Wie was Karl Schwarzschild?

Op 11 mei 1916 overleed de Duitse natuurkundige en astronoom Karl Schwarzschild. Hij leverde de eerste exacte oplossing voor de veldvergelijkingen van de algemene relativiteitstheorie van Einstein voor het beperkt geval van een enkele bolvormige niet-roterende massa. Hij berekende dit in 1915, in hetzelfde jaar dat Albert Einstein voor het eerst de algemene relativiteitstheorie introduceerde. De Schwarzschild-oplossing leidt tot een afleiding van de Schwarzschild-straal die zo groot is als de waarnemingshorizon van een niet-roterend zwart gat.

Karl Schwarzschild – Jonge jaren

Karl Schwarzschild werd op 9 oktober 1873 geboren in Mainz in Duitsland. Hij was de oudste uit een gezin van zes kinderen. Hij stamt uit een rijke Duits-Joodse familie. Karl groeide op in een gecultiveerde omgeving van de hogere middenklasse waarin verschillende interesses werden gemotiveerd. Er wordt gezegd dat Schwarzschild een wonderkind was dat al voor zijn 17de verjaardag zijn eigen telescoop bouwde en een eerste artikel over hemelmechanica publiceerde. In Frankfurt ging hij eerst naar de Joodse lagere school en daarna naar het Städtische Gymnasium waar zijn vroege interesse voor astronomie werd gewekt. Al op 16-jarige leeftijd publiceerde hij in de Astronomische Nachrichten twee artikelen over de baanbepaling van planeten en dubbelsterren. Nadat hij als beste van zijn jaar van de middelbare school was afgestudeerd studeerde hij vanaf 1890 astronomie aan de universiteit van Straatsburg. In 1892 verhuisde hij naar de Ludwig-Maximiliaan-universiteit in München waar hij in 1896 promoveerde bij Hugo von Seeliger op het onderwerp van de vorming van evenwichtsfiguren in roterende vloeistoffen.

Zijn werk in Wenen en München

Vervolgens werd Schwarzschild aangesteld als assistent bij het Von Kuffner Observatorium in Ottakring, een voorstad van Wenen, waar hij tot 1899 verbleef. Tijdens zijn verblijf in Wenen werkte Schwarzschild aan methodes om de schijnbare helderheid van sterren te bepalen met behulp van fotografische platen. Tijdens zijn werk in München als privédocent merkte de wetenschapper een significant verschil op tussen de gemeten fotografische grootheden en de getabelleerde visuele grootheden. Hij concludeerde dat het effect te wijten was aan de verschillende kleuren van de sterren en dat het bereik van de verandering in magnitude, bepaald met zijn fotografische methoden, groter was dan het bereik van de verandering in de visuele magnitude. Hij concludeerde verder dat dit effect wordt veroorzaakt door de verandering in de oppervlaktetemperatuur van de veranderlijke ster gedurende zijn cyclus.

Göttingen en de Schwarzschildmetriek

In de jaren 1910 werd Schwarzschild benoemd tot professor aan de prestigieuze universiteit van Göttingen waar hij belangrijke hedendaagse wetenschappers ontmoette en mee samenwerkte, waaronder David Hilbert en Hermann Minkowski. Ook werd Schwarzschild directeur van het observatorium van Göttingen. De wetenschapper werd benoemd tot directeur van het Astrofysische Observatorium in Potsdam, destijds de meest ambitieuze post voor een astronoom in Duitsland en hij voegde zich bij het Duitse leger bij het uitbreken van de Eerste Wereldoorlog. Toch slaagde hij erin om in 1915 verschillende artikelen te schrijven, twee over de relativiteitstheorie en één over de kwantumtheorie. Schwarzschild krijgt tegenwoordig de eer voor het produceren van de eerste exacte oplossingen voor de veldvergelijkingen van Albert Einstein en voor het ontwikkelen van de Schwarzschildmetriek.

Bevindingen over zwarte gaten

In de oplossing van Schwarzschild wordt een straal voor een bepaalde massa geïdentificeerd, dit wordt ook wel de Schwarzschild-straal genoemd. Als de massa zou kunnen worden samengedrukt om binnen die straal te passen dan zou geen bekende kracht of degeneratiedruk kunnen voorkomen dat deze verder instort tot een zwaartekrachtsingularteit of een zwart gat. Dit betekent dat waar de straal van het lichaam kleiner is dan de Schwarzschild-straal alles onvermijdelijk in het centrale object valt. Wanneer de massadichtheid van dit centrale object een bepaalde limiet overschrijdt veroorzaakt het een zwaartekrachtineenstorting tot een Schwarzschild zwart gat. Een dergelijk zwart gat staat bekend als een niet-geladen, niet-roterend zwart gat. De mogelijkheid van zwarte gaten werd echter over het algemeen pas in de tweede helft van de 20ste eeuw geaccepteerd en Schwarzschild zelf geloofde niet in de fysieke realiteit van zwarte gaten; hij geloofde ook dat zijn theoretische oplossing natuurkundig zinloos was.

Latere Jaren

In 1910 werd Schwarzschild verkozen tot lid van de Leopoldina en in 1912 werd hij lid van de Pruisische Academie van Wetenschappen. Hij was erelid van de Physical Society. Toen in 1914 de Eerste Wereldoorlof uitbrak meldde hij zich vrijwillig aan voor het leger. Hij diende bij de artillerietroepen aan het oost- en het westfront waar hij onder andere ballistische berekeningen moest uitvoeren. Tijdens de oorlog werd hij echter ernstig ziek. Hij kreeg een auto-immuunziekte aan zijn huid en in maart 1916 keerde hij als invalide terug van het front. Hij overleed twee maanden later, op 11 mei 1916, te Potsdam. Hij werd 42 jaar oud.

Eerste publicatie: 11 mei 2022