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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.
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 "kontrollierterWasserstoffbombenexplosion"
freiwerdende Energie bringt den Stern zum Leuchten. Sterne, die den Brennstoff
verbraucht haben und sie größer als 1,5 Sonnenmassen sind stürzen aufgrund der
eigenen Anziehungskraft zusammen. DieseKontraktion kann bei einer relativ kleinen
Masse noch zum Stillstand kommen:
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 derHerdplatte,
sinkt der Druck wieder und verursacht, dass der Stöpsel sinkt .
Ausgebrannte Sterne allerdings, deren Masse
über 3,2 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.
Wie kann man sich vorstellen, dass Licht "verschluckt"
wird? Licht hat sowohl Eigenschaften wie ein Körper als auch Eigenschaften einer
Welle. 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 (relativ) die Zeit.
. Es 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.
Bei einer Geschwindigkeit von 30 000 km/s müßte
das Licht, das von diesem Körper ausgesendet wird, von einem außenstehenden
Beobachter mit 330 000 km/s gemessen werden. Das ist aber nicht möglich , weil
nichts schneller als das Licht sein kann. Daher muss die Zeit für den Beobachter
0,1s langsamer laufen damit er genau die gleiche Lichtgeschwindigkeit misst.
Wenn ein Raketenauto mit Tempo 1200 über die
Autobahn rast vergehen für die Uhr im Auto 1,000 000 000 001 85 s, wärhendessen
eine Uhr auf der Erde genau 1s anzeigt. 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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