Schwarze Löcher sind Bereiche des Weltraums, in denen sich in einem kleinen Volumen so viel Masse befindet, dass es einen Ereignishorizont gibt - einen Bereich des Raums, aus dem nichts, nicht einmal Licht, entweichen kann. Dies bedeutet jedoch nicht, dass Schwarze Löcher Materie ansaugen. Sie ziehen sie einfach an. Der Wissenschaftsredakteur Forbes zerstreut einen der Mythen über Schwarze Löcher.
Schwarze Löcher sind Bereiche des Weltraums, in denen sich in einem kleinen Volumen so viel Masse befindet, dass es einen Ereignishorizont gibt - einen Bereich des Raums, aus dem nichts, nicht einmal Licht, entweichen kann. Dies bedeutet jedoch nicht, dass Schwarze Löcher Materie ansaugen. Sie ziehen sie einfach an.
Schwarze Löcher sind vielleicht die seltsamsten und erstaunlichsten Objekte im Universum. Dort konzentriert sich eine riesige Masse auf ein sehr kleines Volumen, und Schwarze Löcher brechen unweigerlich zu einem Zustand der Singularität zusammen, umgeben von Ereignishorizonten, über die nichts hinausgehen kann. Dies sind die dichtesten Objekte im Universum. Wenn ihnen etwas zu nahe kommt, reißen die Kräfte des Schwarzen Lochs es auseinander. Wenn Materie, Antimaterie oder Strahlung den Ereignishorizont überschreiten, fallen sie einfach in die Mitte des Schwarzen Lochs, vergrößern es und erhöhen seine Masse.
Diese Eigenschaften von Schwarzen Löchern existieren und es ist alles wahr. Damit ist jedoch eine Idee verbunden, die eine absolute Fiktion ist: Schwarze Löcher saugen die Materie um sie herum an. Dies ist sehr weit von der Wahrheit entfernt und es ist eine völlige Verzerrung des Bildes der Schwerkraft. Der größte Mythos über Schwarze Löcher ist, dass sie Materie ansaugen. Und hier ist die wissenschaftliche Wahrheit.
Grundsätzlich und praktisch kann sich ein Schwarzes Loch auf verschiedene Arten bilden. Ein großer, massereicher Stern kann eine Supernova werden, deren zentraler Kern zusammenbricht und ein Schwarzes Loch bildet. Sie können sehen, wie zwei Neutronensterne verschmelzen. Wenn sie eine bestimmte Massenschwelle überschreiten, entsteht ein neues Schwarzes Loch. Entweder kollabiert eine riesige Ansammlung von Materie (ein supermassiver Stern oder eine riesige Wolke aus schrumpfendem Gas) und verwandelt sich direkt in ein Schwarzes Loch.
Wenn in einem ausreichend konzentrierten Raumvolumen genügend Masse vorhanden ist, wird um ihn herum ein Ereignishorizont gebildet. Wenn wir uns außerhalb des Ereignishorizonts befinden, können wir uns davon entfernen, wenn wir uns mit Lichtgeschwindigkeit vom Schwarzen Loch entfernen. Wenn wir uns jedoch innerhalb des Ereignishorizonts befinden, führt uns selbst bei der Lichtgeschwindigkeit, die die Grenze der kosmischen Geschwindigkeit darstellt, jede Bewegungsbahn zum Zentrum des Schwarzen Lochs, dh zur Singularität. Es ist einfach unmöglich, innerhalb des Ereignishorizonts aus einem Schwarzen Loch zu entkommen.
Objekte außerhalb des Schwarzen Lochs haben aber auch viele Probleme. Schwarze Löcher sind so massiv, dass wir, wenn wir uns einem von ihnen nähern, erhebliche Gezeitenkräfte erfahren. Sie kennen diese Gezeitenkräfte vielleicht, wenn Sie wissen, was der Mond ist und wie er mit der Erde interagiert.
Zweifellos können der Mond und die Erde als materielle Punkte betrachtet werden, die sich in einer relativ großen Entfernung von 380.000 Kilometern voneinander befinden. Tatsächlich ist die Erde jedoch kein Punkt, sondern ein Objekt, das ein bestimmtes und recht reales Volumen einnimmt. Einige Gebiete der Erde sind näher am Mond als andere. Diejenigen, die näher sind, erfahren die Schwerkraft überdurchschnittlich. Diejenigen, die weiter entfernt sind, erfahren eine unterdurchschnittliche Schwerkraft.
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Neben dem Unterschied in der Entfernung gibt es noch andere Merkmale. Wie alle physischen Objekte ist die Erde dreidimensional. Dies bedeutet, dass die „Oberseite“und die „Unterseite“der Erde (vom Mond aus gesehen) nach innen in Richtung ihres Zentrums relativ zu den Teilen gezogen werden, die sich in der Mitte befinden.
Wenn wir dabei die durchschnittliche Kraft subtrahieren, die an einem beliebigen Punkt der Erde vorhanden ist, werden wir feststellen, dass verschiedene Punkte auf der Oberfläche auf unterschiedliche Weise externen Kräften des Mondes ausgesetzt sind. Die Linien dieser Kräfte bilden die relativen Kräfte, die auf das Objekt wirken, und erklären, warum das Objekt unter dem Einfluss der Gezeitenkraft darauf zugezogen und senkrecht zur Richtung dieser Kraft zusammengedrückt wird.
Je näher wir einem massiven Objekt kommen, desto mehr Gezeitenkräfte werden. Sie wachsen noch schneller als die Schwerkraft! Da Schwarze Löcher eine große Masse haben, aber sehr kompakt sind, erzeugen sie die stärksten Gezeitenkräfte im Universum. Aus diesem Grund strecken wir uns, wenn wir uns dem Schwarzen Loch nähern, immer mehr aus und werden wie dünne Spaghetti.
