Einleitung in die Thematik
Sagenhaft! Da steht also dann auf Seite 2 von der Antwort:
Sehr geehrter Herr Einstein, ich habe also Ihre Gleichung mir angeschaut und eine Lösung gefunden für den Fall, dass das Gravitationsfeld sphärisch symmetrisch ist. In den 80er Jahren haben wir bereits schon Publikationen geschrieben, wo wir ziemlich sicher waren, dass **Sagittarius A*** ein Gravitationsfeld ist. Nur die Leute haben uns nicht geglaubt, ganz einfach.
Rein technisch gesehen müsste unser schwarzes Loch im Zentrum unserer Milchstraße wie eine Lampe aussehen, die eine Temperatur von 10 hoch minus 40 Grad hat. Können Sie sich das vorstellen? Es ist fantastisch zu sehen, wie 7-Jährige oder 8-Jährige, 10-Jährige sich das anhören und richtig leuchtende Augen bekommen. Warum ist das? Ja, weil wir neugierig sind. Wir sind Menschen, wir sind neugierig, wir wollen was wissen, und das ist einfach spannend.
Hallo, ich bin Katharina Menne, Wissenschaftsjournalistin und Redakteurin bei Spektrum der Wissenschaft. Und ich bin Carsten Königer, Redaktionsleiter für Psychologie und Social Sciences bei Spektrum der Wissenschaft. Wir bei Spektrum sind durch und durch neugierig. Deshalb stellen wir in diesem Podcast die großen Fragen der Wissenschaft.
Die großen Fragen der Wissenschaft
Das sind Fragen, die sich viele von uns schon einmal gestellt haben, auf die es aber trotz intensiver Forschung noch immer keine eindeutige Antwort gibt. Um gemeinsam herauszufinden, wie weit die Forschung schon bei der Lösung der großen Frage gekommen ist, was wir noch nicht darüber wissen und wie es wohl weitergehen wird mit der Antwortsuche, sprechen wir in jeder Folge mit einer namhaften Wissenschaftlerin oder einem namhaften Wissenschaftler, der oder die sich auf dem jeweiligen Gebiet bestens auskennt.
Uns interessiert, was Forscherinnen und Forscher über die Welt, die Naturgesetze und das Leben wissen, was sie persönlich antreibt, den großen Fragen jahrzehntelang nachzugehen. In dieser Folge geht es um die große Frage: Was passiert in einem schwarzen Loch? Die großen Fragen der Wissenschaft – ein Podcast von Spektrum der Wissenschaft und detektor.fm.
Was passiert in einem schwarzen Loch?
Stellen Sie sich einen Ort vor, an dem Raum und Zeit ihre vertrauten Regeln verlieren. Es ist ein Ort, von dem nichts entkommen kann, nicht einmal Licht. Schwarze Löcher sind die wohl extremsten Objekte im Universum und eine große Herausforderung, denn sie zwingen uns, die Grundfesten der Physik zu hinterfragen: die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechanik. Doch was geschieht wirklich in einem schwarzen Loch?
Wird dort Materie unwiderruflich zerstört oder nimmt sie einen Zustand an, den wir bislang nicht verstehen? Gibt es im Inneren eines schwarzen Lochs eine sogenannte Singularität, an der jede bekannte Beschreibung versagt? Und was verraten uns reale Beobachtungen über diese scheinbar unsichtbaren Objekte?
Unser Gast in dieser Folge ist Reinhard Genzel, Astrophysiker, Direktor am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik und Nobelpreisträger. Mit jahrzehntelangen Präzisionsmessungen hat er ein Objekt, das wir zwar nicht direkt sehen können, dessen Auswirkungen aber messbar sind.
Beobachtungen und theoretische Ideen
Es geht also um Beobachtungen an der Grenze des technisch Machbaren, um kühne theoretische Ideen und um die Frage, ob schwarze Löcher vielleicht mehr über den Ursprung von Raum und Zeit verraten, als uns lieb ist. Und damit herzlich willkommen, Herr Genzel! Wir freuen uns, dass Sie heute hier bei uns sind.
Hallo! Freut mich auch! Herr Genzel, Sie erforschen schwarze Löcher, insbesondere das im Zentrum der Milchstraße, unserer eigenen Galaxie. Was fasziniert Sie an schwarzen Löchern am meisten?
Also, es war ja so, wenn wir uns zurückdenken, dass vor 109 Jahren Albert Einstein in Berlin einen Vortrag gehalten hat, in einem Platz, den wir jetzt noch haben in der Max-Planck-Gesellschaft. Der hat dort eben, wie Sie schon angedeutet haben, eine neue Theorie der Raumzeit vorgestellt, also wie sich durch die Gravitation in der Raumzeit die Dinge verändern.
Die Gravitation und ihre Auswirkungen
Und wir kennen also dies natürlich selbst. Die Gravitation auf der Erde ist ja so, dass wenn wir, wenn Sie, wenn ich jetzt hochspringen, ja, da wird dann nicht viel daraus. Da sind wir gleich wieder unten. Das ist die Gravitation, so wie wir sie kennen. Die Aussage der allgemeinen Relativitätstheorie ist ähnlich. Die würde sagen, in der Umgebung also des Objekts Erde ist das Gravitationsfeld so, dass die Raumzeit gekrümmt ist.
Und wenn Sie also jetzt versuchen, daraus zu fliegen, ja, also gegenseitig zu der Krümmung, dann kommen Sie wieder zurück. Und diese Idee, also kommt aus der Theorie. Aber die schwarzen Löcher kamen erst ein Jahr später.
Die Entstehung der Theorie
Und ich muss sagen, ich komme gerade aus Israel, wo ich in Jerusalem die Einstein-Bibliothek habe sehen können. Und mir wurde sehr netterweise eine Faksimile-Ausgabe der Wechselwirkung zwischen Albert Einstein und einem anderen Physiker, Karl Schwarzschild, gegeben. Und das war also direkt im Ersten Weltkrieg. Der Einstein hat also seine Theorie dort vorgestellt, aber keine Lösung.
Also er hat schwarze Löcher kamen da nicht vor. Aber der Karl Schwarzschild, der an der Ostfront war, glauben Sie es oder nicht, in den Trenches der Ostfront hat sofort die Gleichung in die Hand genommen und hat für einen speziellen Fall eine Lösung gefunden. Und die hat er dem Einstein zurückgeschrieben.
Die Antwort von Karl Schwarzschild
Also ich habe das hier sozusagen in handschriftlicher Form. Sagenhaft! Da steht also dann auf Seite 2 von der Antwort: Sehr geehrter Herr Einstein, ich habe also Ihre Gleichung mir angeschaut und eine Lösung gefunden für den Fall, dass das Gravitationsfeld sphärisch ist.
Und erstaunlicherweise ist es da so, dass im radialen Teil der Raumzeit auf einmal eine Singularität entsteht. Also das hat er damals quasi schon gesagt und damit den Grundstein für die schwarzen Löcher gelegt. So ist das. Und das war also 1916. Und zwei Monate später war der Grundstein.
Mathematik und Physik
Aber das zeigt Ihnen, also das war am Anfang reine Mathematik und es ging 50 Jahre weiter, so in diesem Zustand, dass also die Theoretiker damit in Gleichung, wenn Sie so wollen, gespielt haben. Und dabei wurde es immer klarer, dass wenn also die wie wir sagen die Raumzeitkrümmung oder in der nutenschen Art und Weise zu sagen ist die Dichte des Gravitationsfeldes also immer größer wird, dann gibt es ein Limit, jenseits dessen das Licht nicht mehr raus kann.
Und das kann man auch wiederum aus Einstein verstehen, denn der Einstein hat ja schon in seiner sogenannten speziellen Relativitätstheorie zehn Jahre vorher die Äquivalenz von Energie und Masse gezeigt. Also E gleich mc², die berühmte Formel. Ja, genau, absolut.
Die Rolle des Lichts
Und wenn Sie das wissen und dann noch dazu wissen, dass gerade um dieselbe Zeit die Physiker, die auf kleinen Skalen nachgedacht haben, das Licht als Teilchen sich vorgestellt haben, dann haben sie es: Ein Licht hat Energie, also muss es auch die Gravitation sehen können. Und damit haben sie sozusagen, wenn Sie so wollen, das schwarze Loch schon in der Hand.
Denn wenn also die Gravitation zu groß wird, dann kann selbst das Licht nicht mehr raus. Und damit haben sie also ihr schwarzes Loch. Aber das ist ja eine reine Mathematik und das ist Spielerei, außerdem sehr speziell.
Der Nachweis von schwarzen Löchern
Es hat dann 50 Jahre weiterhin gedauert, bis man also sozusagen ziemlich klar war, das müsste man eigentlich irgendwie nachweisen können. Und dann ging es erst los. Was sind denn aber überhaupt schwarze Löcher, wenn man mal jetzt von der mathematischen Denkweise absieht? Was ist das physikalisch?
Ja, das ist einfach eine Frage der Kommunikation. Wenn ich ein Signal an Sie von innerhalb eines schwarzen Lochs schicken möchte, dann haben wir Pech gehabt, weil das Licht oder die Information wird nicht aus dem schwarzen Loch herauskommen.
Der Ereignishorizont
Umgekehrt ist es so, wenn Sie jetzt mutig sind und in eine Rakete steigen und nach oben fliegen, dann werden Sie – und das ist das, was die Theorie uns sagt – irgendwann mal durch diesen Ereignishorizont durchfliegen. Jetzt können Sie nicht mehr zurückfunken, aber Sie können auch nicht anhalten. Sie fliegen einfach weiter und am Ende der ganzen Reise enden Sie im Zentrum des schwarzen Lochs in einer unendlich hohen Dichte. Das nennt man eine Singularität.
Das ist das, was uns die Theorie sagt. Das ist natürlich eine sehr vertragte Geschichte, weil wie würde ich denn wissen, dass da ein schwarzes Loch ist? Also, dass die Information nicht rauskommt.
Die Herausforderung der Forschung
Okay, das geht schon mal ganz gut. Und dann müsste ich wissen, wie groß ist denn dieser Bereich, wo die Information nicht mehr rauskommt. Dann kann ich mir schon eine Vorstellung machen. Aber ich kann nie das geht nicht in das Ding sozusagen klassisch hineinfliegen und dort Experimente machen.
Und im Gegensatz zu anderen Problemen der Physik ist das eben eine ganz knifflige Sache und hat in dem Sinne auch verhindert, dass seit der theoretischen Vorstellung dieser Objekte durch Albert Einstein so lange Zeit mehr als 100 Jahre gedauert hat, dass bisher experimentell zumindest mal sagen können, das Objekt da, das ist ein schwarzes Loch.
Singularität und Ereignishorizont
Jetzt haben Sie ja schon zwei Begriffe genannt: Singularität und Ereignishorizont, den wir vielleicht noch mal ein bisschen mehr auf den Zahn fühlen müssen. Können Sie noch mal zunächst erklären, was denn jetzt der Ereignishorizont eines schwarzen Lochs ist?
Wenn Sie sich sozusagen ein solches schwarzes Loch vorstellen und Sie gehen relativ weit weg und dann haben Sie eine Rakete unter Ihrem Hintern und fliegen also weg von dem Objekt, dann ist es nicht einfach, weil die Gravitation natürlich in alle Richtungen sich ausbreitet, aber Sie können weg.
