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Sci-Fi-Epos "Interstellar": Astrophysik am Limit

Foto: Warner Bros.

Physiker über "Interstellar" "Wurmlöcher gibt es wahrscheinlich gar nicht"

Science-Fiction-Filme haben meist mehr mit Fiction als mit Science zu tun. Doch der aktuelle Blockbuster "Interstellar" kommt bei Physikern überraschend gut an - auch wenn sie mit einigen Details hadern.

Er rast durch ein Wurmloch, landet auf fremden Planeten und durchfliegt den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs: Cooper ist der Held des Science-Fiction-Films "Interstellar". Sein spektakulärer Ritt durchs Universum und die moderne Physik fasziniert die Zuschauer. Fast eine Million Deutsche haben sich die Abenteuer des Ex-Nasa-Piloten schon im Kino angesehen.

Physiker sind von Weltraum-Actionfilmen meist weniger angetan, denn die Gesetze der Natur werden im Kino gerne übertreten. Doch das Echo der Experten auf "Interstellar" ist überwiegend positiv: "Mir hat der Film sehr gut gefallen", sagt etwa Ertan Göklü vom Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM ) der Uni Bremen. "Von den physikalischen Hintergründen ist er sicher der beste derartige Film, den ich kenne." Die Fachbegriffe würden richtig angewendet und nicht einfach so eingestreut wie in anderen Filmen.

Auch Phil Plait, Astronomieautor der US-Webseite "Slate", musste einräumen, dass der Film so unrealistisch gar nicht sei - nachdem er ihn erst spektakulär verrissen  hatte und danach große Teile seiner Kritik zurücknehmen musste .

Was aber nun ist dran an dem Blockbuster? Wo hält sich Regisseur Christopher Nolan an die Wissenschaft? An welchen Stellen verbiegt er sie zugunsten seines Plots? SPIEGEL ONLINE hat mit Ertan Göklü, Volker Perlick (beide Universität Bremen) und Corvin Zahn (Universität Hildesheim) gesprochen - allesamt gestandene Experten in Sachen Gravitation, Astrophysik und Relativitätstheorie.

Spoilerwarnung und ein Hinweis für Cineasten: Wir verraten zwar nicht die komplette Handlung oder gar den Ausgang des Films - aber wer gar nichts vorab erfahren möchte, sollte sich die Lektüre dieses Artikels vielleicht für die Zeit danach aufheben.

Reisen durch ein Wurmloch

Ein Wurmloch* im heimischen Sonnensystem macht in "Interstellar" Reisen zu anderen Sternen möglich. Diese Abkürzung durch das Universum wird im Film gut mit einem Blatt Papier erklärt, das man faltet, um zwei eigentlich weit voneinander entfernte Punkte nah zusammenzubringen. Hier macht sich bemerkbar, dass der Astrophysiker Kip Thorne das "Interstellar"-Team beraten hat. Thorne hat wichtige Arbeiten zur Wurmloch-Theorie geleistet. Gleichwohl sind Wurmlöcher hochspekulativ: "Die Theorie ist zwar etabliert, aber ob es Wurmlöcher tatsächlich gibt oder ob man sie erzeugen kann, weiß niemand", sagt Volker Perlick.

Zum Bau eines Wurmlochs brauche man eine exotische Materieform mit negativer Energie. Die Frage sei: Gibt es so etwas überhaupt? "Wir kennen zumindest keine Art von Materie, die eine negative Energiedichte hat", so Perlick. Viele Physiker sagten daher: "Wahrscheinlich gibt es Wurmlöcher gar nicht, obwohl man sie auf dem Papier konstruieren kann."

* Der Name Wurmloch kommt von der Analogie des Wurms, der sich quer durch einen Apfel frisst, anstatt auf der Apfeloberfläche auf die andere Seite zu kriechen. Ist der Apfel an der Stelle des Lochs sehr schmal (weil er verformt ist), könnte das Wurmloch sehr viel kürzer sein als der Weg entlang der Oberfläche. Ein solches Wurmloch erlaubt, zweidimensionale Wege auf der Apfeloberfläche abzukürzen. Analog könnte es auch Wurmlöcher im dreidimensionalen Raum geben, welche die Reise zu Lichtjahren entfernten Sternen ermöglichen.

