Von Hans-Jörg Müllenmeister 

Seit der bahnbrechenden Theorien Einsteins faszinieren uns immer wieder neue Entdeckungen über das mysteriöse Innenleben der stellaren Schwarzen Löcher. Kürzlich entdeckten Forscher das massenreichste Objekt in unserer Milchstraße: Gaia BH3, ein kolossales Schwarzes Loch mit der 33-fachen Masse unserer Sonne. Dieses gigantische Objekt  befindet sich etwa 2000 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Adler. 

Doch wie das Innere dieses gigantischen Objekts wirklich aussieht, bleibt ein Rätsel. Alle Erkenntnisse beruhen auf theoretischen Annahmen. Unglaublich, aber wahr: Man schätzt, dass etwa 100 Millionen bis eine Milliarde dieser kosmischen Massen-Vielfraße durch unser Universum vagabundieren. Ihre Entdeckung und der Nachweis ihrer Existenz sind jedoch äußerst schwierig.

Neben den Schwarzen Löchern gibt es auch die hypothetischen Weißen Löcher. Beide Arten stammen aus der allgemeinen Relativitätstheorie, beide zeichnen sich durch extreme Gravitationsfelder aus. Was aber unterscheidet sie? Es ist die Richtung des Materie- und Energieflusses: Schwarze Löcher ziehen alles an, während Weiße Löcher alles abstoßen.

Grundsätzlich liegen diesen kosmischen spekulativen Phänomenen hochkomplexe mathematische Konzepte zugrunde, die ein tiefes Verständnis der allgemeinen Relativitätstheorie und Differential-Geometrie erfordern.

Ein interessanter Gedanke vorab: Nebenbei gesagt, in einem „Schwarzen Loch“ tut sich in der Vorstellung nichts Gravierendes. Hier herrscht nur eins: die immense Gravitation. Was wäre, wenn man das Schwarze Loch  treffender „Schwarzes Ereignis“ nennen würde? Schließlich spricht man auch im Zusammenhang mit einem Schwarzen Loch von seinem Ereignishorizont. 

Wie entstehen Schwarze Löcher – und Weiße Löcher? 

Schwarze Löcher entstehen, wenn massive Sterne am Ende ihres Lebenszyklus kollabieren. Die Gravitation wird so stark, dass nichts, nicht einmal Licht, entkommen kann.

Sie haben einen sogenannten Ereignishorizont, eine Grenze, jenseits derer nichts zurückkehren kann. Innerhalb dieses Horizonts wird die Materie auf einen Punkt unendlicher Dichte, die Singularität, komprimiert.

Es gibt verschiedene Arten von Schwarzen Löchern, darunter stellare Schwarze Löcher, supermassive Schwarze Löcher (in den Zentren von Galaxien) und primordiale Schwarze Löcher (hypothetische Überreste des Urknalls). Letztere haben sich möglicherweise im frühen Universum aus dem „Urbrei“ entwickelt (lat.: primordium, dt.: Anfang, Ursprung). 

Dagegen liegt die Herkunft Weißer Löcher im Dunklen des Alls. Nur die Mathematik hält sie für möglich. Sie widerspricht jedoch dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik, es sei denn, die Zeit läuft für sie rückwärts.

In der Schleifenquantengravitation ist das möglich, da die Raumzeit aus Schleifen besteht. Die Existenz Weißer Löcher könnte irgendwann durch bestimmte Gammablitze nachgewiesen werden. 

Der Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs 

Der Ereignishorizont ist eine Grenze, die sowohl die Grenzen unseres Wissens als auch die unserer Physik übersteigt.

Diese geheimnisvolle Grenze markiert den Punkt, an dem die Fluchtgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit erreicht. Das bedeutet, dass nichts, nicht einmal Licht, diesem Bereich entkommen kann. Die Gravitationskräfte in der Nähe des Ereignishorizonts sind extrem stark. Diese Kräfte können Objekte auseinander ziehen, ein Phänomen, das als “Spaghettifizierung” bekannt ist. 

In der Nähe des Ereignishorizonts verlangsamt sich die Zeit aufgrund der extremen Gravitation. Für einen entfernten Beobachter scheint es, als würde ein Objekt, das den Ereignishorizont erreicht, einfrieren und niemals hineinstürzen.

Innerhalb des Ereignishorizonts gelten die bekannten Gesetze der Physik nicht mehr in ihrer klassischen Form. Die Singularität im Zentrum eines Schwarzen Lochs, wo die Dichte gegen unendlich strebt, bleibt ein Rätsel.

Es gibt eine Debatte darüber, was mit der Information – dem Zustand der Materie – passiert, die in ein Schwarzes Loch fällt. Laut der Quantenmechanik sollte Information nicht verloren gehen, aber es ist unklar, wie dies mit den Eigenschaften eines Schwarzen Lochs vereinbar ist.

Das Konzept, dass Information in einem Schwarzen Loch für immer verschwindet, bezieht sich auf das sogenannte Informationsparadoxon. Dieses Paradoxon entsteht aus dem Konflikt zwischen der allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantenmechanik. 

Wieso entkommt das Licht nicht dem Schwarzen Loch? 

