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HWS
Meister im Astrotreff

United Kingdom
615 Beiträge

Erstellt am: 27.12.2019 :  14:07:57 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Die Allgemeine Relativitätstheorie

Und damit sind wir bei dem allumfassenden Teil der Relativitätstheorie angelangt. Im Jahre 1915 veröffentlichte Einstein den zweiten Teil, den er die AllgemeineRelativitätsTheorie nannte, die ART. Gleichzeitig taufte er den ersten Teil um in die SpezielleRelativitätsTheorie, die SRT. Und wie die Namen schon besagen ist die SRT ein Spezialfall der ART, nämlich der Teil, in dem keine Kräfte wirken.

Schon 1907 begann er sich zu überlegen, was es eigentlich mit der Gravitation auf sich hatte. Er nannte das selber einen "Geistesblitz", nämlich, wenn man im freien Fall auf die Erde runterfällt, merkt man gar nichts von einer Kraft, man wäre schwerelos. Man würde dauernd beschleunigen, aber eine Kraft würde man erst verspüren, wenn man auf der Erde steht. Das beste Beispiel dafür wären unsere heutigen Astronauten, die ja sozusagen dauernd um die Erde herum fallen und frei im Raumschiff schweben -- für uns heute selbstverständlich, damals aber gar nicht.
Einstein beschrieb das selber so: "Ich war verblüfft. Dieser einfache Gedanke machte auf mich einen tiefen Eindruck. Er trieb mich in Richtung einer Theorie der Gravitation."

Das war ein ganz neues Denken, war doch die Gravitation seit Galilei/Newton eine högst reelle Kraft, die uns auf dem Erdboden festhielt und uns runter zog.
Und so postulierte er das sogenannte einsteinsche Äquivalenzprinzip, was besagt, daß man durch kein Experiment oder anhand keines physikalischen Gesetzes unterscheiden kann, ob man sich freischwebend im gravitationsfreien Raum oder im freien Fall in einem Schwerefeld befindet.

Die große Frage war, was ist eigentlich Gravitation? Ist das überhaupt eine Kraft?

Und jetzt wird es richtig schwer und eigentlich unbegreiflich.
Im Jahre 1905 war Henri Poincare der Erste, der den Zusammenhang zwischen Raum und Zeit erkannte - Zeit also als vierte Dimension. Diese Idee verfolgte er nicht weiter, war es doch eine unsinnige Idee damals und nicht einmal Einstein dachte in solchen Bahnen.
1907 präsentierte der Mathematiker Hermann Minkowski die gleiche Idee, indem er feststellte, daß die Arbeiten von Lorentz und Einstein, der übrigens ein ehemaliger Schüler von ihm war, nur mit Hilfe eines sogenannten Raum-Zeit-Kontinuums verstanden werden könnten. Das wird heute allgemein der Minkowski-Raum genannt und seine Arbeit untermauerte er sowohl mathematisch als auch geometrisch ziemlich anschaulich. Der "flache" Minkowski-Raum, oder auch die "flache" Raum-Zeit gilt ausschließlich für die SRT.
Dabei hat das Adjektiv "flach" in Anführungsstrichen seinen tieferen Grund, denn jetzt kommt das total unverständliche, nämlich die "gekrümmte" Raum-Zeit und das hat jetzt mit der ART zutun.

Einstein selber hatte anfangs überhaupt kein Verständnis für die Arbeit seines früheren Lehrers und sprach sogar von "überflüssiger Gelehrsamkeit". Erst 1912 nach langem Grübeln über die Eigenschaften der Schwerkraft wurden ihm die Vorzüge des Minkowski-Raumes klar.
Daß die Gravitation keine richtige Kraft wie ein Stoß oder die elektromagnetische Kraft sondern eine sogenannte Scheinkraft war, war ja klar. Man spürte nichts von ihr im freien Fall. Da war nichts, was schubste oder zog, so daß man eine Beschleunigung erfuhr. Und die erfährt man ja, die sogenannte Fallbeschleunigung, die man messen kann.
Einstein ging jetzt einen Schritt weiter und erkannte, daß Raum/Zeit und Materie/Energie unlöslich miteinander verbunden sein müssten. Gravitation ist ein geometrisches Phänomen verursacht dadurch, daß jegliche Form von Energie wie Masse, Strahlung oder Druck den Raum verzerren, was heute im Zusammenhang mit der ART die Raum-Zeit-Krümmung genannt wird.

