100 Jahre später ist diese Einsteins größte Geschenk für die menschliche Verständnis?

Der Nachweis von Gravitationswellen, öffnet sich ein neues Spektrum des Universums – schließlich demonstriert eine Theorie, die vor einem Jahrhundert vorgestellt

Geschichte kann 2015 beurteilen, wie das Jahr als Menschheit ein völlig neues Fenster auf das Universum genau eröffnet ein Jahrhundert nach Albert Einstein die wissenschaftlichen Grundlagen dafür gelegt. Die Aufregung betrifft die Möglichkeit der Erkennung eines der Natur am schwersten zu fassende Phänomene – Gravitationswellen – was den Weg für ein besseres Verständnis der schwarze Löcher, Neutronensterne und andere gewalttätige astronomische Systeme ebnen könnte.

Zahlreiche neue Projekte wurden in den vergangenen Monaten Gravitations Wellen machen das nächste große Ding in der Astronomie eingeführt. Gerüchte haben es, dass einer dieser – die US Advanced Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (Advanced Ligo) – bereits "entdeckt etwas" im September, aber die beteiligten Wissenschaftler bleiben zugeknöpft. Die Zeit wird zeigen.

Die Suche nach Gravitationswellen geht zurück auf den dunklen Tagen des ersten Weltkrieges. Im Jahre 1915 als Europa in Gemetzel, verschlungen wurde nahm Wissenschaft einen großen Sprung nach vorn. In einer Reihe von vier Vorträge an der Preußischen Akademie der Wissenschaften in Berlin im November und Dezember präsentiert Einstein eine neue Theorie der Gravitation, ersetzen, die von Isaac Newton, die seit zweieinhalb Jahrhunderten erlitten hatten.

Die allgemeine Relativitätstheorie genannt, wurde als einer der größten geistigen Errungenschaften in der Geschichte beschrieben. Was allgemeine Relativitätstheorie unverwechselbar macht, ist, dass es Gravitation nicht als Kraft zwischen Körper wie die Sonne und der Erde, sondern als ein verziehen oder Verzerrung in der Geometrie von Raum und Zeit behandelt. Dieser riesige konzeptionelle Neuausrichtung sowie die reine mathematische Schönheit der Theorie, sorgte dafür, dass die allgemeine Relativitätstheorie erworben, eine Mystik und den furchterregenden Ruf Undurchdringlichkeit, die Einstein ein Synonym für Genie gemacht.

Aber dennoch elegant eine wissenschaftliche Theorie sein mag, es ist wertlos, wenn es etwas neues nicht vorhersehen kann. Einstein in der Tat einige Vorhersagen, sondern die unverwechselbare Effekte beschrieb er waren wirklich winzig. Einer von ihnen entsteht durch die Spacewarp nahe der Sonne. Ein Stern Strahl, vorbei an der Sonnenoberfläche wird leicht gebogen werden, da es einen Weg durch die gekrümmte Geometrie es Spuren. Ein Beobachter auf der Erde wird eine extrem leichte Verschiebung in der Position des Sterns sehen, wenn die Sonne in der Nähe es in den Himmel geht.

Die so genannte "Biegung der Lichteffekt" wurde getestet von der englische Astronom Arthur Eddington 1919 während einer Sonnenfinsternis, wenn die Sonnenblendung, ausgelöscht wurde damit Sternen gesehen werden. Eddington empfindlicheren Messungen vereinbart triumphierend mit den Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie. Es war dieses Experiment mehr als alle anderen, fast über Nacht, transformierten Einstein zu einer internationalen Berühmtheit.

Allgemeinen Relativitätstheorie basiert auf einem System von Gleichungen, die notorisch schwer zu lösen, aber kurz nachdem Einstein seine neue Theorie dargelegt produziert er eine bestimmte Lösung, seine Gleichungen beschreiben eine ungewöhnliche Form der Wellen, die durch den Raum mit der Geschwindigkeit des Lichtes zu reisen. Im Gegensatz zu Licht, aber – oder keine elektromagnetische Strahlung – Gravitationswellen sind buchstäblich Wellen im Gewebe der Raumzeit selbst.

Was bedeutet diese rätselhaften Beschreibung? In operativer Hinsicht ist es leicht zu visualisieren. Denn Gravitation eine Krümmung der Geometrie ist, überquert eine Gravitationswelle eine Region des Weltraums erstreckt sich Entfernungen in eine Richtung und schrumpft sie in einen senkrecht in eine oszillierende Mode. Wenn solch eine Welle Angelegenheit – zum Beispiel die Erde durchläuft – es sollte quetschen und ziehen Sie es in regelmäßigen Abständen, und so den Planeten vibrieren. Leicht zu erkennen, sicher?

