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Schwarzes Loch
Wird die Erde bei Experimenten am CERN in Genf
Darauf gibt es eine ganz einfache und eindeutige Antwort:
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Am
Europäischen Labor für Teilchenphysik (Atomkernforschung)
wurde schon 1957 der erste
Teilchenbeschleuniger
in Betrieb genommen. In einem unterirdischen ringförmigen Rohr wird ein Vacuum
erzeugt; geladene Teilchen werden in ein
Magnetfeld eingeschlossen und auf große Geschwindigkeiten beschleunigt.
Nachdem sie die gewünschte Geschwindigkeit erreicht haben, lässt man sie
kollidieren. Dies geschieht in einem Detektor, der festhält, was dabei passiert.
Im Lauf der Jahre baute man immer größere Beschleuniger und immer bessere
Detektoren. 1989 schließlich wurde ein neuer, 27 km langer Ring in Betrieb
genommen, der
Large Electron-Positron Collider (LEP)
für Kollisionen von Elektronen und Positronen. 1996 konnte man damit zum
ersten Mal
Antimaterie
erzeugen. Um die Jahrtausendwende wurde im Tunnel des LEP schließlich der
Large Hadron Collider (LHC)
installiert, in dem man Protonen mit 14 TeV
(Tera-Elektronenvolt = 1 Billion Elektronenvolt)
und Blei-Ionen (Blei-Atomkerne) mit 1146 TeV zusammenstoßen lassen
kann. Das hört sich auf den ersten Blick nach viel an, da Elektronenvolt aber
eine sehr kleine Einheit ist, ist es eigentlich wieder wenig
(1 eV = 1,6 * 10
-19
Joule oder Wattsekunden).
Diese Energie wird jedoch als kinetische Energie (Bewegungsenergie) auf Teilchen
übertragen, für die die Bezeichnung "winzig" noch stark untertrieben ist.
Deshalb ist es für jedes dieser Teilchen unheimlich viel.
Die Röhre ist längst fertig, aber das Innere musste auf
ca. -271° Celsius abgekühlt werden, damit die ca. 1200 Elektromagnete
supraleitend werden und mit einem Strom von 13 000 Ampere ein
Ringförmiges Magnetfeld erzeugen können, das die mit fast Lichtgeschwindigkeit
kreisenden Teilchen einschließt. Man erhofft sich davon neue Erkenntnisse über
Beschaffenheit und Ursprung unserer Materie.
Ende 2008 plante man den ersten großen Versuch. Durch einen Defekt in
der Anlage, den
Quench
eines supraleitenden Magneten, hat sich die Inbetriebnahme jedoch verzögert.
Am 30. März 2010 konnte der LHC dann in Betrieb genommen werden, das Endziel
von 14 TeV liegt jedoch noch in weiter Ferne.
Den aktuellen Stand erfährt man  hier (unter "News").
In dem Diagramm unter "Online Status" ist auf der rechten Skala die
Beam Energy,
die Energie des Teilchenstrahls in GeV (Giga-Elektronenvolt) angegeben.
1000 GeV entsprechen 1 TeV, das Endziel von 14 TeV entspräche
also 14 000 GeV. Ob es je erreicht wird?
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Eigentlich ist das nichts grundlegend Neues. Schon seit 50 Jahren baut man hier
immer leistungsfähigere Beschleuniger und lässt Teilchen mit ungeheuerer Wucht
zusammenstoßen. Das besondere diesmal ist, dass jetzt Energien eingesetzt
werden, die kleine
Schwarze Löcher
entstehen lassen, was auf den ersten Blick recht erschreckend klingt.
Was ist denn nun ein Schwarzes Loch? Erst mal ganz grob gesagt, eine Anhäufung von Materie auf kleinstem Raum, deren Anziehungskraft so groß ist, dass ihr ab einer bestimmten Entfernung, dem Ereignishorizont, nichts mehr entfliehen kann, nicht mal das Licht, deshalb "schwarz". Da die Atome, ebenso wie das Weltall, größtenteils aus leerem Raum bestehen, lassen sie sich theoretisch sehr stark zusammendrücken. Die Erde hätte in kompakter Form den Durchmesser einer Murmel, die gesamte Schwerkraft wäre auf einem Punkt konzentriert und unvorstellbar stark. Da Schwarze Löcher immer mehr Masse aus ihrer Umgebung anziehen, wachsen sie immer mehr an. Man nimmt an, dass sich im Zentrum von Galaxien Schwarze Löcher befinden, um die sich die Abermillionen Sterne spiralförmig drehen und eines Tages hineinstürzen wie das Wasser in den geöffneten Abfluss der Badewanne. Massen ziehen sich an. Für uns heute selbstverständlich, ist diese Erkenntnis mit großen Namen der Physik und Astronomie verbunden. Was hindert die Erde denn nun daran, unter ihrer eigenen Anziehungskraft in sich zusammenzustürzen und sich in ein schwarzes Loch zu verwandeln. Der Grund sind andere Kräfte, die abstoßend wirken und dies verhindern. Ein kompliziertes Zusammenspiel verschiedener, im ganzen Weltall überall gleicher Kräfte. Würde nur eine davon um einen winzigen Wert abweichen, sähe unsere Welt ganz anders aus, oder es gäbe sie vielleicht überhaupt nicht. Die Wissenschaftler dringen immer mehr ins Allerkleinste vor, aber bei jeder Entdeckung, jedem neuen Teilchen, tun sich wieder neue Rätsel auf. Für weitere Erkenntnisse müssen immer größere Energien eingesetzt werden. |
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Besteht nun die Gefahr, dass mit den erzeugten sehr winzigen Schwarzen Löchern,
etwas entsteht, das immer mehr Materie anzieht, vielleicht sogar die ganze Erde
verschlingt?
