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Sternengeschichten Folge 102: Gravitationswellenastronomie

Von / 7. November 2014 / 12 Kommentare
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Licht ist schön und gut. In den letzten Jahrhunderten haben wir durch die Beobachtung des Lichts aus dem Weltall und der Detektion all der anderen elektromagnetischen Strahlung jede Menge über das Universum gelernt. Aber in Zukunft gibt es vielleicht auch eine “lichtlose” Astronomie; eine Astronomie, die auf völlig anderen Phänomenen basiert. Zum Beispiel der Gravitation: Wenn es uns erst einmal gelingt, Gravitationswellen direkt zu detektieren, dann eröffnet sich uns ein komplett neuer Blick auf den Weltraum. Wir können dann Dinge “sehen”, die heute für uns unsichtbar sind…

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Kommentare (12)

  1. #1 CArsten
    7. November 2014

    Schön erzählt 🙂

    Noch kurz zur Korrektur: LIGO ist momentan offline, um bessere Empfindlichkeiten zu erreichen. Wird in der zweiten Jahreshälfte 2015 wieder in Betrieb gehen. Virgo (Italien) und KAGRA (Japan) sind momentan ebenfalls offline (Upgrade/Neubau). Weltweit ist somit GEO600 der momentan einzig aktive Detektor.

    Zur Sprechweise: LIGO wird englisch ausgesprochen (also “Leigo”)

    Bzgl. eLISA: Da wird es schon nächstes Jahr spannend, wenn LISA pathfinder starten soll. Damit sollen wichtige Technologien der eLISA Mission getestet werden.

  2. #2 Verquerdenker
    31. März 2015

    Ja, da stimme ich CArsten zu. Schön erzählt.
    Aber nach meinem Verständnis der Relativitätstheorie ist das Detektieren von Gravitationswellen nicht möglich. Denn durch eine Gravitationswelle wird nicht nur der Raum gestaucht sonder auch die Zeit gedehnt. Und da man laut Relativitätstheorie überall im Universum die selbe Lichtgeschwindigkeit (im Vakuum) misst, egal wie hoch oder niedrig die Gravitation ist, wird sich das auch beim Durchgang einer Gravitationswelle nicht ändern. Das Licht braucht für beide Strecken immer die exakt gleiche Zeit auch wenn die eine Messstrecke durch eine Gravitationswelle gestaucht wird, da auch immer gleichzeitig die Zeit gedehnt wird.
    Wenn mir jetzt jemand antworten möchte das es dennoch funktioniert dann bitte mit einer plausiblen Begründung warum in diesem speziellen Fall die Relativitätstheorie nicht gilt.

    Ich hoffe wirklich das sie, Herr Freistetter, mir dieses Paradoxon erklären können.

  3. #3 Florian Freistetter
    31. März 2015

    @Verquerdenker: “Denn durch eine Gravitationswelle wird nicht nur der Raum gestaucht sonder auch die Zeit gedehnt. “

    Sagt wer?

  4. #4 Verquerdenker
    1. April 2015

    Einstein mit seiner Relativitätstheorie sagt das.
    Ich beschreibe das mal etwas ausführlicher denn nach meinem Verständnis der Relativitätstheorie ist die Ausbreitung des Lichts an die Raumzeit gekoppelt.
    Schön zu beobachten am Gravitationslinseneffekt der im Universum nicht gerade selten zu finden ist. Das Licht folgt der Krümmung / Verzerrung des Raumes.
    Auch ist die Lichtgeschwindigkeit nach der Relativitätstheorie immer und überall konstant. Wenn ich mich in einem Gebiet mit sehr hoher Gravitation aufhalte, so messe ich die selbe Lichtgeschwindigkeit wie in einem Gebiet mit sehr geringer Gravitation.
    Wenn jetzt ein externer Beobachter ein Gebiet mit sehr hoher Gravitation betrachtet, wird er zwei Dinge feststellen:
    1. es gibt eine Längenänderung der Objekte, sie erscheinen gestaucht.
    2. die Zeit in diesem Gebiet vergeht langsamer (wurde bereits experimentell bewiesen), somit wird auch das Licht dieses Gebiet (für den externen Beobachter) scheinbar langsamer durchqueren denn sonst gäbe es unterschiedliche Lichtgeschwindigkeiten (im Vakuum).
    Daraus folgt: Wenn die Raumzeit gekrümmt oder verzerrt wird, so folgt das Licht dieser Verzerrung. Anders sind die Zeitdehnung und die Längenänderung für mich nicht zu erklären.
    Es kann also in einem Laserinterferometer keine Interferenz geben die auf Gravitationswellen zurückzuführen wäre, da jede Gravitationswelle die Raumzeit krümmt bzw. verzerrt.
    Oder ist mein Verständnis der Relativitätstheorie falsch?
    Ich hoffe es ist ihnen möglich meine Frage ausführlich zu beantworten.