Wie soll man denn sowas verstehen? Es gibt allerdings eine Analogie, die für ein bißchen Verständnis sorgen kann:
Wir nehmen an, die vierdimensionale, flache RaumZeit der SRT wäre eine glatte, zweidimensionale Fläche wie z.B. ein Blatt Papier, das auf dem Tisch liegt. Zwei Körper bewegen sich parallel zueinander auf dieser Fläche ohne weiteren Einflüssen ausgesetzt zu sein. Deren Bahnen - in der RaumZeit nennt man das Weltlinien - werden sich nie kreuzen, sondern immer parallel bleiben.
Jetzt sind ja nicht alle Flächen glatt und eben. Sie können gewellt sein oder in unserem Beispiel der Anschaulichkeit wegen eine Kugel bilden. Dann hätten wir eine gekrümmte Fläche entsprechend der gekrümmten RaumZeit. Wenn nun zwei Körper sich anfangs geradlinig und parallel zueinander auf der Kugeloberfläche bewegen, so werden sie schon direkt nach dem Start ein wenig zueinander abgelenkt, dann mehr und mehr bis sie sich in einem Punkt treffen. Das kann man aufzeichnen.
Auf der flachen Ebene wäre dazu eine Kraft nötig. Auf der gekrümmten Fläche der Kugel sorgt dagegen deren Geometrie dafür, daß die zwei anfangs parallelen Bahnen schneller und schneller in einem Punkt auf der Kugel zusammenfallen.

Und so ist es nun in der ART. Gravitation ist ein geometrisches Phänomen der RaumZeit. Wir wissen ja, daß die Gravitation im Quadrat zur Entfernung schwächer wird. Wenn jetzt ein Körper auf seiner freien, gleichförmigen Bahn von dem Gravitationsfeld einer großen Masse erfaßt wird, fängt sich also seine Bahn langsam an von ihrer alten Richtung abzuwenden auf den Massenmittelpunkt hin. Das geht schneller und schneller, die Bahn biegt mehr und mehr ab, nimmt doch jetzt die Gravitation im Quadrat zu. Ein Beobachter weit weg sieht, wie er beschleunigt eine schöne Kurve auf die große Masse hin beschreibt. Derjenige der mitfliegt merkt aber gar nichts davon. Er meint, er fliegt schnur geradeaus und weiter nichts. Und das bedeutet, daß er in der gekrümmten RaumZeit den kürzesten, gradesten Weg beschreibt. Diesen Weg nennt man in der Astrophysik Geodäten.

