Interstellar

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Das soll keine Filmkritik werden, sondern nur ein Blick auf die Details, die diesen Film bereits im Vorfeld zu etwas besonderen machen. Die Story ist nett, aber hier nicht von Belang. Da ist der Regisseur Christopher Nolan, der sein Handwerk unbestitten versteht, aber eben auch einen Ruf zu verlieren hat. Um sich mit einem derart komplexen Thema zu befassen, braucht es einiges an theoretischem Rüstzeug, das wurde bei Interstellar von Kip Thorne, einen renommierten theoretischen Physiker beigesteuert. Und das merkt man immer wieder, aber man merkt auch, dass Thorne nicht in jede Entscheidung eingebunden wurde, denn trotz überragender Physik wartet der Film auch mit echten Schwächen auf.

Aber zunächst zu den guten Punkten. Künstliche Gravitation durch Rotation. Ein Motiv, das bereits in Kubriks 2001 so vorkam und sicherlich hervorragend funktioniert. Wir spüren die Gravitation eigentlich nur, weil die Erdoberfläche unseren freien Fall ins Massezentrum verhindert. Ohne dieses Hindernis wäre der freie, nicht beschleunigte Fall für uns kräftefrei, das ist es, was Bewohner der ISS als Schwerelosigkeit erleben, sie sind eigentlich in einem kontinuierlichen freien Fall. In einem rotierenden Intertialsystem wie der Endurance macht man sich das Prinzip zu nutze. Da man jedoch keine ausreichende Masse hat, um die auf der Erde bekannte Gravitationswirkung zu erzielen, nutzt man stattdessen eine Scheinkraft, die Fliehkraft. Dasselbe Prinzip taucht am Ende des Films auch in den rotierenden Zylindern, s.g. Bernal-Sphären oder O’Neill Kolonien, auf. Ein weiterer denkbarer Ansatz wäre der s.g. Stanford Thorus gewesen … aber das ist ein anderes Thema.

Ebenfalls sehr routiniert geht der Film mit den relativistischen Effekten wie der Zeildilatation um. In der Nähe großer Massen vergeht die Zeit langsamer. Das hat Einstein bereits bewiesen und heute ist es solide experimentell belegt. Dieser Effekt gilt übrigens immer. Für einen Menschen auf dem Mount Everest vergeht die Zeit schneller, als für einen auf Meeresspiegelhöhe. Jeder relativ zum Gravitationszentrum ruhende Beobachter misst für identische, jedoch in unterschiedlichen Entfernungen vom Gravitationszentrum ablaufende Vorgänge unterschiedliche Ablaufzeiten, bezogen auf seine eigene Zeitbasis. Aber der Effekt ist auf der Erde so unglaublich klein, dass man sich den Weg ins Himalaya sparen kann, es wird auch dort nicht spürbar schneller Freitag!

In der Nähe eines Schwarzen Loches sieht das bereits ganz anders aus. Die Masse und Kompaktheit sorgen für ein ungleich stärkeres Gravitationsfeld. Das bringt aber auch Probleme mit sich. Ein Planet wie Millers Planet, der sehr nahe an dem supermassiven Schwarzen Loch (das es ein supermassives und kein stellares sein muss, soll später noch einmal thematisiert werden) sein muss, um eine derartige Zeitdilatation zu erreichen, muss sein Zentralgestirn (Gargantua) trotzdem kepplersch umkreisen, das bedeutet, um nicht in das Schwarze Loch zu fallen, muss Millers Planet ein ganz ordentliche Bahngeschwindigkeit drauf haben. Die Quadrate der Umlaufzeiten stehen im gleichen Verhältnis wie die Kuben der großen Bahnhalbachsen. Millers Planet muss also, da er offensichtlich sehr nah am Schwarzen Loch ist, sehr schnell sein.
Aus dieser Erkenntnis entstehen mindestens zwei Probleme.

