ERFORSCHUNG DER UNENDLICHKEIT

- TEIL 3 -

Prof G. Venkataraman

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GEBURT UND TOD VON STERNEN

 

Sai Ram und erneut herzliche Grüße.

Ich hoffe, dass du diese Reise spannend findest. Letztes Mal stellte ich dir einige Fakten vor, die sich auf die Geburt unseres Universums bezogen. Heute möchte ich dir gerne etwas über die Geburt und den Tod von Sternen erzählen. Sterne können zwar kein Leben wie wir haben, aber es gibt so etwas wie die Entstehung eines Sterns und das Ende des Lebens als Stern. Glaube es oder nicht: wie wir Menschen, haben auch Sterne eine Wiedergeburt! Also, jetzt liegen faszinierende Erkundungen vor uns.

Im Anfang ....

Bezüglich der Menschen, so sagt die Bibel, begann alles mit Adam und Eva. Auf gleiche Weise müssen wir unsere Untersuchung beginnen, wie im Universum die ersten Sterne entstanden sind. Dazu müssen wir zum eigentlichen Anfang des Universums zurückgehen, nämlich bis zum so genannten Urknall. Ich werde aber im Moment die vielschichtige Aufeinanderfolge von Ereignissen überspringen, die innerhalb der ersten Sekunde nach der Geburt stattfand. Diese erste Sekunde ist äußerst wichtig und unglaublich faszinierend, aber für unser gegenwärtiges Ziel ist es besser nach dieser ersten Sekunde zu beginnen. Also, wie war das Universum, als es ein eine Sekunde altes Baby war?

Zuerst etwas über dessen Größe. Im Alter von einer Sekunde hatte das Universum einen Halbmesser [Radius] von etwa 10 Milliarden km oder einem Tausendstel Lichtjahr. Zum Vergleich: Der Planet Pluto ist von der Sonne rund 6 Milliarden km entfernt. Heute beträgt die [radiale] Ausdehnung des Universums etwa 15 Milliarden Lichtjahre. Zu deiner Erinnerung: Ein Lichtjahr gleicht einer Entfernung von rund 10 Billionen km; so ist heute der Radius des Universums 10 Billionen mal 15 Milliarden km! - Das ist jetzt wirklich gigantisch groß, stimmt´s? Also war das Universum, verglichen mit dem, was es heute ist, nach einer Sekunde noch sehr klein.

O.k., woraus war das Universum gemacht, als es gerade eine Sekunde alt war? Gab es Sterne, Planeten, usw.? Nichts davon. Das Babyuniversum bestand aus Elektronen und atomaren Kernen, das bedeutet, aus Kernen von einfachen Elementen wie Wasserstoff und einem bisschen Helium, das war alles. Die nächsten mehreren tausend Jahre oder so geschah nicht viel, außer dass das Baby weiter wuchs; und während diese Expansion andauerte, war das Universum hauptsächlich mit Wasserstoffgas gefüllt und mit einem bisschen Helium. Selbstverständlich war das Gas nicht gleichförmig verteilt; an einigen Stellen gab es mehr davon und an anderen weniger; so war das Gas überall, aber mit unterschiedlicher Dichte.

Die Schwerkraft entwickelt sich

Etwa eine Million Jahre nach der Geburt [zu dieser Zeit, war das Universum viel größer geworden], begann die Gaswolke zu schrumpfen, nämlich dort, wo es in einigen Bereichen eine große Konzentration des Gases gab. Warum? Wegen der Gravitation. Ich nehme an, du weißt, dass Gravitation eine Anziehungskraft ist, entdeckt von Newton. Materie zieht Materie an, darum geht es bei der Gravitation. Nun, eine Wasserstoffgaswolke besteht aus Wasserstoffatomen; Atome, die Materie sind, können sich gegenseitig anziehen. Stimmt, das Wasserstoffatom ist extrem klein und darum ist seine Anziehungskraft auch sehr, sehr klein. Wenn nun zwei Atome, sagen wir, eine Million km auseinander sind, dann bleibt von der Anziehungskraft kaum etwas übrig. Aber hier verblüfft uns die Natur. Dank der großen Anzahl addieren sich all die kleinen Anziehungen und schließlich benimmt sich die Gaswolke so, als ob jemand sie von außen massiv zusammenpresst. Das ist nicht wirklich so; was tatsächlich geschieht, ist, dass jedes Atom jedes andere Atom anzieht - mit der Wirkung, dass sie alle beginnen, näher und näher zusammen zu rücken. Jemandem von außerhalb könnte es deshalb so scheinen, als ob es einen Druck gäbe, der angewandt wird, aber es ist nur das Zusammendrängen infolge der Gravitation.

