Was sind Gravitationswellen? Die wichtigsten Fragen und Antworten

Forscher haben den letzten unbewiesenen Teil Albert Einsteins‘ Relativitätstheorie nachgewiesen: Gravitationswellen. Warum das so wichtig ist und was diese Entdeckung bedeutet.

@ Screenshot Youtube

Schematische Darstellung von Gravitationswellen. @ Screenshot Youtube

Das Gravitationswellen-Observatorium LIGO hat die Entdeckung der lang gesuchten Gravitationswellen verkündet – höchstwahrscheinlich werden die Forscher dafür den Nobelpreis der Physik bekommen. Doch was hat es mit den Wellen überhaupt auf sich? Die wichtigsten Fragen und Antworten.

Was sind Gravitationswellen?

Das ist nicht ganz leicht zu erklären. Eine gängige Variante geht so: Kurz nach dem Urknall blähte sich das Weltall extrem schnell auf. Unvorstellbar viel Masse muss sich unvorstellbar schnell ausgebreitet haben. Dabei entstanden Gravitationswellen. Stark vereinfacht lassen sie sich mit Schallwellen vergleichen. Ein Unterschied: Sie breiten sich viel schneller aus als Schall, nämlich mit Lichtgeschwindigkeit.

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Auch heute sollte es noch Gravitationswellen geben, zum Beispiel dann, wenn zwei schwarze Löcher im Weltall zusammenstoßen. Die Folgen sind auch auf der Erde nachweisbar, allerdings nur mit extrem genauen Messgeräten (dazu später mehr): Die Erde dehnt und staucht sich minimal.

Wie haben die Forscher die Wellen nachgewiesen?

Gravitationswellen haben Einfluss auf die Raumzeit, ein Konstrukt, das Einstein in seiner Relativitätstheorie aufgestellt hat. Er mischte die drei Dimensionen Länge, Breite und Höhe mit der Zeit und formte daraus die Raumzeit, die man sich vereinfacht wie ein Trampolin vorstellen kann. Legt man eine Masse, etwa einen Stein, auf das Trampolin, so beult die Spannfläche (also die Raumzeit) etwas aus. Das folgende Video erklärt das genauer.

Wenn zwei schwarze Löcher zusammenstoßen, ist diese Ausbeulung besonders groß, weil sie sehr viel Masse haben. Auch wenn das sehr weit von der Erde entfernt geschieht, müsste es auch hier messbar sein. Dafür schicken Forscher Laserstrahlen mit derselben Wellenlänge im Winkel von 90 Grad durch einen Tunnel auf einen Spiegel in einiger Entfernung. Die Strahlen werden dort reflektiert und kehren zu ihrem Ausgangspunkt zurück. Dort treffen sie wieder aufeinander. Gravitationswellen verändern die Länge der Tunnel minimal, was bedeutet, dass sie die Laser nicht mehr treffen. Das wäre der Beweis für Gravitationswellen.

Der Versuchsaufbau © Screenshot Youtube

Warum ist die Entdeckung so wichtig?

Die Folgen der Gravitationswellen des Urknalls sind bis heute messbar. Der Nachweis und mehr Verständnis darüber, was Gravitationswellen sind, würden uns helfen, das Universum besser zu verstehen: den Urknall, die Geburt von Sternen, das Verschmelzen schwarzer Löcher.

Wer hat’s erfunden?

Einstein. Also nicht erfunden, sondern vorhergesagt. Alle Teile seiner mehr als 100 Jahre alten Relativitätstheorie konnten Stück für Stück nachgewiesen werden. Das letzte fehlende Puzzlestück waren Gravitationswellen.

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