Ich bin in Stockholm bei einem Workshop für Wissenschaftsautoren. Gestern haben wir dort gelernt, warum das Universum groß, kalt, leer und alt sein muss. Das zweite Thema des gestrigen Tages und das erste Thema von heute ist Gravitation. Patrick Sutton von der Uni Cardiff hat uns etwas über die Suche nach Gravitationswellen erzählt.

Gravitationswellen gehören zu den wichtigen aktuellen Forschungsgebieten in der Astronomie und der Physik. Wir wissen, dass es sie geben muss, haben es aber noch nicht geschafft, sie direkt nachzuweisen. Man ist schon seit den 1980er Jahren auf der Suche und die Tatsache, dass man immer noch erfolgos ist, macht viele Menschen skeptisch. Aber früher oder später müssen sie eigentlich gefunden werden, denn ihre Existent folgt direkt aus Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie, die sich in fast 100 Jahren experimenteller Überprüfung immer und immer wieder exakt bestätigt hat. Einstein sagt, dass Masse die Raumzeit krümmt. Und diese Krümmung in der Raumzeit kann sich unter den richtigen Umständen ausbreiten, so wie ein Stein, man ins Wasser wirft Wellen erzeugt, die sich ausbreiten. Wenn sich zum Beispiel zwei schwarze Löcher umkreisen oder ein Stern explodiert, dann müssen dabei “Wellen in der Raumzeit” erzeugt werden.

2D-Darstellung von Gravitationswellen die von zwei einander umkreisenden Neutronensternen erzeugt werden (Bild: NASA)

2D-Darstellung von Gravitationswellen die von zwei einander umkreisenden Neutronensternen erzeugt werden (Bild: NASA)

Diese Wellen kann man theoretisch messen. Wenn die Gravitationswelle so eines Ereignisses bei uns ankommt (sie breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus), dann wird der gesamte Raum periodisch zusammengedrückt bzw. gestreckt. Nicht viel. Ganz defintiv nicht viel. Ein typisches Gravitationswellenereignis – zwei verschmelzende schwarze Löcher zum Beispiel – würde die Strecke zwischen der Sonne und dem nächsten Stern Alpha Centauri (4,3 Lichtjahre) um 49 Mikrometer komprimieren. Zum Vergleich: Ein Haar ist knapp 100 Mikrometer breit. Wir haben aber keine Detektoren, die von hier bis Alpha Centauri reichen. Unsere Messgeräte sind natürlich kürzer. Der LIGO-Detektor in den USA besteht aus zwei knapp 4 Kilometer langen Laserstrahlen. Sie werden gleichzeitig in unterschiedliche Richtungen abgeschickt; der eine Strahl im rechten Winkel zum anderen. Nach 4 Kilometern werden sie reflektiert und gelangen zurück zum Ausgangspunkt (tatsächlich werden sie unterwegs noch ein paar Mal hin und her reflektiert um so die effektive Länge des Strahls zu erhöhen). Schickt man die Strahlen gleichzeitig auf die Reise werden sie auch gleichzeitig reflektiert und kommen gleichzeitig zurück. Läuft aber gerade eine Gravitationswelle durch den Detektor, wird der eine Strahl ein wenig komprimiert; der andere, der im rechten Winkel dazu unterwegs war aber nicht. Sie legen nun also unterschiedliche Strecken zurück und kommen zu unterschiedlichen Zeiten an.

Aber dieser Unterschied ist winzig. LIGO wird bei einem typischen Ereignis um 10-18 Meter komprimiert! Das ist nur halb so groß wie der Durchmesser eines Protons! Das zu messen ist natürlich eine gewaltige Aufgabe, vor allem, weil die Störungen durch die Bewegung des Bodens oder die thermische Ausdehnung der Instrumente Millionen bis Billionen Mal größer sind. Es ist also kein Wunder, wenn man bis jetzt noch nichts gefunden hat.

Das liegt daran, dass die Raumzeit eben nicht das dehnbare Gummituch ist, als die sie in Veranschaulichungen immer präsentiert wird. Der Elastizitätsmodul (das ist ein Mass dafür, wie stark sich ein Objekt Verformungen widersetzt) von Gummi beträgt 0,1 Gigapascal . Ein Stück Holz hat einen Wert von 10 GPa. Bei Stahl sind es 200 GpA; bei Diamant 1200 GPa. Das ist schon ziemlich viel – aber nichts im Vergleich zur Raumzeit. Die hat einen Elastizitätsmodul von 1024 Gigapascal! Die Raumzeit ist verdammt starr und deswegen muss man ja auch mit kollidieren schwarzen Löchern und explodierenden Sternen auf sie einschlagen, damit sich überhaupt etwas tut.

Indirekte Beobachtungen von Gravitationswellen gibt es schon länger. 1974 entdeckten die Wissenschaftler Russell Hulse und Joseph Taylor den Doppel-Pulsar PSR 1913+16. Da umkreisen sich zwei Neutronensterne (extrem dichte Sternenkerne, die nach einer Supernova übrig bleiben) und wenn auch die Gravitationswellen die sie erzeugen selbst zu schwach sind, um von uns detektiert zu werden, führt die Abstrahlung der Wellen doch dazu, dass das System Energie verliert. Durch diesen Energieverlust rücken die Neutronensterne immer näher zusammen und genau das konnten Hulse und Taylor messen. Die Beobachtungen stimmten genau mit den Vorhersagen der Relativitätsttheorie überein (und in knapp 300 Millionen Jahren werden die beiden Pulsare zu einem schwarzen Loch verschmelzen und dabei ein Ereignis erzeugen, dass wir mit den heutigen Detektoren messen könnten). Ein ähnliches System hat man kürzlich entdeckt und auch hier sieht man genau das, was man sehen sollte, wenn es Gravitationswellen gibt.

Der direkte Nachweis steht allerdings noch aus. Die Forscher sind aber optimistisch. Ich habe Patrick Sutton gefragt, ob man schon langsam unruhig wird, weil man nichts findet. Aber er meinte, dass derzeit noch alles im Rahmen ist. Die Genauigkeit der Detektoren ist momentan genau an der Grenze, so dass man bestimmte Ereignisse messen könnte, wenn sie intensiv genug sind, aber nicht zwingend messen müsste. In ungefähr 5 Jahren sollte die Genauigkeit der Geräte aber so weit gestiegen sein, dass man definitiv etwas messen muss. Erst wenn man dann immer noch nichts findet, kann man sich Sorgen machen (oder ne große Party veranstalten, denn die Grenzen der Allgemeinen Relativitätstheorie zu entdecken ist mindestens so aufregend wie die Entdeckung von Gravitationswellen). Aber wahrscheinlich werden andere Experimente den Nachweis schon vorher bringen. Theoretisch könnte es schon in ein paar Monaten so weit sein, wenn die restlichen Daten des Planck-Satelliten veröffentlicht werden.