Ich sollte erwähnen, dass, während die Gravitation nach innen zieht, die Wolke versucht sich wegen des dabei entstehenden Gasdrucks auszubreiten, wie alle Wolken es tun. Ich bin sicher, du hast gesehen, wie flauschige Wolken am Himmel durch Diffusion, verursacht durch äußeren Gas-Druck, größer wurden und sich dann auflösten. Jedoch ist dieser Gasdruck lächerlich klein und die Anziehungskraft überwältigt ihn einfach. Gravitation ist wirklich erstaunlich. Sie scheint schwach und bedeutungslos zu sein, aber im Maßstab des Universums ist sie der Boss, weil ihre Reichweite so groß ist!

OK, die große Wasserstoffwolke beginnt also, sich mehr und mehr zusammenziehen. Was geschieht dann? Wird sie sich bis zu einem Punkt verdichten? Nicht wirklich; denn es passiert noch etwas, sobald die Wolke zu schrumpfen beginnt. Weißt du, der Schrumpfungsvorgang wird begleitet von einer Erhitzung, die im Zentrum der Wolke am größten ist. Wenn ich dir sage, dass die Wolke heiß wird, stelle dir nicht vor, dass das Temperaturen sein könnten, wie an einem heißen Sommertag. Ob du es glaubst oder nicht, die Temperatur in der Wolkenmitte kann eine Million Grad erreichen! Mein Gott! Das ist jetzt Hitze, stimmt’s? Na klar; und sicher beginnen einige Dinge darin zu geschehen.

Anlagen zur thermo-nuklearen Kernverschmelzung

Wenn ich sage, dass die Temperatur in der komprimierten Gaswolke eine Million Grad heiß werden kann, muss ich das erklären; damit meine ich, dass dies im Kern der Wolke geschieht. Sowie man sich aus der Mitte weg bewegt, beginnt die Temperatur zu sinken. Jedoch die Tatsache, dass sie nahe beim Zentrum auf eine Million Grad und darüber steigen kann, lässt interessante Dinge geschehen.

Die wichtige und interessante Sache bei dieser Kernverschmelzung ist, dass sie von der Freigabe einer Menge von Energie begleitet wird. Diese Energie fließt dann nach außen, in Richtung Oberfläche, die kühler ist. - Ich nehme an, du weißt, dass Wärme immer von einer Region mit hoher Temperatur zu einer mit niedriger Temperatur fließt. Von der Außenseite der Wolke strahlt die Energie dann in den Weltraum als Wärme und Licht.

Zur Wiederholung: Zuerst gibt es einen Gravitationsdruck (gravitational compression) in der Wolke aus Wasserstoffgas. Dieser führt besonders in ihrem Zentrum zur Erwärmung. Wenn sehr hohe Temperaturen erreicht sind, entsteht eine thermodynamische Kernzündung. Dies ist ein Prozess, in dem sich kleine Atomkerne vereinigen, um größere zu formen; dabei wird auch Prozesswärme freigegeben. Dieser Vorgang dauert an - und ein Stern ist geboren.

Frage: Anfangs gab es eine Verdichtung, diese führte dann zur thermodynamischen Kernzündung. Setzt sich diese Kompression noch fort, nachdem die Zündung ausgelöst ist?

Nein! Was geschieht ist Folgendes: Während die Gravitation versucht, die Gaswolke zu verdichten, strömt Strahlung nach außen, die dabei einen Gegendruck ausübt, der die Gaswolke auszudehnen versucht. Deshalb gibt es zwischen beiden Kräften ein „Gerangel“. Ist deren Gleichgewicht erreicht, dann haben wir eine Gaswolke von stabiler Größe, die heiß in der Mitte ist und Energie in den Weltraum ausstrahlt.

So, das passiert, wenn ein Stern aus einer Gaswolke geboren wird, die groß und kalt begonnen hat. Übrigens, eine Wasserstoffbombe gibt enorme Energie frei durch thermodynamische Kernverschmelzung. Jedoch in einer Bombe ist diese Freigabe in weniger als einer millionstel Sekunde vorüber, während ein Stern fortfährt, thermodynamische Kernenergie für Millionen, wenn nicht Milliarden von Jahren, freizugeben. Unsere Sonne ist also nichts anderes als ein sich selbst andauernd zündendes thermo-nukleares Gebilde!

OK, ein Stern ist geboren. Brennt er für immer oder hat er ein begrenztes Leben?

Wenn das Letztere wirklich der Fall ist, wie lange lebt dann ein Stern? Die Antwort darauf ist einfach. Ein Stern ist wie ein brennendes Feuer; ebenso, wie ein Holzscheit brennt, solange etwas Holz übrig ist, brennt auch ein Stern, solange es Brennstoff dazu gibt.

Der stellare Zyklus: Geburt, Tod und Wiedergeburt

Ich sagte, wenn der Brennvorrat erschöpft ist, stoppt das Brennen oder die thermo-nukleare Zündung und der Stern kühlt ab.

