Grundfragen der Physik · Gravitation und Quanten
Im Dezember 1915 diente Karl Schwarzschild als Artillerieoffizier an der Ostfront, und zwischen den Einsätzen rechnete er. Albert Einstein hatte gerade seine allgemeine Relativitätstheorie veröffentlicht, und Schwarzschild fand als Erster eine exakte Lösung der neuen Gleichungen: das Schwerefeld einer einzelnen, kugelförmigen Masse[1]. In dieser Lösung steckte eine Merkwürdigkeit. Bei einem bestimmten Abstand vom Zentrum schienen die Gleichungen verrückt zu spielen. Schwarzschild starb wenige Monate später an einer Hautkrankheit, die er sich an der Front zugezogen hatte. Was diese Grenze bedeutet, hat er nicht mehr erfahren.
Heute wissen wir es. Sie ist die Oberfläche eines Schwarzen Lochs.
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Wo selbst Licht nicht mehr entkommt
Werfen Sie einen Ball nach oben, fällt er zurück. Werfen Sie ihn schneller, steigt er höher. Ab rund elf Kilometern pro Sekunde würde er der Erde ganz entkommen, das ist die Fluchtgeschwindigkeit. Drückt man dieselbe Masse auf einen kleineren Raum zusammen, wächst die Fluchtgeschwindigkeit an ihrer Oberfläche. Bei einem ganz bestimmten Radius erreicht sie die Lichtgeschwindigkeit, und dann kommt nichts mehr heraus, auch kein Licht. Diesen Radius nennt man nach seinem Entdecker Schwarzschild-Radius:
mit der Gravitationskonstante G, der Masse M und der Lichtgeschwindigkeit c[2]. Die Kugelfläche mit diesem Radius heißt Ereignishorizont. Was einmal hinein ist, kommt nach der allgemeinen Relativitätstheorie nie wieder heraus, nicht einmal eine Nachricht darüber, was drinnen passiert. Wie klein dieser Radius ist, zeigt die Tabelle. Die ganze Erde müsste auf die Größe einer Murmel zusammengepresst werden.
| Objekt | Masse | Schwarzschild-Radius | zum Vergleich |
|---|---|---|---|
| Erde | 6 · 1024 kg | knapp 9 Millimeter | eine Murmel |
| Sonne | 2 · 1030 kg | knapp 3 Kilometer | eine Kleinstadt |
| Sagittarius A*, Zentrum der Milchstraße | rund 4 Millionen Sonnenmassen | rund 12 Millionen Kilometer | ein Fünftel der Merkurbahn |
| M87*, Galaxie Messier 87 | rund 6,5 Milliarden Sonnenmassen | rund 19 Milliarden Kilometer | gut viermal die Neptunbahn |
Eigene Berechnung nach Gleichung (1); Massen der Schwarzen Löcher nach [3],[4].
Die Erde und die Sonne werden nie zu Schwarzen Löchern, dafür fehlt der Druck. Schwarze Löcher entstehen, wenn sehr massereiche Sterne am Ende ihres Lebens unter ihrem eigenen Gewicht zusammenbrechen, und in den Zentren von Galaxien wachsen sie über Milliarden Jahre zu Riesen heran. Lange war umstritten, ob die Natur so etwas überhaupt zulässt. Roger Penrose zeigte 1965 mathematisch, dass der Zusammenbruch unter recht allgemeinen Bedingungen unvermeidlich ist, und bekam dafür 2020 den halben Physik-Nobelpreis[3].
Wie man etwas sieht, das nichts aussendet
Ein Schwarzes Loch leuchtet nicht. Man sieht es an dem, was es mit seiner Umgebung anstellt. Reinhard Genzel und Andrea Ghez haben mit ihren Teams fast drei Jahrzehnte lang die Bahnen von Sternen im Zentrum der Milchstraße verfolgt. Die Sterne rasen dort auf engen Ellipsen um einen unsichtbaren Punkt, und aus ihren Bahnen folgt, dass in diesem Punkt rund vier Millionen Sonnenmassen stecken, auf einem Raum, der kleiner ist als unser Sonnensystem. Die einzige vernünftige Erklärung ist ein Schwarzes Loch, heute Sagittarius A* genannt. Dafür ging die andere Hälfte des Nobelpreises 2020 an Genzel und Ghez[3].