Planck beobachtet ja die kosmische Hintergrundstrahlung – ich habe hier ausführlich über die ersten Ergebnisse berichtet. Diese Strahlung spiegelt die Verteilung der Materie im frühen Universum wieder. Und im frühen Universum gab es sogenannte primordiale Gravitationswellen, also Gravitationswellen, die noch von den Vakuumfluktuationen aus der Zeit unmittelbar nach dem Urknall stammen, als der Kosmos noch kleiner als das kleinste Elementarteilchen war. Während der inflationären Phase wurde das Universum in unvorstellbar kurzer Zeit unvorstellbar groß aufgeblasen und damit auch die Strukturen, die durch die primordialen Gravitationswellen erzeugt wurde. Diese Strukturen kann Planck zumindest im Prinzip messen. Ich habe gestern darüber mit Stefan Hofmann von der Uni München gesprochen, der hier am Workshop als Experte für die Hintergrundstrahlung eingeladen wurde. Er meinte, dass eine solche Detektion eindeutig wäre. WENN Planck diese Strukturen findet, dann MÜSSEN sie von primordialen Gravitationswellen stammen. Er meinte aber auch, dass Planck nicht speziell für diese Art der Detektion gebaut wurde und es wahrscheinlicher, dass spezielle bodengebundene Beobachtungen – vermutlich vom Südpolteleskop – die primoridialen Gravitationswellen noch vor Planck finden werden.

Dadurch werden Experimente wie LIGO oder GEO600 (ein deutscher Gravitationswellendetektor) nicht überflüssig. Es geht ja nicht nur darum, die Gravitationswellen nachzuweisen. Wenn wir erstmal in der Lage sind, sie verläßlich zu detektieren, steht uns ein ganz neues Fenster ins All zur Verfügung. Bisher beobachten wir nur im elektromagnetischen Spektrum. Aber es gibt auch ein “Gravitationswellenspektrum” und die verschiedenen Arten der Gravitationswellen verraten uns Dinge, die wir mit dem normalen Licht nicht beobachten können. Wir könnten lernen, wie die supermassereichen Löcher in den Zentren der Galaxien entstehen. Oder herausfinden, ob es mehr als nur drei Raumdimensionen gibt. Wir könnten die Physik der Schwarzen Löcher ganz neu verstehen und Gravitationswellen untersuchen, die direkt vom Urknall stammen. Die zukünftige “Gravitationswellenastronomie” wird vermutlich einen mindestens so großen Erkenntniszuwachs liefern, wie der Übergang von der optischen zur nicht-optischen Astronomie bzw. der Übergang von der freiäugigen Beobachtung zu Teleskopen!

Kommentare (59)

  1. #1 CArsten
    28. Mai 2013

    @Florian: Kleine Korrektur – LIGO Detektoren sind je 4km lang, Virgo Detektor ist 3km lang, GEO “nur” 600m (gefaltete Arme)

  2. #2 Florian Freistetter
    28. Mai 2013

    @Carsten: Ich hatte das von Wikipedia: “LIGO betreibt zwei Observatorien, die sich in Hanford (Washington) (♁46° 27′ 28″ N, 119° 24′ 35″ W) und in Livingston (Louisiana) (♁30° 33′ 45″ N, 90° 46′ 30″ W) befinden und etwa 3000 Kilometer voneinander entfernt sind. “

    Aber du hast recht, die Detektoren selbst sind 4 Kilometer lang (die englische Version ist da genauer: “Each observatory supports an L-shaped ultra high vacuum system, measuring 4 kilometers (2.5 miles) on each side. Up to five interferometers can be set up in each vacuum system.”)

  3. #3 CArsten
    28. Mai 2013

    Sorry, hier noch ein wenig Werbung 🙂 http://support.elisascience.org/
    (Ich hoffe, das ist ok)

    Wahrend LIGO/Virgo, GEO (und Kagra, …) in ein sehr, sehr “leises” Universum hinein horchen (relativ wenige, starke Signale), sollte eLISA in einem anderen spektralen Band eher Schwierigkeiten haben, die vielen Signale zu trennen…

  4. #4 frantischek
    28. Mai 2013

    …Ein typisches Gravitationslinsenereignis – zwei verschmelzende schwarze Löcher zum Beispiel…

    Ist das so gemeint oder ein Tippfehler? Mir ist zwar grundsätzlich klar das BHs Gravitationslinsen erzeugen können, aber irgendwie passt das für mich so nicht zum Text…

  5. #5 P. Kohl
    28. Mai 2013

    @ Freistetter:
    Ein Proton ist 10^-15 m groß, – die gesuchte Scimäre demnach etwa ein Tausendstel davon.
    Macht aber nix, das Moirédeflektometer für Neutronen wird uns schon sehr bald sagen, was sie wirklich wiegen!
    Diese ,,Grenzen der ART- Party” beweint dann nur das Äquivalenzprinzip, und alles Weitere ergibt sich…. 🙂

  6. #6 the grue
    28. Mai 2013

    Da hätte ich mal ‘ne blöde Frage (eigentlich mehrere):
    “Einstein sagt, dass Masse die Raumzeit krümmt. ”

    -Heisst das, daß Raum UND Zeit gekrümmt werden?
    -Falls ja: Könnte es nicht sein, daß Raum und Zeit in einem Maße gekrümmt werden, daß die Längenänderung im Detektor gar nicht mehr gemessen werden /kann/, weil sozusagen im entsprechenden Arm des Detektors die Zeit schneller vergeht?

    Ist mir schon klar, daß das vermutlich Quatsch ist, aber beim Stichwort “Raumzeitkrümmung” und Längenmessung über die Zeit habe ich mich schon immer gewundert ob das sinnvoll ist 😉

    Danke,
    Markus

  7. #7 CArsten
    28. Mai 2013

    @the grue

    http://www.einstein-online.info/vertiefung/GW_Wellen kann evtl. ein wenig helfen. Ist leider nicht alles so einfach und vor allem, nicht immer anschaulich – und manche Analogie verwirrt mehr, als dass sie hilft 🙁

  8. #8 the grue
    28. Mai 2013

    Darf ich fragen wie ich diese doch etwas rüde Antwort verdient habe?

  9. #9 Franz
    28. Mai 2013

    @the grue
    Interessanter Aspekt und was der kanister (voll Alkohol ?) damit für eine Problem hat ist mir schleierhaft 🙂

  10. #10 Captain E.
    28. Mai 2013

    Tja, im Prinzip ist eine einfache Rechnung: Man kennt die Geschwindigkeit, misst die Zeit und errechnet den Weg. Und diese Geschwindikeit muss konstant c bleiben, also wird die Zeit ebenfalls beeinflusst!

    Und jetzt spinnen wir mal weiter: Könnte es daran liegen, dass eine durchlaufende Gravitationswelle den Raum, der von dem Lichtstrahl durchlaufen wird, nicht zu 100% gleich verändert wie den Messpunkt, an dem die Zeit genommen wird? Wäre das so, dürfte man wirklich keine Veränderung messen. Theoretisch müsste man dann sogar mit einer Laserstrecke auskommen. Die Messgenauigkeit müsste dann allerdings noch um einiges größer sein.

