Was passiert, wenn man in einem Schwarzen Loch sitzt?

Im Falle eines gewöhnlichen Sterns mag man sich ausmalen, wie es wohl wäre, mit einem futuristischen Raumschiff in die tieferen Gasschichten einzutauchen, dort wie ein U-Boot in der Tiefsee ein wenig zu verweilen, um dann wiederaufzutauchen und sicher zur Erde zurückzufliegen. Auf der einen Seite klingt diese Idee mehr nach Science Fiction als nach einem wirklich realistischen Vorhaben, auf der anderen Seite muss man aber zugestehen, dass die Gesetze der Physik eine solch abenteuerliche Reise zumindest nicht prinzipiell und von vornherein ausschließen. Wer kann schon sagen, welche Technologien zur Erforschung des Inneren von Sternen uns eines Tages in ferner Zukunft zur Verfügung stehen werden?

Anders sieht die Sache jedoch aus, wenn ein Stern zu einem Schwarzen Loch kollabiert ist. Dieses Schicksal kann besonders schwere Sterne am Ende ihres Lebens ereilen, nachdem sie ihren Brennvorrat aufgebraucht und ihre äußeren Schichten in einer Supernova-Explosion abgestoßen haben. Zurück bleibt dann nur ein dichter Kern, der in sich zusammenfällt und, sofern er genug Masse besitzt, ein Schwarzes Loch bildet. Sobald dies geschehen ist, sagt uns die Allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein, dass keine Reise der oben beschriebenen Art mehr möglich ist, ganz gleich wie fortgeschritten unser Raumschiff auch sein mag: Wir können nicht erst in ein Schwarzes Loch hineinfliegen, dort ein wenig sitzen und dann wieder zur Erde zurückfliegen.

Um diese Aussage zu verstehen, muss zuerst das unscheinbare Wörtchen „in“ in der Ausgangsfrage näher beleuchtet werden: Wo befindet man sich eigentlich, wenn man sich in einem Schwarzen Loch befindet? Der entscheidende Begriff ist an dieser Stelle der sogenannte Ereignishorizont, der sich bildet, sobald ein Schwarzes Loch entsteht. Dabei handelt es sich um eine gedachte, im einfachsten Fall kugelförmige Grenzfläche um das Schwarze Loch herum, die Regionen, aus denen Lichtsignale noch nach außen gelangen können, von solchen Regionen trennt, aus denen dies nicht mehr möglich ist: Signale, die außerhalb des Ereignishorizonts abgegeben werden, können sich zu uns auf den Weg machen. Signale, die hinter dem Ereignishorizont abgegeben werden, haben jedoch keine Chance, diesen nach außen zu überqueren, und werden uns somit niemals erreichen. Die Existenz des Ereignishorizonts macht ein Schwarzes Loch also erst zu einem Schwarzen Loch. Diese Eigenschaft ist so zentral, dass sie als mathematische Definition für ein Schwarzes Loch dienen kann: Ein Schwarzes Loch entspricht einer Region, die durch einen Ereignishorizont vom restlichen Universum getrennt wird. Um also in das Inneredes Schwarzen Lochs zu gelangen, müsste unser Raumschiff zunächst den Ereignishorizont überqueren.

Dieser erste Teil der Reise wäre sogar denkbar. Aus dem Cockpit des Raumschiffs heraus würden wir nicht einmal etwas Besonderes beim Überqueren des Ereignishorizonts bemerken – wie gesagt, es handelt sich hierbei um eine gedachte Grenze. Am Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs steht genauso wenig ein Warnschild für wagemutige Astronaut*innen, wie der Erde eine Äquatorlinie aufgepinselt ist. Gleichwohl hätte uns ein Warnschild lieber von unserem Unterfangen abhalten sollen. Denn sobald sich unser Raumschiff jenseits des Ereignishorizonts befindet, steht die Physik in gewissem Sinne Kopf. Zum einen können wir das Schwarze Loch nicht mehr verlassen. Selbst ein Lichtstrahl wäre dazu nicht in der Lage – ein Schwarzes Loch ist eben schwarz; nichts kommt mehr heraus. Damit ist also der dritte Teil unseres Reiseplans geplatzt; die Rückreise zur Erde muss ausfallen. Zum anderen ist aber auch unsere Absicht, im Inneren des Schwarzen Lochs zu parken und ein wenig mit dem Raumschiff an Ort und Stelle herumzusitzen, zum Scheitern verurteilt. Außerhalb des Schwarzen Lochs schreitet die Zeit an Bord unseres Raumschiffs unaufhaltsam fort. Wir wissen, dass wir uns immer vorwärts in der Zeit bewegen müssen, ob wir wollen oder nicht. Im Inneren des Schwarzen Lochs gilt dies nun auch für den räumlichen Abstand zum Zentrum des Schwarzen Lochs. Wir bewegen uns unaufhaltsam auf die sogenannte Singularität im Mittelpunkt des Schwarzen Lochs zu, ein Ort, an dem Einsteins Theorie zusammenbricht und eine unendlich hohe Raumzeitkrümmung vorhersagt.

Die Antwort auf die Ausgangsfrage lautet also: Stilles Herumsitzen im Inneren eines Schwarzen Lochs ist gar nicht möglich. Wer einmal die fatale Entscheidung getroffen hat, den Ereignishorizont zu überqueren, steuert fortan unaufhaltsam auf die Singularität zu. Diese unglückliche Reise ließe sich genau so wenig beenden, wie wir den Verlauf der Zeit auf der Erde anhalten können.

Wie im Detail die Reise dann nahe der Singularität ihr Ende nehmen würde, ist übrigens schwer zu sagen. Unsere Erwartung wäre, dass ein Ort unendlich hoher Krümmung physikalisch überhaupt nicht möglich ist. Dies wäre dann aber kein Problem der Natur und kein Problem des Schwarzen Lochs, sondern nur ein Problem der Einstein’schen Theorie, mit der wir Menschen versuchen, Schwarze Löcher zu beschreiben. Ab einem gewissen Punkt im Inneren des Schwarzen Lochs müsste dementsprechend Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie durch eine andere, bislang unbekannte Theorie abgelöst werden, die auch am Zentrum des Schwarzen Lochs noch physikalisch sinnvolle Aussagen trifft. Die Suche nach einer solchen Theorie ist Bestandteil der aktuellen Forschung und ein spannendes Ziel für alle, die vielleicht einmal selbst gerne zu Schwarzen Löchern forschen möchten. Am besten sollte man diese Untersuchungen aber dort anstellen, wo es am schönsten ist: auf keiner gefährlichen Höllenfahrt in ein Schwarzes Loch hinein, sondern bei uns zu Hause auf der Erde.

Prof. Dr. Kai Schmitz,

Institut für Theoretische Physik, Universität Münster 

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