Gravitationswellen

Nobelpreis: Drei Physiker verändern die Welt der Astronomie

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Die ersten gemessenen Gravitationswellen aus dem Jahr 2015 stammten von zwei verschmelzenden Schwarzen Löchern.

Die ersten gemessenen Gravitationswellen aus dem Jahr 2015 stammten von zwei verschmelzenden Schwarzen Löchern.

Foto: imago stock / imago/Science Photo Library

Drei US-Amerikaner bekommen den Physik-Nobelpreis für den Nachweis der Gravitationswellen. Was würde wohl Albert Einstein dazu sagen?

Stockholm.  Nobelpreisverdächtig. Schon mit der Präsentation ihrer Entdeckung in Washington im Februar 2016 war klar – den Astrophysikern vom Ligo-Observatorium in den USA war etwas gelungen, das zumindest die Welt der Astronomie grundlegend verändern würde: Sie hatten erstmals Gravitationswellen aus dem All direkt messen können. Nun, anderthalb Jahre später werden drei US-Forscher für diesen Nachweis mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.

Die Bedeutung dieses Nachweises wird vielen Nicht-Physikern verborgen bleiben: Gravitationswellen; Relativitätstheorie, speziell und allgemein; Schwarze Löcher; Raumzeit – all das, schwer zu greifen.

Wie ein neues Sinnesorgan für die Menschheit

Dabei geht es um viel mehr als um den reinen Nachweis von irgendwelchen unsichtbaren Wellen: „Im Grunde genommen haben wir eine neue Art von Teleskop gebaut“, sagte Rainer „Rai“ Weiss, einer der drei Preisträger, nach der Präsentation des ersten Nachweises im Februar 2016. Die Forscher erhoffen sich neue Erkenntnisse zu Sternenexplosionen und zum Urknall. Das Fachblatt „Science“ erklärte den Nachweis zum wissenschaftlichen Durchbruch des Jahres.

„Die Menschheit hat ein neues Sinnesorgan gewonnen“, beschreibt Karsten Danzmann die Bedeutung des Nachweises. Der Physiker ist Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover und hat mit seinem Team das Herzstück des Ligo entwickelt, ein hochpräzises Lasersystem. „99 Prozent des Universums sind ohne Licht. Bislang sind wir durch ein dunkles Universum getappt“, sagte Danzmann unserer Redaktion. Mit Hilfe der Gravitationswellen könne man nun „hören“, was dort oben los ist.

Gravitationswellen entstehen auch beim Start eines Autos

Gravitationswellen entstehen insbesondere, wenn große Objekte wie Sterne beschleunigt werden. Aber auch beim Start eines Autos entstehen sie. Die Wellen stauchen und strecken den Raum – ähnlich wie ein ins Wasser geworfener Stein die Oberfläche kräuselt – nur sind sie in der Regel unfassbar winzig.

Die ersten im September 2015 nachgewiesenen Gravitationswellen stammten von zwei verschmelzenden Schwarzen Löchern mit jeweils etwa der 30-fachen Masse unserer Sonne in rund 1,2 Milliarden Lichtjahre Entfernung von der Erde. Ein Lichtjahr ist die Strecke, die das Licht in einem Jahr zurücklegt. Zum Vergleich: Die Entfernung zwischen Erde und Mond beträgt etwa 1,3 Lichtsekunden, der Durchmesser unserer Galaxie 100.000 Lichtjahre.

Einstein beschrieb Gravitationswellen schon vor 100 Jahren

Es war Albert Einstein, der bereits vor 100 Jahren Gravitationswellen vorhersagte. Doch als er am 11. Mai 1916 seine Allgemeine Relativitätstheorie in den „Annalen der Physik“ veröffentlichte, glaubte er nicht daran, dass seine Theorie je nachgewiesen werden könnte. Dass diese winzigen Ausschläge jemals gemessen würden.

Hundert Jahre später gelang den Astrophysikern am Ligo dann der Coup. Ligo ist ein sogenanntes Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium. Es besteht aus Detektoren mit zwei rechtwinklig zueinander angeordneten, jeweils vier Kilometer langen Armen. Gravitationswellen stauchen und strecken Antennen darin um winzige Beträge. Im Inneren der Arme laufen Laserstrahlen, mit denen sich eine Änderung der Armlänge extrem genau messen lässt.

Zusammenarbeit begann schon 1975 – in einem Hotelzimmer

Nun erhalten der in Deutschland geborene und vor den Nazis geflohene Rainer Weiss, Kip Thorne und Barry Barish dafür den Nobelpreis. „Es ist die Eröffnung von dem, was einige Gravitationswellen-Astronomie nennen“, sagte Weiss. Auch Danzmann sagt: „Unser Feld ist durch den Nachweis von einem obskuren Randgebiet der Physik zur Astronomie geworden.“

Der 85-jährige Weiss erstellte 1972 ein Konzept für den Bau eines Gravitationswellen-Observatoriums in den USA. Die Zusammenarbeit mit dem heute 77 Jahre alten Theoretiker Thorne habe im Sommer 1975 in einem Hotelzimmer in Washington begonnen, erzählten Thorne und Weiss nach einer Preisverleihung 2016. Thorne schlug dem California Institute of Technology (Caltech) vor, eine Gruppe auf dem Gebiet aufzubauen.

„Ich würde sehr gerne sein Gesicht sehen“

Der heute 81-jährige Barish übernahm 1994 die Leitung des Ligo und schuf aus einem kleinen Team von 40 Forschern eine große internationale Gruppe von inzwischen mehr als 1000 Mitgliedern.

Im September 2015 registrierte das Team erstmals Gravitationswellen mit dem Ligo. Inzwischen gelang dies mindestens drei weitere Male, vor wenigen Wochen erstmals auch in Europa am Observatorium Virgo in Italien.

Und was würde Einstein sagen? Er würde uns sicher zuerst zur Technik befragen, sagte Weiss. Der theoretische Physiker sei immer neugierig darauf gewesen, wie etwas funktioniert. „Ich würde unheimlich gerne Einsteins Gesicht sehen, während wir ihm von unserer Entdeckung erzählen.“ (dpa/lary)

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