Am 14. September 2015 registrierten die beiden LIGO-Detektoren in den USA ein winziges Zittern des Raums: Gravitationswellen von zwei Schwarzen Löchern mit rund 36 und 29 Sonnenmassen, die rund 1,3 Milliarden Lichtjahre entfernt miteinander verschmolzen waren[5]. Es war der erste direkte Nachweis von Gravitationswellen und zugleich der erste Beweis, dass Paare Schwarzer Löcher existieren. Bis zum Ende der vierten Messkampagne im November 2025 kamen die Detektoren auf 218 sicher bestätigte Nachweise, dazu kommen rund 170 weitere Kandidaten, die noch ausgewertet werden[6]. Das bisher stärkste Signal traf am 14. Januar 2025 ein, von zwei Schwarzen Löchern mit je etwa 32 Sonnenmassen. Es war so deutlich, dass sich damit eine Vorhersage von Stephen Hawking aus dem Jahr 1971 prüfen ließ: Die Gesamtfläche der Ereignishorizonte darf bei einer Verschmelzung nicht schrumpfen. Die Messung bestätigte das[7].
Und dann das Bild. Am 10. April 2019 veröffentlichte das Event Horizon Telescope, ein Verbund von Radioteleskopen rund um die Erde, die erste Aufnahme eines Schwarzen Lochs, des Riesen im Zentrum der Galaxie M87[4]. Zu sehen ist ein heller, auf einer Seite stärker leuchtender Ring aus heißem Gas, das das Loch umkreist, und in der Mitte ein dunkler Schatten. Der Schatten ist etwas größer als der Horizont selbst, weil das Schwarze Loch das Licht in seiner Nähe ablenkt, und er hatte genau die Größe, die die Relativitätstheorie für die Masse vorhersagt. 2022 folgte das Bild von Sagittarius A*[8].
Was mit einem Astronauten passieren würde
Gedankenexperimente mit unglücklichen Astronauten gehören zu jeder Erklärung Schwarzer Löcher, und sie zeigen tatsächlich etwas Wichtiges. Fällt jemand mit den Füßen voran auf ein kleines Schwarzes Loch von einigen Sonnenmassen zu, zieht die Schwerkraft an seinen Füßen deutlich stärker als an seinem Kopf. Lange bevor er den Horizont erreicht, würde er in die Länge gezogen. Physiker nennen das tatsächlich Spaghettifizierung. Bei einem Riesen wie Sagittarius A* ist dieser Unterschied am Horizont dagegen so gering, dass der Astronaut ihn gar nicht bemerken würde. Er würde einfach hindurchfallen, ohne dass sich an dieser Stelle irgendetwas Besonderes anfühlt.
Von außen sähe es ganz anders aus. Wegen der Zeitdehnung in starken Schwerefeldern scheint der fallende Astronaut für einen fernen Beobachter immer langsamer zu werden, sein Licht wird immer röter und schwächer, bis er am Horizont praktisch einfriert und verblasst. Beide Sichtweisen sind richtig, sie beschreiben dasselbe Ereignis aus verschiedenen Bezugssystemen.
Wo die Quantenphysik ins Spiel kommt
Bis hierhin ist alles allgemeine Relativitätstheorie, also klassische Physik. Interessant für eine Seite über Quanten wird es an zwei Stellen. Die erste hat Stephen Hawking 1974 gefunden: Nach der Quantentheorie sind Schwarze Löcher nicht ganz schwarz, sondern senden eine schwache Wärmestrahlung aus und verdampfen über unvorstellbar lange Zeiten. Daraus folgt das Informationsparadox, an dem Physiker seit fünfzig Jahren knobeln. Beides beschreiben wir ausführlich im Porträt von Stephen Hawking.
Die zweite Stelle ist das Zentrum. Nach der allgemeinen Relativitätstheorie wird die Materie dort auf einen Punkt unendlicher Dichte zusammengedrückt, eine Singularität. Fast alle Physiker halten das für ein Zeichen, dass die Theorie dort ihre Grenze erreicht. Was im Inneren eines Schwarzen Lochs wirklich passiert, könnte nur eine Theorie beantworten, die Gravitation und Quantenphysik vereint. Die gibt es noch nicht, mehr dazu im Artikel über Quantengravitation. Ehrlich gesagt: Was hinter dem Horizont liegt, weiß niemand.
