Historischer überblick - Physik

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Seminararbeit Seminar: Gekrümmter Raum und gedehnte Zeit Historischer Überblick zur Erforschung Schwarzer Löcher Institut für Physik Wintersemester 2015/2016 Universität Regensburg Vorgelegt von: Matrikelnummer: E-Mail: Paul M. E. Unger 1691694 [email protected] Eingereicht bei: Abgabetermin: Prof. Dr. Wolfgang Gebhardt 15.10.2015 Inhaltsverzeichnis 1. Die ersten Überlegungen im 18. Jhdt…………………………………………………….. 2 2. Die Jagd nach der Feldgleichung und deren Lösung im frühen 20. Jhdt…. 3 3. Die Untersuchung des Sternentodes ab dem Jahr 1930…………………..……. 5 4. Erste Sichtungen Schwarzer Löcher von 1940 bis 1943…………………………. 8 5. Ohne Schwarze Löcher geht’s nicht – Wheeler mitte des 20. Jhdts.………. 8 6. Weitere Sichtungen extrem massereicher Objekte im Jahr 1962……….……9 7. Die Beschreibung Schwarzer Löcher schreitet weiter ins 21. Jhdt. Fort…10 Anhang………………………………………………………………………………………………….……… 14 1 1 Die ersten Überlegungen im 18. Jhdt. Bei der Thematik der Erforschung Schwarzer Löcher denkt man heutzutage sofort an Namen wie Albert Einstein, John Wheeler, Stephen Hawkings und Roger Penrose. Doch die Reihe der Wissenschaftler, die einen wichtigen Beitrag zur Erforschung Schwarzer Löcher beitrugen, ist wesentlich länger und beginnt bereits Ende des 18ten Jahrhunderts. Die ersten schriftlichen Überlegungen zu Objekten, deren Masse so groß ist, dass man eine Fluchtgeschwindigkeit höher als die Lichtgeschwindigkeit benötigt, um ihrem gravimetrischen Potential zu entkommen, lassen sich auf John Mitchell zurückführen. Er wurde (vermutlich) 1724 in Nottingham geboren,1 studierte an der Universität Queens in Cambridge, an welcher er später auch lehrte, und wurde schließlich Pfarrer in Thornhill. Er befasste sich weiterhin stark mit naturwissenschaftlichen Themen wie Magnetismus und Gravitation, sagte voraus, dass sich Erdbeben wellenartig ausbreiten, und befasste sich auch mit Astronomie.2 1783 beschrieb er in einem Brief an Henry Cavendish folgende Überlegung: „ […] if the semi-diameter of a sphere of the same density with the sun were to exceed the sun in the proportion of 500 to 1, a body falling from an infinite height to it, would have aquired at its surface a greater velocity than that of light, and consequently, supposing light to be attracted by the same force in proportion to its vis inertiae, with other bodies, all light emitted from such a body would be made to return towards it, by its own proper gravity.“3 Dies wird heute als erste schriftlich festgehaltene Überlegung zu Schwarzen Löchern angesehen. Einige Jahre danach kam Pierre-Simon Laplace, geboren am 28. März 1749 in Beaumont-enAuge in der Normandie und uns heute bekannt für seine Arbeiten in der Wahrscheinlichkeitstheorie und mit Differentialgleichungen, zu ähnlichen Überlegungen. Laplace begann 1769 auf Empfehlung von Jean-Baptiste le Rond d’Alembert in Paris zu studieren, wurde 1773 mit 24 Jahren an der Académie française aufgenommen und 1785 ordentliches Mitglied der Académie des sciences. 1796 veröffentlichte er in seinem Buch „Exposition du Système du Monde“ folgende Theorie. 4 Er betrachtete einen Stern, der die 1 Sir Archibald Geikie, „Memoir of John Michell, M.A., B.D., F.R.S., fellow of Queens' college, Cambridge, 1749, Woodwardian professor of geology in the university 1762“, 1918, S.3, Veröffentlicht von: Cambridge, University press, URL: https://archive.org/details/memoirofjohnmich00geikrich, Stand: 28.09.2015. 2 Alan Chodos, „1783: John Michell anticipates black holes“, 2009, Veröffentlicht von: American Physical Society NEWS, URL: http://www.aps.org/publications/apsnews/200911/physicshistory.cfm, Stand: 28.09.2015. 3 John Michell, „On the Means of Discovering the Distance, Magnitude, &c. of the Fixed Stars, in Consequence of the Diminution of the Velocity of Their Light, in Case Such a Diminution Should be Found to Take Place in any of Them, and Such Other Data Should be Procured from Observations, as Would be Farther Necessary for That Purpose. By the Rev. John Michell, B. D. F. R. S. In a Letter to Henry Cavendish, Esq. F. R. S. and A. S.“, Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Vol. 74 (1784), S.42, Veröffentlicht von: The Royal Society, URL: http://www.jstor.org/stable/106576, (Stand: 28.09.2015. 4 Eintrag zu Pierre Simon Laplace (1749 - 1837), Marquis de Laplace im Archiv der Royal Society, URL: https://collections.royalsociety.org/Dserve.exe?dsqIni=Dserve.ini&dsqApp=Archive&dsqDb=Persons&dsqSearch=Code== %27NA5191%27&dsqCmd=Show.tcl, Stand: 28.09.2015. 2 gleiche Dichte wie die Erde aufweisen sollte, jedoch mit einem 250mal größeren Durchmesser. Er folgerte, dass die Gravitation eines solchen Objektes nach Newton so groß wäre, dass keine „Lichtpartikelchen“, wie sie damals im newtonschen Sinne betrachtet wurden, mehr dessen Oberfläche entfliehen könnten und dieses Objekt folglich nicht sichtbar zu erkennen wäre: „Un astre lumineux du même densitè que la terre et dont diamètre serais deux cents cinquante plus grand que celui du soleil, ne laisserait, en vertu de son attraction, parvenir aucune de ses rayons jusqu’a nous; il est donc possible que le plus grands corps lumineux de l’univers soient, par cela même, invisibles.“5 Durch Laplaces Beschreibung wurde zu dieser Zeit der Begriff „Schwarze Sterne“ für die heute als „Schwarze Löcher“6 bekannten Objekte geprägt. Das Interesse an der näheren Untersuchung Schwarzer Sterne schwand jedoch zunehmend im 19ten Jahrhundert. Der Grund hierfür war, dass die Wellentheorie durch Augustin Jean Fresnel immer mehr Anerkennung fand, während die Theorien von Laplace und Michell noch auf der von Newton geprägten Teilchenvorstellung des Lichtes basierten. 2 Die Jagd nach der Feldgleichung und deren Lösung im frühen 20. Jhdt. Erst mit Albert Einstein, geboren am 14. März 1879 in Ulm, gewann die Erforschung Schwarzer Sterne wieder Aufwind. Einstein begann 1896 am Polytechnikum in Zürich ein Studium zum Fachlehrer für Mathematik und Physik, welches er 1900 mit Diplom abschloss. 