Weiße Löcher: Was wir über die (wenig bekannten) Zwillinge der Schwarzen Löcher wissen

Am 10. April 2019 wurde das aufgenommen, was viele Physiker und Astronomen als das Foto des Jahrhunderts bezeichnet haben. Zum ersten Mal ist es uns nämlich gelungen, ein schwarzes Loch zu fotografieren und damit Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie erneut zu bestätigen: Schwarze Löcher sind eine der wichtigsten Vorhersagen der berühmten Theorie.

Am 12. Mai 2022 wurde auch das Schwarze Loch (im Bild) im Zentrum der Milchstraße, unserer Galaxie, fotografiert, "dank der internationalen Zusammenarbeit mit dem Event Horizon Telescope (Eht) und mit italienischen Beiträgen des Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf), des Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn), der Università Federico II von Neapel und der Universität von Cagliari", so Ansa.it

Schwarze Löcher sind schon seit Jahren ein wichtiges Thema in der modernen Physik. Wir wissen, dass es sich um "einen Ort im Weltraum handelt, an dem die Schwerkraft so stark anzieht, dass nicht einmal Licht entkommen kann. Die Schwerkraft ist so stark, weil die Materie auf einen winzigen Raum komprimiert wird. Das kann passieren, wenn ein Stern stirbt", heißt es in einem Artikel auf der Website der NASA.

Foto: Erstes Foto eines Schwarzen Lochs, 10. April 2019

Aber kommen wir nun zu den weißen Löchern, die viele Physiker als Zwillinge der schwarzen Löcher bezeichnen. Im Vergleich zu letzteren verhalten sie sich jedoch umgekehrt, d.h. wenn nichts aus einem schwarzen Loch entkommen kann, kann auch nichts in ein weißes Loch eindringen.

Zunächst einmal muss darauf hingewiesen werden, dass die Existenz von Weißen Löchern bisher nicht bestätigt wurde, außer in den mathematischen Berechnungen von Physikern. Zu den Befürwortern dieser Theorie gehören der Physikprofessor Hal Haggard vom Bard College und Carlo Rovelli (Foto), ein Physiker, Autor und Wissenschaftspublizist, der sich auf theoretische Physik spezialisiert hat.

Nach diesen mathematischen Berechnungen könnte man ein Weißes Loch als eine zeitliche Umkehrung eines Schwarzen Lochs beschreiben. Ein Beispiel, um zu verstehen, was im Inneren eines Weißen Lochs geschieht, wird uns von Rovelli selbst in seinem Buch "Weiße Löcher" (2023) vorgeschlagen. Darin fordert er uns auf, uns einen springenden Basketball vorzustellen, so als ob wir ihn auf einem Video sehen würden, aber anstatt zu sehen, wie der Ball in der Fallbewegung nach unten geht, sehen wir das Video in umgekehrter Richtung, wobei der Ball zurückkommt.

Wie Rovelli in dem oben erwähnten Buch schreibt, "verwandelt sich ein schwarzes Loch durch Quantentunnel im Inneren in ein weißes Loch, bleibt aber nach außen hin unverändert."

Foto: NASA

Nach dieser Theorie würde ein weißes Loch, wenn wir es von außen betrachten, genauso aussehen wie ein schwarzes Loch, so als wären das schwarze und das weiße Loch zwei Seiten derselben Münze.

Foto: Schwarzes Loch in der Milchstraße, 12. Mai 2022

Aber lassen Sie uns nun versuchen zu verstehen, wie ein schwarzes Loch weiß wird und was in seinem Inneren passiert, damit dies möglich wird. Erinnern wir uns zunächst daran, dass ein Schwarzes Loch entsteht, wenn ein Stern in sich selbst kollabiert, d.h. wenn er sich zusammenzieht und unter seinem eigenen Gewicht an dem Punkt kollabiert, der Schwarzes Loch genannt wird.

Foto: NASA

Während der Stern weiter in das Schwarze Loch hineinfällt, wird dieses nach der von Jagger und Rovelli entwickelten Theorie immer länger und enger, so als wäre es ein sehr langer Trichter. Dies steht in völliger Übereinstimmung mit den Einsteinschen Gleichungen und 'Je enger der Trichter, desto stärker die Verzerrung der Raumzeit' (aus dem Buch 'White Holes', Rovelli).

