{"id":21614,"date":"2014-05-01T07:30:25","date_gmt":"2014-05-01T05:30:25","guid":{"rendered":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2014\/05\/01\/die-perfekte-theorie-4-das-raetsel-der-sterbenden-sterne\/"},"modified":"2025-05-14T16:14:14","modified_gmt":"2025-05-14T14:14:14","slug":"die-perfekte-theorie-4-das-raetsel-der-sterbenden-sterne","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2014\/05\/01\/die-perfekte-theorie-4-das-raetsel-der-sterbenden-sterne\/","title":{"rendered":"Die perfekte Theorie (4): Das R\u00e4tsel der sterbenden Sterne"},"content":{"rendered":"

\"theoriebuch\"<\/a>Dieser Artikel ist Teil einer fortlaufenden Besprechung des Buchs „Die perfekte Theorie: Das Jahrhundert der Genies und der Kampf um die Relativit\u00e4tstheorie“<\/a>*<\/a> (im Original „The Perfect Theory: A Century of Geniuses and the Battle over General Relativity“<\/a>*<\/a> von Pedro Ferreira. Jeder Artikel dieser Serie besch\u00e4ftigt sich mit einem anderen Kapitel des Buchs. Eine \u00dcbersicht \u00fcber alle bisher erschienenen Artikel findet man hier<\/a>
\n\u2014\u2014\u2014\u2014\u2014\u2014\u2014\u2014\u2014\u2014\u2014\u2014\u2014\u2014\u2014\u2014\u2014\u2014-
\nIm ersten Kapitel<\/a> des Buchs haben wir erfahren, was eigentlich das allgemeine an der Allgemeinen Relativit\u00e4tstheorie ist und wie Albert Einstein \u00fcberhaupt auf die Idee kam, sie zu entwickeln. Im zweiten Kapitel<\/a> hat Einstein dann m\u00fchsamer Rechnerei endlich herausgefunden, wie er diese Theorie formulieren kann. Das dritte Kapitel<\/a> hat gezeigt, dass wir aus der allgemeinen Relativit\u00e4tstheorie \u00fcberraschend viel \u00fcber die Entstehung des Universums lernen k\u00f6nnen. Und Kapitel vier demonstriert, dass das noch lange nicht alles ist!<\/p>\n

Die L\u00f6sungen der Einsteinschen Feldgleichung die im letzten Kapitel vorgestellt wurden bezogen sich auf das gesamte Universum und haben die Wissenschaftler zu der \u00fcberraschenden Erkenntnis gebracht, dass unser Kosmos einen Anfang hatte und nicht statisch ist. Aber die L\u00f6sungen von de Sitter, Friedmann und Lem\u00e2itre waren nicht die ersten, die gefunden wurden. Schon kurz nachdem Einstein seine Gleichungen im Jahr 1915 ver\u00f6ffenlichte, bekam er Post von einem deutschen Astronom. Karl Schwarzschild hatte die Feldgleichungen gel\u00f6st, sich aber dabei nicht gleich dem ganzen Universum gewidmet, sondern nur nachgesehen, wie sich die Gravitation in der N\u00e4he einer sph\u00e4rischen Masse verh\u00e4lt („\u00dcber das Gravitationsfeld eines Massenpunktes nach der Einsteinschen Theorie“<\/a>).<\/p>\n

Das ist im Prinzip genau die Situation, die in der Umgebung eines Sterns herrscht. Ein Stern ist eine gro\u00dfe sph\u00e4rische Masse und tats\u00e4chlich zeigte Schwarzschild, dass sich weit genug vom Stern entfernt die Einsteinschen Gleichungen zu der lange bekannten Newtonschen Gravitationsgleichung vereinfachten. Aber in der N\u00e4he des Sterns gab es Unterschiede! Diese Unterschiede waren zum Beispiel daf\u00fcr verantwortlich, dass man bei der Berechnung der Position des Merkurs mit Newtons Formel nur falsche Ergebnisse bekam. Einsteins Gleichungen dagegen lieferten ein korrektes Resultat. Schwarzschild zeigte aber auch, dass noch n\u00e4her am Stern noch seltsamere Dinge passierten.<\/p>\n

Kommt man der sph\u00e4rischen Masse nur nahe genug, dann gibt es eine bestimmte Grenzfl\u00e4che, innerhalb derer die Gravitationskraft so stark ist, dass man sich schneller als das Licht bewegen m\u00fcsste, um ihr entkommen zu k\u00f6nnen. Und da nichts schneller als Licht sein, kann nichts<\/i> mehr entkommen, was diese Grenze einmal \u00fcberschritten hat. Albert Einstein pr\u00e4sentierte Schwarzschilds L\u00f6sung Anfang 1916 der \u00d6ffentlichkeit, war aber davon \u00fcberzeugt, dass die komische Grenzfl\u00e4che nur ein mathematischer Effekt war, der in der Realit\u00e4t nicht vorkommen w\u00fcrde.<\/p>\n

