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Allgemeine Relativitätstheorie

Kann ein 5-dimensionales Schwarzes Loch Einstein widerlegen?

Nach Supercomputer-Simulationen könnte ein ringförmiges Schwarzes Loch Einsteins allgemeine Relativitätstheorie überwinden. Das Problem: Man braucht dafür fünf Raumdimensionen.
Ringförmiges, gewölbtes Schwarzes Loch

Forschern um Pau Figueras von der Universität Cambridge ist es erstmals gelungen, die Dynamik ringförmiger Schwarzer Löcher auf einem Supercomputer zu simulieren. Diese ungewöhnlichen Schwarzen Löcher "bedrohen" die allgemeine Relativitätstheorie. Denn sie könnten eine so genannte "nackte Singularität" erzeugen, für die Einsteins Beschreibung der Gravitation nicht mehr gilt.

Erstmals wurden ringförmige Schwarze Löcher bereits 2002 "entdeckt". Man fand sie als mathematische Lösung für eine höherdimensionale Version der allgemeinen Relativitätstheorie. Ihre Dynamik, also ihre Entwicklung mit der Zeit, war aber bisher nicht bekannt gewesen.

Singularitäten der Raumzeit sind Orte, an denen die physikalischen Bedingungen so extrem sind, dass ihre mathematischen Beschreibungen keine eindeutige Lösung haben. Solange sich eine solche Singularität, etwa ein Schwarzes Loch, hinter einem Ereignishorizont versteckt, an dem sich entscheidet, was auf Grund der Gravitation in das Loch stürzt und was verschont bleibt, gilt für sie die allgemeine Relativitätstheorie. Nackte Singularitäten aber hätten, anders als Schwarze Löcher, keinen Ereignishorizont. Ohne Ereignishorizont bliebe die Singularität sichtbar und stünde so "nackt" vor dem Beobachter, daher der Name. Die Ergebnisse aus Cambridge führen nun vor, wie sich in einer Welt mit fünf Raumdimensionen eine nackte Singularität bilden könnte. Der britische Supercomputer COSMOS half den Forschern dabei.

Ringförmiges Schwarzes Loch
Ringförmiges Schwarzes Loch | Niederdimensionale Animation eines ringförmigen Schwarzen Loches in fünf Dimensionen. Es kann mit der Zeit instabil werden und dann zu nackten Singularitäten "zerplatzen". Die Berechnungen fanden auf dem Supercomputer COSMOS statt.

Demnach könnte sich dort ein ringförmiges Schwarzes Loch zu einem Schlauch mit Auswölbungen, verbunden nur durch dünne Fäden, aufschwingen. Würden die Fäden zu dünn, rissen sie ab, so ähnlich wie ein Wasserstrahl nur noch tröpfelt, wenn man den Hahn zudreht. Aus den Fäden entstünden kleine Schwarze Löcher und daraus nackte Singularitäten, für die Einsteins Theorie versagen würde.

Nun sind das bisher lediglich Computersimulationen. Solche höheren Dimensionen zu beobachten, ist auch bei hochenergetischen Versuchen an Teilchenbeschleunigern bisher nicht gelungen. Die Forscher selbst bleiben realistisch genug, ihre "Entdeckung" vernünftig einzuordnen. Sie wollen auf deren Basis nun erkunden, was unsere Welt mit vier Dimensionen mathematisch so besonders macht, dass wir in ihr von nackten Singularitäten verschont bleiben.

08/2016

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 08/2016

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