  1. Damit das Raumschiff während der Landung an Millers Planet dranbleiben kann, muss es sich im Lagrange-Punkt L2 aufhalten, das war auch in der Skizze auf dem Whiteboard so zu sehen. Da L2 aufgrund der deutlich unterschiedlichen Massen der beiden Objekte Gargantua und Millers Planet recht nah an Millers Planet gelegen sein müsste, ist es schlicht unmöglich, dass die Zeitdilatation auf dem Planeten so intensiv ist, während es in der Endurance quasi keine solchen Effekte gibt. Da sich Gravitation (wie im Film richtig betont) gleichförmig und unendlich ausbreitet, sich nicht abschirmen lässt und ihre Wirkung mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt, sollte die Wirkung auf der Endurance nur geringfügig schwächer gewesen sein.
  2. Der zweite Punkt sind die Gezeiten. Dass die Gezeitenkräfte angesichts der bereits geschilderten Umstände gigantisch wären, in unbestreitbar, aber derartige Gezeitenkräfte hätten noch eine andere Folge: gebundene Rotation. Wenn man davon ausgeht, dass Millers Planet ein mögliches „Ausweichquartier“ für die Menschheit wäre, hätte man im Vorfeld eruiert, dass er sich auf einer stabilen Umlaufbahn um sein „sehr altes“ Zentralgestirn befindet. Wäre dies der Fall, ist zweifellos davon auszugehen, dass sich Millers Planet, ähnlich wie der Mond im Verhältnis zur Erde, in eine gebundene Rotation begeben hätte. Die Gezeitenkräfte, die ja massiv waren, walgen den Planeten durch und bremsen ihn aufgrund dieser inneren Reibung ab. Außerdem wirken die leicht hinter der Verbindungsachse Stern-Planet liegenden Gezeitenberge gravitativ stärker als der Rest des Planeten, was eine Kraft gegen die Eigenrotationsachse bewirkt und dessen Rotation zusätzlich abbremst. Der Eigendrehimpuls des Planeten wäre mittlerweile längst in Bahndrehimpuls übergegangen, es gäbe keine klassischen Gezeiten mehr.

 

By User:cmglee (Own work) [CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) or GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], via Wikimedia Commons

Ich habe in verschiedenen Kritiken gelesen, dass die Gravitation des Schwarzen Loches ein Überleben in seiner Nähe unmöglich machen würde. Das ist so nicht ganz korrekt, in einem stabilen Orbit, der einem freien Fall auf das Gravitationszentrum entspricht, wäre man auch in der Nähe eines solchen Giganten kräftefrei und zunächst sicher, wenn man dann genug Antriebsenergie mitbringt, um sein „Vehikel“ auf Fluchtgeschwindigkeit zu beschleunigen. Ob das mit konventionellen chemischen Antrieben zu schaffen ist, wage ich zu bezweifeln.

Auch ein Fall ins schwarze Loch wäre zunächst aus denselben Gründen gar nicht schlimm. Zum Problem könnten aber die Gezeitenkräfte in der Nähe eines Schwarzen Loches werden. Bei einem stellaren Schwarzen Loch wäre diese Kräfte absolut tödlich. Würde man mit den Füßen zuerst ins Loch fallen, wäre die Anziehungskraft an den Füßen ungleich größer als am Kopf, man würde förmlich in die Länge gezogen, der von Stephen Hawking dafür geprägte „Fachausdruck“ heißt tatsächlich Spaghettisierung (spaghettification).

Dieser Effekt ist umso stärker, je kleiner das Schwarze Loch ist. Damit Cooper also ungeschützt, nur im Raumanzug, (es wäre übrigens völlig egal, auch im Raumschiff gilt diese Regel – Gravitation ist nicht abschirmbar!) nicht vor dem Ereignishorizont zerrissen wird, muss Gargantua wirklich gigantisch sein.

Und hier kommt gleich das nächste Problem. Gargantua ist kein aktiver Stern, der durch Kernfusionsprozesse Energie freisetzt, dennoch leuchtet das Schwarze Loch und nicht wenig. Schwarze Löcher erzeugen diese Leuchtkraft nicht durch Fusion, sondern durch einen Prozess namens Akkretion bei dem durch Reibung und sehr hohe Temperaturen Masse direkt in Energie umgewandelt wird. Dieser Prozess kann deutlich effektiver sein als die Fusion von Wasserstoff zu Helium, die als Energiequelle für Hauptreihensterne gilt. Während bei der Fusion etwa 0,7% der Masse in Energie umgewandelt werden, kann es in Akkretionsscheiben supermassiver Schwarzer Löcher bis zu 40% sein. Diese als Quasare bekannten Objekte sind die leuchtkräftigsten Erscheinungen im Universum. Gargantua ist kein Quasar, denn deren Leuchtkraft ist Milliarden bis Billionenfach stärker als die der irdischen Sonne. Aber Gargantua hat eine leuchtende Akkretionsscheibe … und die strahlt! Dabei strahlt sie nicht nur im Bereich des sichtbaren Lichts, sondern in allen Wellenlängenbereichen von Radio bis Gamma. Insbesondere die in starken Magnetfeldern auftretende Synchrotronstrahlung und durch inversen Comptoneffekt aufgeheizte Photonen sorgen für massive Strahlung im Röntgen und Gammabereich. Organische Moleküle würden sofort von der brutalen Strahlung zerrissen, Leben ist dort nicht möglich. Wissenschaftler hätten das vermuten können und müssen.

