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Schwarze Löcher

Das Schwarze Loch
Schwarze Löcher gehören zweifelsohne zu den interessantesten Objekten im Universum. Eine sehr lange Zeit waren sie nur ein Mythos, denn niemand konnte beweisen, dass es sie gibt.
An ihrer Existenz gibt es inzwischen schon lange keinen Zweifel mehr, auch wenn man sie nur indirekt durch ihre Auswirkungen auf andere Objekte (Gravitationen) nachweisen kann. Ihren Namen haben sie vom amerikanischen Physiker John Archibald Wheeler (geb. 1911).
John Archibald Wheeler (geb. 1911)
Schwarze Löcher sind eine Vorhersage der allgemeinen Relativitätstheorie Albert Einsteins, ihre mögliche Existenz wurde aber auch schon von Laplace um 1800 diskutiert.

Es wirken unglaublich hohe Kräfte:

Am Rande eines schwarzen Loches wird die Schwerkraft so stark, dass selbst Licht nicht mehr entweichen kann. Schwarze Löcher sind also die schwärzesten Körper, die wir kennen. Innerhalb eines schwarzen Loches brechen unsere üblichen Vorstellungen von Raum und Zeit zusammen. Zeit verwandelt sich in Raum und Raum in Zeit.

Prinzipiell kann jeder Körper in ein schwarzes Loch verwandelt werden, allerdings müsste man ihn hierfür enorm komprimieren. Wollte man beispielsweise unsere Sonne in ein schwarzes Loch verwandeln (was glücklicherweise nach unseren gegenwärtigen Erkenntnissen kaum möglich sein dürfte), so müsste man sie von ihrem gegenwärtigen Durchmesser von 1.4 Millionen Kilometern auf 6 Kilometer zusammenpressen.

Ein Schwarzes Loch entsteht, wenn ein Stern seine letzten Reserven an Wasserstoff aufgebraucht hat und in einer Supernova kollabiert, hat der Stern nach seinem Kollaps noch mehr als drei Sonnenmassen, so wird er unweigerlich zu einem Schwarzen Loch. Hat er weniger als drei Sonnenmassen und mehr als 1,4 Sonnenmassen wird er zu einem Neutronenstern, hat ein Stern weniger als 1,4 Sonnenmassen wird er ein Weißer Zwerg.

Nach der Theorie der Sternentwicklung sind schwarze Löcher die Endstadien sehr massereicher blauer Sterne. Es ist daher zu vermuten, dass es in unsere Milchstraße viele schwarze Löcher gibt, die allerdings typischerweise nur einige Sonnenmassen schwer sind. In einigen Dopplesternsystemen konnte man solche schwarzen Löcher bereits mit großer Wahrscheinlichkeit nachweisen.

Strahlung:

Schwarze Löcher sind nicht völlig schwarz, denn wie Stephen Hawking herausfand, emittieren sie Strahlung, die so genannte Hawkingstrahlung, denn nur so können sie Verstöße gegen den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik vermeiden.
Dabei geht man von einem Vakuumzustand aus, in dem gemäß Heisenbergs Unschärferelation ständig virtuelle Paare aus Materie- und Antimaterieteilchen entstehen und wieder verschwinden. Durch die starken Gravitationskräfte des Schwarzen Loches kann es passieren, dass diese Paare getrennt werden und ein Teilchen ins Schwarze Loch fällt, während das andere ins All entkommt. Dieser quantenmechanische Prozess könnte über viele Milliarden Jahre zum Auflösen von Schwarzen Löchern führen.

Schwarze Löcher in jeder Galaxie?

Extrem massereiche schwarze Löcher vermutet man in den Kerngebieten vieler Galaxien. Nur dadurch lassen sich die sehr ungewöhnlichen Eigenschaften und extrem hohen Leuchtkräfte einiger Galaxienkerne erklären.
Im Falle der so genannten Quasare und Seyfert-Galaxien kann die Leuchtkraft des Galaxienkerns mehr als das hundertfache der Leuchtkraft aller Sterne der Galaxie erreichen.

