Gravitation

Was ist Gravitation überhaupt?

Bevor wir Gravitationswellen anschauen, sollten wir vorher wissen, was Gravitation im Allgemeinen ist. Wir kennen die Gravitation als Ursache, warum Gegenstände fallen. Newton beschrieb die Schwerkraft als eine anziehende Kraft zwischen allen Objekten mit Masse. Einstein beschrieb die Schwerkraft als Krümmung von Raum und Zeit. Für uns bewirkt sie, dass wir nicht von der Erde fallen. Sie hält aber auch die Erde in der Umlaufbahn um die Sonne. Die Kraft, die man durch die Schwerkraft eines Objekts, etwa eines Planeten, spürt, hängt von drei Faktoren ab: Wie viel Masse es hat, wie viel Masse man selbst hat und wie weit man davon entfernt ist. Die Gravitation ist also eine Kraft, die immer paarweise auftritt. Dass heisst, man wird von der Erde angezogen, aber die Erde wird auch von einem angezogen. Diese Kraft ist im Verhältnis zur Masse der Erde jedoch so klein, dass man sie vernachlässigen kann.

 

Was sind Gravitationswellen?

Ein Jahr, nachdem Einstein seine Relativitätstheorie im Jahr 1915 veröffentlicht hatte, bemerkte er, dass seine Theorie Gravitationswellen vorhersagt. Lange war die Idee der Gravitationswellen dann nur ein mathematisches Konstrukt, – bis sie im Jahr 2015 erstmals direkt gemessen wurden. Diese Entdeckung bestätigte Einsteins Relativitätstheorie ein weiteres Mal.
 

Gravitationswellen sind Verzerrungen der Raumzeit, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Doch was versteht man unter Raumzeit? Raumzeit ist ein vierdimensionaler Raum, der aus den drei Raumrichtungen und der Zeit als vierter Dimension besteht.

Jede einzelne Masse verformt oder krümmt sie und ändert die Bahnen und Distanzen zwischen Körpern und Teilchen. Man kann sie sich wie ein Trampolin vorstellen, auf dem Kugeln liegen. Die Kugeln verursachen unterschiedlich tiefe Dellen auf dem Trampolin. Je schwerer die Kugel ist, umso tiefer ist die Einbuchtung. Es kommt zu einer Krümmung der Raumzeit. Weil er Raum jedoch extrem steif ist, braucht es viel Masse (Energie), um ihn auch nur ein wenig zu krümmen.

Ein Beispiel dafür ist eine Annäherung von zwei umeinander rotierenden, massiven Schwarzen Löchern. Nachdem sie sich Millionen von Jahren um sich gekreist haben, verschmelzen sie und werden sogar zu einem noch grösseren Schwarzen Loch. Den Bruchteil einer Sekunde, bevor sie verschmelzen, schicken sie Gravitationswellen durch das Universum. Die Kollision zweier schwarzer Löcher war ein Beispiel, wie Gravitationswellen entstehen können. Andere hochenergetische astronomische Ereignisse hinterlassen ebenfalls Gravitationswellen. Der Kollaps eines Sterns, bevor er in einer Supernova explodiert, oder eine sehr dichte Neutronensternkollision können andere Ursachen sein. Ein Problem jedoch ist, dass die Wellen unglaublich kurz und klein sind, sodass wir sie kaum spüren. Da kommt LISA ins Spiel.