Zwei Dinge geschehen dann. In der inneren Region des ausgebrannten Sternes, dort wo die Dichte hoch ist, beginnt jetzt zuerst die Gravitation zu dominieren und der Schrumpfungsvorgang setzt ein. Die äußeren Schichten versuchen andererseits, auseinander zu streben wie eine Wolke. Mit dem Ergebnis, dass die Wolke als Ganzes von außen sehr groß erscheint; jedoch der Innenbereich beginnt sich zusammenzuziehen und erneut heiß zu werden.

Übrigens, wenn unsere Sonne „stirbt" und sich auszudehnen beginnt, ist zu erwarten, dass sie sich ganz bis nahe an die Erde ausdehnt; sie würde wirklich riesig werden, von außen gesehen mit einem trüb roten Leuchten.

Sieh Fig. 2. Astronomen haben viele rote Riesen wahrgenommen und das ist der Grund, warum die Hypothese glaubhaft ist.

OK, wir haben also diesen roten Riesen, groß und auf der Außenseite dünn - aber das Zentrum würde sich weiter zusammenziehen und wieder heiß werden. Was geschieht danach? Das ist eine interessante Geschichte.

Du siehst, in der ersten Generation der Sterne verschmolzen Wasserstoff-Atomkerne um Helium-Atomkerne zu formen und wenn der Vorrat an Wasserstoff abnimmt, stoppt die thermo-nukleare Verschmelzung.

Das geschieht, wenn ein Stern zum Roten Riesen wird, dessen Kern sich wieder verdichtet und heiß wird. Gibt es dabei irgendeine Wahrscheinlichkeit für eine erneute Zündung?

Ja, es gibt sie; die Temperatur muss dieses Mal auf ein Niveau ansteigen, wo Helium als Brennstoff wirken kann.

Zuerst gibt es eine Verdichtung wegen der Einwirkung von Gravitation; dann erhitzt sich der Kern, und wenn die Temperatur stimmt, gibt es eine erneute thermonukleare Zündung; diesmal verschmilzt das Helium zu einem geringfügig schwereren Atomkern und gibt Energie in diesem Prozess frei.

Diese Energie fließt nach außen und strahlt schließlich in den Weltraum aus. Es ist sozusagen der Tochterstern. Von dieser Tochter wird ein anderer Stern geboren, die Enkelin sozusagen und so geht es weiter von Generation zu Generation.

Nochmal, in Kürze: Ein Stern wird geboren, er glüht, stirbt, wird wiedergeboren, stirbt, wird wiedergeboren, stirb usw. Jedes Mal wird dann der Stern zu einem großen Kessel, indem Elemente geschmolzen („cooked“) werden; dabei vereinigen sich leichte Elemente zu schwereren Elementen; in dieser Weise entstehen neue und neuere Elemente und werden so im Universum existent. [Siehe Abbildung 3. ]

Entdecken, was danach geschieht

Gibt es ein Ende dieses Prozesses, in dem Sterne geboren werden, sterben, wieder geboren werden, usw.? Ja, das gibt es, und zwar dann, wenn sich das Innere in mehreren Etappen wesentlich zu Eisen verwandelt hat.

Nach den Gesetzen der Kernphysik, ist danach eine weitere thermonukleare Kernzündung mit kontinuierlicher Freigabe von Energie ausgeschlossen. Der Geburt-Tod-Geburt- Vorgang endet; es gibt keine weitere Möglichkeit, dass sich schwerere Elemente in stellaren Zyklen formen.

Du könntest dich fragen: „Aber auf der Erde finden wir doch Silber, Gold, Uran usw., die alle viel schwerer sind als ein Eisenkern; wo kamen diese her"? Das ist eine sehr interessante Frage, zu der wir vielleicht in der nächsten Ausgabe zurückkommen sollten. So ganz nebenbei hoffe ich, dass du bemerkt hast, wie die Kernphysik der Astrophysik hilft. Dieses Verständnis von stellarer Physik, nach einer „Injektion“ von Kernphysik, die ich gerade beschreibe, ereignete sich in der Zeit zwischen 1930 und 1940. Das ist ein bemerkenswerter Aspekt in der Entwicklung moderner Physik. Verschiedene Fachrichtungen kommen oft auf erstaunliche und unerwartete Weise zusammen, um die Grenzen des Wissens zu erweitern.

Bisher ist das, was ich dir erzählt habe, Folgendes: In der ersten Million Jahre oder so ähnlich, gab es keine Sterne. Die ersten Sterne wurden danach geboren. Sie lebten einige Zeit und hörten erst auf zu brennen, als die Wasserstoff-Versorgung klein wurde. Nach einer "Ruheperiode“ begann eine andere Folge des Brennvorgängen, diesmal mit dem „Treibstoff“ Helium, das in der ersten Stern-Generation entstanden war. Nachdem auch dies ausgebrannt ist, gibt es erneut eine Ruhephase und eine Wiedergeburt des Sterns, dabei wird aus Helium ein etwas schwereres Element usw., - es ist ein „punarapi jananam...“ (Wieder und wieder geboren werden), das sich hier im Universum abspielt!

