Panorama

Mit schwarzen Löchern spielen

31.05.2021 - Die kostenlose App „Trapped in Gravity“ bietet didaktischen Zugang zu schwarzen Löchern und Gravitationswellen.

Wie entstehen Gravitations­wellen und was haben schwarze Löcher damit zu tun? Welche Erkenntnisse kann die Gravitations­wellen-Astronomie liefern? Die kostenlose App Trapped in Gravity, entwickelt im Exzellenzcluster Quantum Universe der Universität Hamburg, eröffnet einen spielerischen Zugang zur Physik dahinter. Die App soll auch jüngere Physik­interessierte begeistern.
 

1916 postulierte Albert Einstein als direkte Folge seiner allgemeinen Relativitäts­theorie Gravitations­wellen in Form von Schwingungen der vier­dimensionalen Raumzeit. 2015 detektierten beiden LIGO-Observatorien in den USA die erste Gravitations­welle, ausgelöst durch die Kollision zweier schwarzer Löcher in 1,3 Milliarden Lichtjahren Entfernung. Diese Entdeckung führte zur Entstehung der Gravitations­wellen-Astronomie. 

Die App Trapped in Gravity soll eine anschauliche Vorstellung von schwarzen Löchern sowie der Entstehung von Gravitations­wellen vermitteln und auch Schülerinnen und Schülern einen Zugang zu den physikalischen Vorgängen dahinter zu eröffnen. Entwickelt wurde sie von Benedict Tohermes und weiteren Wissenschaftlern aus dem Exzellenz­cluster Quantum Universe an der Universität Hamburg, unter der Leitung von Roman Schnabel (siehe auch den Beitrag zu quantenkorreliertem Licht in Gravitationswellen-Observatorien ab S. 130 in der neuen Ausgabe von „Physik in unserer Zeit“). Die App ist kostenlos und auf iOS- wie Android-Geräten einsetzbar. Als Sprache kann man zwischen Englisch und Deutsch wählen.
 

Grundprinzip ist die Rettung eines Astronauten, der kurz davorsteht, von der Gravitations­kraft in ein schwarzes Loch hineingezogen zu werden. In dem Spiel muss man ihn nun mit einem Raumschiff retten. Das Raumschiff muss dabei durch Neigen des Tablets so an das schwarze Loch heran­gesteuert werden, dass es den Astronauten rechtzeitig an Bord holen kann. Je schneller dies gelingt, desto mehr Punkte erhält man.

Im einfachsten Level Singulär umkreist der Astronaut ein einzelnes schwarzes Loch (Abbildung 1), im Level Binär befindet er sich zwischen zwei sich umkreisenden schwarzen Löchern. Diese spiralen im schwierigsten Level Verschmelzung obendrein noch aufeinander zu, bis sie verschmelzen, was die Rettung erheblich erschwert (Abbildung 2). Für jedes Level wird die Best­punktzahl gespeichert, ebenso wie die Anzahl der verlorenen Raumschiffe und die der geretteten Astronauten. 

In jedem Level lässt sich ein Informationstext zur jeweiligen Anordnung der schwarzen Löcher einblenden. Dieser klärt über die physikalischen Hinter­gründe auf, dazu über die Möglichkeiten der Gravitationswellen-Astronomie. Im Level Singulär wird erläutert, was schwarze Löcher überhaupt sind, wie man sie nachweisen kann und was eine Flucht aus dem Anziehungs­bereich eines schwarzen Loches ermöglichen würde. Auf die Auswirkungen von Massen auf die Raumzeit und mögliche Lagrange-Punkte bei einer Anordnung aus zwei schwarzen Löchern wird in Level Binär eingegangen. Tippt man in Level Verschmelzung auf die schwarzen Löcher in ihrer „Todesspirale“, so wird erklärt, dass ihr Abstand stetig sinkt, weil sie durch die Emission von Gravitations­wellen permanent Energie verlieren. Am Ende des Informations­texts zum Level Verschmelzung ist zudem ein Link hinterlegt, der die Spieler zu einem vertiefenden Online-Dossier der App führt. Auch wenn das Spiel­prinzip bei jedem Level dasselbe ist, sind die jeweils anderen Informations­texte sehr interessant zu lesen.
 

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