LIGO-Wissenschaftler entdecken Gravitationswellen, Albert Einstein hat Recht

Wissenschaftler des Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatoriums (LIGO) haben heute bestätigt, dass sie endlich Beweise für Gravitationswellen gefunden haben und damit das 100 Jahre alte Puzzle gelöst haben, das Albert Einstein besessen hat. Es ist eine der wichtigsten Entdeckungen, die jemals von Physikern gemacht wurden, und es verspricht, zu einer Kaskade anderer Entdeckungen zu führen.

"Wir haben Gravitationswellen entdeckt", sagte LIGO-Direktor David Reitze während der Ankündigung am Donnerstag und bestätigte monatelange Gerüchte, die in der wissenschaftlichen Gemeinschaft kursieren. „Dies ist wirklich ein wissenschaftlicher Mondschuss. Und wir haben es geschafft - wir sind auf dem Mond gelandet. “

1916 veröffentlichte Einstein seine Relativitätstheorie. Die Theorie prognostizierte die Existenz von Gravitationswellen unter den sehr vielen Möglichkeiten, die für die Grundlagen der modernen Physik von entscheidender Bedeutung sind: Wellenbewegungen in der Raumzeit, die sich aufgrund der Masse nach außen bewegen. Nachdem Einstein die Existenz dieser Wellen gesetzt hatte, starb er, bevor er sie tatsächlich lokalisierte.

Weil Einsteins Arbeit von grundlegender Bedeutung war, hängt fast alles, was wir über die Schwerkraft zu wissen glauben, von der Existenz von Gravitationswellen ab. Das bedeutet, dass bis heute das meiste, was wir über die Schwerkraft wussten, nicht wirklich bestätigt wurde. Das ändert sich alles.

Warum hat es so lange gedauert? Gravitationswellen sind so klein und schwach, dass Wissenschaftler nach einem Signal gesucht haben, das auf einer Skala von -23 liegt. Es gab immer eine Fülle sekundärer Beweise, aber echte Beweise sind in dieser Größenordnung wahnsinnig schwer zu finden, weshalb LIGO vor 25 Jahren zusammengestellt wurde. In einer Zusammenarbeit zwischen dem MIT, Caltech und fast 1000 Wissenschaftlern aus 16 Ländern baute LIGO ein Interferometer: ein vier Kilometer langes Instrument, das Laser mit Spiegeln hin und her schiesst, um Signale zu erkennen, die so klein sind wie 1/1000 des Durchmessers a Proton.

LIGO baute zwei dieser äußerst empfindlichen Instrumente - eines in Hanford, Washington, und eines in Livingston, Louisiana -, um sicherzustellen, dass alles, was sie fanden, überprüft werden konnte. Beide Instrumente gingen im Jahr 2002 online, aber für 13 Jahre gab es nichts als Dunkelheit.

Am 14. September 2015, zwei Tage nach Inbetriebnahme der neu aufgerüsteten Interferometer, fanden die LIGO-Forscher endlich etwas. Wie sie später erfahren würden, war dies ein Signal, das von zwei schwarzen Löchern erzeugt wurde - jeweils mit einem Durchmesser von etwa 150 km und dem 30-fachen der Masse der Sonne. Sie drehten sich mit halber Lichtgeschwindigkeit ineinander. Sie kollidierten und verschmolzen zu einem einzigen schwarzen Loch.

Die Gesamtenergie, die die Kollision vertrieb, war mehr als 50-mal stärker als die aller Sterne im Universum.

Laut Reitze stimmten die aufgezeichneten Signale mit den Gleichungen überein, die Einsteins Theorie unter diesen Umständen vorhersagen würde. Trotzdem fanden er und seine Kollegen die Daten als "irrsinnig".

Die Signale sind nicht nur ein Blick darauf, wie Gravitationswellen aussehen. Sie zeigen auch die tatsächlichen Merkmale des Zusammenschlussvorgangs und der Schwarzen Löcher vor und nach den Kollisionen. Laut LIGO-Wissenschaftlerin Gabriela Gonzalez zeigen die Wellenformen der erfassten Signale, dass das zusammengeführte Schwarze Loch tatsächlich etwas geringer ist als die Summe der beiden ursprünglichen Objekte. "Diese Fusion fand vor 1,3 Milliarden Jahren statt", sagte sie, "als sich das vielzellige Leben hier auf der Erde gerade erst auszubreiten begann."

Gonzalez spielte eine modifizierte Audioaufnahme des Signals ab - ein kurzes, vogelähnliches Zwitschern. "Dies ist der erste von vielen, die kommen", sagte sie.

Die Auswirkungen der Ergebnisse können nicht überbewertet werden. Die Entdeckung lässt nicht nur ein jahrhundertealtes Rätsel ruhen, sondern eröffnet den Menschen die Möglichkeit, durch eine einzigartige Linse mehr über das Universum zu erfahren. Vor dem Donnerstag beschränkten sich die Astrophysiker im Wesentlichen darauf, das Universum durch das elektromagnetische Spektrum zu untersuchen. Während wir viel gelernt haben, gibt es eine riesige Menge über Sterne, Supernovas, Schwarze Löcher und andere Phänomene, die wir nicht studieren können, ohne Gravitationswellen zu beobachten und zu messen. Das Wissen, dass wir diese Signale endlich mithören können, eröffnet Wissenschaftlern einen Teil des Universums, das früher geschlossen war.

Tatsächlich beweisen die Ergebnisse von LIGO die Existenz von Schwarzen Löchern.

Der vielleicht faszinierendste, hervorgehobene berühmte Astrophysiker und LIGO-Mitbegründer Kip Thorne (Platz 7, der jetzt definitiv nach oben tendiert) wird die Möglichkeit sein, so genannte "kosmische Strings" zu studieren, die nach Ansicht der Wissenschaftler die Expansion und Inflation der Astrophysiker erklären Universum seit dem Urknall.

Andere Fragen könnten Wissenschaftler möglicherweise mit größeren Untersuchungen der Gravitationswellen beantworten: Wie schnell expandiert das Universum? Was verursacht eine Supernova? Wie schnell reisen Gravitationswellen im Vergleich zu Licht?

Mit LIGO zu beginnen, "war ein großes Risiko", sagte France Cordova, Direktor der National Science Foundation. Aber dieses Risiko scheint sich heute ausgezahlt zu haben. "Einstein würde strahlen."

Die Ankündigung vom Donnerstag wird sicherlich auch größere Hoffnungen wecken LISA Pathfinder - ein Raumfahrzeug, das als Testfeld für eLISA dient, ein Weltraum-Interferometer - und wird das Geld und die Zeit, die in dieses Projekt investiert werden, in großem Umfang bestätigen.

Und das ist erst der Anfang. Wir werden mehr über das Universum lernen, als wir je für möglich gehalten hätten, und könnten schließlich dem Verständnis der Ursprünge und der Zukunft des Universums näher kommen. "Was wirklich aufregend ist, ist das, was als nächstes kommt", sagte Reitze.