CERN und die Ewigkeit

Wenn man auf einem Himmelskörper steht und einen Stein nach oben wirft, so wird dieser nach Erreichen einer Maximalhöhe immer wieder auf den Himmelskörper zurückstürzen. Je höher dabei die Anfangsgeschwindigkeit des Steins, desto höher steigt er, ehe er umkehrt und zurückfällt. Nun gibt es für jeden Himmelskörper eine charakteristische Wurfgeschwindigkeit, ab der der Stein nicht mehr zurückfällt, sondern auf Nimmerwiedersehen davonfliegt. Diese Geschwindigkeit nennt man [b]Fluchtgeschwindigkeit[/b]. Auf die Erde übertragen bedeutet das, man müsste einen Stein mit ca. 11,2 Km/sec nach oben werfen, damit er nie mehr auf die Erde zurückfällt.

Die Fluchtgeschwindigkeit eines Himmelskörpers hängt natürlich von dessen Anziehungskraft ab. Auf dem Mond, auf dessen Oberfläche nur 1/6 der Erdschwerkraft herrscht, genügen schon 2,3 Km/sec Anfangsgeschwindigkeit, damit ein Objekt nicht mehr auf die Oberfläche zurückfällt. Auf dem Riesenplaneten Jupiter hingegen beträgt die Fluchtgeschwindigkeit 59,6 Km/sec, auf Pluto bescheidene 1,1 Km/sec. Ein Waffennarr auf Pluto könnte also mit seiner Kalaschnikow ins All ballern ohne fürchten zu müssen, dass ihm die verschossenen Kugeln wieder auf den Kopf fallen.

Ist nun ein Himmelskörper mit so viel Schwerkraft gesegnet, dass seine Fluchtgeschwindigkeit höher ist als die Lichtgeschwindigkeit (c), handelt es sich um ein Schwarzes Loch. Nichts kann den Himmelskörper mehr verlassen, nicht mal Strahlung (Licht), denn nichts ist schneller als c. Das Objekt ist kohlrabenschwarz!

Die Stärke der Schwerkraft, die ein (Himmels-)Körper auf seine Umgebung ausübt, nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab. D.h., verdoppele ich den Abstand, beträgt die Schwerkraft nur noch ¼! Oder andersherum: halbiere ich den Abstand zu einem Himmelskörper, vervierfacht sich die Anziehungskraft und entsprechend erhöht sich die Fluchtgeschwindigkeit.

Steht man auf der Erdoberfläche, hat man einen Abstand R (R=Erdradius, ca. 6300Km) vom Erdmittelpunkt. Verdoppelt man nun diesen Abstand und steht im Hof eines schwebenden Schlosses 6300 Km über der Erdoberfläche, wiegt man nur noch ¼ dessen, was man unten auf der Oberfläche wiegen würde.

Andersherum wird es schwieriger. Man kann sich der Erde schwerlich weiter nähern, wenn man bereits auf ihrer Oberfläche steht. Es sei denn, man fängt an, einen Schacht zu graben. Doch egal wie tief man vordringt, die Schwerkraft wird nicht anwachsen. Warum? Weil sich mit zunehmender Tiefe immer mehr Erdmasse nicht mehr [i]unter[/i] einem, sondern zunehmend auch [i]neben[/i] und [i]über[/i] einem befindet. Und diese Materie zieht natürlich nicht nach unten, sondern seitwärts und nach oben. Sie wirkt also der Anziehung der Erdmasse, die sich noch unterhalb befindet, entgegen. Das Resultat ist, dass im Erdmittelpunkt Schwerelosigkeit herrscht.

Die Erdschwerkraft würde also nur anwachsen, wenn ich mich der Erde nähern könnte, ohne in sie einzudringen, ohne dass sich über kurz oder lang Erdmaterie neben und über mir befinden würde.