Der wunderbare Subramanyan Chandrasekhar

Diese Geschichte ist mit einem berühmten Wissenschaftler verbunden; sie begann, als er noch ein achtzehnjähriger College-Student war. Sein Name ist S. Chandrasekhar. Später wurde er ein weltberühmter Wissenschaftler und gewann auch den Nobelpreis. Aber, wie jemand sagte, wurde nicht Chandrasekhar groß durch den Preis, denn Chandra war schon so berühmt, dass eher der Nobelpreis an Prestige gewann, als er ihm zuerkannt wurde. Es gibt einen NASA-Satelliten mit dem Namen CHANDRA, ausgesetzt 1996, der im Weltraum ein Röntgenstrahlen-Observatorium trägt, das spektakuläre Bilder und Einblicke in stellare Physik geliefert hat.

Die Geschichte der Entdeckung, die der junge Chandra machte, geht wie folgt. In den späten Zwanzigern des zwanzigsten Jahrhunderts war Chandra ein Physik-Honours-Student (Physics Honours Student) im Präsidentschafts-College in Madras. Sein Onkel, Herr C.V. Raman, der früher im selben College studiert hatte, war weltberühmt geworden mit seiner Entdeckung des „Raman-Effekts“, für den er im Jahr 1930 den Nobelpreis gewann. Chandra war eindeutig außergewöhnlich; schon als er Student war, hatte er bereits eine wissenschaftliche Abhandlung herausgegeben, ungewöhnlich im damaligen Indien und tatsächlich sogar jetzt.

Chandra war ganz auf Physik konzentriert und erhielt als Auszeichnung ein Buch mit dem Titel: „The Internal Constitution of Stars“ („Die innere Konstitution von Sternen“), geschrieben vom berühmten englischen Astrophysiker, Arthur Eddington. Die beste Art, Eddingtons Format zu beschreiben, wäre zu sagen, dass er damals der David Beckham [engl. Fußballer] der Astrophysik war! Dieses Buch machte einen tiefen Eindruck auf den jungen Chandra und brachte ihn dazu, intensiv über Sterne und Probleme in der Astrophysik nachzudenken. Zu dieser Zeit geschah etwas, das sein Leben verändern sollte.

Auf Ramans Einladung besuchte im Jahr 1928 ein berühmter deutscher Physiker Indien. Sein Name war Arnold Sommerfeld; er war ein Meisterlehrer und zog in München fast ein halbes Dutzend Nobelpreisgewinner [!] heran. In Indien gab er Vorträge an verschiedenen Orten. Eine seiner Zwischenstationen war Madras und dort im Präsidentschafts-College sprach Sommerfeld über die neuerlich bekannt gewordene Quantenphysik und ihre Auswirkungen. Chandra war natürlich im Publikum anwesend. Man darf fragen, ob irgendjemand im Publikum, außer Chandra, dem folgen konnte, worüber Sommerfeld sprach.

Weggang nach Cambridge

Nach dem Vortrag hatte Chandra, der damals viel über Sterne nachdachte, eine Besprechung mit Sommerfeld und stellte ihm viele Fragen. Es gab eine bestimmte Schwierigkeit, die ihn am meisten beschäftigte; und als sein Vater ihn bat, nach seinem Studium zu einer Aufnahmeprüfung zu erscheinen, die ihn für eine große Regierungsaufgabe qualifizieren würde, lehnte er rundweg ab; – Gott sei dank tat er das. Stattdessen machte er sich auf nach Cambridge, damals das Mekka der Physik. Und in Cambridge war zu jener Zeit Eddington.

Es war das Jahr 1930. In jenen Tagen gab es keine Düsenflugzeuge, und man musste nach England mit dem Schiff reisen. Die Reise dauerte etwa zwei Wochen. Um die Passagiere beschäftig zu halten, organisierte der Kapitän normalerweise alle möglichen Spiele und Parties. Der junge Chandra jedoch hielt sich damit beschäftigt darüber nachzudenken, was mit Sternen geschieht, wenn sie ihre Leben letztlich beenden.

Jetzt gibt es eine Klasse von astronomischen Objekten, die als Weiße Zwerge bekannt sind. Es wird angenommen, dass dies tote Sterne sind, also Sterne, deren thermo-nukleare Kernzündung völlig aufgehört hat; mit anderen Worten: Ein weißer Zwerg ist tatsächlich eine stellare Leiche. Chandra war an der Physik von weißen Zwergen interessiert. Das Interessante an einem Weißen Zwerg ist dessen sehr dichte Materie. Willst du wissen, wie dicht sie ist? Stell dir vor du nimmst ein kleines Stück Material vom Weißen Zwerg von der Größe eines Tennisballs. Dieses kleine Stückchen würde so viel wiegen wie 25 Elefanten! Das ist Dichte, nicht wahr? Siehe dazu Figur 4.

