Wie misst man Gravitationswellen?

Frage: Wie kann man Gravitationswellen messen? Es gibt das Projekt LISA-Pathfinder bei dem man mit Laserinterferrometrie Gravitationswellen messen will. Wenn jetzt aber die Gravitationswellen selber den Raum krümmen so sollten doch auch die Abstände zwischen den einzelnen Raum-Sonden mit verändert werden. Somit müsste wiederum nichts mit den Lasernabstandsmessern dedektiert werden! Von: Lars


Antwort: Die Frage trifft den Kern der Allgemeinen Relativitätstheorie. Diese beschreibt Gravitation nicht mehr als Kraft zwischen massiven Objekten sondern als geometrische Eigenschaft des Raums und der Zeit (der sogenannten Raumzeit) Anziehung kommt dadurch zustande dass die Objekte unter Einfluss der Gravitation die geradest-möglichen Bahnen in einer gekrümmten Geometrie durchlaufen.

Ein anschauliches Beispiel: Auf der Oberfläche der Kugel sind diese Bahnen zB. Meridiane. Startet man vom Äquator entlang zweier unterschiedlicher Meridiane in Richtung nach in die Nordhalbkugel so schneiden sich die beiden im Nordpol. Dies ist aber keine Folge von "Anziehung" sondern eine Eigenschaft der gekrümmten Geometrie der Kugeloberfläche.

Die Gravitationswelle ist eine lokale Verzerrung der Raumzeit. Im Allgemeinen bewegen sich Objekte unter Einfluss der Gravitation auf geradest-möglichen Bahnen. Im einfachsten Fall des flachen Raumes sind diese Bahnen Geraden, welche zB. parallel zueinander sind. Die Gravitationswelle erzeugt eine Änderung dieser Geometrie die eine Relativbeschleunigung (Beschleunigung zueinander) ergibt. Nach dem Durchlauf der Welle ist der Raum in guter Nährung wieder flach aber die urprünglich parallelen Bahnen bewegen sich nun relativ zueinander und damit ist der Effekt messbar.

Beantwortet  von Dr. Herbert Balasin, Forscher und Dozent am Institut für Theoretische Physik an der TU Wien.

Anmerkung:
Eine ähnliches Problem tritt bei der Farge nach der Messbarkeit der kosmischen Expansion auf. Da ja auch Maßstäbe expandieren sollte dieser Effekt ebenfalls unmessbar sein. Hier lautet die Antwort, dass der Raum nur auf "grossen" Skalen expandiert. D.h. das Modell beschreibt das Universum auf Skalen welche die Körnigkeit die durch Galaxienhaufen auftreten würde nicht wahrnimmt.
Hier ist vielleicht das Beispiel von Wasser nützlich, denn auf Alltagsskalen sieht es ganz gleichmäßig aus. Geht man jedoch zu atomaren Skalen so wird die Körnigkeit, dh. die schnelle Bewegung der Wassermoleküle sichtbar welche das Wasser alles andere als gleichförmig erscheinen lässt.
Was das Universum anlangt so gibt es "gebundene" Strukturen welche an der Expansion nicht teilnehmen (wie zum Beispiel das Sonnensystem). Allerdings expandiert der Raum zwischen den Strukturen und damit lässt sich die Expansion messen.