1905, im Alter von 26 Jahren, reichte er seine Ergebnisse zur Untersuchung des Photoelektrischen Effekts und seine Abhandlung „Zur Elektrodynamik bewegter Körper“ bei den „Annalen der Physik“, einer physikalischen Fachzeitschrift, ein. Letztere Abhandlung enthält zusammen mit dem von Einstein hinzugefügten Nachtrag „Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?“ die berühmte Formel zur Äquivalenz von Masse und Energie und wird heute als „spezielle Relativitätstheorie“ bezeichnet. 7 Durch die Einführung von Raum-Zeit-Koordinaten und die Prämisse, dass Licht sich in allen Bezugssystemen mit der selben Geschwindigkeit ausbreitet, Längen- und Zeitmaß jedoch abhängig vom Bezugssystem des Beobachters sind, gelang ihm die Verknüpfung mechanischer und elektrodynamischer Gesetze. Nach seiner Habilitation 1907 und seiner Aufnahme in die „Preußische Akademie der Wissenschaft“ 1913 fand Einstein die Zeit, sich intensiver mit den Folgen seiner Theorien für die Gravitation, die er selbst unter dem Begriff „Gravitationsproblem“ zusammenfasste, 5 Pierre-Simon Laplace, „Exposition du Système du Monde“, 1808, Veröffentlicht von: Oxford University, URL: https://archive.org/details/expositiondusys02laplgoog, Stand: 28.09.2015. 6 Der Begriff „Schwarze Löcher“ lässt sich auf John Wheeler zurückführen, der diesen bei einem öffentlichen Vortrag 1967 erstmals verwendete (siehe Seite 9). 7 Walther Lutz / Albrecht Kai-Britt, „Albert Einstein“, Veröffentlicht von: Lebendiges Museum Online / Deutsches Historisches Museum, URL: https://www.dhm.de/lemo/biografie/albert-einstein, Stand: 28.09.2015. 3 auseinander zu setzten. Am 25. November 1915 veröffentlichte er seine Gravitationstheorie vor der Preußischen Akademie. An dieser Stelle sei David Hilbert kurz erwähnt. Hilbert, geboren am 23. Januar 1862 in Königsberg, studierte an der Albertus-Universität in Heidelberg, an der er 1886 auch habilitierte. Er stellte 5 Tage vor Einstein, am 20. November 1915, der Göttinger Akademie der Wissenschaft ebenfalls eine richtige Lösung für das Gravitationsproblem vor. Hilbert hat jedoch Einsteins Priorität nie öffentlich angefochten und seine Arbeit ging als elegante Ableitung der heute bekannten Einsteinschen Gleichungen in die Literatur ein.8 Durch die Veröffentlichung der Allgemeinen Relativitätstheorie ergaben sich gänzlich neue Möglichkeiten zur Untersuchung Schwarzer Sterne. Karl Schwarzschild, am 09. Oktober 1873 in Frankfurt am Main geboren, reichte 19169 eine erste exakte Lösung der Einsteinschen Feldgleichungen außerhalb kugel-symmetrischer Massen ein. Er studierte an der Universität Straßburg Astronomie und promovierte 1896 an der Ludwig-Maximilians Universität in München, an der er schließlich 1899 habilitierte. Er befasste sich trotz seines Einsatzes in Belgien und Russland während des Ersten Weltkrieges weiterhin mit wissenschaftlichen Problemen, unter anderem mit der Gravitationstheorie. Mit seiner Lösung ließen sich statische, nicht-rotierende, ungeladene Schwarze Löcher erstmals genauer beschreiben. 1916 wurde er auf Grund einer Autoimmunerkrankung vom Kriegsdienst befreit und starb am 11.05.1916 an den Folgen dieser Erkrankung.10 Eine weitere Lösung für die Feldgleichung wurde noch im selben Jahr von Hans Jacob Reissner veröffentlicht. Reissner wurde am 18. Januar 1874 in Berlin geboren, studierte an der Technischen Hochschule Charlottenburg Maschinenbau und promovierte 1902 an der Technischen Hochschule Berlin. An dieser besuchte er zudem Seminare in theoretischer Physik und Mathematik bei Max Planck. Er arbeitete Zeit seines Lebens hauptsächlich im Bereich der Aeronautik und konstruierte 1912 das erste, flugtaugliche Ganzmetallflugzeug. Er beschäftigte sich jedoch auch weiterhin mit der theoretischen Physik und veröffentlichte 1916 eine Abhandlung „Über die Eigengravität des elektrischen Feldes nach der Einsteinschen Theorie“, in der er eine Lösung der Feldgleichung für elektrische Punktladungen fand.11 Gunnar Nordström, geboren am 12. März 1881 in Helsinki, erweiterte 1918 Reissners Lösung auf geladene, nichtrotierende, kugel-symmetrische Körper. Nordström promovierte 1908 an 8 Wolfgang Gebhardt, „Wie schwarz sind schwarze Löcher. Eine Einführung in die Physik und Astronomie schwarzer Löcher“, Vorlesungsskript, Wintersemester 2000/2001, S.10. 9 Einige Quellen geben auch 1915 als Veröffentlichungsdatum dieser Lösung an. Siehe: Christine Geisler, „Karl Schwarzschild - Leben und Werk“, 1998, Veröffentlicht von: Die AVG Internet-Redaktion, URL: http://www.avgoe.de/Nachtschicht/1997/rb1s04.html, Stand: 01.10.2015. 10 Horst Kant, "Schwarzschild, Karl", 2010, Veröffentlicht von: Neue Deutsche Biographie 24, S. 33f. [Onlinefassung], URL: http://www.deutsche-biographie.de/pnd119051524.html, Stand: 01.10.2015. 11 Irmtraud Eve Burianek, „Reißner, Hans Jacob“, 2003, Veröffentlicht von: Neue Deutsche Biographie 21, S. 396f., [Onlinefassung], URL: http://www.deutsche-biographie.de/pnd116431873.html, Stand: 02.10.2015. 4 der Universität Helsinki und habilitierte 10 Jahre darauf an der Technischen Universität Helsinki. Er beschäftigte sich seit Einsteins Veröffentlichung der Speziellen Relativitätstheorie eingehend mit dem Gravitationsproblem und versuchte dieses mit der Elektrodynamik nach Minkowski zu lösen. Seine Theorien hierzu wurden 1912 in der Physikalischen Zeitschrift veröffentlicht.12 Die Metrik nichtrotierender Ladungsverteilungen wird heute ReissnerNordtröm-Metrik genannt. Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie wurde im Jahr 1919 von Sir Arthur Stanley Eddington experimentell überprüft. Eddington, geboren am 28. Dezember 1882 in Kendal, war einer der ersten Physiker, die die Bedeutung und Folgen von Einsteins Theorien erkannten. Auf einem Treffen der British Association for the Advancement of Science 1916 hielt er einen Vortrag über die Gravitationstheorie und schrieb eines der frühesten Lehrbücher, Mathematical Theory of Relativity, darüber, wodurch Einsteins Überlegungen auch im englischsprachigen Raum publik wurden. Doch durch die von ihm zusammen mit Frank Dyson durchgeführte Sonnenfinsternis-Expedition auf die Vulkaninsel Príncipe im Golf von Guinea in Westafrika verhalf er der Relativitätstheorie zu weltweiter Bekanntheit. 