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Gravitationswellen: Was der Nachweis der Einstein-Theorie bedeutet

Einsteins letztes Rätsel  

Forscher weisen erstmals Gravitationswellen nach

12.02.2016, 12:55 Uhr | al, t-online.de, dpa, AFP

Gravitationswellen: Was der Nachweis der Einstein-Theorie bedeutet. Gravitationswellen rasen durch das Weltall, doch der Beweis ihrer Existenz gestaltet sich schwierig. (Quelle: dpa)

Gravitationswellen rasen durch das Weltall, doch der Beweis ihrer Existenz gestaltet sich schwierig. (Quelle: dpa)

Albert Einstein postulierte die Gravitationswellen vor beinahe 100 Jahren, seitdem suchten Forscher nach dem Beweis ihrer Existenz. Nun wurde er gefunden.

Es habe im September 2015 eine erste, direkte Beobachtung gegeben, als man die Signatur zweier verschmelzender, schwarzer Löcher aufgefangen habe, teilten die Astrophysiker vom "Ligo"-Observatorium, dem "Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory", in den USA mit. Sie präsentierten ihre nobelpreisverdächtige Entdeckung in Washington. Ihre Erkenntnisse könnten helfen, die Geheimnisse um die Entstehung des Universums zu lüften.

France Cordova von der Nationalen Forschungsstiftung der Vereinigten Staaten (NSF) sprach von der "Geburt eines völlig neuen Bereichs in der Astrophysik". Die Entdeckung sei vergleichbar mit dem Moment, als Galileo Galilei im 17. Jahrhundert das erste Mal sein Fernrohr gen Himmel gerichtet habe.

Auch deutsche Forscher waren an der Entdeckung beteiligt. Das Signal sei sehr deutlich und lasse keine Zweifel am direkten Nachweis der Gravitationswellen, betonte der geschäftsführende Direktor des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik in Hannover und Potsdam, Bruce Allen. "Wir haben eine neue Art Teleskop gebaut und ein völlig neues Feld eröffnet", sagte einer der Ligo-Gründungsväter, Rainer Weiss vom Massachusetts Institute of Technology. Erstmals ließen sich nun Schwarze Löcher direkt beobachten, sagte Alessandra Buonanno, Direktorin am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam.

Was sind Gravitationswellen?

Einstein leitete die Gravitationswellen aus seiner Relativitätstheorie ab, denn sie sind im Prinzip deren praktische Auswirkung. Dass es diese Wellen gibt, bezweifeln Wissenschaftler nicht mehr. Bloß war bisher keinem der Beweis ihrer Existenz gelungen.

Wellen in der vierdimensionalen Raumzeit

Gravitationswellen krümmen, stauchen und strecken die vierdimensionale Raumzeit. Klingt kompliziert. Die vier Dimensionen setzen sich aus den drei Richtungen im Raum sowie der Zeit als vierter Dimension zusammen. Jede Masse im Universum beeinflusst Raum und Zeit. Objekte mit großer Masse – hier ist die Rede von Sternen und Planeten – lösen durch ihre Bewegung Gravitationswellen aus, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.

 Massive Objekte krümmen im Universum Raum und Zeit. (Quelle: ESA) Massive Objekte krümmen im Universum Raum und Zeit. (Quelle: ESA)

Wenn ein Stern wie unsere Sonne am Ende seiner Lebenszeit explodiert oder zu einem Schwarzen Loch kollabiert, entstehen Gravitationswellen. Das kann man sich vorstellen wie einen ins Wasser geworfenen Stein, der Wellen verursacht. Diese Wellen setzen die Wasseroberfläche in Bewegung und bewegen sich darüber fort. Andere Objekte auf der Wasseroberfläche werden entsprechend beeinflusst.

So wie diese Welle das Wasser staucht oder streckt, so staucht und streckt eine Gravitationswelle Raum und Zeit. Dabei ändern die Gravitationswellen zeitweilig die Abstände von Objekten im Raum. Das kann man sich an Hand eines Tennisschlägers und eines Tennisballs vorstellen. Trifft der Schläger auf den Ball wird dieser kurzfristig deformiert. Die Seite, auf die der Schläger trifft, wird für kurze Zeit flacher, die gegenüberliegende Seite wölbt sich. Das ist in diesem Video eindrucksvoll zu sehen:

Schönen Gruß vom Urknall

Gravitationswellen können mit gewaltiger Energie geladen sein. Doch da das Universum nicht nur gigantisch sondern, auch sehr "steif" ist, bedarf es gewaltiger Energie, um den Raum auch nur ein winziges bisschen zu krümmen. Daher werden nur die Gravitationswellen messbar sein, die ihren Ursprung in gewaltigen kosmischen Ereignissen haben. Zu nennen wären die Explosionen von Sternen, rotierende Neutronensterne und Schwarze Löcher vor allem, wenn zwei davon verschmelzen. 

Die Geschichte des Weltalls ab dem Urknall. (Quelle: dpa)Die Geschichte des Weltalls ab dem Urknall. (Quelle: dpa)

Die dabei entstandenen Gravitationswellen transportieren auch Informationen über das Ereignis, von dem sie ausgelöst wurden. Die Forscher hoffen, durch die angestrebte Mess- und Nachweisbarkeit von Gravitationswellen auch das mit Abstand gewaltigste Ereignis im Universum ein Stück weit erforschen zu können: den Urknall, aus dem das Universum entstanden ist. Die Gravitationswellen dieses Urknalls durchziehen das Weltall auch heute noch als eine Art Hintergrundrauschen, das "stochastische Hintergrundstrahlung" genannt wird.

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