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Alles nur gelogen? Theorie von Stephen Hawking über Schwarze Löcher soll falsch sein

In einem Punkt irrte sich Stephen Hawking bei seinen Theorien über Schwarze Löcher.
In einem Punkt irrte sich Stephen Hawking bei seinen Theorien über Schwarze Löcher.
Foto: iStock.com/Floriana
Stephen Hawking war ein Experte auf dem Gebiet der Forschung zu Schwarzen Löchern. Doch dabei unterlief ihm ein Fehler.

Es lässt sich durchaus behaupten, dass Stephen Hakwing einer der Wissenschaftler war, der sich besonders gut mit Schwarzen Löchern im Universum auskannte. Nicht ohne Grund wird die Strahlung, die von diesen Riesen ausgeht, als Hawking-Strahlung bezeichnet. Dennoch machte der bekannte Physiker einen Fehler, bei seinen Aussagen zu Schwarzen Löchern. Dieser Ansicht ist zumindest ein Physik-Professor und erklärt auch, warum.

Stephen Hawking & Schwarze Löcher: Hier lag der Fehler

In seinem Buch von 1988, "Eine kurze Geschichte der Zeit", skizzierte Stephen Hawking ein falsches Bild von Schwarzen Löchern. Er behauptet, dass Schwarze Löcher verfallen. Doch um diese Theorie zu widerlegen, beginnen wir am besten von vorne. Ein Schwarzes Loch beinhaltet so viel Masse auf kleinem Raum, dass nicht einmal Licht entweichen kann. Alles, was sich diesem Objekt nähert, wird hineingezogen.

Nun ergänzen wir diesen Zustand mit der Quantenphysik. Sie besagt, dass keine Ebene vollständig leer ist. Quantenfelder befinden sich auf diesem Gewebe des Universums. Sie sind allgegenwärtig. Daher schwankt die Energie jedes Feldes mit der Zeit. Die Schwankungen sind real und treten auch ohne Partikel auf. Den Zustand der niedrigsten Energie eines Quantenfeldes kannst du dir so vorstellen: Betrachte einen leeren Raum als wirklich leer, auch wenn er von Teilchen-Antiteilchen-Paaren besetzt ist. Sie entstehen kurzfristig und verschwinden nach einer Weile in das Vakuum des Nichts.

Stephen Hawkings Theorie über Schwarze Löcher

Nun folgt Stephen Hawkings – vermutlich falsche – Theorie. Der Physiker geht davon aus, dass diese Teilchen-Antiteilchen-Paare im Schwarzen Loch vernichtet werden. Doch im Ereignishorizont eines Schwarzen Loches, fällt ein Teil hinein, das andere entweicht und nimmt Energie mit sich. Das ist der Grund, warum Stephen Hawking davon ausgeht, dass Schwarze Löcher zerfallen. So lässt sich auch die Hawking-Strahlung erklären. Das setzt Folgendes voraus:

  1. Die Hawking-Strahlung ist eine Mischung aus Antiteilchen und einem zufälligen Element, das mitentweicht.
  2. Die gesamte Hawking-Strahlung emittiert selbst von Ereignishorizont des Schwarzen Loches.
  3. Jedes Quantum der Strahlung hat eine enorme Energiemenge, sodass es nicht vollständig von einem Schwarzen Loch verschluckt werden kann.

Und das trifft nicht zu. Denn die Hawking-Strahlung besteht nahezu nur aus Photonenn. Eine große Region außerhalb des Ereignishorizontes gibt die Strahlung ab. Die einzelnen Quanten haben winzige Energien über einen großen Bereich hinweg.

Der Fehler war Stephen Hawking bewusst

Es ist ungewöhnlich, dass Stephen Hawking diese Diskrepanz nicht erwähnt hat, als er sein Buch schrieb. Denn bekannt war sie ihm allemal. Der Mechanismus, der dahintersteckt, ist eigentlich ziemlich spannend, wie der Physiker Ethan Siegel in seinem Artikel für Forbes erklärt. Für jeden Beobachter im Universum scheint die Energie im leeren Raum, die sogenannte Nullpunktsenergie, den gleichen Wert zu haben. Eine Relativitätsregel besagt, dass verschiedene Beobachter unterschiedliche Realitäten wahrnehmen. Unterschiede machen da die Relativbewegung oder die Raumzeitkrümmung.

Daher hat jemand, der sich hypothetisch im Ereignishorizont eines Schwarzen Loches befindet, eine andere Nullpunktsenergie als jemand, der davon weit entfernt ist. Würde man die beiden Nullpunktsenergien übereinanderlegen, würden sich nicht derselbe Wert ergeben. Das ist der Knackpunkt hinter der Hakwking-Strahlung, der auch dem Physiker selbst bekannt war. Schon 1974 führte er die Berechnungen durch, als er seine Entdeckung vorstellte. Die Berechnung der Differenz der Nullpunktsenergie in Quantenfeldern vom gekrümmten Raum um ein Schwarzes Loch zum unendlich weit entfernten flachen Raum.

Ein Faktor stützt Hawkings These, doch der ist nicht real

Diese Erkenntnis wirft weitere Fragen auf, die an dieser Stelle zu weit gehen. Das Hauptproblem war jedoch, dass Stephen Hawking für seine Rechnung die Idee der virtuellen Teilchen verwendete. Er behandelt diesen Faktor, als würde er der physischen Realität entsprechen. Daraus ergibt sich seine Theorie, dass Schwarze Löcher mit der Zeit zerfallen. Diese Erklärung war nicht richtig.

Stattdessen verlieren Schwarze Löcher im Laufe der Zeit an Masse, weil die von der Hawking-Strahlung emittierte Energie, die Krümmung des Raumes in der Region verringert. Sobald genug Zeit vergeht und diese Dauer für realistische Schwarze Löcher enorm ist, sind sie vollständig verdunstet. Kein Grund Stephen Hawking schlecht zu reden. Doch es war an der Zeit, diese Theorie dank Ethan Siegel richtigzustellen. Der Zerfall der Schwarzen Löcher wird häufig als Mythos eingeschätzt. Stephen Hawking plante auch Zeitreisen anhand von Schwarzen Löchern.

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