Schwarze Löcher und Zeitkrümmungen

„Schwarze Löcher und Zeitkrümmungen: Einsteins unglaubliches Vermächtnis“ ist ein 1994 erschienenes populärwissenschaftliches Buch des Physikers Kip Thorne . Es bietet einen illustrierten Überblick über die Geschichte und Entwicklung derTheorie Schwarzer Löcher , von ihren Anfängen in der Newtonschen Mechanik bis in die frühen 1990er Jahre. ^{[ 1 ]}

In vierzehn Kapiteln geht Thorne grob chronologisch vor und zeichnet zunächst die Krise der Newtonschen Physik nach, die durch das Michelson-Morley-Experiment ausgelöst wurde , sowie die darauffolgende Entwicklung von Einsteins spezieller Relativitätstheorie (die durch den Minkowski-Raum mathematische Strenge erhielt ) und später Einsteins Integration der Gravitation in die allgemeine Relativitätstheorie . Schwarze Löcher wurden schnell als mögliche Lösung von Einsteins Feldgleichungen erkannt , aber von den meisten Physikern als physikalisch unplausibel abgelehnt. Arbeiten von Subrahmanyan Chandrasekhar legten nahe, dass kollabierende Sterne ab einer bestimmten Masse nicht durch Entartungsdruck stabilisiert werden können , doch dieses Ergebnis wurde von dem angeseheneren Arthur Stanley Eddington in Frage gestellt und fand erst nach mehreren Jahrzehnten allgemeine Akzeptanz. Als die Existenz von Objekten mit Ereignishorizont schließlich breite Akzeptanz fand, war der Weg für eine gründliche Untersuchung der Eigenschaften solcher Objekte geebnet, was zu dem überraschenden Ergebnis führte, dass Schwarze Löcher keine Haare haben – das heißt, dass ihre Eigenschaften ausschließlich durch ihre Masse, ihre Rotationsgeschwindigkeit und ihre elektrische Ladung bestimmt werden. ^{[ 1 ]}

Unabhängig von der theoretischen Relativitätsforschung und mit der Weiterentwicklung der Radioastronomie begannen in der Astrophysik ungewöhnliche Beobachtungen extrem intensiver Radioquellen zu erfolgen, die sich offenbar außerhalb der Milchstraße befanden . In Absprache mit theoretischen Physikern wurde deutlich, dass die einzig plausible Erklärung für diese Quellen extrem große Schwarze Löcher in den Kernen von Galaxien sind, die beim Verschlingen von Materie intensive Strahlung erzeugen und, im Falle von Quasaren , unglaublich starke Materiestrahlen in entgegengesetzte Richtungen ausstoßen, wodurch das umgebende galaktische Gas so stark erhitzt wird , dass es im Radiofrequenzbereich zu leuchten beginnt . ^{[ 1 ]}

Thorne beschreibt die deutlich weniger ausgereifte Suche nach Gravitationswellen , Phänomenen, die als Folge von Supernovae und Kollisionen Schwarzer Löcher vorhergesagt werden, aber 1993 noch nicht beobachtet worden waren (und tatsächlich erst 2015 direkt beobachtet wurden – eine Entdeckung, die Thorne 2017 einen Anteil am Nobelpreis für Physik einbrachte ). ^{[ 2 ]}

In den 1970er Jahren machte Stephen Hawking seine verblüffende Vorhersage der Verdampfung Schwarzer Löcher, die durch Quantenfluktuationen in der Nähe des Ereignishorizonts angetrieben wird. ^{[ 1 ]}

Gegen Ende des Textes befasst sich Thorne mit der weitaus spekulativeren Frage nach der Natur des Kerns eines Schwarzen Lochs, der sogenannten Gravitationssingularität, die von Einsteins Feldgleichungen vorhergesagt wird. Durch die Einführung von Quantenverhalten in die gekrümmte Raumzeit haben mehrere Physiker vorgeschlagen, dass Schwarze Löcher keine echte mathematische Singularität besitzen, sondern vielmehr einen Bereich chaotischen Raums, in dem die Zeit nicht existiert. Das Verhalten dieses Raums und der Materie, die sich ihm annähert, ist noch nicht vollständig verstanden, und eine vollständige Vereinigung von Relativitätstheorie und Quantenphysik steht noch aus. Im letzten Kapitel geht Thorne auf noch spekulativere Fragen der Physik Schwarzer Löcher ein, darunter die Existenz und Natur von Wurmlöchern und Zeitmaschinen . ^{[ 1 ]}

Das Buch enthält ein Vorwort von Stephen Hawking und eine Einleitung von Frederick Seitz . Neben dem Haupttext bietet es biografische Kurzbiografien der wichtigsten Wissenschaftler, eine Chronologie der Schlüsselereignisse in der Geschichte der Physik Schwarzer Löcher, ein Glossar der Fachbegriffe, 23 Seiten Anmerkungen, eine Bibliografie sowie alphabetische Register der im Text erwähnten Themen und Personen. ^{[ 1 ]}

Die New York Times schrieb über das Buch : „Die darin enthaltenen, oft komplexen und teils schwierigen Argumentationen werden durch einen geschickten, anekdotischen Stil sowie durch die fantasievollen Zeichnungen und Diagramme des Autors aufgelockert.“ ^{[ 3 ]} Kirkus Reviews urteilte: „Der Leser muss sich durch viele Seiten voller Theorie und Diagramme arbeiten – für Experten selbstverständlich, für Laien jedoch zu schwierig. Thorne ist für Einsteiger tatsächlich am besten geeignet, wenn es um die Geschichte der Physik-Community geht.“ ^{[ 4 ]}