Harald Pfeiffer und die Welt der Schwarzen Löcher
Zunächst zeigte uns Harald Pfeiffer einige sehr schöne Bilder zu Himmelsgebilden mit unterschiedlich großen schwarzen Löchern (z.B. Cygnus X, M87). Dazu gab es Vergleiche zu Himmelskörpern wie der Sonne und unserer Erde um sich der Dimensionen schwarzer Löcher bewusst zu werden. Weiter ging es erst einmal mit einer Einführung in grundlegende physikalische Thematiken - Fluchtgeschwindigkeiten von verschieden schweren Körpern bis hin zur ersten von ihm auch benannten "physikalisch nicht korrekt" hergeleiteten Grenzgröße eines Körpers ab welchen auch Licht nicht mehr entfliehen kann über das Gravitationsgesetz aus der newtonschen Physik. Hier wurde ausführlich und anschaulich erklärt, dass die klassische Physik keine ausreichenden Erklärungen liefern kann für die beobachteten Phänomene in der Natur.
Mit der Einführung der Relativitätstheorie und der Beschreibung von Raum-Zeit ging es weiter mit graphischen Erklärungen zum Verhalten des Lichts bei Annäherung und Überschreiten des Ereignishorizonts. Wir lernten, dass das Licht nicht "angezogen" wird sondern durch die gekrümmte Raum-Zeit seine Bewegungsrichtung ändern muss. Es ist die Geometrie der Raum-Zeit, die durch die große Gravitationeinwirkung völlig verzerrt wird.
Herr Pfeiffer ging dann über zu der grundlegenden Theorie über Schwarze Löcher. Dass sie nur durch ihre Masse und ihre Drehung definiert sind. Dass eine Verdoppelung des Radius nur eine Verdoppelung der Masse nach sich zieht, weil es sich eben nicht mehr um „normale“ Materie handelt.
Wir betraten dann im folgenden sein Spezialgebiet: was geschieht bei Kollisionen von schwarzen Löchern und wie man dieses Ereignis messen kann - durch die Erfassung von Gravitationswellen. Neben Videos zur Animation lernten wir auch Detektoren zur Messung kennen - LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory/Laser-Interferometer Gravitationswellen-Observatorium) ist ein Observatorium, mit dessen Hilfe Gravitationswellen nachgewiesen werden sollen. In den rechtwinklig zueinander stehenden Armen der Observatorien sind Michelson-Interferometer untergebracht, in denen Laserstrahlen die eigentliche Messung vornehmen. Gemessen wird ein Laufzeit-Unterschied wenn Gravitationswellen die die Detektorenden bewegen und hin- und rücklaufende Strahlen eine Laufzeitdifferenz aufweisen.
Wir erfuhren das bei der Kollision der schwarzen Löcher ungeheure Energien in Gravitationswellen umgesetzt werden. Wenn die Energie nicht im Bereich der Gravitationswellen sondern im sichtbaren Licht abgestrahlt würde, dann wäre es so hell, wie der gesamte Kosmos! Zum „Glück“ gibt es aber nur Gravitationswellen! Die Auswirkungen solcher Kollisionen sind im Umkreis von einigen 100 Millionen Lichtjahren erfassbar und können wohl nur etwa einmal pro Jahr in nächster Zukunft wahrgenommen werden mit den Detektoren von LIGO und anderen Gravitationswellen-Observatorien. Und dann muss auch noch mit einem Datenabgleich festgestellt werden, dass ein Detektor nicht etwa ein kleines Erdbeben in Australien oder eine Störung durch ein überfliegendes Flugzeug erfasst hat. Erst wenn andere Detektoren (der zweite in den USA und oder in Japan usw.) die Messung bestätigen, kann man Aussagen eine Gravitationswelle erfasst zu haben.
Es gibt noch weitere Körper die Gravitationswellen auslösen: Neutronensterne, Supernovae, ... die man unterscheiden können muss. Neutronensterne mit einem höheren „Berg“ emittieren z.B. kontinuierlich Gravitationswellen aber mit sehr geringer Amplitude. Oder, oder... da ging es richtig ins Detail.
Harald Pfeiffer erklärte uns wie unglaublich aufwändig die Messauswertung und die Simulationen sind. Selbst Großrechner brauchen u.U. etliche Jahre dafür. Sein größtes Budget am Lehrstuhl sind die Stromkosten für den zentralen Computer – und das in Kanada!
Mit einem Augenzwinkern: Der Vortrag war mit einer Länge von einer dreiviertel Stunde angekündigt und dauerte aufgrund der Zeitdillitation am Schwarzen Loch mehr als die doppelte Zeit (nun könnte man die Masse des Schwarzen Lochs eigentlich ausrechnen, bei dem wir unterwegs waren).
Der Roboter, den wir ins Schwarze Loch geworfen haben, ist leider unwiederbringlich verloren und wir werden nie ein Bild bekommen, wie denn die Singularität in der Mitte des Schwarzen Lochs aussieht. Mich würde auch interessieren, ob unterhalb des Ereignishorizontes wirklich nur Vakuum ist. In unserem Sinne von Materie schon, aber was ist es dann, was da ist? Da Quantentheorien und Relativitätstheorie noch unvereint nebeneinander stehen ist völlig unklar, was da eigentlich ist. Sicher ist nur: die Raumzeit ist gekrümmt bis zum geht nicht mehr. Und damit bleibt alles auch im Dunkeln, was hinter dem Ereignishorizont ist.
Bei der ganzen Betrachtung der Verschmelzung Schwarzer Löcher und der Emittierung von Gravitationswellen wurde mir klar, wie starr die Raum-Zeit ist und welchen sagenhaften Energiegehalt sie hat, wenn sie in Schwingung gerät. Etwa 5-10% der Masse von Schwarzen Löchern wird direkt dabei in Energie umgewandelt. Und das ist ein einigen Sonnenmassen richtig viel Energie innerhalb von Bruchteilen von einer Sekunde! Zum Vergleich: die Sonne wandelt in 10 Milliarden Jahren etwa 1% ihrer Masse in Energie um. Das heißt: die Vereinigung von Schwarzen Löchern emittiert das 10 hoch 20 fache in kürzester Zeit.
Harald Pfeiffer überzeugte uns durch seine einfachen Ausführungen und die offene, freundliche und ehrliche Art und Weise, wie er dieses Thema für uns aufarbeitete.
Im Anschluss an den Vortrag konnten Uwe und ich mit Harald noch ein wenig über Kosmologie diskutieren und die "Gottesfrage" stellen. Denn für die Physik ist ja am Urknall "Ende Gelände" und auch die Zukunft unseres Kosmos scheint etwas "einsam" daher zu kommen. Alles (Atome und Materie) driftet auseinander und wird irgendwann, so Haralds Meinung, soweit gedehnt, dass letztendlich einfach eine große, finstere Leere entsteht. Vielleicht gerade der Grenzen der Physik wegen oder im Hinblick auf einen kosmischen "Plan" versicherte er mir, dass Wissenschaft und Glaube gut nebeneinander stehen können - zumal wir vom Universum mit heutigen Teleskopen, Detektoren, Instrumenten etc. bisher nur etwa 5% erfassen können. Weit mehr als 90 % des Universums liegt im Unbekannten. Dunkle Energie und dunkle Materie überwiegen. Und trotzdem ist das Sichtbare schon so unbegreiflich groß und weit...
Nach drei Stunden ging ein sehr gehaltvoller Astro-Stammtisch zu Ende und ich bin Harald Pfeiffer sehr herzlich dankbar für seine Bereitschaft uns Amateuren Einblick in sein Fachgebiet gegeben zu haben!
