Hawking-Strahlung

Die Hawking-Strahlung ist eine von dem britischen Physiker Stephen Hawking 1975 vorhergesagte Strahlung Schwarzer Löcher. Sie wird aus Konzepten der Quantenfeldtheorie und der allgemeinen Relativitätstheorie abgeleitet. Eine Möglichkeit, die Existenz der Strahlung experimentell zu verifizieren, ist nach dem derzeitigen Stand der Technik (2025) nicht in Sicht. Erste Ansätze für einen direkten Nachweis verfolgen Astrophysiker an der Universität Lyon I mit der „Loch-Fragmente“-Theorie.

Heuristische Überlegungen führten J. D. Bekenstein bereits 1973 zu der Hypothese, dass die Oberfläche des Ereignishorizontes ein Maß für die Entropie eines Schwarzen Loches sein könnte. Diese Entropie wird heute Bekenstein-Hawking-Entropie genannt. Nach den Gesetzen der Thermodynamik müsste einem Schwarzen Loch demnach eine endliche Temperatur zugeordnet werden können und es müsste im thermischen Gleichgewicht mit seiner Umgebung stehen. Das ergab ein Paradoxon, da man damals davon ausging, dass keine Strahlung aus Schwarzen Löchern entkommen könne. Hawking stellte daraufhin eigene Berechnungen an und fand überraschenderweise, dass ausgehend von den Gesetzen der Quantenfeldtheorie eine thermische Strahlung zu erwarten sei.

Da es zur Hawking-Strahlung bisher keinen eindeutigen experimentellen Nachweis gibt, sollte diese Strahlung nicht als experimentell bestätigter physikalischer Effekt bezeichnet werden, sondern eher als eine plausible und gut begründete physikalische Vorhersage. Die Hawking-Strahlung ist deshalb auch für die physikalische Grundlagenforschung von Interesse. So gibt es bei einer umfassenden Betrachtung aller physikalischen Effekte, die mit der Hawking-Strahlung zusammenhängen, noch immer einige offene Fragestellungen, die weiter unten vorgestellt werden.

In der Kosmologie wird mit dem Gibbons-Hawking-Effekt ein ähnlicher Effekt wie bei der Hawking-Strahlung erwartet. In beschleunigten Bezugssystemen wird mit dem Unruh-Effekt ebenfalls ein zur Hawking-Strahlung vergleichbarer physikalischer Effekt angenommen. Auch diese beiden Phänomene konnten bisher experimentell noch nicht nachgewiesen werden. Es wurden jedoch bereits Experimente durchgeführt, um Schwarze-Loch-Analoga der Hawking-Strahlung in anderen physikalischen Systemen, wie zum Beispiel in der Optik und Akustik, nachzuweisen.

Da die mathematische Begründung und Herleitung der Hawking-Strahlung auf einer semiklassischen Näherung beruht, kann eine komplett widerspruchsfreie physikalische Begründung voraussichtlich erst dann formuliert werden, wenn eine Quantentheorie der Gravitationskraft entwickelt wurde.

1. ↑ Stephen W. Hawking: Particle creation by black holes. In: Commun. Math. Phys. 43, 1975, S. 199–220 (projecteuclid.org, PDF; 2,8 MB).
2. ↑ David Appell, Phys.org: Detecting 'Hawking radiation' from black holes using today's telescopes. 28. Mai 2024, abgerufen am 9. Juli 2024 (englisch). 
3. ↑ Nadja Podbregar, scinexx.de: Geben Schwarze Löcher "Krümel" ab? 2. Juli 2024, abgerufen am 9. Juli 2024 (deutsch).