- Das Nobelpreiskomitee hat zwei Forscher und eine Forscherin geehrt, die sich mit einem der rätselhaftesten Phänomene im Universum beschäftigen.
- Bis die Menschheit die kosmischen Riesenstaubsauger verstand, war es ein langer Weg.
Stockholm – Mit „Erklärung“ von Wissenschaft ist es so eine Sache. 21 Seiten hat das Dokument, das die Schwedische Akademie „zur Erläuterung des wissenschaftlichen Hintergrunds“ des aktuellen Physik-Nobelpreises veröffentlicht hat. Es enthält allerlei komplizierte Formeln, darunter die für die „Schwarzschild-Metrik“. Sie beginnt mit „ds2=“ ... ja, und dann folgen 15 Kleinbuchstaben, vier Großbuchstaben, zwei griechische Buchstaben, vier Klammern, drei Bruchstriche, neun hochgestellte Zweien, drei Minus- und ein Pluszeichen.
Was um des Universums Willen bedeutet das?, fragt der schaudernde Laie. Er ist dabei nicht allein. „Seit die Mathematiker über die Relativitätstheorie hergefallen sind, verstehe ich sie selbst nicht mehr“, soll Albert Einstein gesagt haben, als andere Forscher vor mehr als 100 Jahren begannen, über die Konsequenzen seiner Arbeiten nachzudenken. Die Schwerkraft von Körpern kann den Raum und die Zeit verbiegen, hatte Einstein herausgefunden. Aber wie genau? Und wie stark?
Wo alle physikalischen Gesetze aufhören zu existieren
Das fragte sich auch der deutsche Physiker Karl Schwarzschild (1873-1916) und legte kurz vor seinem Tod noch diese Formel vor, die das Gravitationsfeld eines „Massepunktes“ beschreibt. Aus ihr ergibt sich (wenn auch zunächst nur rechnerisch): Werden große Massen in einem Punkt konzentriert, entsteht eine „Singularität“. Stark (!) vereinfacht: Ein mathematisch-physikalisches Grenzobjekt, unendlich klein, unendlich schwer, unendlich dicht. Alle physikalischen Gesetze hören dort auf zu existieren; die Gravitation wird so groß, dass selbst das Licht ihr nicht entkommt (daher der Name „Schwarzes“ Loch).Solche Objekte sind kosmische Riesenstaubsauger, galaktische Monster: In ihrer Nähe entsteht eine unsichtbare Grenzlinie, der „Ereignishorizont“. Was sie überschreitet, kehrt nie mehr zurück. Jede direkte Beobachtung mit gängigen wissenschaftlichen Methoden ist unmöglich.
Einstein glaubte nicht, dass das geht. Er irrte. Widerlegt hat ihn der britische Mathematiker und Physiker Roger Penrose. In einer „bemerkenswerten Arbeit“ habe er 1965 „neue mathematische Werkzeuge eingeführt und mit mathematischer Strenge bewiesen, dass die Entstehung Schwarzer Löcher eine unausweichliche Konsequenz der Allgemeinen Relativitätstheorie ist“, erklärt der Physiker Ulf Danielsson vom Nobelkomitee. Penroses Arbeit gelte bis heute als „wichtigster Beitrag zur Allgemeinen Relativitätstheorie seit Einstein“.
Was Penrose mathematisch vorbereitete, setzten die zwei jetzt geehrten anderen Forscher in die Tat um, der Deutsche Reinhard Genzel und die Amerikanerin Andrea Ghez. Beide leiteten unabhängig voneinander zwei Arbeitsgruppen, die seit den 1990er Jahren das Zentrum unserer Milchstraße untersuchten. Zahlreiche Sterne kreisen dort in der Nähe des Sterns „Sagittarius A*“ – 26 000 Lichtjahre von der Erde entfernt, umgerechnet 246 Billiarden Kilometer – um ein gemeinsames Zentrum.
Forschung eine menschheitliche Gemeinschaftsleistung
Genzel, Ghez und ihre Teams vermaßen die Bahnen dieser Sterne. Über die Jahre und Jahrzehnte immer genauer, immer präziser. Bis feststand: Bei Sagittarius A* befindet sich ein „supermassereiches“ Schwarzes Loch. Auf in kosmischer Sicht winzigstem Raum (ungefähr so groß wie unser Sonnensystem) konzentrieren sich dort vier Millionen Sonnenmassen – acht Millionen Billionen Billiarden Tonnen.
Das Literaturverzeichnis des Nobel-„Erklärungs“-Aufsatzes hat 55 Einträge und liest sich wie ein Prominentenlexikon der Physik. Außer Schwarzschild und Einstein stehen zum Beispiel auch Stephen Hawking drin, der Atombomben-Erfindungs-Koordinator John Robert Oppenheimer oder der französische Mathematiker und Astronom Pierre-Simon Marquis de Laplace (1749-1827): Der legte schon 1799 einen Aufsatz vor, demzufolge „die anziehende Kraft bey einem Weltkörper so gross seyn könne, dass das Licht davon nicht ausströmen kann“. Penrose wird mit sieben Aufsätzen zitiert, Genzel mit sechsen, Ghez mit dreien.
Das zeigt, wie sehr solche Forschung eine menschheitliche Gemeinschaftsleistung ist. Bei allem Respekt vor der Arbeit von Penrose, Genzel und Ghez; bei aller Ehrfurcht vor dem höchsten aller Forschungspreise: Dass laut Nobel-Statut nur maximal drei Forscher die Goldmedaille für solche olympischen Mannschaftssiege bekommen dürfen, ist, mit Verlaub, Blödsinn. Ohne Vor- und Zuarbeit geht nämlich gar nichts. Immer baut eine/r auf dem anderen auf.
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So waren auch mehr als 200 Forscher aus 20 Nationen und von 59 Institutionen beteiligt, als vor einem Jahr das erste quasi „fotografische“ Bild eines Schwarzen Lochs die Welt aufrüttelte, akribisch kombiniert aus Daten des Teleskops „Event Horizon“ (Ereignishorizont). „M87“ heißt das Objekt – nach der Galaxie „Messier 87“, wo es sich befindet.
Für das Foto wurden acht Teleskope auf vier Kontinenten zusammengerechnet. Sie stehen etwa in Arizona, in Hawaii und Chile, in Spanien, sogar in der Antarktis. Ein spezielles Verfahren koordiniert sie derart, als seien sie ein einziges Riesenteleskop planetaren Ausmaßes. Jedes Teleskop liefert bei solchen Beobachtungen gigantische Datenmengen: Für „M87“ waren es rund 350 Terabyte (14 000 Blu-ray-Discs) – täglich. Das fasst keine E-Mail: Die Daten mussten auf Festplatten zu den Auswertungscomputern transportiert werden (auch zum Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn-Endenich). Gar nicht so einfach, wenn das Teleskop in der Antarktis steht.
Der Blick in das Unerschaubare; die Reise hinter den Ereignishorizont, die vor mehr als 200 Jahren mit Laplace begann, vor 100 Jahren mit Einstein und Schwarzschild weiterging und vor 55 Jahren mit Penrose noch weiter: Mit der Preisverkündung von Stockholm hört sie nicht auf. Die Arbeit an den Grenzen des menschlichen Wissens geht so lange weiter, bis sie alle Horizonte überschreitet. Andrea Ghez hofft, dass ihre und die Arbeit ihrer Kollegen junge Forscher – vor allem auch Frauen – dazu anregt, diesen Weg jetzt weiterzugehen. Sie sagt: „Es gibt so viel, das getan werden kann.“