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Künstlerische Darstellung Gravitationswelle

Gravitationswellen: Einsteins später Triumph

Die Sensation hat sich bereits gerüchtweise angekündigt, nun ist es offiziell: Forschern ist der erste direkte Nachweis von Gravitationswellen gelungen - exakt 100 Jahre, nachdem Albert Einstein deren Existenz vorausgesagt hatte.

Entdeckung 12.02.2016

Es ist schon eine eigenartige Vorstellung, dass Raum und Zeit keine getrennten Kategorien sind, sondern zu einer vierdimensionalen Einheit verschmelzen. Und noch eigenartiger erscheint, dass durch dieses Gefüge kleine Störungen rasen, kurzfristige Deformationen des Raumes.

Ö1-Sendungshinweise

Über den ersten direkten Nachweis von Gravitationswellen berichtete Ö1 im Abendjournal (11.2.), Morgenjournal (12.2.) sowie in den Dimensionen (12.2.).

Laut der allgemeinen Relativitätstheorie (ART) verhält es sich genau so, auch wenn der Mensch mit seinen begrenzten Sinnen von all dem nichts mitbekommt. Seit Donnerstag ist das nicht nur anerkannte Theorie, sondern auch experimentell bestätigt. Wissenschaftlern der LIGO-Kollaboration ist soeben der erste direkte Nachweis solcher Gravitationswellen gelungen. Jahrzehntelang schon hatten Forscher versucht, dieser winzigen Störungen habhaft zu werden - bisher vergebens, der Effekt war für die Detektoren zu winzig.

Winziger Effekt

Der nun geführte Nachweis bewegt sich auch hart an der Grenze des physikalisch Machbaren: Der LIGO-Detektor in den USA besteht aus zwei Spiegeln, vier Kilometer voneinander entfernt, zwischen denen ein Laserstrahl hin- und hergeschickt wird. Läuft eine Gravitationswelle durch die Apparatur, verändert sich die Distanz zwischen den beiden Spiegeln - die Änderung ist nicht größer als "ein Tausendstel oder Zehntausendstel eines Protons", sagt LIGO-Forscher Andrew Lundgren vom Albert-Einstein-Institut in Hannover. Ein Proton ist ca. anderthalb Femtometer groß bzw. klein, also ein Millionstel Milliardstel Meter.

"Wir haben Gravitationswellen gefunden", verkündete der Chef des LIGO-Teams, David Reitze, unter tosendem Applaus bei einer Pressekonferenz in Washington D. C. Die Detektoren hatten letzten September ein Signal von zwei verschmelzenden Schwarzen Löchern mit ungefähr 30 Sonnenmassen aufgefangen. Dieser gewaltsame Vorgang fand vor 1,3 Milliarden Jahren statt - zu dieser Zeit entstanden auf der Erde gerade die ersten Vielzeller.

Gutes Timing

Historisch betrachtet ist der Nachweis ein später, aber präzise gesetzter Triumph für die ART und ihren Schöpfer Albert Einstein. Dass es Gravitationswellen gibt bzw. geben sollte, erkannte Einstein nämlich vor genau 100 Jahren, kurz nachdem er seine Theorie erstmals der Weltöffentlichkeit präsentiert hatte.

LIGO Interferometer in Hanford, der abgebildete Arm reicht vier Kilometer in die Wüste

Caltech/MIT/LIGO Lab

LIGO Interferometer in Hanford, der abgebildete Arm reicht vier Kilometer in die Wüste

Die entsprechende Formel - in Fachkreisen Quadrupol-Formel genannt - leitete er dann 1918 ab. Sie erwies sich schon einmal als entscheidender Prüfstein: In den 70er Jahren entdeckten die beiden Astronomen Russell Hulse und Joseph Taylor zwei einander umkreisende Neutronensterne - und erkannten, dass man auf diese Weise die Vorhersagen Einstein testen könnte. Solche Doppelsternsysteme strahlen bei ihrem kosmischen Tanz Gravitationswellen ab und verlieren ein klein wenig Energie - laut den Messungen von Hulse und Taylor entsprach der Energieverlust genau dem von der Quadrupol-Formel vorhergesagten Betrag.

Sehr nobelpreisverdächtig

Die beiden waren für ihre Arbeiten 1993 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet worden. Die Pioniertat hatte nur einen Schönheitsfehler: Der Nachweis der Gravitationswellen war "nur" ein indirekter. Man muss kein Prophet sein, um hier wieder eine Auszeichnung durch das Nobelkomitee vorherzusehen. In Fachkreisen werden vor allem drei Namen genannt: die beiden Amerikaner Kip Thorne und Rainer Weiss sowie der Schotte Ronald Drever. Sie sind die maßgeblichen Begründer des LIGO-Projekts - ohne ihre Vorarbeiten wäre das experimentelle Glanzstück der Kollaboration nicht möglich gewesen.

Für den Wiener Gravitationsphysiker Peter Christian Aichelburg könnte die Entdeckung zu einer "Revolution der Astronomie" führen. "Fast alle Information, die wir aus dem Universum bekommen, ist elektromagnetische Strahlung. Licht, Radiowellen und Röntgenstrahlung geben uns Kunde darüber, was im Weltall passiert. Die Gravitationswellen sind etwas ganz anderes. Mit ihrer Hilfe könnte man in Regionen blicken, die der elektromagnetischen Strahlung nicht zugänglich sind."

Revolution der Astronomie?

Mit "unzugänglichen Regionen" meint hier Aichelburg nicht nur den Raum, sondern auch die Zeit. Mit Hilfe von Teleskopen ist es möglich Licht zu empfangen, das Milliarden Jahre im Weltraum unterwegs war. So gesehen ist der Blick in die Ferne auch ein Blick in die Vergangenheit. Beim Licht gibt es hier allerdings eine natürliche Grenze, denn das Universum war Hunderttausende Jahre nach dem Urknall für elektromagnetische Strahlung undurchlässig.

Gravitationswellen indes kennen eine solche Begrenzung nicht. Sollte es gelingen, Gravitationswellenteleskope zu bauen, könnten sich die Astronomen im Prinzip bis zum Urknall vorarbeiten. Das mag nach ferner Zukunftsmusik klingen, so Aichelburg: "Aber ich gebe zu bedenken: Einstein wollte seine Theorie durch die Lichtablenkung großer Massen testen. Das gelang erstmals 1919 bei einer Sonnenfinsternisexpedition. Heute verwendet man diese Methode, um festzustellen, wie viel Materie in Galaxien vorhanden ist. Ich hoffe, dass es bei den Gravitationswellen ähnlich sein wird. "

Aichelburg ist nicht der Einzige, der den kleinen Wellen eine große Zukunft voraussagt. Forscher der europäischen Weltraumagentur arbeiten bereits an der Entwicklung eines Satelliten mit entsprechenden Detektoren. "eLisa/NGO" soll, sofern alles gut geht, im Jahr 2034 abheben.

Robert Czepel, science.ORF.at

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