Zusammenfassung
Isaac: Bei unserem letzten Dialog hatte ich die Frage aufgeworfen, ob der zunehmende Druck im Inneren eines Sterns dazu führen kann, dass die Krümmung der Raumzeit unbegrenzt anwächst. Anscheinend ist das tatsächlich möglich.
San: Wie genau soll ich mir das vorstellen?
Isaac: Je größer ein Stern ist, desto größer muss der Druck in seinem Inneren sein. Nehmen Sie an, wir beginnen mit einem Stern wie der Sonne und würden immer mehr Materie auf diesen Stern stürzen lassen, so dass seine Masse immer weiter zunimmt.
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Notes
- 1.
Die extremen Eigenschaften von Neutronensternen haben auch einige Science-Fiction-Autoren inspiriert: Der Roman „Das Drachenei“ von Robert L. Forward schildert das Leben auf der Oberfläche eines Neutronensterns (Forward 1990), der Roman „Flux“ von Stephen Baxter das Leben im Inneren (Baxter 1993).
- 2.
Leider gibt es diverse Veröffentlichungen, die diesen Effekt fehldeuten und daraus schließen, dass es tatsächlich so etwas wie eine „gravitative Abstoßung“ gibt.
- 3.
Im Film „Interstellar“ wird ein Planet geschildert, der so dicht um ein Schwarzes Loch kreist, dass die Zeit um das Sechzigtausendfache langsamer verläuft. Eine solche Situation ist theoretisch möglich, wenn das Schwarze Loch mit extremer Geschwindigkeit rotiert, ist aber extrem unwahrscheinlich (Thorne 2014).
- 4.
Diese Frequenzänderung der Lichtsignale kann man sich über die Zeitdilatation erklären, aber auch darüber, dass die Photonen des Lichts Energie verlieren, um der starken Raumzeit-Krümmung zu entkommen. Die Energie eines Photons ist proportional zu seiner Frequenz; je kleiner die Energie, desto kleiner die Frequenz und desto größer die Wellenlänge.
- 5.
Die Zeitdilatation in der Nähe eines Schwarzen Lochs führt oft zu Verwirrung, weil sie mit der Zeitdilatation der SRT verwechselt wird. In der SRT ist der Effekt symmetrisch; jeder Beobachter sieht den anderen verlangsamt, weil beide Bezugssysteme gleichberechtigt sind. In der Schwarzschild-Raumzeit ist dies jedoch anders, da eine Beobachterin (Birgid) frei fällt, während der andere Beobachter (Alvar) stationär an seinem Ort (relativ zum Schwarzen Loch) verbleibt. Beide sind sich deshalb darüber einig, wessen Uhr schneller läuft.
- 6.
Gemessen in Schwarzschild-Koordinaten, also bei einem Wert der Radialkoordinate von \(r=1{,}5r_S\).
- 7.
Die Rotationsdauer ist, da die Sonne gasförmig ist, nicht an allen Punkten der Sonnenoberfläche dieselbe, sondern am Äquator höher.
- 8.
Theoretisch lässt sich dieser Effekt mit der Drehimpulserhaltung erklären: Der Drehimpuls ist analog zum gewöhnlichen Impuls, bezieht sich aber auf Rotationsbewegungen. Da weiter außen liegendes Material bei einer Rotation eine größere Strecke zurücklegt, führt es zu einem größeren Drehimpuls. Der Drehimpuls ist wie der Impuls eine Erhaltungsgröße.
- 9.
Eine Möglichkeit, diese Effekte grafisch zu veranschaulichen, findet sich in (Nichols et al. 2011); in diesem Buch werden wir diese Veranschaulichung jedoch nicht verwenden.
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Bäker, M. (2019). Schwarze Löcher. In: Isaac oder Die Entdeckung der Raumzeit. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-57293-1_16
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DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-57293-1_16
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Publisher Name: Springer, Berlin, Heidelberg
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