- Singularitäten sind Punkte unendlicher Dichte, die unser Verständnis von Raum, Zeit und Gravitation herausfordern. Forscher hoffen, dass die Entschlüsselung der Abläufe in Singularitäten neue Erkenntnisse liefert. In den 1960ern spekulierten Physiker, dass Singularitäten von chaotischen Regionen umgeben sein könnten. Die Allgemeine Relativitätstheorie enthält komplexe Gleichungen, die durch Vereinfachungen lösbar wurden. Das Verständnis der Dynamik in Singularitäten könnte zur Vereinigung von Relativität und Quantenmechanik beitragen.
Am Anfang der Zeit und im Zentrum jedes schwarzen Lochs befindet sich ein Punkt von unendlicher Dichte, bekannt als Singularität. Diese rätselhafte Struktur ist der Punkt, an dem unser Verständnis von Raum, Zeit, Gravitation und Quantenmechanik an seine Grenzen stößt. Nichts im Universum fordert unsere Vorstellungskraft so heraus wie diese Gebilde. Die Forscher sind optimistisch, dass die Entschlüsselung der Abläufe in Singularitäten Erstaunliches offenbaren könnte. In den späten 1960ern spekulierten einige Physiker, dass Singularitäten von chaotischen Regionen umgeben sein könnten, in denen Raum und Zeit zufällig wachsen und schrumpfen. Charles Misner von der University of Maryland sprach von einem „Mixmaster-Universum“.
Navigieren durch das Universum des Chaos
Wenn man sich einem schwarzen Loch nähert, stellt die Allgemeine Relativitätstheorie, die für die Gravitation von Schwarzen Löchern verantwortlich ist, eine zentrale Gleichung zur Verfügung, die beschreibt, wie sich der Raum krümmt und Materie bewegt. Diese Gleichung verbirgt jedoch 16 miteinander verwobene Einzelgleichungen. Um Herausforderungen wie das Mixmaster-Universum zu bewältigen, entwickelten Wissenschaftler, darunter Misner, hilfreiche Vereinfachungen. Ohne diese Annahmen wäre Einsteins Gleichung sowohl analytisch als auch numerisch unlösbar. Neue mathematische Werkzeuge lassen Physiker heute das Chaos in Singularitäten nochmal aufgreifen. Ihr Ziel ist zweifach: Zum einen die Validität der Vereinfachungen, die Misner und andere aufgestellt haben, zu zeigen und zum anderen, die Singularitäten näher zu untersuchen, um die allgemeine Relativität mit der Quantenmechanik in einer Theorie der Quantengravitation zu vereinen.
Die Entstehung des Mixmaster-Chaos
In den späten 60ern galt die Forschung über Schwarze Löcher als goldenes Zeitalter. Im September 1969 erhielt der prominente Physiker Evgeny Lifshitz ein Manuskript. Gemeinsam mit seinen Kollegen hatte er eine neue Lösung der Einsteinschen Gravitationsgleichungen nahe einer Singularität entdeckt. Diese Annahmen widersprachen früheren Beweisen, und eine Veröffentlichung wurde befürchtet, zu verzögert erfolgen. Zuvor angenommene Modelle von Schwarzen Löchern setzten auf perfekte Symmetrien, die in der Natur nicht vorkommen. Dies ermöglichte es jedoch, Einsteins Gleichung in der einfachsten Form zu lösen.
Dynamik der rätselhaften Singularitäten
Das Verständnis dessen, was innerhalb einer Singularität passiert, erfordert ein Verständnis der unterschiedlichen Natur von allgemeiner Relativität und Quantenmechanik. Während die Relativität davon ausgeht, dass die Raumzeit lückenlos ist, verliert dies in der Quantenmechanik bei winzigen Distanzen seine Bedeutung. Beide Theorien sind zutiefst kontraintuitiv. Starke Gravitationsfelder dekuplieren Bereiche der Raumzeit, was jede Beobachtung innerhalb des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs unmöglich macht. In ihrer Argumentation postulierten die Wissenschaftler, dass die starke Gravitation an Singularitäten jeden Raumstein von seinen Nachbarn abkoppelt. Dies ermöglicht es jedem Bereich, individuell zu agieren, und vereinfacht die Mathematik erheblich. Dieses Konzept verdeutlicht, was im Inneren eines Schwarzen Lochs wirklich vor sich geht, und beleuchtet ein Universum voller Wirren und Turbulenzen.
Die Entdeckung und das Verständnis dieser chaotischen Dynamiken haben Physiker und Mathematiker Jahrzehnte lang beschäftigt, und die neu gewonnene Erkenntnis könnte zentrale Fragen über die Realität selbst beantworten.