13 Dort konnten Eddington und Dyson die durch die Gravitationstheorie vorhergesagte Ablenkung des Lichtes mithilfe der dort totalen Sonnenfinsternis experimentell nachweisen.14 3 Untersuchung des Sternentodes ab dem Jahr 1930 Nachdem die ersten Lösungen der Einsteinschen Feldgleichung die Existenz Schwarzer Löcher, bzw. Schwarzer Sterne, wie sie damals genannt wurden, in der Theorie in Aussicht stellten, wurde nach einer möglichen Ursache für deren Entstehung geforscht. Es ist naheliegend, diese im „Lebenszyklus“ der bis dahin massereichsten bekannten Objekten, den Sternen, zu suchen. Zudem ist Einsteins Gravitationstheorie unabdingbar bei der näheren Untersuchung von Objekten großer Masse. Chandrasekhar, Wilhelm Anderson und Stoner befassten sich 1930 unabhängig voneinander mit der Erarbeitung der Dichte- und Massenobergrenze eines Weißen Zwerges, die heute Chandrasekhar-Grenze genannt wird. Subrahmanyan Chandrasekhar, geboren am 19. Oktober 1910 in Lahore, begann sein PhysikStudium an der Universität in Madras und setzte mittels eines Stipendiums seine Studien 1930 am Trinity College in Cambridge fort. Auf eben dieser Seefahrt von Indien nach Cambridge berechnete er, dass Weiße Zwerge eine Grenzmasse besitzen müssen. Chandrasekhar begann bereits zu dieser Zeit zu überlegen, was mit Sternen, die oberhalb der von ihm berechneten Massengrenze liegen, nach dem Aussetzten der Kernfusion geschehen würde: 12 Eva Isaksson, „Gunnar Nordström – On Gravitation and Relativity“, 1985, Veröffentlicht von: Univerity of Helsinki, URL: http://www.helsinki.fi/~eisaksso/nordstrom/nordstrom.html , Stand: 02.10.2015. 13 J J O'Connor / E F Robertson, „Arthur Stanley Eddington“, 2003, Veröffentlicht von: University of St Andrews, Scotland, URL: http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/Biographies/Eddington.html, Stand: 12.10.2015. 14 F. W. Dyson / A. S. Eddington / C. Davidson, „A Determination of the Deflection of Light by the Sun's Gravitational Field, from Observations Made at the Total Eclipse of May 29, 1919.“, 1920, Veröffentlicht von: Philos. Trans. Royal Soc. London. 220A, S.291–333. 5 „[…] one is left speculating on other possibilities […].“15 In Cambridge baute er 1935 seine Theorien unter Berücksichtigung der Gravitationstheorie weiter aus. Der damals berühmte und anerkannte Astrowissenschaftler Arthur Eddington kritisierte Chandrasekhars Arbeit scharf, sowohl auf wissenschaftlicher als auch auf persönlicher Ebene, da Chandrasekhars Theorien zu relativistischer Entartung im Widerspruch zu seinen eigenen Bemühungen standen: „[…] almost a reductio ad absurdum of the relativistic degeneracy formula. […] there is no such thing as relativistic degeneracy!“16 Unabhängig von Chandrasekhar veröffentlichte 1930 Edmund Clifton Stoner, geboren am 02. Oktober 1899 in Surrey, ebenfalls eine Berechnung der Massengrenze weißer Zwerge. 17 Stoner studierte in Cambridge und promovierte 1924 an der University of Leeds, an der er sich eingehend mit der Astrophysik beschäftigte und seine Berechnungen zu Massengrenzen weißer Zwerge begann. Ab 1938 widmete er sich wieder seinem Hauptforschungsgebiet, dem Magnetismus, und erforschte bedeutende Aspekte des Ferromagnetismus. 18 Wilhelm Anderson, am 28. Oktober 1880 in Minsk geboren, bestimmte 1929 in einer seiner Arbeiten, die er in Tartu verfasste, ebenfalls die Grenzmasse weißer Zwerge. Dies baute er 1934 zu seiner Habilitationsarbeit „Existiert eine obere Grenze für die Dichte der Materie und Energie?“19 aus. Anderson wurde 1939 unter dem Regime des Nationalsozialismus aufgrund eines „nervösen Leidens“ in eine Heil- und Pflegeanstalt nach Deutschland umgesiedelt, in der er wenige Monate darauf 1940 verstarb.20 Nach der Entdeckung des Neutrons 1932 durch Sir James Chadwick ergab sich eine neue Möglichkeit für den Massen- und Dichtezustand im Leben eines Sternes: Der Neutronenstern. Nachdem von Walter Baade und Fritz Zwicky 1933 die Existenz solcher Neutronensterne als mögliches Endprodukt der Sternenentwicklung vorausgesagt wurde, befassten sich George Michael Volkoff und Robert Oppenheimer mit einer genauen Beschreibung dieser Objekte. Julius Robert Oppenheimer wurde am 22. April 1904 in New York geboren, begann 1922 an der Havard-University zu studieren und absolvierte den Master of Science 1925 „summa cum 15 J J O'Connor / E F Robertson, „Subrahmanyan Chandrasekhar“, 2005, Veröffentlicht von: University of St Andrews, Scotland, URL: http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/Biographies/Chandrasekhar.html, Stand: 02.10.2015. 16 Ebd. 17 Edmund Stoner, „The limiting density of white dwarf stars.“, 1929, Veröffentlicht von: Philosophical Magazine, Band 7, S. 63–70. 18 G.J. Morgan, „Edmund Clifton Stoner (1899-1968)“, 1999, Veröffentlicht von : University of Leeds, URL: http://www.stoner.leeds.ac.uk/about/stoner, Stand: 02.10.2015. 19 Wilhelm Anderson, „Über die Grenzdichte der Materie und der Energie.“, 1929, Veröffentlicht von: Zeitschrift für Physik 56, S.851–856. 20 Gebhardt, 2000/2001, S.6. 6 laude“ in Chemie und Physik. Anschließend arbeitete er im Cavendish Laboratory in Camebridge unter der Leitung von Ernest Rutherford, bekannt für die Entwicklung des Rutherford-Atommodelles. Dort wurden Oppenheimer vorwiegend experimentelle Arbeiten zugeteilt, an denen er jedoch wenig Gefallen fand. Nach einer persönlichen Krise, die so schwerwiegend war, dass Oppenheimer sich in psychologische Betreuung begab, wandte er sich der theoretischen Physik zu. Durch die Veröffentlichung mehrerer Arbeiten über quantenmechanische Untersuchungen zur Atomstruktur 1926 wurde Max Born auf Oppenheimer aufmerksam. Born ermöglichte Oppenheimer einen Platz als Doktorand an der Universität in Göttingen, wodurch er auf viele Größen der Atomphysik traf, wie Werner Heisenberg, Pascual Jordan, Niels Bohr, Wolfgang Pauli, Enrico Fermi, Paul Dirac und Edward Teller. 1927 promovierte er „mit Auszeichnung“ über die theoretische Untersuchung von Spektren. Nachdem Oppenheimers Vater starb, hinterließ dieser ihm ein beträchtliches Erbe, mit welchem Oppenheimer in Kalifornien eine Schule theoretischer Physiker aufbauen konnte. 