Licht hat keine Ruhemasse. Aber es besitzt Energie. Nach Einsteins berühmter Formel (E = m x c Quadrat) kann Energie als Masse betrachtet werden: Es hat auf Grund seiner Energie eine sogenannte relativistische Masse. 

Ein Schwarzes Loch ist eine ganz spezielle Raumzeit: Ihre Krümmung nimmt von außen nach innen immer mehr zu und wächst zum Zentrum des Loches gegen unendlich – das ist der Ort der Singularität. Ein Schwarzes Loch hat also eine so starke Gravitation, dass es den Raum um sich herum krümmt. Diese Krümmung beeinflusst selbst Lichtstrahlen, sollten sie in die Nähe des Schwarzen Lochs gelangen. Die gekrümmte Raumzeit des Schwarzen Loches fängt also das Licht ein und es kann nicht mehr entkommen.

Weiße Löcher 

Weiße Löcher sind theoretische Gegenstücke der Schwarzen Löcher. Während Schwarze Löcher Materie und Energie verschlingen, sollen Weiße Löcher diese ausstoßen. Sie haben ebenfalls einen Ereignishorizont, allerdings in umgekehrter Richtung – nichts kann in ein Weißes Loch eindringen. Materie und Energie können nur herauskommen. Bislang gibt es keine experimentellen Beweise für die Existenz von Weißen Löchern. Sie bleiben ein theoretisches Konzept, das aus den Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie abgeleitet wurde. In gewisser Weise kann man sich ein Weißes Loch als ein Schwarzes Loch vorstellen, das in der Zeit rückwärts läuft. Während ein Schwarzes Loch alles in seiner Nähe anzieht, würde ein Weißes Loch alles in seiner Nähe abstoßen. 

Das Wurmloch – die verbindende „Nabelschnur“ des Kosmos 

Dieses Konzept aus der Allgemeinen Relativitätstheorie wurde erstmals 1935 von Albert Einstein und Nathan Rose entwickelt, da hießen die heutigen sogenannten Wurmlöcher noch Einstein-Rosen-Brücken. Das sind theoretische Strukturen in der Raumzeit, die zwei weit entfernte Punkte im Kosmos miteinander verbinden könnten. Wir können uns das theoretische Konstrukt als ein Wurmloch vorstellen, wo sich ein Wurm durch einen Apfel frisst und so die eine Seite des Apfels mit der anderen verbindet.

Ein Wurmloch könnte sich als eine Art Tunnel zwischen zwei verschiedenen Punkten im Raum-Zeit-Kontinuum darstellen mit einem Schwarzen Loch als Eingang und einem Weißen Loch als Ausgang. Einige Theorien postulieren, dass “Wurmlöcher” sogar verschiedene Universen verbinden. 

Wenn es Wurmlöcher gäbe, wie könnte man sie experimentell nachweisen? 

Die Entdeckung eines Wurmlochs wäre eine hochgradige wissenschaftliche Sensation!

Durch präzise astronomische Beobachtungen ließe sich feststellen, ob ein Wurmloch das Licht von Sternen auf eine ungewöhnliche Weise ablenkt. Das Wurmloch könnte als eine Art “Gravitationslinse” wirken, die das Licht auf eine charakteristische Weise verzerrt. 

Wenn ein Wurmloch Materie oder Strahlung durchlässt, ließen sich Anomalien in der Bewegung von Sternen oder Gaswolken beobachten, insbesondere dann, wenn sie nicht durch andere bekannte astrophysikalische Phänomene erklärt werden können.

Einige Theorien postulieren, dass Wurmlöcher eine Art von Strahlung aussenden könnten, ähnlich der sogenannten Hawking-Strahlung, die von Schwarzen Löchern ausgeht. Diese Strahlung ließe sich mit speziellen Instrumenten nachweisen. 

Geburt und Periodizität unseres Universums 

Wir haben es vernommen: Das Konzept der kosmologischen Weißen Löcher gibt Materie und Energie ins Universum ab. Liegt es da nicht nahe anzunehmen, dass unser Universum selbst aus einem Weißen Loch entstanden sein könnte?

War ein „Weißes Ereignis“ die eigentliche Geburtsstätte des hypothetischen Urknalls, gespeist von der Energie eines „Ur-Schwarzen Ereignisses“? Diese Vorstellung eröffnet faszinierende Möglichkeiten, die Ursprünge unseres Universums neu zu überdenken. Vielleicht war der Urknall nicht das Ende, sondern der Anfang eines kosmischen Tanzes zwischen Schwarzen und Weißen Löchern, der das Universum, wie wir es kennen, ins Leben rief. 

Stellen wir uns vor, dass jedes „Schwarze Ereignis“ in unserem Universum ein Tor zu einem neuen Universum ist, das durch ein Weißes Loch geboren wird. Ein endloser Zyklus von Geburt und Tod, von Schöpfung und Zerstörung, der die unendliche Vielfalt des Kosmos hervorbringt. In diesem ewigen Kreislauf könnten wir vorübergehend nur ein kleiner Teil eines viel größeren, majestätischen Mosaiks sein, das sich über Dimensionen und Zeiten hinweg erstreckt:

Ein Kreislauf von Geburt und Wiedergeburt, von Licht und Dunkelheit, der das Universum in seiner unendlichen Vielfalt erschafft.