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GRAVITATIONSWELLEN
(Kategorie: Physik)

Gravitationswellen sind Wellen in der Raumzeit, die, wenn sie gefunden würden, hervorragend Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie bestätigen würden. - Wie bitte? Also, ganz langsam.

Laut Einsteins Relativitätstheorie bilden Raum und Zeit eine Einheit - das Gefüge, auf dem die Planeten ihre Bahnen ziehen, Sterne entstehen und vergehen und so weiter. Dieses Gefüge nun kann durch Massen gestaucht und gedehnt werden - wobei wie bei einem Gummituch sich die Krümmung ändert, und damit einhergehend z.B. die Bahnen von Murmeln, die man auf dem Tuch rollen lässt.

Wie aber auch beim Gummituch können bestimmte Ereignisse dafür sorgen, dass die Raumzeit ins Zittern gerät - und in Schwingungen. Dies passiert beispielsweise, wenn zwei schwere Objekte (sagen wir, zwei Neutronensterne - oder auf unserem Gummituch zwei Bowlingkugeln)einander umkreisen, oder wenn es eine sehr heftige und plötzliche Erschütterung der Raumzeit gibt, zum Beispiel ein explodierender Stern oder verschmelzende Schwarze Löcher... Es breiten sich dann also wellenförmig die Krümmungen und Stauchungen der Raumzeit aus; und da die Krümmung der Raumzeit laut Relativitätstheorie nichts anderes als Gravitation ist, handelt es sich also um Gravitationswellen!

Die G. laufen mit Lichtgeschwindigkeit durch die Raumzeit, und wenn es sie gibt, sollte man eventuell irgendwann auch einmal eine messen können. - Wie machen sich G., wenn sie durch uns durchlaufen, denn bemerkbar?

Nun, da es sich um Raumkrümmungen handelt, würden wir erst z.B. in die Breite und danach in die Höhe gezogen, ein bißchen wie im Spiegelkabinett; nur, dass das wirklich passieren würde. Wir allerdings würden das nicht merken, denn erstens würde alles um uns herum exakt im gleichen Maßstab das gleiche tun; und zweitens - und hier kommt das Problem - sind die Wellen zu klein. Daszu gleich, vorher noch: Wie misst man denn sowas?

Man baut zwei senkrecht zueinander stehende Röhren. Im Kreuzungspunkt der beiden stellt man einen Laser hin und teilt dessen Strahl mit einem Halbspiegel in zwei Strahlen - die man in je eine Röhre hineinleitet, am Ende derselben mit einem Spiegel zurück zum Kreuzungspunkt lenkt und dort auffängt und wieder übereinanderlegt... Logisch? Logisch. Zwei Röhren, zwei Lichtstrahlen, am Ende Spiegel, und am Startpunkt wieder "einsammeln" und übereinanderlegen. Was passiert?

Im Normalfall: Nichts. Man sieht eben ein ganz normales Laserlicht. Aber: Sobald eine Gravitationswelle durch die Apparatur läuft, verändert sich die Länge der beiden Röhren zueinander; der Laser läuft durch einen der Arme länger als durch den anderen; und zurück am Kreuzungspunkt kann man beim Übereinanderlegen der beiden Strahlen eine Verschiebung des Wellenganges, eine sog. Interferenz, feststellen! Dies wäre ein ziemlich direkter Nachweis für eine Gravitationswelle.

Nur: Die technischen Herausforderungen sind riesig. Eines der aktuell laufenden Experimente namens GEO600 bei Hannover hat "Armlängen" von ca. 600 Metern. Der erwartete Längenunterschied eines Armes beim Durchlaufen einer Gravitationswelle ist dabei aber kleiner als ein 10^-18 Meter, also kleiner als ein trillionstel Meter! Diese Messgenauigkeit herzustellen ist eine ungeheuer schwierige Aufgabe, ebenso wie die Trennung des Signales, das man messen möchte, vom Hintergrundrauschen: Es mussten schon Experimente dieser Art in den USA kurzzeitig abgeschaltet werden, weil in Sibirien Wälder gefällt wurden - und die Erschütterung störte...

Die nächste Generation dieser Experimente wird möglicherweise ins All verlegt - unter dem Namen LISA sollen drei Satelliten in einer Entfernung von je 1 Million Kilometer ein gleichseitiges Dreieck bilden und sich mit Laserlicht anvisieren - und so mögliche Abstandsänderungen registrieren.

Bisher jedenfalls (Stand Dez. 2015) wurde noch keine G. tatsächlich nachgewiesen.

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