Die Welt der Physik war in den letzten Wochen durcheinander, da Tweets und Gerüchte vermuten lassen, dass Wissenschaftler lang ersehnte Wellen in der Raumzeit entdeckt haben, die Gravitationswellen genannt werden. Während einige davon Spekulationen sind, gibt es Hinweise darauf, dass Forscher am Laserinterferometer-Gravitationswellenobservatorium (LIGO) auf die ersten direkten Beweise für diese Wellen gestoßen sind, seit Albert Einstein vor einem Jahrhundert in seiner allgemeinen Theorie ihre Existenz vorgeschlagen hat der Relativität.
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Hier sind fünf Dinge, die Sie über Gravitationswellen wissen sollten, um sich auf die bevorstehende Ankündigung vorzubereiten.
Was sind Sie?
Wenn Sie sich das Universum als einen riesigen Ozean vorstellen, sind Gravitationswellen wie Wellen, die entstehen, wenn ein Objekt auf seine Oberfläche fällt. Nach Einsteins Theorie lösen Änderungen der Beschleunigung massereicher Objekte im Weltraum, wie Neutronensterne und Schwarze Löcher, diese strahlenden Wellen durch das Gefüge der Raumzeit aus - mit den dramatischsten Auswirkungen von Kollisionen, schreibt Joshua Sokol für New Scientist .
Warum sind sie so eine große Sache?
Gravitationswellen würden nicht nur die Relativitätstheorie weiter unterstützen, sondern könnten Wissenschaftlern auch helfen, viele mysteriöse Phänomene im Kosmos zu untersuchen. Derzeit scannen Astronomen den Himmel mithilfe des elektromagnetischen Spektrums, das je nach Wellenlänge verschiedene Arten von Objekten sichtbar macht. Gravitationswellen wären "die direkteste Möglichkeit, den großen Teil des Universums zu untersuchen, der dunkel ist", sagt LISA Pathfinder-Wissenschaftler Bill Weber gegenüber Gizmodo . Die Wellen verlaufen durch ansonsten schwer zu erkennende Körper und gewähren einen Einblick in die mysteriösen Formen, die dem Sehen in einer ganz neuen Wellenlänge ähneln würden.
Obwohl diese Wellen schwer fassbar sind, spielen sie auch eine zentrale Rolle in vielen Theorien über die frühesten Anfänge des Universums. Berechnungen zeigen, dass sich das Universum in den Sekunden nach dem Urknall rasant ausdehnte. Gravitationswellen, die in dieser schnellen Inflationsperiode erzeugt wurden, hätten sich durch den kosmischen Mikrowellenhintergrund gedreht, die früheste Strahlung, die das Universum durchdringt. Die Wellen hinterließen Spuren wie Fingerabdrücke, die bis zu den Anfängen des Daseins zurückverfolgt werden konnten. LIGO wurde entwickelt, um kosmisch gesehen neuere Wellen zu erkennen, aber nur zu beweisen, dass sie existieren, wäre ein großer Schritt.
Wie suchen Wissenschaftler nach ihnen?
Laut Maddie Stone von Gizmodo versuchen die meisten Gravitationswellendetektoren, kleinste Änderungen des Abstands zwischen Objekten zu erkennen, die um einen bekannten Betrag voneinander getrennt sind . Die Idee ist, dass eine Welle, die durch die Erde fließt, die Raum-Zeit auf eine Weise verknittert, die diese Distanz verändert.
Es gibt mehrere laufende Experimente auf der ganzen Welt, bei denen jeweils verschiedene Techniken getestet werden. LIGO verfügt beispielsweise über zwei Detektoren, die fast 2.000 Meilen voneinander entfernt sind, und sammelt Daten von 75 Observatorien auf der ganzen Welt, um mögliche Signale von Gravitationswellen, die durch die Erde fließen, zu erkennen und zu triangulieren. Andere Forscher haben vorgeschlagen, hochempfindliche Atomuhren zu verwenden, um zeitliche Verzerrungen zu erkennen, und die Europäische Weltraumorganisation hat kürzlich einen Satelliten gestartet, der Technologien testen soll, die Wissenschaftlern helfen könnten, neue Wege zur Messung winziger Schwankungen im Weltraum zu finden.
Warum sind sie so schwer zu erkennen?
Wenn Sie einen Stein in ein Gewässer fallen lassen, werden die Wellen kleiner, je weiter sie sich vom Epizentrum entfernen. Gravitationswellen folgen dem gleichen Grundprinzip. Der Weltraum ist riesig und Wissenschaftler glauben, dass viele der Quellen von Gravitationswellen Körper sind, die an den Rändern des Universums schweben, was bedeutet, dass alle Signale, die die Erde erreichen, extrem schwach und schwer zu isolieren wären. Die meisten Observatorien, die nach Gravitationswellen suchen, müssen sich nach winzigen Verzerrungen im Raum-Zeit-Gefüge umsehen - die LIGO-Detektoren können beispielsweise Verschiebungen messen, die nur ein Zehntausendstel des Durchmessers eines Protons betragen, schreibt Sokol.
Warten Sie, warum kommt Ihnen das bekannt vor?
Es ist nicht das erste Mal, dass Wissenschaftler Gravitationswellen entdecken. 2014 sagten Astronomen, die mit dem BICEP2-Observatorium in der Nähe des Südpols zusammengearbeitet hatten, sie hätten Hinweise auf Gravitationswellen seit dem Beginn des Universums gefunden. Aber das stellte sich als Fehlalarm heraus, der durch kosmischen Staub verursacht wurde. LIGO hatte in der Vergangenheit auch eigene Fehlalarme. Bevor das Observatorium auf seine aktuelle Empfindlichkeit hochgerüstet wurde, erkannten die Forscher 2010, was ihrer Meinung nach ein Hinweis auf eine Gravitationswelle sein könnte. Später erkannten sie jedoch, dass es sich nur um ein Signal handelte, das ihre eigenen Wissenschaftler machten, um zu testen, ob sie den Unterschied zwischen einem gefälschten Signal erkennen konnten und die reale Sache.
Wir werden zwar erst am Donnerstag sicher wissen, was bei LIGO passiert ist, aber es gibt Hinweise in den öffentlichen Protokollen der Beobachtungsstelle, die darauf hindeuten, dass sie sich diesmal tatsächlich auf etwas befinden könnten. Seit Beginn des aktuellen Experiments im vergangenen September haben LIGO-Forscher mindestens drei Ableitungen in verschiedenen Himmelsregionen verfolgt, berichtet Sokol. Es könnte ein weiterer Fehlalarm sein, aber jetzt warten Physiker, Astronomen und Weltraumenthusiasten mit wachsender Aufregung.