Leuchtkraft einer Galaxie Leuchtkraft einer Galaxie

Diese gewaltigen Energiemengen können freigesetzt werden, wenn man Gas auf ein schwarzes Loch von hundert Millionen Sonnenmassen einströmen lässt. Bevor das Gas vom schwarzen Loch verschluckt wird, können um die 10% seiner Ruheenergie nach Einsteins berühmter Formel E=mc2 in Energie verwandelt werden. Pro Gramm Masse ist dies ein Vielfaches dessen, was der Fusionsreaktor im Innern der Sonne leisten kann.
Da schwarze Löcher in Galaxienkernen nur einen kleinen Bruchteil ihrer Lebenszeit aktiv sind, d.h. Gas aus ihrer Umgebung aufsaugen und hohe Leuchtkraft erzeugen, sollte es neben den wenigen zur Zeit aktiven Objekten, eine Vielzahl von Galaxien mit passiven schwarzen Löchern geben. Eine extreme Hypothese besagt, dass möglicherweise sogar alle elliptischen Galaxien und Spiralgalaxien mit Bulges ein massereiches schwarzes Loch enthalten.

Forschungsergebnisse:

In Zusammenarbeit mit einem Team amerikanischer Astronomen, haben Mitglieder der Universitäts-Sternwarte München dynamische Hinweise für die Existenz solcher extrem massereicher schwarzer Löcher in passiven nahen Galaxienkernen gesucht. Der Nachweis der schwarzen Löcher erfolgt dabei über die Bewegung der Sterne in ihrer unmittelbaren Nähe. Wegen der extremen Anziehungskraft eines schwarzen Loches bewegen sich die Sterne umso schneller, je näher sie ihm kommen.
Der Nachweis eines schwarzen Loches gelingt daher nur, wenn man eine genügend hohe räumliche Auflösung erreichen kann. Aus diesem Grund wurden die Beobachtungen mit dem Hubble-Space-Telescope und dem Canada-France-Hawaii-Telescope durchgeführt. Diese beiden Teleskope liefern zur Zeit die höchste Bildqualität und räumliche Auflösung.
Aus den Untersuchungen folgt, dass selbst völlig normale und passive Galaxien massereiche schwarze Löcher enthalten können. Ein Beispiel ist die kleine kompakte elliptische Galaxie M 32, ein Begleiter der Andromeda-Galaxie, sie enthält vermutlich ein schwarzes Loch von ungefähr einer Million Sonnenmassen. Aber auch Andromeda selbst beherbergt sehr wahrscheinlich ein schwarzes Loch von einigen zehn Millionen Sonnemassen. Ein extremer Fall ist die nahe, harmlos aussehende S0-Galaxie NGC 3115, in deren Kern ein gigantisches schwarzes Loch von einer Milliarde Sonnenmassen zu finden ist. Es deutet sich an, dass in der Tat jede Galaxie ein schwarzes Loch im Zentrum enthält. Die Masse der schwarzen Löcher ist dabei wahrscheinlich der Galaxienmasse proportional.

Spekulationen / Zukunftsträume:

Es wäre möglich, dass unser Universum, sich auf so eine eigenartige Weise mit Körpern angefüllt hat, die in gewissem Sinn gar nicht in ihm existieren. Es handelt es sich jedoch dabei, nicht um gesonderte Universen.
Eine von den bizarren Spekulationen besagt, daß ein Körper, der in ein rotierendes Schwarzes Loch eintaucht, irgendwo und irgendwann wieder hervorkommt - an einem anderen Ort und zu einer anderen Zeit.

Die Schwarze Löcher könnten also die Tore zu entfernten Galaxien und zu entfernten Epochen sein. Dann können sie vielleicht ganz nützlich sein. Sie könnten den Weg durch Raum und Zeit verkürzen.
Das größte Hindernis zur Zeit, wäre die Gezeitenkraft, die das Schwarze Loch ausübt - eine Kraft, die jedes Stück Materie, das sich ihr nähert, auseinanderreißt. Dennoch könnte es Zivilisationen geben, die dieses Problem schon längst gelöst haben.
Im Durchschnitt sind in der Galaxis auf einen Raum mit einem Radius von etwa zwanzig Lichtjahren um die 100 Sterne verteilt. Wenn für kurze Reisen eine Art relativistisches Raumschiff eingesetzt wird, dann brauchte man nur wenige Schiffsjahre, um von dem jeweiligen Schwarzen Loch zum entferntesten dieser hundert Sterne zu gelangen.
Ein Bordjahr lang kann sich das relativistische Schiff fortlaufend um etwa 1 g beschleunigen, das entspricht der Kraft, die wir aufgrund der Gravitation von der Erde her gewohnt sind. Dann würde man nach einem Jahr fast die Lichtgeschwindigkeit erreichen. Es würde ein ideales Transportsystem ergeben, für eine Galaxis mit einer Menge von unabhängigen Zivilisationen und Welten. Es währe möglich, dass sich die Zivilisationen in der Nähe der Schwarzen Löcher ansiedeln und daß sie die Planeten, die von den Schwarzen Löchern weiter entfernt liegen, landwirtschaftlich, ökologisch oder wie auch immer, nutzen und erkunden. Auf jeden Fall würden dann die Geschichten von den Besuchern aus dem All nicht mal so unglaublich klingen.