Die erzeugten Schwarzen Löcher sind sehr klein. Man vermutet einen Durchmesser von ungefähr 2 · 10 -18 m. Würden sich diese verhalten wie ihre großen Brüder und immer mehr Materie anziehen und in sich aufnehmen, würden sie immer mehr wachsen und schließlich die ganze Erde verschlingen. Verschiedene Wissenschaftler warnen davor, dass diese Entwicklung, einmal in Gang gesetzt, durch nichts mehr aufzuhalten wäre. Warum macht man trotzdem diese Experimente? Die Wissenschaftler am CERN sagen, die entstehenden winzigen Schwarzen Löcher sind nicht mit den Monstern im Weltall zu vergleichen, man sollte sie vielleicht nicht einmal so nennen. Im Vergleich zu den Dimensionen im Weltall entspräche das Experiment "der Kollision zweier Mücken im Flug". Wieviel Masse ein solches Schwarzes Loch haben muss, um beständig zu sein, weiß jedoch niemand. Auch das geben sie zu. »Auf jeden Fall viel mehr« ist die einzige Aussage, die ich dazu gehört habe. Dem Physiker Stephen W. Hawking
zufolge geben Schwarze Löcher sogen.
Hawking-Strahlung
ab. Sehr kleine "verdampfen" also quasi, bevor sie größeren Schaden anrichten
können, und zwar in 10
-33
Sekunden. Viel schneller, als dass sie neue Materie ansaugen könnten. Das
ganze ist allerdings eine Theorie. Noch niemand hat so etwas je beobachtet.
Mit Hilfe der sogenannten Schwarzschild-Metrik (nach Karl Schwarzschild, der 1916 die entsprechende Formel fand) kann man zwar gut berechnen, wie groß der Ereignishorizont wäre, würde die Erde zu einem Schwarzen Loch zusammengedrückt, das wären ca. 9 mm. Der eigentliche Körper müsste also kleiner sein, erst dann kann man von einem Schwarzen Loch sprechen, weil erst dann andere Körper den Ereignishorizont erreichen und aufgesaugt werden können. Für die Sonne betrüge er übrigens 2,9 km. Was man jedoch einfach nicht weiß: Wie groß muss ein zu kompakter Masse zusammengedrückter Körper mindestens sein, um einen Ereignishorizont ausbilden zu können. Und falls dies auch sehr kleine Körper können, weiß man nicht, ob nicht andere abstoßende Kräfte verhindern, dass weitere Materie in den Ereignishorizont eindringt. Die Teilchen mit der höchsten Energie erreichen uns komischerweise ausgerechnet von sehr weit entfernten Objekten. Das bekannteste ist wohl der Blasar (oder Blazar) Markarian 501. Man nimmt an, dass es sich um eine Galaxie handelt, deren Drehachse zufällig genau auf uns weist. In Richtung der Drehachse entweicht nämlich die Energie aus dem Schwarzen Loch im Zentrum, gebündelt wie ein überdimensionaler Laser. Da Markarian 501 aber ca. 300 Millionen Lichtjahre von uns entfernt ist, müsste der Strahl auf seinem weiten Weg eigentlich Energie verlieren, weil seine Photonen oder hochenergetischen Teilchen mit der kosmischen Hintergrundstrahlung und anderem wie der dunklen Materie und Neutrinos zusammenstoßen oder zumindest in Wechselwirkung treten. Warum dies nicht der Fall ist, darüber gibt es nur Vermutungen und Theorien. Auch woraus dieser Strahl genau besteht, darauf lässt sich nur indirekt schließen, niemand weiß es genau, da man die großen Detektoren, wie sie z.B. im LHC eingesetzt werden, nicht einfach ins Weltall schaffen kann. Und selbst wenn das möglich wäre, kommen die Teilchen zu dünn verteilt an, um sie genau untersuchen oder kontrollierte Kollisionen herbeiführen zu können. Den Gegnern der Experimente am CERN wirft man Populismus vor. Inwieweit das stimmt und wie seriös die beiderseitigen Argumente sind, kann niemand sicher beurteilen. Die möglichen Szenarien reichen vom Weltuntergang bis zur Entdeckung