Schwarze Löcher Erklärt - Von der Geburt bis zum Tod

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https://www.youtube.com/watch?v=3IpcM5gqRM4

Zusammenfassung

TLDRDas Video erklärt die faszinierenden Eigenschaften und die Funktionsweise von Schwarzen Löchern. Es wird erläutert, wie sie entstehen, wenn massereiche Sterne sterben, und wie sie Raum und Zeit krümmen. Der Ereignishorizont wird als die Grenze beschrieben, jenseits derer nichts entkommen kann. Das Video thematisiert auch die Spaghettifizierung, die auftritt, wenn man einem Schwarzen Loch zu nahe kommt, sowie die Hawking-Strahlung, die beschreibt, wie Schwarze Löcher im Laufe der Zeit Masse verlieren. Die Singularität im Zentrum eines Schwarzen Lochs wird als unendlicher Punkt beschrieben, wo die bekannten physikalischen Gesetze nicht mehr gelten. Abschließend wird die Frage aufgeworfen, ob wir jemals wirklich verstehen werden, was in Schwarzen Löchern vor sich geht.

Mitbringsel

  • 🌌 Schwarze Löcher sind extrem massereiche Objekte im Universum.
  • 🌀 Sie entstehen, wenn massereiche Sterne sterben und implodieren.
  • ⚫ Der Ereignishorizont ist die Grenze, jenseits derer nichts entkommen kann.
  • ⏳ Zeit vergeht langsamer in der Nähe eines Schwarzen Lochs.
  • 🍝 Spaghettifizierung ist der qualvolle Tod durch unterschiedliche Schwerkraft.
  • 💡 Hawking-Strahlung beschreibt den Masseverlust von Schwarzen Löchern.
  • 🔭 Wir können Schwarze Löcher nur von außen beobachten.
  • ⚛️ Die Singularität ist ein Punkt unendlicher Dichte.
  • 🌠 Die Lebensdauer eines Schwarzen Lochs kann extrem lang sein.
  • 🔄 Rotierende Schwarze Löcher haben eine Ergosphäre, wo man nicht stillstehen kann.

Zeitleiste

  • 00:00:00 - 00:05:00

    Schwarze Löcher sind extrem massereiche Objekte im Universum, die Raum und Zeit krümmen und eine Art Falltür darstellen, aus der nichts entkommen kann, nicht einmal Licht. Sie entstehen, wenn massereiche Sterne sterben und implodieren, wodurch die Masse so stark verdichtet wird, dass der Raum an dieser Stelle einbricht. Der Ereignishorizont umschließt das Schwarze Loch und verhindert, dass Informationen aus dem Inneren entweichen, was bedeutet, dass wir nicht wissen, wie es dort aussieht. Die Umgebung eines Schwarzen Lochs kann extrem heiß werden, da Materie in der Nähe auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt wird und dabei strahlend hell leuchtet.

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    Wenn man sich einem Schwarzen Loch nähert, erlebt man bizarre Effekte, wie die Verzerrung von Licht und Zeit. Die Schwerkraft ist so stark, dass sie den Lauf der Zeit beeinflusst, was bedeutet, dass man aus der Ferne in Zeitlupe gesehen wird. Das Eindringen in ein Schwarzes Loch führt zu einem qualvollen Tod durch Spaghettifizierung, während man in die Singularität gezogen wird, wo Raum und Zeit total verbogen sind. Innerhalb des Ereignishorizonts gibt es keine Fluchtmöglichkeiten, und die Singularität selbst hat keine Oberfläche oder Volumen, was die aktuellen physikalischen Theorien herausfordert. Die Eigenschaften von Schwarzen Löchern sind auf Masse, Drehimpuls und elektrische Ladung beschränkt, und sie könnten sich als noch komplexer herausstellen, als wir derzeit verstehen.

Mind Map

Video-Fragen und Antworten

  • Was ist ein Schwarzes Loch?

    Ein Schwarzes Loch ist ein Bereich im Raum, wo die Schwerkraft so stark ist, dass nichts, nicht einmal Licht, entkommen kann.

  • Wie entstehen Schwarze Löcher?

    Schwarze Löcher entstehen meist, wenn massereiche Sterne am Ende ihres Lebenszyklus implodieren.

  • Was passiert, wenn man in ein Schwarzes Loch fällt?

    Man würde eine extreme Verzerrung von Raum und Zeit erleben und könnte durch Spaghettifizierung sterben.

  • Was ist der Ereignishorizont?

    Der Ereignishorizont ist die Grenze um ein Schwarzes Loch, jenseits derer nichts entkommen kann.