\"Es<\/a>
Es ist nicht leicht, die Schwarzschild-Metrik zu illustrieren…<\/figcaption><\/figure>\n

Das dachte auch Arthur Eddington. Der Mann, der die G\u00fcltigkeit der Allgemeinen Relativit\u00e4tstheorie durch die Messungen w\u00e4hrend der Sonnenfinsternis 1919 (ich habe dar\u00fcber in Teil 2<\/a> geschrieben) best\u00e4tigte, entwickelte sich in den 1920er Jahren zum Experten f\u00fcr die Entwicklung der Sterne. Damals wusste man ja noch nicht so wirklich, wie das mit den Sternen funktioniert und wie sie ihre Energie erzeugen. Eddington war ma\u00dfgeblich an der L\u00f6sung dieses Problems beteiligt und erkl\u00e4rte in seiner Arbeit, wie im Inneren der Sterne durch die Fusion von Wasserstoff zu Helium Energie erzeugt wird und diese vom Kern des Sterns nach au\u00dfen dringende Strahlung der Gravitationskraft entgegen wirkt und den Stern im Gleichgewicht h\u00e4lt.<\/p>\n

Wie es mit den Sternen zu Ende geht, wusste er aber noch nicht. Irgendwann ist der Brennstoff verbraucht, es wird keine neue Strahlung produziert, die Gravitation gewinnt die \u00dcberhand und der Stern kollabiert. Und dann?<\/p>\n

„Es ist ein eigent\u00fcmliches Problem, und es lassen sich viele fantasievolle Szenarien erdenken f\u00fcr das, was dann tats\u00e4chlich passieren wird.“<\/i><\/p><\/blockquote>\n

schrieb Eddington.<\/p>\n

Zuerst dachte man, man h\u00e4tte die L\u00f6sung in den wei\u00dfen Zwergen gefunden. Diese seltsamen Objekte waren einerseits schwer wie Stern, andererseits aber nur so gro\u00df wie die Erde. Sie waren enorm dicht und waren offensichtlich das, was von einem Stern \u00fcbrig bleibt, wenn der Druck der Strahlung wegf\u00e4llt und der kollabiert. Der Astronom Ralph Fowler<\/a> nutzte die Erkenntnisse der noch frischen Quantenmechanik, um den dichten Zustand zu erkl\u00e4ren. Ende der 1920er Jahre formulierten Werner Heisenberg und Erwin Schr\u00f6dinger die mathematischen Grundlagen dieser neuen physikalischen Theorie zu der auch die ber\u00fchmte Unsch\u00e4rferelation<\/i> geh\u00f6rt. Man kann nicht gleichzeitig \u00fcber Position und Geschwindigkeit eines Teilchens Bescheid wissen. In einem kollabierenden Stern r\u00fccken die Teilchen aber immer dichter zusammen, sie haben also immer weniger Platz und ihre Position ist dadurch immer besser bestimmt. Das bedeutet, dass sich ihre Geschwindigkeit immer mehr erh\u00f6hen muss und das f\u00fchrt zu einem starken Druck. Dieser Quantendruck<\/i> wird irgendwann st\u00e4rker als die ihm entgegenwirkende Gravitationskraft und der Kollaps endet. Aus dem kollabierenden Stern ist ein wei\u00dfer Zwerg geworden. Und da der Kollaps eines toten Sterns eben so nicht beliebig weiter gehen kann, besteht auch keine Gefahr, dass sich die Masse irgendwann innerhalb der mysteri\u00f6sen Grenzfl\u00e4che von Schwarzschild ansammelt. Eddington und Einstein waren zufrieden mit Fowlers Arbeit, die ihren Glauben daran best\u00e4tigte, dass die Realit\u00e4t die seltsame L\u00f6sung von Schwarzschild nicht zulassen w\u00fcrde.<\/p>\n

Diese Arbeit von Ralph Fowler las auch der junge Subrahmanyan Chandrasekhar auf seinem Weg von Indien nach England. Und er merkte, dass Fowler einen Fehler gemacht hatte. Er hatte Einsteins spezielle<\/i> Relativit\u00e4tstheorie nicht ber\u00fccksichtigt! Damit ein ausreichend gro\u00dfer Quantendruck aufgebaut werden kann, m\u00fcssen sich die Teilchen schnell genug bewegen. Und sie k\u00f6nnen sich eben nicht beliebig schnell bewegen, da die Lichtgeschwindigkeit nie \u00fcberschritten werden kann. Als Chandrasekhar die Geschwindigkeit der Teilchen korrekt nach der Relativit\u00e4tstheorie berechnete, merkte er, dass es darauf ankommt, wie schwer der Stern ist. Sterne mit geringer Masse \u00fcben nur eine geringer Gravitationskraft auf ihre Zentrum aus, so dass der Kollaps durch den Quantendruck gestoppt werden kann. Sterne mit gr\u00f6\u00dfere Masse aber kollabieren so heftig, dass der Quantendruck nicht mehr ausreicht um ihn aufzuhalten. Sie kollabieren weiter<\/i> und auf einmal war Schwarzschilds seltsame Grenze wieder aktuell.<\/p>\n