unerschöpflicher Energiequellen. Die Wissenschaftler geben aber auch zu, dass sie natürlich nicht genau wissen, was passieren wird, sonst bräuchten sie die Versuche ja nicht zu machen! Man erhofft sich Antworten auf sehr grundsätzliche Fragen, z.B. warum beim Urknall nicht Materie und Antimaterie in gleichem Verhältnis entstanden und sich gegenseitig wieder auslöschten, oder warum Teilchen überhaupt eine Masse besitzen. Außerdem hofft man, endlich die in den 60er Jahren von dem britischen Physiker Peter Higgs vorhergesagten Higgs-Teilchen oder Higgs-Bosonen nachzuweisen oder Dunkle Materie, aus der etwa 80% des Universums bestehen soll, die aber bisher nur indirekt nachgewiesen wurde. Es könnte auch sogen. Seltsame Materie (Exotische Materie oder seltsame Teilchen) entstehen (siehe Linkliste) von der niemand weiß, wie sie sich verhält. Sollten wir deshalb dieses Spiel mit der Büchse der Pandora nicht lieber lassen? In erster Reihe der Gegner stehen der US-Physiker Walter Wagner, der Tübinger Professor Dr. Otto Rössler und ein Spanier, Luis Sancho, der "Zeitforscher" genannt wird, was immer das heißen mag. Die beiden ersten haben Klage gegen die Europäische Organisation für Kernforschung eingereicht, um den Versuch zu verhindern. Dr. Rössler (lt. Hamburger Abendblatt) schlug vor, die Versuche höchstens irgendwann auf dem Mond zu wagen. Sollte dieser zerstört werden, würde die Erde halt von einem Schwarzen Loch umkreist, das wäre auch ganz schön. Aber das Risiko einer Zerstörung der Erde sollte man nicht eingehen, auch wenn die Wahrscheinlichkeit noch so gering ist. Sie werden die Versuche nicht verhindern können. Die forschende Neugier des Menschen ließ sich noch nie begrenzen. Sollte Stephen Hawking sich geirrt haben, ist nach kurzer Zeit sowieso niemand mehr da, der sich beschweren könnte. Der Mond würde um ein schwarzes Loch kreisen und nach vielen Jahrmillionen ebenfalls hineinstürzen. Alles miteinander würde nach einigen Milliarden Jahren von der Sonne verschlungen und diese wiederum nach noch viel längerer Zeit vom Schwarzen Loch im Zentrum unserer Milchstraße. Nichts würde mehr an die Menschheit erinnern, nur vielleicht ein paar Quanteneffekte, in denen unser gesamtes Wissen und Leben gespeichert ist, ein Jenseits, dem auch ein Schwarzes Loch nichts anhaben kann, nennen wir es einfach Gott.
Ihre seltsamen Eigenschaften und die Tatsache, dass man Schwarze Löcher nicht direkt beobachten kann, haben schon früher zu wilden Spekulationen Anlass gegeben. Das Tunguska-Ereignis
vom 30. Juni 1908 zum Beispiel, welches nach allgemeiner Meinung durch den
Einschlag einens Meteoriten oder Kometen hervorgerufen wurde, von dem
allerdings nie auch nur eine Spur entdeckt wurde, könnte durch ein
Schwarzes Loch verursacht worden sein. 1973 erschien im Wissenschaftsmagazin
"Nature" ein Artikel, in dem die Möglichkeit beschrieben wird, dass sich ein aus
dem Weltraum kommendes Schwarzes Loch mit großer Geschwindigkeit im
Tunguska-Gebiet (Sibirien) in den
Boden bohrte, die Erde durchschlug, und auf der anderen Seite in einem Ozean
wieder austrat. Was auf den ersten Blick recht wirr klingt, ist physikalisch
allerdings durchaus möglich. Vielleicht war dieses Schwarze Loch auch einmal
ein Planet und eine Zivilisation wie die Erde ... bis sie entdeckten, wie man
Schwarze Löcher erzeugt. Über die hohe Geschwindigkeit der Kollision
sollten wir übrigens froh sein, denn wäre es in der Erde steckengeblieben, gäbe
es uns heute nicht mehr...
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