13.11.2018 | Universität | Umwelt & Materie

Ein Tschirpen für die Ewigkeit

Ein Nobelpreisträger – und erst noch ein Geschichtenerzähler: Barry Barish hält die Einstein Lectures 2018 an der Universität Bern. Zum Auftakt berichtete der Physiker aus erster Hand von der Entdeckung der Gravitationswellen.

Von Roland Fischer

Was für ein Abenteuer! Was für eine intellektuelle Achterbahnfahrt, über ein ganzes Jahrhundert hinweg, auf die Barry Barish sein Publikum am Montagabend mitnahm. Kurz nach der Entwicklung der allgemeinen Relativitätstheorie und der Konzeption einer vierdimensionalen Raumzeit kam Einstein eine seltsame Idee: Könnte es vielleicht so etwas wie Gravitationswellen geben, Schwingungen in dieser von ihm erdachten Raumzeit? Könnte man diese gewissermassen anschlagen wie eine Glocke, so dass sie in Wallung gerät und die Wellen sich überallhin ausbreiten?

Die Idee wurde zu so etwas wie einem Dämon, einem unfassbaren Phantom, das ihn über Jahrzehnte verfolgte. Schon der Ursprung schien verflucht, der Artikel aus dem Jahr 1916 war voller Fehler, so dass als Quelle heute meist die korrigierte Fassung aus dem Jahr 1918 zitiert wird («Über Gravitationswellen»). Ein paar wenige Seiten, eine mathematische Spekulation, mit der Einstein zeit seines Lebens nicht recht froh werden sollte – 1936 versuchte er sogar, seine eigene Idee zu widerrufen. Der Artikel, wiederum fehlerhaft (Albert? Das ist man sich von dir ja gar nicht gewohnt?), wurde zurückgewiesen, worauf Einstein die Herausgeber und das eben neu eingeführten Peer Review-Systems in einer geharnischten Reaktion kritisierte: «I have not authorized you to show the manuscript to specialists before it was printed.» Die Kritikpunkte nahm Einstein trotzdem auf, der woanders publizierte Text liess nun wieder offen, ob diese Wellen tatsächlich existierten.

US-General gibt den Startschuss

Inzwischen war die Fachwelt aber sowieso längst von deren Existenz überzeugt – man debattierte nur noch, ob sie gewissermassen als «Feinstofflichkeiten» angesehen werden mussten, ohne physikalischen Effekt für uns, oder als echte, messbare Realität. Irgendwann muss sich dann ein US-General gesagt haben: Spekulation ist schön und gut, Sicherheit ist besser – und rief 1957 die wichtigsten Relativitäts-Theoretiker zur legendären Chapel Hill-Konferenz zusammen. Zu deren Ende war man sich sicher: Diese Wellen existieren – und sie müssen mit der richtigen Methode auch aufzuspüren sein (und übrigens, Herr General: eine Gefahr für uns stellen sie nicht dar). Das sei der Startschuss gewesen für Leute wie ihn, erzählte Barry Barish vor übervollem Haus in der Aula der Universität Bern.

Gravitationswellen selber erzeugen geht nicht

Von nun an war es an den Experimentalphysikerinnen und -physikern, den Nachweis zu erbringen, dass Einsteins verflixte Intuition eben doch richtig war. Zuerst versuchten sie, selber Gravitationswellen zu erzeugen, aber rasch war klar, dass alles, was sie sich an Instrumentarien erdachten, um Grössenordnungen zu klein war. Es musste etwas Mächtigeres her. Barish meinte dazu: «Man musste auf natürliche Effekte zurückgreifen, und zum Glück gibt es ausserordentlich mächtige – und dazu noch sehr interessante – Quellen für Gravitationswellen: Schwarze Löcher.» Aber auch diese Wellen sind nur noch ein feines Rauschen, wenn sie zu uns gelangen. Und so fing die lange Suche an, erst gut 60 Jahre später hatte man ein erstes echtes Signal auf Band: Zwei schwarze Löcher waren irgendwo weit weg von der Erde kollabiert und eine Ewigkeit später – zufälligerweise nur Wochen nachdem die neueste Messanlage, das riesige LIGO-Inferometer, die Barry Barish mitgegründet hatte, richtig am Laufen war –, schüttelte eine Welle für Bruchteile einer Sekunde die Erde durch. Und das Gerät schlug aus.

Das Zittern der Raumzeit messen

Barish erzählte diese Geschichte auf anschauliche Weise und fand auch noch Zeit, auf die Schwierigkeiten einzugehen, die erklären, warum die Physiker so lange auf den Nachweis warten mussten. Dinge mit der nötigen Genauigkeit zu messen, sei überhaupt sehr schwierig: wie schwer genau ist ein Kilogramm, wie lang ist ein Meter? Eine Differenz zu messen sei zum Glück viel einfacher, und eben das macht man sich bei einem Interferometer zunutze. Dank dieses Instruments können die Experimentalphysikerinnen und -physiker unendlich kleine Abweichungen von der Norm detektieren – auch das kleinste Zittern der Raumzeit. Barish schloss den Vortrag mit diesem seltsam tschirpenden Signal vom 14. September 2015, das in der Astrophysik eine neue Ära einläuten dürfte. Wie genau man diese Gravitationswellendetektoren baut und was sie uns noch alles zeigen werden, dazu gibt er Einblicke in der zweiten und dritten seiner Einstein Lectures.

Das Tschirpen der Gravitationswellen aufgezeichnet am 14. September 2015 durch den LIGO Detektor. © Georgia Tech

ZUR PERSON

Der 82-jährige Barry Barish vom California Institute of Technology (Caltech) ist Mitgründer der LI-GO-Kollaboration und war jahrelang ihr wissenschaftlicher Leiter. Mit dem extrem sensitiven Detek-tor am Laser-Interferometer Gravitationswellen-Observatorium (LIGO) gelang es im Jahr 2015 erstmals, Gravitationswellen direkt nachzuweisen. 2017 wurde Barry Barish und seinen Kollegen Kip Thorne und Rainer Weiss der Nobelpreis für Physik für «entscheidende Beiträge zum LIGO-Detektor und die Beobachtung von Gravitationswellen» verliehen.

Einstein Lectures 2018

Im Andenken an das Werk von Albert Einstein widmen sich die jährlich stattfindenden Einstein Lec-tures der Universität Bern und der Albert-Einstein-Gesellschaft abwechselnd Themen aus der Physik und Astronomie, der Mathematik und der Philosophie. Für die aktuelle Vorlesungsreihe wurde der Pysik-Nobelpreisträger Barry Barish eingeladen.

Weitere Vorträge:

Gravitational Waves: Detectors and Detection

Dienstag, 13. November 2018, 17.15 Uhr

Gravitational Waves and a Future New Science

Mittwoch, 14. November 2018, 19.30 Uhr

Hauptgebäude der Universität Bern, Aula, Hochschulstrasse 4, Bern. Die Vorträge sind öffentlich und kostenlos. Vortragssprache ist Englisch.

Weiterführende Links:

Einstein Lectures

Albert-Einstein-Gesellschaft

Institut für Physik und Astronomie

ZUM AUTOR

Roland Fischer ist freier Wissenschaftsjournalist in Bern.