Was Chandra also an Bord tat, war gründlich über die Physik von weißen Zwergen nachzudenken; und dies tat er in seiner bevorzugten Weise, indem er komplexe mathematische Gleichungen aufschrieb und sie knackte. In diesem Prozess machte Chandra eine Entdeckung. Sie war ein wenig kurios und Chandra war sich nicht sicher.

Das Problem mit Weißen Zwergen

Chandra ging in England an Land und schrieb sich in Cambridge als Student ein. Zwischen seiner regulären Arbeit als Student war Chandra vollständig mit seiner fixen Idee beschäftigt, eine passende Theorie für Weiße Zwerge zu entwickeln. - Heute sind Weiße Zwerge keine frei erfundenen Objekte mehr. Astronomen haben tatsächlich solche Objekte im Weltall entdeckt und sie vermuteten, dass diese Weißen Zwerge die Leichname von Sternen sind, die zur Ruhe gekommen sind. Da tauchte eine Frage auf. Vom klassischen Standpunkt der Physik aus gesehen, wenn ein Stern zuletzt stirbt und es kein Brennen mehr in seinem Inneren gibt, sollte wegen der Masse des Sterns die Schwerkraft dominieren.

Wenn das der Fall ist, dann würde der Stern sich langsam immer mehr zusammenziehen und schrumpfen. Dieses Schrumpfen würde gnadenlos weitergehen, bis zu einem Punkt unendlicher Dichte. Es schien, als würde nichts den Stern hindern, bis zu einem Punkt zusammen zu schrumpfen. Aber die Weißen Zwerge stellten stellare Reste dar, die nicht Punkt-Größe hatten, das war allen klar. Also gab es etwas, das die Schwerkraft in ihrem gnadenlosen Schrumpf-Prozess stoppte. Was war diese Kraft und wie operierte sie? Das war eins der Haupt-Probleme des Tages.

Wörter wie geometrischer Punkt, Unendlichkeit usw. sind OK in der Mathematik, aber in der Physik sind sie keine guten Worte. Alles in allem ist Materie aus Atomen gemacht und Atome haben eine begrenzte Größe. Was heißt es dann, wenn man sagt, alle Atome sind zusammengeschrumpft und auf einen Punkt reduziert?

Die Physiker fühlten sich überhaupt nicht wohl mit der Idee, dass Materie zu einem geometrischen Punkt zusammengeschrumpft sei. Aber andererseits, wenn man die klassische Physik akzeptiert, ist dieser Ausgang unvermeidlich.

Zu dieser Zeit wurde die Quanten-Mechanik entdeckt (1925 bis 1930), und die Leute sagten: „Wir können der klassischen Physik nicht trauen, wenn es sich um die Physik im Mikrobereich handelt. Wir müssen dafür Quanten-Physik nehmen. Vielleicht könnte die Quanten-Physik irgendwie die Weißen Zwerge davor retten, zum geometrischen Punkt geschrumpft zu werden.“

Was glaubst Du? Ja, sie tat es. Und wie das ging, zeigte William Fowler aus Cambridge. Fowler wandte die Fermi-Dirac-Statistik an (die Sommerfeld Chandra in Madras erklärt hatte) und argumentierte, dass die Quanten-Physik die toten Sterne vom gnadenlosen Schrumpfen zu einem geometrischen Punkt retten konnte. Nebenbei, der Begriff Fermi-Dirac Statistik ist eine Abkürzung für die mathematische Beschreibung, wie sich Elektronen in großer Zahl verhalten, wenn sie dicht beisammen sind. Fowler stellte dar, dass dank der Quanten-Eigenschaft der Elektronen und ihres Verhaltens entsprechend der Fermi-Dirac Statistik - wenn Materie zu sehr hoher Dichte zusammengedrückt wird - ein Druck generiert wird, der von den Elektronen im Weißen Zwerg ausgeht .

Dieser quanten-mechanische Druck wird Degenerations-Druck genannt und wirkt nach außen. Mit anderen Worten, presst der Degenerations-Druck in dem toten Stern nach außen, während die Gravitations-Kraft nach innen zieht, und es gibt einen „Kampf“. Schließlich stellt sich ein Gleichgewicht ein, und der tote Stern nimmt seine endgültige Größe an; er ist davor bewahrt, zu einem Punkt reduziert zu werden. (Siehe Bild 5).

Chandra begann, die ganze Gültigkeit von Fowlers Theorie zu bezweifeln, schon als er noch Student war. Erinnert euch an seine Gespräche mit Sommerfeld, als er noch Student in Presidency College war. Chandras wesentlichste Frage an Sommerfeld war: „In einem Weißen Zwerg ist die Dichte der Elektronen sehr, sehr hoch. In dieser Dichte gehorchen die Elektronen zweifellos der Fermi-Dirac Statistik. Aber, da die Dichte hoch ist, müssen die Elektronen auch Einsteins Relativitäts-Theorie gehorchen. Fowlers Analyse aber ignoriert den Relativitäts-Aspekt des Elektronen-Verhaltens. Sollte nicht die Anwendung der Quanten-Statistik mit entsprechenden Relativitäts-Überlegungen kombiniert werden?

