Das löchrige Universum

Löcher im Weltall? Klar, da gibt es die Schwarzen Löcher, doch das wars dann auch schon, oder? Nicht so ganz. Unser Universum kennt noch ein paar andere „Löcher“, unter denen man sich zwar keine Löcher im herkömmlichen Sinne vorstellen darf, trotzdem gibt es neben den schwarzen noch ein paar andere, auf die ich heute etwas näher eingehen möchte.

schwarzes_loch
künstlerische Darstellung eines Schwarzen Loches mit angedeuteten Magnetfeldlinien. Foto: Foto: picture-alliance / dpa/dpaweb

Die populärsten Löcher im Universum, die Schwarzen Löcher, sind in meinem Blog schon vielfach angesprochen worden, unter anderem unter den Titeln Die Entstehung Supermassereicher Schwarzer Löcher und Neutronensterne, Pulsare, Magnetare und Schwarze Löcher, um nur ein paar zu nennen. Deswegen möchte ich auch auf Schwarze Löcher gar nicht weiter eingehen, sondern mich gleich zwei anderen Arten von astronomischen Löchern zuwenden: Wurmlöcher und Weiße Löcher.

Wurmlöcher

Wurmloch
Bild: techlocity

Dieses Bild stammt aus der US-Fernsehserie „Stargate“ und genau so stellen wir uns auch den Flug durch ein Wurmloch vor. Generell ist jedem Science Fiction-Liebhaber der Begriff „Wurmloch“ selbstverständlich ein Begriff. In Serien wie „Star Trek“, „Star Wars“ oder eben „Stargate“ ist das Wurmloch die schnellste Möglichkeit, im Weltall von Punkt A zu Punkt B zu kommen, und zwar ohne dabei die Lichtgeschwindigkeit überschreiten zu müssen. Wurmlöcher sind somit eine Abkürzung durch die Raumzeit, daher auch der Name „Wurmloch“. Er stammt von der Analogie mit einem Wurm, der sich durch einen Apfel hindurchfrisst. Er verbindet damit zwei Seiten desselben Raumes (der Oberfläche) durch einen Tunnel. Das beschreibt anschaulich die besondere Eigenschaft der Kruskal-Lösungen, da diese zwei Orte im Universum miteinander verbinden.

Die Eigenschaften eines Wurmloches in der Science Fiction stimmen ziemlich genau mit den wissenschaftlichen Theorien über dieses hypothetische Phänomen überein. Laut wissenschaftlicher Definition sind Wurmlöcher theoretische Gebilde, die sich möglicherweise aus speziellen Lösungen (Kruskal-Lösungen) der Feldgleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie ergeben. Erstmals wurden sie im Jahre 1935 von Albert Einstein und Nathan Rosen beschrieben und deshalb ursprünglich „Einstein-Rosen-Brücke“ genannt.

Anschauliche Darstellung der Funktionsweise eines Wurmloches. Bild: Wissenschaft.de

Wir könnten also Wurmlöcher durchaus dazu nutzen, um zwischen Galaxien hin und her zu reisen, zu anderen Sternen zu gelangen oder auch kurze Strecken hier auf der Erde komfortabel und schnell zu bereisen. Wir sprechen in der Theorie von zwei Arten von Wurmlöchern: Zum einen jene Objekte, die zwei Gravitationsanomlien (zwei Schwarze Löcher oder ein Schwarzes und ein Weißes Loch) miteinander verbinden. Diese Wurmlöcher sind jedoch theoretisch nur in eine Richtung bereisbar. Diese Wurmlöcher sind allerdings den Berechnungen zufolge extrem instabil. Die zweite Möglichkeit wäre, vorhandene Wurmlöcher mit Hilfe von sogenannter „Exotischer Materie“ zu stabilisieren, so dass sie von beiden Seiten bereisbar wären und auch beliebig lange bestehen würden.