Planet umkreist Schwarzes Loch

Auf seiner interstellaren Reise landet Cooper auf zwei Planeten, die um ein supermassives Schwarzes Loch* mit dem Namen "Gargantua" kreisen. Beide Planeten sind gut beleuchtet und sind auch deutlich wärmer als der bitterkalte Kosmos, obwohl ihnen eine Sonne fehlt. "Mir ist unklar, woher das Licht und die Wärme kommen", sagt Perlick. Einzig vorstellbar sei, dass die Strahlung aus der Akkretionsscheibe stamme, die Material ins Zentrum des Schwarzen Lochs transportiere. "Wenn die so heiß sein soll, dass sie einen bewohnbaren Planeten speisen kann, würde ihre thermische Strahlung aber wohl eine starke Röntgenkomponente haben", meint Perlick. Mit anderen Worten: Der Aufenthalt auf den Planeten wäre äußerst ungesund.

Hinzu komme die sogenannte Synchrotronstrahlung , die letztlich infolge der schnellen Rotation des Schwarzen Loches entstehe. Das Spektrum dieser elektromagnetischen Strahlung reicht von Infrarot über sichtbare Wellenlängen bis zu UV und Röntgen. "In Kombination mit der Röntgenstrahlung ist dies bei dauerhafter Bestrahlung für Lebewesen tödlich", sagt Perlick. Der Bremer Physiker versteht nicht, warum die Drehbuchautoren diese bizarre Konstruktion gewählt haben. "Es wäre völlig problemlos gewesen, eine Sonne ums Schwarze Loch kreisen zu lassen und um die Sonne die Planeten. Dann würde alles wunderbar funktionieren."

* Ein Schwarzes Loch hat eine so starke Gravitation, dass aus ihm nicht einmal ein Lichtstrahl entweichen kann. Es gibt stellare Schwarze Löcher, die drei- bis 30-mal so schwer sind wie die Sonne. Supermassive Schwarze Löcher haben eine millionen- bis milliardenfache Sonnenmasse.

Verlangsamung der Zeit auf dem Planeten

Ein Problem, das Cooper viel Kopfzerbrechen bereitet, ist die Verlangsamung der Zeit - auch Zeitdilatation genannt. Auf dem zuerst angesteuerten Planeten entspricht eine Stunde Aufenthalt immerhin sieben Jahren außerhalb des Planeten. Cooper fürchtet, dass er zu viel Zeit verliert, um seine Tochter auf der Erde noch lebend anzutreffen. Physikalisch gibt es an dem Szenario nichts auszusetzen. "Je näher man dem Ereignishorizont des Schwarzen Lochs kommt, umso langsamer läuft die Zeit ab", erklärt Perlick. Der Ereignishorizont ist die Grenze, nach deren Durchqueren man einem Schwarzen Loch nicht mehr entwischen kann. Im Film geht es um ein rotierendes Schwarzes Loch. Wenn der Planet mitrotiere, könne dieser beliebig nah am Ereignishorizont liegen. Die Verlangsamung der Zeit könne deshalb auch beliebig groß werden.

Astronaut fliegt in ein Schwarzes Loch

Überlebt ein Mensch den Flug in ein Schwarzes Loch? Im Film zumindest gelingt es Cooper - und das ist zumindest für den ersten Teil des Flugs vorstellbar, wie Ertan Göklü von der Universität Bremen meint: "Ein Astronaut kann bei supermassiven Schwarzen Löchern durch den Ereignishorizont* treten, ohne zerrissen zu werden." Die größte Gefahr für den Körper bildeten die Gezeitenkräfte**. Die Gezeitenkräfte seien umgekehrt proportional zur Masse des Schwarzen Loches. Im Film handle es sich um ein supermassives Schwarzes Loch mit mehreren Millionen Sonnenmassen. Daher merke man am Ereignishorizont von den Gezeitenkräften nichts.

* Der Ereignishorizont markiert die Grenze um ein Schwarzes Loch, durch die von innen nichts nach draußen dringen kann - weder Materie noch Strahlung, noch Informationen.