Chandra enthüllt sein Meisterwerk

In Madras war Chandra allein; es gab dort außer ihm niemanden, der an Astronomie und Physik interessiert war, noch ein so tiefes Verständnis davon hatte.

In jenem Monat sollte ein Treffen der Royal Astronomical Society in London sein. Diese Treffen waren bedeutende Ereignisse, mit Top-Experten als Teilnehmer, die die Ergebnisse ihrer wissenschaftlichen Arbeiten vortrugen. Chandra wurde eine halbe Stunde gegeben, das war von Eddington selbst so arrangiert worden. Aber was Eddington versäumt hatte Chandra zu sagen, war, dass er selbst auch sprechen würde, und zwar über Chandras Theorie!

Der Tag war der 11. Januar, und Chandra fuhr mit all seinen Sachen nach London. Er sprach, ein junger unbekannter Inder, und er setzte sich. Ich vermute, es gab so einen Höflichkeits-Applaus, obgleich die Entdeckung phänomenal war.

Du wirst dich erinnern, dass Fowlers Untersuchungen zeigten, dass die toten Sterne von ihrem fatalen Schicksal eines unakzeptablen Zustandes des Zusammenschrumpfens auf einen geometrischen Punkt gerettet waren. Chandras Ergebnisse zeigten, dass, wenn Relativität einbezogen würde – und es gab keinen Weg sie draußen zu halten – und das kollabierende Objekt eine Masse von weniger als 1.44 mal die Masse der Sonne besitzt (Solar-Masse), dann würde der tote Stern in der Tat auf eine begrenzte Größe kollabieren. Aber wenn die Masse des toten Sterns 1.44 mal Solar Masse wäre, dann – nach Chandras Analyse – kann nichts diesen toten Körper retten; es gibt keine andere Option als dass er zu einem Punkt schrumpft, was immer das bedeutete!

Man könnte fragen: „OK, einverstanden, dass ein toter Stern der Masse von 1.44mal Sonnenmasse zu einem Punkt schrumpft. Was passiert, wenn der tote Stern eine Masse hat, die größer als 1.44mal Solarmasse ist, vielleicht fünfmal oder zehnmal Sonnenmasse. Solche Sterne existieren ja. Wie wären ihre toten Körper?“ Chandra hatte in seiner Vorlesung diese Frage vorausgeahnt und sagte: „Ein Stern von großer Masse kann nicht in das Weiße Zwerg Stadium übergehen, darüber muss man andere Spekulationen anstellen.“ An diesem Punkt wird die Physik der toten Sterne wirklich interessant, aber lass mich das etwas aufschieben, bis ich mit dem großen Drama vom 11. Januar 1930 zu Ende bin.

Die Opposition zur Theorie wächst

Nachdem der „Junge” sein Papier verlesen und sich gesetzt hatte, stand der „Gigant” mit großem Vergnügen auf und begann diese „dumme“ Theorie niederzuschmettern. Tatsächlich verließ er sich dabei mehr auf seine Statur und Rhetorik als auf harte Wissenschaft. Aber die Leute hörten ihm zu, denn er war ja ein „crack“. Er zerriss Chandras Theorie gnadenlos und machte manch Späßchen dabei. Das Publikum dröhnte vor Gelächter. Nebenbei machte er sogar abfällige Bemerkungen über die Quanten-Mechanik. Er kam damals noch damit durch, denn die Quanten-Mechanik war noch neu und sogar Einstein war zur der Zeit noch nicht davon überzeugt.

Zurück zu Chandra: Er war total erschüttert von dieser Erfahrung. Er hatte einfach nicht erwartet, das Eddington ihn in der Öffentlichkeit so demolieren würde. Sie hatten sich so viele Male in Cambridge getroffen; warum hatte er bei dieser Gelegenheit seine Vorbehalte nicht geäußert? Warum war es nötig, einen jungen Studenten derartig in der Öffentlichkeit zu demütigen?