  • Was ist Hawking-Strahlung?

    Hawking-Strahlung ist die Strahlung, die entsteht, wenn Teilchenpaare in der Nähe des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs entstehen und eines der Teilchen entkommt.

  • Wie lange leben Schwarze Löcher?

    Die Lebensdauer eines Schwarzen Lochs kann bis zu 10 hoch 100 Jahre betragen, abhängig von seiner Masse.

  • Was ist die Singularität?

    Die Singularität ist der Punkt im Zentrum eines Schwarzen Lochs, wo die Dichte unendlich ist und die bekannten Gesetze der Physik nicht mehr gelten.

  • Können wir Schwarze Löcher wirklich verstehen?

    Wir können sie nur von außen beobachten, und viele Theorien über ihr Inneres sind wahrscheinlich falsch.

  • Was passiert mit der Zeit in der Nähe eines Schwarzen Lochs?

    Die Zeit vergeht langsamer in der Nähe eines Schwarzen Lochs aufgrund der starken Schwerkraft.

  • Was ist die Ergosphäre?

    Die Ergosphäre ist der Bereich um ein rotierendes Schwarzes Loch, wo Raum und Zeit so verzerrt sind, dass man nicht stillstehen kann.

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    Schwarze Löcher sind das Gewaltigste und Extremste,
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    was das Universum zu bieten hat.
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    Sie sind super abgefahren und kompliziert.
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    Aber was ist eigentlich ein Schwarzes Loch?
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    Und was passiert, wenn du in eines hineinfallen würdest?
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    (Atmosphärische Klänge)
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    (Verspielte Musik)
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    Zunächst müssen wir über Raum und Zeit sprechen.
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    Sie sind die Bühne, auf der das Theaterstück des Universums spielt.
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    Der Raum ist aber keine feste Bühne,
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    und die Zeit tickt nicht überall gleich.
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    Kurz gesagt sind Raum und Zeit relativ.
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    Masse krümmt den Raum.
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    Und die Krümmung des Raums bestimmt, wie sich die Masse bewegt.
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    Stellt man Sterne und Planeten auf die Bühne, biegt sie sich durch.
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    An dieser verbogenen und unebenen Bühne
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    zeigt sich die Wirkung der Schwerkraft.
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    Schwarze Löcher verbiegen die Bühne aber nicht nur,
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    sie sind quasi eine Art Falltür.
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    Sie sind so massereich,
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    dass das Universum dort ein Sperrgebiet schafft,
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    wo andere Regeln gelten.
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    Schwarze Löcher entstehen meist, wenn ein massereicher Stern stirbt.
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    Genauer erklären wir das in unserem Video über Neutronensterne.
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    Erst mal reicht Folgendes:
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    Kurz vor ihrem Tod implodiert das Innere sehr massereicher Sterne
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    mit fast einem Viertel der Lichtgeschwindigkeit.
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    Dadurch wird so viel Masse so verdichtet,
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    dass die Bühne des Universums an dieser Stelle quasi einbricht.
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    Ein Schwarzes Loch mit etwa dem Zehnfachen der Masse der Sonne
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    hätte einen Durchmesser von gerade mal knapp 60 Kilometer.
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    Schaust du direkt in ein Schwarzes Loch, siehst du nichts.
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    Das Innere ist von einer unsichtbaren Grenze umgeben,
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    die nur in eine Richtung offen ist, dem Ereignishorizont.
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    Dieser hüllt quasi einen Teil des Weltraums ein.
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    Der Rest des Universums ist für immer von ihm abgeschirmt.
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    Die Falltür, die das Schwarze Loch ist,
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    stellt eine so starke Verkrümmung des Raums dar,
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    dass nicht einmal Licht entweicht.
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    Es entkommt also keinerlei Information aus dem Inneren.
