Schwarze Löcher faszinieren jeden. Für die meisten Menschen ist es das angenehme Gruseln, das der Begriff erzeugt: Wie kann es sein, dass man in einem Schwerkraftschlund verschwinden kann, aus dem es keine Rückkehr gibt? Für Astronomen und Physiker ist es dagegen das Wissen, dass wir Schwarze Löcher noch nicht vollständig verstehen können. Bei ihrer Beschreibung kommen das Konzept der Gravitation und die Quantenphysik zum Einsatz; zwei nicht kompatible Theorien, die aber doch beide experimentell so gut gesichert sind, dass sie als gültig betrachtet werden können. Damit bergen Schwarze Löcher vielleicht den Schlüssel zu einer allumfassenden Theorie der Physik, die ein Verständnis des Universums ermöglicht. Es lohnt sich also, sich mit den gruseligen kosmischen Gesellen auseinanderzusetzen.

Während für viele Jahrzehnte Schwarze Löcher zunächst einmal als theoretische Konstrukte galten, nach denen man im All suchen muss, kann man heute den Gedankengang umdrehen: Schwarze Löcher sind spätestens seit dem Physik-Nobelpreis 2020 für Roger Penrose, Reinhard Genzel und Andrea Ghez zu einer Realität für Beobachter geworden, so dass man heute fragen kann: Was passiert um die und in den Schwerkraftmonstern? Und so führen die Autoren im ersten Kapitel auch die Schwarzen Löcher ein – über die Beobachtungen. Im zweiten Kapitel erklären sie die Grundzüge der allgemeinen Relativitätstheorie, um dann im dritten Kapitel das wesentliche Werkzeug für alle folgenden Kapitel einzuführen: Penrose-Diagramme. Diese stark verzerrten Raumzeitdiagramme bilden die gesamte, in Raum und Zeit unendlich weit reichende Raumzeit kompakt ab. Da Unendlichkeiten so ins Endliche rücken, eignen sich diese Diagramme besonders gut, um Ereignishorizonte und Singularitäten abzubilden – notorische Unendlichkeiten in Schwarzen Löchern. Die Didaktik ist in diesem Kapitel besonders gelungen, denn die Autoren erklären sehr ausführlich und erläutern etwa das Zwillingsparadoxon im Penrose-Diagramm.

Warum Schwarze Löcher nicht ganz schwarz sind

Erstaunlicherweise ist ein einfaches Schwarzes Loch in einem Penrose-Diagramm nicht mehr als ein weiterer Halbraum – getrennt vom Rest des Universums durch den Ereignishorizont. Kapitel vier bis sieben diskutieren dies und klären auch eine der vermutlich brennendsten Fragen, nämlich wie man sich den Fall in ein Schwarzes Loch vorstellen muss. Außerdem versteht man so auch Wurmlöcher (für die es keine experimentellen Hinweise gibt) und rotierende Schwarze Löcher auf elegante Weise. In Kapitel acht geht es dann um die Überlegungen von Roger Penrose dazu, wie sich aus realen Körpern ohne perfekte Symmetrie, beispielsweise aus Sternen, Schwarze Löcher bilden können – dafür erhielt Penrose seinerzeit den Nobelpreis.

Dass Schwarze Löcher doch nicht ganz schwarz sind, wird dann in den Kapiteln neun und zehn erläutert. Die Fläche eines Schwarzen Lochs entspricht seiner Entropie, und seine Temperatur ist über die oftmals erwähnte, aber bislang unbeobachtete Hawkingstrahlung (nach Stephen Hawking, 1942–2018) definiert. Bereits hier werden Verbindungen zur Quantenmechanik deutlich, wenn es beispielsweise um das Zählen von möglichen Informationseinheiten auf der Oberfläche eines Schwarzen Loches geht oder um den Informationsverlust, der eintritt, wenn etwa ein Buch für immer hinter dem Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs verschwindet.

Die letzten fünf Kapitel sind schließlich dem quantenmechanischen Blick auf Schwarze Löcher gewidmet. Dieser gipfelt in einer höchst erstaunlichen Korrespondenz, die ähnlich zauberhaft wie ein Hologramm ist: In einer sogenannten Anti-de-Sitter-Raumzeit (nach Willem de Sitter, 1872–1934), also einer anderen Geometrie als der des echten Universums, kann man mathematisch analog Schwarze Löcher definieren. Der argentinische Physiker Juan Martín Maldacena hat 1997 gezeigt, dass die Raumzeit mit der Gravitation der Anti-de-Sitter-Welt vollkommen äquivalent ist zu einer Quantenwelt ohne Gravitation, deren Gesetze nur auf dem Rand dieser Welt gelten. Zumindest in einem solchen Universum können Schwarze Löcher als reine Quantenobjekte angesehen werden; und die Gravitation ist keine fundamentale Eigenschaft dieser Raumzeit, sondern nur ein Hologramm der Quantenwelt. Ein absolut fantastisches Ergebnis, um dessen Übertragung auf das reale Universum die Fachwelt ringt.

Und es war diese Entdeckung, die Hawking dazu gezwungen hatte, letztlich zu akzeptieren, dass Information wohl doch ihren Weg wieder aus den Schwarzen Löchern findet – der Inhalt des eben erwähnten, verlorenen Buches ist der Welt also doch nicht abhandengekommen. In gut 300 Seiten hat es der Leser so von einer Einführung in die allgemeine Relativitätstheorie zu den Themen der aktuellen theoretischen Forschung geschafft. Ein großes Lob an die Wegbegleiter Cox und Forshaw, die dieses hervorragende Buch verfasst haben.

Einziger Kritikpunkt sind die Grafiken. Um die verschiedenen Linien in den Penrose-Diagrammen zu unterscheiden, sind Farben die richtige Wahl. Doch leider sind alle farbigen Grafiken auf wenigen Seiten in der Mitte des Buches versammelt und damit weit weg von dem Text, den sie illustrieren sollen. Um das zu kompensieren, sind zusätzlich Schwarz-Weiß-Versionen der Grafiken in den Fließtext eingebunden. So blättert man umständlich hin und her, um etwa hier eine orangefarbene Wellenlinie auszumachen oder dort einen blauen Ereignishorizont. Diese Sparmaßnahme des Verlages bleibt unverständlich. Außerdem sind die Abbildungen nur teilweise übersetzt – ganze Worte werden zwar auf Deutsch präsentiert, doch Abkürzungen wie »BH« (für »black hole«) wurden nicht ersetzt, auch wenn dies problemlos möglich gewesen wäre.

Dennoch ist dieses Werk höchst empfehlenswert. Es ist anspruchsvoll und auch nicht frei von Formeln. Aber wer bereit ist mitzudenken, wird üppig belohnt.