Nach dem Treffen sprach Chandra mit einigen, die dabei waren. Einige sympathisierten mit ihm, während andere sich auf Eddingtons Seite schlugen; wenige kümmerten sich darum, die wissenschaftlichen Vorteile dieser zwei Argumente zu untersuchen. Chandra schrieb darauf vielen großen Kapazitäten in ganz Europa; viele sympathisierten privat aber lehnten es ab, dies öffentlich zu tun. Mittlerweile ging Eddington nach Amerika, wo er in Harvard sagte:

„Alles schien gut, bis ein gewisser Chandrasekhar mit der Tatsache herauskam, dass die Relativitäts-Formel die Sterne genau wieder in die gleiche Schwierigkeit zurück brachte, aus der Fowler sie gerettet hatte. Die kleinen Sterne kühlten sich ab und beendeten ihre Tage als dunkle Sterne auf vernünftige Weise. Aber oberhalb der kritischen Masse -…weiß der Himmel, was da mit dem Stern wird. Das ließ Chandrasekhar kalt; er schien es zu mögen, dass Sterne sich so verhalten und glaubt, dass dies tatsächlich so passiert.“

Lass uns zurück gehen zum Rest der Geschichte, an jenem schicksalhaften 11. Januar-Meeting. Wie ich euch schon erzählt habe, fühlte sich Chandra nach dem Treffen total demoliert, nur wenige sympathisierten mit ihm, einige waren sehr kritisch, aber die meisten Astronomen waren völlig uninteressiert. Lass uns hören, wie Chandra diesen Moment in Erinnerung hat. Er sagt:

“Ich war zu dem Treffen gegangen mit der Vorstellung, ich würde vorgestellt werden als jemand, der etwas sehr Wichtiges herausgefunden hätte. Stattdessen machte Eddington einen Narren aus mir. Ich war verwirrt. Ich wusste nicht, ob ich meine Karriere fortsetzen sollte. Ich kehrte spät in der Nacht, etwa gegen ein Uhr, nach Cambridge zurück. Ich erinnere mich, wie ich in den Gemeinschaftsraum eintrat. Es brannte das Feuer noch und ich erinnere mich, wie ich davor stand und zu mir wiederholt sagte: ‚So endet die Welt, nicht mit einem Knall, sondern mit einem Winseln.’“

Ein wahrer Frontkämpfer

Die Geschichte endet hier noch nicht, obgleich die erste Runde deutlich an den Giganten Eddington ging. Chandra bekam seinen Titel und musste sich entscheiden, was er machen wollte. Er wollte in England bleiben und vielleicht irgendwo als Dozent arbeiten, aber der Schatten von Eddington breitete sich überall aus, und er war sich nicht sicher, ob er einen Job bekäme. So entschloss er sich, England zu verlassen und nach Amerika zu gehen, wo ihm eine Stelle an der Universität von Chicago angeboten wurde. Dort blieb er für den Rest seines Lebens und wurde ein hervorragender Professor. Später schaffte die Universität sogar einen Lehrstuhl, der nach Chandra benannt wurde. Über seine Auswanderung sagte Chandra später: „Ich musste mich entscheiden. Werde ich den Rest meines Lebens weiter kämpfen oder soll ich auf andere Interessensgebiete ausweichen? Ich sagte mir: ‚Ich werde ein Buch schreiben und dann meine Interessen ändern.’“

Das wurde dann auch tatsächlich Chandras Stil, sein ganzes Leben hindurch. Er begab sich auf ein unbekanntes Gebiet, kreierte im wahrsten Sinne des Wortes ein neues Fach, schrieb ein wissenschaftliches Buch über seine Forschungsergebnisse und ging weiter, ein neues Feld zu entdecken. Er tat das viele Male, immer entscheidende Spuren hinterlassend. Er war im Grunde ein Einzelgänger, sehr diszipliniert, sehr akribisch, sehr gründlich in allem, was er tat, einschließlich wie er sich kleidete, wie er Mahlzeiten im Restaurant bestellte (er war bis zum Ende Vegetarier) und auch in der Weise, wie er Musik genoss. Martin Schwarzchild, ein Astrophysiker in der Princeton University sagt:

„Chandrasekhars Konzentration ist unglaublich. Er verbindet reine mathematische Intelligenz und phänomenale Ausdauer. Es gibt nicht ein Feld, auf dem er gearbeitet hat, wo wir nicht noch heute einige seiner Resultate benutzen.“

Chandra sammelte zahlreiche Auszeichnungen, und darüber, wie er sie bekam, erzählte er einmal eine Geschichte. „Es gab mal einen General, der viele Auszeichnungen und Medaillen gewonnen hatte. Wie du weißt, tragen Militär-Offiziere ihre Medaillen auf der Uniform; das tat dieser General auch. Einst ging der General zu einer Party, und eine junge Dame kam auf ihn zu und bewunderte seine Medaillen. Dann fragte sie: ‚General! Wie haben sie die alle gewonnen?’ Der General lächelte, zeigte auf eine winzige Medaille in der Mitte und sagte. ‚Siehst du diese Medaille? Diese bekam ich aus Versehen, und danach folgten all die anderen.’“

Chandra lebte bis über achtzig und arbeitete hart bis zum Ende, beschäftigt mit Front-Problemen der Astro-Physik. Fast allein baute er das berühmte Astrophysical Journal auf, ein führendes Organ auf dem Gebiet der Astro-Physik. Als er das Editorial abgab, gab es eine kleine Party, bei der der Verantwortliche von der Presse (ein typischer humorloser hard-core Amerikaner) sagte: „Wir haben viele Papiere gedruckt, die von der sogenannten Chandrasekhar-Grenze handeln. Ich weiß nicht, was das bedeutet, aber was mich betrifft, hat dieser Professor was Arbeit angeht keine Grenzen.“

Die Geburt einer neuen Physik

So viel zu dem Zwischenspiel über das große Drama mit Chandra, und was dann folgte.