Bei einer so starken Verzerrung der Raumzeit wird ein Punkt kommen, an dem Einsteins Gleichungen nicht mehr funktionieren und wir die 'Planck-Skala' erreichen (eine Skala, bei der die Größenordnungen der Messungen sehr klein sind), bei der Quantenphänomene erwartet werden (die Quantenmechanik ist die Theorie, die das Verhalten subatomarer Teilchen beschreibt).

Foto: NASA

Würde man Einsteins Gleichungen befolgen, würde die Röhre immer dünner werden, bis sie zusammengedrückt wird und damit auch der Raum und die Zeit enden. Mit dem Einsetzen von Quantenphänomenen würde die Röhre jedoch nicht zusammengedrückt, sondern zurückfedern und ihre Form verändern, d.h. sich verkürzen und verbreitern und so zu einem weißen Loch werden.

Foto: NASA

Der Schlüssel liegt also in den Quantenphänomenen, dem Moment, in dem die Einsteinschen Gleichungen nicht mehr funktionieren. Und einer der Quanteneffekte, der nach der Theorie von Hagger und Rovelli der Umwandlung des schwarzen Lochs in ein weißes zugrunde liegt, ist der Quantentunnel.

Der Tunneleffekt in der Quantenmechanik besteht in der "Fähigkeit von Objekten, ansonsten undurchdringliche Barrieren zu überwinden". Wenn man an makroskopische Objekte denkt, wäre dieser Effekt natürlich unmöglich, während er in der Welt der Mikropartikel ein wahrscheinliches Phänomen ist.

"Das Innere des Schwarzen Lochs kann also die verbotene Zone durchqueren und durch einen Tunneleffekt auf die andere Seite gelangen". Dieser Sprung auf die andere Seite wäre die Raumzeit selbst, wobei der Raum als ein Netzwerk verstanden wird, das aus elementaren Raumkörnern (oder Knoten) oder Raumquanten besteht.

Und dann macht der Stern, der in das Schwarze Loch fällt, im Moment der maximalen Kompression durch den Tunneleffekt einen Sprung und prallt ab. Dieser Sprung wird durch die Schleifen-Theorie in ihrer kohärenten Formulierung beschrieben, die auch 'Spinfoam' genannt wird und deren Berechnungen noch im Gange sind.

Das Abprallen ist auch die Grundlage einer anderen Theorie über den Urknall, dem so genannten Big Bounce, wonach das heutige Universum das Ergebnis des Zusammenbruchs eines früheren Universums ist. Nachdem dieses die maximale Dichte erreicht hatte, prallte es zurück und begann sich auszudehnen, genau wie der Stern im Schwarzen Loch, den wir zuvor beschrieben haben.

Foto von WikiImages aus Pixabay

Weiße Löcher sind ein Thema, das erst in den letzten Jahren die Aufmerksamkeit der Physiker auf sich gezogen hat. Wie so oft ist nicht jeder in der wissenschaftlichen Gemeinschaft so überzeugt von ihrer Existenz, wie zum Beispiel der Astrophysiker Geraint Lewis.

Foto: NASA

Lewis erklärte in einem Interview mit Space.com, was weiße Löcher sind, aber auch, dass er "eine sehr kleine Hoffnung hat, dass weiße Löcher existieren können, aber tief in meinem Herzen denke ich, dass es vielleicht nicht so ist."

Foto: NASA

Rovelli und Hagger fänden es natürlich toll, wenn es weiße Löcher wirklich gäbe: Sie könnten auch der Schlüssel zum Verständnis sein, wie ein schwarzes Loch stirbt. Eine andere mögliche Theorie besagt, dass die berühmte dunkle Materie, die sich nur durch ihre Gravitationswirkung zeigt, ohne irgendeine Art von elektromagnetischer Strahlung auszusenden, aus vielen kleinen weißen Löchern bestehen könnte.

Foto: Schwarzes Loch in der Milchstraße, 12. Mai 2022

Wie bei den schwarzen Löchern müssen wir einfach abwarten, und vielleicht wird in nicht allzu ferner Zukunft auch die Existenz weißer Löcher bewiesen und unser Verständnis des wunderbaren Universums, dessen Teil wir sind, um ein weiteres Stück erweitert.

Foto: Deep Universe, James Webb Weltraumteleskop, NASA

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