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Physik-Nobelpreis 2017 : Die Jagd nach Einsteins Gravitationswellen

Numerische Simulationen visualisieren dreidimensional, wie zwei Schwarze Löcher verschmelzen - unter Abstrahlung von Gravitationswellen. Bild: dpa

Den Nobelpreis für Physik teilen sich in diesem Jahr die drei amerikanischen Forscher Rainer Weiss, Barry Barish und Kip Thorne. Sie haben die Grundlagen für den ersten direkten Nachweis von Gravitationswellen geschaffen und ein neues Fenster ins Universum geöffnet.

          7 Min.

          Es war eine wissenschaftliche Sensation, was eine internationale Forschergruppe am 11. Februar 2016 verkündete. Die beiden amerikanischen Ligo-Observatorien in Hanford (Washington) und Livingston (Louisiana) hätten am 14. September 2015 erstmals winzige periodische Längenänderungen registriert, die von sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitenden Gravitationswellen ausgelöst worden seien. Damit waren den Ligo-Forschern endlich jene periodischen Verzerrungen der Raumzeit ins Netz gegangen, deren Existenz Albert Einstein aus seiner Allgemeinen Relativitätstheorie 1916 gefolgert hatte. Die Quelle für die gemessenen Signale waren zwei massereiche Schwarze Löcher, die in einer Entfernung von 1,3 Milliarden Lichtjahren miteinander kollidiert und verschmolzen waren. Für diese Jahrhundertentdeckung wird nun den drei Amerikanern Rainer Weiss Barry C. Barish und Kip Thorne der diesjährige Nobelpreis für Physik zuerkannt. Die Wissenschaftler haben maßgeblich den Aufbau der beiden Ligo-Observatorien vorangetrieben und damit die Jahrzehnte währende Suche nach Gravitationswellen zum Erfolg geführt.

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Die Anstrengungen der mehr als tausend Wissenschaftler zählenden Ligo-Kollaboration haben sich gelohnt. Denn inzwischen sind den Ligo-Forschern drei weitere Gravitationswellenereignisse ins Netz gegangen, die jeweils von Paaren verschmelzender Schwarzer Löcher herrühren. Das jüngste Gravitationswellen-Signal stammt vom 14. August diesen Jahres. Es wurde sowohl von den beiden Ligo-Antennen, als auch vom neuen europäischen Observatorium gemessen, das unweit von Pisa gebaut wurden und vor kurzem seinen Betrieb aufgenommen hat. Die Möglichkeit Gravitationswellen aus den Tiefen des Weltraums auf der Erde empfangen zu können, hat ein „neues Fenster“ zum Universum aufgestoßen. Es sind damit Vorgänge und Objekte zugänglich, die mit herkömmlichen Teleskopen nicht beobachtet werden können.

          Zwei der frisch gekürten Preisträger: Rainer Weiss und Kip Thorne (rechts)
bei der Präsentation des ersten  Ligo-Signals, Februar 2016

          Albert Einstein hatte, als er vor hundert Jahren 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, so seine Idee, 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. Das Interesse an den – damals noch rein hypothetischen – periodischen Verzerrungen der Raumzeit wuchs erst nach seinem Tod 1955, als schwarze Löcher und andere seltsame Objekte in den Fokus der Astronomen rückten. Die fernen Himmelskörper ließen sich nur mit den Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie beschreiben.

          Mit Aluminumtonnen und Laserlinealen auf Wellenjagd

          Die ersten Versuche, Gravitationswellen aufzuspüren, unternahm Ende der fünfziger Jahre des vergangenen Jahrhunderts der Amerikaner Joseph Weber von der University of Maryland in College Park. Er ließ tonnenschwere Aluminiumzylinder anfertigen, die, aufgehängt an Drahtseilen, durch Gravitationswellen zu Vibrationen angeregt werden sollten, ähnlich wie ein Hammerschlag eine Glocke zum Schwingen bringt. Mit hochempfindlichen Verstärkern versuchte er, diese Oszillationen nachzuweisen. 1969 glaubte Weber, dass zwei Zylinder, die er mit seinen Mitarbeitern 1000 Kilometer voneinander entfernt aufgestellt hatte, tatsächlich Erschütterungen aus dem Weltraum registriert hatten. Und das gleich mehrere Wochen lang. Andere Forscher waren skeptisch. Tatsächlich ließen sich Webers Oszillationen nicht reproduzieren.

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