Der Nachweis von Gravitationswellen bestätigt Einsteins und Hawkings „Prophezeiung“ über Schwarze Löcher

Wissenschaftler haben soeben das bisher detaillierteste Gravitationswellensignal einer Kollision zweier Schwarzer Löcher aufgezeichnet und damit erstmals zwei wichtige 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, diese „kosmischen Monster“ mit einer so immensen 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 zum Verständnis Schwarzer Löcher.

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

Allerdings sind die Ausgangsdaten nicht detailliert genug, um diese beiden zentralen Vorhersagen zu bestätigen.

Eine davon ist Einsteins Kerr-Theorie . Laut der allgemeinen Relativitätstheorie lassen sich Schwarze Löcher nur durch zwei fundamentale Eigenschaften beschreiben: Masse und Spin. Alle anderen Eigenschaften „verschwinden“ beim Fallen in ein Schwarzes Loch – ein Phänomen, das als „Haarlosigkeitstheorem“ bekannt ist.

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

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.

Ein Durchbruch nach einem Jahrzehnt

Laut Sciencedaily hat die internationale LIGO-Virgo-KAGRA-Kollaboration kürzlich neue Forschungsergebnisse in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht. Sie haben die bisher detailliertesten Gravitationswellensignale aufgezeichnet, die von der Kollision zweier Schwarzer Löcher (Ereignis GW250114) stammen. Dabei entstand ein supermassereiches Schwarzes Loch mit der 63-fachen Masse der Sonne und einer Rotationsgeschwindigkeit von 100 Umdrehungen pro Sekunde.

Dank bahnbrechender technologischer Fortschritte ist es Wissenschaftlern erstmals gelungen, ein vollständiges Bild der Ereignisse vor und nach der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher zu gewinnen. Aus diesen Daten konnten sie gleichzeitig zwei Hypothesen bestätigen:

Schwarze Löcher werden genau durch ihre Masse und Rotation beschrieben, wie es Einsteins allgemeine Relativitätstheorie vorhersagt.

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

Einstein (rechts) und Hawking (links) machten präzise Beobachtungen über die 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 Oberfläche eines Schwarzen Lochs ähnelt der Zunahme der Entropie. Dies impliziert, dass Schwarze Löcher ein „mathematisches Fenster“ darstellen könnten, das uns ein tieferes Verständnis der Natur von Raum und Zeit ermöglicht und sogar die größte Herausforderung der modernen Physik meisterhaft umsetzt: die Vereinigung von allgemeiner Relativitätstheorie und Quantenmechanik zur Quantengravitation.

Maximiliano Isi, ein Mitglied des Forschungsteams, erklärte: „Dies ist der bisher deutlichste Beweis dafür, dass Schwarze Löcher im Weltraum tatsächlich dem ähneln, was Einstein in seiner Theorie beschrieben hat. Die Tatsache, dass die Oberfläche eines Schwarzen Lochs einem ähnlichen Entropiemuster folgt, hat sehr tiefgreifende Auswirkungen auf die Natur des Universums.“

Im Laufe des nächsten Jahrzehnts werden Gravitationswellendetektoren zehnmal empfindlicher sein als heute. Das Nachfolgeprojekt der Laser-Interferometer-Weltraumantenne befindet sich im Bau und verspricht, Schwingungen von supermassereichen Schwarzen Löchern im Zentrum von Galaxien aufzufangen.

Mehr als 100 Jahre nachdem Einstein Schwarze Löcher mithilfe mathematischer 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 bisher nur in Wissenschaftsbüchern existierten, werden vor den Augen der Astronomen allmählich zu einer "realen" Entität, und jedes aufgezeichnete Gravitationswellensignal ist ein Schritt nach vorn, der der Menschheit 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