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(v.l.n.r.): Roger Penrose, Reinhard Genzel und Andrea Ghez © nobelprize.org/Screenshot
(v.l.n.r.): Roger Penrose, Reinhard Genzel und Andrea Ghez © nobelprize.org/Screenshot

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Physik-Nobelpreis 2020 für Theorie und Nachweis Schwarzer Löcher

06.10.2020

Dafür, dass sie Licht in "das dunkelste Geheimnis des Universums" gebracht haben, erhalten der britische Mathematiker und Physiker Roger Penrose, der deutsche Astrophysiker Reinhard Genzel und die US-Astronomin Andrea Ghez den Physik-Nobelpreis 2020. Sie wiesen die Existenz Schwarzer Löcher nach: Penrose bestätigte mathematisch Albert Einsteins Vorhersage dieses Phänomens, Genzel und Ghez lieferten überzeugende Beweise für ein Schwarzes Loch im Zentrum der Milchstraße.

Schwarze Löcher sind direkte Folge der Relativitätstheorie

Als eine der ersten Lösungen von Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie wurden Schwarze Löcher 1916 von Karl Schwarzschild vorhergesagt. Einstein zweifelte an ihrer Existenz. Erst Roger Penrose von der Oxford University erbrachte 1965 - zehn Jahre nach Einsteins Tod - den Nachweis, dass diese mysteriösen massereichen Gebilde tatsächlich existieren.

Der heute 89-jährige Wissenschafter habe "geniale mathematische Methoden" verwendet, um zu beweisen, dass Schwarze Löcher eine direkte Folge der Relativitätstheorie sind und letztendlich nicht mehr und nicht weniger als gezeigt, "dass Schwarze Löcher wirklich existieren", sagte David Haviland, Vorsitzender des Nobel-Komitees für Physik bei der Bekanntgabe durch die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften am Dienstag in Stockholm. Seine Arbeit sei "bahnbrechend" und gelte nach wie vor als "der wichtigste Beitrag zur Allgemeinen Relativitätstheorie seit Einstein".

Dafür erhält Penrose die eine Hälfte des heuer mit zehn Millionen Schwedischen Kronen (rund 950.000 Euro) dotierten Preises, der alljährlich am 10. Dezember, dem Todestag des Stifters Alfred Nobel übergeben wird. Die andere Hälfte geht an Reinhard Genzel und Andrea Ghez. Sie ist erst die vierte Frau, die die Auszeichnung erhält.

Beweis für supermassives Schwarzes Loch im Zentrum der Milchstraße

Der heute 68-jährige Genzel vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching bei München und die 55-jährige Ghez von der University of California in Los Angeles (USA) versuchten mit ihren Teams Anfang der 1990er Jahre das "Sagittarius A*" genannte Zentrum der Milchstraße zu beobachten und entwickelten dabei Methoden, um durch dort existierende riesigen Wolken aus interstellarem Gas und Staub zu blicken. Bei der Vermessung der Bahnen der hellsten Sterne in dieser Region zeigten sie, dass ein extrem schweres, unsichtbares Objekt diese Sterne auf große Geschwindigkeit beschleunigt.

"Ihre Pionierarbeit hat uns den bisher überzeugendsten Beweis für ein supermassives Schwarzes Loch im Zentrum der Milchstraße geliefert", heißt es seitens des Nobelkomitees. Ihre Berechnungen zeigten, dass dieses rund 26.000 Lichtjahre entfernte Objekt rund vier Millionen Sonnenmassen in einem Gebiet nicht größer als unser Sonnensystem konzentriert.

Ghez zeigte sich in einer ersten Reaktion "begeistert" über die Auszeichnung. Dass sie diese erhalte, bringe für sie auch viel Verantwortung mit sich. Sie hoffe, "andere junge Frauen für das Feld begeistern zu können". Es gebe auf dem Gebiet noch jede Menge zu tun, so die 55-Jährige US-Forscherin. Immerhin wissen man noch keineswegs, was in Schwarzen Löchern passiert. Klar sei lediglich, dass in diesen wichtigen "Bausteinen des Universums" die "Gesetze der Physik zusammenbrechen".

Lob von österreichischer Physikerin

Als "absolut überfällig" bezeichnete die österreichische Physikerin Patricia Schmidt von der Universität Birmingham (Großbritannien) die Zuerkennung des Physik-Nobelpreises an Ghez, Genzel und Penrose. Letzteren könne man mit Fug und Recht "im besten Sinne des Worts als ein Genie" bezeichnen, sagte Herbert Balasin vom Institut für Theoretische Physik der Technischen Universität (TU) Wien zur APA.