  11. #11 JaJoHa
    28. Mai 2013

    @the grue
    Das war vermutlich nur nen Troll.
    Zu deiner Frage:

    Heisst das, daß Raum UND Zeit gekrümmt werden?

    Es ist so, das die beiden ganz eng verknüpft sind. Praktisch rechnest du mit 4er-Vektoren, da packst du die Zeit in die oberste Stelle (0) und 1- 3 sind dann “normal” dein Ort. Die Krümmung ist dann (sofern ich mich richtig erinnere) in der Metrik (damit berechnest du Abstände) enthalten. So, wie du auch in Kugelkoordinaten (mit Längengrad, Breitengrad und Abstand vom Zentrum) Abstände rechnen kannst. Nur ist das ganze halt in 4 Dimensionen.
    Zum Messen muss halt die Wellenlänge passen, sind die zu kurz oder zu lang, dann kannst du die nicht sehen. Was man sehen könnte ist oben im Artikel das letzte Bild.
    Ich hoffe mal, das hilft weiter und stimmt soweit 🙂

  12. #12 CArsten
    28. Mai 2013

    Prinzipiell misst man auch keine Längenänderung, sondern eine Phasenänderung, die man dann als Lngenänderung interpretieren könnte. Der Anfang von http://arxiv.org/abs/1305.5188 sieht recht brauchbar aus, um das ganze mathematisch zu fassen.

  13. #13 Florian Freistetter
    28. Mai 2013

    @P.Kohl: “Ein Proton ist 10^-15 m groß, – die gesuchte Scimäre demnach etwa ein Tausendstel davon”

    Hmm – ich hatte das von Wolfram Alpha: http://www.wolframalpha.com/input/?i=10^-18+meter

  14. #14 Florian Freistetter
    28. Mai 2013

    @the grue: “Darf ich fragen wie ich diese doch etwas rüde Antwort verdient habe?”

    Keine Ahnung. War wohl wieder irgendso ein Spinner…

  15. #15 Florian Freistetter
    28. Mai 2013

    @frantischek: Ne, das sollte natürlich Gravitationswelle heißen – ich hatte nur gerade davor einen Vortrag über Gravitationslinsen gehört…

  16. […] Vormittag habe ich über Suche nach den Gravitationswellen geschrieben. Wer Lust hat, kann sich zu diesem Thema auch noch ein schönes Video […]

  17. #17 mr_mad_man
    29. Mai 2013

    “Es geht ja nicht nur darum, die Gravitationswellen nachzuweisen. Wenn wir erstmal in der Lage sind, sie verläßlich zu detektieren, steht uns ein ganz neues Fenster ins All zur Verfügung…”
    Phantastisch! Bis zu diesem Satz (oben) habe ich genau das gedacht, dass es tatsächlich nur um den Nachweis geht. Einstein hats vorhergesagt, und man will gucken ob es stimmt. Danach hätte man sich dann der nächsten Vorhersage gewidmet… Dass dadurch aber eine gänzlich neue Weltallbeobachtungsmethode zu den bisherigen hinzukäme, lag völlig außerhalb meiner Gedankenwelt. Danke für diesen Artikel

  18. #18 Chemiker
    29. Mai 2013

    Dass dadurch aber eine gänzlich neue Weltallbeobachtungsmethode zu den bisherigen hinzukäme, lag völlig außerhalb meiner Gedankenwelt.

    Dann biete ich noch einen weiteren Gedanken: Mit optischen Methoden kann man nicht weiter in die Vergangenheit sehen als bis zur Großen Rekombination (also der Emission von Licht bei der Bildung von H-Atomen). Davor war das Universum mit Plasma erfüllt und daher undurchsichtig.

    Mit Gravitationswellen könnte man weiter zurückblicken; allerdings ist das wohl ziemliche Zukunftsmusik, weil man dazu die Quellen räumlich auflösen müßte, und ich weiß nicht, wie das gehen könnte.

  19. #19 PDP10
    29. Mai 2013

    @Chemiker:

    “weil man dazu die Quellen räumlich auflösen müßte, und ich weiß nicht, wie das gehen könnte.”

    Ich könnte mir vorstellen, dass man dazu die Bewegung der Erde um die Sonne nutzen kann.
    Bei einer punktförmigen Quelle – zwei umeinander rotierende Neutronensterne zB – sollten sich dann je nach Position der Erde in der Umlaufbahn leichte Abweichungen ergeben.
    Allerdings habe ich keine Vorstellung davon, wie gross, bzw. klein die Abweichungen wären und ob die Messgenauigkeit dafür gut genug wäre.

  20. #20 Spritkopf
    29. Mai 2013

    Mit Gravitationswellen könnte man weiter zurückblicken; allerdings ist das wohl ziemliche Zukunftsmusik, weil man dazu die Quellen räumlich auflösen müßte, und ich weiß nicht, wie das gehen könnte.

    Chemiker, im Prinzip wie bei sonstigen Wellen auch: Stereoskopie mit zwei räumlich getrennten Detektoren.

    Ich sage bewußt “im Prinzip”. 😉

  21. #21 Alderamin
    29. Mai 2013

    @Chemiker

    weil man dazu die Quellen räumlich auflösen müßte, und ich weiß nicht, wie das gehen könnte.

    Dazu müsste man lediglich den zeitlichen Versatz bezüglich mindestens dreier Messpunkte bestimmen. Daraus ließe sich dann die Richtung der Quelle ermitteln. Im Prinzip nichts anderes als bei VLBI mit Radioteleskopen.

  22. #22 Alderamin
    29. Mai 2013

    @Spritkopf

    Zwei Detektoren lösen nur eine Achse auf, Du brauchst einen dritten für die zweite Achse.

  23. #23 JaJoHa
    30. Mai 2013

    @Alderamin

    Du brauchst einen dritten für die zweite Achse

    Besser sind 4 Detektoren, die nicht in einer Ebene liegen.
    Wenn ich drei Detektoren habe und nur Ankunftszeiten messe, dann kann ich doch nicht sagen von welcher Seite das kam. Das könnte ja von “oben” oder “unten” kommen (in Bezug auf die Ebene, in der die Detektoren liegen).

  24. #24 Christian der 1.
    30. Mai 2013

    @chemiker ” weil man dazu die Quellen räumlich auflösen müßte, und ich weiß nicht, wie das gehen könnte.”

    mit einer handykamera vielleicht ;-), die dinger können heutzutage schon wundersame sachen 😉

  25. #25 Bullet
    30. Mai 2013

    Gammastrahlung? *feix*

  26. #26 Adent
    30. Mai 2013

    @Bullet
    Gnihihihihi… im tiefen Nanosenkundenbereich sogar.