Das Problem ist, dass wieder einmal die prognostizierten Auswirkungen unglaublich klein sind. Der wesentliche Grund für diese Schwäche kann zurückverfolgt werden, um die schiere Schwäche der Gravitation: Strom ist tausend Billionen Billionen Billionen Mal stärker, weshalb elektromagnetische Wellen sind an der Tagesordnung, aber Gravitationswellen wurden jahrzehntelang als ein bloßer Neugier ins Abseits gedrängt. Aber in den 1960er Jahren begann eine Handvoll Physiker zu Fragen, ob sie tatsächlich im Labor nachgewiesen werden konnte. Dies ist im Prinzip ganz einfach: Schauen Sie für sonst unerklärliche Zittern in ein Stück der Materie. In der Praxis ist es nicht so einfach, denn die Welt Lärm und Vibrationen voller ist.

Nach dem experimentieren seit einigen Jahren, ließ sich Forscher auf Laser als der beste Weg zu gehen. Indem ein Laserstrahl aus einem Spiegel reflektiert, sollte jede geringfügigen Änderungen in der Ferne auf den Spiegel, durch den Durchgang einer Gravitationswelle verursacht in der Qualität des Lichts auftauchen. Die Anordnung ist bekannt als ein Interferometer. Die USA haben zwei 4km großen Laser-Interferometer Schwerkraft Observatorien und Europa hat eine Jungfrau, in der Nähe von Pisa.

Ligo und Jungfrau seit mehreren Jahren erfolgreich operiert, aber keine Gravitationswellen wurden erkannt: nicht wirklich überraschend, die Schwingungen gesucht sind kleiner als die Größe eines Atomkerns über mehrere Kilometer. Ein eindrucksvoller Vergleich ist, dass das Interferometer vor Ort Änderungen entspricht der Breite eines menschlichen Haares in die Distanz zum nächsten Stern. Wie wahrscheinlich ist es, erfolgreich zu sein, und für den Inhalt der diese September-Gerüchte bestätigt werden? Wenn eine Supernova in unserer Galaxie Morgen aufgetreten, Advanced Ligo würde erkennen es als eine kurze aber intensive Ausbruch von Gravitationswellen. Aber solche Ereignisse sind selten und man kann nicht auftreten dieses Jahrhunderts.

Alternativ konnte man ein paar Neutronensterne oder schwarze Löcher – massive aber äußerst kompakte Objekte – in engen Umlaufbahn beobachten. Wie die Sterne umeinander tummeln sich mit hoher Geschwindigkeit, dienen sie als eine fruchtbare Quelle von Gravitationswellen, Entleerung des Systems der Energie. Dies bewirkt, dass die Sterne in eine Todesspirale, endet in einer titanic Kollision und erstellen ein einzelnes schwarzes Loch gehen. Ligo und Jungfrau wollen routinemäßig solche Veranstaltungen weit über die Grenzen unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße, zu erkennen, um die feinen Details der gewaltsamen Untergang der Objekte und turbulenten folgen zu studieren.

Die Hauptmotivation für Gravitationswellendetektoren, ist jedoch nicht zu Einsteins Theorie noch einmal zu testen, begrüßen aber das wäre. Herkömmlichen Teleskopen zu erkennen, Licht oder Radiowellen und Satelliten haben das Angebot über das gesamte elektromagnetische Spektrum erweitert; Schwerkraft Observatorien, Sonde würde jedoch ein völlig neues Spektrum, ermöglicht die Untersuchung der astronomischen Phänomene wie Neutronenstern Koaleszenz, auf andere Weise nicht zugänglich sind. Und weil Gravitationswellen so durchdringend sind, könnten sie ermöglichen es uns, peer in Regionen des Weltraums von Normalansicht durch Gas und Staub, wie die Umgebung rund um supermassereiche Schwarze Löcher verdeckt.

Bodengestützte Interferometer sind nicht der einzige Weg, um Gravitationswellen zu studieren. Ehrgeizige Pläne sind im Gange, Raum, sehr lange Wellen aus viel größeren astronomischen Systemen wie supermassive schwarze Löcher zu erkennen ein Interferometer umzusetzen. Ein erster Schritt in Richtung Lisa (Laser Interferometer Space Antenne) wurde mit letzte Woche Start eines Satelliten aufgenommen, um wichtige Aspekte der Technologie zu testen.

Wie immer in der Wissenschaft gibt es Potenzial für einen noch unbekannten Preis. Für die Geschichte hat gezeigt, dass jedes Mal, wenn das Universum mit einem neuartigen Instrument studiert, unerwartete Entdeckungen gemacht werden. Gravitationswellen sind durch massive sich schnell bewegende Gegenstände, von Sternen und schwarzen Löchern, den Big Bang selbst erstellt. Mit Advanced Ligo unternehmungslustig und erweiterte Jungfrau zu starten wäre es sehr passend wenn die erste definitive Nachweis von Gravitationswellen wurden zeitgleich mit der Hundertjahrfeier der allgemeinen Relativitätstheorie. Das Universum ist auf Frühling Überraschungen sicher: Dies könnte noch zu Einsteins größte Geschenk sein.