Introduction to Black Hole Physics
V. Frolov und A. Zelnikov: Introduction to Black Hole Physics, Oxford University Press, 2011, geb., 504. S., £ 57,50, ISBN 9780199692293
V. Frolov und A. Zelnikov
Schwarze Löcher faszinieren Laien wie Experten. Der Reiz dieser Objekte lässt sich rasch zusammenfassen: Sie sind extrem, nicht nur hinsichtlich ihrer Massendichte. Sie erzeugen auch höchstenergetische Strahlung und höchste Temperaturen. Sie sind sogar Orte, wo die Zeit still steht und die Physik zusammenbricht. In der Astronomie spielen Schwarze Löcher eine große Rolle bei der Galaxien- und Sternentwicklung sowie im kosmischen Materiekreislauf.
Die Physiker Valeri Frolov und Andrei Zelnikov von der Universität von Alberta (Kanada) sind Experten auf dem Gebiet der Theorie Schwarzer Löcher und legen ein knapp 500-seitiges Lehrbuch vor, das auf Vorlesungen zum Thema beruht. Sie wenden sich explizit an Studenten, Postdocs und Wissenschaftler. Das Buch ist also kein populärwissenschaftliches Sachbuch, sondern ein englischsprachiges Lehrbuch, das ein Verständnis von Schwarzen Löchern knallhart mit mathematischen Gleichungen sucht.
Der Schwerpunkt des Buchs ist eindeutig die mathematische Theorie Schwarzer Löcher, sprich die Allgemeine Relativitätstheorie (ART). Das verwundert nicht, ist sie doch diejenige Gravitationstheorie, die Schwarze Löcher vorhersagt. Es ist eine Stärke des Buchs, dass die Astrophysik Schwarzer Löcher, aber auch kompakter Objekte, Sternexplosionen, Akkretionsphysik und Jets sowie Beobachtungen und moderne Entwicklungen (z. B. versteckte Symmetrien, Schwarze Löcher in Teilchenbeschleunigern) angesprochen und vor allem quantitativ behandelt werden.
Schwarze Löcher sind spezielle Lösungen von Einsteins Theorie und damit gekrümmte Raumzeiten. In der Theorie ist man daran interessiert zu verstehen, wie Schwarze Löcher mit Licht und Materie wechselwirken. Das Buch präsentiert die dazu notwendige Mathematik mit Methoden und Resultaten konkreter Rechnungen. Viel Platz nehmen die wichtigsten Raumzeiten ein, nämlich Schwarzschild- und Kerr-Metrik. Dabei gehen die Autoren auf die Standardthemen ein: Tensoren, Linienelemente, Orbits um Schwarze Löcher, Geodätengleichung, Gravitationslinseneffekt, „Schatten“ Schwarzer Löcher, Carter-Penrose-Diagramme, Thermodynamik Schwarzer Löcher, Hawking- und Unruh-Effekt, Killing-Gleichung und Symmetrien. Schwarz-weiße, durchweg hochwertige Abbildungen ergänzen den Text, allerdings nicht im Überfluss.
Interessant ist es herauszufinden, in welche Bereiche neuer Physik uns die Erforschung Schwarzer Löcher führt. Während Frolov und Zelnikov dabei die höherdimensionalen Schwarzen Löcher vorstellen, sucht man vergeblich andere moderne Forschungszweige wie die Loop-Quantengravitation, die uns bei der Diskussion der Singularitäten begegnen. Das ist aus meiner Sicht die einzige Schwäche des Buchs.
Wer soll das lesen? Ein Hintergrundwissen in Mathematik und ART ist sicher erforderlich. Ideal ist das Werk für Studenten der Physik und Mathematik. Wer bereits bewandert ist auf dem theoretischen Gebiet Schwarzer Löcher und die aktuellen Fachpublikationen verfolgt, wird im vorliegenden Buch allerdings nicht viel Neues entdecken.
Dr. Andreas Müller, Exzellenzcluster Universe der TU München
