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Raus aus den Löchern

Die Fragen stellte Christoph Drösser

Sie schlucken alles. Oder doch nicht? Der Physiker Joseph Polchinski über das Wesen der Schwarzen Löcher.

Raus aus den Löchern© Li-Bro - Fotolia.comStephen Hawking sorgt mit seinen Äußerungen über schwarze Löcher für viel Aufsehen - zahlreiche Fragen bleiben offen
DIE ZEIT: Was befindet sich im Zentrum unserer Milchstraße?

Joseph Polchinski: Ein echtes Schwarzes Loch.

ZEIT: Aber Stephen Hawking hat nun gerade gesagt: »Es gibt keine Schwarzen Löcher.«

Polchinski: Niemand weiß genau, was Stephen Hawking sagt. Ein Grund dafür ist, dass sein Artikel nur vier Seiten lang ist. Er argumentiert, Schwarze Löcher hätten nicht den klassischen Ereignishorizont, der nach Einsteins Gleichungen alles, sogar das Licht, für immer einfängt, sondern nur einen »scheinbaren Horizont«. Und in einer sehr fernen Zukunft könnte dieser Horizont aufhören zu existieren, und man könnte entkommen.

ZEIT: Vor 40 Jahren hatte Hawking schon einmal gezeigt, dass ein Schwarzes Loch nicht komplett schwarz ist - aufgrund eines quantenmechanischen Effekts kann es Energie verlieren und verdampfen. Hat er damals schon geglaubt, es könnte etwas aus dem Schwarzen Loch herauskommen?

Polchinski: Nein, die Strahlung, von der er damals sprach, stammt von verschränkten virtuellen Teilchen, die ständig im Vakuum entstehen. Wenn ein solches Paar genau auf dem Ereignishorizont entsteht und ein Teilchen ins Schwarze Loch fällt, während das andere entkommt, dann verliert das Schwarze Loch Energie. Und das führt zu einem Paradoxon: Man kann Information in das Schwarze Loch werfen, das verdampft dann, und die Information ist verloren - etwas, das die Quantenmechanik verbietet. In den neunziger Jahren hat sich dann, vor allem durch die Arbeit von Juan Maldacena, die Ansicht durchgesetzt, dass Schwarze Löcher Information nicht zerstören können, und nach ein paar Jahren hat sich Hawking diesem Argument angeschlossen. Aber wir wissen immer noch nicht, wie die Information aus dem Schwarzen Loch herauskommt. Sie muss irgendwie schneller als das Licht sein. Das war die Ausgangslage, als meine Kollegen und ich nachher darüber nachgedacht haben, was genau an diesem Ereignishorizont passiert.

Wie Stephen Hawking die Diskussion neu entfachte

»Es gibt keine Schwarzen Löcher« - mit dieser Aussage machte der unter der Nervenkrankheit ALS leidende Starphysiker Stephen Hawking in der vergangenen Woche Schlagzeilen. Zwar geht der Satz weiter mit den Worten: »... im Sinne eines Systems, aus dem kein Licht entkommen kann«, aber trotzdem rüttelt Hawking damit an der Existenz eines Phänomens, das seit fast 100 Jahren unter Physikern anerkannt und auch durch Beobachtungen bestätigt ist. Wenn ein großer Stern in sich zusammenfällt, wird gemäß Einsteins Relativitätstheorie seine Masse auf einen Punkt konzentriert, und alle Materie und alles Licht, das einen kugelförmigen »Ereignishorizont« überschreitet, werden hineingezogen und können nie wieder entkommen. Hawking schaltet sich mit seiner spektakulären Wortmeldung in eine Diskussion ein, die der US-amerikanische Physiker Joseph Polchinski vor zwei Jahren mit einem Gedankenexperiment angeregt hat (ZEIT Nr. 16/13): Was passiert, wenn ein Astronaut in ein Schwarzes Loch fällt?


ZEIT: Vor zwei Jahren kamen Sie zu dem Schluss, dass ein Astronaut, der in ein Schwarzes Loch fällt, nicht den Ereignishorizont passieren würde, ohne es zu merken, wie es die Relativitätstheorie vorhersagt. Stattdessen würde er an einer höllischen Feuerwand zerschmettern.

Polchinski: Um die Information aus dem Schwarzen Loch herauszubekommen, muss die Verschränkung der erwähnten Teilchenpaare gebrochen werden, und das ist fast wie das Aufbrechen einer chemischen Verbindung. Dabei wird Energie frei, und diese Energie wird an oder hinter dem Ereignishorizont gefangen - das ist unsere Feuerwand. Unser Schluss war, dass es eigentlich kein Inneres des Schwarzen Lochs gibt. Dass die Information am Horizont hängen bleibt und später wieder abgestrahlt wird.

ZEIT: Sie sagen also: Nichts kann wirklich diese Feuerwand durchdringen? Was ist denn mit der Materie, die das Schwarze Loch aufsaugt, um größer zu werden?