Jetzt muß er ja natürlich nicht unbedingt sein Leben durch eine Kollision mit der großen Masse beenden. Hat er eine ausreichend hohe Geschwindigkeit im Verhältnis zur Masse, so fliegt er nur in einem Bogen daran vorbei, wie das der gekrümmte Raum so vorschreibt. Wie oben schon mal erwähnt, hat der Astronaut, der die Erde umkreist, genau die Relativgeschwindigkeit zu ihr, daß die Bahn z.B. eine Kreisbahn ist.
Diese Einsicht hatte damals eine große Bedeutung. Von all dem konnte man ja nichts experimentell beweisen. Dessen war sich Einstein sehr bewußt. Da auch ein Lichtstrahl den kürzesten Weg durch die RaumZeit nehmen mußte, berechnete er mit Hilfe der ART die von der Erde aus beobachtbare Abweichung, die der Strahl auf dem Wege vorbei an der Sonne erfahren mußte und gab an, daß man das bei einer Sonnenfinsternis feststellen könnte.
Und siehe da: 1919 fand dieses Experiment statt und bestätigte hinreichend genau den von Einstein berechneten Wert. Man maß die Position eines Sterns, der eigentlich von der Sonne verdeckt war, dessen Licht aber abgebogen wurde, so daß der Stern doch sichtbar war, und verglich es mit der Position desselben Sternes bei Nacht. Das geht natürlich nur während einer Sonnenfinsternis, weil ja die Sonne Sternenlicht sonst überstrahlt. Mit Hilfe der beiden unterschiedlichen Meßwerte ließ sich dann die Abbiegung des Sternenlichts berechnen, was, wie gesagt, genau mit Einsteins theoretisch berechnetem Wert übereinstimmte.

Und damit sind wir jetzt beim Rechnen. Eine Theorie in der Physik ist ohne mathematische Grundlagen nicht viel wert. Und ein großes Mathematik Genie war Einstein ja nicht. Wie schon früher bei Lorentz suchte er 1912 Hilfe bei seinem Freund und früheren Kommilitonen Marcel Grossmann, der Mathematik Professor in Zürich war, was dann 1913 in einer Vorarbeit zur späteren ART resultierte, in der er den Physik Teil und Grossmann den Mathematik Teil beisteuerte.
Ende 1915 var Einstein dann fertig mit der ART: Gravitation ist die geometrische Eigenschaft der gekrümmten vierdimensionalen Raumzeit, mathematisch untermauert durch die einsteinschen Feldgleichungen, oder auch Gravitationsgleichungen genannt. Sie beschreiben die Wechselwirkungen zwischen Materie/Kräften und Raum und Zeit.
Die SRT ist ein Spezialfall der ART und ist nur gültig in sehr schwachen Gravitationsfeldern oder in sehr kleinen Raum/Zeit Abschnitten.
Gravitation hat wie die elektromagnetische Strahlung unendliche Reichweite und beide nehmen an Intensität mit dem Quadrat zur Entfernung ab.

Jetzt muß man sich mal überlegen, was man damals überhaupt vom Universum wußte. Daß die Milchstraße ein Sternensystem, war schon klar. Man hatte doch keine Erklärung für die nun zahlreichen Lichtflecken oder auch Nebel am Nachthimmel, die man mit den schon riesigen Linsen Teleskopen, die größer nicht mehr werden konnten, sah. Man spekulierte, daß das auch Sternansammlunngen sein könnten, aber Beweise gab es nicht. Das bekannte Universum schien aus unserer Milchstraße zu bestehen und vor allem nahm man an, daß es statisch war - unveränderlich. Das vertrug sich aber nicht mit Einsteins ART-Mathematik, weil die ein sich ausdehnendes oder zusammenziehendes Universum ergab. Deshalb führte er eine Hilfsvariabel ein, genau wie vorher einmal Planck mit seinem Wirkungsquantum h, nämlich die sogenannte kosmologische Konstante L, die, eingesetzt in die Gleichungen, das Universum unveränderlich machte.
Das bezeichnete er später als einen groben Fehler, mit eigenen Worten: seine "größte Eselei". Und der Grund dazu war der Bau neuer Spiegelteleskope. Wie schon erwähnt, ließen sich Linsenfernrohre nicht mehr größer machen und verglichen mit deren Kapazität waren die neuen Teleskope riesig: das Mount Wilson Teleskop z.B. mit einem Spiegeldurchmesser von 2,5 m wurde 1917 installiert. Und das resultierte direkt. Teile des mit bloßem Auge sichtbaren Andromedanebels konnten erstmals in Einzelsterne aufgelöst werden. Die Vermutung, daß diese milchigen Nebel Sternsysteme wie die Milchstraße waren, bestätigte sich und der bedeutende Astronom Edwin Hubble berechnete 1923 die Entfernung zur Andromedagalaxie zu ungefähr 900 000 Lichtjahren, also weit außerhalb unserer eigenen Galaxie liegend. Der richtige Wert berechnet sich heute auf 2 500 000 Lichtjahren.
Das war auch der Beweis, daß außer unserer Heimatgalaxie noch zahllose andere Galaxien existierten. Und 1927 postulierte Georges Lemaître als erster, daß das Weltall expandiert ganz in Einklang mit Einsteins ART, aber nun ohne kosmologische Konstante.