  27. #27 Christian der 1.
    30. Mai 2013

    Braucht es für die Gravitationswellen (um einen nennenswerte “Stärke” zu produzieren), große Massen, oder schnelle Massen, oder dichte Massen ?

    Ich denke da an CERN, da wurde ja theoretisiert, dass kleine (natürlich ungefährliche SL) entstehen.
    Könnten diese Dinger dann nicht etwas leichter zu detekierende GW erzeugen.
    Vorallem wüsste man, wo, wann die Dinger entstehen und könnte sie so leichter aus dem “Rauschen” herausfiltern.
    Sie sind zwar leicht und klein, dafür aber nicht mio.-mrd. LJ entfernt.

  28. #28 Alderamin
    30. Mai 2013

    @JaJoHa

    Stimmt.

  29. #29 PDP10
    30. Mai 2013

    @Christian der 1.:

    Also wenn ich den Text oben richtig verstehe (6. Absatz):

    “Da umkreisen sich zwei Neutronensterne [..] und wenn auch die Gravitationswellen die sie erzeugen selbst zu schwach sind, um von uns detektiert zu werden,”

    braucht es was richtig Schweres, dass sich auch noch möglichst schnell bewegt (= kurze Wellenlängen) damit man überhaupt was messen kann.

    Die schwarzen Löcher die der LHC theoretisch erzeugen könnte, wären ja so klein, dass sie nicht mal mit ihrer nächsten Umgebung wechselwirken.
    Das wäre wohl hoffnungslos, da was messen zu wollen.

    Vielleicht hat ja hier jemand (@Florian? @Alderamin?) Zahlen zur Hand für die untere Grenze dessen, was man mit heutigen oder zukünftigen Experimenten detektieren kann?

  30. #30 Christian der 1.
    30. Mai 2013

    @PDP10 naja ich hätte irgendwie angenommen dass sich auch gravitationswellen abschwächen, so wie halt elektromagnetische wellen.
    und 100er km vs. 100 mio LJ macht doch sicher einen Unterschied. Darum die Annahme, dass vielleicht kleinere Löcher Auswirkungen zeigen

  31. #31 2xhinschauen
    31. Mai 2013

    Aber früher oder später müssen sie eigentlich gefunden werden

    “eigentlich” *smile … der letzte fehlende Nachweis … Nicht böse sein: Auch wenn die Analogie an den Haaren herbeigezogen sein mag, aber bis man GW gefunden hat (alternativ: Bis man sicher ist, dass das Teil bei 126 GeV wirklich ein Higgs-Boson ist), erinnere ich gerne an die Ultraviolettkatastrophe Ende des 19.Jahrhunderts.

    Läuft aber gerade eine Gravitationswelle durch den Detektor, wird der eine Strahl ein wenig komprimiert; der andere, der im rechten Winkel dazu unterwegs war aber nicht. Sie legen nun also unterschiedliche Strecken zurück und kommen zu unterschiedlichen Zeiten an

    Aber eine ernstgemeinte Frage, die die Kommentatoren vor mir auch schon bewegt hat. Ich zweifle keineswegs an der Existenz von GW, aber ich verstehe die Messung nicht ganz: Wenn der Raum, den der Laserstrahl durchmisst, gestaucht wird, läuft der Strahl für einen Beobachter außerhalb(!) des Geschehens langsamer durch diese Raumzone und kommt also entsprechend etwas später (bzw. phasenverschoben) am Detektor an (im Vergleich zur anderen Strecke aber nur dann, wenn die Welle nicht genau entlang der Winkelhalbierenden zwischen den beiden Mess-Strecken reinkommt). Der Detektor gibt hier also den außenstehenden Beobachter.

    Ist das so?

    Hoffentlich keine dumme Frage. Die Zeit kommt in meiner Überlegung ja nicht wirklich vor, bzw. sie läuft “außerhalb des Experiments” (und am Detektor) quasi unbeeindruckt weiter. Da muss doch ein Fehler in meiner Überlegung stecken…?

    p.s. Was passiert, wenn die Welle genau entlang eines der Laserstrahlen läuft? Beide sind doch mit derselben (Vakuumlicht-) Geschwindigkeit unterwegs.

  32. #32 Niels
    1. Juni 2013

    @Christian der 1. @PDP10

    Braucht es für die Gravitationswellen (um einen nennenswerte “Stärke” zu produzieren), große Massen, oder schnelle Massen, oder dichte Massen ?

    Also wenn ich den Text oben richtig verstehe (6. Absatz):
    […]
    braucht es was richtig Schweres, dass sich auch noch möglichst schnell bewegt (= kurze Wellenlängen) damit man überhaupt was messen kann.

    Kennt ihr euch ein bisschen damit aus, wie elektromagnetische Wellen erzeugt werden?
    Da gibt es sehr viele Parallelen.
    Eine statische Ladungsverteilung sendet bekanntlich keine elektromagnetischen Wellen aus, ebenso entstehen auch aus statischen Masseverteilungen keine Gravitationswellen. Ein Planet alleine im Weltraum allein strahlt also nicht, egal, welche Geschwindigkeit oder Masse er besitzt.
    Dagegen strahlen bekanntlich beschleunigte Ladungen. Ebenso strahlen auch beschleunigte Massen, allerdings strahlen diese dann Gravitationswellen ab.

    Der Unterschied zwischen Gravitationswellen und elektromagnetischen Wellen ist, dass letztere auch Dipolstrahlung sein können, während Gravitationswellen immer mindestens Quadrupolcharakter haben. Das liegt daran, dass es positive und negative elektrische Ladungen gibt, Masse aber immer “gravitativ positiv geladen” ist.

    Im heutigen Universum gibt es eigentlich nur noch zwei typische Prozesse, bei denen Massen stark beschleunigt werden.
    1.) Sich eng umkreisende Doppel- oder Mehrfachsysteme, bestehend aus Neutronensternen und/oder Schwarzen Löchern.
    Natürlich strahlt auch der Mond auf seiner Bewegung um die Erde Gravitationswellen ab, ebenso wie die Erde beim Umlauf um die Sonne. (Körper auf Kreisbahnen sind beschleunigt.)
    Hier sind die beteiligten Massen und Beschleunigen aber so klein, dass eine Messung unmöglich ist, pro Umlauf werden nur ungefähr 200 Watt abgestrahlt.
    2.) Bei einer Supernova wird ein Riesenhaufen Materie extrem stark beschleunigt. Wenn der Kollaps nicht perfekt symmetrisch erfolgt, wird ein deswegen auch ein Riesenhaufen Energie als Gravitationswellen abgestrahlt. Die in Form von Gravitationswellen abgestrahlte Leistung liegt hier ungefähr bei einer Größenordnung von 10^45 Watt.
    Supernova-Gravitationswellen haben den Nachteil, dass man anders als bei Umkreisungen kein schönes, periodisches Signal auffangen kann. (Ist ja offensichtlich ein einmaliges Ereignis.)
    Sie haben aber den Vorteil, dass man unter Umständen ein sehr starkes Signal auffangen kann. Dieses Signal muss man aber erstmal von einer Störung unterscheiden können. (Erdbeben usw.)