Wenn Sie aber jetzt innerhalb, also innerhalb und gleich dem Ereignishorizont sind, kommen Sie nicht mehr weg, weil eben die Geschwindigkeit, die Sie haben, müssten, um dies zu bewerkstelligen, größer als die Lichtgeschwindigkeit sein müsste, und das geht nicht. Das geht laut Einstein nicht.
Gravitation und ihre Eigenschaften
Das ist einfach eine ganz im gewissen Sinne eine einfache Sache. Gravitation auf der einen Seite ist uns allen wohl bekannt. Wir wissen auch aus dem Sonnensystem, dass die Gravitation auf große Skalen wirkt. Was wir aus dem menschlichen heraus Verständnis haben, natürlich, ist, dass diese Gravitation sich ausbreitet mit Lichtgeschwindigkeit.
Aber wir können uns vorstellen, dass eben im Zentrum eines Sonnensystems ein Objekt ist, was so starke Gravitation hat, dass selbst das Licht nicht mehr rauskommt. Das ist also ein schwarzes Loch.
Die Singularität erklärt
Sie haben jetzt erklärt, was ein Ereignishorizont ist. Ich habe eben schon angedeutet, Sie haben auch den Begriff Singularität verwendet. Was ist denn eine Singularität und was hat die mit einem schwarzen Loch zu tun?
Also nochmal: Eine Singularität ist ein in diesem Fall Punkt, in dem die Dichte der Energie oder der Masse, die Sie aus dem Sonnensystem, aus unserer Anstellung automatisch gesehen, ist es eine ganz einfache Sache. Es ist ein Punkt, in dem die Energiedichte der Gravitation unendlich hoch ist.
Aber ist es wirklich ein Punkt, also etwas völlig Ausdehnungsloses? Also in der Physik da draußen, das was Sie selber auch beobachtet haben? Oder welche Form oder auch Größe können reale schwarze? Und das ist eine Frage, die man natürlich endlich am Ende nur experimentell lösen kann.
Die Entwicklung der Atomtheorie
Ich sage Ihnen also das äquivalente Beispiel: Die Griechen wussten ja schon über Atomos, unteilbare Dinge. Die haben sich also schon Vorstellungen gemacht, dass die Materie, die um uns herum ist und wir selbst aus kleineren Einheiten besteht, die Atome. Und die Vorstellungen waren eben, dass diese Atome unteilbar sind.
Und dann haben die Physiker im 19. und 20. Jahrhundert immer bessere Instrumente gebaut, um jetzt sich anzuschauen, wie groß sind denn diese Atome. Und auf einmal haben sie festgestellt, diese Atome, die sind ja in der Tat gar nicht so klein. Und die bestehen aus dem Kern, der aus Protonen und Neutronen besteht, und drumherum sind Elektronen.
Die Struktur der Materie
Das heißt, es sind keine unteilbaren Dinger. Und der Kern ist noch sehr viel kleiner als das gesamte Atom. So, jetzt haben Sie sich das Kern angeschaut. Der war auch nicht unendlich klein. Im Gegenteil, nach einer Zeit, wo man also die Beschleuniger größere Energie hat bauen können und damit bessere Auflösung hatte, konnte man feststellen, dass auch die Protonen und die Neutronen eine Ausdehnung haben.
Und so geht das also in dem Sinne immer weiter. Das Problem, was wir hier haben in der Gravitation ist eben, dass diese Struktur, was auch immer das ist, der Punkt oder eine andere Struktur, sich umkleidet durch ein eigenes Horizont. Wir können nie reinkommen.
Die Form eines schwarzen Lochs
Aber es ist schon in jede Raumrichtung, wenn man sich das mal so mit unserem dreidimensionalen Verstand vorzustellen versucht, ist es schon eine Kugelform, egal was es für eine Ausdehnung hat. Oder könnte ein schwarzes Loch auch kartoffelförmig sein? Da hat er eine sehr gute Frage.
Und da sagt die Theorie nicht, die von Karl Schwarzschild, aber etwa 50 Jahre später wurde eine weitere Verbesserung, wenn Sie so wollen, der Theorie gemacht von Roy Kerr aus Neuseeland. Der hat zugelassen, dass ein solches schwarzes Loch nicht nur eine Masse hat, sondern sich auch drehen kann, also einen Spin, einen Drehimpuls hat.
Die Singularität und ihre Form
Und sobald ein schwarzes Loch einen Drehimpuls hat, dann in der Tat ist die Singularität nicht mehr rund, sondern die hat also sozusagen eine Form. Jetzt hatten Sie aber ja gefragt, aber wie groß ist das jetzt da innen drin? Ist das wirklich ein Punkt? Genau. Und dazu kann ich Ihnen keine Antwort geben. Und kein Physiker kann es.
Und das ist also eine wirklich vertragte Situation. Wir haben jetzt in den letzten 40, 50 Jahren unglaubliche Fortschritte gemacht, sozusagen nachzuweisen, dass die allgemeine Relativitätstheorie richtig ist, dass es diese schwarzen Löcher in der Tat so wie vorhergesagt gibt.
Der Nachweis und die Entstehung
Aber wir können nicht die Eigenschaften der Singularität, die dort sein soll, sozusagen im Einzelnen bestimmen, weil wir nicht da reinkommen und wieder rauskommen. So, wir haben jetzt überlegt, welche Form ein schwarzes Loch haben könnte. Wir haben darüber gesprochen, dass es schwarze Löcher möglicherweise gibt.
Aber warum wissen wir denn überhaupt, dass es sie gibt? Das ist einfach eine sehr typische Situation gewesen. Sie haben eine Theorie, die Theorie von Einstein. Sie haben zumindest spezifische Lösungen, Karl Schwarzschild habe ich ja schon gesagt. Dann kam die Rotation dazu, also Kerr.
Der Nachweis durch Lichterscheinungen
Und theoretisch ein relativ gutes Verständnis, was denn da vielleicht sein kann. Jetzt kommt die Frage: Wie kann man sowas nachweisen? Der erste Nachweis, wenn man so will, kam durch Lichterscheinungen. Das klingt jetzt erstmal paradox, aber ist es auch irgendwo.
Und es hat damit was zu tun, wenn Materie jetzt so ein schwarzes Loch sieht, dann strömt es natürlich auf ein schwarzes Loch ein. Außerhalb des Ereignishorizonts ist ja da kein Problem, aber innerhalb des Ereignishorizonts kann ja dann kein Licht mehr erscheinen.
Energie und Quasare
An dieser Grenzfläche, direkt am Ereignishorizont, wird sehr viel Energie frei. Und damit hat man sozusagen Objekte gesehen, die hat man noch nie vorher gesehen gehabt. Die nennt man Quasare in einem Bereich der neuen Radioastronomie, die damals in den 50er und 60er Jahren gerade aufkam.
Und dann hat man im Optischen nachgeschaut: Was ist denn das für ein Objekt, was da so Radiostrahlung macht? Und das sieht aus wie ein Sternlein, ein kleines Sternlein. Aber der nächste Befund war, wenn man in dem Spektrum, also dem wellenlängenaufgelösten Lichterscheinungen von so einem Quasar, nachschaut, da sieht man da Spektrallinien, aber alles sind sie verschoben ins Rote.
Die Rotverschiebung und ihre Bedeutung
Und diese Rotverschiebung, die kannten die Astronomen damals schon seit 30 Jahren, und die hat was mit der Ausdehnung des Weltalls zu tun. Diese Feststellung, dass also da eine Rotverschiebung da war, wurde interpretiert relativ schnell in den 60er Jahren durch ein schwarzes Loch, weil eben das Objekt so weit entfernt ist, dass die Strahlung, die da rauskommt, wenn man korrigiert für die Entfernung, so groß ist, etwa tausendmal mehr als eine gesamte Milchstraße.
Eine Milchstraße hat was, 100 bis 1000 Milliarden Sterne, und die kann so viel Energie, tausendmal mehr, aus einem kleinen Objekt der Größe eines Sterns sozusagen herauskommen. Und da wurden die Theoretiker relativ mutig nach einiger Zeit und haben gesagt, das könnte ja ein schwarzes Loch sein, das akkretiert und dabei die Energie, die frei wird, bevor das also da reinfällt ins schwarze Loch, in den Ereignishorizont, dann also einen solchen Quasar bildet.
Akkretion und ihre Bedeutung
Das war also die Vorstellung. Akkretiert heißt was genau? Das heißt, dass das Material einfällt, wird also aufgesaugt, wird sozusagen reingesaugt, wie wenn Sie so wollen, so ein Staubsauger, und dann ist es da drin. Und bevor es also sozusagen verschwindet hinter dem Ereignishorizont, wird sehr viel Energie abgestrahlt, und das kann man also nachweisen.
Ist das jetzt ein Beweis, dass es ein schwarzes Loch sein muss? Keinesfalls! Keinesfalls! Was müsste man dann jetzt haben, um sozusagen einen solchen Beweis zu führen? Man müsste so gute Auflösung haben, dass man diesen Bereich, wo so viel Energie abgestrahlt wird, direkt sehen und auflösen kann und dann sogar die Bewegung des Materials, also des Gases oder Sterne oder Felsbrocken oder was auch immer sehen könnte.
Fortschritte in der Forschung
Das war damals aber in den 60er Jahren hoffnungslos. Das kann man aber inzwischen. Ja, das heißt, es hat also jetzt nochmal 50 Jahre gedauert, bis wir mit insgesamt drei verschiedenen Methoden diesen schwarzen Löchern in der Tat auf den Leib gegangen sind, sozusagen.
Einmal mit Radioastronomie, radioastronomischen Techniken mit sehr, sehr heißem Gas. Dann wir mit Sternen im galaktischen Zentrum und schließlich die Gravitationswellen-Kollegen mit der Abstrahlung von Gravitationswellen. Das heißt also, wir haben einen Beobachtungs- und experimentellen Evidenzbeweis führen können über 40, 50 Jahre.
Die Entstehung schwarzer Löcher
Es hat lang gedauert, weil man immer besser Vermessungen machen wollte und auch dann konnte das es heute ziemlich klar ist. Also sozusagen, da gibt es eigentlich keinen Zweifel mehr. Natürlich sind wir wirklich schon am Ereignishorizont? Nicht so ganz. Das heißt also, die Geschichte wird noch weitergehen.
Die nächste Frage ist: Wie sind diese Dinger denn eigentlich entstanden, diese sogenannten schwarzen Löcher? Sie nehmen uns die Fragen aus dem Mund! Ja klar, ich meine, das ist doch, sobald Sie sowas haben und in der Tat, das ist also wichtig, ganz offensichtlich, so viel Energie wird da abgestrahlt, dann ist also die Frage: Wie ist das entstanden?
Empirische Erhebungen
Und da hilft erstmal die empirische statistische Erhebung. Die über etwa 30, 40 Jahre hat es gedauert, dass man gesehen hat, dass diese Quasare, wenn man weiter weg geht, stärker werden und ihre Eigenschaften immer extremer werden, genauso wie die Galaxien extremer werden.
Und die Vorstellung ist, die Galaxien, in denen diese schwarzen Löcher im Zentrum also dann sozusagen es sind, wachsen und die schwarzen Löcher wachsen ungefähr mit. Das heißt, wenn Sie so wollen, ein symbiotisches System: schwarzes Loch in Galaxie wächst zusammen mit dem Wachsen der Galaxien.