1939 veröffentlichte er Arbeiten zur Astrophysik, genauer einer Beschreibung von Neutronensternen. Zusammen mit George Michell Volkoff bestimmte er unter Berücksichtigung der allgemeinen Relativitätstheorie und auf Basis der Arbeiten von Richard Tolman die Grenzmasse für stabile Neutronensterne, die heute als „Tolman-OppenheimerVolkoff- Grenze“ bekannt ist.21 Zusammen mit seinem Doktoranden Hartland Sweet Snyder zeigte er, dass es bei Sternen oberhalb dieser Grenzmasse bei deren „Erlöschen“ zu einem Gravitationskollaps kommen muss, aus welchem sich unweigerlich ein Schwarzes Loch bilden muss.22 Noch im selben Jahr veröffentlichte Albert Einstein eine Arbeit zu diesem Thema, in der er Oppenheimer und Snyders Ergebnisse stark kritisierte und zu dem Schluss kam, dass Schwarze Löcher im Universum nicht existieren können. „ […] The essential result of this investigation is a clear understanding as to why the 'Schwarzschild singularities' do not exist in physical reality.“23 Er stützt seine Behauptungen mit folgender Begründung: „ […] The 'Schwarzschild singularity' does not appear for the reason that matter cannot be concentrated arbitrarily. And this is due to the fact that otherwise the contituting particles would reach the velocity of light.“24 Hieran lässt sich wieder deutlich erkennen, wie umstritten die Existenz Schwarzer Löcher in deren Erforschungsgeschichte war. Die theoretischen Grundlagen solcher Objekte waren 21 Robert Oppenheimer / Michael Volkoff, „On massive neutron cores“, 1939, Veröffentlicht von: Physical Review, Ausgabe 55. 22 Robert Oppenheimer / Hartland Snyder, „On continued gravitational contraction.“, 1939, Veröffentlicht von: Physical Review, Ausgabe 56. 23 Albert Einstein, „On a Stationary System With Spherical Symmetry Consisting of Many Gravitating Masses“, 1939, S.936. 24 Ebd. 7 gezeigt. Nun galt es, daraus Erkennungsmerkmale für die Suche im Kosmos nach Schwarzen Löchern abzuleiten und Instrumente zur Erkennung eben dieser Merkmale zu konstruieren. 4 Erste Sichtungen Schwarzer Löcher von 1940 bis 1943 Die wohl als Erstes gesichteten Schwarzen Löcher stellen die sogenannten Syfert Galaxien dar. Carl Keenan Seyfert, geboren am 11. Februar 1911 in Cleveland, untersuchte Emissionsspektren entfernter Spiralgalaxien, über welche er 1936 auch seine Dissertationsarbeit „Studies of the External Galaxies“ schrieb. Von 1940 bis 1943 erforschte er am Mount-Wilson-Observatorium Spiralgalaxien und untersuchte über deren Spektrallienien ihre nukleare Emission. 1943 veröffentlichte er seine Ergebnisse in seiner Arbeit über „Nuclear emission in Spiral nebulae“.25 Galaxien diesen Types werden heute noch als Seyfert-Galaxien bezeichnet und man führt deren hell leuchtende Energiequelle heute auf Materieströmungen, die von einem Schwarzes Loch im Zentrum dieser Galaxien verursacht werden, zurück. Seyfert hat damit die ersten genaueren Beobachtungen an Schwarzen Löchern durchgeführt. 5 Ohne Schwarze Löcher geht’s nicht – Wheeler mitte des 20. Jhdts. John Archibald Wheeler, geboren am 09. Juli 1911 in Jacksnoville, studierte an der Johns Hopkins University, an der er 1933 bei Karl Ferdinand Herzfeld promovierte. Er habilitierte 1938 an der Princton University, lehrte dort theoretische Physik und beschäftigte sich intensiv mit Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. Dass er unter anderem auch für seine StudentenInnen im ersten Semester Besuche bei Albert Einstein am nahegelegenen Institute for Advanced Study organisierte, spiegelt wider, wie wichtig ihm die Lehre war. „If you would learn, teach!“26 Wheeler versuchte in den 1950er und 1960er Jahren mit der von ihm entwickelten Quantengeometrodynamik Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie weiter zu entwickeln. „ […] relativity is too important to leave to the mathematicians.“27 Er versuchte nicht nur die Gravitation, sondern auch andere Wechselwirkungen wie den Elektromagnetismus mithilfe von „Geonen“ in der Geometrie gekrümmter Raum-Zeit zu beschreiben. Dadurch wollte er vor allem die von Schwarzschild, Reissner und Nordström 25 Frommert Hartmut / Christine Kronberg, „Carl Keenan Seyfert“, Veröffentlicht von: unbekannt, URL: http://messier.seds.org/xtra/Bios/seyfert.html, Stand: 05.10.215. 26 Charles W. Misner / Kip S. Thorne / Wojciech H. Zurek, „John Wheeler, relativity, and quantum information“, 2009, Veröffentlicht von: Physics Today, [Onlineversion], URL: http://authors.library.caltech.edu/15184/1/Misner2009p1638Phys_Today.pdf, Stand: 05.10.2015. 27 Ebd. 8 verwendete Beschreibung von Gravitations-Singularitäten umgehen, was ihm jedoch nicht gelang.28 Er war zu dieser Zeit noch ein starker Gegner der Theorie Schwarzer Löcher, was sich aber bald ändern sollte. 1957 untersuchte Wheeler zusammen mit B. K. Harrison, Kip Thorne und Masami Wakano überdichte, „kalte“ Materie. Sie zeigten, dass es außer Weißen Zwergen und Neutronensternen keinen stabilen Zustand für Sterne nach dem Aussetzten der Kernfusion gibt. Ihre Untersuchungen untermauerten die von Oppenheimer und Snyder beschriebene Theorie des Gravitationskollaps und die damit verbundene Entstehung Schwarzer Löcher. 1959 äußerte Wheeler die Vermutung, dass die Raum-Zeit-Singularität im Zentrum eines schwarzen Lochs den Gesetzen der Quantengravitation unterliegt, und wird einer der eifrigsten Verfechter des Konzepts der Schwarzen Löcher.29 Zur bekanntesten Errungenschaft Wheelers wurde die Bezeichnung "Schwarzes Loch". Bei einem Vortrag im Herbst 1967 fragte er ins Publikum, ob jemand eine bessere Bezeichnung für ein "gravitativ vollständig kollabiertes Objekt" wisse. "Wie wäre es mit Schwarzes Loch?", fragte eine bis heute unbekannte Person aus dem Publikum, und Wheeler verwendete von nun an diesen Terminus.30 6 Weitere Sichtungen extrem massereicher Objekte im Jahr 1962 Riccardo Giacconi, geboren am 06. Oktober 1931 in Genua, promovierte 1954 an der Universität von Mailand, arbeitete dort als Assistenzprofessor für Physik und wechselte in den 1960ern auf die Universität von Indiana und nach Princeton. Die Arbeiten von Giacconi waren bis 1959 von Fehlschlägen geprägt, so dass er bei AS&E (American Science & Engeneering Inc.), einer von Bruno Rossi gegründeten Firma zur Forschung und Entwicklung, einen neuen Anlauf nahm. Er selbst bezeichnete die ersten Jahre bei AS&E als die produktivsten seines Lebens, er war von 1959 bis 1962 an der Entwicklung der Nutzlast von 23 Forschungsraketen, 6 Satellitenmissionen und einer Flugzeugmission sowie an der Entwicklung eines kompletten Satelliten beteiligt. 