    Ich denke da an CERN, da wurde ja theoretisiert, dass kleine (natürlich ungefährliche SL) entstehen.
    Könnten diese Dinger dann nicht etwas leichter zu detekierende GW erzeugen.

    Nein. Wie gesagt, Massen allein verursachen keine Gravitationsstrahlung.

    @PDP10 naja ich hätte irgendwie angenommen dass sich auch gravitationswellen abschwächen, so wie halt elektromagnetische wellen.
    und 100er km vs. 100 mio LJ macht doch sicher einen Unterschied

    Das ist auch tatsächlich so. Gravitationswellen sind im Allgemeinen Kugelwellen, deswegen werden sie wie elektromagnetische Wellen mit wachsendem Anstand von der Quelle schwächer.
    Wenn die Sonne zur Sopernova würde, hätten wir garantiert einen wunderschönen Ausschlag in den Detektoren. 😉

    @2xhinschauen

    Ich zweifle keineswegs an der Existenz von GW, aber ich verstehe die Messung nicht ganz

    Gravitationswellen sind wie elektromagnetische Wellen Transversalwellen. Sie strecken oder stauchen die Raumzeit also senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung.
    Das veranschaulicht man sich üblicherweise mit einem Ring von schwebenden, kräftefreien Testteilchen.
    Läuft eine Gravitationswelle senkrecht durch diesen Ring, beobachtet ein außenstehender Beobachter folgendes Verhalten der Testteilchen:
    http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gravwav.gif
    (Tatsächlich sind die Auswirkungen natürlich unbeobachtbar winzig, die Verzerrungen sind hier zur Verdeutlichung millionenfach zu groß dargestellt.)

    Der Witz ist, dass sich nicht die Teilchen gar nicht bewegen. Sie stehen vielehr völlig still. Die Raumzeit ist es, die sich “bewegt”.
    Deswegen ist auch Licht betroffen, wenn es sich durch diesen Bereich bewegt.
    Ganz simpel betrachtet verändern Gravitationswellen also Länge der beiden Arme des Interferometers. Dadurch verändert sich natürlich auch die Zeit, die das Licht braucht, um diese Strecke zurückzulegen. Wenn die Längenänderung bei beiden Armen nicht exakt gleich ausfällt, ändert sich dann das Interferenzmuster.
    Da beide Arme des Interferometers senkrecht zueinander aufgebaut sind und Gravitationswellen in der Regel Kugelwellen sind, kommt es praktisch nie vor, dass beide Arme um den gleichen Faktor verlängert oder verkürzt werden.

    Ich glaube, das hattest du auch schon richtig verstanden?
    Ist mir aus deinem Text aber nicht richtig klar geworden.

    Die Zeit kommt in meiner Überlegung ja nicht wirklich vor […]. Da muss doch ein Fehler in meiner Überlegung stecken…?
    Nö, das ist schon völlig in Ordnung.

    Was passiert, wenn die Welle genau entlang eines der Laserstrahlen läuft? Beide sind doch mit derselben (Vakuumlicht-) Geschwindigkeit unterwegs.

    Wie du am oben verlinkten Bild des Ringes erkennst, ändert sich bei in diesem Fall eben nur die Länge des anderen Armes des Interferometers.
    Dein Problem mit der Geschwindigkeit verstehe ich nicht ganz?

  33. #33 Basilius
    1. Juni 2013

    @Niels
    Danke, Du hast bei mir gerade ein Verständnisproblem geklärt, dessen Existenz mir gar nicht bewusst war.
    O_o

  34. #34 2xhinschauen
    1. Juni 2013

    @Niels, erstmal danke für Deine Zeit und Deine Geduld. Mir ist klar, dass ich mir meine Antworten auch im Netz zusammensuchen könnte, aber andererseits habe ich diese Fragen, obwohl ich seit Jahren mitlese, was in der Presse über z.B. dieses Thema erscheint. Darunter “Sterne und Weltraum”, die sich mit Leuten auf meinem Verständnisniveau wirklich viel Mühe geben.

    Das “Problem” liegt sicher in meinen Versuchen, den Vorgang vor meinem inneren Auge zu visualisieren. Den Sonderfall, dass ein Messarm direkt in die Quelle der GW guckt, lass ich gerade erstmal weg.

    Nehmen wir die einmalige Gravitationswelle einer Supernova, eine Kugelwelle. Ich hatte eine geringe Wellenlänge angenommen, kürzer als die Mess-Strecke (sorry, drei “s” kann ich nicht :-)), so dass zwischen Laser und Detektor kurzzeitig eine gestauchte Raumzone durchläuft, die den Strahl unterwegs eine Weile lang abbremst (das sieht am Detektor wie eine Phasenänderung aus).

    Deine Erklärung liest sich für mich so, dass eine GW langwellig ist und die Mess-Strecke also komplett einhüllt. Was man dabei stattdessen misst, ist die Veränderung(! – den Vorgang der Veränderung, nicht die Differenz) der Raumkrümmung in der an- und wieder abschwellenden durchlaufenden Welle (wie in dem GIF aus Wikipedia): Die Phase verschiebt sich im ansteigenden Wellenberg nach hier, an der fallenden Flanke nach da, und kehrt dann wieder in die Normallage zurück (bzw. das geht wie ein Sinus über und unter Null, aber das ist für das eben gemalte Bild egal).

    Bzw. man misst den Unterschied dieser Veränderung zwischen den beiden Messarmen, das ist sicherer als die absolute Messung, und die Interferenz wirkt außerdem wie ein Effektverstärker.

    Hab ich’s jetzt?

  35. #35 2xhinschauen
    1. Juni 2013

    Nochmal @Niels #32

    Dadurch verändert sich natürlich auch die Zeit, die das Licht braucht, um diese Strecke zurückzulegen

    Das sind so Sätze, an denen sich ein Zivilist wie ich immer die Rübe stösst (liegt an meiner Rübe, nicht an dem Satz), denn ein auf einem Photon des Laserstrahls mitreisender Beobachter merkt von dem ganzen Vorgang ja exakt nichts, oder?

    Und so gesehen: Die Stauchung/Streckung der Raumzeit staucht und streckt doch alles, was sich in ihr befindet, also auch die Länge der einzelnen Laserwellen an jedem Ort der Strecke. Eine stehende Welle zwischen Laser und Detektor würde nach diesem Bild auch bei einer durchlaufenden Gravitationswelle noch eine stehende Welle sein, und man sähe keine Phasenverschiebung.

