Nobelpreis für Physik 2017: Detektoren von Wellen in der Raumzeit
Schwedische Akademie leistet Wiedergutmachung für 2016 „miss“, würdigt die „entscheidenden Beiträge der Preisträger zum Ligo-Detektor und zur Beobachtung von Gravitationswellen“ – eine Bestätigung von Einsteins Vorhersage und die größte Sache in der Physik seit der Entdeckung des Higgs-Bosons.
Die Physiker Kip S. Thorne (R) und Barry C. Barish vom California Institute of Technology nehmen an einer Pressekonferenz teil, nachdem sie den Nobelpreis für Physik 2017 gewonnen haben, den sie sich mit Rainer Weiss vom MIT teilen, in Pasadena, Kalifornien, USA, 3. Oktober 2017. ( Reuters-Foto) Als Stockholm am Montag Michael Rosbash anrief, um ihm zu sagen, dass er den Nobelpreis für Physiologie und Medizin für die Entdeckung der physikalischen Grundlagen der biologischen Uhr gewonnen hatte, antwortete er: Sie machen mich veräppelt. Vielleicht war er erstaunt, weil die Auszeichnung asynchron war – seine entscheidende Arbeit wurde vor Ewigkeiten geleistet. Auch im vergangenen Jahr hatte die Nobelstiftung gezeigt, dass sie nicht mit der Welt in Einklang steht, indem sie theoretische Arbeiten zur Topologie der Materie würdigte und das Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (Ligo) ignorierte, das Gravitationswellen 12 Monate vor der Zeremonie. Sie bestätigte eine Vorhersage von Einstein vor einem Jahrhundert, die der Allgemeinen Relativitätstheorie folgte, und war die größte Sache in der Physik seit der Entdeckung des Higgs-Bosons. Zum allgemeinen Ekel und zur Freude der Buchmacher erhielt Ligo den Preis nicht.
Im Jahr 2017 hat die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften Wiedergutmachung geleistet, indem sie die Führung von Ligo ehrt – Rainer Weiss, der das empfindlichste Instrument entwickelt hat, das je von der Menschheit hergestellt wurde, Kip S , und Barry C. Barish, der das Projekt praxisnah aufgebaut hat.
Was genau hat Ligo gesehen – oder genauer gesagt gehört, seit die Signatur der ersten am 15. September 2015 entdeckten Schwerewelle in einen Ton übersetzt wurde, der zwischen einem Zirpen und einem Ping lag?
Die LIGO-Labors in Hanford, Washington (Courtesy Caltech/MIT/LIGO Laboratory) Es hörte die Kollision zweier massiver Schwarzer Löcher, die sich mit manischen Geschwindigkeiten umeinander gedreht hatten und dann vor 1,3 Milliarden Jahren kollidierten, als das Leben auf der Erde gerade erst begonnen hatte. Der kosmische Einfall war nicht sichtbar, da Licht dem Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs nicht entkommen kann, aber durch Strahlung in der Nähe des Mahlstroms aus Materie und Energie darauf geschlossen werden kann. Es verbreitet auch Gravitationswellen, Wellen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit über das Gefüge der Raumzeit ausbreiten. Als der erste Homo sapiens vor Jahrtausenden die Ebenen Afrikas durchstreifte, fegten die Wellen durch die Magellansche Wolke und erreichten im September 2015 die Erde . Es erzeugte ein winziges Zirpen, das die Welt der Quantenphysik erschütterte.
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Bis zur Entdeckung des Higgs-Bosons herrschte jahrelang eine Krise der Physik. Die Methode der Wissenschaft besteht darin, Theorien zu entwickeln und sie dann im Labor zu bestätigen. Ohne den zweiten Schritt bleibt die Theorie ungeprüft. Das Higgs-Boson war das letzte Element des Standardmodells der Physik, das in freier Wildbahn unbeobachtet blieb. So wurde jahrelang Theorie auf Theorie aufgebaut und das Labor weit hinter sich gelassen. Vielleicht wurde alles auf Sand gebaut?