Zum Weiterlesen
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Fragen zu Schwarzen Löchern
Was ist ein Schwarzes Loch?
Ein Bereich im All, in dem Masse so dicht zusammengedrückt ist, dass nichts mehr entkommen kann, nicht einmal Licht. Seine Grenze heißt Ereignishorizont. Sie liegt beim Schwarzschild-Radius r = 2GM/c².
Wie entsteht ein Schwarzes Loch?
Wenn ein sehr massereicher Stern am Ende seines Lebens unter seinem eigenen Gewicht zusammenbricht. In den Zentren von Galaxien wachsen Schwarze Löcher über Milliarden Jahre zu Riesen mit Millionen bis Milliarden Sonnenmassen heran.
Wie groß wäre die Erde als Schwarzes Loch?
Knapp 9 Millimeter, etwa so groß wie eine Murmel. Die Sonne hätte als Schwarzes Loch einen Radius von knapp 3 Kilometern. Beide werden aber nie zu Schwarzen Löchern, dafür reicht ihr Druck nicht.
Ist ein Schwarzes Loch gefährlich für die Erde?
Nein. Die Erde und die Sonne können selbst nicht zu Schwarzen Löchern werden. Aus großer Entfernung zieht ein Schwarzes Loch nicht stärker als ein Stern derselben Masse, gefährlich ist es nur für das, was ihm sehr nahe kommt.
Was ist im Inneren eines Schwarzen Lochs?
Das weiß niemand. Nach der allgemeinen Relativitätstheorie wird die Materie im Zentrum auf einen Punkt unendlicher Dichte zusammengedrückt, eine Singularität. Die meisten Physiker sehen darin ein Zeichen, dass die Theorie dort an ihre Grenze kommt und eine Theorie der Quantengravitation nötig wäre.
Gibt es ein echtes Foto von einem Schwarzen Loch?
Ja. Am 10. April 2019 veröffentlichte das Event Horizon Telescope das erste Bild, vom Schwarzen Loch im Zentrum der Galaxie M87. Es zeigt einen hellen Ring aus heißem Gas um einen dunklen Schatten. 2022 folgte das Bild von Sagittarius A* im Zentrum der Milchstraße.
Quellen
- K. Schwarzschild: Über das Gravitationsfeld eines Massenpunktes nach der Einsteinschen Theorie. In: Sitzungsberichte der Königlich Preußischen Akademie der Wissenschaften, Berlin 1916, S. 189–196.
- P. J. Mohr, D. B. Newell, B. N. Taylor, E. Tiesinga: CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2022. In: Reviews of Modern Physics 97 (2025), 025002, doi:10.1103/RevModPhys.97.025002.
- Nobel Prize Outreach: The Nobel Prize in Physics 2020. nobelprize.org/prizes/physics/2020/summary.
- The Event Horizon Telescope Collaboration: First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole. In: The Astrophysical Journal Letters 875 (2019), L1, doi:10.3847/2041-8213/ab0ec7.
- B. P. Abbott u. a. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration): Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger. In: Physical Review Letters 116 (2016), 061102, doi:10.1103/PhysRevLett.116.061102.
- LIGO Scientific Collaboration: LIGO-Virgo-KAGRA Collaboration successfully wraps up its fourth Observing Run. November 2025. ligo.org.
- LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration, KAGRA Collaboration: GW250114: Testing Hawking’s Area Law and the Kerr Nature of Black Holes. In: Physical Review Letters 135 (2025), 111403, doi:10.1103/kw5g-d732.
- The Event Horizon Telescope Collaboration: First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole in the Center of the Milky Way. In: The Astrophysical Journal Letters 930 (2022), L12, doi:10.3847/2041-8213/ac6674.
Zitiervorschlag
quanten.de: Schwarze Löcher. Stand: Oktober 2026. URL: https://quanten.de/schwarze_loecher.html
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