    Hoffe das zählt noch nicht als Trollerei……

  36. #36 Niels
    1. Juni 2013

    @2xhinschauen

    Nehmen wir die einmalige Gravitationswelle einer Supernova, eine Kugelwelle. Ich hatte eine geringe Wellenlänge angenommen, kürzer als die Mess-Strecke
    […]Deine Erklärung liest sich für mich so, dass eine GW langwellig ist und die Mess-Strecke also komplett einhüllt.

    Die heutigen Experimente sind empfindlich für Frequenzen von ganz grob 1 Hz bis 50.000 Hz und haben eine Länge von 1 bis 5 Kilometern.
    (Supernovae liegen irgendwo zwischen 100 und 1000 Herz, Verschmelzende Schwarze Löcher oder Neutronensterne bei grob 1 bis 100 Herz.)
    Bei Gravitationswellen gilt wie bei elektromagnetische Wellen:
    λ = c/f.
    (Die Wellenlänge ergibt sich also, wenn man die Lichtgeschwindigkeit durch die Frequenz teilt.)
    Entsprechend geht es um Wellenlängen zwischen 300000 und 300 Kilometern.
    Detektoren mit wesentlich längeren Armen wären viel besser. Als Faustregel sollten die Arme im optimalen Fall halb so lang sein wie die Wellenlänge der zu messenden Gravitationswellen. Leider ist die Erdoberfläche gekrümmt, das Ganze ist technisch sehr sehr schwierig.
    Deswegen wollte man das im All mit Satelliten versuchen (LISA). Die “Arme” hätten dann eine Länge von Millionen Kilometer haben können. Damit könnte man zusätzlich auch noch wesentlich kleinere Frequenzen messen. War der NASA aber leider zu teuer und wurde eingestellt.

    Was man dabei stattdessen misst, ist die Veränderung(! – den Vorgang der Veränderung, nicht die Differenz) der Raumkrümmung in der an- und wieder abschwellenden durchlaufenden Welle

    Man führt eigentlich nur ein Michelson-Morley-Experiment mit einem Michelson-Interferometer durch.
    http://de.wikipedia.org/wiki/Michelson-Interferometer
    Man spaltet eine Lichtwelle in zwei Teile auf. Diese beiden Teile durchlaufen dann zwei gleich lange Strecken, die senkrecht zueinander ausgerichtet sind und werden dann wieder zusammengeführt. Eine Überlagerung von zwei Wellen nennt man Interferenz.
    http://de.wikipedia.org/wiki/Interferenz_(Physik)
    Wenn die zurückgelegten Strecken unterschiedlich lang sind oder wenn die Lichtgeschwindigkeit entlang der beiden Arme verschieden ist, ergibt sich eine Phasenverschiebung zwischen den zwei Wellen. Diese kann man mit Hilfe des Interferenzbildes messen.

    Ein Experimentator misst bei Auftreten einer Gravitationswelle also schlicht eine Veränderung des Interfernzmusters.
    Naheliegend wäre für ihn folgende Interpretation:
    Er weiß, dass beide Arme gleich lang sind. Deswegen muss die Geschwindigkeit des Lichts entlang der beiden Arme unterschiedlich groß sein.
    Die allgemeine Relativitätstheorie sagt aber:
    Die Lichtgeschwindigkeit (im Vakuum bzw. in gleichartigen Medien) ist eine Konstante. Licht hat immer die selbe Laufgeschwindigkeit. Die Phasenverschiebung muss also eine andere Ursache haben. Die Gravitationswelle verändert also die Länge des Weges, den das Licht zurücklegen muss.
    Die beiden Arme hatten kurzzeitig eben doch nicht die selbe Länge. Das ist die Ursache der Phasenverschiebung.

    denn ein auf einem Photon des Laserstrahls mitreisender Beobachter merkt von dem ganzen Vorgang ja exakt nichts, oder?

    Für ein Photon vergeht grundsätzlich überhaupt keine Zeit, weil es sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt.
    Genauer gesagt kann man darüber aber eigentlich nicht sprechen, weil dieses System kein Inertialsystem ist. Eine Eigenzeit ist für ein Photon gar nicht richtig definierbar.

  37. #37 2xhinschauen
    2. Juni 2013

    @Niels, nochmal danke 🙂
    Ich verstehe Deine Beschreibung – ist ja auch kein so extrem komplizierter Sachverhalt. Ich nehme auch mal den Beobachter auf dem Photon zurück, denn eigentlich hab ich gewusst, was Deine Replik darauf sein würde *grummel

    Mein Knackpunkt: Wenn die Gravitationswelle gerade dabei ist, den Raum zwischen Laser/Strahlteiler/Detektor am einen und Umkehrspiegel am anderen Ende zu stauchen (das hatte ich zuvor falsch formuliert), dann wird doch auch die Wellenlänge des Strahls an jedem Ort in der Mess-Strecke proportional mitgestaucht. Wenn also vorher (keine GW) x Laserstrahlwellenberge und -täler in die Mess-Strecke hineingepasst haben, dann passen auch während des Durchgangs der GW zu jedem Zeitpunkt exakt x Wellenberge-/täler in die Strecke hinein, eben wegen der gemeinsamen proportionalen Stauchung/Streckung von Raum und Laserstrahl, und man sieht keine Phasenverschiebungen in den Interferenzbildern.

  38. #38 Niels
    2. Juni 2013

    @2xhinschauen
    Vielleicht liegt es daran?

    Eine stehende Welle zwischen Laser und Detektor würde nach diesem Bild auch bei einer durchlaufenden Gravitationswelle noch eine stehende Welle sein

    In einem Michelson-Interferometer gibt es doch gar keine stehenden Wellen. Photonen verlassen die Quelle, laufen durch den Aufbau, interferieren schließlich auf dem Schirm und sind damit “verbraucht”.

    Viel mehr als das kann ich auch zum deinem letzten Beitrag nicht sagen. Während sich die Gravitationswelle durch das Interferometer bewegt, bewegen sich doch auch beide Lichtwellen des Experiments mit Lichtgeschwindigkeit.

    Hm. Vielleicht kann das ein anderer der hier Kommentierenden besser erklären?

  39. #39 Tom
    3. Juni 2013

    Wenn man davon spricht, dass das Weltall expandiert, bedeutet dass der Raum sich ausdehnt so das der Raum ggf auch reißen kann oder entsteht neuer Raum?

  40. #40 PDP10
    3. Juni 2013

    @Niels, 2xhinschauen:

    “Hm. Vielleicht kann das ein anderer der hier Kommentierenden besser erklären?”

    Ich versuchs mal 🙂

    @2xhinschauen:

    “Mein Knackpunkt: Wenn die Gravitationswelle gerade dabei ist, den Raum zwischen Laser/Strahlteiler/Detektor am einen und Umkehrspiegel am anderen Ende zu stauchen (das hatte ich zuvor falsch formuliert), dann wird doch auch die Wellenlänge des Strahls an jedem Ort in der Mess-Strecke proportional mitgestaucht”

    Genau darüber habe ich mir auch lange den Kopf zerbrochen.
    Ich glaube der Widerspruch lässt sich auflösen, wenn man sich klar macht, das hier zwei Bezugssysteme im Spiel sind.