Als Albert Einstein 1905 seine Arbeit über das spezielle Relativitätsprinzip, die spätere SRT, veröffentlichte, lag das ja sozusagen in der Luft. Alles Wesentliche war schon da. Es brauchte eigentlich nur jemanden, der alles bekannte neu überdachte, beurteilte und zusammenfasste.
Als er aber 1913-1915 die ART vorstellte, war das grundsätzlich neu und mit unseren Alltagserfahrungen völlig unverständlich. Niemand hatte vorher auch nur den geringsten Gedanken in diese Richtung gehabt. Die folgenden Konsequenzen der ART für unser Verständnis des Allergrößten sind phantastisch.

Das Universum muß einen Anfang gehabt haben. Das kann man heute messen. Die sogenannte Hintergrundstrahlung ist die älteste Strahlung überhaupt, nach unten begrenzt von der Radiostrahlung und nach oben von Infrarot - die Mikrowellenstrahlung. Sie erfüllt heute das ganze Universum mit im Schnitt 400 Photonen per Kubikzentimeter Raum, was ungefähr einer Temperatur entspricht, die nur ca 2,7 Grad über dem absoluten Nullpunkt liegt. Sie kommt von überall her aus den riesigen Leerräumen, die sich zwischen den Galaxien befinden. Sie ist der stärkste Beweis für den berühmten "Urknall".

Noch nach ca 380 000 Jahren bestand das Universum aus einer dichten, heißen Suppe von Materie und Energie- sprich Protonen, Elektronen und Photonen - und alles wechselwirkte. Als dann ein kritischer Punkt der Expansion erreicht war, wurden plötzlich alle gerade befindlichen Photonen frei und konnten augenblicklich loslegen. Das Universum war durchsichtig geworden. Diese energiereichste Strahlung, die es jemals gab, ist dann im Laufe der Zeit durch die Expansion auseinander gezogen worden, sozusagen verdünnt worden. Sie ist die Strahlung mit der stärksten Rotverschiebung, die wir kennen, so daß sie heute nur noch ganz schwach detektiert werden kann - ungefähr derselbe Effekt, wie schon mal gehabt mit der Frequenz und dem Dopplereffekt.
Und wenn das Universum einen Anfang hatte und gleichzeitig expandiert, muß es ganz winzig gewesen sein, als es entstand. Das geht deutlich aus der ART hervor, auch wenn am Anfang nur quantenphysikalische Prozesse eine Rolle spielten. Erst später läßt sich mit der ART etwas anfangen. Die hat ja das Phänomen Gravitation im Griff und konnte dann sozusagen Ordnung in das quantenphysikalische Tohuwabohu bringen. Sie macht aus der schwächsten der vier Naturkräften die bedeutendste "Kraft", die heute das Universum regiert.

Jedes Materieteilchen, jedes Photon beeinflußt ja den Raum. Zwei Teilchen schon ein bißchen mehr und sie finden zueinander auf ihrem gradesten Wege durch den Raum. Mehrere Teilchen treffen nun schon leichter aufeinander. Mehr und mehr Materie, so weit vorhanden, findet ihren kürzesten Weg zu der nun langsam wachsenden und jetzt dominierenden Materiemasse. Die von ihr verursachte und immer stärker werdende Krümmung des Raumes um sie herum läßt dann den Hauptteil der vorhandenen Materie sich zu einem Stern konzentrieren.