1962 starteten Riccardo Giacconi und Bruno Rossi zusammen mit ihrem Team eine Aerobee-Höhenforschungsrakete, die mit einem Röntgendetektor versehen war, um Röntgenaufnahmen des Mondes anzufertigen. Diese konnten aufgrund der für die damaligen Instrumente zu schwachen Signale nicht aufgenommen werden, jedoch wurde ein helles Objekt im Sternbild Skorpion von den Messgeräten aufgezeichnet, der heute als Neutronenstern klassifizierten Stern Scorpius X-1. Damit entdeckten sie die erste Röntgenquelle außerhalb des Sonnensystems, die nach der Sonne die hellste Röntgenquelle am Erdhimmel ist. Was als Fehlschlag endete wurde zum Grundstein einer der wichtigesten Messtechnicken und Forschungsgebiete der Astronomie, 28 Misner / Thorne / Zurek, 2009. 29 Gebhardt, 2000/2001, S.6. 30 Ebd. 9 der Röntgen- und Gammastrahlen-Astronomie. Für diese Entdeckung und seine Leistungen um die Röntgenastronomie erhielt Giacconi im Jahr 2002 den Nobelpreis. 31 Maarten Schmidt, geboren am 28. Dezember 1929 in Groningen, entdeckte 1963 am California Institute of Technology kosmische Radioquellen, die er nicht zu den Radiogalaxien zuordnen konnte, da sie in der Beobachtung als „sternförmig“ erscheinen, und nicht flächig, wie die bereits bekannten Spiralgalaxien. Genauer stellte Maarten Schmidt fest, dass die Radioquelle 3C 273, die unter einer Rotverschiebung auftaucht, kein naher Stern sein kann, sondern im Bereich ferner Galaxien liegen muss, also nur quasisternartig ist. In späteren Himmelsdurchmusterungen entdeckte er weitere Exemplare, die fortan Quasare genannt wurden.32 Wie wir heute wissen, sind Quasare sehr massereiche Schwarze Löcher in Galaxiezentren und erschienen deshalb sternförmig, da die Galaxie selbst aufgrund der großen Entfernung gegenüber den Emissionen des Quasars im Zentrum nur sehr schwach zu erkennen sind. Die Astrophysiker Fred Hoyle und William Fowler erkannten, dass ein Objekt, das aus solch enormer Entfernung eine so große Leuchtkraft zustande bringt, diese ungeheure Energie nur aus einem wie von Oppenheimer und Snyder beschriebenen Gravitationskollaps eines sehr massereichen Objektes beziehen kann.33 Der erste Nachweis für die Existenz Schwarzer Löcher im Universum war erbracht. Der russische Astronomen Yakov Borisovich Zel’dowich erkannte zusammen mit Guseynov durch Beobachtungen an Röntgen- und Gammastrahlenspektren von Doppelsternsystemen, dass als etwaige „unsichtbare“ Partner solcher Systeme nur Neutronensterne oder Schwarze Löcher in Frage kommen können. 34 Dadurch wurde die Existenz Schwarzer Löcher weiter bekräftigt. 7 Die Beschreibung Schwarzer Löcher schreitet weiter ins 21. Jhdt. fort Trotz der Entdeckung der Quasare hielten viele Astrophysiker und Mathematiker weiterhin daran fest, dass Schwarze Löcher zwar als mathematische „Spielereien“, nicht aber in der Realität existieren könnten. Wie schon Einstein stützten viele ihre Argumentationen darauf, dass sich die Schwarzschild- und Reissner-Nordström Lösung auf ruhende Punkte beschränkt, wo sich doch im Universum alles in Bewegung befindet. Mit den Arbeiten des Neuseeländischen Mathematikers Kerr an der Gravitationstheorie wurde auch dieses Argument hinfällig. 31 Joe Tenn, „Riccardo Giacconi“, 2014, Veröffentlicht von: Sonoma State University, URL: http://www.physastro.sonoma.edu/brucemedalists/giacconi/index.html, Stand: 05.10.2015. 32 Robert Antonucci, „Kein Verständnis für Quasare“, 2013, Veröffentlicht von: Spektrum der Wissenschaft, URL: http://www.spektrum.de/news/kein-verstaendnis-fuer-quasare/1187922, Stand: 05.10.2015. 33 Antonucci, 2013. 34 Gebhardt, 2000/2001, S.6. 10 Roy Patrick Kerr, am 16. Mai 1934 in Kurow, Neuseeland, geboren, studierte am Canterbury University College, an welchem er mit 19 Jahren seinen Abschluss als Master erwarb. 1960 pomovierte er in Havard in Cambridge über die Feldgleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie, nachdem er zuerst bei Philip Hall, einem bekannten Algebraiker, und danach bei Abdus Salam, einem Teilchenphysiker, seine Bemühungen zu einer Doktorarbeit abbrach.35 Er wechselte 1962 als Post-Doktorant an die University of Texas in Austin und arbeitete weiter an den Feldgleichungen. „Everybody who tried to solve the problem was going at it from the front, but I was trying to solve the equation from a different point of view - there were a number of new mathematical methods coming into relativity at the time and Josh [Goldberg] and I had had some success with these. I was trying to look at the whole structure – the Bianchi identities, the Einstein equations and these Tetrads - to see how they fitted together and it all seemed to be pretty nice and it looked like lots of solutions were going to come out. [...] I kept working like mad and found the solution in a few weeks.“36 Bereits 1963 konnte er seine revolutionären Ergebnisse, die die Lösung der Feldgleichungen ohne Näherungen enthielten und ein rotierendes, ungeladenes Schwarzes Loch beschrieben, in einem zehnminütigen Vortrag auf dem Texas Symposium on Relativistic Astrophysics präsentieren. Viele der anwesenden Astronphysiker schenkten dem Vortrag jedoch keine Beachtung, da sie Kerrs Methodik für „esoterische Mathematik“ erachteten. Unter den Hörern befand sich unter anderem Kip Thorne, der die Situation wie folgt beschrieb: „The astronomers and astrophysicists had come to Dallas to discuss quasars and they were not interested in Kerr's esoteric mathematical topic. So, as Kerr got up to speak, many slipped out ... others, less polite, argued in whispers ... many of the rest catnapped. This was more than Achilles Papapetrou, one of the world's leading relativists, could stand. As Kerr finished, Papapetrou demanded the floor, stood up and with deep feeling explained the importance of Kerr's feat. He, Papapetrou, had been trying for 30 years to find such a solution to Einstein's equation and had failed, as had other relativists.