** Die Gezeitenkräfte verzerren einen Körper, im Extremfall zerreißen sie ihn. Dabei handelt es sich letztlich um die Gravitationskräfte, die eine Masse auf einen neben ihr befindlichen dreidimensionalen Körper ausübt. Die Oberflächenpunkte auf der der Masse zugewandten Seite des Körpers werden stärker angezogen als Oberflächenpunkte auf der abgewandten Seite. Das führt zu Spannungen im Körper.

Entkommen aus dem Schwarzen Loch

Im Film erkundet Cooper das Innere des Schwarzen Lochs und sendet von dort sogar Signale an seine Tochter. Dann wacht er plötzlich im Bett eines Krankenhauses auf, das sich auf einer riesigen Raumstation in unserem Sonnensystem befindet. Kann ein Mensch aus einem Schwarzen Loch entkommen? "Nein", sagt Corvin Zahn. Die etablierten Theorien erlaubten keine Flucht. Doch Zahn kann sich einen Trick vorstellen: "Man nimmt das eine Ende eines Wurmlochs mit ins Schwarze Loch." Durch dieses Ende könne man auch wieder hinausschlüpfen. Höhere Dimensionen*, von denen auch im Film die Rede ist, könnten solch exotische Phänomene ermöglichen, bestätigt Perlick. "Solche Theorien werden durchaus ernstgenommen. Und dann kann man sich Modelle vorstellen, in denen man wieder aus einem Schwarzen Loch herauskommt."

*Wir kennen aus dem Alltag nur drei Dimensionen. Zusammen mit der Zeit ergeben sich vier Dimensionen, auch Raumzeit genannt. Mit der Raumzeit arbeitete auch Albert Einstein, als er die Relativitätstheorie entwickelte. Physiker haben auch Modelle mit mehr als vier Dimensionen entwickelt. Diese können wir uns nicht vorstellen. Sie ermöglichen aber so verrückte Dinge wie Wurmlöcher - zumindest in der Theorie.

Senden von Botschaften in die Vergangenheit

Es ist ein Klassiker in der Science-Fiction: Ein Protagonist reist in die Vergangenheit und trifft sich dort selbst. Bei "Interstellar" kann Cooper sehen, wie er vor Jahren ins Zimmer seiner Tochter geht. Über die Manipulation der Schwerkraft gelingt es ihm sogar, Botschaften in die Vergangenheit zu schicken. Mit klassischen Modellen, da sind sich die Physiker einig, ist so etwas nicht möglich. Doch mit höherdimensionalen Modellen könnte sich das ändern. "Da kann man durchaus solche Szenarien mathematisch konstruieren", sagt Göklü." Aber ob diese in der Realität vorkommen, ist eine ganz andere Frage."

Ein Wurmloch könnte unterschiedliche Raum- und Zeitpunkte miteinander verbinden, erklärt Zahn. "Dies wäre dann eine Zeitmaschine, mit der man Botschaften in die Vergangenheit schicken könnte." Allerdings könnte man mit Zeitmaschinen eine Menge Unsinn anstellen. Deshalb, so Zahn, hofften viele Physiker, dass ein Naturgesetz entdeckt werde, das es verbiete, die zum Bau von Wurmlöchern und Zeitmaschinen erforderlichen größeren Mengen negativer Energie anzuhäufen. "Ein solches Naturgesetz ist aber bis jetzt noch nicht gefunden worden, was die Science-Fiction-Autoren sicher freut."

Fazit

Der Science-Fiction-Film "Interstellar" greift tief in den Theoriekasten der Astrophysik, ohne sich zu vergreifen. Selbst bei absurden Szenarien wie dem Verlassen eines Schwarzen Lochs können sich die Macher auf Theorien berufen, die das Dargestellte zumindest nicht ausschließen. Doch es sind Theorien - und der Film zeigt ein Universum, in dem sie tatsächlich gelten.

Interstellar

Regie: Christopher Nolan

Buch: Christopher Nolan, Jonathan Nolan

Darsteller: Matthew McConaughey, Anne Hathaway, Michael Caine, John Lithgow, Mackenzie Foy, Jessica Chastain, Casey Affleck, Ellen Burstyn, Wes Bentley, David Gyasi

Produktion: Lynda Obst Productions, Paramount, Syncopy, Legendary, Warner Bros

Verleih: Warner Bros.

Länge: 169 Minuten

Start: 6. November 2014

Interstellar:offizielle Website zum Film 
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