Gravitationswellennachweis bestätigt Einsteins und Hawkings „Prophezeiung“ über Schwarze Löcher

Wissenschaftler haben gerade das detaillierteste Gravitationswellensignal einer Kollision Schwarzer Löcher aufgezeichnet und damit erstmals die Richtigkeit zweier wichtiger Vorhersagen von Einstein und Hawking über Schwarze Löcher bestätigt.

Wenn zwei Schwarze Löcher verschmelzen, erzeugen sie im Weltraum sogenannte Gravitationswellen. Detektoren auf der Erde können diese Signale „auffangen“ und Wissenschaftlern helfen, das Universum besser zu verstehen – Foto: Maggie Chiang/Simons Foundation

Schwarze Löcher, „kosmische Monster“ mit so starken Gravitationskräften, dass nicht einmal Licht entkommen kann, sind für Wissenschaftler schon lange ein faszinierendes Thema.

Obwohl sie bereits vor über einem Jahrhundert in den theoretischen Arbeiten Albert Einsteins auftauchten und im 20. Jahrhundert von Stephen Hawking eingehend untersucht wurden, sind Schwarze Löcher aufgrund ihrer „unsichtbaren“ Natur nach wie vor das unzugänglichste Thema im Universum.

Gravitationswellen: Der Schlüssel zur Erforschung schwarzer Löcher

Im Jahr 2015 zeichnete das LIGO Gravitational Wave Observatory (USA) erstmals Gravitationswellen auf. Diese Wellen in Raum und Zeit werden durch die Kollision zweier Schwarzer Löcher in großer Entfernung im Universum verursacht. Diese Entdeckung eröffnete der Beobachtung des Universums neue Möglichkeiten und ermöglichte die direkte Überprüfung von Theorien über Schwarze Löcher.

Allerdings sind die ersten Daten nicht detailliert genug, um zwei wichtige Vorhersagen zu bestätigen.

Eine davon ist Einsteins Kerr-Theorie . Gemäß der Allgemeinen Relativitätstheorie können Schwarze Löcher nur durch zwei grundlegende Eigenschaften beschrieben werden: Masse und Spin. Alle anderen Eigenschaften „verschwinden“, wenn sie in ein Schwarzes Loch fallen. Dies ist als „No-Hair-Theorem“ bekannt.

Zweitens gibt es den Flächensatz von Hawking. Stephen Hawking sagte 1971 voraus, dass die Fläche des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs – die Grenze, aus der nichts entkommen kann – mit der Zeit nur gleich bleiben oder zunehmen kann, niemals jedoch abnehmen kann.

Dies wird als ein Prinzip betrachtet, das dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik ähnelt, der besagt, dass die Entropie (der Grad der Unordnung) des Universums immer zunimmt.

Durchbruch nach einem Jahrzehnt

Laut Sciencedaily veröffentlichte die internationale LIGO-Virgo-KAGRA-Kollaboration kürzlich neue Forschungsergebnisse in der Fachzeitschrift Physical Review Letters . Sie zeichneten das detaillierteste Gravitationswellensignal aller Zeiten auf, das von der Kollision zweier Schwarzer Löcher (Ereignis GW250114) stammt. Dabei entstand ein riesiges Schwarzes Loch mit der 63-fachen Masse der Sonne, das sich bis zu 100 Mal pro Sekunde dreht.

Dank modernster Technologie ist es Wissenschaftlern erstmals gelungen, ein vollständiges Bild der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher vor und nach der Verschmelzung zu erhalten. Anhand dieser Daten konnten sie zwei Hypothesen gleichzeitig bestätigen:

Schwarze Löcher werden tatsächlich präzise durch Masse und Spin beschrieben, genau wie es Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie vorhersagt.

Die Fläche des Ereignishorizonts vergrößert sich erst nach der Verschmelzung, gemäß Hawkings Flächensatz.

Einstein (rechts) und Hawking (links) hatten genaue Einschätzungen zur Natur schwarzer Löcher – Foto: MashableIndia

Von schwarzen Löchern zur Natur des Universums

Der Beweis von Hawkings Theorem offenbart eine verblüffende Ähnlichkeit zwischen Schwarzen Löchern und der Thermodynamik. Anders ausgedrückt: Das Wachstum der Fläche eines Schwarzen Lochs ist vergleichbar mit einer Zunahme der Entropie. Schwarze Löcher könnten daher ein „mathematisches Fenster“ zu unserem Verständnis der Natur von Raum, Zeit und dem größten Ziel der modernen Physik sein: der Vereinigung von Allgemeiner Relativitätstheorie und Quantenmechanik zu einer Theorie der Quantengravitation.

„Dies ist der bisher deutlichste Beweis dafür, dass Schwarze Löcher im Universum tatsächlich Einsteins Theorie entsprechen“, sagte Maximiliano Isi, Mitglied des Forschungsteams. „Die Tatsache, dass die Fläche eines Schwarzen Lochs demselben Gesetz wie die Entropie gehorcht, hat tiefgreifende Auswirkungen auf die Natur des Universums.“

Im nächsten Jahrzehnt werden Gravitationswellendetektoren zehnmal empfindlicher sein als heute. Ein Nachfolger des Laser Interferometer Space Antenna-Teleskops ist im Bau und verspricht, Schwingungen von supermassiven Schwarzen Löchern im Zentrum unserer Galaxien aufzuzeichnen.

Mehr als 100 Jahre nachdem Einstein mit mathematischen Gleichungen Schwarze Löcher vorhergesagt hat und mehr als ein halbes Jahrhundert nachdem Hawking sie theoretisch bewiesen hat, hat die Menschheit nun begonnen, die Signale, die ihre Annahme bestätigen, direkt zu „hören“ und „sehen“.

Schwarze Löcher, die einst nur in wissenschaftlichen Büchern existierten, werden vor den Augen der Astronomen allmählich zu „realen“ Objekten, und jedes aufgezeichnete Gravitationswellensignal ist ein Schritt nach vorn, der den Menschen hilft, das geheimnisvolle Universum, in dem wir leben, besser zu verstehen.

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MINH HAI

Quelle: https://tuoitre.vn/phat-hien-song-hap-dan-xac-nhan-tien-tri-cua-einstein-va-hawking-ve-ho-den-20250913075131812.htm