Gravitationswellen: Revolution der Astrophysik

Bei der Kollision zweier Schwarzer Löcher wird die Raumzeit erschüttert und förmlich zum Schwingen gebracht. Diesen Prozess können Physiker mithilfe der Allgemeinen Relativitätstheorie genau berechnen. (Simulation: S. Ossokine, A. Buonanno (AEI); Visualisierung: W. Benger (Airborne Hydro Mapping)
Bei der Kollision zweier Schwarzer Löcher wird die Raumzeit erschüttert und förmlich zum Schwingen gebracht. Diesen Prozess können Physiker mithilfe der Allgemeinen Relativitätstheorie genau berechnen. (Simulation: S. Ossokine, A. Buonanno (AEI); Visualisierung: W. Benger (Airborne Hydro Mapping)

Vor 100 Jahren hatte Albert Einstein auf der Grundlage seiner kurz zuvor formulierten Allgemeinen Relativitätstheorie die Existenz von Gravitationswellen vorausgesagt. Diese Kräuselungen der Raumzeit hat nun der amerikanische LIGO-Detektor erstmals direkt gemessen. Sie stammen von der fernen Kollision zweier Schwarzer Löcher. Das Signal ist für die Wissenschaftler eine Sensation. Es stößt ein völlig neues Fenster zum Kosmos auf und wird unsere Sicht auf das Weltall revolutionieren. Über diese aufregende Entdeckung und ihre Konsequenzen berichtet das Titelthema der April-Ausgabe von bild der wissenschaft. Exklusiv für bdw-Leser gibt es auch ein Seminar zu Einsteins Geniestreich und zu den Raumzeit-Schwingungen.

Die zentrale Erkenntnis der Allgemeinen Relativitätstheorie ist, wie Masse und Energie mit Raum und Zeit wechselwirken und wie die Schwerkraft als Krümmung der Raumzeit in Erscheinung tritt. Die Raumzeit kann sogar regelrecht erschüttert werden. Dann beginnt sie zu schwingen – obwohl sie 100 Billiarden Billiarden mal "steifer" ist als Stahl.

"Es gehört zu den triumphalen Einsichten Einsteins, dass die Raumzeit keine passive Bühne ist, auf der sich die Dramen des Universums abspielen, ohne dass diese die Bühne beeinflussen. Sie ist vielmehr ein aktiver Mitspieler im Welttheater und gestaltet das kosmische Schauspiel mit", sagt Rüdiger Vaas, Redakteur für Astronomie und Physik bei bild der wissenschaft und Autor der dreiteiligen Titelgeschichte.

Um die sprichwörtliche Haaresbreite

Der LIGO-Detektor in den USA hat kürzlich gemessen, wie sich der Raum eine Fünftel-Sekunde lang um die Größe eines Atomkerns streckte und stauchte. Der Effekt entspricht der Herausforderung, die Entfernung zwischen der Erde und dem nächsten Stern auf Haaresbreite genau zu bestimmen – und das ist den Wissenschaftlern mit einer ausgeklügelten Technik gelungen, die maßgeblich in Deutschland entwickelt und getestet wurde.

In der April-Ausgabe von bdw wird erklärt, wie dieses Kunststück funktioniert. Und was die Physiker aus den Daten herauslesen konnten – über einen 1,3 Milliarden Lichtjahre fernen kosmischen Crash, bei dem in einem Sekundenbruchteil so viel Energie freigesetzt wurde, wie von allen Sternen des beobachtbaren Universums zusammen im selben Zeitraum. Es war die größte jemals gemessene "Explosion" im All.  

Einstein war verärgert

Nicht nur für die Grundlagenphysik haben die Messungen schon jetzt einen großen Erkenntniswert. Sie bestätigen Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie aufs Neue – und ebenso die Existenz von Schwarzen Löchern, die ebenfalls erstmals vor genau 100 Jahren beschrieben wurden, obwohl das damals noch niemand verstand.

"Auch für die Kosmologie und Astronomie sind die Gravitationswellen-Signale von großer Bedeutung", schreibt Vaas und belegt das mit vielen Beispielen. Außerdem zeichnet er die turbulente Geschichte der Gravitationswellen nach. "Selbst einem Genie wie Albert Einstein glückte nicht alles beim ersten Anlauf. So hatte er die Existenz von Gravitationswellen zuerst bezweifelt, dann wies er sie nach, später revidierte er das und schließlich argumentierte er doch wieder dafür." Als Einstein auf einen Rechenfehler aufmerksam wurde, zog er einen Artikel sogar äußerst verärgert zurück.

Seminar zu "Einstein und die Gravitationswellen"

Rüdiger Vaas, der mit seinem aktuellen Buch "Jenseits von Einsteins Universum. Von der Relativitätstheorie zur Quantengravitation" Einsteins Meisterwerk und Vermächtnis ausführlich nachgezeichnet hat, wird für bdw-Leser im August übrigens ein zweitägiges Seminar zum Thema "Einstein und die Gravitationswellen" halten (für maximal 25 Personen). "Bis dahin wird sich noch einiges tun", meint er. Denn zurzeit werten die Physiker weitere Messungen aus, die wahrscheinlich noch mehr Botschaften in dem geheimnisvollen Knistern der Raumzeit enthalten. 

 

 

Unser neues Heft "Gravitationswellen - Warum die Entdeckung die Astrophysik revolutionieren wird" ist ab Dienstag, 15. März 2016 im Handel erhältlich.

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