Suchbegriffe
- Kosmologie schwer zu glauben
- was man über Schwarze Löcher nicht weiß
- was man über Schwarze Löcher weiß
- was Gravitationswellen eigentlich beobachten
- Erdinneres nicht direkt beobachtbar
- Dunkle Materie Dunkle Energie ungelöst
- Wissenschaft direkte Beobachtung indirekte Beobachtung theoretische Vorhersage
- Daumen drücken für die NASA
1. Warum leuchtet ausgerechnet die Kosmologie nicht ein?
Normale Logik und die Alltagsphysik finde ich ziemlich einleuchtend.
Lässt man etwas los, fällt es nach unten. Schiebt man etwas, bewegt es sich. Fasst man etwas Heißes an, ist es heiß. Unter Wasser steigt der Druck. Im Erdmittelpunkt heben sich die Richtungen der Schwerkraft auf, aber der Druck ist von allen Seiten gewaltig.
Bei solchen Dingen passen Intuition und Theorie ganz gut zusammen.
Aber sobald es um den Weltraum geht, fällt es plötzlich schwer, das zu glauben.
Schwarze Löcher. Gravitationswellen. Gekrümmte Raumzeit. Dunkle Materie. Dunkle Energie. Die Expansion des Universums. Singularitäten.
Spätestens hier will man fragen: „Moment mal, wissen die das wirklich?"
Ich finde, das ist eine ziemlich gesunde Art zu zweifeln.
Die Kosmologie ist kein fertiges Produkt, bei dem alles sauber verstanden wäre.
Manches ist sehr solide belegt, anderes ist wirklich noch ungeklärt, und beides ist vermischt.
Deshalb geht es nicht darum, die Weltraumwissenschaft grob mit „glauben oder nicht glauben" abzuhaken.
Was direkt beobachtet wurde. Was aus indirekten Hinweisen sehr stark erschlossen wird. Was die Theorie vorhersagt. Was wir noch nicht wissen.
Entscheidend ist, diese vier Dinge auseinanderzuhalten.
Wer das nicht tut und sagt „wir wissen alles", betreibt ziemlich schlampige „Affenwissenschaft" (also Pseudowissenschaft, die ohne Grundlage so tut, als wüsste sie Bescheid).
2. Schon der Name „Loch" beim Schwarzen Loch ist verwirrend
Der Name „Schwarzes Loch" führt leicht in die Irre.
Man stellt sich einen leeren Raum vor, der in etwas hineingebohrt ist, wie das Loch eines Donuts oder ein Nasenloch.
Die NASA beschreibt ein Schwarzes Loch aber nicht als Loch im eigentlichen Sinn, sondern als eine riesige Menge Materie, die in einen winzigen Raum gepackt ist. Innerhalb des Ereignishorizonts (der Grenze ohne Rückkehr) ist die Schwerkraft so stark, dass nicht einmal Licht entkommen kann.
Statt „einem Loch im Universum" ist ein Schwarzes Loch also eher
ein Bereich, in dem die Schwerkraft so stark ist, dass es keinen Weg mehr nach draußen gibt.
Wenn man einen Vergleich mit Dragon Ball (einem in Japan enorm beliebten Manga und Anime) ziehen will, ist der Einstieg „der Planet von Meister Kaio, auf dem die Schwerkraft sehr hoch ist" gar nicht schlecht.
Aber ein Schwarzes Loch ist nicht bloß eine verstärkte Version von Kaios Planet, sondern eine Stufe gefährlicher.
- Kaios Planet: Die Schwerkraft ist hoch, aber mit Anstrengung kann man sich bewegen und wieder weggehen
- Schwarzes Loch: Hat man die Grenze überschritten, kommt nicht einmal Licht zurück
- Kaios Planet: ein Trainingsort
- Schwarzes Loch: ein kosmisches Gefängnis, dessen Ausgang einfach verschwunden ist
Ein Schwarzes Loch ist also weniger ein „Loch" als ein Zustand, in dem es nach den Gesetzen der Physik keinen Rückweg mehr gibt.
3. Die „Spaghettifizierung" wurde noch nie direkt an einem Menschen beobachtet
Man sagt, wer in ein Schwarzes Loch fällt, werde wie Spaghetti in die Länge gezogen.
Aber auch hier sollte man nicht so tun, als wüsste man mehr, als man weiß.
Niemand hat gefilmt, wie ein Mensch in ein Schwarzes Loch fällt und sich wie eine Nudel streckt.