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    Deshalb können wir unmöglich wissen, wie es drin wirklich aussieht.
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    Aber wir können zumindest den Effekt beobachten,
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    den Schwarze Löcher auf Masse haben.
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    So wie um die Sonne oder einen Planten,
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    kann Masse auch um Schwarze Löcher kreisen.
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    Viele Schwarze Löcher werden außerhalb ihres Ereignishorizonts
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    von Scheiben aus Materie umkreist.
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    Die kann unglaublich heiß werden.
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    Denn auf einer nahen Umlaufbahn
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    beschleunigt sie bis zu halber Lichtgeschwindigkeit.
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    Kleinste Reibungen und Kollisionen zwischen Partikeln
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    heizen die Masse bis zu 1 Milliarde Grad Celsius auf.
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    Kurioserweise leuchtet der Raum um diese Schwarzen Löcher
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    deshalb strahlend hell.
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    Was, wenn du dich einem Schwarzen Loch nähern
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    oder sogar hineingelangen könntest?
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    Zunächst würdest du das merkwürdigste Spiegelkabinett des Universums sehen.
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    Denn es kreist nicht nur Materie um das schwarze Loch.
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    Seine Anziehungskraft ist so stark,
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    dass sogar Licht darum herum kreisen kann.
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    Schwebst du direkt außerhalb des Ereignishorizonts
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    in die Photonensphäre, siehst du,
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    wohin du auch blickst, nur dich selbst.
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    Direkt vor dir siehst du deinen Hinterkopf.
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    Weil das Licht, das von dort reflektiert wird,
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    rückwärts um das Schwarze Loch wandert und auf deine Augen trifft.
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    Bei solchen extremem Massen wird durch die Schwerkraft
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    sogar der Lauf der Zeit selbst verändert.
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    Je stärker die Schwerkraft, umso langsamer vergeht die Zeit.
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    Während du das Universum immer schneller werden siehst,
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    sehen dich Leute aus weiter Entfernung in Zeitlupe.
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    Würdest du wieder vom Schwarzen Loch wegfliegen,
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    könnten im Rest des Universums Äonen vergangen sein.
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    Ein verrückter Sprung in die ferne Zukunft,
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    wo deine Freunde und Familie schon lange tot sind.
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    In der Nähe eines Schwarzen Lochs ist es aber auch sehr gefährlich.
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    Es erwartet dich ein qualvoller Tod durch Spaghettifizierung.
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    Wenn zum Beispiel deine Füße näher am Schwarzen Loch sind
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    als dein Kopf, wirkt auf sie eine stärkere Schwerkraft.
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    So viel stärker, dass es dich in die Länge zieht.
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    Je näher du kommst, desto schlimmer wird das.
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    Der Zug wird immer stärker und zieht deinen Körper in die Länge,
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    bis du nur noch ein dünner Faden heißen Plasmas bist.
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    Und schließlich auf Nimmerwiedersehen weggeschlürft wirst.
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    Spaghettifizierung passiert nur bei Schwarzen Löchern mit kleinem Radius.
  • 00:04:16
    Bei den supermassiven Schwarzen Löchern im Zentrum der Galaxie
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    könntest du das Überschreiten des Ereignishorizonts
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    vielleicht sogar erleben.
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    Näherst du dich dem Ereignishorizont,
