Raumzeit-Riss: Wie Karl Schwarzschild auf Schwarze Löcher stieß

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Im November 1915 hält Albert Einstein vier Vorträge an der Preußischen Akademie der Wissenschaften in Berlin. In diesen Vorträgen stellt er seinem Publikum die Allgemeine Relativitätstheorie vor, an der er jahrelang getüftelt hatte. Mit dieser Theorie kann Einstein beschreiben, wie Materie, Raum und Zeit wechselwirken. Dabei schafft er kurzerhand eine Kraft unseres Universums ab: die Schwerkraft.

Bei Isaac Newton war alles alles noch viel einfacher gewesen: Laut dem Briten ist die Schwerkraft, wie der Name schon sagt, eine Kraft. Diese wirkt zum Beispiel zwischen zwei Massen anziehend. Mit den Newtonschen Gravitationsgesetzen ließ sich zunächst wunderbar erklären, warum ein Apfel vom Baum fällt oder warum die Erde um die Sonne kreist.

Doch mit der Allgemeinen Relativitätstheorie bereitet Einstein der Schwerkraft nun ein Ende: Laut ihm handelt es sich dabei lediglich um einen Effekt der gekrümmten Raumzeit. Frei nach dem Physiker John Wheeler übersetzt könnte man die Allgemeine Relativitätstheorie so zusammenfassen: Die Materie sagt der Raumzeit, wie sich zu krümmen hat, und die gekrümmte Raumzeit sagt der Materie, wie sich zu bewegen hat. Ein Apfel fällt also nicht deshalb vom Baum, weil er die Effekte der Schwerkraft verspürt, sondern weil er dem kürzesten Weg in der gekrümmten Raumzeit folgt.

Doch war die Allgemeine Relativitätstheorie im Jahr 1915 nicht nur konzeptionell ungeheuerlich, sondern auch mathematisch: Ihre Gleichungen sind so kompliziert, dass Einstein selbst zunächst davon überzeugt ist, dass es unmöglich sei, exakte Lösungen für sie zu finden.

Wie praktisch, dass sich bei einem seiner Vorträge ein Mensch befand, dem genau das nur wenig später gelingen sollte – und das, während der als Soldat im Ersten Weltkrieg an der Front stationiert war. Karl Schwarzschild war Physiker und Astronom. Außerdem beherrschte er praktischerweise genau jene mathematischen Fähigkeiten, die benötigt wurden, um eine exakte Lösung für die Einstein’schen Feldgleichungen zu finden. Diese Gleichungen brachten jedoch einen seltsamen Aspekt zu Tage, der zeigte: Es könnte so etwas wie Schwarze Löcher geben.

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• Folge 75: Ein Schwarzes Loch im Zentrum: der etwas andere Quasi-Stern

Weiterführende Links

• WP: Karl Schwarzschild
• WP:Albert Einstein
• WP: Newtonsches Gravitationsgesetz
• WP: Allgemeine Relativitätstheorie
• WP: Schwarzes Loch
• WP: Geschichte der Schwarzen Löcher
• WP: Ereignishorizont
• Welt der Physik: Die Grenzen eines Schwarzen Lochs (2016)

Quellen

• Buch: Marcus Chown: A Crack in Everything
• Fachartikel: Die Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie (1916)
• Buch: The Collected Papers of Albert Einstein: Volume 8, Part A: The Berlin Years: Correspondence 1914-1917

Episodenbild: European Space Agency, NASA and Felix Mirabel (the French Atomic Energy Commission & the Institute for Astronomy and Space Physics/Conicet of Argentina)