Theoretisch wäre es möglich, aus einem passierbaren Wurmloch eine Zeitmaschine zu machen, indem ein Ende auf relativistische Geschwindigkeiten beschleunigt wird, ähnlich wie im Zwillingsparadoxon. Die Diskussion darum, welche Schutzmechanismen (eventuell unter Einbeziehung der Quantentheorie) dies hier und in anderen Fällen verhindern (Chronology Protection Hypothesis), wird zum Beispiel in dem Buch von Kip Thorne Black holes and time warps geschildert. Ein weiteres Problem ist, den „Ausgang“ des Wurmloches dorthin zu bekommen, wo man ihn gerne haben möchte. Man kann hier nicht einfach die Koordinaten eingeben und dann baut sich die Verbindung dorthin auf. Wir sehen also, es gibt auf dem Gebiet der Wurmloch-Forschung noch jede Menge Arbeit.

Weiße Löcher

künstlerische Darstellung eines Weißen Loches. Bild: cognitivedistortion

Ein Weißes Loch ist ein hypothetisches astronomisches Objekt, das sich als das Gegenteil eines Schwarzen Lochs darstellt. Es stößt Masse aus und es ist unmöglich, den Ereignishorizont von Außen nach Innen zu durchqueren, da dazu eine höhere Geschwindigkeit als Lichtgeschwindigkeit nötig wäre. Unabhängig voneinander untersuchten Igor Novikov und Yuval Ne’eman diese Theorie 1965 erstmals genauer.

Weiße Löcher, auch „Kosmische Geysire“ genannt, sind eine mögliche mathematische Lösungen für die Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie, was allerdings nicht bedeutet, dass sie auch wirklich existent sind. Eine weitere Vorstellung besagt, dass ein Schwarzes Loch und ein Weißes Loch zusammen ein Wurmloch bilden. Demnach würde man, wenn man in ein schwarzes Loch fällt, in einem anderen Teil des Universums, oder vielleicht sogar in einem anderen Universum, aus einem weißen Loch ausgestoßen werden. Auch der Urknall könnte als ein Weißes Loch bzw. als Folge seiner Existenz angesehen werden.

Weiße Löcher wurden bislang nicht experimentell nachgewiesen. Obwohl vor einigen Jahrzehnten noch Objekte wie Quasare mit Weißen Löchern in Verbindung gebracht wurden, konnte nachgewiesen werden, dass es sich dabei eher um Schwarze Löcher handelt. Heute sind sie vor allem zur Überprüfung von neuen Gleichungen und Theorien bei Wissenschaftlern sehr beliebt, da sie eine Extremsituation darstellen. Mehr lässt sich derzeit zu Weißen Löchern leider nicht sagen. Fakt ist, noch nie wurde eines im Weltall beobachtet oder erahnt, es bleibt also abzuwarten, ob sich in dieser Hinsicht etwas tut, oder ob das Weiße Loch in der Relativitätstheorie durch ein anderes Phänomen ersetzt wird, dass dann vielleicht plausibler ist oder gar beobachtet bzw. nachgewiesen werden kann.
Weiterführende Links für interessierte:

Wormholes, time machines and the weak energy condition (Fachaufsatz von Kip Thorne, Michael S. Morris und Ulvi Yurtsever)

wormhole daviddarling.info

cornell.edu – Ask an astronomer: „What is a white hole?“

Schwarzschild wormholes

Über stellariumblog

Stellariumblog ist ein Info-und Newslog. Ich versuche, die oftmals komplizierte und unübersichtliche Fülle an Informationen und Wissen verständlich zu erklären. Mein Ziel ist es, mit diesem Blog so viele Menschen wie möglich von der Astronomie zu begeistern. Natürlich versuche ich, täglich die wichtigsten News aus den Bereichen Astronomie, Astrophysik und vergleichbaren Wissenschaften zu bloggen, ich bin allerdings Berufstätig und habe leider nicht jeden Tag ein bis zwei Stunden Zeit – seid also bitte etwas nachsichtig falls ich nicht immer alles als erster poste ;) Ich freue mich immer über positive Bewertungen, aber auch über konstruktive Kritik sowie Vorschläge und/oder Hinweise auf mögliche Fehler (ich bin auch nur ein Mensch). Ansonsten wünsche ich euch viel Spaß in meinem Blog.
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2 Antworten zu Das löchrige Universum

  1. chris schreibt:

    Die Theorie mit den weißen Löchern ist interessant. So manches, was man früher nicht nachweisen konnte, ist ja heute bewiesene Tatsache. Wer weiß, was die Zukunft noch für Erkenntnisse bringt…

    Gefällt mir

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