Ein geringerer Teil der Ursprungsmaterie bewegt sich oft mit einer solchen Relativgeschwindigkeit, daß ihre Bahnen durch den gekrümmten Raum an der Hauptmasse vorbeiführen und um diese herum eine Materiescheibe bilden. Aus diesen Sternüberresten können sich dann auf die gleiche Weise, wie der Stern zustande kam, Planeten bilden.

Der Stern aber ist ein "schweres" Ding. Die Schwerkraft der angesammelten Materie drückt sie in seinem Inneren so dicht zusammen, daß riesige Mengen von Wasserstoffatomen, sprich Protonen, mit solcher Geschwindigkeit aufeinander prallen, daß sie ihre abstoßenden elektrischen Kräfte überwinden, ihre Kernkräfte überhand nehmen und sie fusionieren können. Dabei werden die nötigen, enormen Energiemengen frei, die einem weiteren Zusammendrücken entgegenwirken, und der Stern stabilisiert sich und strahlt überflüssige Energie ab wie unsere Sonne.
Irgendwann mal ist aber das Fusionsmaterial verbraucht. Was passiert dann? Wenn der Stern genug Masse hat einsammeln können, z.B. wie die Sonne, endet er als weißer Zwerg, das will sagen, vielleicht 300 000 Erdmassen auf ungefähr Erdgröße komprimiert. Auf dessen Oberfläche wären wir Millionen Kilogramm schwer.

Was die Gravitation alles kann!
Sie kann aber noch viel mehr. Ist der Stern ungefähr 1,4 mal schwerer als die Sonne, werden alle Elektronen in die Protonen gedrückt und er besteht nur noch aus zusammengepackten Neutronen. Was übrig ist, ist ein Neutronenstern von ungefähr 20 km Durchmesser. So einen Stern könnte man auch Universums größtes Atom nennen. Er besteht aber immerhin noch aus richtiger Materie.

Das alles läßt sich aus der ART herleiten und ist vielleicht noch verständlich. Jetzt gehen aber die Erkenntnisse der ART weiter. Was passiert mit einem Stern, der nach seinem aktiven Ende noch mehr als 2,5 Sonnenmassen schwer ist? Der verschwindet einfach und das muß man so verstehen, daß in dem Fall der Gravitation nun nichts mehr Halt gebieten kann. Die Materie fällt in sich zusammen und endet in einem Punkt ohne Ausdehnung, was die Physiker eine Singularität nennen. Eine Singularität in dem Zusammenhang ist der Mittelpunkt in dem, was wir heute ein Schwarzes Loch ( SL ) nennen.

Ein SL hat eine Ausdehnung im Raum, wenn auch sehr klein, und es macht sich durchaus bemerkbar auf Grund seiner enormen Gravitation. Man kann es auch einen Himmelskörper nennen, allerdings unsichtbar - unsichtbar deswegen, weil es den Raum um sich herum total krümmt, so daß sogar Licht nicht mehr entkommen kann.

Schwärzer geht nicht.

Die einzigen "Signale", die wir von einem SL bekommen können, sind seine Wechselwirkungen mit der Umwelt. Und die sind gewaltig. Man hat heute festgestellt, daß die meisten Galaxien ein SL in ihrem Kerngebiet beherbergen. Und die Massen sind enorm: z.B. von einigen Millionen Sonnenmassen wie in unserer Milchstraße bis zu mehreren Milliarden in anderen Galaxien.