Natürlich wurde das noch nicht beobachtet.
Die Grundlage der Spaghettifizierung ist vor allem die Theorie der Gezeitenkräfte sowie Beobachtungen, die sich als Stern deuten lassen, der beim Annähern an ein Schwarzes Loch zerrissen wird.
Die Gezeitenkraft ist die Kraft, die entsteht, weil die Schwerkraft auf der nahen und der fernen Seite eines Objekts unterschiedlich stark ist.
Fällt man etwa mit den Füßen voran, sind die Füße dem Schwarzen Loch näher. Also werden die Füße stärker gezogen. Der Kopf wird etwas schwächer gezogen.
Dieser Unterschied streckt den Körper der Länge nach. Gleichzeitig wird er seitlich zusammengedrückt.
Das ist das Grundbild der Spaghettifizierung.
Trotzdem muss man hier sauber sortieren.
- Dass Objekte durch Schwerkraftunterschiede gestreckt werden: theoretisch sehr solide
- Sterne, die in der Nähe Schwarzer Löcher offenbar zerrissen wurden: beobachtet
- Aufnahmen eines tatsächlich spaghettifizierten Menschen: nie direkt beobachtet
- Was im Inneren des Ereignishorizonts letztlich passiert: Hier gibt es noch Unverstandenes
Auch die NASA erklärt, dass noch nicht genau bekannt ist, was mit Materie geschieht, nachdem sie den Ereignishorizont überschritten hat.
Das alles zu vermischen und „wir wissen alles" zu sagen, ist ein bisschen schlampig.
Die ehrlichste Formulierung ist meiner Meinung nach diese.
In der Nähe eines Schwarzen Lochs sollen Gezeitenkräfte Objekte strecken, und es gibt Beobachtungen, die sich als tatsächlich zerrissener Stern deuten lassen. Eine Spaghettifizierung in menschlicher Größe wurde aber nie direkt beobachtet, und das Innere Schwarzer Löcher bleibt teilweise ungelöst.
Dieses Maß an Aussage passt gut.
4. Im Erdmittelpunkt hebt sich die Schwerkraft auf, aber der Druck gehört zu den höchsten
Beim Thema Schwerkraft taucht ganz von selbst eine Frage auf.
Auf der Erde werden Dinge zum Erdmittelpunkt hin gezogen. Was würde also passieren, wenn man im Erdmittelpunkt wäre?
Die Antwort: In einem annähernd kugelsymmetrischen Modell ist die Erdbeschleunigung im Erdmittelpunkt nahezu null.
Das liegt daran, dass in alle Richtungen um einen herum Erdmaterie liegt.
Man wird nach rechts gezogen. Man wird nach links gezogen. Man wird nach oben und nach unten gezogen.
Bei perfekter Symmetrie heben sich diese Züge gegenseitig auf.
Wichtig ist hier aber:
Fast keine Schwerkraft heißt nicht, dass es ungefährlich ist.
Im Erdmittelpunkt ist der Druck von allen Seiten gewaltig.
Selbst wenn sich die Richtungen der Schwerkraft aufheben, baut sich der Druck durch das Gewicht des darüberliegenden Materials immer weiter auf.
Der Erdmittelpunkt sieht also so aus:
- Erdbeschleunigung: im Mittelpunkt nahe null
- Druck: einer der höchsten überhaupt
- Temperatur: extrem hoch
- Ein Mensch: sofort tot
Man könnte sagen: „Es fühlt sich an wie Schwerelosigkeit, ist aber in Wahrheit eine Hölle, in der einen das Gewicht eines ganzen Planeten von allen Seiten zerquetscht."
5. Auch das Erdinnere hat niemand direkt gesehen
Das ist ebenfalls wichtig.
Die Menschheit ist noch nie zum Erdmittelpunkt gelangt und hat sich dort selbst umgesehen.
Unser Wissen über das Erdinnere wird vor allem durch die Kombination von Erdbebenwellen, Schwerkraft, Magnetfeld, Wärmefluss, Gesteinsexperimenten und der Bewegung der Erde erschlossen.
Auch der USGS (der geologische Dienst der USA) erklärt, dass die heutigen Informationen über das Erdinnere aus den Laufwegen und Eigenschaften seismischer Wellen, aus Experimenten mit Gesteinen und Mineralen bei hohen Temperaturen und Drücken sowie aus Schwerkraft, Magnetfeld und Wärmefluss der Erde stammen.