Das ist aber nur möglich, wenn die Materie der Erde in einem kleineren Volumen konzentriert wäre. Betrüge der Erdradius beispielsweise nicht 6300 Km, sondern nur 3150 Km, und wäre die Erdmasse dieselbe, würde man auf diesem verkleinerten Radius das vierfache dessen wiegen, was man auf der normalgroßen Erde wiegt, da der Abstand ja halbiert wurde. Stünde man auf einer Erde, deren Radius bei gleicher Masse nur noch 6300:4 = 1.575Km betrüge, wöge man 4²=16 mal soviel.

Möchte man noch mehr wiegen, muss man die Erde weiter zusammenquetschen, damit man sich ihr noch weiter nähern kann. Doch je größer die Schwerkraft wird, desto höher wird auch die Fluchtgeschwindigkeit.

Ist die Erdmasse auf die Größe einer Kirsche zusammengequetscht, ist die Anziehungskraft auf ihrer zierlichen Oberfläche so groß, dass die Fluchtgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit überschreitet. Ein Schwarzes Loch wäre geboren. Nichts, was in diesen kleinen schwarzen Klumpen hineinfällt, kehrt jemals zurück. Und alles, was hineinfällt, macht es schwerer, verstärkt es, erhöht seinen Appetit.

Damit aus einem Stern ein Schwarzes Loch entsteht, muss er eine Mindestmasse besitzen, sonst hat die Gravitation nicht die nötige Kraft, um das Ding auf die erforderliche Größe zusammenzupressen.

Theoretisch kann man aus jeder beliebigen Masse ein Schwarzes Loch machen. Man muss sie nur brachial und rücksichtslos genug komprimieren, bis die nötige Massen[b]dichte[/b] erreicht ist.

Wenn man sich nun vorstellt, dass man die Erde auf die Größe einer Kirsche bringen muss, um ein Schwarzes Loch zu erhalten, kann man sich vielleicht auch vorstellen (oder auch nicht), bis zu welch absurd winzigen Dimensionen man ein ohnehin schon absurd winziges Protönchen quetschen muss, um aus ihm ein ein solches Minimonster zu machen.

Geht nicht?

Geht doch! Und zwar nehme man zwei Protonen, beschleunige beide auf fast Lichtgeschwindigkeit und lasse sie dann frontal aufeinanderkrachen. Die dabei entstehenden Materiedichten können Werte erreichen, wie sie in Schwarzen Löchern vorkommen. Genau das wird am LHC in Genf gemacht. Aber erst im Oktober....

Dass niemand, der dort etwas zu sagen hat, hingeht und den Stecker zieht bevor seine Rentenbeiträge ins Nirwana entfleuchen, ist einem bestimmten Mann zu verdanken: Stephen Hawking.

Er hat schon Anfang der siebziger Jahre des vorigen Jahrhunderts herausgefunden, dass....hm....na ja....dass eben doch etwas entweichen kann aus einem Schwarzen Loch. Schuld ist, oder vielleicht sollte man sagen, der Dank gebührt, wieder einmal, der Quantenmechanik. Sie ist ja für so manche geisterhafte Vorgänge verantwortlich: bei der sogenannten Quantenfluktuation entstehen z.B. Teilchen aus dem Nichts, gucken sich kurz um und löschen sich gegenseitig wieder aus. Ein stetiges Brodeln und Köcheln im ansonsten völlig leeren Raum.

Natürlich findet dieses Gewusel auch am Rande von Schwarzen Löchern statt. Entstehen knapp über dem Ereignishorizont (das ist die Grenze, ab der es kein Zurück mehr gibt) zwei solcher Geisterteilchen, kann es sein, dass eines davon im Schwarzen Loch verschwindet, das andere aber davonkommt und nicht ins Loch stürzt. Doch bevor zwei Teilchen aus dem Nichts entstehen dürfen, müssen sie der Großen Vakuole, der Beherrscherin des Vakuums, versprechen, dass sie sich nicht allzu lange im „richtigen“ Universum herumtreiben und sich alsbald wieder gegenseitig vernichten werden. Doch das ist gar nicht so einfach, wenn eines davon von einem Schwarzen Monster verschluckt wurde.