Polchinski: Diese Materie wird zerschmettert in Bruchstücke, die nicht mehr im Raum organisiert sind. Der Raum selbst verbrennt sozusagen.

ZEIT: Glauben Sie das wirklich selber?

Polchinski: Nein, ich glaube das nicht wirklich. Ich frage nur: Wenn alles andere, an das wir glauben, wahr ist, wie könnte man dann je Information zurückbekommen, die hinter den Ereignishorizont gefallen ist? Und die Antwort ist: Die Information gelangt nie wirklich hinein, der Horizont ist eine reale physikalische Wand. Die Feuerwand ist das Ende des Raums, dahinter liegt nichts mehr.

ZEIT: Könnte denn das Schwarze Loch immer noch wachsen?

Polchinski: Von außen gesehen, könnte es immer noch wachsen. Niemand kann heute klare Anzeichen benennen, die uns verraten, was da geschieht.

ZEIT: Also können Beobachtungen das Problem nicht lösen?

Polchinski: Ich denke, an der Außensicht wird sich nicht viel ändern. Natürlich hoffe ich, dass wir solche dramatischen Anzeichen irgendwann finden werden, wenn wir die Sache besser verstehen. Aber jetzt ist es viel zu früh, um über Beobachtungen zu reden. Wir haben eine riesige Lücke in unserer Theorie, die müssen wir zuerst stopfen.

ZEIT: Wird die erst gestopft, wenn Quanten- und Relativitätstheorie miteinander versöhnt sind?

Polchinski: Wir können nicht einmal eine Theorie hinschreiben, die Quantentheorie und Einsteins Theorie der Schwerkraft beinhaltet und nicht etwas völlig Verrücktes vorhersagt. Das ist wirklich verstörend. Aber wir machen Fortschritte. Ich denke manchmal, vor und nach Maldacenas Entdeckung ist, wie es vor und nach dem Internet war. Er hat uns mächtige neue Werkzeuge beschert und ein globales Bild der Quantengravitation, das wir vorher nicht hatten. Vielleicht sind wir ja nur einen großen Schritt von der Lösung entfernt. Historisch gesehen sind viele physikalische Gesetze auf genau diese Art entdeckt worden: wenn eine bestehende Theorie, die man über Gebühr beanspruchte, etwas Unsinniges vorhergesagt hat.

ZEIT: Aber diese neuen Theorien haben immer auch empirisch überprüfbare Vorhersagen gemacht.

Polchinski: Stimmt. Doch es gibt Dinge, die man mit heutigen Mitteln beobachten kann, und es gibt Dinge, die man beobachten könnte, wenn man beliebig viel Zeit und Ressourcen zur Verfügung hätte. Wir haben nie gesehen, wie ein Schwarzes Loch verdampft, aber man könnte es im Prinzip messen. Auf der anderen Seite kann man sich vorstellen, in ein Schwarzes Loch zu springen und zu sehen, was passiert - aber leider kann man darüber nicht berichten. Das ist schon eine seltsame Sache.

ZEIT: Sobald sich Stephen Hawking in eine Diskussion einschaltet, erregt das die öffentliche Aufmerksamkeit. Und wenn er sagt: »Es gibt keine Schwarzen Löcher«, dann landet er auf den Titelseiten der Zeitungen. Glauben Sie, dass er bewusst mit den Medien spielt, wenn er solche großen Worte gebraucht?

Polchinski: Er war schon 1976 so, da war er noch jung und unbekannt. Er sagte nicht etwa: »Oh, da gibt es einen Widerspruch, und vielleicht geht da Information verloren.« Hawking sagte, in Anspielung auf Einstein: »Gott würfelt nicht nur, er wirft die Würfel sogar manchmal dahin, wo man sie nicht sehen kann.« Das ist sein ganz persönlicher Stil. Und heute geht dieses Selbstbewusstsein einher mit seinem Promi-Status. Da ist es klar, dass er großes Aufsehen erregt. Und weil seine Kommunikationsmittel beschränkt sind, ist es für ihn auch schwierig, seine Äußerungen zu nuancieren. In seinen letzten Arbeiten wird nicht wirklich klar, was er denkt, aber aufgrund seiner Lebensleistung hat er unsere Aufmerksamkeit verdient.

ZEIT: Wie fühlt es sich an, von Stephen Hawking attackiert zu werden?

Polchinski: (lacht) Ich bin froh, dass ich ein bisschen Schwung in die Bude gebracht habe. Viele meiner Kollegen, die sich mit der Stringtheorie beschäftigen, haben noch nie wirklich über Schwarze Löcher nachgedacht. Also freut es mich, dass sich einige aufgeregt haben.


Über den Interviewten
Joseph Polchinski (59) arbeitet am Kavli Institute for Theoretical Physics (KITP) in Santa Barbara (USA).

Aus DIE ZEIT :: 06.02.2014

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