Von Carlo Rovelli

Das, was wir über Schwarze Löcher wissen, hat etwas Paradoxes. Sie sind mittlerweile zu „normalen“ Objekten für Astronomen geworden. Astronomen beobachten sie, zählen sie und messen sie. Sie verhalten sich genau so, wie Einsteins Theorie vor einem Jahrhundert vorhergesagt hat, als niemand davon träumte, dass solche eigenartigen Objekte tatsächlich existieren könnten. Sie sind also unter Kontrolle. Und dennoch bleiben sie völlig mysteriös.Auf der einen Seite haben wir eine schöne Theorie, die Allgemeine Relativitätstheorie, die auf spektakuläre Weise durch astronomische Beobachtungen bestätigt wurde und die sehr gut erklärt, was die Astronomen sehen: Diese Monster, die Sterne verschlucken, drehen sich in Wirbeln und produzieren immens starke Strahlen und andere Teufeleien. Das Universum ist überraschend, bunt, voller Dinge, deren Existenz wir nie vorhergesehen oder uns vorgestellt hatten, aber verständlich. Auf der anderen Seite gibt es immer noch eine kleine Frage, auf die sich Kinder spezialisieren, wenn Erwachsene übermäßig begeistert sind: „Aber wohin geht all das Material, das wir in ein Schwarzes Loch fallen sehen?“

Und hier wird es schwierig. Einsteins Theorie liefert eine präzise und elegante mathematische Beschreibung auch des Inneren Schwarzer Löcher: es zeigt den Weg an, dem Material folgen muss, das in ein Schwarzes Loch fällt. Die Materie fällt immer schneller, bis sie den Mittelpunkt erreicht. Und dann … dann verlieren die Gleichungen von Einstein jede Bedeutung. Sie sagen uns nichts mehr. Sie scheinen wie Schnee im Sonnenschein zu schmelzen. Die Variablen werden unendlich und nichts macht Sinn. AUA.

Was passiert mit Materie, die in die Mitte des Lochs fällt? Wir wissen es nicht.

Durch unsere Teleskope sehen wir, wie es fällt, und wir folgen mental seiner Flugbahn, bis es fast das Zentrum erreicht, und dann wissen wir nicht, was als nächstes passiert. Wir wissen, woraus Schwarze Löcher bestehen, sowohl außen als auch innen, aber ein entscheidendes Detail fehlt: das Zentrum. Aber das ist kaum ein unbedeutendes Detail, denn alles, was hineinfällt (und in die Schwarzen Löcher, die wir am Himmel beobachten, fallen die Dinge weiter), endet im Zentrum. Der Himmel ist voller schwarzer Löcher, in denen wir Dinge verschwinden sehen können … aber wir wissen nicht, was aus ihnen wird.

Die Wege, um Antworten auf diese Frage zu finden, waren bisher gefährlich. Vielleicht taucht die Materie zum Beispiel in einem anderen Universum auf? Vielleicht begann sogar unser eigenes Universum auf diese Weise, obwohl sich ein schwarzes Loch in einem vorhergehenden öffnete? Vielleicht verschmilzt im Zentrum eines Schwarzen Lochs alles zu einer Wolke der Wahrscheinlichkeit, in der Raumzeit und Materie nichts mehr bedeuten? Oder vielleicht strahlen Schwarze Löcher Wärme aus, weil die Materie, die in sie eindringt, auf mysteriöse Weise über Billionen von Jahren in Wärme umgewandelt wird.

„Was passiert mit der Materie, die in die Mitte des Lochs fällt? Wir wissen es nicht“

In der Forschungsgruppe, mit der ich in Marseille zusammenarbeite, erforschen wir zusammen mit Kollegen in Grenoble und Nijmegen in den Niederlanden eine Möglichkeit, die uns sowohl einfacher als auch plausibler erscheint: Materie verlangsamt sich und stoppt, bevor sie das Zentrum erreicht. Wenn es am extremsten konzentriert ist,entwickelt sich ein enormer Druck, der seinen endgültigen Zusammenbruch verhindert. Dies ähnelt dem „Druck“, der verhindert, dass Elektronen in Atome fallen: Es ist ein Quantenphänomen. Materie hört auf zu fallen und bildet eine Art extrem kleinen und extrem dichten Stern: ein „Planck-Stern“. Dann passiert etwas, was in solchen Fällen immer wichtig ist: Es prallt ab.

