Soldat, der Schwarze Löcher vorhersah

An der Front des Ersten Weltkriegs hat Karl Schwarzschild die Allgemeine Relativitätstheorie vorangebracht. Er fand die erste exakte Lösung für Gleichungen, die für die Theorie Schwarzer Löcher wichtig wurden – und verstarb kurz danach, am 11. Mail 1916.

Karl Schwarzschild interessiert sich schon in seiner Jugend für Mathematik und Astronomie: Ein Freund der Familie unterrichtete ihn in diesen Fächern weit über das Schulwissen hinaus. Er promoviert 1896, drei Jahre später folgt die Habilitation.

Während seiner wissenschaftlichen Laufbahn ist Karl Schwarzschild in München, Göttingen und Potsdam tätig. Zu Beginn seiner Karriere, 1897, arbeitet er auch zwei Jahre als Assistent an der Kuffner-Sternwarte in Wien.

Lösung der Allgemeinen Relativitätstheorie

Später zieht Karl Schwarzschild freiwillig in den Krieg: Während dieser Zeit, 1915/16 formuliert er zwei Lösungen zu den Feldgleichungen von Albert Einstein , die ihn bis heute berühmt machen.

Porträtfoto des deutschen Astronomen Karl Schwarzschild
Gemeinfrei

Ö1 Sendungshinweis

Dem Thema widmet sich auch ein Beitrag im Dimensionen Magazin, 6.5., 19:05 Uhr.

Es ist eine knappe, einfache Formel, die Karl Schwarzschild in einem Brief an Albert Einstein vorlegt. Was den damals 43-ährigen Wissenschaftler dazu bewegt, im Schützengraben sitzend die sogenannte Schwarzschild-Lösung zu formulieren, erzählt Matthias Schemmel vom Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte in Berlin.

„Karl Schwarzschild war im Zuge eines Fronturlaubes in Berlin, Potsdam, zu Besuch. Im November 1915 hört er, wie Einstein in der Preußischen Akademie der Wissenschaften seine Theorie vorstellt. Wie mithilfe dieser Theorie die Bewegung des Merkurs erklärt werden kann, hat Schwarzschild besonders fasziniert und auch motiviert, selbst daran zu arbeiten."

Als Schwarzschild sich wieder an der Front befindet, tüftelt er bis Anfang 1916 an seiner Lösung. Darin beschreibt er das Gravitationsfeld um eine kugelförmige Masse, wie einen Stern oder Planeten. Eine zweite Lösung beschreibt das Feld im Inneren der Materie. „Dabei kommt auch zum ersten Mal eine Größe vor, die wir heute den Schwarzschildradius nennen. Und der spielt in der Theorie der Schwarzen Löcher eine große Rolle“, so Matthias Schemmel.

Schwarze Löcher und der Schwarzschildradius

Schwarze Löcher entstehen unter anderem dann, wenn ein großer Stern – von mindestens dreimal so großer Masse wie unsere Sonne - keinen Brennstoff mehr hat. Daraufhin ist der nach Außen gerichtete Strahlungsdruck nicht mehr gegeben, die Gravitation drückt die gesamte Masse des Sterns zusammen und der Stern kollabiert zu einem Schwarzen Loch. Ein Größenvergleich: Könnte unsere Erde zu einem Schwarzen Loch kollabieren, wäre ihre gesamte Masse auf die Größe eines Kirschkerns komprimiert.

„Der Schwarzschildradius stellt die Grenze eines Bereichs dar, der nicht mehr mit dem Rest der Raumzeit kommunizieren kann“, erklärt Herbert Balasin, Theoretischer Physiker der Technischen Universität Wien.

„Man kann sich diese Grenze auch als Rand des Schwarzen Lochs vorstellen. Wenn Sie durch die Kugeloberfläche mit dem Radius hindurchgehen würden, und Signale mit Lichtgeschwindigkeit wegschicken, könnten diese Signale niemanden mehr im äußeren Bereich erreichen. Das heißt, Sie wären kausal entkoppelt."

Somit entkommt man dem Schwarzen Loch nicht mehr, sobald der „Rand“ – definiert vom Schwarzschildradius – überschritten ist. Der Bereich innerhalb des Rands wird Ereignishorizont genannt. Albert Einstein bezweifelt die wirkliche Existenz von Schwarzen Löchern immer wieder. Ob sich Schwarzschild selbst mit der Idee realer Schwarzer Löcher anfreunden konnte, ist nicht bekannt; erst ein halbes Jahrhundert nachdem er seine „Schwarzschild-Lösung“ formuliert, wird die Theorie der Schwarzen Löcher systematisch entwickelt. Erst in den vergangenen Jahrzehnten mehrt sich die Evidenz, dass Schwarze Löcher tatsächlich existieren.

Schwarzschild erliegt einer Autoimmunerkrankung

Etwa drei Monate nachdem er die „Schwarzschild-Lösung“ niederschreibt, kommt Karl Schwarzschild im März 1916 als Invalider aus dem Krieg zurück. Seine Haut wirft Blasen aufgrund einer seltenen Autoimmunerkrankung. Er stirbt am 11. Mai 1916 in Potsdam. Zu dieser Zeit hat sich Schwarzschild schon einem neuen Gebiet zugewandt und arbeitet noch bis kurz vor dem Tod an seinem Beitrag zur Quantenmechanik.

Geraldine Zenz, Ö1 Wissenschaft

Mehr zu dem Thema: