Kosmologie für Fußgänger

Schwarze Löcher im Universum geben – und jedes ist ein Rätsel, ein Mysterium, weil wir eigentlich nur darüber spekulieren können, was sich jenseits des Vorhangs, innerhalb des Schwarzschild-Radius, abspielt. Diese Dinger gehören nicht mehr zu unserem Universum. Begriffe wie Zeit, Raum, Ursache und Wirkung lassen sich hier nicht mehr festmachen – oder doch? Kann man irgendetwas Intelligentes über die möglichen Eigenschaften von Schwarzen Löchern herausfinden? Und nicht vergessen: Warum ist nicht die ganze Materie längst in Schwarzen Löchern verschwunden?

Was passiert in einem Schwarzen Loch?
    Wie soll man über etwas schreiben, das sich uns gar nicht zeigen kann, weil die Gesetze des Universums es nicht erlauben? Ein Schwarzes Loch ist das Reich der Schwerkraft, sie ist die einzige noch verbliebene Kraft. Was passiert in einer solchen Welt, in der eine Kraft wirkt, die nur anziehend ist? Erinnern wir uns, wie die Gravitationskraft seit Isaac Newton mathematisch beschrieben wird: Die Kraft ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen den sich anziehenden Massen. Was passiert aber, wenn der Abstand der Massen immer geringer wird und, mathematisch gesprochen, sich zu null reduziert, wenn die Gravitationskraft eine Masse auf einen Punkt zusammengepresst hat? Nach dem klassischen Gesetz würde die Schwerkraft unendlich groß. Doch es gibt keine unendlich großen Kräfte, weil sie eine unendliche Energiequelle erfordern. Und die ist nicht vorhanden. Also, Theorien, deren Gleichungen solche Punkte mit Unendlichkeiten liefern – man nennt solche Punkte Singularitäten -, können nicht stimmen. Mit ihnen gibt es immer Schwierigkeiten, denn eine Singularität wird gewöhnlich als ein Zeichen dafür angesehen, dass die Physiker und nicht die Natur einen Fehler begangen haben. Tja, nun haben wir also mit einem Schwarzen Loch ein Problem: eine Singularität. Kann nicht sein, was nicht sein darf? Oder ist die klassische Newton’sche Theorie der Schwerkraft nicht richtig, will man Schwarze Löcher verstehen? Was spielt sich denn da ab?
    Tauchen wir für einen Moment in die Allgemeine Relativitätstheorie ein und schauen uns an, was dort Massen und Schwerkraft miteinander zu tun haben. Die Massen krümmen den Raum, die Krümmung des Raumes wiederum zwingt andere Massen dazu, ihre Bewegung zu verändern. Während bei Newton die Schwerkraft die verschiedenen Massen bewegt, die Planeten um die Sonne festhält, den Mond an die Erde bindet, findet in der Allgemeinen Relativitätstheorie alles seine Erklärung durch die Krümmung des Raumes. Versuchen wir es an einem Beispiel zu erklären: Zwei Zuschauer im fünften Stock eines Hauses sehen beim Blick aus dem Fenster auf dem Hof Kinder mit Glasmurmeln spielen. Ziel des Spiels ist, mit möglichst wenigen Anstoßversuchen die Murmeln in ein Loch zu schießen. Das Problem für die spielenden Kinder besteht nur darin, dass die Glasmurmeln sich nicht auf geraden Bahnen zum Loch bewegen, sondern ziemlich krumme Wege nehmen. Der Beobachter, den wir Isaac nennen wollen, vermutet Kräfte, die die Murmeln vom geraden Weg ablenken. Vielleicht sind sie ja magnetisch, und die anderen Kinder haben Magnete in ihren Taschen und lenken so die Kugeln ab. Der andere, nennen wir ihn Albert, geht die fünf Stockwerke hinunter und schaut im Hof nach. Er sieht, der Boden ist überhaupt nicht eben, sondern hat Beulen und Täler. Deshalb rollen die Glaskugeln nicht auf geraden Bahnen, sondern auf krummen Wegen. Die Krümmung des Untergrunds ist für die Bewegungen der Glasmurmeln verantwortlich.
    Klar, der Erste sieht die Bewegung wie Newton, er nimmt zwar die Wirkung von Kräften wahr, hat aber keine Ahnung, woher die Kräfte kommen. Der Zweite erkennt den Grund für die gekrümmten Bahnen, und er schließt wie Einstein, dass die Krümmung der Oberfläche den Glasmurmeln vorschreibt, wie sie sich bewegen müssen. Wo ist der qualitative Unterschied? Einstein kann den Grund für die Kraftwirkung angeben, Newton nur die Art, wie die Kraft wirken muss, damit sich die Dinge so verhalten, wie sie es tun.
    Doch zurück zu unserem gekrümmten Raum. Große Massen krümmen den Raum stärker als kleine Massen. Die Sonne hält in ihrem Schwerkrafttrichter alle Planeten und viele Kleinstkörper gefangen. Wenn aus dem Raum zwischen den Sternen ein Asteroid ins Sonnensystem eindringt, dann hängt sein weiteres Schicksal davon ab, wie schnell er ist. Die meisten sausen nur am Rand des Trichters