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    würde ein weit entfernter Beobachter glauben,
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    dass du nie hineingelangt bist.
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    Er sieht dich nur anhalten und ganz langsam verschwinden.
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    Weil das letzte Licht, dass du abgibst,
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    sich weg vom Ereignishorizont ausbreitet.
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    Du selbst siehst, wie dir das Nichts des Schwarzen Lochs entgegenkommt,
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    weil dich das Licht nur noch aus wenigen Richtungen erreicht.
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    Die Schwärze umschließt dich.
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    Bis das Universum, das du verlassen hast,
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    nur noch ein winzig kleiner, heller Punkt ist.
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    Hier, innerhalb des Ereignishorizonts,
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    sind Raum und Zeit so komplett hinüber,
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    dass sogar richtige Zeitreisen möglich sind.
  • 00:05:02
    Es ist also vielleicht ganz gut, dass da nichts entwischt.
  • 00:05:06
    Würde irgendwas dem Schwarzen Loch entkommen,
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    könnte das jede Menge Zeitreiseparadoxa
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    und andere universumsbedrohende Probleme verursachen.
  • 00:05:15
    So unheimlich der Ereignishorizont selbst auch ist,
  • 00:05:18
    er bewahrt uns vor diesem ganzen Zirkus.
  • 00:05:21
    Ob du jetzt überlebt hast ist eigentlich egal.
  • 00:05:24
    Jetzt erwartet dich nur noch der sichere Tod durch Zerquetschen.
  • 00:05:28
    Innerhalb des Ereignishorizonts
  • 00:05:30
    ist die Raumzeit total verbogen und verdreht.
  • 00:05:33
    Egal, in welche Richtung du dich bewegst,
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    du gerätst immer weiter ins Zentrum des Schwarzen Lochs.
  • 00:05:38
    Je mehr du dich wehrst,
  • 00:05:40
    desto schneller näherst du dich dem Zentrum.
  • 00:05:42
    Um möglichst lange zu überleben, kannst du nur eines tun: gar nichts.
  • 00:05:47
    Im Zentrum des Schwarzen Lochs befindet sich die Singularität.
  • 00:05:51
    Die ganze Materie, die je den Ereignishorizont überschritten hat,
  • 00:05:55
    zusammengedrückt zu einem einzigen unendlich kleinen Punkt.
  • 00:05:59
    Es gibt keine Spur mehr von dem, was die Masse mal war.
  • 00:06:02
    Für immer verschwunden durch die Falltür, die das Schwarze Loch ist.
  • 00:06:06
    Die Singularität macht alles gleich.
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    Weil ein Schwarzes Loch keine Erinnerung an die Vergangenheit hat,
  • 00:06:13
    hat es nur noch drei Eigenschaften.
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    Masse, Drehimpuls und elektrische Ladung.
  • 00:06:17
    Alles andere ist weg.
  • 00:06:19
    So gesehen sind Schwarze Löcher wie Elementarteilchen.
  • 00:06:23
    Das bedeutet auch,
  • 00:06:24
    dass alle Schwarzen Löcher im Universum genau gleich sind.
  • 00:06:28
    Sie unterscheiden sich vielleicht in der Masse,
  • 00:06:30
    oder drehen sich schneller oder langsamer,
  • 00:06:33
    aber würden wir alle Singularitäten in einem Physikmuseum ausstellen,
  • 00:06:37
    wären sie alle genau gleich.
  • 00:06:39
    Wie Elektronen.
  • 00:06:40
    Wie auch die Elementarteilchen
  • 00:06:42
    sind diese Eigenschaften von Singularitäten
  • 00:06:44
    nur unser bester Versuch einer theoretischen Beschreibung.
  • 00:06:48
    Das ist nicht unbedingt die Realität.
  • 00:06:51
    Unsere heutigen Theorien über das Universum,
  • 00:06:53
    vor allem die allgemeine Relativitätstheorie,
  • 00:06:56
    können Schwarze Löcher gar nicht beschreiben oder erklären.
  • 00:06:59
    Unendliche Raumkrümmung, unendliche Dichte.
  • 00:07:02
    Da ergeben unsere bekannten Naturgesetze keinen Sinn mehr.
  • 00:07:06
    Die Singularität hat keine Oberfläche, kein Volumen.
  • 00:07:09
    Sie ist quasi ein Nulldivisionsfehler des Universums.
  • 00:07:14
    Vielleicht existiert die Singularität auch gar nicht,
  • 00:07:17
    oder ist etwas ganz anderes, als wir meinen.
  • 00:07:20
    Wir wissen im Moment einfach nicht mehr.
  • 00:07:22
    Es handelt sich um unsere beste Annahme,
  • 00:07:24
    basierend auf unserer aktuellen Theorie der Raumzeit.
  • 00:07:28
    Und alles, was du je über Schwarze Löcher gehört hast,
  • 00:07:31
    inklusive diesem Video,
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    stimmt nur für Schwarze Löcher, die nicht rotieren.
  • 00:07:36
    Dort ist die Mathematik viel einfacher.
  • 00:07:38
    Jedes Schwarze Loch entsteht aber aus einem sterbenden Stern,
  • 00:07:41
    der, soweit wir wissen,
  • 00:07:43
