Geburt der Schwarzen Löcher aus Einsteins Theorie

Doch wie kam man überhaupt darauf,
dass Schwarze Löcher existieren könnten?

Albert Einstein legte mit seiner Allgemeinen Relativitätstheorie und seinen Einsteinschen Gleichungen die Grundlage für eine theoretische Vorhersage der Existenz von Schwarzen Löchern. Erstaunlicherweise glaubte Einstein selber jedoch nicht an ihre Existenz, versuchte sogar zeitlebens zu beweisen, dass es sie gar nicht geben kann. Gemäß Einstein sind Raum und Zeit keine getrennten Wesenheiten mehr, sondern sie sind miteinander verwoben und bilden ein sog. Raumzeit-Kontinuum, welches vier Dimensionen besitzt: drei räumliche Koordinaten x,y,z und die Zeitkoordinate t.

Das wahre Element der raumzeitlichen Beschreibung ist das Ereignis, welches durch diese vier Koordinaten beschrieben wird. Im Gegensatz zur flachen Raumzeit der Speziellen Relativitätstheorie ist die Raumzeit der Allgemeinen Relativitätstheorie gekrümmt. Laut Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie wird die Gravitation nicht mehr als Kraft im klassischen Sinne gemäß Newton verstanden, sondern als eine Manifestation der Geometrie der Raumzeit, d. h. der Krümmung der Raumzeit. Gemäß der Allgemeinen Relativitätstheorie stellt jeder Körper, der Masse besitzt, eine Quelle von Raumzeitkrümmung dar. Grosse Massen wie etwa Schwarze Löcher krümmen demnach die Raumzeit in großem Maße.
In der Singularität wird nicht nur die Dichte unendlich gross, auch die Raumzeitkrümmung wird hier unendlich.

Nachdem Albert Einstein in den späten 1915er Jahren seine Allgemeine Relativitätstheorie und seine Einsteinschen Feld-Gleichungen veröffentlicht hatte, leitete der Astrophysiker Karl Schwarzschild, dessen Leben bereits im Jahr 1916 aufgrund einer schweren Erkrankung endete, innerhalb von nur kurzer Zeit eine Lösung der Einsteinschen Gleichungen ab, die sog. Schwarzschildlösung, mit der er Singularitäten vorhersagte, die später Schwarze Löcher genannt wurden. Karl Schwarzschild zeigte, dass ein Radius eines kollabierenden Objekts existiert, bei dem die Einsteinschen Gravitationsgleichungen eine Singularität aufwiesen. Später wurden weitere Lösungen der Einstein-Gleichungen hergeleitet, aus denen hervorging, dass Schwarze Löcher neben Masse noch zwei weitere Eigenschaften besitzen können, nämlich dass sie rotieren können – somit Drehimpuls besitzen – und elektrische Ladung. Die Lösung der Einsteinschen Feldgleichungen für ein rotierendes Schwarzes Loch wurde von Roy Kerr 1963 hergelitten. Und 1965 löste Ezra Theodore Newman die Einstein-Gleichungen für die Raumzeit-Geometrie um ein geladenes rotierendes Schwarzes Loch. Solche Schwarzen Löcher sind durch ihre Masse m, ihren Drehimpuls J und ihre elektrische Ladung Q charakterisiert.

In seiner finalen Form, wenn z. B. ein Stern zu einem Schwarzen Loch kollabiert ist, kann das Schwarze Loch laut Theorie nur diese drei charakteristischen Eigenschaften besitzen. Das Nichtvorhandensein weiterer Details außer der drei Eigenschaften und irgendwelcher sonstiger Struktur resultierte in dem Ausspruch von John A. Wheeler, dem Namengeber der Schwarzen Löcher: „A black hole has no hair.” (“Ein Schwarzes Loch hat keine Haare.”)
1939 veröffentlichten Oppenheimer und sein Student Hartland Snyder die erste detaillierte Behandlung eines Gravitations- kollapses im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie. Auf der Basis von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie zeigten sie, dass ein kollabierender Stern mit ausreichender Masse zu einem Schwarzen Loch werden kann, womit sie dessen Existenz beweisen wollten. Einstein selber strebte das Gegenteil an. Er veröffentlichte im selben Jahr ein Paper, in dem er die Idee der Schwarzschild-Singularitäten auf der Grundlage seiner eigenen Theorie, die Schwarze Löcher ja gerade vorhersagte, ein für allemal beseitigen wollte. Doch trotz Einsteins Bestreben, die Nicht-Existenz von Schwarzen Löchern beweisen zu wollen, glauben heutzutage die meisten Wissenschaftler an deren Existenz.