  5. #5 Florian Freistetter
    1. April 2015

    @Verquerdenker: “Einstein mit seiner Relativitätstheorie sagt das. Ich beschreibe das mal etwas ausführlicher denn nach meinem Verständnis der Relativitätstheorie”

    Ich frag nochmal: Ist das deine Privattheorie oder ist das etwas, das andere Wissenschaftler irgendwo schon mal publiziert haben. Wenn ja, dann bitte ich um Literaturhinweise.

  6. #6 Alderamin
    1. April 2015

    @Verquerdenker

    Ich glaube, Du “denkst in Spezieller Relativitätstheorie”. Da gilt, dass aus Sicht eines ruhenden Beobachters, der eine bestimmte Strecke zurücklegt, die Zeit eines bewegten Beobachters langsamer vergeht, während aus Sicht des bewegten Beobachters die Strecke verkürzt erscheint, so dass beide trotz verschiedener Zeitmessung auf die gleiche Geschwindigkeit zum Zurücklegen der Strecke kommen. Etwa bei 80% c würde der ruhende Beobachter behaupten, die Uhr des bewegten ginge um den Faktor 0,6 zu langsam, weswegen er zum Zurücklegen einer Strecke von z.B. 80 Lichtsekunden nicht 100 Sekunden misst, sondern nur 0,6* 100 s = 60 s; der bewegte Beobachter würde hingegen sagen, nö, meine Uhr läuft richtig, aber die Strecke ist nur 0,6 * 80 = 48 Lichtsekunden lang, deswegen lege ich sie bei 0,8 c in 60 Sekunden zurück. Die Längenverkürzung gilt dabei übrigens nur in Bewegungsrichtung, dem bewegten Beobachter würde ein Kreis, den der dem Durchmesser nach durchquert, als in Bewegungsrichtung gestauchte Ellipse erscheinen.

    Bei Gravitationswellen geht es aber um die Allgemeine Relativitätstheorie, und die ist wesentlich komplizierter. Im Prinzip ist alles hier erklärt und hergeleitet, aber das ist mir zu hoch (vielleicht kann’s einer der Physikgurus erklären), deswegen halte ich mich da lieber raus. Habe nur den Eindruck, dass Du und Florian möglicherweise aneinander vorbei redet (soweit ich Dich verstehe, willst Du nur erklärt bekommen, wie die Längenänderung aus der ART folgt, während Florian annimmt, dass Du die ART oder die Herleitung der Längenänderung beim Gravitationswellen-Interferometer aus ihr als fehlerhaft betrachtest).

