarzen Loch gar keinen Punkt mehr gibt, von dem es keine Wiederkehr gibt, ist noch radikaler und problematischer als die Existenz des Ereignishorizonts als Feuerwand“, so der Physiker. (High Energy Physics – Theory, 2014; arXiv:1401.5761 )

Video: Stephen Hawking erklärt seine Theorie bei einem Vortrag in Cambridge

(Nature News, 29.01.2014 – NPO)

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