Chandrasekhar rechnete alles genau durch, zeigte, dass seine Ergebnisse zwingend aus Relativit\u00e4tstheorie und Quantenmechanik folgten und pr\u00e4sentierte die Arbeit vor der Royal Astronomical Society. Eddington war trotz allem nicht zu \u00fcberzeugen: „Es muss ein Naturgesetz geben, das verhindert, dass sich ein Stern in dieser absurden Weise verh\u00e4lt!“<\/i>, verk\u00fcndete er und Chandrasekhar war vom Widerspruch des ber\u00fchmten Astronomen so verunsichert, dass er das Thema komplett aufgab und sich anderen Forschungsgebieten widmete. <\/p>\n

\"oppsnyder\"<\/a><\/p>\n

Erst im Jahr 1939 wurde die Idee wieder aufgegriffen<\/a> und zwar von Robert Oppenheimer und Hartland Snyder. Die beiden untersuchten einen Vorschlag des russischen Physikers Lew Landau, der dachte, im Inneren von Sternen k\u00f6nnte es Neutronenkerne<\/i> geben. Das sollte enorm verdichtete Materie sein, die f\u00fcr die Energieproduktion der Sterne verantwortlich ist. Oppenheimer und seine Kollegen konnten zeigen, dass dieses Modell nicht funktionieren w\u00fcrde. Sie konnten aber auch<\/i> zeigen, dass die Einsteinschen Feldgleichungen tats\u00e4chlich eine L\u00f6sung beinhalten, nach der sich die Materie eines ausreichend schweren Sterns so stark komprimiert, um innerhalb der Schwarzschildschen Grenzfl\u00e4che zu landen.<\/p>\n

Das, was Oppenheimer, Chandrasekhar und Schwarzschild beschrieben hatten, ist das, was wir heute ein „Schwarzes Loch“ nennen. Es entsteht, wenn ein Stern schwerer ist als das Chandrasekhar-Limit<\/i> (circa die 1,4fache Sonnenmasse) und beim Kollaps kleiner wird als der Schwarzschild-Radius<\/i> bzw. der Ereignishorizont<\/i>. Alles was den Ereignishorizont \u00fcberschreitet, kommt nicht mehr zur\u00fcck. Nicht einmal Licht, und deswegen ist das schwarze Loch ja auch schwarz.<\/p>\n

Damals konnte man zeigen, dass zumindest theoretisch nichts dagegen spricht, dass schwarze L\u00f6cher entstehen k\u00f6nnen. Es gibt kein<\/i> Naturgesetz das verhindert, dass der Stern sich auf „diese absurde Weise“ verh\u00e4lt. Ob es aber in der Realit\u00e4t tats\u00e4chlich schwarze L\u00f6cher gibt, wusste man nicht. Noch nicht…<\/p>\n

<\/a>*Affiliate-Links<\/span>\"\"<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Dieser Artikel ist Teil einer fortlaufenden Besprechung des Buchs „Die perfekte Theorie: Das Jahrhundert der Genies und der Kampf um die Relativit\u00e4tstheorie“* (im Original „The Perfect Theory: A Century of Geniuses and the Battle over General Relativity“* von Pedro Ferreira. Jeder Artikel dieser Serie besch\u00e4ftigt sich mit einem anderen Kapitel des Buchs. Eine \u00dcbersicht \u00fcber […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":12177,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[742,11],"tags":[662,1365,3932,6106,8010,473,11284,456,11979,12449,468,14089,83],"class_list":["post-21614","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-die-perfekte-theorie","category-naturwissenschaften","tag-albert-einstein","tag-allgemeine-relativitaetstheorie","tag-die-perfekte-theorie","tag-gravitation","tag-karl-schwarzschild","tag-neutronenstern","tag-pedro-ferreira","tag-physik","tag-quantenmechanik","tag-robert-oppenheimer","tag-schwarzes-loch","tag-subrahmanyan-chandrasekhar","tag-weisser-zwerg"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/21614","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=21614"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/21614\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":21615,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/21614\/revisions\/21615"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media\/12177"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=21614"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=21614"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=21614"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}