So haben Wissenschaftler Gravitationswellen entdeckt - Wellen der Raumzeit. Albert Einstein nahm ihre Existenz vor 100 Jahren an, und die direkte Beobachtung lieferte den endgültigen Beweis für das Meisterwerk des großen Wissenschaftlers: die allgemeine Relativitätstheorie. Wissenschaftler von Caltech und MIT haben eine Gravitationswelle entdeckt, die von zwei kollidierenden Schwarzen Löchern erzeugt wird.
Einstein galt nicht immer als Genie. Als er zum ersten Mal seine fragwürdigen Gedanken zur Relativitätstheorie äußerte, organisierten einige Wissenschaftler Proteste. Andere verleumdeten Einstein einfach in der Presse und beschuldigten ihn sowohl für gefährliche Ideen als auch für jüdische Herkunft.
Aber die Arbeit des Wissenschaftlers stellte die Physik von Grund auf auf den Kopf. Einsteins Universum spielt schnell und natürlich mit den Konzepten von Position und Geschwindigkeit - mit Ausnahme von Licht, das immer mit 300 Millionen Metern pro Sekunde durch das Vakuum strömt. Raum und Zeit werden zu einer vierdimensionalen Melasse gemischt, die Raumzeit genannt wird und Materie, Materie, Masse dehnen und biegen kann. Und bewegte Materie folgt den Kurven der Raum-Zeit - einer verborgenen Geometrie, die wir als Schwerkraft wahrnehmen.
Klingt nach Unsinn.
Aber in den letzten 100 Jahren haben Experimente immer wieder gezeigt: Einstein hat recht. Seine Theorie wurde zu oft bewiesen, um all diese Zeiten hier aufzulisten, aber selbst die auffälligsten Fälle sind beeindruckend.
Licht ist sowohl eine Welle als auch ein Teilchen
Werbevideo:
Einsteins Name wird meistens mit Relativitätstheorie in Verbindung gebracht, aber er gewann den Nobelpreis für seine Arbeit über Licht. Die klassische Physik postulierte, dass Licht eine Welle ist, aber diese Theorie konnte nicht erklären, wie und warum Metalle bei Beleuchtung Elektronen emittieren - dieses Phänomen wird als photoelektrischer Effekt bezeichnet.
Einstein erklärte dieses seltsame Verhalten, indem er vorschlug, dass Licht tatsächlich aus diskreten Wellenpaketen (Photonen) besteht, deren Energien mit ihrer Frequenz verbunden sind. Diese Entdeckung führte zur Entstehung der Quantenphysik, in der sich alle Atome auf seltsame wellenartige Weise verhalten, und Einstein half, diese Entdeckung zu ermöglichen.
Die Raumzeit kann sich verbiegen
Einsteins erster großer Sieg in der allgemeinen Relativitätstheorie kam, als er das mysteriöse Wackeln in Merkurs Umlaufbahn erklärte. 1859 schrieb der brillante französische Astronom Urbain Le Verrier diesen Effekt einem nie zuvor gesehenen Planeten namens Vulcan zu, der Merkur anzieht. Aber jahrelange Suche führte zu nichts, niemand fand einen Vulkanier.
Zu Einsteins großer Freude brachte seine neue Relativitätstheorie Vulcan auf die Beine und zeigte, dass sich die Masse der Sonne in der Nähe der Raumzeit biegt, ähnlich wie eine Bowlingkugel eine elastische, aber weiche Oberfläche biegen würde. Da Merkur so nah an der Sonne ist, ist seine wackelnde Umlaufbahn der nächste Weg durch die Raumzeit, die von der Sonnenmasse gekrümmt wird. Es gibt keinen und keinen anderen Planeten: Es geht um die Geometrie des Universums, die Newton nicht vermutet hat.
Raumzeit kann eine "Linse" sein
Einstein hatte im Mai 1919 während einer totalen Sonnenfinsternis wieder Recht. Nach der Relativitätstheorie biegt die durch die Sonnenmasse gekrümmte Raumzeit das einfallende Sternenlicht wie eine Linse.
Der britische Astronom Arthur Eddington machte große Fotos von der Sonnenfinsternis und stellte fest, dass die Sonne den Hyades-Sternhaufen ausgestreckt und das Licht einzelner Sterne um etwa ein Zweitausendstel Grad gebogen hatte, wie von Einstein vorhergesagt, der die von der Newtonschen Physik vorhergesagte Krümmung verdoppelte.
Selbst Einstein hatte nicht erwartet, wie nützlich dieses Phänomen für Astronomen sein würde: Mit den Galaxien selbst als Riesenlinsen können Astronomen in den frühesten Jahren des Universums in die Vergangenheit blicken. Und wenn Astronomen sehen, dass die Linse durch unsichtbare Massen verursacht wird, können sie weite Bereiche dunkler Materie kartieren.
Die Rotation der Massen verdreht die Raumzeit
Materie verzieht nicht nur die Raumzeit wie die Bowlingkugel, sondern rotierende Massen wie die Erde ziehen leicht den Raum um sich herum, wie ein Löffel aus Melasse. Dies wirkt sich auf die Umlaufbahnen der nächstgelegenen Satelliten aus - den bizarren Effekt des Ziehens von Trägheitsreferenzrahmen, den Lense-Thirring-Effekt.
Der Lense-Thirring-Effekt, der 1918 durch die allgemeine Relativitätstheorie vorhergesagt wurde, wurde 2004 bestätigt, als Wissenschaftler herausfanden, dass die Erdrotation die Umlaufbahnen zweier Satelliten leicht verschob. Im Jahr 2011 bestätigte die NASA-Sonde Gravity Probe B den Fund und verfeinerte die Zahlen.
Die Schwerkraft verlangsamt die Zeit
Einsteins Gleichungen verleihen der Materie auch die Fähigkeit, die Zeit zu beschleunigen oder zu verlangsamen - und die Farbe des Lichts zu ändern.
Wir können beobachten, dass diese seltsame Vorhersage sogar von der Erde aus richtig ist: Das Licht entfernter Sterne nimmt höhere Frequenzen an - oder sieht blauer aus - als ein Beobachter im Weltraum sehen würde. Und je weiter Sie sich von der Gravitationsquelle der Erde entfernen, desto niedriger und niedriger wird die Frequenz, die das von der Erde emittierte Licht empfängt, um dem Effekt der Gravitationsrotverschiebung zu folgen.
Schließlich kann auch Ihr Smartphone die Relativitätstheorie nicht ignorieren: Ohne relativistische Korrekturen würden Uhren auf GPS-Satelliten jeden Tag 38 Mikrosekunden schneller ticken als auf der Erdoberfläche, wodurch die Genauigkeit des Systems nach zwei Minuten zerstört und täglich 10 Kilometer Fehler hinzugefügt würden.