Eine schnelle Reise durch Wurmlöcher?

Bereits im Jahre 1935 haben Albert Einstein und Nathan Rosen bewiesen, daß die Relativitätstheorie eine Art von "Brücken" (Einstein-Rosen-Brücken) in der Raumzeit zuläßt. Diese "Brücken" bezeichnen wir heute als Wurmlöcher.
Solch ein Wurmloch könnte von einem Schwarzen Loch erzeugt werden, das hierüber mit einem Weißen Loch oder einem anderen Schwarzen Loch im Verbindung steht, welches irgendwo weit entfernt im Universum sich befindet. Es stellt eine tunnelförmige Abkürzung zwischen entfernten Orten im Kosmos dar. Man könnte dieser Theorie nach, in das Schwarze Loch fliegen und in seinem Sog zur Singularität gelangen, aber durch die Rotation bedingt, nicht dorthin ankommen. Rotierende Schwarze Löcher könnten anstelle der Punktsingularität eine ringförmige Singularität aufweisen und damit würde man durch den Verbindungskanal beider Löcher, das Wurmloch, reisen.

Wurmloch

Solch eine Reise würde leider zu keinem Vergnügen. Zwar könnte sie direkt (leider aber ohne Rückkehr) in die Vergangenheit führen, doch man müsste sich sehr beeilen, denn nach die Einstein- Rosen- Brücke Theorie, hat sie eine extrem kurze Lebensdauer und schnürt sich sehr schnell zu einer Singularität zusammen.
In den sechziger Jahren, wurde es wiederholt durch die Physiker John Wheeler und Robert Fuller bestätigt. Das Wurmloch bricht unter der eigenen Schwerkraft so schnell zusammen, dass nicht einmal Licht da dürch könnte, denn jede noch so kleine Störung, selbst ein Photon, würde diesen Vorgang auslösen.
Dieses Thema ist so Faszinierend, dass es unzählige SF Romane dazu gibt. Manche von denen sind so abenteuerlich, dass sie uns total verrückt und unglaublich erscheinen.
Aber so ganz am Rande gemerkt, waren die Geschichten von Jules Verne am ende des 18 Jahrhundert, (wie z. B. "Von der Erde zu Mond" oder "20 000 Meilen unter dem Meer") damals auch nicht "verrückt " ? Heute sind sie auf den Tagesordnung und so "normal" wie Autofahrern.

Wie auch immer, alle hier genannten Effekte, ob Wurmloch oder nackte Singularität, sind keine Hirngespinste der SF Autoren, sondern Ergebnisse komplexer und sehr komplizierter Berechnungen vieler namhafter Wissenschaftler. Dass es die negative Energie gibt, zeigt der Casimir-Versuch der beweist, dass sie in einem mikroskopischen Bereich unbeschränkt bestehen kann.
Um makroskopische Objekte wie z. B. Wurmlöcher zu gestalten, wären allerdings unvorstellbar dünne Felder negativer Energiedichte erforderlich, die wir noch nicht erzeugen können. Wir sind im unserem Entwicklungsstadium noch nicht imstande, Warp- Antriebe oder Wurmlöcher zu entwickeln, doch die theoretischen Betrachtungen zeigen, dass sie prinzipiell möglich sind ohne die Naturgesetze zu verletzen, die Relativitätstheorie und Quantenphysik eingeschlossen.

Wer weiß, vielleicht kann die Menschheit irgendwann diese Techniken beherrschen, die das durchqueren von Raum und Zeit möglich machen?




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