“37 Bereits zwei Jahre später publizierte er zusammen mit Alfred Schild in einer Arbeit die heute als Kerr-Schild-Raumzeit bekannte Metrik zur Beschreibung rotierender, geladener schwarzer Löcher. Der kanadische Physiker Werner Israel, geboren a, 04. Oktober 1931, bewies 1967, dass mit diesen drei Eigenschaften (Masse, Drehimpuls und elektrische Ladungen) Schwarze Löcher bereits vollständig bestimmt sind.38 Dieser Eindeutigkeitssatz ist heute unter dem 35 John McCrone, „Bright sparks and black holes“, 2013, Veröffentlicht von: The Press, URL: http://www.stuff.co.nz/thepress/christchurch-life/8372542/Bright-sparks-and-black-holes, Stand: 07.10.2015. 36 J J O'Conner / E F Robertson, „Roy Patrick Kerr“, 2009, Veröffentlicht von: University of St Andrews, Scotland, URL: http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/Biographies/Kerr_Roy.html, Stand: 07.10.2015. Zitat aus: M. Head, „Man of mystery“, 2004, Veröffentlicht von: The New Zealand Listener. 37 Ebd. Zitat aus: Kipp S. Thorne, „Black Holes and Time Warps: Einstein's Outrageous Legacy“ , 1995, Veröffentlicht von: W W Norton & Co. 38 Werner Israel, „Eventhorizons in static vacuum space-times“, 1967, Veröffentlicht von: Physical Review. Band 164, S. 1776–1779. 11 Namen „No Hair Theorem“ bekannt, der durch John Wheeler geprägt wurde, als dieser in Bezug darauf meinte, dass Schwarze Löcher keine Haare hätten. 39 Das No-Hair-Theorem wurde 1982 von G. Bunting und P. Mazur für geladene und rotierende schwarze Löcher bewiesen.40 Die Notwendigkeit von Singularitäten in der allgemeinen Relativitätstheorie und die damit verbundene Existenz Schwarzer Löcher wurde 1970 von Stephen William Hawking zusammen mit Roger Penrose unter sehr allgemeinen Voraussetzungen gezeigt. Hawking, geboren am 08. Januar 1942, absolvierte sein Grundstudium in Oxford und wechselte 1962 zur Trinity Hall nach Cambridge. Dort promovierte er 1966 mit seiner Arbeit „Properties of Expanding Universes“ in theoretischer Astronomie und Kosmologie. 1970 stellten er und Roger Penrose die sogenannten Singularitäten-Theoreme 41 auf, in welchem sie aus wenigen globalen Annahmen über Raum-Zeit das Vorhandensein von Singularitäten in der allgemeinen Relativitätstheorie bewiesen. Hawking arbeitete danach intensiv an einer quantenmechanischen Interpretation Schwarzer Löscher. Nachdem 1973 der israelisch-USamerikanische Physiker Jacob David Bekenstein, geboren am 01. Mai 1947 in Helsinki, gezeigt hat, dass die Oberfläche schwarzer Löcher ein Maß ihrer Entropie ist, 42 folgerte Hawking zu seiner eigenen Überraschung 1975 aus quantenmechanischen Berechnungen, dass Strahlung aus Schwarzen Löchern hervorgehen kann und diese somit auch an Masse verlieren können.43 Mit der Bekenstein-Hawking-Entropie Schwarzer Löcher konnte erstmals erfolgreich ein Zusammenhang zwischen Thermodynamik, Quantenmechanik und Allgemeiner Relativitätstheorie geknüpft werden. Zusammen mit dem No-Hair-Theorem folgerte Hawking daraus in der selben Arbeit 1975 das sogenannte „Informationsparadoxon“, nach welchem anders als bei allen sonstigen durch die Quantenmechanik oder die Relativitätstheorie beschriebenen Vorgängen es nicht möglich ist, dass die Entstehung, das Wachstum und die Auflösung eines Schwarzen Loches in umgekehrter Reihenfolge passiert.44 Dies löste eine noch immer anhaltende Debatte unter den Wissenschaftlern aus, zum Beispiel haben Hawking und Kip Thorne mit John Preskill eine Wette abgeschlossen, ob nun, wie Hawking lange behauptete, wirklich neben der Hawking-Strahlung keine Information aus Schwarzen Löchern mehr gewonnen werden kann oder nicht. Ein weiterer Gegner von Hawkings Theorie zum Informationsparadoxon war zum Beispiel Leonard 39 Misner / Thorne / Zurek, 2009. 40 Gebhardt, 2000/2001, S.6. 41 Stephen Hawking / Roger Penrose, „The singularities of gravitational collapse and cosmology.“, 1970, Veröffentlicht von: Proceedings of the Royal Society, Bd 314, S. 529–548. 42 J. D. Bekenstein, „Black holes and entropy“, 1973, Veröffentlicht von: Physical Review, Band 7, S. 2333–2346. 43 Stephen Hawking, „Particle Creation by Black Holes“, 1975, Veröffentlicht von: Commun. Math. Phys. 43, S.199-220. 44 Hawking, 1975. 12 Susskind, der über seine Debatten mit Hawking 2003 sogar ein Buch veröffentlichte. 45 Hawking wechselte seinen Standpunkt in Bezug auf das Informationsparadoxon jedoch, wie er 2004 auf der 17. „General Relativity Konferenz“ in Dublin bekannt gab. Zudem behauptete er, das Paradoxon gelöst zu haben,46 was jedoch auf weitere Kritik stieß. Jürgen Ehlers befasste sich zusammen mit Peter Schneider und Emitio Falco in den 1980er Jahren mit der Grundlagenforschung der Gravitationslinsen, einem Effekt, der bereits 1919 zur Bestätigung der allgemeinen Relativitätstheorie beitrug. 47 Sie entwickelten eine vollständige und durchgängige Beschreibung von Gravitationslinsen mit rein allgemein-relativistischen Mitteln. Dadurch ermöglichten sie, dass Galaxien in großer Entfernung und damit sehr frühe Epochen der Entwicklung des Kosmos beobachtet werden konnten.48 In den 1990er Jahren gelang es Andrea Ghez am Keck-Observatorium auf Hawaii und Reinhard Genzel am La-Silla-Observatorium in Chile unabhängig voneinander durch langjährige Beobachtung und Messungen der Radialgeschwindigkeit und Eigenbewegung von Sternen nahe des galaktischen Zentrums der Milchstraße dieses als Schwarzes Loch zu identifizieren.49 Mithilfe von Sagittarius A*, was die genaue Bezeichnung für dieses Schwarze Loch ist, wird nun versucht, das No-Hair-Theorem experimentell anhand der Präzession der Bahnellipsen zweier eng um Sagittarius A* umlaufender Sterne zu überprüfen. 50 Die Ergebnisse werden mit hoher Wahrscheinlichkeit auch die Diskussion über das Informationsparadoxon neu aufleben lassen. Die Diskussion über Schwarzer Löcher ist also noch lange nicht abgeschlossen. Seit dem 18. Jhdt. versuchen Wissenschaftler, diese besser zu verstehen. Je weiter man sie erforscht, sei es nun mit Teleskopen oder mathematischen Methoden, desto stärker wundert man sich über deren Physik selbst. Der bekannte Physiker und Populärwissenschaftler Harald Lesch formulierte dazu folgendes: „Schwarze Löcher, meine Damen und Herren, sind das Merkwürdigste, was man sich eigentlich ausdenken kann“51 45 Leonard Susskind, „20 years of debate with Stephen.