Auch beim Erdinneren gilt also:
Direkt gesehen hat man es nicht. Aber mehrere indirekte Belege stimmen sehr stark überein.
So sieht der Stand aus.
Man kann nicht sagen: „Wenn sie es nicht direkt gesehen haben, ist alles gelogen."
Aber so zu reden, als hätte man es direkt gesehen, stimmt eben auch nicht.
Auch hier muss man direkte Beobachtung, indirekte Beobachtung und theoretische Schlussfolgerung auseinanderhalten.
6. Gravitationswellen zeigen uns das All – warum kann man das Erdinnere dann nicht per CT durchleuchten?
Wenn man mit Gravitationswellen das Universum sehen kann, könnte man dann nicht auch die Schwerkraft im Inneren der Erde sehen?
Das ist eine sehr naheliegende Frage.
Aber Gravitationswellen und das Schwerefeld der Erde sind verschiedene Dinge.
Gravitationswellen sind Wellen in der Raumzeit, die bei gewaltigen Ereignissen wie der Verschmelzung Schwarzer Löcher entstehen.
LIGO (ein Gravitationswellen-Observatorium in den USA) gab bekannt, am 14. September 2015 erstmals direkt Gravitationswellen nachgewiesen zu haben, die von der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher stammten.
Das ist die Geschichte von „Die Raumzeit hat in weiter Ferne im Universum gebebt, und dieses Beben ist bis zur Erde gelangt".
Die Schwerkraft im Erdinneren dagegen ist im Grunde ein statisches Schwerefeld.
Sie kommt nicht als Welle angeflogen.
Natürlich wird das Schwerefeld der Erde gemessen.
GRACE-FO von NASA/JPL ist eine Mission, die Veränderungen im Schwerefeld der Erde misst, um Wasserbewegungen und Massenänderungen an der Oberfläche zu verfolgen.
Damit lässt sich das Erdinnere aber nicht sauber per CT durchleuchten.
Allein mit der Schwerkraft vermischen sich die Informationen.
Selbst wenn man von der Oberfläche oder per Satellit feststellt, dass „die Schwerkraft hier etwas stärker ist", lässt sich allein aus Schweredaten nur schwer eindeutig sagen, ob das an einem Dichteunterschied in einer flachen Schicht, an einer tiefen Struktur, an Grundwasser, an Eis oder am Erdmantel liegt.
Um das Erdinnere zu sehen, muss man deshalb die Schwerkraft mit Erdbebenwellen, Magnetfeld, Gesteinsexperimenten, numerischen Modellen und mehr kombinieren.
Zusammengefasst:
Das All mit Gravitationswellen sehen → Man weist heftige Erschütterungen der Raumzeit nach.
Die Schwerkraft im Erdinneren betrachten → Man misst die Unebenheiten eines ruhigen Schwerefelds, das durch die Massenverteilung entsteht.
Das Erdinnere vollständig abbilden → Noch nicht möglich. Die Informationen vermischen sich, man muss sie mit Erdbebenwellen und anderen Daten kombinieren.
7. Im Universum mischen sich „Treffer" und „noch Unbekanntes"
Vermutlich liegt hier der Grund, warum die Kosmologie so schwer zu schlucken ist.
Die Weltraumwissenschaft liegt in vielem richtig.
Gravitationswellen wurden nachgewiesen. Der Schatten eines Schwarzen Lochs wurde fotografiert. Die Allgemeine Relativitätstheorie hat unzählige Beobachtungen überstanden. Auch das Erdinnere wurde anhand von Erdbebenwellen und weiteren Hinweisen ziemlich stark erschlossen.
Andererseits ist auch das, was wir nicht wissen, gewaltig.
Woraus besteht Dunkle Materie? Was ist Dunkle Energie? Was passiert im Inneren eines Schwarzen Lochs? Gibt es eine Singularität wirklich physikalisch? Wie lassen sich Gravitation und Quantenmechanik vereinen? Wie soll man den Anfang des Universums selbst behandeln?
Die ESA (die Europäische Weltraumorganisation) erklärt, dass gewöhnliche Materie nur einen kleinen Teil des Universums ausmacht und dass mehr als 95 % der Masse und Energie des Universums aus Dunkler Materie und Dunkler Energie bestehen. Und zur Dunklen Materie sagt sie, es sei noch nicht bekannt, woraus sie besteht.
Das ist eine ganze Menge.
