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Die Erde verdreht die Raumzeit

Einstein hatte recht: Die Erde erzeugt eine kleine Delle in der Raumzeit. Zudem verwirbelt sie durch ihre Drehung den unsichtbaren Stoff, aus dem das Universum besteht. Das zeigen die Messungen der Nasa-Sonde Gravity-Probe B, die 2004 16 Monate lang in 642 Kilometern Höhe über der Erde kreiste. „Die Raumzeit rund um die Erde scheint genauso verzerrt zu sein, wie es Einsteins Relativitätstheorie vorhersagt“, sagte Francis Everitt von der Stanford University, der leitende Wissenschaftler der Mission, gestern auf einer Pressekonferenz der amerikanischen Raumfahrtagentur Nasa.

Für Physiker war es ein bahnbrechendes Experiment: „Eines Tages wird es als Klassiker in den Lehrbüchern der Physik erscheinen“, sagt der Relativitätstheorie-Experte Clifford Will von der Washington University in St. Louis. Einsteins Theorie besagt, dass Raum und Zeit untrennbar miteinander verwoben sind. Gemeinsam bilden sie die vierdimensionale Raumzeit. Massereiche Objekte wie Sterne oder auch Planeten dellen die Raumzeit demnach ein, ähnlich wie ein schwerer Mensch, der auf einem Trampolin steht.

Die Drehung der Erde verursacht weitere Deformationen. „Wenn die Erde in Honig eingetunkt wäre, würde sie den Honig verwirbeln, weil sie sich um die Sonne und um ihre eigene Achse dreht“, sagt Everitt. „Genauso ist es mit der Raumzeit.“ Schon Ende der 1950er Jahre hatten Stanford-Forscher die Idee, dass man diese Effekte mit Hilfe eines rotierenden Kreisels in einem Satelliten messen könnte. In der Erdumlaufbahn wirken auf einen solchen Kreisel keine äußeren Kräfte. Seine Achse sollte daher immer in die gleiche Richtung zeigen, zum Beispiel auf einen Stern ? es sei denn, die relativistischen Effekte zerren an dem Kreisel.

In der Praxis war dieses Experiment allerdings damals noch nicht durchzuführen. Erst Jahrzehnte später existierten geeignete Technologien, um die nötige Präzision zu erreichen. Die Kreisel ? tischtennisballgroße Kugeln aus Quarz und Silizium ? gehören beispielsweise zu den perfektesten Kugeln, die jemals hergestellt wurden. So sollte sichergestellt werden, dass sie nicht schon von alleine hin und her wackeln. Die Kreisel mussten zudem vor allen Umwelteinflüssen geschützt werden, die die Rotation gestört hätten, zum Beispiel vor Temperaturschwankungen, dem Erdmagnetfeld oder den Resten der Erdatmosphäre in der Umlaufbahn. Das gesamte Experiment war in einen Behälter mit supraflüssigem Helium eingebettet, dessen Temperatur zwei Grad über dem absoluten Temperaturnullpunkt lag.

Trotzdem gab es Schwierigkeiten mit unerwartetem Gewackel. Die Projektwissenschaftler mussten Messungen und Störsignale in mühevoller Arbeit auseinanderdividieren ? daher können sie ihre Ergebnisse erst jetzt, fast sechs Jahre nach Ende des Experiments, in der Zeitschrift Physical Review Letters vorstellen. Das Ergebnis: Die Delle in der Raumzeit lenkte die Kreiselachse um 0,0018 Grad pro Jahr von ihrer Position ab. Das bestätigt Einsteins Berechnungen mit einer Genauigkeit von über 99 Prozent. Der Effekt durch die Erddrehung war wesentlich kleiner, sie lenkte den Kreisel um 39 Millibogensekunden oder elf hunderttausendstel Grad pro Jahr ab. Die Genauigkeit dieser Messungen war daher geringer, stimmt aber ebenfalls recht gut mit Einsteins Vorhersage überein.

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