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PHYSIK
Ein Schwarzes Loch für den Schreibtisch

von Stefan Deiters
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22. Januar 2001

Hoch im Norden der britischen Insel, an der schottischen Universität von St. Andrews, planen Physiker ein Schwarzes Loch für den Schreibtisch: Es soll Licht oder Schallwellen einsaugen können und den Forschern einiges über die Grundlagen von Energie und Materie verraten. Einziger Haken: Mit einem "echten" Schwarzen Loch hat die Schreibtisch-Variante nicht ganz so viel zu tun. 

Unterstützt vom britischen Engineering and Physical Sciences Research Council arbeiten Professor Ulf Leonhardt und seine Kollegen von der Universität von St. Andrews gerade an den Grundlagen für das Experiment, das zumindest einige Eigenschaften eines "echten" Schwarzen Loches simulieren soll. Schwarze Löcher entstehen nach den gängigen Theorien, wenn ein massereicher Stern am Ende seines nuklearen Lebens kollabiert. Durch die konzentrierte Masse entsteht eine so gewaltige Gravitationskraft, dass nichts - nicht einmal Licht - aus der Umgebung des Schwarzen Lochs entkommen kann. 

Für Physiker sind Schwarze Löcher aus einem ganz besonderen Grund interessant: Diese exotischen Objekte stellen nämlich in mancherlei Hinsicht einen Bereich dar, in denen sich zwei recht verschiedene Methoden, die fundamentalen Vorgänge in unserem Universum zu erklären, berühren: Zum einen die Quantentheorie, die gewöhnlich zur Beschreibung von Energie und Materie im subatomaren Bereich Anwendung findet und die Relativitätstheorie die für die großräumigen Entwicklungen zuständig ist. Leider gibt es auch Konflikte zwischen den beiden Theorien und die schottischen Wissenschaftler hoffen, dass ihr Experiment vielleicht helfen könnte, diese Widersprüche zu lösen.

Und so wollen die Forscher ihr Schwarzes Loch bauen: In ihrer Versuchsanordnung sollen Licht- oder Schallwellen in bestimmte Flüssigkeiten eingebracht werden, die sich schneller bewegen als die Wellen und diese somit einfangen. "Ein gute Analogie dafür wäre ein Fisch, der in einem Fluss auf einen Wasserfall zuschwimmt", erläutert Leonhardt. "Je näher der Fisch dem Wasserfall kommt, desto schneller wird der Strom des Flusses. Irgendwann ist der Punkt erreicht, in dem das Wasser schneller ist als der Fisch schwimmen kann und dann gibt es für den Fisch nur noch eine Richtung. Er ist gefangen und hat keine Chance zu entkommen."

Der hauptsächliche Trick bei dem Experiment ist es, die Geschwindigkeit der Wellen zu verringern. In gewissen Dämpfen könne man, so die Forscher, die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts auf einige zehn Zentimeter pro Sekunde reduzieren, berichtet Leonhardt. "Wenn dieser Dampf nun mit einer größeren Geschwindigkeit fließt als sich das Licht darin fortbewegen kann, haben wir eine ähnliche Situation wie die des Fisches im Fluss", erklärt Leonhardt. "Das Licht ist gefangen." In einer anderen Versuchsanordnung wäre auch ein Schwarzes Loch für Schallwellen vorstellbar.

"Das Ziel der Experimente ist es, die Quanteneigenschaften von Licht oder Schallwellen in diesen künstlichen Schwarzen Löchern zu studieren", sagte Leonhardt. "Die Beobachtungen könnten helfen den bestehenden Konflikt zwischen allgemeiner Relativitätstheorie und Quantentheorie zu lösen. Weltweit arbeiten ein oder zwei weitere Gruppen an ähnlichen Experimenten. Es könnte sein, dass das hier der Anfang eines ganz neuen Bereichs der Physik ist."

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