Die moderne Kosmologie befindet sich also in diesem Zustand:
Sie trifft ziemlich oft ins Schwarze. Aber sie ist nicht die endgültige Antwort. Und die Menschheit kennt den Großteil des Universums noch nicht.
Wenn man also findet, „nur die Erklärung des Universums leuchtet mir nicht ein", ist das überhaupt nicht seltsam.
Im Gegenteil: Ich finde es natürlich, sich unwohl zu fühlen, wenn jemand so tut, als verstünde er sogar die ungelösten Teile.
8. Wissenschaft betrachtet man durch Sortieren, nicht durch Glauben
Zu fragen, ob man „an die Wissenschaft glaubt oder nicht", ist etwas grob.
Wichtig ist zu sortieren, auf welcher Ebene das Gehörte liegt.
| Ebene | Bedeutung | Beispiele |
|---|---|---|
| Direkte Beobachtung | Tatsächlich nachgewiesen, fotografiert oder gemessen | Nachweis von Gravitationswellen, Foto des Schattens um ein Schwarzes Loch |
| Indirekte Beobachtung | Aus Ergebnissen stark erschlossen | Aufbau des Erdinneren, Verhalten von Materie um Schwarze Löcher |
| Theoretische Vorhersage | Die Gleichungen sagen es so voraus | Spaghettifizierung, Aufheben der Schwerkraft im Zentrum |
| Ungelöst | Noch nicht verstanden | Inneres Schwarzer Löcher, Natur der Dunklen Materie, Quantengravitation |
Wer diese Tabelle im Kopf hat, hört Weltraumgeschichten viel entspannter zu.
„Hat man das direkt gesehen?" „Ist es eine indirekte Beobachtung?" „Ist es eine theoretische Vorhersage?" „Oder weiß man es noch gar nicht?"
So einfach lässt es sich sortieren.
Man muss nicht an allem zweifeln. Man muss aber auch nicht alles glauben.
Was bekannt ist, ist bekannt. Was unbekannt ist, ist unbekannt.
Das reicht.
9. Fazit: Dass das Universum nicht einleuchtet, liegt nicht an einem Fehler der Welt, sondern daran, dass die Erklärung der Menschheit noch unterwegs ist
Das Universum sieht nicht aus wie eine Vorrichtung, die zu einem bestimmten Zweck gebaut wurde.
Auch Schwarze Löcher wirken nicht, als wären sie zu irgendeinem Zweck dort hingestellt worden, sondern wie ein Phänomen, das entsteht, wenn die Regeln von Gravitation, Masse und Raumzeit bis ans Äußerste getrieben werden.
Wer fragt „Wozu gibt es sie?", bringt sein Gehirn deshalb wohl zum Absturz.
Das Universum ist eine Welt der Erklärung durch Bedingungen, nicht durch Zwecke.
Sind die Bedingungen erfüllt, entstehen Sterne. Sind die Bedingungen erfüllt, kollabieren Sterne. Sind die Bedingungen erfüllt, wird daraus ein Schwarzes Loch. Sind die Bedingungen erfüllt, werden Gravitationswellen ausgesandt. Sind die Bedingungen erfüllt, können wir sie beobachten.
Aber die grundlegenden Gesetze hinter diesen Bedingungen kennen wir noch nicht vollständig.
Deshalb halte ich das für die beste Haltung gegenüber der Kosmologie.
Das Bekannte ehrlich anerkennen. Beim Unbekannten sagen: „Wir wissen es nicht." Nicht Unbeobachtetes so darstellen, als wäre es beobachtet worden. Theoretische Vorhersagen nicht zum Glauben machen. Aber auch die Teile, in denen Beobachtung und Rechnung übereinstimmen, nicht leichtfertig abtun.
Ich finde, das ist ein ziemlich ehrlicher Umgang mit dem Universum.
Das Universum: Ich verstehe es nicht.
Aber gerade weil ich es nicht verstehe, ist es spannend.
Daumen hoch für die NASA ❤
Quellen / Sources
- NASA Science, “Black Holes”
- NASA Science, “Black Hole Anatomy”
- NASA Science, “What Happens When Something Gets ‘Too Close’ to a Black Hole?”
- NASA JPL, “How Scientists Captured the First Image of a Black Hole”
- LIGO Caltech, “Gravitational Waves Detected 100 Years After Einstein’s Prediction”
- ESA, “The dark Universe”
- USGS, “The Interior of the Earth”
- NASA JPL, “GRACE-FO”
