T.6. Gravitationswellendetektoren

Am Anfang der Vorstellung, dass Gravitationswellen existieren könnten, stand Einsteins allgemeine Relativitätstheorie.

Diese beschreibt die Zeit, den Raum und die darin befindlichen Massen als dynamisches System, in dem die Massen aufgrund ihrer bloßen Existenz sowohl die Zeit als auch den Raum in ihrer Umgebung - die so genannte "Raumzeit" - verformen. Dieses Phänomen wird auch "Krümmung der Raumzeit" genannt.

Die Gravitation ist hierbei eine Eigenschaft der Raumzeit, in dem diese Körper enthalten sind.

a) Wie kann man sich die "Krümmung der Raumzeit" vorstellen?

Man kann sich die Raumzeit vereinfacht wie ein in einen Rahmen elastisch eingespanntes Tuch vorstellen. Legt man auf dieses Tuch z.B. eine Billiardkugel, so verformt sich das Tuch und die Kugel liegt in einer Mulde. Diese Mulde führt nun z.B. dazu, dass sich eine Murmel, die wie beim Roulette mit einer gewissen Geschwindigkeit tangential am Rande des Rahmens gestartet wird, in spiralförmigen Bewegungen langsam auf die Billiardkugel zubewegt oder bei sehr hoher Geschwindigkeit zumindest aus einer geradlinigen Bahn abgelenkt wird.

Gleiches geschieht z.B. mit Lichtstrahlen (Photonen) die im Universum eine große Masse passieren wollen. Ist die zu passierende Masse zu groß (wie bei einem schwarzen Loch), kann das Photon nicht mehr entweichen, ansonsten wird es aus seiner Bahn gelenkt.

b) Gravitationswellen

Gravitationswellen ergeben sich als Lösungen der Feldgleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie.

Sie existieren, wenn Massen in der Raumzeit beschleunigt werden. Sie breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus und können theoretisch alle Frequenzen aus dem Spektrum aufweisen.

Aber ihr Effekt ist so klein, dass Einstein selbst bezweifelte, ob man sie jemals nachweisen kann. Potenziell detektierbare Quellen für Gravitationswellen sind dort zu suchen, wo aufgrund der großen Masse der beteiligten Objekte viel Energie umgesetzt wird, also z.B. bei Supernovae, in schwarzen Löchern oder bei massereichen Doppelsystemen (z.B. CUT02).