Ein wahrer Traum für Science-fiction-Fans

News: Ein wahrer Traum für Science-fiction-Fans

Bei Raumschiff Enterprise, pardon: Star Trek, werden sie in jeder Folge mindestens einmal ausgesandt - jene rätselhaften Tachyonen, die schneller sein sollen als Licht, deren Existenz bislang aber noch niemand experimentell nachweisen konnte. Und Schwarze Löcher haben schon aus Tradition (sowas gibt es auch im Science-fiction-Genre) ihren festen Platz unter den Rätseln des Universums. Doch auch außerhalb ihrer Freizeit beschäftigen sich manche Wissenschaftler mit diesen beiden Phänomenen. Mit einer neuen Theorie versuchen sie zu erklären, was genau passiert, wenn Materie in ein Schwarzes Loch stürzt. Sie kommen zu dem Schluß, daß die Teilchen nur deshalb auf ewig verschwinden können, weil sie Tachyonen ausstoßen.

Die Welt der extrem massereichen Objekte folgt den Regeln der Allgemeinen Relativitätstheorie, die winzigen Teilchen am anderen Ende der Skala gehorchen dagegen den Gesetzen der Quantenmechanik. Zu gerne würden Physiker die beiden Gedankengebäude unter ein gemeinsames Dach bringen, doch bisher war ihnen kaum Erfolg beschieden. Dabei gibt es durchaus Erscheinungen in der Natur, die sowohl extrem massereich als auch enorm winzig sind: Schwarze Löcher. Doch da niemand weiß, welche Regeln in ihrem Inneren anzuwenden sind, tun die Wissenschaftler sich schwer, die Vorgänge in deren Zentrum zu beschreiben.

Es gibt allerdings seit einigen Jahren Theorien, die einige offene Fragen beantworten konnten. Die Stringtheorie zum Beispiel betrachtet Schwarze Löcher wie auch Elementarteilchen als schwingende Strings. Verschwindet ein Teilchen in einem Schwarzen Loch, dann werden einfach die beiden Strings zusammengefügt.

Aus diesem und anderen Modellen erstellten Physiker die große M-Theorie, welche einen großen Teil der Vorgänge in Schwarzen Löchern erklärt. Doch leider hat auch sie einen Makel: Obwohl Schwarze Löcher anscheinend alles verschlingen, was in ihre Reichweite kommt, dürfte dies nach der M-Theorie gar nicht möglich sein. So wie Wasser und Öl sich nicht mischen lassen, so kann – nach der Theorie – ein energiebeladenes Teilchen nicht von einem Schwarzen Loch aufgenommen werden.

"Wenn Sie ein Teilchen auf die Reise in ein Schwarzes Loch schicken und es dicht genug herankommt, muß es einen Mechanismus für die Absorption geben", sagt Daniel Kabat vom Institute for Advanced Study in Princeton. "Sobald es zu nahe an das Schwarze Loch kommt, wird es instabil." Gäbe es keinen Weg, diese Instabilität zu verhindern, würde das Schwarze Loch das Teilchen wieder ausspeien – doch in der Natur passiert eben dies nicht.

Kabat und Gilad Lifschytz von der Princeton University glauben jetzt, einen Weg gefunden zu haben, die M-Theorie zu retten und das Schwarze Loch erfolgreich mit Materiepartikeln zu füttern. Ihre Antwort lautet: Tachyonen. Diese Teilchen haben eine imaginäre Masse und bewegen sich gewissermaßen rückwärts in der Zeit. Sie sind schneller als das Licht, und so wie es für uns unmöglich ist, die Lichtgeschwindigkeit zu überschreiten, kann ihre Geschwindigkeit nicht unter diese Grenze fallen. Den Begriff "Tachyon" benutzen Physiker außerdem noch, um eine ganze Reihe kurzlebiger Instabilitäten zu bezeichnen.

Nach Vorstellung der Wissenschaftler stößt ein Teilchen, das auf ein Schwarzes Loch zufliegt, Tachyonen aus, wenn die beiden verschmelzen. "Diese Tachyonen sind für die Dynamik innerhalb des Schwarzen Loches wichtig, aber ich glaube nicht, daß ein Beobachter außerhalb des Schwarzen Loches sie wahrnehmen könnte", meint Kabat. In einer der nächsten Ausgaben des The Journal of High Energy Physics wird er seine Arbeit vorstellen.

Sollten Tachyonen wirklich geeignet sein, die Probleme der M-Theorie zu klären, könnten die Physiker ein kohärentes Bild von den Abläufen im Inneren der Schwarzen Löcher entwerfen. Sie besäßen dann eine Vorstellung von Vorgängen, die wohl niemals experimentell zugänglich sein werden. Einen konkreten Nutzen von dieser Forschung hätte freilich nur die Besatzung des Raumschiffes Enterprise. Doch deren Schicksal bewegt schließlich auch die Gemüter von Millionen "Trekkies".

Der Heidelberger Verlag Spektrum der Wissenschaft ist Betreiber dieses Portals. Seine Online- und Print-Magazine, darunter »Spektrum der Wissenschaft«, »Gehirn&Geist« und »Spektrum – Die Woche«, berichten über aktuelle Erkenntnisse aus der Forschung.