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 Kräuselungen im Raum, sogenannte Gravitationswellen. Detektoren auf der Erde können diese Signale auffangen und Wissenschaftlern so helfen, das Universum besser zu verstehen. – Foto: Maggie Chiang/Simons Foundation

Schwarze Löcher, „kosmische Monster“ mit einer so starken Gravitationskraft, dass selbst Licht ihnen nicht entkommen kann, sind seit langem ein faszinierendes Thema für Wissenschaftler.

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

Gravitationswellen: Der Schlüssel zur Erforschung Schwarzer Löcher

Im Jahr 2015 registrierte das LIGO Gravitationswellenobservatorium (USA) erstmals Gravitationswellen – Kräuselungen in Raum und Zeit, die durch die Kollision zweier Schwarzer Löcher im fernen Universum entstehen. Diese Entdeckung wurde als „Eröffnung eines neuen Sinnes“ zur Beobachtung des Universums bezeichnet und bot zudem die Möglichkeit, Theorien über Schwarze Löcher direkt zu überprüfen.

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

Eine davon ist Einsteins Kerr-Theorie . Laut der allgemeinen Relativitätstheorie lassen sich Schwarze Löcher nur durch zwei grundlegende Eigenschaften beschreiben: Masse und Spin. Alle anderen Eigenschaften „verschwinden“ beim Fallen in ein Schwarzes Loch, bekannt als das „No-Hair-Theorem“.

Zweitens gibt es Hawkings Flächensatz . Stephen Hawking sagte 1971 voraus, dass die Fläche des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs, also die Grenze, aus der nichts entkommen kann, im Laufe der Zeit nur gleich bleiben oder zunehmen kann, niemals aber abnehmen.

Dies wird als ein Prinzip angesehen, 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 registrierten das bisher detaillierteste Gravitationswellensignal, das von der Kollision zweier Schwarzer Löcher (Ereignis GW250114) stammt. Dabei entstand ein gigantisches 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 sowohl vor als auch nach der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher zu erhalten. Aus diesen Daten konnten sie gleichzeitig zwei Hypothesen bestätigen:

Schwarze Löcher werden tatsächlich präzise durch Masse und Spin beschrieben, genau wie es Einsteins allgemeine Relativitätstheorie vorhergesagt hat.

Die Fläche des Ereignishorizonts vergrößert sich erst nach der Verschmelzung gemäß dem Flächensatz von Hawking.

Einstein (rechts) und Hawking (links) hatten zutreffende Einschätzungen der Natur Schwarzer Löcher – Foto: MashableIndia

Von schwarzen Löchern bis zur Natur des Universums

Der Beweis des Hawking-Theorems offenbart eine verblüffende Parallele zwischen Schwarzen Löchern und der Thermodynamik. Anders ausgedrückt: Das Wachstum der Fläche eines Schwarzen Lochs ähnelt einer Zunahme der Entropie, was darauf hindeutet, dass Schwarze Löcher ein „mathematisches Fenster“ zu unserem Verständnis der Natur von Raum und Zeit sowie des größten Vorhabens der modernen Physik darstellen könnten: 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, ein 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 der Laser-Interferometer-Weltraumantenne, der sich derzeit im Bau befindet, verspricht, Schwingungen von supermassereichen Schwarzen Löchern im Zentrum von Galaxien aufzufangen.

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

Schwarze Löcher, die einst nur in Wissenschaftsbüchern existierten, werden allmählich vor den Augen der Astronomen zu "realen" Gebilden, 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