  7. #7 Verquerdenker
    1. April 2015

    @Florian Freistetter
    Also zur Relativitätstheorie brauche ich ja nicht mehr viel zu sagen. Da gibt es genügend Literatur im Internet zu finden.
    Meine Aussage das das Licht der Krümmung der Raumzeit folgt steht meines Wissen so nirgends. Das ist für mich aber die logische Konsequenz aus der Existenz von Gravitationslinsen, der allgemeinen Relativitätstheorie und der immer konstanten Lichtgeschwindigkeit. Denn das hängt alles miteinander zusammen.
    Das sich meiner Ansicht nach mit Laserinterferometern keine Gravitationswellen nachweisen lassen hat damit aber nur bedingt etwas zu tun. Die gründet auf den Aussagen der allgemeinen Relativitätstheorie das zwischen zwei Systemen mit unterschiedlicher Masse bzw. Energie zum einen die Zeit unterschiedlich schnell vergeht, zum zweiten für den Beobachter der sich indem System mit der geringeren Masse/Energie befindet die Längen in dem anderen System verkürzt erscheinen und zum dritten in beiden Systemen die selbe Lichtgeschwindigkeit gemessen wird.
    Übertragen auf das Laserinterferometer bedeutet das wenn eine Gravitationswelle den einen Schenkel durch Krümmung der Raumzeit scheinbar staucht erfolgt für diesen Bereich gleichzeitig auch eine Zeitdehnung. Was wiederum bedeutet das das Licht für diese Strecke genau solange benötigt wie ohne den Durchgang einer Gravitationswelle.

    Ich hoffe ich konnte meine Überlegungen und Rückschlüsse deutlich machen.

  8. #8 Florian Freistetter
    1. April 2015

    @Verquerdenker: Kannst du das mit den Gleichungen der ART auch vorrechnen, dass es bei der Laserinterferometrie keinen messbaren Effekt durch GWellen geben soll? Denn im Prinzip sagst du ja nichts anderes, als dass all die Physiker, die derzeit überall auf der Welt entsprechende Experimente durchführen, falsch gerechnet haben. Scheint mir ein wenig unwahrscheinlich…

  9. #9 Verquerdenker
    1. April 2015

    @Florian Freistetter
    Nein das kann ich nicht vorrechnen. Wenn ich das könnte würde ich hier diese Frage nicht stellen. Und ich hatte in meinem ersten Post auch darum gebeten mir zu erklären warum ein Laserinterferometer funktionieren soll.
    Ich habe bis jetzt von allen Seiten immer nur gesagt bekommen das es funktioniert. Aber ich habe noch nie eine Erklärung bekommen warum ich falsch liege. Ich möchte es verstehen und nicht mit Aussagen wie “All die Wissenschaftler können sich nicht irren” abgespeist werden. Da ist mir ein “Ich weiß es nicht” viel lieber.

  10. #10 Florian Freistetter
    1. April 2015

    @Verquerdenker: “Ich habe bis jetzt von allen Seiten immer nur gesagt bekommen das es funktioniert. Aber ich habe noch nie eine Erklärung bekommen warum ich falsch liege. “

    Das Problem ist, dass hier im Blog immer wieder Leute vorbei kommen, die der Meinung wäre, sie hätten die Relativitätstheorie widerlegt und die gesamte Physik revolutioniert. Und das klingt dann oft so wie das, was du geschrieben hast und angesichts deines Nicknames war mir nicht klar, welche Motivation dich antreibt. Ich bin mir da immernoch nicht so ganz im klaren. Willst du exakt vorgerechnet bekommen, wie die Gleichungen der ART GWellen erzeugen und wie man die messen kann? Diese Information fändest du in jedem einschlägigen Lehrbuch zum Thema. Oder gehts um fundamentalere Erläuterungen zur ART? Das könnte dann etwas länger dauern (vor allem, weil ich morgen um 5 Uhr früh in Urlaub fahre und eigentlich schon weg bin). Wikipedia & Co, die gute Artikel zu dem Thema haben, reichen dir nicht?

    Hier: https://www.einstein-online.info/spotlights/gw_waves
    und hier: https://www.aapt.org/doorway/tgrutalks/Saulson/SaulsonTalk-Teaching%20gravitational%20waves.pdf

    gibts auch noch gute Infos.
    Ich glaube, dein Grundproblem liegt in deiner Annahme, dass sich die Zeit irgendwie verändert. Aber das spielt bei dem Messprinzip keine Rolle (der zweite Link erklärt das schön). Es macht auch nichts, dass sich das Meßgerät ebenso ändert wie das, was gemessen wird. Es geht darum, dass sich Lichtwellen ändern, während sie durch den Detektor gehen.

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