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Gravitationsphysik : Nackte Singles sind leider nicht sehr stabil

Gravitationstheoretischer Schweinkram.

Dieses Ergebnis wurde Ende der 1960er Jahre wichtig, als die beiden britischen Theoretiker Stephen Hawking und Roger Penrose mathematisch bewiesen, dass die Bildung von Singularitäten kein Artefakt der Rechenmethode ist, sondern eine mathematische Eigenschaft von Einsteins Gleichungen. Unverhüllt beobachtbar wären solche Singularitäten aber etwas mehr als Unanständiges, denn sie würden Einsteins Theorie inkonsistent machen. Deren Gleichungen sind schließlich streng deterministisch: Es kann nichts beobachtet werden, was nicht notwendig mathematisch aus etwas anderem folgt.

Doch aus einer Singularität kann mathematisch Beliebiges folgen. Und das ist nur dann kein Widerspruch, wenn die Singularität unbeobachtbar von einem Horizont verhüllt ist. Roger Penrose stellte daher 1969 die Hypothese auf, dass die Natur die Bildung von Nackten Singularitäten nicht zulässt, als gebe es einen kosmischen Zensor, der solchen gravitationstheoretischen Schweinkram unterbindet. Allerdings ist es seither weder Penrose noch sonst jemandem gelungen, die Zensurhypothese aus den bekannten Naturgesetzen abzuleiten.

Die Umgehung der kosmischen Zensur

Was vielleicht daran liegt, dass sie nicht stimmt. Davon jedenfalls ist Pankaj Joshi überzeugt, Professor für Physik am Tata Institute im indischen Bombay. Joshi weist darauf hin, dass etwa die Heftigkeit der Rotation eines Objekts, die Einsteins Gleichungen für die Existenz einer Nackten Singularität fordern, keineswegs unrealistisch hoch ist. „Bei dem Objekt im Zentrum der Milchstraße wurde eine schnelle Umdrehung festgestellt, sehr nah an dem kritischen Wert“, sagt Joshi. Viel wichtiger aber sei etwas anderes: „Das Fehlen hoher Drehmomente oder elektrischer Ladungen rettet die Zensur-Hypothese nicht.“ Es gebe nämlich noch andere physikalisch wichtige Größen, die bereits bei der Entstehung einer Kollaps-Singularität verhindern könnten, dass diese sich verhüllt.

Oppenheimer und Snyder hatten nämlich bei ihrer Rechnung ein paar Vereinfachungen gemacht: Sie hatten nicht nur angenommen, dass der kollabierende Stern weder rotiert noch geladen ist, sondern auch, dass er aus einem Gas von Atomen besteht, die keine zufälligen Eigenbewegungen ausführen (und damit, wären sie in einem Behälter, auf dessen Wandungen keinen Druck ausüben würden). Und sie hatten sich das Sternvolumen zu Beginn des Kollapses gleichmäßig mit einem solchen drucklosen Gas ausgefüllt gedacht. In diesem Fall (linke Grafik) bildet sich der Ereignishorizont tatsächlich immer vor der Singularität, die damit dem Blick von außen verborgen bleibt.

Denkt man sich eine Raumdimension weg, kann man sich einen Stern als Scheibe (grau) vorstellen - und wie er zu einer Region kollabiert (rote Pfeile), in der die Quantengravitation gilt (gelb). Diese heißt „Singularität“, auch wenn es mathematisch gesehen keine ist. War die Materie ausreichend inhomogen (rechts), könnte sich eine „Nackte Singularität“ bilden.
Denkt man sich eine Raumdimension weg, kann man sich einen Stern als Scheibe (grau) vorstellen - und wie er zu einer Region kollabiert (rote Pfeile), in der die Quantengravitation gilt (gelb). Diese heißt „Singularität“, auch wenn es mathematisch gesehen keine ist. War die Materie ausreichend inhomogen (rechts), könnte sich eine „Nackte Singularität“ bilden. : Bild: F.A.Z.-Grafik Piron

Wie Joshi und seine Mitarbeiter zeigen konnten, sieht die Sache anders aus, wenn die Dichte im Inneren des Sterns zum Zentrum hin ausreichend rasch zunimmt (rechte der beiden nebenstehenden Grafiken). Dann kann sich die Singularität zeitlich vor dem Ereignishorizont bilden und ist dann vorübergehend sichtbar. „Und erlaubt man nun noch Drücke ungleich null, dann lassen sich Modelle finden, in denen sich Nackte Singularitäten in einem Kollaps bilden und nicht wieder verschwinden“, sagt der indische Theoretiker.

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