Materie und Wachstum
Und wie wächst die Galaxie? Durch Einfall von Materie auf die Galaxie. Aber das heißt, das schwarze Loch, man sagt ja manchmal so ein bisschen: Frisst sozusagen Materie, wächst es dann auch dadurch, dass es eben immer mehr Materie aufnimmt? Ja, natürlich! Das ist alles sehr plausibel.
Jetzt sage ich Ihnen, dass sozusagen die experimentellen Befunde immer stärker sind, dass wir solche Dinge auch wirklich jetzt schon gesehen haben, die auch die Eigenschaften, die von der Theorie vorhergesagt sind, erfüllen. Aber alles haben wir noch nicht.
Rotation und elektrische Ladung
Also wir haben zum Beispiel noch nicht im Detail festgestellt, ob es denn wirklich diese rotierenden Objekte gibt. Ja, das habe ich Ihnen ja gesagt, dass sozusagen ein schwarzes Loch nach Maßgabe der allgemeinen Theorie zwei Eigenschaften hat: drei. Eins ist das Wichtigste, ist die Masse. Zwei ist eine Rotation.
Und das Dritte kann eine elektrische Ladung sein, aber die spielt ja so jetzt aus Gründen, die ich jetzt nicht erklären möchte, im astronomischen Bereich weniger eine Rolle. Das heißt also, Masse und Drehimpuls. Und Masse haben wir also jetzt, würde ich mal sagen, das haben wir jetzt geklärt im Zentrum unserer Milchstraße, in weit entfernten Quasaren und auch in sogenannten stellaren schwarzen Löchern, die in der Milchstraße aus Sternen und schweren Sternen entstehen.
Die Frage der Rotation
Das haben wir geklärt. Das mit der Rotation, das müssen wir noch tun. Und da haben wir Hoffnung, dass wir das innerhalb der nächsten 15 Jahre hinkriegen. Aber dann bleibt sicherlich übrig die Frage, die Sie immer wieder stellen würden: Was ist da jetzt im Zentrum und wie sieht es da aus? Und da kann ich Ihnen wenig Hoffnung machen.
Das wird nicht so einfach sein. Das wird vielleicht gar nicht sein. Also das heißt, diese große Frage wird zunächst einmal noch unbeantwortet bleiben.
Verschiedene Arten von schwarzen Löchern
Aber Sie haben ja schon so ein bisschen angedeutet, dass es verschiedene Arten von schwarzen Löchern gibt. Können Sie das nochmal ein bisschen klarer aufdröseln? Ich glaube, Sie haben gesagt, stellare schwarze Löcher. Sie haben gesagt, rotierende schwarze Löcher. Was gibt es denn sonst noch für schwarze Löcher?
Johannes, das sind also diese zwei Eigenschaften, die so ein schwarzes Loch haben kann. Nach der Theorie einmal die Masse. Das heißt also, die kleineren, die stellaren schwarzen Löcher entstehen, wenn schwere Sterne am Ende ihres Lebens explodieren.
Der Kollaps schwerer Sterne
Die explodieren deshalb, weil die Gravitation sehr hoch ist, aber die Strahlung funktioniert nicht mehr. Also die Umwandlung von Wasserstoff nach Helium funktioniert nicht mehr, weil kein Wasserstoff da ist. Und dann ist nur noch die Gravitation da, und dann kollabiert so ein Stern zu einem stellaren schwarzen Loch.
Also es sind dann Massen von 10 bis 100 Sonnenmassen. Und das Objekt im galaktischen Zentrum sind Millionen und die Quasare sind Milliarden von Sonnenmassen. Das heißt also, es gibt verschiedene Massen von schwarzen Löchern, die durch verschiedene Prozesse entstanden sind, vielleicht auch zu verschiedenen Zeiten, weil sie erwachsen, das haben wir ja festgestellt.
Die Rolle der Prozesse
Und verschiedene Prozesse können da eine Rolle spielen. Wie steht das jetzt mit der Rotation? Das haben wir eben noch nicht geklärt, und das müssen wir noch klären. Genau, wie viel Rotation haben denn diese Objekte? Hat das Zentrum unserer Milchstraße eine erhebliche Rotation oder auch nicht? Das müssen wir jetzt klären.
Der LHC und schwarze Löcher
Aber an einem Teilchenbeschleuniger wie dem LHC am CERN in Genf kann kein schwarzes Loch entstehen. Oder? Das ist eine sehr gute Frage, denn das wurde damals ja diskutiert, als der LHC gerade kurz vorm Inbetriebnahme war.
Da hat man gesagt, unter bestimmten Bedingungen von so einer Kollision könnten ja mini schwarze Löcher oder micro schwarze Löcher entstehen. Und das wiederum würde man sehen durch sogenannte Hawking-Strahlung. Und die zu verstehen, da müssen wir nochmal 10 Minuten investieren sozusagen.
Die Hawking-Strahlung
Aber wenn wir es jetzt mal belassen dabei: Diese Hawking-Strahlung ist nicht passiert. Das heißt also, diese mini schwarzen Löcher, die man vielleicht befürchtet hat, sind nicht passiert.
Die Entstehung der ersten schwarzen Löcher
Wann in der Geschichte des Universums sind denn die ersten schwarzen Löcher entstanden? Also erst später oder auch schon so in der allerersten Frühgeschichte? Genau, das ist die Spitze der Forschung. Ich habe gesagt, wir sind jetzt ziemlich sicher, schwarze Löcher gibt es.
Wir sind ziemlich sicher, dass sie durch die allgemeine Relativitätstheorie beschrieben werden. Wir haben sie sozusagen in verschiedenen Massenbereichen nachgewiesen und wahrscheinlich gibt es hier auch in verschiedenen Drehimpuls-Variationen. Das ist alles wunderbar.
Die Korrelation zwischen Galaxien und schwarzen Löchern
Und dann habe ich Ihnen gesagt, das Wachstum der schwarzen Löcher, also die Zunahme von Masse und die Zunahme der Masse der Galaxie sind miteinander in etwa korreliert. Das heißt, da gab es einen Moment im frühen Universum, wo vielleicht noch kein schwarzes Loch da war.
Oder sind die schwarzen Löcher so früh entstanden, dass sie im Urknall entstanden sind? Und das ist eine Frage, die im Moment an der Spitze der Forschung steht. Wann waren die frühesten schwarzen Löcher wirklich schon da?
Fazit
Also das ist etwas, was die Astronomen und die Physiker sehr beschäftigen wird in den nächsten Jahren. Sie sollten übrigens sehen, dass die Frage von Planetensystemen, die Newton, die Kepler und Galileo so sehr beschriftigt haben, ist ja erst mal eine rein astronomische Frage. Die Frage von Sternen ebenfalls. Aber diese Frage, die wir jetzt diskutieren, ist wirklich moderne Physik.
. Da liegt wirklich das Ei des Kolumbus, wenn Sie so wollen, nämlich: Wie funktioniert Gravitation? Ich sage Ihnen mal ein Stichwort: Little Red Dots, die mit dem James-Webb-Space-Teleskop im Jahr 2024. Erste Mal entdeckt wurden. Also, so ganz kleine rote Punkte aus der absoluten Frühzeit des Universums. Könnten das wachsende, supermassereiche schwarze Löcher sein.
Meine Gruppe und ich, und meine Nachfolger, werden sicherlich mit hoher Energie versuchen und noch bessere Instrumentierung versuchen, dies in den nächsten zehn Jahren dingfest zu machen. Und ich glaube, da haben wir eine gute Chance, denn wir haben jetzt, Europa hat jetzt die fähigsten Teleskope im optischen und nahen Infraroten auf der Welt in Chile. Und wenn die Chilenen uns weitermachen lassen, dann haben wir in vier Jahren das größte Teleskop auf der ganzen Welt am Arbeiten: 40 Meter im Durchmesser.
Und wir benutzen inzwischen Techniken, die aus der Radioastronomie kommen, die nennt man Interferometrie, um noch größere Teleskope sozusagen zu bilden, indem man das Licht verschaltet. Und dann werden wir genau diese little red dots uns anschauen wollen und gucken: Ist das ein kompaktes schwarzes Loch in der Frühzeit des Universums, was jetzt gerade wächst oder anfängt zu wachsen? Und dann werden wir fragen natürlich: Wann sind sie denn gewachsen? Wann sind sie denn entstanden?
Also, the sky is the limit, wie wir in der Astronomie sagen. Unglaublich spannende Geschichte, und dass das in meiner Karriere während meiner Lebzeit passiert ist, ist noch interessanter. Denn wenn ich 30 Jahre früher geboren wäre, hätte ich das alles nicht erlebt, weil es gedauert hat. Weil wir Experimente eben geduldig haben bauen müssen und noch bessere Instrumente und noch bessere Instrumente.
Und die Theorie war da, aber die Experimente haben lange gedauert. Sie fangen jetzt schon so ein bisschen an zu beschreiben, wie sich diese gesamte Forschungsgeschichte durch ihre Forschungslebenszeit zieht. Vielleicht können Sie uns ja mal ein bisschen mitnehmen, so in die Anfänge Ihrer Karriere. Wir haben Sie am Anfang gefragt, was Sie an schwarzen Löchern fasziniert. Da haben Sie bei Einstein und bei Karl Schwarzschild angefangen. Aber dann kommen Sie irgendwann ins Spiel.
Und was waren denn dann da so Ihre ersten Begegnungen in Ihrer Wissenschaftskarriere mit schwarzen Löchern? Ich habe Radioastronomie studiert. Das war sozusagen in Deutschland damals das Modernste, was man tun konnte. Das Wetter in Deutschland ist ja nicht so gut wie in Chile. Optische Astronomie in Deutschland ist nicht gerade das Beste. Aber Radioastronomie kann man bauen.
Wir haben ja in Deutschland ein Riesenteleskop in der Eifel stehen, das 100-Meter-Teleskop. Und damit haben wir dann auch solche Messungen schon mal begonnen, auch von solchen akkertierenden schwarzen Löchern. Und dann ging ich noch in die USA und hatte also das wahnsinnige Glück, in die Gruppe und dann auch als Kollege eines ganz weltberühmten Physikers zu kommen, nämlich Charles Townes. Ein Physiker, der für seine Arbeiten den Nobelpreis bekommen hat für die Entwicklung des Lasers und des Mesers.
Und der hat damals in der Tat Experimente zum ersten Mal gebaut, mit der man also das galaktische Zentrum in relativ hoher Auflösung hat anschauen können. Und da haben wir begonnen, die Jagd also auf das Material in der Umgebung vom schwarzen Loch zu beginnen, zu schauen, wie schnell bewegt sich das und immer näher an das Objekt. Und über 40 Jahre haben wir es geschafft. Aber vorhersehbar war das nicht. Wir haben wahnsinnig viel Glück gehabt.
Das schwarze Loch, mit dem Sie sich so erfolgreich beschäftigt haben, trägt ja den Namen **Sagittarius A***. Können Sie noch mal kurz erklären, wie dieser Name zustande kommt? Da ist ja eine Logik dahinter. Da ist eine Logik dahinter, weil wenn Sie sich die Milchstraße vorstellen, die sehen wir ja auch aus unseren erdlichen Bereichen heraus, dann ist das ja eine Scheibe, die man auch von der Seite aus sieht.
Die Scheibe ist ziemlich dick eigentlich, weil sie dann auch sozusagen Teile hat, die nah bei uns sind und Teile, die weiter weg sind. Das Zentrum kann man von Bayern gerade mal ein paar Stunden am Tag im Sommer sehen. Aber in Chile kann man das also die ganze Nacht sehen. Aber wenn man dort ins Zentrum der Milchstraße schaut, da sieht man nichts im Optischen. Warum? Weil zwischen uns und dem Milchstraßenzentrum das sind also etwa 29.000 Jahre, für das Licht dauert das.
