Gravitationswellen Entdeckung - Bedeutung?

4 Antworten

Hallo GeneralZero!

Wie es auch sonst für Medien üblich ist, wurde die kürzlich gemachte Entdeckung von Gravitationswellen, die zunächst nichts weiter als einen indirekten (!) Beweis darstellt, ein kleines bisschen überbewertet. Von einer "bahnbrechenden Entdeckung" zu reden, ist da tatsächlich etwas überspitz formuliert.

Gravitationswellen sind in der Astrophysik nichts neues. Sie sind ein Phänomen, dass die Allgemeine Relativitätstheorie (ART) in ihren Gleichungen mathematisch vorgibt. Ein Physiker mit dem Namen Henri Poincare spekulierte schon sehr früh, über sogenannte ,,Wellen der Beschleunigung". Er wollte mit ihnen ungelöste Probleme, bezüglich der Planetenbahnen und den jeweiligen Orbitalgeschwindigkeiten lösen.

Albert Einstein wies dann 1916 das erste Mal nach, dass es Gravitationswellen seiner Theorie zufolge tatsächlich geben müsste! Doch was sind Gravitationswellen denn überhaupt?

Rein mathematisch formuliert, handelt es sich um Fluktuationen im metrischen Tensor der Einsteinschen Feldgleichungen. Physikalisch ausgedrückt, repräsentieren sie wellenförmige Schwingungen der Raumzeit, die von Objekten ausgehen, die sich gegenseitig stark beschleunigen.

Einstein hielt seine Lösungen im Blick, und leitete 1918 in seiner Arbeit mit dem Titel ,,Über Gravitationswellen", bis auf einen fehlenden Faktor zwei, das erste mal die sogenannte Quadrupolformel her. Die Grundannahme die seinen Modellen damals zugrunde lag war, dass jeder Körper der durch mechanische Kräfte beschleunigt wird, Energie in Form von Gravitationswellen abstrahlen würde. Einsteins Überlegungen galten dabei zunächst also nur für Körper, die mechanische Kraftwirkungen erfahren hatten beispielsweise wie rotierende Hanteln oder schwingende Stahlplatten.

Die Quadrupolformel konnte nun genau bestimmen, wie viel Energie ein Körper durch Gravitationswellen abstrahlen würde. Für unsere Erde mit einer mittleren Orbitalgeschwindigkeit von ca. 30 Km/s erhielt man für diesen Wert nur 200 Watt pro Sekunde. Das ist unmessbar wenig im Vergleich zu dem, was zwei umkreisende Schwarze Löcher abstrahlen die unmittelbar vor dem Verschmelzen stehen.

Überall da, wo Massen beschleunigt werden, sollte es gemäß der ART zur Abstrahlung von Gravitationswellen kommen. Nun hatte Einstein auch entdeckt, dass es sich bei Gravitationswellen um sogenannte transversale Wellen handelt, dh. sie stauchen und dehnen den Raum senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung. Aus dieser Tatsache lässt sich nun auch die Amplitude h einer solchen Welle bestimmen, die repräsentativ ein Maß für ihre Stärke ist.

Rollt eine Gravitationswelle zb. über zwei im Raum frei herumschwebende Massen hinweg, so ändert sich der Abstand d der beiden Objekte um den Betrag Delta d. Die Amplitude ist dann: h = Delta d / d

Selbst auf astronomischen Skalen, erzeugen nur wenige Prozesse Gravitationswellen nennenswerter Amplitude. Hinzu kommt, dass die Stärke einer Gravitationswelle umgekehrt proportional zur Entfernung von der Ausgangsquelle sinkt. Sehr weit entfernte Objekte, denen starke Gravitationswellenemissionen unterliegen, können so zb. gar nicht mehr ausfindig gemacht werden. Der letzte Punkt ist nun, dass einem lange nicht klar war, wie man derartige Schwingungen der Raumzeit nachweisen könnte. Gravitationswellen sind nicht sichtbar, sie riechen nicht, sie wechselwirken auch nicht elektromagnetisch oder gravitativ, die Chancen standen denkbar schlecht.

Doch da kam einem ein Doppelsternsystem aus zwei kompakten Sternleichen in den Kopf. Zwei sehr dichte Objekte mit etwa 0,5 Sonnenmassen umkreisten sich und beschleunigten sich dabei gegenseitig gravitativ. Diese Gravitationsbeschleunigung wurd erfasst, und man ermittelte erstmals wie viel Energie das Doppelsternsystem gemäß den Gleichungen der ART in Form von Gravitationswellen verlieren müsste. Diesen Wert hielt man mathematisch fest!