Es prallt ab wie ein Ball, der auf den Boden fällt. Wie der Ball prallt er zeitlich umgekehrt auf der Flugbahn des Sturzes ab, und auf diese Weise verwandelt sich das Schwarze Loch (durch „Tunneleffekt“, wie wir im Jargon sagen) in sein Gegenteil: ein weißes Loch.

Ein weißes Loch? Was ist ein weißes Loch? Es ist eine andere Lösung für Einsteins Gleichungen (wie Schwarze Löcher), über die mein Universitätslehrbuch sagt, dass „es in der realen Welt nichts Vergleichbares gibt“ … Es ist eine Region des Raums, in die nichts eintreten kann, aus der jedoch Dinge hervorgehen. Es ist die Zeitumkehr eines Schwarzen Lochs. Ein Loch, das explodiert.

Aber warum sehen wir dann, wie Materie in Schwarze Löcher fällt, aber nicht sofort wieder herausspringt? Die Antwort – und das ist der entscheidende Punkt bei dem, womit wir es zu tun haben – liegt in der Relativität der Zeit. Die Zeit vergeht nicht überall mit der gleichen Geschwindigkeit. Alle physikalischen Phänomene sind auf Meereshöhe langsamer als in den Bergen. Die Zeit verlangsamt sich, wenn ich tiefer bin, wo die Schwerkraft am intensivsten ist. In schwarzen Löchern ist die Schwerkraft extrem stark und infolgedessen verlangsamt sich die Zeit heftig. Das Zurückprallen fallender Materie geschieht schnell, wenn wir sie von jemandem in der Nähe sehen, wenn wir uns vorstellen können, dass sich jemand in ein Schwarzes Loch wagt, um zu sehen, wie es im Inneren ist. Aber von außen gesehen scheint alles verlangsamt zu sein. Enorm verlangsamt. Wir sehen Dinge verschwinden und verschwinden für eine extrem lange Zeit aus dem Blickfeld. Von außen betrachtet sieht alles für Millionen von Jahren eingefroren aus – genau so, wie wir die Schwarzen Löcher wahrnehmen, die wir am Himmel sehen können.

Aber eine extrem lange Zeit ist keine unendliche Zeit, und wenn wir lange genug warten würden, würden wir sehen, wie die Sache herauskommt. Ein Schwarzes Loch ist letztendlich vielleicht nicht mehr als ein Stern, der zusammenbricht und dann zurückprallt – in extremer Zeitlupe, wenn man ihn von außen sieht.

Dies ist in Einsteins Theorie nicht möglich, aber dann berücksichtigt Einsteins Theorie keine Quanteneffekte. Die Quantenmechanik ermöglicht es der Materie, ihrer dunklen Falle zu entkommen.

Nach wie langer Zeit? Nach einer sehr kurzen Zeit für die Materie, die in das Schwarze Loch gefallen ist, aber nach einer extrem langen für diejenigen von uns, die es von außen beobachten.

Also hier ist die ganze Geschichte: Wenn ein Stern wie die Sonne oder ein wenig größer aufhört zu brennen, weil er seinen gesamten Wasserstoff verbraucht hat, erzeugt die Wärme nicht mehr genug Druck, um sein Gewicht auszugleichen. Der Stern bricht in sich zusammen, und wenn er ausreichend schwer ist, erzeugt er ein Schwarzes Loch und fällt hinein. Ein Stern von der Größe der Sonne, also tausendmal größer als die Erde, würde ein Schwarzes Loch mit einem Durchmesser von anderthalb Kilometern erzeugen.