Von all dem wußte man damals nichts. Man hatte keine Ahnung vom Neutron, man wußte nicht, wie die Sterne ihre Energie produzieren. Man hatte allerdings einen Stern entdeckt, den Begleiter des Sirius, der schwer wie die Sonne war, der aber 360 mal schwächer leuchtete. Er war so groß wie die Erde und seine Masse mußte deshalb enorm komprimiert - dicht - sein. Man nannte ihn einen weißen Zwerg.
1924 stellte der Physiker Eddington, der auch das Experiment 1919 der Lichtabbeugung durch die Sonne durchgeführt hatte, die ganz richtige Hypothese auf, daß der gewaltige Gravitationsdruck die Elektronen von ihren Atomen loslöst und deshalb die Protonen der Atome sich zusammenballen könnten, weil sie ja die Hauptmasse ausmachten. Zum Schluß könnten dann die Elektronen nirgendwo mehr hin und deren sogenannter quantenphysikalischer Entartungsdruck ( feiner Ausdruck, in der Sternenwelt aber höchst reell ) würde den Materiekollaps aufhalten. Er selber hielt nicht viel von der Idee, es war aber eine Erklärung, wie dieser rätselhafte Himmelskörper zustande gekommen sein könnte.

Damit war aber nicht Schluß. Der indische Physikstudent Chandrasekhar machte sich 1930 ans Rechnen. Er fragte sich, wie groß kann ein weißer Zwerg eigentlich werden? Und seine Grundüberlegung war folgende: Ein weißer Zwerg ist elektrisch neutral -- also muß er genau so viel Elektronen wie Protonen haben. Und mit Hilfe seiner Quantenphysikkenntnisse rechnete er aus, daß so ein Stern nicht schwerer als 1,4 mal die Sonne werden könnte.

Aber was dann, wenn darüber?

Seit 1920 vermutete man, daß es außer dem Proton und den Elektronen noch einen dritten Baustein für die Atome geben muß. Dieser wurde 1932 entdeckt und bekam endgültig den Namen Neutron, weil er elektrisch neutral war. Jetzt erst verstand man den Aufbau der Atome. Das Neutron ist kurzlebig. Es kann frei nur wenig länger als 10 Minuten existieren. Das bedeutet, daß es sozusagen "hergestellt" werden muß und das wird es auch, wenn nämlich z.B. die enormen Kräfte einer Sternexplosion Elektronen in Protonen hineindrücken, wobei ganz logisch plus und minus sich aufheben. Es ist aber auch ganz logisch, daß sowas nicht all zu lange zusammenhält, außer wenn die Explosion das Neutron auch noch in einen Atomkern gepreßt hat, so wie das auch im Sterninneren bei der Fusion geschieht.

Mit der Entdeckung des Neutrons war dann der Schritt nicht mehr weit sich vorzustellen, was passiert, wenn anstelle von Sternexplosionen oder Fusion die Gravitation tritt.
Und dann sind wir wieder bei dem weißen Zwerg und seinen maximal 1,4 Sonnenmassen. Er hatte ja die gleiche Anzahl Protonen wie Elektronen und weil die Gravitation alles kann, wenn sie nur groß genug wird, bleibt nur noch der räumlich winzige, schon oben beschriebene ca 20 km große Neutronenstern übrig, wenn Protonen und Elektronen im Kollaps zusammengedrückt werden. Elektronen können damit in dem Sternüberrest nicht mehr existieren auf Grund des übermächtigen Gravitationsdruckes und damit fällt der schöne "Entartungsdruck" weg.

Heute kennen wir ca 2000 solcher Himmelskörper und wir wissen auch, daß Sterne 200 mal und mehr schwerer als unsere Sonne sein können, die sogenannten Riesen und Überriesen. Damals war sowas aber nur Theorie. Der Erste, der, neben Einstein mit seiner Lichtabweichung, eine realistische Lösung der Gravitationsgleichungen durchrechnete, war der Astronom Karl Schwarzschild. Damit konnte er die bisher genauesten Umlaufbahnen von Planeten bestimmen. Bei einem ganz bestimmten Radius vom Mittelpunkt der Zentralmasse war aber Schluß -- der sogenannte "Schwarzschildradius". Zwingt man z.B. die gesamte Sonnenmasse innerhalb ihres Schwarzschildradius, bricht die Physik zusammen. Die Berechnungen des Schwarzschildradius für die Sonne ergaben ca 3 km und für die Erde einen knappen Zentimeter.
Schwarzschild selber kümmerte das nicht sonderlich. Niemand konnte sich die Sonne in einer Kugel von ca 6 km Durchmesser vorstellen.