Das klingt viel, aber ist im astronomischen sozusagen Entfernungsmaßstab um die Ecke. Und man sieht im Optischen das galaktische Zentrum nicht wegen Staubs, was in der Milchstraßenebene davor liegt. Und dieser Staub macht es einfach technisch schwierig zu schauen. Und deshalb mussten wir erst Instrumente bauen, erst im Radiobereich, dann im Röntgenbereich und schließlich im Infrarotbereich, um dort wirklich reinzukommen in diese zentralen Bereiche und dann wirklich mit immer besserer Auflösung uns die Objekte anzuschauen.
Und Sagittarius ist das Sternbild Schütze, da kommt das her. Das ist das Sternbild Schütze. Und die Radioastronomen waren eben sozusagen die Ersten, die da mit einer Auflösung, die sehr hoch war, Objekte haben sehen können. Und ein helles Objekt, oder das hellste Objekt, was sie gesehen haben, haben sie Sagittarius also für die Schützen A genannt. Und damit haben sie also die Erklärung. Nicht viel Einfallsreichtum.
Ja, es gibt Einfallsreichtum. Aber letzten Endes war es dieses schwarze Loch, dieses supermassereiche schwarze Loch, das Ihnen ja auch den Nobelpreis beschert hat, also dank Ihrer Forschung natürlich. Das war im Jahr 2020. Sie haben den Nobelpreis für Physik bekommen, zusammen mit zwei anderen Forschenden: Roger Penrose für seine theoretischen Arbeiten und Andrea Ghez aus Kalifornien.
Können Sie uns und unsere Hörerinnen und Hörer nochmal im Zeitraffer mit in diese jahrzehntelange Forschung, die dann preisgekrönt wurde, hineinnehmen? Was waren da so die großen Meilensteine? Gut, also wir haben angefangen schon bei dem ersten Wurf, und das war Albert Einstein. Und wenn Sie jetzt da zurückschauen und fragen: Hat der Albert Einstein für das Vorhersagen von schwarzen Löchern den Nobelpreis bekommen? Dann werden Sie finden: Nein. Warum nicht?
Es war damals die bereits schwierige Periode vor der Nazi-Zeit, wo durchaus viele einmal skeptisch waren, dass das in Ordnung gewesen ist, aber auch durchaus Antipathien gegen jüdische Physiker hatten. Einstein hat dann doch den Nobelpreis bekommen, aber für eine andere Sache. Er hat halt so viele tolle Dinge gemacht. Dann haben also andere Leute, die auf diesem Gebiet gearbeitet haben, es haben keine Preise bekommen.
Erst dann, also jetzt im Nachhinein der Roger Penrose, der sozusagen die Krönung der theoretischen Arbeiten über 50 Jahre sozusagen darstellt. Andere haben den Preis auch nicht bekommen, also es ist ganz erstaunlich. Und von der Messtechnik her, also die drei Wege, die habe ich Ihnen ja schon beschrieben. Einmal die Radioastronomie, zum Zweiten also, wenn Sie so wollen, die optische oder Nahinfrarotastronomie, die wir gemacht haben.
Und dann auch die Gravitationswellen. Ja, da gab es also dann sozusagen im Laufe der Zeit Nobelpreise dafür. Nun kann nicht jeder einen Nobelpreis bekommen. Manchmal ist es ein ziemlich viel Glück dabei, ob man dabei ist oder ob man nicht dabei ist. Ohne irgendeinen Zweifel hat sozusagen der Wettbewerb zwischen unserer Gruppe in München und der Gruppe von Andrea Ghez in Kalifornien dazu beigetragen, den Messungen, die wir da hatten und die dann also immer schärfer wurden, sehr viel Glauben zu schenken.
Weil wir waren im Wettbewerb und wir haben aber dasselbe gefunden. Das ist natürlich einer der ganz wichtigen Elemente der echten Wissenschaft. Kein Fake News, also Erzählungen kann jeder machen. Deshalb gibt es auch für die Theorien nicht gleich solche Preise, sondern erst dann, wenn wirklich auch gezeigt wurde: Ja, das gibt es und das funktioniert auch so.
Gab es denn so einen richtigen Moment, als Ihnen klar wurde, dass da ein schwarzes Loch im Zentrum der Milchstraße lauern muss? Also wie so eine Art Aha- oder Heureka-Moment, wo Sie irgendwie laut aufgeschrien und gejubelt haben? Nein, denn es hat so lange gedauert. Wir wussten bereits schon, als ich mit Townes zusammengearbeitet habe, in den 80er Jahren, haben wir bereits schon Publikationen geschrieben, wo wir ziemlich sicher waren, dass **Sagittarius A*** ein schwarzes Loch ist. Nur die Leute haben uns nicht geglaubt, ganz einfach.
Die haben gesagt, das reicht noch nicht aus. Das heißt, noch mal ranklotzen, noch bessere Experimente machen und dann haben so einige gesagt: Ja, vielleicht. Aber dann hat es dann noch mal 20 Jahre gedauert, bis man sozusagen die Qualitätsmessungen so weit betrieben hat, dass also wirklich alle gesagt haben: Und wenn da noch zwei Gruppen das tun, das könnte wirklich wahr sein.
Das heißt, Konkurrenz belebt das Geschäft, kann man sagen, ganz klar. In der Naturwissenschaft ist das sozusagen natürlich ganz, ganz wichtig, dass nicht sozusagen einer sagt: Ich habe eine Idee. Was meinen Sie, wie oft ich E-Mails bekomme von Kollegen oder Kolleginnen und auch etwas nicht so sehr provenienten Leuten, die sagen: Also, Herr Professor Gänzel, Sie wissen ja so viel, aber ich weiß noch was sehr viel Besseres.
Und dann kommt also 20 Seiten von irgendeiner Idee. Aber ich kann Sie beruhigen, wenn die bei Ihnen abgeblitzt sind, kriegen wir in der Redaktion von Spektrum der Wissenschaft diese Post ab. Ja, das haben wir schon gedacht. Vorhin hat Katharina gefragt, ob es einen Moment gab, wo sie gejubelt haben. Innerlich, ja, da muss ein schwarzes Loch sein.
Das haben sie verneint. Aber gab es mal Momente in diesen jahrzehntelangen Forschungen, wo Sie gesagt haben: Also was mache ich hier eigentlich so lange? Oder wo Sie vielleicht auch damit geliebäugelt haben, mal was ganz anderes zu machen? Ja, andere haben das getan, und zwar im Bösen wie im Guten. Also es gab sehr gute Kollegen, die gesagt haben: Also Reinhard, das ist, glauben wir, dir jetzt natürlich, da ist ein schwarzes Loch. Warum musst du denn weitermachen? Das ist ja furchtbar. Macht es ja nichts anderes mehr.
Aber nee, also man muss dann auch die Geduld haben. Und im Übrigen die Instrumente, die wir gebaut haben, und das ist das Wichtige dabei, haben wir auch für andere Dinge benutzt, nämlich für die Forschung, wie Galaxien sich gebildet haben. Also wenn ich mir sozusagen schwarze Löcher anschauen kann, kann ich mir auch Galaxien anschauen.
Und wenn diese Instrumente so gute Auflösung haben und so empfindlich sind, dann kann ich mir auch weit entfernte Galaxien anschauen. Also wir sind nicht aus Langeweile sozusagen zum Schlafen gekommen, sondern es war wirklich eine tolle Zeit. Wir haben vorhin ja schon so ein paar Begriffe geordnet: Singularität, Ereignishorizont. Und dann haben Sie irgendwann den Begriff Hawkingstrahlung erwähnt und gesagt, da brauchen wir zehn Minuten.
Schaffen Sie es vielleicht auch, den Begriff Hawkingstrahlung in zwei Minuten zu erklären? Okay, kann ich so. Wir haben geredet über die Vorstellung von Einstein und so weiter und so fort, wie schwarze Löcher denn sozusagen wachsen, indem Materie einfällt. Und je mehr Materie einfällt, umso mehr versammelt sich also dann im Zentrum dieses schwarzen Lochs und die Masse nimmt weiter zu.
Wir haben weiterhin diskutiert, dass nach der klassischen Theorie von Einstein nichts mehr rauskommen kann, weder Teilchen noch Photonen. Aber jetzt gehen wir mal zur Quantenmechanik, also zu den kleinsten Skalen. Und da gibt es einen Prozess, den ja Heisenberg erfunden hat, hier mein Kollege eher in München. Und das nennt sich die Unschärferevaluation.
Und die erlaubt es, dass Dinge passieren können auf kleinster Skala, die sozusagen in der klassischen Theorie nicht möglich sind. Zum Beispiel ein Elektron, was innerhalb eines Atoms sitzt, kann auf einmal außerhalb des Atoms sein. Das nennt man Tunneln. Und genauso geht das für ein schwarzes Loch. Ein Teilchen, was ganz klein ist und innerhalb des Ereignishorizonts ist, hat eine bestimmte quantenmechanische Wahrscheinlichkeit, rauszukommen.
Und die hat Herr Hawking mit sehr einfachen Betrachtungen ausgerechnet. Nur ist es sichtbar, diese Hawking-Strahlung. Und da ist die Antwort leider nicht, weil sie so schwach ist. Also rein technisch gesehen müsste unser schwarzes Loch im Zentrum unserer Milchstraße wie eine Lampe aussehen, die eine Temperatur von 10 hoch minus 40 Grad hat. Können Sie sich das vorstellen? Eiskalt! Eiskalt! Also da kommt nicht viel raus. Aber theoretisch sollte das der Fall sein.
Und das Interessante ist, diese Hawking-Strahlung wird relativ umso größer, je kleiner die Masse ist. Das heißt also, wenn Sie jetzt wirklich, wie Sie es vorhin ja angedeutet haben, im LHC ein mikroschwarzes Löchlein bauen könnten, dann verfällt das mit Hawking-Strahlung sehr schnell und das könnte man dann vielleicht nachweisen.
Dann haben wir noch einen Begriff, den wir gerne klären möchten. Und zwar, der klingt auch schon immer so ein kleines bisschen an, nämlich das sogenannte Informationsparadoxon. Also, ja, und da kommen wir, glaube ich, auch zu so einem Kern der Sache, sich allgemeine Relativitätstheorie und Quantenmechanik irgendwie im schwarzen Loch treffen könnten.
Und naja, in der Quantenmechanik kann eine Information ja nicht verloren gehen, aber irgendwie wird ja Information von diesem schwarzen Loch aufgesaugt. Wie lässt sich dieses Paradoxon lösen? Hallo, da haben wir vollkommen recht. Also die klassische Einstein’sche Theorie sagt folgendes aus: Machen wir mal ein Experiment sozusagen nach Einstein.
Sie beide bauen jeweils ein schwarzes Loch. Wir haben uns geeinigt, dass die Masse des schwarzen Lochs ist, was weiß ich, eine Sonnenmasse. Und Sie, Katharina, Sie benutzen dafür Volkswagen. Und Sie, Karsten, benutzen BMWs. Und das heißt also, Sie lassen da alle paar Stunden da so ein BMW oder ein Volkswagen reinfallen.