    Stell dir den Strahlteiler in der Mitte und einen der Spiegel an den “Schenkeln” des Interferometers als Testmassen vor.
    Läuft da jetzt eine Gravitationswelle durch, wird der Raum da wo der “Wellenbauch” ist zusammengezogen.
    Der gleiche Effekt ergäbe sich, wenn zwischen unseren beiden Testmassen plötzlich (FUUUMP…) eine weitere Masse auftauchen würde.

    Die beiden Testmassen würden von unserer zusätzlichen Masse angezogen => der Abstand verkleinert sich.

    Du hast schon recht. Im Bezugssystem der Graviationswelle, bzw unserer beiden Testmassen sieht man das nicht, da sich der Raum selbst verändert.

    In einem äusseren Bezugssystem allerdings sehr wohl.
    ZB. dem Bezugssystem des gesamten Interferometers.
    Da die Lichtgeschwindigkeit aber in beiden Bezugssystemen gleich sein muss, muss sich die Laufzeit des Signals in dem Arm des Interferometers, durch den die GW läuft verkürzen – vom äusseren Bezugssystem aus gesehen!

    Am Detektor kommt das Photon aus diesem Arm deshalb früher an und löscht sich deshalb nicht mehr perfekt mit dem Photon aus dem anderen Arm aus.
    Ein Interferenzmuster entsteht.

    Ich hoffe das ist einigermassen verständlich und ich habe hoffentlich auch keinen totalen Blödsinn erzählt (Niels? 🙂 ).

  41. #41 Florian Freistetter
    3. Juni 2013

    @Tom: Es entsteht neuer Raum. “Reißen” tut da nix.

  42. #42 Falk
    3. Juni 2013

    @ PDP10: so richtig gut finde ich deine Erklärung nicht – es ist ja weiterhin der Phasenunterschied, der uns interessiert, und der dann entscheidet, in welchen Arm das rekombinierte Photon wieder geht (es löscht sich nicht total aus, nur der Weg (zum Detektor) oder (zur Lichtquelle) wird bestimmt). Zudem hört es sich bei dir fast so an, als würdest du an der Grenze zur Kohärenzzeit arbeiten wollen – und solche Gangunterschiede werden wir hier sicher nicht beobachten.
    Der Punkt, der hier nachgefragt wurde, ist nach meinem Verständnis der: Eine Änderung des Raumes ändert auch die Wellenlänge. Da c konstant ist, ändert sich also im Bereich dieser Raumänderung auch die Frequenz des Lichtes. Die Phase als Integral über f dt hängt also nicht nur von der Änderung der Laufzeit ab, sondern auch von der Änderung der Frequenz. Gefragt wurde, inwieweit diese beiden Effekte gegeneinander arbeiten und die Detektion der GWelle dementsprechend schwerer machen, da das Signal kleiner ausfallen würde als bei von der Gravitation unabhängiger Frequenz.

  43. #43 PDP10
    3. Juni 2013

    @Falk:

    “Die Phase als Integral über f dt hängt also nicht nur von der Änderung der Laufzeit ab, sondern auch von der Änderung der Frequenz. Gefragt wurde, inwieweit diese beiden Effekte gegeneinander arbeiten und die Detektion der GWelle dementsprechend schwerer machen, da das Signal kleiner ausfallen würde als bei von der Gravitation unabhängiger Frequenz.”

    Ich habe 2xhinschauens Frage in #37 anders verstanden:
    Die Frage ist nach meinem Verständnis, wenn sich der Raum zwischen Spiegel und Strahlteiler selbst zusammenzieht, merkt man keine Änderung der Entfernung der beiden.

    IMHO lässt sich dieses Dilemma auflösen, indem man sich klar macht, dass man hier zwei Bezugssysteme betrachtet.
    Aber vielleicht habe ich mit der abschliessenden Erklärung mit den unterschiedlichen Laufzeiten mehr verwirrt als erklärt …

  44. #44 2xhinschauen
    3. Juni 2013

    @Falk, Du hast meine Frage richtig wiedergegeben, aber so interpretiert, wie ich das mangels Wissen nicht hätte meinen können 😉 In meinem Bild der proportionalen Stauchung/Streckung gibt es keine konkurrierenden Effekte, sondern es gab überhaupt keinen im Bezugssystem der Messapparatur existenten Effekt. Ob das ein Widerspruch zu Deiner Lesart ist, kann ich aber nicht sagen.

    Du schreibst aber: “Da c konstant ist, ändert sich also im Bereich dieser Raumänderung auch die Frequenz des Lichtes”, und das hatte mich vorher ebenfalls schon bewegt, hab es aber aus der Frage weggelassen. Nach e=hf würde die Frequenz- auch eine Energie-Änderung der Photonen bewirken, deren Saldo nach Durchlauf der Welle zwar null sein sollte, von der ich aber nicht weiß, ob sie “erlaubt” ist, denn sie ist nicht virtuell, kein Quanteneffekt, sondern real.

    @PDP10 – nein ich bin nicht verwirrter als vorher, im Gegenteil: Den Ansatz habe ich verstanden. #§$% SRT: die Lichtgeschwindigkeit hat für jeden “ruhenden” oder gleichförmig bewegten Beobachter denselben absoluten Wert. Von außen betrachtet ist bei Stauchung/Streckung die Mess-Strecke in der Tat kürzer/länger, und das Photon ist früher/später da. Bingo.

    Allerdings sind Laser, Strahlteiler, Umlenkspiegel und Detektor Teile des Systems, für das die Längenänderung nicht existiert.

    Meine Selbstzweifel nehmen weiter zu 🙂

  45. #45 PDP10
    4. Juni 2013

    @2xhinschauen:

    “Allerdings sind Laser, Strahlteiler, Umlenkspiegel und Detektor Teile des Systems, für das die Längenänderung nicht existiert.”

    Wenn der “Bauch” der Gravitationswelle aber nur durch einen Arm des Interferometers läuft, hast du im Bezugssystem des gesamten Interferometers nur auf der einen Seite die Änderung. Und die kannst du dann im Vergleich zum anderen Arm sehen.

  46. #46 Falk
    4. Juni 2013

    Ich hab mir da mal ein paar Gedanken gemacht: Ist die Periode der GW oder die Zeitdauer des Bursts kleiner als die Umlaufzeit eines Photons in einem der Interferometerarme, dann wird das nicht detektierbar sein: In diesem Fall ist d\Phi = f dt + t df = 0. Denn ändert der Arm mit Länge l sich um dl, dann ändert sich beim Licht die Wellenlänge und Frequenz nach: dl/l = d\lambda/\lambda = -df/f. Die Umlaufzeit ändert sich mit dt = dl / c. Setzt man das alles oben in das totale Differential ergibt sich, dass sich d\Phi nicht ändert. Inwieweit die Änderung des Potentials bzw. die gravitative Frequenzverschiebung für den anderen Fall (“längerer Signale”) eine Rolle spielt, dazu muss ich mich erst noch in die ART mehr einarbeiten, um die Frequenzverschiebung bei “Potentialänderung” genauer zu verstehen.