Auf dieser Grundlage ist es sehr leicht zu verstehen, warum ein Schwarzes Loch uns ansaugen kann. Je näher wir uns ihm nähern, desto stärker wird die Schwerkraft und desto mehr beginnt die Gezeitenkraft, uns zu dehnen und zu zerreißen.
Die Vorstellung, dass wir in ein Schwarzes Loch gesaugt werden können, ist jedoch falsch. Jedes Teilchen, aus dem ein Objekt besteht, das unter dem Einfluss eines Schwarzen Lochs steht, folgt immer noch den bekannten Gesetzen der Physik, einschließlich der Krümmungsregel der Raumzeit von der allgemeinen Relativitätstheorie.
Ja, aufgrund des Vorhandenseins von Masse biegt sich das Gewebe des Weltraums und das Schwarze Loch ist die größte Ansammlung von Masse im Universum. Es ist aber auch wahr, dass die Dichte dieser Masse die Krümmung des Raumes in keiner Weise beeinflusst. Wenn ein weißer Zwerg, ein Neutronenstern oder ein schwarzes Loch mit derselben Masse durch die Sonne ersetzt wird, ändert sich die Gravitationskraft auf der Erde nicht. Der Raum um uns herum ist durch die Gesamtmasse als Ganzes gekrümmt, und die Dichte hat praktisch nichts damit zu tun.
Aus der Ferne ist ein Schwarzes Loch wie jede andere Masse im Universum. Wenn wir uns ihm jedoch in einem Mindestabstand von mehreren Radien der Schwarzschild-Kugel nähern, bemerken wir Abweichungen von der Newtonschen Schwerkraft. Das Schwarze Loch fungiert jedoch immer noch einfach als Schwerpunkt, und Objekte, die sich ihm nähern, kreisen in einer normalen Umlaufbahn: einem Kreis, einer Ellipse, einer Parabel oder einer Hyperbel mit einer sehr guten Annäherung.
Gezeitenkräfte können dazu führen, dass sich nähernde Objekte dehnen und auseinander brechen. Und wenn sich Materie in Form einer Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch ansammelt, können zusätzliche Konsequenzen wie Magnetfelder, Reibung und Erwärmung auftreten. Aufgrund dieser zusätzlichen Auswirkungen wird ein Teil der Materie langsamer und wird vom Schwarzen Loch verschluckt, aber das meiste davon bleibt immer noch draußen.
Es bleibt die Tatsache, dass Schwarze Löcher nichts ansaugen. Alle anderen gewöhnlichen Objekte (Monde, Planeten, Sterne) haben die gleichen Kräfte wie ein Schwarzes Loch. Wie auch immer, es ist alles nur Schwerkraft. Der größte Unterschied besteht darin, dass Schwarze Löcher dichter als die meisten Objekte sind, im Weltraum viel weniger Volumen beanspruchen und viel massiver sein können als jedes andere Objekt. Saturn fliegt leise in seiner Umlaufbahn um die Sonne, aber wenn wir anstelle der Sonne in die Mitte der Milchstraße ein Schwarzes Loch setzen, dessen Masse vier Millionen Mal so groß ist wie die Masse unseres Sterns, dann brechen die Gezeitenkräfte den Saturn und verwandeln ihn in einen riesigen Ring, der zu einem integralen Bestandteil der Akkretionsscheibe wird das gleiche schwarze Loch. Und wenn es in Gegenwart der durch Materie erzeugten Schwerkraft genügend Reibung, Erwärmung und Beschleunigung gibt,elektrische und magnetische Felder, dann fällt es mit der Zeit nach innen und wird verschluckt.
Es scheint nur, dass Schwarze Löcher Materie absorbieren, weil sie sehr massiv sind und Gezeitenkräfte und Materie, die sich zusammen um das Schwarze Loch ansammeln, externe Objekte in Stücke reißen können, wonach sich ein Teil eines solchen Objekts unter dem Einfluss der Zugkraft innerhalb der Akkretionsscheibe befindet und im Laufe der Zeit und im Schwarzen Loch selbst. Aber das Schwarze Loch ist sehr pingelig und die überwiegende Mehrheit der Materie, die in der Nähe davon vorbeigeht, wird in der einen oder anderen Form zurückgespuckt. Und nur ein kleiner Teil fällt in den Ereignishorizont und zwingt das Schwarze Loch, allmählich zu wachsen.
Wenn wir die gesamte Masse im Universum durch ein Schwarzes Loch mit der entsprechenden Masse ersetzen und dann alles entfernen, was Reibung erzeugt, z. B. Akkretionsscheiben, saugt das Schwarze Loch nur sehr wenig an. Die Partikel erfahren nur Reibung aufgrund der Strahlung von Gravitationswellen, die durch die vom Schwarzen Loch erzeugte gekrümmte Raumzeit verlaufen. Nach Einsteins Theorie wird nur die Materie absorbiert, die sich im Inneren und im Zentrum einer stabilen zyklischen Umlaufbahn befindet. Dies ist vernachlässigbar im Vergleich zu dem, was in unserer physischen Realität innerhalb des Ereignishorizonts liegt.
Infolgedessen haben wir nur die Schwerkraft und die gekrümmte Raumzeit, die sich aus der Anwesenheit dieser Massen ergeben. Die Idee, dass Schwarze Löcher etwas ansaugen, ist der größte Mythos. Sie nehmen aufgrund der Schwerkraft zu und sonst nichts. Aber im Universum ist das mehr als genug.
Ethan Siegel