“, 2003, Veröffentlicht von: Gibbons, Shellard, Rankin: The future of theoretical physics, Cambridge University Press. 46 Stephen Hawking, „Information loss in black holes“, 2005, Veröffentlicht von: Physical Review. Band 72. 47 Siehe Seite 5. 48 Peter Schneider / Jürgen Ehlers / Emilio Falco, „Gravitational Lenses.“, 1999, Veröffentlicht von: Springer 49 Gebhardt, 2000/2001, S.6f. 50 Will Clifford, „Testing the General Relativistic “No-Hair” Theorems Using the Galactic Center Black Hole Sagittarius A*“, 2008, Veröffentlicht von: Astrophysical Journal Letters. 674, S. L25–L28. 51 Harald Lesch, „Die Physik von Albert Einstein: Das Schwarze Loch“, 2005, Veröffentlicht von: Alpha Centauri (Fernsehserie). 13 Anhang: Quellenverweise zu den verwendeten Bildmaterialien der Präsentation Folie 2: „Pierre-Simon Laplace“ von Sophie Feytaud (fl.1841) - This image appears identical to the cover image used by Gillispie et al. They cite the portrait as an 1842 posthumous portrait by Madame Feytaud, courtesy of the Académie des Sciences, Paris.. Lizenziert unter Gemeinfrei über Wikimedia Commons - https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pierre-Simon_Laplace.jpg#/media/File:PierreSimon_Laplace.jpg Folie3: „Einstein 1921 portrait2“ von Ferdinand Schmutzer - http://www.bhm.ch/de/news_04a.cfm? bid=4&jahr=2006. Lizenziert unter Gemeinfrei über Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Einstein_1921_portrait2.jpg#/media/File:Einstein_1921_p ortrait2.jpg „Hilbert“. Lizenziert unter Gemeinfrei über Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hilbert.jpg#/media/File:Hilbert.jpg „Schwarzschild“. Lizenziert unter Gemeinfrei über Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Schwarzschild.jpg#/media/File:Schwarzschild.jpg „Reissner“ von Unbekannt - http://reissner-guben.org/doc/hans_reissner/. Lizenziert unter Gemeinfrei über Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Reissner.jpg#/media/File:Reissner.jpg „Gunnar Nordström“ von Author is unknown - Eva Isakssons homepage. Lizenziert unter Gemeinfrei über Wikimedia Commons - https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gunnar_Nordstr %C3%B6m.jpg#/media/File:Gunnar_Nordstr%C3%B6m.jpg "Arthur Stanley Eddington" by George Grantham Bain Collection (Library of Congress) - This image is available from the United States Library of Congress's Prints and Photographs division under the digital ID ggbain.38064.This tag does not indicate the copyright status of the attached work. A normal copyright tag is still required. See Commons:Licensing for more information Licensed under Public Domain via Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Arthur_Stanley_Eddington.jpg#/media/File:Arthur_Stanley _Eddington.jpg „1919 eclipse negative“ von F. W. Dyson, A. S. Eddington, and C. Davidson - F. W. Dyson, A. S. Eddington, and C. Davidson, "A Determination of the Deflection of Light by the Sun's Gravitational Field, from Observations Made at the Total Eclipse of May 29, 1919" Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical or Physical Character (1920): 291-333, on 332.. Lizenziert unter Gemeinfrei über Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:1919_eclipse_negative.jpg#/media/File:1919_eclipse_nega tive.jpg 14 Folie 4: „Chandrasekhar“ von Unbekannt, aus Wolfgang Gebhardt, „Wie schwarz sind schwarze Löcher. Eine Einführung in die Physik und Astronomie schwarzer Löcher“, Vorlesungsskript, Wintersemester 2000/2001, S.7. „Stoner“ von Condensed Matter Physics Group – G.J. Morgan – 1999. Lizenziert unter „Copyrights Leeds 2010“- University of Leeds - http://www.stoner.leeds.ac.uk/about/stoner „Wilhelm Anderson“ von Eike Anderson - Eigenes Werk. Lizenziert unter CC BY-SA 3.0 über Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wilhelm_Anderson.jpg#/media/File:Wilhelm_Anderson.jpg "Fritz Zwicky" by Source. Licensed under Fair use via Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/File:Fritz_Zwicky.png#/media/File:Fritz_Zwicky.png Folie 5: „George Michael Volkoff“ von Linfoxman - Foxman. Lizenziert unter Gemeinfrei über Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:George_Michael_Volkoff.jpg#/media/File:George_Michael _Volkoff.jpg „Snyder_hartland“ by Kendra Snyder at ScienceBlogs, 2010, URL: http://scienceblogs.com/brookhaven/2010/06/25/finding-focus-for-the-worlds-a/ „JROppenheimer-LosAlamos“ von Department of Energy, Office of Public Affairs - Taken from a Los Alamos publication (Los Alamos: Beginning of an era, 1943-1945, Los Alamos Scientific Laboratory, 1986.).. Lizenziert unter Gemeinfrei über Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:JROppenheimerLosAlamos.jpg#/media/File:JROppenheimer-LosAlamos.jpg „Einstein oppenheimer“ von Image courtesy of US Govt. Defense Threat Reduction Agency http://www.dtra.mil/press_resources/photo_library/CS/CS-1.cfm [dead link]. Lizenziert unter Gemeinfrei über Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Einstein_oppenheimer.jpg#/media/File:Einstein_oppenhei mer.jpg Folie 6: „Dr Seyfert“ von Dyer Observatory, Vanderbilt University, Website, URL: https://dyer.vanderbilt.edu/about-us/history/ "Minkowski,Rudolph 1934 London" by GFHund - Own work. Licensed under CC BY 3.0 via Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Minkowski,Rudolph_1934_London.jpg#/media/File:Minko wski,Rudolph_1934_London.jpg 15 „Baade“ von SAO/NASA Astrophysics Data System (ADS) - Bibcode: 1955PASP...67...57W - Copyright: Astronomical Society of the Pacific - http://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-iarticle_query? bibcode=1955PASP...67...57W&db_key=AST&page_ind=1&data_type=GIF&type=SCREEN_VIEW&class ic=YES Folie 7: „Wheeler“ von Blackstone Shelburn, New York City, 1954, aus: Wolfgang Gebhardt, „Wie schwarz sind schwarze Löcher. Eine Einführung in die Physik und Astronomie schwarzer Löcher“, Vorlesungsskript, Wintersemester 2000/2001, S.8. "Kip S. Thorne, 1972" by A. T. Service - Own work. