Gesundheit : Unvorstellbar dichte Gebilde

Hawkings Theorie erklärt, warum aus Schwarzen Löchern doch Strahlung entweichen kann

Paul Janositz

Beim Blick in den Sternenhimmel drängt sich der Gedanke regelrecht auf. Wo kommt das Weltall eigentlich her? Kann es plötzlich einfach da gewesen sein, aus dem Nichts? Genau so war es, sagt die gängige physikalische Theorie. Es gab den Urknall. Und das war die Geburtsstunde des Universums.

Der Urknall: Die Stunde Null des Universums schlug vor etwa 15 Milliarden Jahren. Eine winzige, fast ausdehnungslose Kugel, die aus unvorstellbar dicht zusammen gepresster Energie bestand, glühte auf und explodierte. Der Feuerball dehnte sich rasend schnell aus. Aus dem Knall entstand das Weltall. Allmählich kühlte das Urplasma ab. Milliarden Galaxien mit Milliarden von Sternen, mit Sonnen und Monden, mit Kometen und Planeten entstanden.

Was vor dem Urknall war, darüber wissen die Wissenschaftler nichts. Genauso wenig darüber, was genau passiert, wenn Materie verschwindet, wenn sie in einem Schwarze Loch versinkt. Denn aus einem Schwarzen Loch kann nichts entweichen, dachte man lange.

Schwarzes Loch: Als „Schwarzes Loch“ bezeichnet man einen Bereich der Raumzeit, der wegen des starken Gravitationsfeldes so stark gekrümmt ist, dass weder Materie noch elektromagnetische Wellen oder Informationen nach außen gelangen können. Den Begriff prägte 1967 der amerikanische Physiker John Archibald Wheeler. Das menschliche Auge sieht eben einen Bereich, aus dem sich nicht einmal Licht der enormen Anziehungskraft entziehen kann, als schwarz an. Die Grenze des Schwarzen Lochs wird als Ereignishorizont bezeichnet.

Aus einem Schwarzen Loch kann nichts entweichen, also auch keine Informationen – das war lange Zeit auch die Überzeugung von Stephen Hawking. Die Grundlage für seine Theorie legte er bereits 1976.

Hawking-Strahlung: Diese seine bekannteste Theorie erklärt, wie ein Schwarzes Loch Energie abstrahlen kann. Eigentlich ist dies ausgeschlossen, da Schwarze Löcher alle Materie schlucken und nichts herauslassen. Hawking geht nun von einem Vakuumzustand aus, in dem – gemäß Heisenbergs Unschärferelation – ständig virtuelle Paare aus Materie und Antimaterie (siehe Grafik) entstehen und wieder verschwinden.

Durch die starke Gravitation kann es passieren, dass diese Paare getrennt werden. Ein Teilchen entkommt ins All, ein anderes fällt ins Schwarze Loch. Dieser quantenmechanische Prozess kann über viele Milliarden Jahre die gesamte Materie des schwarzen Lochs verdampfen lassen. Die Strahlung, so Hawkings ursprüngliche Theorie, enthält keine Informationen über Vorgänge innerhalb des Schwarzen Lochs.

Damit wären diese superdichten Regionen die ultimativen Reißwölfe des Weltalls. Da sich das mit der Quantentheorie nicht vereinbaren lässt, erntete Hawking Widerspruch in der Physikergemeinde.

Im letzten Jahr hat Hawking nun seine fast 30 Jahre alte Theorie revidiert. Demnach können doch Informationen aus dem Schwarzen Loch nach draußen dringen. Im Weltall geht somit nichts endgültig verloren. Theoretisch kann man also herausbekommen, wie es in den verborgensten Regionen des Alls zugeht. Und es wäre prinzipiell möglich, sogar hinter die Zeit des Urknalls zu blicken.

Hawking änderte seine ursprüngliche Theorie, als er berechnen konnte, welche Rückwirkung die abgegebene Strahlung auf das Schwarze Loch hat. Damit war auch seine Idee von den Parallel-Welten im Innern eines Schwarzen Loches obsolet, in denen die verlorene Information absorbiert werde.

Paralleluniversum: Unter einem Paralleluniversum versteht man einen Kosmos, der jenseits des unseren existiert. Hinter dieser Vorstellung stehen zwei voneinander unabhängige Theorien. Die eine besagt, dass unser Universum nicht aus dem Nichts entstanden ist. Es habe sich vielmehr aus einem „Quantenschaum“ gebildet, wie andere Universen auch. In den Paralleluniversen können unterschiedliche Naturgesetze herrschen. Dies ist bei der Viele-Welten-Theorie anders. In den hier angenommenen parallelen Universen gelten überall dieselben Naturgesetze.

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