Es ist nicht überliefert, ob das entkommene Teilchen frohlockt und jubiliert ob der gewonnenen Freiheit, oder ob es fortan tiefbetrübt über das Verschwinden des Partnerteilchens traurig durch das All saust.

Die Große Vakuole jedenfalls ist darob gar nicht amused: da ist ein herumirrendes Teilchen, das nichts verloren hat in diesem Kontinuum, und wer ist schuld?

„Wer zahlt?“, würde die BILD reisserisch titeln.

Das Schwarze Loch! Ihm wird die Energie des entflohenen Teilchens in Rechnung gestellt mit dem Resultat, dass es beständig an Masse verliert. Dieser Effekt, die sogenannten Hawking-Strahlung, ist umso stärker, je kleiner das Schwarze Loch ist.

Große Monsterlöcher, wie sie nach Supernovaexplosionen entstehen oder die noch viel größeren Exemplare in den Galaxienzentren kümmert dieser Effekt kaum. Sie verlieren durch die Hawking-Strahlung so wenig Materie im Vergleich zu ihrer Gesamtmasse, dass man für die Darstellung ihrer Lebensdauer in Jahren die absonderlichsten Vergleiche bemühen muss:

Man kann z.B. hergehen und sich für jedes Jahr, das solch ein galaktisches Monsterloch existiert, einen Jahreskalender vorstellen, wie man sie zu Weihnachten immer von seiner Stammtankstelle geschenkt bekommt. DIN A 3 groß, einen halben Zentimeter dick, mit Neuschwanstein spätestens auf dem Aprilbild. Nun fängt man an, diese Kalender aufeinanderzustapeln. Dann stellt man einen Stapel neben den anderen, und zwar so, dass nicht der kleinste Zwischenraum bleibt. Die Stapel wachsen also nach oben, jeder einzelne, aber auch zur Seite, weil immer neue Stapel angefangen werden. Und da es im Weltall weder oben noch unten gibt, wachsen die Stapel in beide Richtungen. Lässt man die Frage der dafür benötigten finnischen Urwälder mal ausser Acht, könnte man mit diesem Kalenderkonstrukt bald die gesamte Erde ausfüllen. Aber das würde noch nicht reichen. Man müsste weiterstapeln, bis der Mond von Kalendern umschlossen wäre, bis zur Sonne und um die Sonne rum, bis zum Pluto und um Pluto herum, das ganze Sonnensystem eine einzige massive Kugel aus Papier. Leider wäre das noch immer nicht genug. Weiter ginge es bis zum nächsten Fixstern, und bald wäre die gesamte Milchstraße mit Kalendern vollgestopft. Aber das würde immer noch nicht reichen. Auch die gähnenden Abgründe zwischen den Galaxien müssten mit Kalendern lückenlos ausgefüllt werden. Bis das gesamte, uns bekannte Universum eine einzige massive Papier- und Pappkugel wäre.

Und wenn man diesen Vorgang nun noch fünfzig Millionen Milliarden mal wiederholt, dann hat man gute Chancen, am Ende des Universums, wenn das letzte supermassive Schwarze Loch in einem stillen Feuerwerk zerstrahlt, das Dezemberblatt des letzten Kalenders abreissen zu können.

Die Minilöcher vom CERN existieren nicht ganz so lange. Bei ihnen wirkt sich die Hawking-Strahlung überproportional stark aus, da sie vom Krümmungsradius des Ereignishorizonts abhängig ist. Nach einer billionstel billionstel Sekunde ist das Löchle schon wieder verschwunden. Und das ist ziemlich wenig.

Allerdings ist die Hawking-Strahlung bisher nur eine theoretische Vorhersage ohne jede experimentelle oder empirische Bestätigung...