Vortrag zum Nachweis der Gravitationswellen

Im Februar ließ die sensationelle Nachricht aufhorchen, dass der Nachweis von Gravitationswellen nach mehr als 25-jähriger Suche gelungen ist. Aus diesem Anlass hielt der Physiker A. Singh, ein Mitarbeiter des Albert-Einstein-Instituts Hannover (Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik) an unserer Schule am Dienstag, 8. März einen eindrucksvollen Vortrag zu diesem Thema in englischer Sprache für unsere Schülerinnen der Kursstufen in der nahezu vollbesetzten Aula.

Sein Vortrag mit dem Titel "Looking into the depths of the cosmos" war eine Tour durch 300 Jahre Wissenschaftsgeschichte, beginnend mit den Gesetzen Isaac Newtons (1643 bis 1727), welche die Vorgänge im damals bekannten Universum mit absoluter Zeit im absoluten Raum gut beschreiben konnten. Erst durch die Veröffentlichung der Speziellen Relativitätstheorie (SRT) im Jahre 1905 durch Albert Einstein (1879 bis 1955) wurde deutlich, dass die Newton´sche Mechanik nur ein Spezialfall einer umfassenderen Theorie ist. Hier verlieren Raum und Zeit ihre absoluten Eigenschaften und werden zur vierdimensionalen Raumzeit verbunden. Einsteins Theorie beschreibt Phänomene, die sich mit den Schlagworten „Zeitdehnung“ oder „bewegte Uhren gehen langsamer“ und „Längenkontraktion“ oder „bewegte Maßstäbe sind verkürzt“ beschreiben lassen. Während also Längen und Zeiten ihre Absolutheit verlieren, ist die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit  ein weiteres Prinzip der Theorie.

Die Grundidee der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART), die Einstein 1915 veröffentlichte, ist die Annahme, dass die Gravitation direkt aus der Geometrie von Raum und Zeit ableitbar ist, indem die Massen den Raum verzerren. Deshalb zeigt Licht, das sich von schweren Massen entfernt, eine Rotverschiebung. Auch wird Licht abgelenkt, wenn es sich an großen Massen vorbei bewegt. Dies führt zum Phänomen der Einsteinringe, die Herr Singh eindrucksvoll beschrieben hat.

Vor 100 Jahren hat Albert Einstein die Existenz von Gravitationswellen vorausgesagt, die sich aus den Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie herleiten ließen. Sie entstehen, wenn Massen sich beschleunigt bewegen und breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus. Die jetzt nachgewiesenen Gravitationswellen sind in einer Entfernung von 1,3 Milliarden Lichtjahren (also vor 1,3 Milliarden Jahren) bei der Kollision zweier schwarzer Löcher mit 29 und 36 Sonnenmassen entstanden. Das dabei gebildete schwarze Loch hatte nur noch 62 Sonnenmassen, also wurde eine Energiemenge, die nach Einsteins berühmter Gleichung E =m c² etwa 3 Sonnenmassen entspricht, in Form von Gravitationswellen abgestrahlt. Diese werden in riesigen Laser-Interferometern nachgewiesen, indem sie den Raum um winzige Strecken verzerren und damit die Interferenz zweier Laserstrahlen stören.

Herr Singh zog mit seinem Vortrag das Publikum mehr als eine Stunde lang in seinen Bann und beantwortete anschließend noch einige Fragen der Schülerinnen, die von ihnen in lupenreinem Englisch gestellt wurden.

In einem Artikel wurde die Vermutung geäußert, dass wenn Einstein noch lebte, er wohl jetzt noch einen Nobelpreis für die Vorhersage der Gravitationswellen erhalten würde. Für den jetzt gelungenen Nachweis dieser Wellen könnte der Nobelpreis in den nächsten Jahren aber durchaus vergeben werden.

Die Forschung über Gravitationswellen wird natürlich weitergehen. Ein großes Ziel ist der Aufbau eines Gravitationswellendetektors im Weltall. Dazu wurde als erstem Schritt am 3. Dezember 2015 die Weltraummission LISA Pathfinder gestartet, bei der das Institut für Gravitationsphysik in Hannover ebenfalls federführend beteiligt ist.

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