Akkretion bräuchte weiterhin „Material“, das in der Regel aus einem um das Schwarze Loch liegenden Staubthorus bereitgestellt wird. Der ist nicht zu sehen. Woher stammt das akkretierte Material? Ein zerrissener Stern oder Planet? Klingt nicht unbedingt nach einer romantischen Erde 2.0.
Außerordentlich gelungen fand ich übrigens die visuellen Darstellung des Schwarzen Loches, die Akkretionsscheibe und den Gravitationslinseneffekt.

Die fünf Stringtheorien und 11-dimensionale Supergravitation als Grenzfälle der M-Theorie.

Die fünf Stringtheorien und 11-dimensionale Supergravitation als Grenzfälle der M-Theorie.

Auch interessant war der Ansatz sich über die fünfte Dimension der Quantengravitation zu nähern. Der ursprünglich auf Theodor Kaluza basierende originelle Lösungsansatz für eine vereinheitlichte Feldtheorie, die die Gravitation und die (zu Kaluzas Zeiten bekannte) Maxwellsche Elektrodynamik vereinen sollte, fügt der vierdimensionalen Raumzeit der Relativitätstheorie eine 5. Dimension hinzu, welche die Integration der Maxwellschen Gleichungen ermöglichte. Da aber außerdem die starke und schwache Kernkraft integriert werden müssten, reichen bei einem solchen Ansatz 4 Raumdimensionen nicht mehr aus. Die m-Theorie, eine Kombination aller bislang bekannten Stringtheorien benötigt nicht weniger als 10 Raumdimensionen und ein Zeitdimension für gute Näherungsberechnungen und muss dafür mit vielen Grundsätzen der klassischen Physik brechen. Da im Film von Singularitäten die Rede war, die es in einer Stringtheorie nicht mehr gibt, gibt Grund zu der Vermutung, dass Edward Wittens Ansatz außen vor geblieben ist.

Aber das ist hier nicht entscheidend, denn hier ist der Ansatz nicht eine 11-dimensionale Raumzeit, sondern schlicht die eigentlich unmögliche Beobachtung und Messung der Zustände in einer Singularität, denn dort, unter diesen Bedingungen bricht die Kombination von Quantentheorie und allgemeiner Relativität in unsinnigen Ergebnissen zusammen. Die fünfte Dimension wird nur als Kommunikationskanal aus dem Schwarzen Loch verwendet, denn für die uns zugängliche Welt gilt, dass keine Information aus dem Schwarzen Loch nach außen dringen kann. Sie dient hier also eher als Taschenspielertrick denn als wissenschaftlicher Ansatz. Das Gravitation dimensionsübergreifend wirkt, ist jedoch eine in der Physik anerkannte Hypothese. Die visuelle Darstellung der Raumzeit in dem s.g. Tessarakt war aber atemberaubend.

Festzuhalten bleibt, dass auch Interstellar physikalische Fehler oder zumindest Ungereimtheiten (warum verformt sich die Endurance im Wurmloch nicht, warum sollten dort unsere dreidimensionalen Strukturen unbeeindruckt bleiben, etc.) zugunsten der Dramaturgie in Kauf nimmt. Die Visualisierungen komplexester Sachverhalte wie das Wurmloch selbst, der Tessarakt oder das schwarze Loch sind richtungsweisend, Fragen, die man von einem Kip Thorne gern gelöst bekommen hätte, bleiben aber ungeklärt. Es wird viel Theorie vorausgesetzt, wenig erklärt und vieles übersehen, dennoch bleibt es ein überragender Science Fiction Film, angesichts anderer Stilblüten des Genres, allen voran „The Core, der innere Kern“.

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