Und die einzige Bedingung, die ich stelle als Juror dieses Experiments, ist, dass am Ende dieselbe Masse entsteht. Dann würde die allgemeine Relativitätstheorie sagen, die beiden Objekte können Sie nicht unterscheiden. Dann würde der Quantenmechaniker, der links sitzt, aufschreien: Nein, nein! Nein, nein! Nein, nein, nein! Nein, nein! Nein, und das wäre sozusagen dann ein Input für die Frage, die Sie stellen.
Einer Weltformel sozusagen: Ist da die Physik vollkommen klar oder ist da noch was anderes, was eine Rolle spielt? Aber wissen Sie, dazu ich werde es nicht mal erleben. Vielleicht, Sie sind ja beide jung, haben da eine Chance. Aber Spannung wird da wirklich da sein. Also das ist wirklich toll.
Und man sieht das auch an jungen Menschen. Ich gebe so im Jahr etwa 30 Vorträge an Schulen und so weiter und so fort. Und es ist so fantastisch zu sehen, wie 7-Jährige oder 8-Jährige 10-Jährige sich das anhören und richtig leuchtende Augen bekommen. Warum ist das? Ja, weil wir neugierig sind. Wir sind Menschen, wir sind neugierig. Wir wollen was wissen, und das ist einfach spannend.
Das heißt, da ganz wichtige Funktion, auch junge Menschen für diese Themen zu begeistern, damit eben auch die nächste Generation schon angefüttert wird, um sich damit auseinanderzusetzen. Und jetzt haben Sie ja auch den Begriff Gravitationswellen genannt. Auch dafür gab es schon einen Nobelpreis, und auch die gehen auf Albert Einstein zurück.
Könnten Sie vielleicht noch einmal sagen, wie jetzt Gravitationswellen mit schwarzen Löchern zusammenhängen? Fangen wir bescheiden an mit Sternen. Ja, also, den können Sie sehen. Und jetzt nehmen wir an, Sie haben so viel Kraft, dass Sie den Stern zusammendrücken können, damit er auseinanderreißen kann, so dass er sozusagen vibriert.
Dann reagiert die Raumzeit, Umgebung von diesem Stern auf diese Vibration, damit, dass sie auch vibriert. Und diese Vibration wird nach außen hin kommuniziert durch eine Welle der Gravitation, eine Welle der Raumzeit. Und die können wir als Störung von Gravitationswellen dann nachweisen.
Bei schwarzen Löchern ist es noch extremer, und deshalb ist das sozusagen die Art und Weise, wie man auch solche schwarzen Löcher nachweisen kann. Im Moment ist es noch nur in relativ geringer Entfernung und für kleine Objekte. Der Trick wird sein, in den Weltraum zu gehen. Dann kann man sich auch **Sagittarius A*** und noch schwerere schwarze Löcher damit anschauen.
Und dann, so bin ich überzeugt, werden wir das Ganze sozusagen wissen. Könnte es auch weiße Löcher geben, die Materie ausspucken, statt sie zu verschlucken? Ja, das ist die Hawking-Strahlung für mich. Das heißt, aber, dass schwarze und weiße Löcher irgendwie so ein bisschen das Gleiche sind. Oder wie unterscheiden die sich? Absolut.
Die Quantenmechanik erlaubt es sozusagen, einem schwarzen Loch auch weiß zu sein. Aber eben auf geringster Ebene. Also das dürfen Sie sich nicht vorstellen, dass es Montag schwarz ist und Mittwoch und von da ab weiß. So ist es nicht. Aber es gibt sozusagen auch eine Konfiguration, nämlich eine Strahlung, die aus diesem schwarzen Loch herauskommen kann.
Und schwarze Löcher sind ja Teil der Sternentwicklung, wie Sie vorhin schon sagten. Können denn schwarze Löcher selbst auch irgendwann sterben oder leben sie gewissermaßen ewig, weil sie einfach immer weiter fressen? Wiederum eine gute Frage. Für stellare schwarze Löcher würde ich sagen: Ja, das könnte man durchaus in Betracht setzen.
Bei schweren, massiven schwarzen Löchern ist das so, dass das eben Milliarden von Jahren dauert, bis sie so massereich geworden sind. Und da hat das Universum sich so weit ausgebreitet, dass sozusagen das Einfangen von Material immer geringer wird. Im frühen Universum dagegen in der Tat. Da kann es passieren, dass so ein schwarzes Loch eben sehr schnell gewachsen ist und dann macht es einen Bums und alles knallt auseinander.
Das schwarze Loch gibt es nachher auch noch, aber sozusagen ist dabei gewachsen. Wir sind jetzt sozusagen im geriatrischen Teil des Universums, wo also immer weniger passieren wird, weil die Galaxien fliegen immer weiter voneinander weg. Und wie Sie ja vielleicht wissen, haben wir Informationen, dass diese Expansion nicht nur nicht kleiner wird, sondern sogar zunimmt.
Und damit also das Universum sozusagen für alle Zeiten weitergeht. Jetzt gibt es Theoretiker, die sagen: Also, da gibt es immer noch jetzt ein echtes Problem, also sozusagen Fake News-Problem in der ganzen Geschichte. Und das ist der Urknall. Ja, was war denn vor dem Urknall? Das ist eine klassische Frage, die immer wieder von jedem kommt.
Und wenn ich diese Frage bekomme, dann sage ich: Ich bin nur ein Experimentator, ich kann das nicht beantworten. Als Theoretiker dagegen könnten Sie natürlich sagen: Ich kann darüber spekulieren. Und eine Spekulation, die gemacht worden ist, ist, dass unser Universum, wie wir es kennen, Sie und ich, ist ja ein dreidimensionales Universum und die Zeit also vier Dimensionen.
Die allgemeine Relativitätstheorie kann man aber mathematisch sehr gut formulieren in elf Dimensionen. Und da gibt es also Kollegen, die haben Theorien gebildet, die sozusagen sagen: Wir könnten ja eigentlich mal postulieren, dass wir in einem Universum leben mit elf Dimensionen. Dagegen aber, wir Menschen sind ja überwiegend keine gravitativen Menschen, sondern wir sind überwiegend elektromagnetische Menschen.
Unsere Chemie, die abläuft in uns, ist ja alles Atome und Moleküle und so weiter und so fort. Und das sind drei Dimensionen. Das heißt, wenn da jetzt elf Dimensionen wären, sehen wir nur drei von diesen elf oder vier von den elf. Und dann kann man die Situation haben, dass es in dem Universum gleichzeitig beliebig viele Unteruniversen gibt, aber in den verschiedenen Dimensionen der Gravitation.
Und dann könnten Sie die Situation haben, dass diese Membranen, wie man sagt, also diese Unteruniversen, die in den verschiedenen gravitativen Membranen leben, miteinander zusammenstoßen. Das produziert einen Urknall. Das ist natürlich eine reine Spekulation, aber das zeigt Ihnen also die, sagen wir mal, die Fantasie der theoretischen Kollegen ist nahezu unendlich.
Warum ausgerechnet elf Dimensionen? Das ist mathematisch eine Frage, wie Sie die Theorie formulieren konnten. Das wurde relativ schnell nach Einstein klar, als man einfach mal versuchte, die Theorie sozusagen aufzuschreiben in verschiedenen Dimensionen. Da sah man, dass nach elf geht es nicht mehr.
Bevor wir gleich ein kurzes Assoziationsspiel mit Ihnen spielen wollen, Herr Gänzel, eine letzte Frage noch zu diesem ersten Teil. Gehen Sie eigentlich davon aus, dass es in jeder Galaxie unseres Universums ein schwarzes Loch gibt? Zumindest mal von einer minimalen Masse, oberhalb einer minimalen Masse? Ja, also ich habe es ja schon angedeutet: Die Masse der Galaxie selber und die Masse des schwarzen Lochs oder eines der schwarzen Löcher muss nicht nur eins sein, korrelieren miteinander.
Das heißt, wenn Sie immer kleinere Galaxien sich anschauen, dann können Sie irgendwann mal fragen: Wird da überhaupt ein schwarzes Loch drin sein? Und das ist durchaus eine wichtige Forschungsfrage. Aber oberhalb einer typischen Grenze, wo man normale Galaxien hat, hat man also immer mindestens ein schwarzes Loch. Warum sage ich mindestens?
Weil manchmal Galaxien zusammenstoßen. Wir und die Andromeda-Galaxie, die nächste große Galaxie, tun das in etwa zwei bis vier Milliarden Jahren. Also wenn Sie da noch arbeiten, dann können Sie da einen Report drüber schreiben. Und das wird ein ganz schönes Theater werden, sage ich Ihnen.
Also da knallen zusammen hundert Milliarden, mehrere hundert Milliarden Sterne, zerreißen diese beiden schönen Spiralgalaxien und die beiden schwarzen Löcher. Also Andromeda wissen wir, hat auch ein schwarzes Loch, sogar massereicher als unseres, zehn oder acht Sonnenmassen. Und diese werden im Laufe der Zeit immer weiter zusammenkommen, um dann vielleicht am Ende des Ganzen ein noch größeres schwarzes Loch zu bilden.
Das heißt also, am Anfang haben Sie zwei und am Ende haben Sie ein noch größeres schwarzes Loch. Die fressen sich gegenseitig. Die fressen sich gegenseitig und nehmen dabei an Masse zu. Und sowas sehen wir hier und da im Universum. Diese Mergers sind selten. Pro Galaxie passiert das alle drei, vier Milliarden Jahre im statistischen Mittel. Also man muss schon ein bisschen warten.
Aber es ist keine kleine Zahl. Ob das Universum am Ende in einem einzigen großen schwarzen Loch endet, das klären wir dann gleich. Vorab hat Karsten ja schon angekündigt, dass wir ein kleines Spiel mit Ihnen spielen möchten. Und zwar, ja, es geht um Spontanität und den Blick über den Tellerrand.
Und zwar nennen wir Ihnen gleich der Reihe nach zehn Stichworte und möchten Sie bitten, dass Sie uns in einem Satz, gerne auch mal mehr, setzen. Einfach sagen, was Ihnen spontan dazu einfällt. Sind Sie bereit? Ja. Der erste Begriff ist Zufall. Zufall ist eine Größe, die in der Physik oftmals eine Rolle spielt, wenn Dinge, die passieren, sozusagen passieren, aber man wirklich keinen Grund angeben kann, warum sie passieren.
Es kann aber sein, dass dieser Mangel an Aussagekräftigkeit nur ein Mangel an Wissen ist. Der zweite Begriff ist Bad Homburg vor der Höhe. Ach so, ja, ja, da war ich auch schon mal. Kurz oder lange? Nicht so lange, weil das war nur das Krankenhaus, wo ich geboren wurde. Gewohnt haben wir in Frankfurt, und meine Großeltern, wo ich sozusagen die Nachmittage verbracht habe, waren in Oberursel.
Das ist etwa 15 Kilometer weg von Bad Homburg. Der nächste Begriff lautet KI. Ja, eine ganz wichtige Sache, natürlich für die industrielle Anwendung, für die Kommunikation der Zukunft, ohne irgendeinen Zweifel, aber auch viel Hype. Wir hatten bei einer der letzten Lindau Nobelpreisträger-Tagungen eine offizielle Diskussion zu dem Thema.
Da waren etwa 30, 35 Nobelpreisträger da, fast alle in der Physik und Chemie. Und wir haben also darüber diskutiert, wer von uns 35 glaubt, dass die KI wirklich konstruktiv neue Dinge bringen wird. Also ich meine jetzt nicht sozusagen, denen die Post besser zu sortieren oder ein Laufband besser zu machen, sondern wirklich neue Dinge zu produzieren.
