Referat Schwarze Löcher entstehen durch das Zusammenstürzen von riesigen Sternen

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.