Stellen Sie sich vor: Die gesamte Sonne innerhalb des Volumens eines Vorgebirges. Dies sind die Schwarzen Löcher, die wir am Himmel beobachten können. Die Materie des Sterns setzt ihren Kurs im Inneren fort und geht immer tiefer, bis sie das monströse Kompressionsniveau erreicht, das sie zum Rückprall bringt. Die gesamte Masse des Sterns ist im Raum eines Moleküls konzentriert. Hier tritt die abstoßende Quantenkraft ein, und der Stern prallt sofort ab und beginnt zu explodieren. Für den Stern sind nur wenige Hundertstelsekunden vergangen. Aber die durch das enorme Gravitationsfeld verursachte Zeitdilatation ist so extrem stark, dass, wenn die Materie wieder auftaucht, im Rest des Universums Zehn Milliarden Jahre vergangen sind.

Ist das wirklich so? Ich weiß es nicht genau. Ich denke, es könnte gut sein. Die Alternativen erscheinen mir weniger plausibel. Aber ich könnte falsch liegen. Der Versuch, es herauszufinden, ist immer noch so eine Freude.

In einem weiteren Auszug, „Kopernikus und Bologna“, schreibt Rovelli über den Wert einer universitären Ausbildung

…Ich fand in Bologna noch etwas anderes, als ich dort in den siebziger Jahren studierte: eine Begegnung mit jenem Geist meiner Generation, einer Generation, die alles verändern wollte, die davon träumte, neue Wege des Denkens, des Zusammenlebens und der Liebe zu erfinden. Die Universität war mehrere Monate von politisch engagierten Studenten besetzt. Ich engagierte mich bei den Freunden von Radio Alice, dem unabhängigen Radiosender, der zur Stimme der Studentenrevolte geworden war.

In den Häusern, die wir teilten, nährten wir den jugendlichen Traum, bei Null anzufangen, die Welt von Grund auf neu zu gestalten, sie in etwas anderes und Gerechteres umzugestalten. Ein naiver Traum, zweifellos, immer dazu bestimmt, der Trägheit des Alltags zu begegnen; immer wahrscheinlich große Enttäuschung erleiden. Aber es war derselbe Traum, dem Kopernikus zu Beginn der Renaissance in Italien begegnet war. Der Traum nicht nur von Leonardo und von Einstein, sondern auch von Robespierre, Gandhi und Washington: absolute Träume, die uns oft gegen eine Wand katapultieren, die häufig fehlgeleitet werden – ohne die wir aber nichts von dem hätten, was in unserer heutigen Welt das Beste ist.

„Ein Schwarzes Loch ist vielleicht nicht mehr als ein Stern, der in extremer Zeitlupe zusammenbricht und zurückprallt“

Was kann uns die Universität jetzt bieten? Es kann den gleichen Reichtum bieten, den Kopernikus gefunden hat: das angesammelte Wissen der Vergangenheit, zusammen mit der befreienden Idee, dass Wissen transformiert und transformativ werden kann.

Das ist, glaube ich, die wahre Bedeutung einer Universität. Es ist das Schatzhaus, in dem das menschliche Wissen hingebungsvoll geschützt wird, es ist das Lebenselixier, von dem alles abhängt, was wir in der Welt wissen und was wir tun wollen. Aber es ist auch der Ort, an dem Träume genährt werden: wo wir den jugendlichen Mut haben, genau dieses Wissen in Frage zu stellen, um voranzukommen, um die Welt zu verändern.Diese Auszüge stammen aus dem Buch There Are Places In The World Where Rules Are Less Important Than Kindness, das am 5. November in Großbritannien von Allen Lane veröffentlicht wurde. Eine Rezension folgt auf der Rückseite

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Sehen Sie sich jetzt Carlo Rovelli an, der in unserer Science Talks-Serie auf YouTube über die Natur der Zeit spricht