Man beobachtete das System dabei weiter und machte eine interessante Entdeckung. Die Umlaufperiode wurde kleiner, sprich die Entfernung beider Körper zueinander nahm ab. Warum? Ihnen wurde in Form von Gravitationswellen, Bahndrehimpuls abgeführt und ein stabiler Gleichgewichtszustand stellte sich erst wieder ein, als sich beide Objekte nähergekommen waren. Dabei stimmte das Abbremsungsmaß, das vermessen wurde, perfekt mit den Aussagen der Quadrupolformel überein. Das war der erste Beweis dafür, dass die ART auch in starken Gravitationsfeldern mathematisch ihre Gültigkeit besitzt.

Gravitationswellen spielen daher eine fundamentale Rolle in weiten Teilen der Forschung! Sie werden in ihrem Ausmaß oftmals völlig unterschätzt. Der kürzlich gemachten Entdeckung, eilte ebenfalls eine Vorhersage voraus, die sich nun wieder gut mit dem beobachteten deckt! Das ist wahrlich ein Erfolg für die Physik, und speziell die ART. Alternative Gravitationstheorien werden durch diese Erfolge zunehmend falsifiziert und der physikalische Verlass auf die Mathematik der ART wird zunehmend immer größer.

LG Pflanzengott! :)

es wurden nicht gravitationswellen direkt nachgewiesen, sondern deren "abdruck" in der kosmischen hintergrundstrahlung. in dieser hat man bestimmte polarisationsmuster gefunden, die sich nur durch gravitationswellen aus der inflatrionsphase des universums erklären lassen.

somit ist dies quasi ein weiterer indirekter nachweis von gravitationswellen. das an sich wäre schon recht toll (wenn auch nicht sensetionell, denn indirekt kann man gravitationswellen an doppelsternsystemen schon seit jahrzehnten nachweisen, gabs auch schon einen nobelpreis dafür. an deren existenz wird heute eigentlich ohnehin nicht mehr wirklich gezweifelt, auch wenn der direkte nachweise (noch) austeht), die eigentlich sensation ist aber etwas anderes.

wir wissen heute, dass das universum wie wir es kennen aus einem unglaublich heißen und dichten zustand vor etwas mehr als 13 mrd. jahren hervorgegangen ist und sich seither ausdehnt. dieses modell ist durch viele unabhängige messung experimentell sehr gut untermauert, auch wenn das manchen laien nicht gefällt (warum auch immer?). gewisse probleme mit den beobachtungen lassen sich aber nur damit in einklang brignen, dass sich das universum ganz am anfang unglaublich viel schneller ausgedehnt hat. und um diese hypothese der inflation ganz zu beginn des universums geht es in den jetzt veröffentlichen messungen.

denn die gravitationswellen, deren auswirkungen man in der komsischen hintergrundstrahlung nachgewiesen hat, stammen aus dieser zeit und können daher das modell der inflation belegen, wenn sich die messungen als korrekt herausstellen und bestätigt werden könnnen.

und aussagen wie: "heiliger gral, neue ära,..." naja, medien lieben halt solche darstellungen. aber wichtig für unser verständnis des universums ist es in der tat und sollte es sich bestätigen, ist es eine der bedeutensten entdeckung der letzten zeit.

Hallo,

erstmal bedeutet es nichts. Allerdings liefert es die Basis für Spekulationen, vielleicht sogar eine Erklärung für dunkle Energie, also jene Kraft, die für die Expansion des Universums sorgt. Wie weit die Folgen einer Entdeckung reichen lässt sich zum Zeitpunkt der Entdeckung meist noch nicht sagen, das ist interdisziplinär so. Dazu braucht es Erfinder. Der heilige Graal der Astronomie ist eigentlich den Zustand nach dem Urknall zu rekonstruieren und die Gravitationswellen bringen uns dem ein Stückchen näher.

Außerdem: Einsteins Relativitätstheorie ist mit nichten wissenschaftlich bestätigt, eher noch dementiert. Der Grund dafür ist, dass sie nicht universell einsetzbar ist sondern nur bei großen Objekten (Makrokosmos) funktioniert, nicht aber im Zusammenspiel von Atomen und vor allem Quarks (Mikrokosmos). Als sicher gilt jedoch, dass alle Dimensionen miteinander verbunden sind, Stichwort "Raumzeit". Es gilt viel eher als Rätsel, warum die Berechnungen an Hand der Relativitätstheorie dennoch zum richtigen Ergebnis führen. Als Gegentheorie wurden die sog. String-Theorien erdacht (ich glaube fünf an der Zahl), die man später in der M-Theorie zusammengefasst hat. Da steckt aber noch viel zu viel Spekulation drin zumal der Mikrokosmos noch längst nicht verstanden ist.

Ich hoffe, das verschafft dir einen kleinen Überblick :)

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