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kip_S._Thorne,_1972.jpg#/media/File:Kip_S._Thorne,_197 2.jpg Folie 8: „Riccardo Giacconi“ - von Unbekannt; „Riccardo Giacconi: A High-Energy Visionary Wins Nobel Prize“, 2002, veröffentlicht von: Chandra X-ray Center, Operated for NASA by the Smithsonian Astrophysical Observatory , URL: http://chandra.harvard.edu/chronicle/0402/nobel/ "Bruno B Rossi" by Massachusetts Institute of Technology - Wikipedia:Contact us/Photo submission. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bruno_B_Rossi.jpg#/media/File:Bruno_B_Rossi.jpg „Aerobee170“ von http://www.wsmr-history.org/ - Aerobee 170 on http://www.wsmr-history.org/. Lizenziert unter Gemeinfrei über Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Aerobee170.jpg#/media/File:Aerobee170.jpg Folie9: „Roy Kerr“ von School of Mathematics and Statistics, University of St Andrews, Scotland, URL: http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/Biographies/Kerr_Roy.html „Werner Israel“ von Unbekannt; „Les trous noirs“, URL: http://tpe-trous-noirs.emonsite.com/album/les-inventeurs/ „Stephen Hawking.StarChild“ von NASA - Original. Source (StarChild Learning Center). Directory listing.. Lizenziert unter Gemeinfrei über Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Stephen_Hawking.StarChild.jpg#/media/File:Stephen_Haw king.StarChild.jpg „Roger Penrose“ - von Unbekannt, vermutlich von: World of Escher, 1995-2012, URL: http://www.worldofescher.com/misc/penrose.html „JacobBekenstein240“ von Lumidek in der Wikipedia auf Englisch - Eigenes Werk des ursprünglichen Hochladers. Lizenziert unter Gemeinfrei über Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:JacobBekenstein240.JPG#/media/File:JacobBekenstein240. JPG 16 "John Preskill 2" by Randomaccount136631 - Own work. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:John_Preskill_2.jpg#/media/File:John_Preskill_2.jpg Folie 10: „Juergen Ehlers“ von Unbekannt, veröffentlicht von: Max Planck Campus Potsdam-Golm: History and Foundations of Quantum Physics, 2010, URL: http://quantum-history.mpiwgberlin.mpg.de/news/documents/ehlers.html „Gravitational lens-full“. Lizenziert unter Gemeinfrei über Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gravitational_lens-full.jpg#/media/File:Gravitational_lensfull.jpg Folie 11: „Reinhard Genzel“ von MPE - Eigenes Werk. Lizenziert unter CC BY-SA 3.0 über Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Reinhard_Genzel.jpg#/media/File:Reinhard_Genzel.jpg "Ghez andrea download 2" by Courtesy of the John D. and Catherine T. MacArthur Foundation. Licensed under CC BY 4.0 via Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ghez_andrea_download_2.JPG#/media/File:Ghez_andr ea_download_2.JPG Ich erkläre hiermit, dass ich vorliegende Arbeit selbstständig verfasst und alle Formulierungen, die wörtlich oder dem Sinn nach aus anderen Quellen entnommen wurden, kenntlich gemacht habe. 17 Ideengeschichte in Stichworten1 1783 Erste schriftlich festgehaltene Überlegung zu Schwarzen Löchern durch J. Mitchell. Er schließt aus Newtons Theorie der Gravitation und dessen Korpuskular-Theorie des Lichts, dass Lichtteilchen aus dem Gravitationsfeld genügend großer Massen nicht mehr entweichen können. 1796 Laplace veröffentlicht ähnliche Überlegungen wie Mitchell und folgert, dass solche Objekte nicht sichtbar sein können. 1915 Einstein (und unabhängig von ihm David Hilbert) formuliert die Feldgleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie. Sie beschreiben die lokale Krümmung der Raumzeit bei Anwesenheit von Masse. 1916 Karl Schwarzschild entwickelt eine Lösung der Feldgleichung außerhalb kugelsymmetrischer Massen. Sie beschreibt die Metrik statischer Schwarzer Löcher. 1918 Reissner und Nordström entdecken eine Lösung der Feldgleichung, die nichtrotierende, geladene Löcher beschreibt. 1919 Eddington und Dyson weisen die von Einstein vorhergesagte Ablenkung des Lichtes während einer totalen Sonnenfinsternis experimentell nach. 1935 Chandrasekhar zeigt unter Einschluss relativistischer Entartung, dass es für die Masse weißer Zwerge eine Obergrenze gibt. Eddington greift Chandrasekhar scharf an. 1939 Oppenheimer und Volkoff zeigen, dass es für Neutronensterne eine Massenobergrenze gibt. Oppenheimer und Snyder zeigen, dass ein kollabierender Stern ein Schwarzes Loch bildet. 1957 Wheeler, Harrison und Wakano zeigen, dass außer weißen Zwergen nur noch Neutronensterne stabil sind. Ihr Diagramm Masse gegen Dichte bestärkt die Vermutung, dass bei Kollaps großer Massen Schwarze Löcher entstehen. 1959 J.A. Wheeler äußert die Vermutung, dass die Raum- Zeit-Singularität im Zentrum eines Schwarzen Lochs den Gesetzen der Quantengravitation unterliegt. 1963 Entdeckung der Quasare und Messung ihrer Rotverschiebung durch M. Schmidt. R. Kerr entdeckt eine Lösung der Einsteinschen Feldgleichungen, die rotierende, geladene Schwarze Löcher beschreibt. Es ist die allgemeinste Lösung für stationäre Schwarze Löcher. 1967 Wheeler prägt in einem öffentlichen Vortrag den Begriff „Black Hole“. W. Israel stellt die "No-Hair"-These auf. 1970 S. Hawking und R. Penrose weisen die Notwendigkeit von Singularitäten in der ART und damit die Existenz Schwarzer Löcher unter sehr allgemeinen Voraussetzungen nach. 1973 J.D. Bekenstein vermutet, dass die Oberfläche Schwarzer Löcher ein Maß ihrer Entropie ist. 1975 S. Hawking zeigt durch quantenmechanische Berechnungen, dass Schwarze Löcher strahlen können. 1982 G. Bunting und P. Mazur beweisen die „No-Hair“-Vermutung für geladene und rotierende Schwarze Löcher. 1996 A. Ghez und R. Genzel finden 2,6 ·106 Sonnenmassen nicht leuchtender Materie innerhalb eines Radius von 0,04 parsec. Im Zentrum unserer Galaxie. Sie folgern die Anwesenheit eines Schwarzen Loches. 1999 P. Schneider, J. Ehlers und E. Falco entwickeln eine vollständige und durchgängige Beschreibung von Gravitationslinsen mit rein allgemein-relativistischen Mitteln. 2002 A. Ashtekar und B. Krishnaneine veröffentlichen eine Lösung für die Beschreibung wachsender Schwarzer Löcher, ohne dabei eine Näherung verwenden zu müssen. 1Siehe auch: Wolfgang Gebhardt, „Wie schwarz sind schwarze Löcher. Eine Einführung in die Physik und Astronomie schwarzer Löcher“, Vorlesungsskript, Wintersemester 2000/2001, S.4ff.