Jetzt sehen wir Einsteins Wellen
Physik. Vor 98 Jahren hat Albert Einstein die Existenz von Gravitationswellen vorausgesagt. Nun ist ihr Nachweis endlich gelungen. Ausgelöst wurden die Wellen durch das Verschmelzen zweier Schwarzer Löcher.
Der Raum ist nicht nur die Bühne, auf der Materie und Energie ihr Schauspiel geben, nein, er – mit der Zeit zur Raumzeit vereint – spielt selbst mit, und die Gravitation (Schwerkraft) ist ein Effekt dieses Spiels: Krümmung der Raumzeit beeinflusst Materie, und umgekehrt krümmt Materie die Raumzeit. Das ist die Essenz der Allgemeinen Relativitätstheorie, die Albert Einstein im November 1915 veröffentlicht hat.
Ende Jänner 1918 folgerte er daraus, dass es Gravitationswellen geben müsse. Das sind Störungen der Raumzeit, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten und dabei den Raum stauchen und strecken. Sie entstehen durch die Beschleunigung von Massen – ähnlich wie elektromagnetische Wellen durch die Beschleunigung von Ladungen entstehen. Sie sind aber viel, viel schwieriger nachzuweisen, was damit zu tun hat, dass die Gravitation eine sehr schwache Kraft ist.
Minimaler Effekt
Jetzt sind die Gravitationswellen also nachgewiesen. Was hat man da gesichtet? Im Grund die Änderung eines Abstands zweier frei hängender Spiegel, gemessen durch einen Lichtstrahl, der sich zwischen ihnen hin- und herbewegt. Die Spiegel sind vier Kilometer voneinander entfernt, die Veränderung ihres Abstandes liegt in der Größenordnung von 10– 19 Metern, das ist ein Zehntausendstel des Durchmessers eines Protons!
Um diesen für Laien geradezu absurd geringen Effekt zu bewirken, mussten gigantische Massen weit draußen im Weltall wild beschleunigt werden, sagen die Physiker: Gravitationswellen entstehen, wenn Neutronensterne oder Schwarze Löcher aufeinandertreffen und, bevor sie endgültig verschmelzen, immer schneller umeinander rotieren.
Gemessen in Washington und Louisiana
Wenn so eine durchs All rasende Welle zur Erde kommt, muss sie dort überall praktisch gleichzeitig nachweisbar sein. Darum ist es den Physikern wichtig, dass mehrere voneinander unabhängige Messungen an verschiedenen Orten vorliegen. Diesfalls, mit einem Abstand von sieben Millisekunden, in Hanford im US-Bundesstaat Washington und in Livingston, Louisiana: An diesen beiden Orten stehen Detektoren des Ligo-Observatoriums. Die Physiker interpretieren die Messun- gen als Signale des Zusammenstoßes zweier Schwarzer Löcher, eines mit 29 und eines mit 36 Sonnenmassen. Das entstehende Schwarze Loch hat nur 62 Sonnenmassen, der Rest wurde zu Energie – die sich in Form von Gravitationswellen übers All verteilte.
Zuerst in Hannover bemerkt
Passiert ist dieser Crash in einer Entfernung von zwischen 600 Millionen und 1,8 Milliarden Lichtjahren. Am 14. 9. 2015 um 5.51 Uhr New Yorker Zeit wurde das entsprechende Signal von den Ligo-Detektoren registriert, da schliefen die US-Forscher noch, also bemerkten es Forscher in Hannover zuerst. Sie hielten es zuerst für einen künstlichen Test (wie er öfter stattfindet, um die Zuverlässigkeit zu prüfen), weil es so mustergültig war.
Nun hat es eine achtseitige Publikation in der Topzeitschrift „Physical Review Letters“ausgelöst, auf der über 1000 Autoren genannt sind. Dazu gab es Pressekonferenzen in Washington, Moskau, Paris, Pisa, London und Hannover. Dass der Livestream zunächst nicht funktionierte, trübte die Freude der Physiker kaum. „We did it!“, jubelte Ligo-Direktor David Reitze, etliche seiner Kollegen sprechen von einer Jahrhundertentdeckung, Astronomen von der Morgendämmerung einer neuen Ära. Tatsächlich eröffnet die Analyse von Gravitationswellen der Astronomie einen neuen Bereich: Mit ihnen „sieht“man Ereignisse von ungeheurer Energie.
Einstein übrigens äußerte sich in seinem späteren Leben skeptisch über Gravitationswellen – wie er auch an Schwarze Löcher nicht so recht glauben mochte. Ganz im Gegensatz zu Stephen Hawking, der über diese Monster der Gravitation viel geforscht hat. Er verkündete bereits, er werde analysieren, ob der nun registrierte Crash zweier Schwarzer Löcher seinem Flächentheorem gehorcht: dass die Oberfläche des bei der Kollision entstandenen Lochs größer ist als die Summe der Oberflächen der ursprünglichen Löcher.
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