  47. #47 PDP10
    5. Juni 2013

    @Falk:

    Als ich versucht habe 2xhinschauens Frage zu beantworte, bin ich bei meinen Recherchen auf diese Vorlesungsfolien gestossen:

    http://www.mpe.mpg.de/~wbecker/Vorlesungen/TUM_WS0304-Gravitationswellen_und_deren_Nachweis.pdf

    Vielleicht hilft das.

  48. #48 2xhinschauen
    5. Juni 2013

    @Falk, ich hatte zwar Mathe als Leistungskurs und im Abi eine 2, wodurch ich damals aber schon nah genug dran war, um zu erkennen, dass meine Talente anderswo liegen müssen. Damit kokettiere ich aber nicht rum, sondern empfinde das eher als Behinderung. Mit anderen Worten, ich habe Deine Überlegungen nicht verstanden. Trotzdem danke, auch wenn du offenbar gerade auch an Deinem eigenen Verständnis der Sache arbeitest.

    @PDP10 … das scheint es zu sein … wenn die GW sich nicht exakt entlang der Winkelhalbierenden der Messarme ausbreitet – ich denke da noch an die Kugelwelle – die Winkelhalbierende also nicht exakt ins Zentrum der Kugelwelle guckt – dann sind Stauchung/Streckung in den beiden Messarmen zu (evtl fast) jedem Zeitpunkt des Wellendurchgangs verschieden. Der einzelne Messarm “sieht” das nicht (mein Fehler, den isoliert zu betrachten), aber der Detektor sieht beide Effekte bzw ihre Differenz und ist damit Teil des externen Bezugssystems.

    Als Dankeschön einen halbautomatischen Längendilatator, handvernickelt, im Geschenkkarton für Dich 🙂

  49. #49 Niels
    5. Juni 2013

    @2xhinschauen
    Schön, wenn es jetzt klar ist. 😉
    Tut mir leid, dass ich es nicht besser erklären konnte.

    @Falk

    Ist die Periode der GW oder die Zeitdauer des Bursts kleiner als die Umlaufzeit eines Photons

    Wie schon erwähnt, es geht um Gravitationswellen mit grob 1 bis 1000 Herz, also 1 bis 1000 Schwindungen der Armlängen des Interferometers pro Sekunde.
    Die Armlänge des längsten bisher gebauten Detektors beträgt 4 Kilometer, die Lichtlaufzeit beträgt dort also 0,000027 Sekunden.
    Während des Flugs eines einzelnen Photons kann man die Raumzeit und also in sehr guter Näherung als statisch ansehen, die Länge der Arme bleibt in dieser Zeit praktisch konstant.
    Das ist übrigens wirklich leicht zu nachzurechnen:
    Die Längenänderung eines Armes wird schlicht durch einen Sinus bekannter Periode beschrieben, die Lichtlaufzeit ist ebenfalls bekannt.

    Die typische Signaldauer ist ebenfalls deutlich größer als diese 0,000027 Sekunden. Schwarze Löcher verschmelzen zwar sehr schnell, da sind wir aber trotzdem noch im Millisekunden-Bereich. Supernovae oder die Kollision von Neutronensternen dauern noch länger.
    Bei diesen Ereignissen legt die Quelle der Gravitationswellen, also die beschleunigte Materie, in der Regel weit größere Entfernungen als ein paar Kilometer zurück. Außerdem bewegt sie sich natürlich mit Geschwindigkeiten kleiner als der des Lichtes. Damit ist dann auch die Strahldauer deutlich größer als die “Umlaufzeit” eines Photons im Interferometer.

  50. #50 PDP10
    5. Juni 2013

    2xhinschauen:

    Gerne! 🙂

  51. #51 Falk
    5. Juni 2013

    @ Niels, danke für den Hinweis – irgendwie war mir dein obiges Posting durch die Lappen gegangen.

  52. […] nicht so extrem unwahrscheinlich. Ich habe letztes Jahr im Sommer bei einer Konferenz in Stockholm etwas über Gravitationswellen gehört und ich zitiere mal aus dem damaligen […]

  53. […] Gravitationswellen habe ich hier und hier schon ausführlich geschrieben. Laut Albert Einstein krümmt Masse die Raumzeit und diese Krümmung […]

  54. #54 Alderamin
    7. Februar 2016

    Wow! Am 11.02., so verdichten sich die Gerüchte, wird man die Entdeckung von Gravitationswellen mit dem LIGO-Detektor verkünden. Man soll das Verschmelzen zweier Schwarzer Löcher von 36 und 29 Sonnenmassen zu einem von 62 Sonnenmassen gemessen haben, wobei 3 Sonnenmassen Energie als Gravitationswellen abgestrahlt wurden (bei der Hiroshima-Bombe wurden nur ein paar Gramm Materie in Energie umgewandelt; die Erde strahlt beim Umkreisen der Sonne nur 200 Watt ab, hier waren es vielleicht 10^46 W!). Die ART erweist sich offenbar auch unter solch extremen Bedingungen als korrekt.

    Mehr hier.

  55. #55 rolak
    7. Februar 2016

    10^46 W!

    I’m sorry, but I can’t comprehend :‑/

  56. #56 Alderamin
    7. Februar 2016

    @rolak

    Die Masse des Schwarzen Lochs nach der Verschmelzung war drei Sonnenmassen kleiner als die Summe der Massen der beiden Schwarzen Löcher vor der Verschmelzung. Diese Masse-Energie wurde in ein paar Sekunden als Gravitationswellen abgestrahlt, während sich die beiden Schwarzen Löcher mit beinahe Lichtgeschwindigkeit umkreisten. Das ergibt nach Motls Rechnung rund 10^46 W an Gravitationswellenleistung.

    Es ist von einem wahrscheinlichen Nobelpreis die Rede, man wird also mehr davon hören. Falls das Gerücht bestätigt wird.

  57. #57 rolak
    8. Februar 2016

    Das ergibt nach Motls Rechnung

    Das ist mir schon klar, Alderamin, nur vorstellen – vorstellen konnte ich mir die Zahl weder gestern nach intensivem Feiern noch kann ich es jetzt nach ausgiebigem Ausschlafen…

  58. #59 Hans-Peter G
    Northeim
    13. November 2016

    Hallo Florian,
    auch wenn der Blog schon älter ist, ist er gleichwohl sehr aktuell.
    Ich habe zum Thema folgende Frage: Die Raumzeit soll/hat ein Elastizitätsmodul von 10 hoch 24 GPa !! Nach welcher Formel bestimmt sich dieser Wert bzw welche Faktoren sind dabei zu berücksichtigen ?
    Danke hpg