Wissen und Gesundheit
03.10.2017

Physik-Nobelpreis für Gravitationswellen

Den Forschern gelang es, Einsteins Theorie zu belegen.

"Heuer wird jemand ausgezeichnet, der mit seiner Entdeckung die Welt zum Erschüttern gebracht hat", erklärte das Nobelpreis-Kommitee bei der Verkündung des Physik-Nobelpreises am Dienstag und kürte Rainer Weiss, Barry C. Barish und Kip S. Thorne für den Nachweis von Einsteins Gravitationswellen. Das teilte die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften am Dienstag in Stockholm mit. Die höchste Auszeichnung für Physiker ist mit umgerechnet etwa 940 000 Euro (9 Millionen Schwedischen Kronen) dotiert. Weiss ist gebürtiger Deutscher. Er erhält die Hälfte des Preisgeldes, Barish und Thorne teilen sich die andere.

Schon im Vorjahr wurde diese Erkenntnis als Favorit gehandelt, doch der Nachweis war erst nach der Nominierungsfrist im Februar 2016 publik geworden.

Vor 100 Jahren hat Albert Einstein die Gravitationswellen mit seiner Relativitätstheorie vorhergesagt. Sie entstehen, wenn Massen beschleunigt werden - etwa bei der Explosion von Sternen am Ende ihrer Lebenszeit oder beim Verschmelzen zweier Schwarzer Löcher.

Nach jahrzehntelanger Suche haben Wissenschaftler erstmals Gravitationswellen direkt beobachtet. Sie breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus, stauchen und strecken den Raum. Mit dem Gravitationswellen-Observatorium LIGO in den USA fingen die Astrophysiker die Signale zweier verschmelzender Schwarzer Löcher auf.

Die US-Physiker Kip Thorne und Rainer Weiss entwickelten seit den 70er Jahren die grundlegende Technik, mit der die Wellen gemessen wurden. Barry Barish perfektionierte die Technologie. Forscher wollen die Gravitationswellen nutzen, um mehr im All zu erspähen als je zuvor. „Vor 400 Jahren hat Galileo ein Teleskop auf den Himmel gerichtet. Ich glaube, wir tun heute etwas ähnlich Wichtiges. Wir eröffnen eine neue Ära“, hatte Ligo-Direktor David Reitze nach dem ersten Nachweis gesagt.

1993 gab es schon einmal einen Physik-Nobelpreis für einen - allerdings nur indirekten - Nachweis von Gravitationswellen: Die US-Astronomen Joseph Taylor und Russell Hulse hatten 1974 zwei einander umkreisende Neutronensterne beobachtet. Ihre Umlaufzeit nimmt langsam ab, was sich exakt mit dem Energieverlust durch Gravitationswellen erklären lässt.

Signal "schockte" die Welt

Das Ereignis, das nun zur Zuerkennung des Nobelpreises für Physik an die drei US-Forscher Rainer Weiss (Jahrgang 1932) sowie Barry Barish (1936) und Kip Thorne (1940) führte, habe „die Welt geschockt“, sagte Göran Hansson, Generalsekretär der Schwedischen Akademie der Wissenschaften am Dienstag. Am 14. September 2015 ging den Forschern die erste Gravitationswelle ins Netz.

Das Signal sei zwar sehr schwach gewesen, als es die Erde erreichte, habe aber sofort eine Revolution in der Astrophysik eingeleitet, heißt es in der Begründung der Jury. Aufgezeichnet wurde die Premieren-Welle am Observatorium LIGO, das aus zwei nahezu identischen Detektoren in Hanford (US-Bundesstaat Washington) und 3.000 Kilometer davon entfernt in Livingston (US-Bundesstaat Louisiana) besteht. An dem Forschungsprojekt sind mehr als 1.000 Forscher - darunter auch österreichische Physiker - beteiligt.

Eine Vision realisiert

Die Preisträger „haben zusammen eine Vision realisiert, die fast fünfzig Jahre alt ist“, so die Jury. Mit ihrem „Enthusiasmus und ihrer Hingabe“ war jeder der drei in unschätzbarem Ausmaß an dem Erfolg von LIGO beteiligt, heißt es. Der gemeinsamen Anstrengung der Pioniere sei es zu verdanken, dass die lange Suche nach dem direkten Nachweis von Gravitationswellen zu einem erfolgreichen Ende geführt wurde.

Der am Massachusetts Institute of Technology (MIT) tätige Rainer Weiss arbeitete bereits seit den 1970er Jahren an der Analyse möglicher Quellen von kosmischen Hintergrundgeräuschen, die die Messungen der lange vorhergesagten Gravitationswellen, stören können. Er hat auch das Detektor-Konzept mit der sogenannten Laserinterferometrie entwickelt. Weiss und Thorne, der wie Barish am California Institute of Technology (Caltech) tätig ist, waren überzeugt, dass damit der Nachweis gelingen könnte. Zusammen mit Barry Barish - dem Forscher, der laut der Jury das Projekt vollendete - schafften sie im vergangenen Jahr den Durchbruch.

Kaum messbar

Aufgrund der Tatsache, dass die vor allem durch kosmische Großereignisse wie Sternenexplosionen oder verschmelzende Schwarze Löcher ausgelösten Wellen kaum messbar sind, gestaltete sich die Suche so langwierig. Einstein selbst glaubte nicht daran, dass eine Beobachtung einmal tatsächlich möglich wird.

Die Existenz von Gravitationswellen liefert direkte Beweise für die Störung der Raumzeit selbst. „Das ist etwas völlig Neues, was uns den Blick auf eine bisher ungesehene Welt eröffnet. Eine Fülle an neuen Entdeckungen erwartet jene, die es geschafft haben, die Wellen aufzuzeichnen und nun ihre Botschaft entschlüsseln“, so das Komitee. Etwas bodenständiger lautete die erste Reaktion von Weiss: „Mir geht es gut, ich habe sogar Hosen an“, sagte er in einem ersten Interview im Rahmen der Pressekonferenz.

1993 gab es schon einmal einen Physik-Nobelpreis für einen - allerdings nur indirekten - Nachweis von Gravitationswellen: Die US-Astronomen Joseph Taylor und Russell Hulse hatten 1974 zwei einander umkreisende Neutronensterne beobachtet. Ihre Umlaufzeit nimmt langsam ab, was sich exakt mit dem Energieverlust durch Gravitationswellen erklären lässt.