Karl Schwarzschild

Karl Schwarzschild (1873–1916) war ein deutscher Physiker und Astronom, dessen siebenjähriger Schaffensschub am Ende seines kurzen Lebens die mathematischen Grundlagen der Schwarzloch-Physik und die moderne Theorie der Sternatmosphären begründete. Er starb mit zweiundvierzig Jahren an einer Autoimmunkrankheit, die er sich an der russischen Front des Ersten Weltkriegs zugezogen hatte — sechs Monate nachdem er in einem Feldlazarett die erste exakte Lösung der Gleichungen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie aufgeschrieben hatte. Schwarzschild war ein Wunderkind. Geboren in Frankfurt in einer jüdischen Familie, veröffentlichte er mit sechzehn zwei Arbeiten zur Himmelsmechanik und promovierte mit dreiundzwanzig in München. Er leitete die Kuffner-Sternwarte in Wien und ab 1901 die Sternwarte in Göttingen, wo er einen jungen dänischen Doktoranden namens Ejnar Hertzsprung betreute. 1909 wechselte er nach Potsdam, um das Astrophysikalische Observatorium zu leiten, die angesehenste derartige Stelle in Deutschland. Vor dem Krieg leistete er erstklassige Arbeit zur Sternphotometrie — sein Reziprozitätsgesetz für das Versagen photographischer Emulsionen von 1899 trägt bis heute seinen Namen — und zum Strahlungstransport in Sternatmosphären. Das Schwarzschild-Kriterium für konvektive Stabilität, das Strahlungs- von Konvektionszonen im Sterninneren unterscheidet, stammt aus dieser Zeit und ist noch heute Lehrbuchstoff. Er formulierte auch die Hamilton-Jacobi-Gleichungen der klassischen Mechanik in einer Form um, die später als der geometrische Rahmen erkannt werden sollte, den die allgemeine Relativitätstheorie brauchen würde. 1914, mit einundvierzig Jahren und bereits international berühmt, meldete er sich freiwillig zum deutschen Heer. Er diente an der belgischen und französischen Front, berechnete Artillerieflugbahnen und wurde dann nach Russland verlegt. Dort las er Ende 1915 Einsteins neu erschienene Arbeit zur allgemeinen Relativitätstheorie. Zwischen Tabellen für Granateneinschläge arbeitete er die sphärisch-symmetrische Vakuumlösung der Einsteinschen Feldgleichungen aus — die heute nach ihm benannte Metrik — und schickte sie im Januar 1916 an Einstein. Einstein, verblüfft, las sie der Preußischen Akademie vor und schrieb zurück: „Ich hätte nicht erwartet, dass man die exakte Lösung des Problems auf so einfache Weise formulieren könnte." Eine zweite Arbeit folgte innerhalb von Wochen, die das Innere eines Sterns homogener Dichte löste. Beide Arbeiten sagten das voraus, was wir heute den Ereignishorizont nennen: einen kritischen Radius R_s = 2GM/c², unterhalb dessen nicht einmal das Licht entkommen kann. 1916 existierte der Begriff „Schwarzes Loch" noch nicht, und Schwarzschild selbst betrachtete die Singularität bei R_s als mathematisches Artefakt. Es sollte ein halbes Jahrhundert dauern, bis durch die Arbeiten von Subrahmanyan Chandrasekhar, Oppenheimer, Penrose und Stephen Hawking erkannt wurde, dass die Geometrie, die er aufgeschrieben hatte, die tatsächliche Form der Raumzeit um einen kollabierten Stern ist. Als seine Arbeiten in Berlin vorgelesen wurden, lag Schwarzschild im Sterben. Er hatte sich Pemphigus zugezogen, eine seltene Autoimmunkrankheit, die die Haut zerstört; 1916 gab es keine Behandlung dafür. Er wurde im März nach Hause entlassen und starb am 11. Mai in Potsdam im Alter von 42 Jahren. Sein 1912 geborener Sohn Martin wurde zu einem der großen Sternastrophysiker des zwanzigsten Jahrhunderts und arbeitete einen großen Teil der Theorie der Sternentwicklung aus, die aus dem Kriterium seines Vaters hervorging.

Erste exakte Lösung der Einsteinschen Feldgleichungen (Schwarzschild-Metrik, 1916), die grundlegende Geometrie für nichtrotierende Schwarze Löcher und die Grundlage der klassischen Tests der allgemeinen Relativitätstheorie; Herleitung des Schwarzschild-Radius R_s = 2GM/c² — des Ereignishorizonts, jenseits dessen kein Signal entkommen kann — der die Skala der Schwarzloch-Physik von M-Sigma bis zu Gravitationswellensignalen setzt; Innere Schwarzschild-Lösung für eine Kugel konstanter Dichte, das erste exakte relativistische Modell eines Sterninneren; Schwarzschild-Kriterium für konvektiven gegenüber strahlungsbedingtem Transport in Sternatmosphären (1906), noch heute Standard-Lehrbuchstoff; Schwarzschildsches Reziprozitätsgesetz für das Versagen photographischer Emulsionen (1899), ein Grundpfeiler der photographischen Photometrie vor der CCD-Ära; Pionierarbeiten zum Strahlungstransport in Sternatmosphären, die die Grundlage für die moderne quantitative Spektroskopie legten; Neuformulierung des Hamilton-Jacobi-Formalismus in einer geometrischen Form, die den mathematischen Stil der allgemeinen Relativitätstheorie vorwegnahm