Und ich würde mal sagen, mindestens die Hälfte, wenn nicht mehr der Nobelpreisträger waren der Meinung: Nein, die KI wird das nicht tun. Und wenn ich Ihnen die Begründung gebe, ist das ungefähr wie folgt: Die KI kann man, da muss man trainieren. Also zum Beispiel, ich kann die KI trainieren, in einem Bild zu schauen, wie viele Eichhörnchen und wie viele Ratten in dem Bild sind.
Und dann kann man das also mit irrsinniger Geschwindigkeit machen, wenn ich groß genug Maschine habe. Und dann kann da keiner Mensch so schnell mitrechnen.
Aber wenn jetzt in das Bild ein Bär eintritt, dann sieht die KI das. Nicht. Und das ist der Unterschied zur Menschheit, dass es sozusagen eine andere Form von Plausibilität auch zulässt und dann neugierig wird: Was ist das denn für ein Ding? Ist das eine große Ratte oder ein großes Eichhörnchen? Oder was ist das für ein Ding?
Unser vierter Begriff bei dem Assoziationsspiel lautet Sperrwurf. Ja, das habe ich auch mal versucht, aber das ist leider kläglich gescheitert, weil mein Ellbogen nicht mitgemacht hat. Aber ich bin, also das war schon eine tolle Zeit. Ich war ganz gut in der Schule. Also ich konnte dann am Nachmittag in dem Sportclub, in dem ich war, in Freiburg dann Leichtathletik machen. Im Laufe der Zeit habe ich Kugel gestoßen, Diskus geworfen, und dann war ich also wirklich besonders gut im Sperrwurf.
Und in einem Jahr war ich der beste junge deutsche Sperrwerfer. Und dann kam ich ins Vorbereitungsteam für die Olympischen Spiele nach München. Und das war also schon ein Erlebnis, das muss ich Ihnen sagen. Dann möchte ich Sie aber noch nach Ihrer Bestleistung im Sperrwurf fragen. Ja, das war da war ich 16 Jahre alt. Da habe ich ungefähr 57 Meter mit dem Männersperr geschmissen.
Der nächste Begriff ist Außerirdische. Außerirdische, also Spekulationen. Ohne irgendeinen Zweifel wissen wir jetzt, dass es sehr viele außerirdische Planeten gibt, außer Solar, extrasolare Planeten. Jetzt schon haben wir, was weiß ich, 7.000, 8.000. Die Wahrscheinlichkeit ist meiner Ansicht nach sehr, sehr hoch, dass auf mindestens einem, wenn nicht vielen von diesen extrasolaren Systemen Atmosphären sich gebildet haben, die in der Chemie es zulassen, selbstorganisierte Strukturen zu haben.
Also jetzt sind wir auf dem Niveau von DNA und Bakterien. Der nächste Schritt ist mir vollkommen unklar, weil er nicht mehr durch eine klare physikalische Erkenntnis mehr definierbar ist. Begriff Nummer 6 lautet Schule. Schule, ja, also Schule war für mich, da habe ich Glück gehabt, ein positiv belegter Begriff. Ich war also leider ein sehr guter Schüler, und es hätte mich sicher in den Kopf gekostet.
Was mich gerettet hat, sind zwei Dinge. Einmal, ich habe in der Mathematik in der Oberstufe in den Mathematikarbeiten, die war ich bereit, die Arbeiten von fünf Schülern klar auch zu machen, die kurz vorm Durchfallen waren. Also das hat mir genügend Sympathie erbracht, dass man mich nicht aufgehängt hat. Und die andere Sache, ich war der Kapitän des Handballteams, und das war dann der wirklich rettende Moment.
Aber einfach war es nicht. Ich war keinesfalls der Superstar in der Schule. Aber wer 57 Meter mit dem Männersperr wirft, hat auch einen guten Abzug aus dem Rückraum beim Handball, kann man sich gut vorstellen. Der nächste Begriff lautet Organspende. Organspende, ja gut, ich meine, das ist eine für mich absolut klare Sache.
Die Organisation und legale Realität der Sache ist schwierig. Da bin ich kein Experte. Aber dass sie eine Sache ist, die wichtig ist, brauche ich aber wohl nicht weiter zu sagen. Es ist traurig zu sehen, dass die legale Prozedur eher wieder in die falsche Richtung geht, nämlich dass die Organspender weniger werden. Der drittletzte Begriff für Sie ist Sternzeichen. Ja, ja.
Ich meine, die Menschheit hat halt in verschiedenen Zeiten verschiedene Symboliken gemacht. Und wenn Sie sich eben die Geschichte anschauen, dann waren halt Erklärungsversuche. Ich meine, man muss das positiv belegen: Erklärungsversuche, was sehe ich denn da oben? Oh, das sieht doch aus wie ein Schwan. Aber da muss man natürlich auch sagen, das hängt jetzt sehr stark ab, welchen Menschen zu welcher Zeit Sie fragen würden.
Denn ja, schon 20.000 Jahre später sieht der Schwan gar nicht mehr wie ein Schwan aus, weil eben das Sternbild sich geändert hat. Social Media ist der nächste Begriff. Oje, oje, oje. Meine Güte, teuflisch. Jetzt sagt meine Frau zu sehen, also ich bin da im damals in Amerika mit den Hexenverbrennungen und so weiter und so fort. Da ging das ja auch so.
Aber die haben keine Social Media gehabt. Der Unterschied ist eben nur, jetzt machen wir das erste über die Social Media. Aber gucken wir doch mal an, was da in Amerika passiert. Da zerstört sich eine wahnsinnig erfolgreiche Kultur selbst durch Social Media.
Unser letzter Begriff lautet Nobelpreis. Es gibt ein paar, die haben sowas, habe ich gehört. Und Sie gehören dazu. Wie schön! Sie sind in einem sehr wissenschaftlich geprägten Elternhaus aufgewachsen, Herr Gänzel. Ihr Vater war selbst Physikprofessor und Max Planck-Direktor. Wie war das für Sie damals als Kind?
Ja, es war so, ich wollte eigentlich Archäologie studieren und habe im Alter von 13 bis 15 nur archäologische Bücher gelesen. Meine Mutter war wahnsinnig nett und hat mir praktisch jedes Buch, das ich lesen wollte, also nicht nur in der Bücherei, sondern wir haben die auch gekauft. Und ich habe gelesen und gelesen. Und das war wirklich toll. Ich war sicher, ich wollte Archäologie machen.
Da war ich ungefähr 15, und dann fing ich an, etwas schärfer nachzudenken. Ich war im altsprachlichen Gymnasium, also ich habe neun Jahre Latein und sechs Jahre Griechisch gehabt. Und da habe ich mir überlegt: Also pass mal auf, die Römer, das haben sie ja schon gemacht, die Griechen auch, die Ägypter, da gibt es auch kaum noch was.
Also bei den Chinesen höre ich, da ist es auch schon weg, alles. Wo gibt es denn da jetzt noch was auszugraben? Dann habe ich gedacht, oh ne, in den Tropen, im Urwald. Ich hasse Schlangen und ich hasse Mücken. Ach ne. Da hat sich mein Vater dann sehr gefreut, weil er hat also befürchtet, dass ich Archäologie machen würde.
Und dann hat er mir mit großer Freude beliebig viel Chemie und auch Physik zur Verfügung gestellt, was ich dann gleich benutzt habe, um mit meinen Freunden alle Formen von giftigen Substanzen herzustellen, einschließlich HBr. Das ist Bromwasserstoff, das ist also ähnlich wie HCl. HCl ist ja eine Säure. Bromwasserstoff verdampft bei Raumtemperatur.
Und wir haben also dann durch so eine Kühlschlange haben wir dann das gebräute HBr, das bräunliche, super zusammengebaut. Und dann waren wir fertig mit dem Experiment und dann wollten wir alles jetzt sauber machen. Und dann sind wir dann da so zum Becken, also zur Küche, nicht Küche, zum Bad hingegangen.
Und wir haben nicht gemerkt, dass in der Kühlschlange noch relativ viel Bromwasserstoff war. Und das ist dann an die Tapete gekommen. Und das ist unheimlich ätzend, das Zeug. Meine Mutter kam zwei Stunden später nach Hause, die hat mich fast rausgeschmissen. Ja, also aber das war ja dann Chemie.
Mein Vater hat dann gesagt, jetzt hören wir mal auf mit der Chemie, jetzt macht mal Physik. Da habe ich meinen ersten und einzigen Spektralapparat damals gebaut. Das war eine lange Sache, ganz erfolgreich. Der hatte, jetzt bin ich gleich fertig, also der hatte eine Sache, um also das Licht, das optische Licht in die verschiedenen Wellenlängen zu spalten, hatte ich ein Riesenprisma, ganz tolles Ding, was mir mein Vater gebaut hat.
Und dann, um also eine Lichtquelle zu produzieren, habe ich einen Funken gebaut, einen Hochspannungsfunken. Und das macht man so, dass man eine Flasche nimmt, eine große Flasche, innen drin nimmt man Metallfolie und außen Metallfolie. Und dann leitet man Strom nach außen und dann bildet sich eine Spannung, ja, ein Kondensator.
Und die kann sich entladen in dem Funken. Und den Funken, den ich da gebaut hatte, der hatte ungefähr 17, 18 Kilovolt, ja, als Entladungsspannung. Und irgendwann mal wollte ich da was umreparieren am Spektralapparat und habe nicht gesehen, dass meine Finger in den Funken reingekommen sind. Eigeweil, da war ich aber am Boden und habe gezittert. Da ist Ihnen die Wissenschaft durch Mark und Bein gegangen. So ist es.
Was war denn Ihr Lieblingsfach in der Schule? Sport wahrscheinlich. Was lernt man im Sport, das einem in der Wissenschaft nützt? In der Form von Sport, in der ich ihn betrieben habe, Härte gegen sich selber. Ich nenne das Anhassen, wo man wirklich keine Lust mehr hat, ja. Also wenn es einem wirklich reicht, normalerweise gibt man auf und geht ins Bett oder was auch immer.
Aber als Sportler geht das nicht, da muss man dranbleiben. Was sind das für Momente, wenn es Ihnen als Wissenschaftler reicht? Sind das Sachen, wo die Technik nicht funktioniert oder wo die Konkurrenz vorwärts an einem vorbeiprescht? Oder was sind das für Momente? Neid. Also das kann ich Ihnen sagen, wenn man so viele Preise gewonnen hat, da schlägt einem ein Neid entgegen.
Das ist sehr unangenehm für mich. Sehr unangenehm, denn ich möchte mit den Menschen gerne auskommen. Das heißt, da bleibt man sportlich und zieht dann auf jeden Fall aus den Erfahrungen heraus, dass man auch Konkurrenz eigentlich sportlich nehmen sollte und nicht neidvoll.
Wenn Sie mit Einstein sprechen könnten, wenn er noch leben würde, wenn er sich Ihre Forschung anschauen würde, weil man hat ja immer mal gehört oder es heißt manchmal, dass Einstein nicht an die Existenz dieser supermassereichen Objekte geglaubt hat. Worüber würden Sie gerne mit ihm sprechen? Ja, ich würde sagen: Also Herr Einstein, ich habe ja da Ihre Arbeiten gesehen und ich hätte Einstein gefragt: Wie haben Sie das geschafft?
