Die Schwerkraft ist nicht nur eine Kraft, die alles zusammenzieht. Durch unser Verständnis der Allgemeinen Relativitätstheorie wissen wir, dass die Gravitation Wellen in der Struktur von Raum-Zeit-Gravitationswellen erzeugen kann.
Wie funktionieren Gravitationswellen?
Bald nachdem Einstein die Allgemeine Relativitätstheorie vorgeschlagen hatte, erkannte er, dass die Schwerkraft Wellen erzeugen kann. Doch schon bald zweifelte er wieder an seiner Schlussfolgerung. Er erkannte die Existenz von Gravitationswellen durch die vereinfachte Form der Allgemeinen Relativitätstheorie, aber Einstein wusste nicht, ob Gravitationswellen tatsächlich existierten oder nur ein Produkt des Vereinfachungsprozesses waren.
Es ist bekannt, dass die Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie schwer zu lösen sind, daher ist es kein Wunder, dass sogar Einstein selbst vage darüber war. Es dauerte mehrere Jahrzehnte, bis Physiker endgültig zu dem Schluss kamen, dass die Allgemeine Relativitätstheorie die Existenz von Gravitationswellen unterstützt. Mit anderen Worten, Gravitationswellen sind real.
Fast alle Bewegungen des Universums werden Gravitationswellen erzeugen. Wie jede andere Welle kann eine Gravitationswelle durch eine leichte Schwingung erzeugt werden. Wenn Sie das Wasser umrühren, sehen Sie Wasserwellen. Wenn Ihre Kehle vibriert, werden Sie Schallwellen machen. Wenn Sie ein Elektron schütteln, erzeugen Sie elektromagnetische Wellen. Um Gravitationswellen zu erzeugen, müssen Sie lediglich das Objekt beschleunigen.
Gravitationswellen breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit von der Wellenquelle nach außen aus, wobei es sich um Wellen unter der Wirkung der Schwerkraft handelt. Wenn die Gravitationswelle Sie durchdringt, werden Sie gedehnt und gequetscht, als ob eine riesige Hand Sie wie Knete knetet.
Werden Sie Gravitationswellen spüren?
Obwohl alles im Universum Gravitationswellen erzeugt hat, hat man sie nie wirklich bemerkt. Bisher ist die Schwerkraft die schwächste der vier Grundkräfte in der Natur. Selbst wenn wir die Gravitation um das 10^27-fache vergrößern, ist die Gravitation immer noch um mehrere Größenordnungen schwächer als die anderen drei Grundkräfte – schwache Kernkraft, elektromagnetische Kraft und starke Kernkraft. Gravitationswellen sind schwächer; Gravitationswellen sind winzige Störungen oberhalb der normalen Schwerkraft.
Dies bedeutet auch, dass die durch Ihre Handbewegung erzeugten Gravitationswellen fast vollständig nicht vorhanden sind. Um eine große Anzahl von Gravitationswellen in Raum und Zeit zu erzeugen, braucht man sehr große Massen- und Energiebewegungen, wie Kollisionen von Schwarzen Löchern, Neutronensterneinschläge, Supernova-Explosionen, supermassive Schwarze Löcher, die ganze Sterne verschlucken, und sogar die chaotischen Kräfte, die bei . freigesetzt werden der Beginn des Urknalls.
Wenn Sie sich innerhalb einer halben Meile von zwei verschmelzenden Schwarzen Löchern befinden, werden die durch die Verschmelzung der Schwarzen Löcher freigesetzten Gravitationswellen stark genug sein, um Sie auseinander zu reißen. Wenn Sie jedoch Hunderte von Kilometern entfernt sind, werden sich Ihre Haare nicht einmal bewegen.
Und unser Planet ist in einer sehr vorteilhaften Position, Millionen oder Milliarden Lichtjahre von diesen katastrophalen Ereignissen entfernt. Die Amplitude der sich zur Erde ausbreitenden Gravitationswelle ist nicht größer als die Breite eines Protons.
Gravitationswellen sind natürlich auch sehr mysteriös
Da Gravitationswellen extrem schwach sind, dauerte es fast ein Vierteljahrhundert technologischer Entwicklung, bis der Mensch endlich Gravitationswellen entdeckte. 2015 bestätigte das Laser Interference Gravitational Wave Observatory (LIGO) den ersten Nachweis von Gravitationswellen. Die Gravitationswelle entsteht durch die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher, die 1,4 Milliarden Lichtjahre entfernt sind.
Schwache Gravitationswellen haben auch einen Vorteil: Da Gravitationswellen sehr schwach sind, wechselwirken sie kaum mit Materie, sodass Gravitationswellen sich im Universum frei bewegen können, ohne gestreut oder absorbiert zu werden. Dies bedeutet auch, dass wir Dinge sehen können, die normalerweise nicht gesehen werden.
Wenn zwei Schwarze Löcher mitten im Weltraum kollidieren, wie können wir dieses Ereignis beobachten? Würden die beiden Schwarzen Löcher während der Kollision keine elektromagnetische Strahlung freisetzen, könnte unser Teleskop den gesamten Prozess nicht beobachten. Bei diesen Kollisionen wird jedoch eine große Energiemenge in Form von Gravitationswellen freigesetzt, normalerweise mehr als die Summe der Energie, die alle Sterne im Universum produzieren.
Seit LIGO im Jahr 2015 erstmals Gravitationswellen entdeckt hat, haben LIGO und Virgo, ein weiteres großes Interferometer in Italien, das ebenfalls zur Erkennung von Gravitationswellen verwendet wird, mehr als 48 Kollisionsereignisse Schwarzer Löcher bestätigt. Wir haben uns von der gelegentlichen Detektion von Gravitationswellen zu einem ausgereiften Zweig der Astronomie entwickelt. Diese Mikrosekunden-Schwingungen werden der nächsten Generation von Astronomen helfen, Einblicke in das Innenleben des Universums und neu entdeckte Geheimnisse zu gewinnen.
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