"Für das ganze Forschungsfeld ist es wunderbar", sagte Schmidt, die dem LIGO-Konsortium angehört, dem 2016 der Nachweis der Fusion zweier Schwarzer Löcher mittels der dabei verursachten Gravitationswellen gelang. Als einziger negative Gedanke, sei ihr gekommen, "dass das jetzt zwei Jahre nach dem Tod von Stephen Hawking passiert", so Schmidt.

Ins Schwärmen geriet Balasin angesichts der Leistungen und der Persönlichkeit von Penrose: "Ich kenne ihn persönlich, bin von ihm sehr angetan und freue mich sehr für ihn." Der 89-Jährige sei jener Mann, der sich seit den 1960er Jahren im Bereich der Allgemeinen Relativitätstheorie am erfolgreichsten mit innovativen Konzepten beschäftigt und die wesentlichsten Impulse gegeben hat, so der Physiker. Vor seiner bahnbrechenden Arbeit im Jahr 1965 war die Idee der Schwarzen Löcher durchaus bereits etabliert, es ging aber in Fachkreisen darum zu zeigen, ob es sich bei der Singularität um einen Zufall oder Sonderfall handelt.

Mit eigenwilligem Zugang durchgesetzt

"Der große Verdienst von Roger Penrose war, dass er mit Methoden, die man damals in der Relativitätstheorie überhaupt nicht verwendet hat, einfach zeigen konnte, dass sie per se diese Art von Singularitäten erzeugt", erklärte Balasin. Mit einem völlig anderen, eigenwilligen Zugang habe er sich aber bei vielen grundlegenden Fragen letztendlich durchgesetzt. Auch im persönlichen Kontakt habe er den Eindruck, dass Penrose physikalische Probleme gewissermaßen als "Rätsel" wahrnimmt, und sich ihnen sehr intuitiv annähert. Balasin: "Er ist auf jeden Fall ein sehr Kreativer."

Er nehme Lösungen auch nicht unbedingt als seinen persönlichen Verdienst im engeren Sinne wahr und sei "sehr bescheiden". Einzig als eine britische Klopapierfirma eine seiner Erkenntnisse auf einem ihrer Produkte verewigte, schob er dem im Rahmen eines Copyright-Prozesses einen Riegel vor, so Balasin. Bei Vorträgen arbeitete er immer mit Overheadprojektoren und übereinandergelegten handgezeichneten, "ästhetischen" Folien. Im Zwiegespräch habe man trotz allem nicht das Gefühl, "dass man jemandem gegenübersitzt, der die Physik umgekrempelt hat".

Ghez ist "coole Professorin"

Schmidt habe wiederum Ghez zuletzt auf einer großen Konferenz als "sehr nahbare" Vortragende und "coole Professorin" miterlebt. Leider gebe es noch immer nicht sehr viele Frauen in der Physik, so die Wissenschafterin. Wie auch die Laureatin selbst hofft sie darauf, dass die Zuerkennung hier etwas bewirken könne. Gerade in der Physik, "die hier sehr hinterherhinkt", werde nun viel Bewusstseinsbildung hinsichtlich der Rolle von Frauen oder Minderheiten betrieben. Dass Ghez mit 55 Jahren auch noch relativ jung ist, und sehr aktiv Forschung, Lehre und Wissenschaftskommunikation betreibe, könne hier ein "irrsinniger Boost" sein. Vielleicht gelinge es ihr als Persönlichkeit junge Frauen davon überzeugen, dass auch in der Physik ein "langsam vorangehender Umbruch" stattfinde.

Sehe man sich an, was mittlerweile aus den grundlegenden Erkenntnissen der drei Preisträger geworden ist, sei dies durchaus erstaunlich: "Wir sehen diese Schwarzen Löcher jetzt regelmäßig", sozusagen in allen Größen, so Schmidt. Das Bewusstsein dafür, wie wichtig diese Gebilde für die Entwicklung des Universums sind, sei nun da. "Das sind keine mathematischen Konstrukte und Hirngespinste. Und es ist immer etwas Neues, es wird nicht langweilig."

Mehr über die Preisträger:
Nobelpreisträgerin Andrea Ghez: "Eine echte Star-Wissenschaftlerin"
Nobelpreisträger Penrose: Mit Hawking auf der Spur Schwarzer Löcher
Reinhard Genzel - Vom Speerwerfer zum Nobelpreisträger für Physik

Hintergrund:
Schwarze Löcher: Über "das dunkelste Geheimnis des Universums"

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