Mit der Entdeckung des Higgs-Bosons holte das Labor auf und die Theorie wurde bestätigt. Die jahrhundertealte Vorhersage von Gravitationswellen blieb jedoch ungetestet – tatsächlich geht sie auf das Postulat von Henri Poincare von 1905 zurück. Nun hat Ligo die Durchgängigkeit des Standardmodells erneut bestätigt. Gravitationswellen wurden früher abgeleitet, und Russel A. Hulse und Joseph H. Taylor Jr. erhielten dafür 1993 den Nobelpreis. Aber Ligo machte die erste direkte Beobachtung einer Gravitationswelle, die ein Zucken in einem Instrument erzeugte.
Mit Blick auf die Zukunft wird die Gravitationswellenastronomie der Menschheit den Zugang zu unsichtbar gebliebenen Teilen von Raum und Zeit ermöglichen. Im Gegensatz zu elektromagnetischer Strahlung wie Licht, die die Raumzeit durchquert, sind sie Wellen innerhalb des Gefüges der Raumzeit. Sie werden nicht von Materie zerstreut und werden es Instrumenten ermöglichen, unglaublich weit in die Abgründe des Weltraums zu blicken – und entsprechend weit in die Vergangenheit zurück. Teile des Universums, die für optische und Radioteleskope dunkel geblieben sind, werden nun sichtbar. Schwarze Löcher und Neutronensterne – Körper, die so dicht sind, dass ein Löffel ihrer Substanz so viel wie die Erde wiegen würde – werden nie zuvor gesehene Geheimnisse preisgeben.
Alles mit Masse erzeugt beim Beschleunigen Gravitationswellen. Du produzierst jedes Mal, wenn du tanzt, Unmengen von Gravitationswellen, aber sie sind nicht stark genug, um von Instrumenten aufgenommen zu werden. Aber alles mit einer gigantischen Masse, wie ein Schwarzes Loch oder ein Neutronenstern, würde messbare Wellen erzeugen und bisher verborgene Phänomene sichtbar machen. In der Vergangenheit wurden Teleskope ins All geschickt, um einen klareren Blick auf das Universum zu erhalten, ungehindert von Staub, Wolken und Hintergrundstrahlung der Zivilisation. Das bekannteste ist das Hubble-Teleskop, und eines seiner Kollegen sucht sogar nach Gravitationswellen – der LISA Pathfinder der Europäischen Weltraumorganisation. Da Gravitationswellen jedoch nicht gestreut werden, könnte man logischerweise einen Detektor in einem Kohlebergwerk vergraben, und er würde immer noch das Licht entfernter Sterne sehen – in seinem eigenen Spektrum, nicht im sichtbaren Licht. In unglaublich naher Zukunft wird diese Form der Teleskopierung ein neues Auge für Raum und Zeit öffnen und uns das Universum so sehen, wie es noch nie zuvor gesehen wurde, in den unzähligen unsichtbaren Farben des Regenbogens der Schwerkraft.
Die LIGO-Labors in Livingston, Louisiana. Die drei Nobelpreisträger für Physik 2017 werden von LIGO als ihre Gründer und ihre ältesten und größten Verfechter beschrieben. (Mit freundlicher Genehmigung von Caltech/MIT/LIGO-Labor) GEWINNER 2016: In den 1970ern, MICHAEL KÖSTERLITZ & DAVID THOULESS die damals geltende Theorie, dass in dünnen Schichten keine Supraleitung oder Suprafluidität auftreten könne, umgeworfen wurde. Sie zeigten, dass Supraleitung bei niedrigen Temperaturen auftreten kann und erklärten auch den Mechanismus, den Phasenübergang, der die Supraleitung bei höheren Temperaturen verschwinden lässt. In den 80er Jahren, DUNCAN HALDANE entdeckte, wie topologische Konzepte die Eigenschaften von Ketten kleiner Magnete in einigen Materialien erklären können.
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