Die Sonne als weißer Zwerg mit Erddurchmesser war aber realistisch. Und in den 30:iger Jahren war ein Neutronenstern theoretisch denkbar: die Sonne nur noch 20 km groß, müßte aber mehr als 1,4 mal schwerer sein. Gar nicht mehr so weit von den 6 km Durchmesser.

Da mußte wieder das Rechnen her. Und siehe da, 1939 veröffentlichte der "Vater" der Atombombe, Robert Oppenheimer zusammen mit einigen seiner Studenten eine Arbeit, in der sie aufzeigten, daß die Gravitationsgleichungen der ART den Gravitationskollaps eines Sterns ungefähr 3 mal so schwer wie unsere Sonne voraussagen. Und das bedeutet: die gesamte , restierende Sternmaterie verschwindet innerhalb des Schwarzschildradius, wo Raum und Zeit aufhören zu existieren und die Materie sich in einem Punkt ohne Ausdehnung sammelt und sich nur noch durch ihre Gravitation bemerkbar machen kann -- eine mathematische Singularität. Der Name Schwarzes Loch oder SL etablierte sich erst viel später.
Bei diesem Prozess geht es immer nur um den Kern des sterbenden, sozusagen ausgebrannten Sternes, nämlich das was übrig bleibt, wenn der Stern endgültig sein Schlußstadium erreicht hat. Ein Stern muß von Anfang an schon mindestens 40 Sonnenmassen schwer gewesen sein, um als SL zu enden, denn der überwiegende Teil seiner Masse wird nämlich wieder ins All abgegeben, einmal in Form von Strahlung und zum anderen in Form der Fusionsprodukte, die unsere Elemente ausmachen, wenn der Stern explodiert.

Heute sind SL eine Selbstverständlichkeit in der Astrophysik. Damals war das nur Theorie. Man nannte sie " eingefrorene Sterne ", und das hatte seinen Grund. Die Konsequenzen sind nämlich wieder einmal unbegreiflich: ein Beobachter sieht einen zweiten im freien Fall sich dem SL nähern. Trotz daß dieser beschleunigt und zügig auf das SL zusteuert, sieht der Beobachter, daß alles langsamer und langsamer vor sich geht, je näher der Andere dem SL kommt. Die Lichtsignale erreichen ihn mehr und mehr auseinander gezogen, sie werden rotverschoben, die Uhren gehen langsamer. Genau das geschieht, wenn der frei fallende den Schwarzschildradius, den man übrigens auch den Ereignishorizont nennt, erreicht und der Beobachter sieht, daß dessen Uhren stehen bleiben -- dessen Zeit steht still. Der Beobachter wird nie sehen, daß der andere verschwindet. Daher der Ausdruck: eingefroren.
Der Andere, der frei fallende, er erlebt aber was ganz anderes. Er fällt einfach weiter durch den Ereignishorizont hindurch auf den Mittelpunkt des SL zu.
Rein praktisch bedeutet das, wie schon mal erwähnt, im Schwerefeld gehen die Uhren langsamer -- heute alles experimentell nachgewiesen, und am Ereignishorizont eines Masseobjektes und innerhalb bleiben sie stehen. Keine Zeit mehr, keine Raum mehr, ein Loch in dem Raume, den wir kennen.