Lass uns diese Figur langsam versuchen zu verstehen: Wir beginnen mit einem Stern, der tot ist. Da ist dieser tote Körper, und er hat eine bestimmte Masse. Er beginnt nun zu schrumpfen, gnadenlos, durch die Schwerkraft zusammengedrückt.

Frage: „Was wird der Radius des endlichen Objektes sein?” Die klassische Physik sagt: Null - ein unakzeptables Ergebnis. Dann kam Fowler, der sagte, dass der Quanten- Degenerations-Druck den Körper davor bewahren würde, zu einem geometrischen Punkt zu werden. Richtig, je größer die Masse, desto kleiner würde die Größe des Endobjektes sein, aber jenseits einer bestimmten Masse würde die Größe mehr oder weniger gleich sein, unabhängig von der Masse des kollabierenden Objektes. Jedermann tat einen Atemzug der Erleichterung. Dann kommt ein junger Neuling aus Indien, sitzt da in Cambridge unter der Nase von Eddington und wagt zu sagen: „Aber schauen Sie, Fowler hat vergessen, die Relativität in seine Analyse einzubauen. Wenn die einbezogen wird, bekommen wir eine ganz andere Geschichte.“

Chandras Entdeckung war, dass der Stern zu einem immer kleineren Radius zusammenschrumpft, wenn ihm erst das Gas ausgegangen ist. Je größer die Masse, desto kleiner ist der Radius des End-Objektes. Das hatte Fowler auch herausgefunden, aber an dieser Stelle unterschieden sie sich: Während Fowler sagt, dass jenseits eines Punktes alle toten Sterne bei mehr oder weniger dem gleichen Radius landen, egal wie groß ihre Masse anfänglich war; sagte Chandra hier: Nein!

Aber Chandra behauptete, dass Fowlers Version nicht das Ende der Geschichte sei, sondern dass die Relativität eine Rolle dabei zu spielen hätte und dass seine Version der Geschichte der toten Sterne das erste Kapitel in einer neuen und aufregenden Geschichte über das Leben und Sterben der Sterne sei.

Nun zurück zu unserem jungen Helden, der arg zerschunden war, als er sein scheues Debut damals 1930 machte; wenige glaubten an Chandra und die, die an ihn glaubten, wagten es nicht, es laut auszusprechen, wegen Eddingtons Statur. Wenn der Pabst NEIN sagt, wer kann gegen den Pabst aufstehen, auch wenn er unrecht hat? Aber die Zeit zeigte, dass der Pabst total daneben lag und dass Chandra tatsächlich eine neue Tür geöffnet hatte, die zu einem faszinierenden Ausblick führte (das beim nächsten Mal).

Du erinnerst dich, dass, als Chandra noch ein College Student war, er Eddingtons Buch als Preis gewann, welches dann sein Interesse an Astronomie und Astro-Physik erweckte. Später in Cambridge stand Eddington tatsächlich seiner Forschung im Wege und vertrieb ihn regelrecht aus England. Jedoch tauschten Chandra und Eddington weiterhin Briefe aus, meist über persönliche Dinge, und als Eddington 1944 starb, sagte Chandra in einer Gedenk-Ansprache in der University of Chicago:

„Ich glaube, dass jeder, der Eddington gekannt hat, mir zustimmt, dass er ein Mann von höchster Integrität und von Charakter war. Ich glaube zum Beispiel nicht, dass er je von jemandem schlecht gedacht hat. Deshalb war es auch leicht, ihm in wissenschaftlichen Dingen zu widersprechen. Man konnte immer sicher sein, dass er einen nie deswegen schlecht beurteilen würde. Das kann man von anderen nicht sagen.“

Im Jahre 1982 lud die Cambridge University Chandrasekhar zu einer Serie von Vorlesungen zu Anlass von Eddingtons 100Jahr-Feier ein. Chandra betitelte seine Vorlesungen: Eddington: Der Hervorragendste Astronom seiner Zeit. Ist das nicht erstaunlich, dass die Person, die am meisten unter Eddington zu leiden hatte, gebeten wurde, diese Vorlesungen zu halten? Und ist es nicht überraschend, dass Chandra Eddington auf schöne Weise ehrte? Für ihn war die Enttäuschung der Vergangenheit schon seit langem vorbei.

Nun, hier müssen wir uns leider bis zum nächsten Treffen verabschieden.

Jai Sai Ram.

H2H Team
Engl.Original Titel vom März 2007

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