Wie haben Sie das geschafft, also sozusagen die Sache so darzustellen? Jetzt weiß ich natürlich auch, für den Einstein war es nicht immer einfach. Ja, der hat ja zehn Jahre gebraucht zwischen der speziellen Relativitätstheorie und der Allgemeinen Relativitätstheorie. Und etwa anderthalb Jahre, bevor er es hatte, ging es einfach nicht weiter.
Und das war deshalb, weil er nicht die richtige Mathematik konnte. Und dann hatte er einen Freund, der heißt Groß, ganz berühmter Mathematiker. Der hat ihm ein Büchlein gegeben mit 40 Seiten über Tensor Algebra, handgeschrieben, kann man sich in Jerusalem anschauen. Und danach hat er also die mathematischen Fähigkeiten gehabt, das niederzuschreiben, so wie man es niederschreiben muss, um die Theorie richtig zu formulieren.
Und es ist diese sozusagen „Wie hast du das geschafft? Wie bist du da drauf gekommen?“ Das sind schon Dinge, die man gerne hören will. Deshalb auch meine große Bewunderung für meinen zweiten Vater, den Charles Townes in Berkeley, der den Laser erfunden hat. Von dem habe ich so viel gelernt. Es sind diese Mentoren, die für mich als besonders wichtig geachtet werden.
Mein Vater auch natürlich, aber die sind mir wichtiger als die Schule. Und auch der Laser geht ja auf Einstein zurück. Also wenn man sich manchmal so vor Augen führt, in wie vielen Nobelpreisen eigentlich Physik von Einstein drinsteckt, das ist absolut faszinierend.
Also das heißt, dass die wichtigste Frage, die Sie Einstein stellen würden, wäre: Wie haben Sie das geschafft? Herr Gänzel, es gibt heute schwarze Löcher, ja, längst nicht nur mehr im Universum, sondern zum Beispiel auch in öffentlichen Haushaltskassen. Und manch einer sagt, er habe ein Gedächtnis wie ein schwarzes Loch. Amüsiert Sie die Karriere dieses Begriffs eher oder ärgern Sie sich über so etwas?
Ich finde das ganz lustig. Also nur, wenn es dann ernster wird und irgendein Politiker mich fragt: „Sagen Sie mal, Herr Gänzel, können wir diese schwarzen Löcher benutzen, um den Plastikmüll auf der Erde zum Verschwinden zu bringen?“ Dann sage ich: Leider glaube ich nicht, dass das praktikabel ist.
Das bringt uns zur nächsten Frage: Was denn die größte Fehlvorstellung über schwarze Löcher ist, die Sie am meisten ärgert? Kann ich jetzt nicht sagen, weil es gibt natürlich so viele irre Ideen, die ich teilweise überhaupt nicht verstehe und auch nicht verstehen muss und will. In dem Sinne bin ich jemand, der relativ geradlinig und sozusagen auf einer Wellenlänge arbeitet.
Meine Freunde haben immer gesagt: „Don’t talk to Reinhardt, he is on channel 9.“ Ich glaube, das müssen Sie noch mal ein ganz kleines bisschen erklären. Ja, wenn Reinhardt auf Kanal 9 ist und man ihn auf Kanal 4 anspricht, dann wird er keine Reaktion zeigen.
Was raten Sie denn jungen Menschen, die heute Physik studieren, vielleicht sogar in ihrem Bereich in der Astrophysik? Was sind da so Tipps, die Sie denen mit auf den Weg geben? Das Wichtigste ist immer die Begeisterung. Und die Begeisterung, wenn die sich ändert, dann sollte man sich selbst klar machen: Warum hat es sich geändert? Und wenn es sich nicht geändert, dann muss man ja nicht ändern.
Man muss natürlich auch ein bisschen realistisch sein. Man kann nicht zu viel träumen. Also wenn man normaler sozusagen Mensch ist, dann ist sozusagen die Karriere eines einsteinischen Theoretikers vielleicht nicht das Richtige. Aber ich habe vor drei Tagen Abendessen gehabt. Das war ein Shabbat Shalom Abendessen in Jerusalem bei einer Familie.
Da war der Sohn von zwei Söhnen, der eine Sohn, der war elf Jahre alt. Das hat mir umgehauen. Der hat mit elf Jahren bereits die Qualität von Argumentationen machen können, und zwar naturwissenschaftlicher Argumentationen, die ich also vorher noch nie fördern und die Möglichkeiten geben sich weiterzuentwickeln. Denn sowas ist wahnsinnig selten. Und das ist ganz, ganz wichtig.
Wir hatten im Dezember den Astrophysiker Heino Falke, einen Kollegen von Ihnen, zu Gast in unserem Podcast, der entscheidend daran mitgewirkt hat, die erste Aufnahme von einem schwarzen Loch zu machen, also Foto in Anführungsstrichen. Was ging Ihnen durch den Kopf, als Sie dieses ikonische Bild zum ersten Mal gesehen haben?
Das ist so erwartet. Es ist eine relativ klare Aussage aus der Metrik, also aus der Schwarzschild-Metrik oder auch der Kirchenmetrik, die man sozusagen vorher bereits berechnet hatte. Und also sozusagen dieser Schattenwurf war ziemlich offensichtlich, dass der passierte. Der Trick bei der ganzen Geschichte, und das ist das, was das wirklich Wichtige war, war, dass es war ja nicht nur eine Messung dieser schönen Figur, sondern man kann einen Radius messen.
Und der Radius, den man dort misst, ist genau der Radius, den wir vorher aus der Dynamik der Sterne haben ableiten können. Damit hat man sozusagen eine in der Naturwissenschaft gewollte Situation, wo man eine Vorhersage hat und dann hat man einen harten Test, der dadurch sozusagen die Vorhersage bestätigt. Also das hat mich sehr gefreut.
Man will natürlich noch mehr. Man will also dieses Bild, was Sie sehen oder gesehen haben, ist noch nicht sehr hohe Auflösung, also räumliche Winkelauflösung. Man möchte das besser machen, und das geht im Moment nicht, weil man um dieses Bild herzustellen die gesamte Erde benutzt hat und gleichzeitig die kürzeste Wellenlänge im Radiobereich, die noch durch die Erdatmosphäre durchkommt.
Was man also tun muss, ist entweder zu kürzeren Wellenlängen gehen, aber dann kommt man nicht mehr durch die Erdatmosphäre durch oder in den Weltraum. Und das ist im Moment offensichtlich leider zu teuer. Vielleicht kommt mir, ich weiß nicht, was der Herr Haberter Heiner Ihnen gesagt hat, aber leider haben die Versuche sozusagen sowohl bei der ESA wie auch bei der NASA jetzt das Experiment sozusagen dort durchzusetzen bislang noch nicht funktioniert.
Wenn das mal klappen sollte, dann kann ich mir vorstellen, dass man da noch schönere Bestätigungen und dann auch weitere Elemente der Theorie testen kann. Das heißt, da sind wir wieder am Anfang bei dem Atom, was man immer weiter untersucht. Und je besser die Methoden und die Möglichkeiten werden, desto besser kann man jetzt an der Stelle das schwarze Loch räumlich und zeitlich auflösen, wenn man so will.
Und das ist ja möglich. Und ich meine, das ist in der Physik schon einmal aufgetreten, dass man eine gewisse Bestätigung findet, dann reibt man sich die Hände und sagt: „Wir haben es!“ Und dann macht ein anderer ein Experiment, was vielleicht ein bisschen schwieriger ist oder ein bisschen besser ist oder ein bisschen in eine andere Richtung geht.
Und auf einmal stimmt was nicht. Und das ist die neue Physik. Ja, also das ist sozusagen, wie wir dann nach vorne gehen. Es ist nicht so, dass alles immer bestätigt wird, sondern es kann sein, dass die Bestätigung teilweise ist und dann kommt auf einmal etwas, was dann nicht ganz so stimmt.
Das war ja auch in der atomaren Theorie so ganz genauso, als man sich vorgestellt hat am Anfang, dass eben Atome nicht teilbare Elemente sind. Und erst nachher hat man gesehen: Nein, da gibt es eine Elektronenwolke um einen positiven Kern. Da gibt es auch noch die sogenannten Neutronen. Also das ist sozusagen, wie der Fortschritt letztendlich passiert, indem man Dinge findet, die man eben nicht erwartet.
Heino Falke glaubt als Astrophysiker, im Universum auch die Handschrift Gottes zu erkennen. Wir haben ja eben auch darüber gesprochen, was vielleicht vor dem Urknall war. Wie geht es Ihnen, wenn Sie an den Kosmos, den Urknall und die Existenz der Naturgesetze denken? Glauben Sie auch an irgendeine höhere Macht?
Nein, aber das ist eine rein persönliche Sache. Und wenn Sie durch die, also wenn Sie sozusagen die Top-Physiker fragen, werden Sie da wirklich ein Spektrum an Antworten bekommen. Also ich hatte Ihnen den Namen Charlie Townes erwähnt. Charlie Townes war ein hochgläubiger Mensch, ein bisschen weniger als Heino. Heino ist ja auch aktiv in der Kirche tätig.
Charlie Townes war sozusagen mehr spirituell gläubig. Und ich habe auch keine Probleme mehr. Früher als Junge habe ich das anders gesehen, weil ich gerade bei der katholischen Kirche natürlich auch die Auslässe der katholischen Kirche in dem Mittelalter als sehr negativ empfunden habe. Aber inzwischen, ich bin in der Kirche, wo wir Papst Franzis besuchen dürfen.
Also es ist, ich trenne zwischen der kulturellen Bedeutung und der für mich nicht notwendigen spirituellen Anwendung in meinem Leben. Dennoch behaupte ich nicht, dass ich alles weiß. Also ich würde einfach sagen, da sage ich halt nichts, da bin ich ruhig.
Empfinden Sie dennoch so eine Art Ehrfurcht vor diesen riesigen Fragen und auch den riesigen Nicht-Antworten, die wir bislang haben? Natürlich, absolut. Das macht die Sache natürlich auch so wahnsinnig spannend. Es ist eben nicht sozusagen ein Spiel: Entweder gewinnen Sie vier Dollar oder Sie verlieren vier Dollar.
Nein, es geht immer weiter, und das ist schon toll. Natürlich muss man aufpassen, in einem bestimmten Feld kann das Ganze auch dann mal in die Trockenwüste führen, wo es dann nicht mehr so viel weitergeht. Und dann muss man in ein anderes Feld.
Also ich zum Beispiel würde wahrscheinlich, wenn ich jetzt dann noch mal ein junger Mensch wäre, das tun, was meine beiden Töchter tun, nämlich Neurowissenschaften. Und auch in der Archäologie ist ja noch ein bisschen was passiert, auch wenn sie sich nicht für die Archäologie entschieden haben. Da haben sie recht, weil ich habe unterschätzt, was man mit physikalischen Methoden, mit Sensorik in der Archäologie tun kann, indem man also Strukturen, die man gar nicht ausgräbt, sozusagen über Fernerkundungen zum Beispiel sich anschaut.
Ja, klar. Herr Gänzel, in diesem Podcast laden wir jeden Gast ein, mit einer Zeitmaschine in die Zukunft zu fliegen am Ende. Und wir nähern uns dem Ende. Für jeden Gast designen wir diese Zeitmaschine sogar ganz individuell. Ihre Spektrum-Zukunftsmaschine hat die Form eines großen Speeres.