Einstein selber, dessen SRT und ART unser Verständnis des Allergrößten geöffnet haben, und der grundlegende Beiträge für das Allerkleinste, die Quantenphysik, geliefert hat, lehnte konsequent viele der praktischen Folgen der neuen Physik ab. Die Feldgleichungen seiner ART hielt er für unvollständig und Schwarzschildsingulariteten, schwarze Löcher oder gefrorene Sterne, waren ihm ein Gräuel. Noch vor Oppenheimers oben erwähnter Arbeit, veröffentlichte er 1939 in sich schlüssige Berechnungen, die ein SL unmöglich machen sollten. Er schrieb selber: "Das wesentliche Resultat dieser Untersuchung ist ein klares Verständnis, warum 'Schwarzschild-Singularitäten' in der physikalischen Realität nicht existieren."

Die Wirklichkeit kümmert sich aber nicht darum, denn der Schwarzschildradius ist keine Barriere, die etwas aufhalten kann oder Widerstand leisten kann. Er ist nichts anderes als eine mit Hilfe der ART errechnete Größe, die jeder Massenansammlung zugeordnet werden kann und die den Raum abgrenzt, wenn sich diese Masse innerhalb des Radius befindet. Und dabei spielt es gar keine Rolle, wie diese Masse da hinein gekommen ist. Photonen außerhalb fliegen abgebeugt an ihm vorbei. Photonen auf dem Radius fliegen um ihn herum und Photonen innerhalb -- ja, was machen die denn? Die machen genau das, was andere Materiepartikel auch machen. Sie fliegen weiter auf das Zentrum zu und verschwinden in der Singularität. Nichts kann von innerhalb des Schwarzschildradius nach außen gelangen. Deshalb, wie schon mal gesagt: schwärzer geht nicht.

Weitere Konsequenzen der ART sind Gravitationswellen und Gravitationslinsen. Die ersteren breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus und entstehen, wenn Massen beschleunigt werden. Man braucht sich ja nur mal vorzustellen, daß zwei Neutronensterne kollidieren und zu einem SL zusammensacken. Oder zwei SL verschmelzen. Das hat enorme Auswirkungen auf den Raum. Aber auch das kleinste Materieteilchen für sich beeinflußt den Raum, wenn auch nur winzig und nicht meßbar aber berechenbar.

Und eine Gravitationslinse funktioniert ungefähr wie eine Glaslinse. Das Licht eines Objektes wird von einer davor in Sichtlinie liegenden Masse abgebogen und fokussiert. Rein praktisch bedeutet das, daß das eigentlich verdeckte Objekt gesehen werden kann und außerdem noch eine ganze Menge mehr Licht von ihm uns erreicht, als wenn es nicht verdeckt gewesen wäre. Im Prinzip derselbe Effekt wie bei dem Sonnenfinsternisexperiment 1919, das die erste Bestätigung für die Gültigkeit der ART lieferte, wie schon erwähnt, die Lichtabbeugung durch die Sonne.
Das heute spektakulärste Beispiel für Gravitationslinsen ist die Entdeckung und Abbildung eines einzelnen Sternes mit dem Namen Ikarus, ein blauer Überriese, der sein Licht vor ca 9 Milliarden Jahren ausgesandt hatte. Dessen Licht wird erst einmal durch eine vorliegende Galaxie fokussiert. Das reichte aber nicht und der Stern war 2013 noch nicht sichtbar. 2016 schob sich noch ein massereicher Stern genau vor die Sichtlinie und der Überriese, der mehrere 100 000 mal heller leuchtete als unsere Sonne, wurde sichtbar, weil jetzt die gesamte Lichtverstärkung ca 2000 mal betrug.

Die bedeutendste Konsequenz der ART ist aber die Erkenntnis, daß unser Universum einen Anfang gehabt haben muß. Und dabei spielt die Quantenphysik eine entscheidende Rolle.
Die beiden Grundpfeiler der modernen Physik vertragen sich eigentlich bis heute nicht so gut, doch in diesem Anfang treffen sie sich. Albert Einstein hat Zeit seines Lebens vergebens eine gemeingültige Weltformel gesucht und man sucht heute noch.

HWS

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