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Nachweis Gravitationswellen : Wenn Raum und Zeit erzittern

Bild: F.A.Z., Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik

Eine Jahrhundertentdeckung: Der Nachweis von Gravitationswellen ist gelungen. Ausgelöst wurden sie von kollidierenden Schwarzen Löchern. Damit ist klar: Albert Einstein hatte – schon vor 100 Jahren – wieder mal so recht.

          Das Gerücht kursierte bereits seit geraumer Zeit im Netz. In den einschlägigen Blogs wurde bis zuletzt heftig spekuliert, die Kurzmeldungen auf Twitter erschienen im Minutentakt. Eine internationale Forschergruppe habe, so war es immer wieder zu lesen, „Gravitationswellen“ nachgewiesen, also jene periodischen Verzerrungen des Raumes, deren Existenz Albert Einstein aus seiner Allgemeinen Relativitätstheorie 1916 gefolgert hatte und nach denen man schon seit fast 80 Jahren bisher erfolglos gefahndet hat. Jedem Leser war sofort klar: Sollte an den Meldungen etwas dran sein, wäre das eine Jahrhundertentdeckung, vergleichbar mit der Entdeckung des Higgs-Bosons vor vier Jahren.

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          An diesem Donnerstag um 16.30 Uhr (mitteleuropäischer Zeit) wurde aus den Mutmaßungen Gewissheit. Auf Pressekonferenzen in Washington, Moskau, Hannover und Pisa präsentierten die Forscher der Ligo-Kollaboration fast gleichzeitig ihre Messungen erstmals der Öffentlichkeit. Und tatsächlich, so scheint es, haben die beiden amerikanischen Ligo-Observatorien in Hanford (Washington) und Livingston (Louisiana) winzige periodische Längenänderungen registriert, die offenkundig von sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitenden Gravitationswellen ausgelöst worden seien. Die Quelle für die Verzerrungen des Raum-Zeitgefüges sind offenkundig zwei Schwarze Löcher, die in einer Entfernung von 1,3 Milliarden Lichtjahren miteinander kollidiert und verschmolzen sind. Über ihre Entdeckung berichten die Forscher der Ligo-Kollaboration in einem Artikel, der in den renommierten „Physical Review Letters“ erscheint.

          Vor 100 Jahren von Einstein errechnet

          Einstein hatte, als er durch intensives Nachdenken und nur mit Bleistift und Papier die komplizierten Gleichungen seiner Gravitationstheorie löste, festgestellt, dass alle Massen nicht nur den Raum wie ein Gummituch verformen, sondern auch periodisch verzerren, wenn sie beschleunigt oder abgebremst werden. Die dabei entstehenden Gravitationswellen würden sich mit Lichtgeschwindigkeit im Universum ausbreiten, ähnlich wie Wasserwellen in einem Teich, in den man einen Stein wirft. Einstein, der 1916 im Alter von 36 Jahren dem Zenit seiner wissenschaftlichen Karriere entgegenstrebte, bezweifelte aber, dass man den Effekt jemals werde beobachten können. Denn dieser sei winzig und – wie man heute weiß – deshalb nur bei kollidierenden Schwarzen Löchern, Neutronensternen oder gigantischen Sternexplosionen messbar. Von der Existenz dieser kosmischen Objekte konnte Einstein, der seit 1914 am Kaiser-Wilhelm-Institut in Berlin wirkte, noch nichts wissen.

          Die ersten Versuche, Gravitationswellen aufzuspüren, unternahm Ende der fünfziger Jahre des vergangenen Jahrhunderts der Amerikaner Joseph Weber. Er ließ tonnenschwere Aluminiumzylinder anfertigen, die durch Gravitationswellen zu Vibrationen angeregt werden sollten, ähnlich wie ein Hammerschlag eine Glocke zum Schwingen bringen. Mit hochempfindlichen Verstärkern wollte er die Oszillationen nachweisen. Allerdings waren sein Verfahren und alle späteren Experimente dieser Art bei Weitem nicht empfindlich genug. Deshalb bezweifelten viele Forscher, dass Gravitationswellen jemals nachgewiesen werden könnten. Anfang der siebziger Jahre bekam das Forschungsgebiet plötzlich Auftrieb: Die Astrophysiker und späteren Nobelpreisträger Russell Hulse und Joseph Taylor hatten die Bewegung des Doppelsternsystems PSR 1913+16 viele Jahre lang studiert und fanden heraus, dass die beiden Neutronensterne Energie verlieren, was sich bestens mit der Aussendung von Gravitationswellen erklären ließ.

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