    kurz vor seinem Untergang extrem schnell rotiert.
  • 00:07:46
    Also sollten sich eigentlich alle Schwarzen Löcher im Universum
  • 00:07:50
    gerade um sich selbst drehen.
  • 00:07:52
    Und zwar unglaublich schnell, mit bis zu 90 % der Lichtgeschwindigkeit.
  • 00:07:56
    Das heißt also,
  • 00:07:57
    dass Schwarze Löcher in echt sogar noch viel krasser sind als ihr Ruf.
  • 00:08:01
    Bei einem rotierenden Schwarzen Loch ist die Singularität noch kurioser.
  • 00:08:06
    Durch die Rotation dehnt sie sich zu einer Art Ringsingularität aus.
  • 00:08:10
    Die Rotation ist so stark, dass sie den Raum selbst mitzieht.
  • 00:08:14
    Dadurch entsteht um das sich drehende Schwarze Loch eine Region,
  • 00:08:18
    die Ergosphäre genannt wird.
  • 00:08:21
    Dort gibt es keinen Stillstand, so sehr du es auch versuchst.
  • 00:08:24
    Wie ein rauschender Mahlstrom aus Raumzeit.
  • 00:08:27
    Die Flut duldet keinen Widerstand.
  • 00:08:30
    Du musst um das Schwarze Loch kreisen, ob du willst oder nicht.
  • 00:08:33
    Klar soweit.
  • 00:08:35
    Aber was passiert mit Schwarzen Löchern
  • 00:08:37
    während das Universum drum herum alt wird und stirbt?
  • 00:08:40
    Auch das wissen wir nicht genau.
  • 00:08:42
    Haben aufgrund unseres aktuellen Verständnisses der Physik
  • 00:08:46
    aber eine grobe Idee:
  • 00:08:47
    Hawking-Strahlung.
  • 00:08:49
    Laut der Quantenfeldtheorie kocht das Vakuum im All über
  • 00:08:54
    mit Quantenfluktuation.
  • 00:08:56
    Aus nichts kreieren diese Fluktuationen
  • 00:08:59
    Paare von Materie und Antimaterie,
  • 00:09:01
    die ganz kurz existieren und sich dann sofort gegenseitig auslöschen.
  • 00:09:06
    Passiert das in der Nähe des Ereignishorizonts
  • 00:09:08
    eines Schwarzen Lochs, kann eins der beiden Teilchen darin verschwinden.
  • 00:09:12
    Und das Paar löscht sich nicht gegenseitig aus.
  • 00:09:15
    Das entwischte Teilchen ist sogenannte Hawking-Strahlung.
  • 00:09:19
    Letztlich stammt die Masse dieses Teilchens aus dem Schwarzen Loch.
  • 00:09:23
    Über Äonen schrumpfen schwarze Löcher also
  • 00:09:26
    und verlieren Masse durch Strahlung.
  • 00:09:28
    Hawking-Strahlung ist nicht das, was im Schwarzen Loch verschwindet,
  • 00:09:32
    sie beschreibt das neue Teilchen, das Masse vom Schwarzen Loch stiehlt.
  • 00:09:37
    Je kleiner das Schwarze Loch wird,
  • 00:09:39
    umso stärker wird die Hawking-Strahlung.
  • 00:09:41
    Und immer schneller und schneller.
  • 00:09:43
    Bis das letzte Überbleibsel des Schwarzen Lochs
  • 00:09:45
    schließlich in einem Blitz energiereicher Strahlung verpufft.
  • 00:09:49
    Wie eine Atombombe.
  • 00:09:50
    Und der Rest ist Schweigen.
  • 00:09:53
    Bis dahin dauert es aber noch ganz lange.
  • 00:09:56
    Die Lebensspanne eines Schwarzen Lochs von der Masse unserer Sonne
  • 00:10:00
    beträgt 10 hoch 67 Jahre.
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    Das bedeutet, dass es in 10.000 Milliarden, Milliarden, Milliarden,
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    Milliarden, Milliarden, Milliarden Jahren
  • 00:10:10
    gerade mal 0,0000001 % seiner Masse verlieren würde.
  • 00:10:16
    Und die meisten Schwarzen Löcher sind viel massereicher als unsere Sonne.
  • 00:10:20
    Die massereichsten supermassiven Schwarzen Löcher
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    im Zentrum von Galaxien haben eine Lebensspanne von 10 hoch 100 Jahren.
  • 00:10:28
    Wie lange das ist?
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    Denk dir eine Sanduhr,
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    in der jedes Sandkorn ein einziges Teilchen des Universums ist.
  • 00:10:35
    Alle zehn Milliarden Jahre fällt ein einziges Sandkorn hinab.
  • 00:10:38
    Selbst wenn der ganze Sand unten wäre,
  • 00:10:41
    wäre nicht mal 1 % der Lebensspanne dieser Schwarzen Löcher vorüber.
  • 00:10:45
    Es gibt kein Konzept,
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    das unserem Gehirn diese Zeitspannen begreifbar machen könnte.
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    Werden wir Schwarze Löcher jemals wirklich verstehen?
  • 00:10:54
    Wirklich wissen, was in ihnen vorgeht?
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    Wer weiß, wir können sie nur von außen beobachten.
  • 00:10:59
    Und unsere Theorien über ihr Inneres sind wahrscheinlich falsch.
  • 00:11:03
    Aber es ist in Ordnung, nicht alles zu wissen.
  • 00:11:06
    Das bedeutet nur, dass es immer noch etwas zu erforschen gibt.
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    Dass es immer noch Mysterien gibt und große Ideen braucht.
  • 00:11:13
    Genau deshalb betreiben wir Wissenschaft.
  • 00:11:15
    Immerhin wissen wir, dass noch mehr als genug Zeit ist,
  • 00:11:18
    über Schwarze Löcher nachzudenken,
  • 00:11:20
    bevor das letzte von ihnen verschwunden sein wird.
  • 00:11:27
    (Sphärische Klänge, Vogelzwitschern)
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  • Schwarze Löcher
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