Und zwar eines Achso, haben Sie eigentlich eine Lieblingsfarbe? Vielleicht grün, blau oder sowas? Ja, so grün-blau. Das hatten wir uns eigentlich schon gedacht. Dann ist nämlich Ihre Zeitmaschine in Form eines Speers in grün und blau lackiert. Der Speer ist groß genug, dass Sie in die Spitze einsteigen können und bequem auf einer Art Pilotensitz Platz nehmen.
Dort sehen Sie vor sich drei Knöpfe. Neben den drei Knöpfen steht 10 Jahre, 100 Jahre und 1000 Jahre. Sobald Sie einen der drei Knöpfe betätigen, fliegen Sie mit dem Zeitspeer die entsprechende Spanne in die Zukunft. Welchen Knopf drücken Sie? Weiß nicht. Lassen Sie mich überlegen. Das ist eine sehr gute Frage, aber so einfach kann ich sie nicht beantworten.
Ach, kein Problem. Dann nehmen wir Ihnen die Entscheidung ab und drücken den mittleren Knopf für Sie: 100 Jahre. Willkommen in der Zukunft, Herr Gänzel. Sie steigen aus und befinden sich nun in Ihrem Fachgebiet der Astrophysik in 100 Jahren. Was hat sich bis dahin getan?
Ja, ich würde sagen, die Skalen, auf denen man Physik betreiben wird, sind noch kleiner geworden. Man wird, ich denke, bis dahin die Frage der Vereinheitlichung der Kräfte nicht geschafft, aber dann doch sehr weit getrieben haben. Außerirdische werden nicht angekommen sein, aber sie werden immer noch in den Movies vorgestellt werden.
Und ich fürchte, ich fürchte, Leute wie Trump werden auch immer noch da sein. Also ich glaube nicht, dass da sozusagen eine heile Welt da sein wird. Es wird was Besseres sein, bessere Wissenschaft machen können, ohne Zweifel. Die KI wird es einem erlauben, 20 bis 30 seitige Formeln und Aufzeichnungen zu machen, die einem die Bürokratie befiehlt für den letzten Beobachtungslauf zu machen.
Also das müssen wir dauernd jetzt machen: Schreiben Sie 20 Seiten, was Sie jede Minute gemacht haben. Also es geht damit KI, glaube ich, ganz gut. Also der Teil, das ist schon gut. Wird man Einstein und die allgemeine Relativitätstheorie widerlegt haben oder ist sie nach wie vor gültig?
Ja, die wird gültig sein, da gibt es überhaupt keine Frage. Es werden, wie gesagt, nur die Möglichkeiten der Korrektur bei höchsten Energien sein, weil Sie ja schon auch am Anfang gefragt haben: Was ist denn die Form der zentralen Singularität? Ist das wirklich rund oder ist das kreisförmig oder ist das eine Ellipse oder hat das eine Ausdehnung?
Und das sind also Dinge, die in der Tat bei den höchsten Energien dann vielleicht messbar oder zumindest mal auch theoretisierbar sein werden. Und welche Frage zu schwarzen Löchern würden Sie gerne noch zu Ihren Lebzeiten beantwortet sehen? Ja, das sagte ich ja schon. Nummer eins: die Frage im galaktischen Zentrum, ob das Ding da überhaupt einen messbaren Drehimpuls hat.
Was viele Leute vermuten, ich glaube nicht, weil wir eine relativ langweilige Galaxie sind. Langweilig heißt in dem Sinne, wir haben wenig Störungen erlebt, Gott sei Dank, und dadurch ist relativ wenig Material ins Zentrum reingekommen. Und das bedeutet, dass sozusagen der Spin des zentralen schwarzen Lochs nicht erhöht worden ist.
Ja, das ist das, was man brauchen würde. Und das andere ist, man wird also immer näher an den Big Bang kommen, ohne irgendeinen Zweifel, im Sinne von echten Messungen. Und man wird wissen, was innerhalb von 10 hoch minus 13 bis 10 hoch minus 30 Sekunden nach dem Big Bang wirklich passiert ist. Ist doch toll!
Also ich meine, das sind Dinge, die, wenn Sie natürlich jetzt wieder fragen: Was war denn vor dem Big Bang? Dann wird man das wissen. Da passe ich wieder. Also da sage ich als Physiker, glaube ich nicht, dass das möglich sein wird.
Dann stelle ich eine allerletzte Frage und dann kommen wir auch wirklich zum Schluss. Sie haben jetzt über den Anfang gesprochen, die Frage, was möglicherweise vor dem Urknall war. Aber wie wird denn das Universum enden? Wird am Ende einfach nur ein einziges schwarzes Loch alles andere aufgefressen haben und übrig bleiben?
Nein, ich habe Ihnen ja gesagt, jede Galaxie größeren Maße hat ein solches schwarzes Loch oder mehrere. Und je weiter sich das Universum ausdehnt, umso weniger werden die Wechselwirkungen zwischen den Galaxien. Das heißt, Zusammenstöße werden weniger werden. Gleichzeitig, weil es sich ausdehnt, wird immer weniger Material in die Galaxien hineinkommen.
Das heißt, die Galaxien werden langweiliger und langweiliger. Immer weniger Sterne entstehen. Das heißt, nach dem Wissen, was wir jetzt haben über die Expansion des Universums, ist das ein echtes ödes Universum, auf das wir zusteuern. Früher war ja die Vorstellung, was passieren könnte, dass es sich sozusagen wie so ein Ballon bis zu einer bestimmten Größe aufbläht und dann wieder zusammenfällt.
Im Moment sieht es nicht so aus, aber wir werden ja sehen, was man da lernen kann. Und auch das würde ich sagen, ist durchaus noch unklar. Also die Messungen sind gut, aber noch nicht vollkommen abschließend.
Lieber Herr Gänzel, vielen, vielen Dank für dieses tolle Gespräch und dass Sie die große Frage, was passiert in einem schwarzen Loch mit uns, diskutiert haben. Auch von mir ganz, ganz herzlichen Dank für diese vielen faszinierenden Einblicke in die verschiedenen Phasen des Universums bis zum Hier und Jetzt und darüber hinaus.
Das war wirklich hochspannend, hochinteressant, und ich kann mich nur auch für Ihre Bereitschaft bedanken, bei unseren zwei kleinen Spielchen mitzumachen. Dankeschön. Das war eine weitere Folge unseres Podcasts „Die großen Fragen der Wissenschaft“.
Carsten, was bleibt dir von der heutigen Folge denn in Erinnerung?
Ja, also ein ganz toller Gast, eine unglaublich beeindruckende Persönlichkeit, hoch dekoriert, wie wir ja vorher schon wussten. Und jemand, der schon in Kindheitstagen neugierig war, Experimente gemacht hat, sich Fragen gestellt hat, Fragen, die auch schief gegangen sind. Das hat er sehr sympathisch geschildert. Und er kann auch gut erklären.
Was ich zum Beispiel super cool fand, war bei unserer Frage nach dem Schicksal von Informationen in schwarzen Löchern: Warst du Volkswagen oder warst du BMW? Ich weiß es nicht, aber wir beide waren plötzlich schwarze Löcher, und uns wurde verdeutlicht: Okay, am Ende wird man nicht mehr wissen, was da an Materie in diese schwarzen Löcher hineingegangen ist, obwohl sie die gleiche Masse gehabt haben und ansonsten identisch waren. Ich glaube, du warst Volkswagen. Ich war Volkswagen. Okay, du warst BMW. Ja, ich hätte es jetzt nicht mehr gewusst. Aber cooler Vergleich, toller Erklärer.
Und ein letztes vielleicht noch: Ich finde es auch immer beeindruckend, wenn so Menschen, die intellektuell so dermaßen auf der Höhe sind, auch noch so ein sportliches Talent haben. Da finde ich, gewinnen sie bei mir Sympathiepunkte. Und das hat Herr Gänzel ja in jüngeren Jahren bis hin fast zu Olympia 1972 ja auch noch irgendwie in seiner Biografie verdrahtet.
Also, super spannendes Gespräch. Bei mir bleibt vor allen Dingen hängen, wie unfassbar begeistert Reinhard Gänzel von seinem eigenen Forschungsbereich ist, nach all den Jahren, nach all den Jahrzehnten, die er schon in diesem Bereich arbeitet. Dass er aber auch in der Lage ist, andere Menschen dafür zu begeistern, dass er dafür brennt, junge Leute in dieses Fach zu ziehen und ihnen die schwarzen Löcher zu erklären, mit anschaulichen Beispielen, mit einer unfassbaren Ruhe und Gelassenheit.
Dass er ja auch davon berichtet hat, dass Konkurrenz in der Wissenschaft etwas ganz Normales und auch etwas Gutes ist. Und dass er das auch aus seiner Zeit, als er noch aktiv Sport gemacht hat, definitiv mitnimmt. Dass Konkurrenz etwas Gutes ist und dass er ja in all dieser Zeit, auf die er schon auf das Forschungsgebiet zurückblicken kann, aber auch nach vorne schauen kann, merkt: Hey, da ist noch so viel offen, da gibt es noch so viel zu erforschen.
Und ich habe meinen Teil dazu beigetragen. Das ist doch auch einfach ein schöner Blick eines Nobelpreisträgers, eines langjährigen Forschers auf das, was man da geleistet hat, auf das Lebenswerk. Und das hat er hier bei uns erzählen und erklären können. Und ich habe auf jeden Fall sehr viel mitgenommen und hoffe, unsere Hörerinnen und Hörer auch.
Wenn ihr noch mehr über das Thema schwarze Löcher lesen wollt, dann empfehlen wir euch die Spektrum-Texte „Hartnäckige Unendlichkeiten im Gefüge der Raumzeit“ und „Schwarze Löcher als Schlüssel zur Weltformel“. Außerdem finden wir das Spektrum Kompakt „Schwarze Löcher“ von Mai 2024 sehr lesenswert. Sämtliche Links zu unseren Tipps packen wir euch wie immer in die Shownotes.
Darüber hinaus verweisen wir gerne noch einmal auf unsere Folge „Gibt es Gott?“ mit dem Astrophysiker Heino Falke, der die erste Aufnahme von einem schwarzen Loch gemacht hat. Wenn ihr die nächste Folge und alle weiteren nicht verpassen wollt, dann folgt einfach diesem Podcast. Bei Spotify geht das, indem ihr auf den Button „Folgen“ klickt. Gebt doch auch gerne eine 5-Sterne-Bewertung und einen Kommentar ab. Das hilft anderen Neugierigen, den Podcast ebenfalls zu finden.
Und teilt diese Episode gerne mit allen, die sich auch Zeit nehmen für die großen Fragen der Wissenschaft. Wenn ihr Anregungen, Fragen, Lob oder Kritik habt, dann schreibt uns eine Mail an podcast@spektrum.de. Wir freuen uns über Zuschriften und lesen die auch alle. Und schaut auch gerne mal auf spektrum.de und detektor.fm vorbei. Da gibt es noch viel mehr zu lesen und zu hören.
Und zum Schluss noch ein paar Dankeschöns: Redaktionell unterstützt haben uns in dieser Folge Ina Lebedjew von detektor.fm und unsere Spektrum-Kollegen Manu Bischof und Mike Zeitz, der auch das Foto für unsere schöne Podcast-Kachel gemacht hat. Die Musik kommt von Tim Schmutzler.
Und damit sagen wir Tschüss bis zum nächsten Mal. Tschüss und bleibt neugierig. Untertitel im Auftrag des ZDF für funk 2017.
Foto: Max-Planck-Gesellschaft für Extraterrestrische Physik (MPE)