Was sind Gravitationswellen? – Millie, 10, Sydney
Was für eine gute Frage Millie!
Um dies zu beantworten, müssen wir in die Vergangenheit reisen, ins Jahr 1916. In diesem Jahr veröffentlichte der berühmte Physiker Albert Einstein seine allgemeine Relativitätstheorie.
Einstein fand heraus, wie man die Schwerkraft im Universum mathematisch erklärt. Die Schwerkraft ist die Kraft, die uns auf der Erde und die Erde in der Umlaufbahn um die Sonne hält. Bis 1916 gab es viele Theorien, die versuchten zu erklären, was Schwerkraft ist und warum sie existiert. Aber Einstein schlug vor, dass die Schwerkraft die Krümmung von etwas ist, das Raumzeit genannt wird.
Sie können sich die Raumzeit als das Gewebe des Universums vorstellen. Das macht den Raum aus, in dem wir leben. Ohne sie hätten wir kein Universum und es würde nicht viel Spaß machen.
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Ein Raum-Zeit-Trampolin
Die gekrümmte Raumzeit ist für die Auswirkungen der Schwerkraft verantwortlich. Ein Trampolin ist für uns eine großartige Möglichkeit, uns das auf einer ebenen Fläche vorzustellen.
Stellen Sie sich vor, Sie platzieren eine schwere Bowlingkugel in der Mitte eines Trampolins – ihre Masse biegt den Stoff und erzeugt eine Mulde. Wenn wir jetzt versuchten, einen Ball auf dem Trampolin zu rollen, würde er in und um die Bowlingkugel rollen.
Das ist alles, was die Schwerkraft ausmacht: das Verziehen des Raum-Zeit-Gefüges, das die Art und Weise beeinflusst, wie sich die Dinge bewegen.
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Genau das haben Einsteins berühmte Gleichungen erklärt – wie wir erwarten können, dass sich die Raumzeit unter verschiedenen Bedingungen bewegt. Wir wissen, dass im Universum nichts still steht. Alles ist immer in Bewegung, und wenn Objekte durch die Raumzeit beschleunigen, können sie kleine Wellen erzeugen, ähnlich wie ein Kieselstein in einem Teich.
Diese Wellen nennen wir Gravitationswellen. Unser Universum ist wahrscheinlich voll von diesen winzigen Wellen, wie ein Ozean mit Wellen, die sich in alle Richtungen bewegen.
Aber im Gegensatz zum Ozean sind Gravitationswellen unglaublich klein und werden die Erde nicht erschüttern. Als Einstein es zum ersten Mal vorhersagte, bezweifelte er, dass wir sie aufgrund ihrer Winzigkeit jemals entdecken könnten.
Ich würde gerne wissen, was er heute darüber denken würde. Wir haben nicht nur Gravitationswellen, sondern 90 einzigartige Ereignisse entdeckt! Es ist eine der größten Errungenschaften in der Physik, und die Art und Weise, wie sie es geschafft haben, war einfach unglaublich.
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Drücken und dehnen
Wenn eine Gravitationswelle die Erde durchdringt, komprimiert oder dehnt sie den gesamten Planeten in die Richtung, in die er sich bewegt. Wenn wir versuchen würden, es mit so etwas wie einem Lineal zu messen, würde das Lineal scheinbar die gleiche Länge haben, weil die Zahlen auf dem Lineal auch gestreckt oder gestaucht würden und sich nicht ändern würden.
Doch Wissenschaftler haben einen Trick: Sie können Licht nutzen, denn Licht kann nur eine bestimmte Strecke für eine bestimmte Zeit zurücklegen. Wenn der Raum erweitert wird, muss das Licht etwas weiter reisen und braucht länger. Bei beengten Platzverhältnissen umgekehrt.
Der Trick, um zu wissen, ob der Raum komprimiert oder gedehnt wurde, besteht darin, ihn zu messen von ihnen Richtungen und berechnen Sie die Differenz. Leider ist es für uns nicht leicht zu messen.
Der gesuchte Abstandsunterschied ist 1.000 Mal kleiner als ein sehr kleines Teilchen namens Proton. Um Sie wirklich zu beeindrucken, haben unsere Körper ungefähr 10 Oktillion Protonen (10.000.000.000.000.000.000.000.000.000).
Es ist eine unglaublich kleine Änderung, die wir erkennen mussten, aber zum Glück haben kluge Wissenschaftler und Ingenieure einen Weg gefunden, dies zu tun, und Sie können im folgenden Video mehr über diese Detektoren erfahren.
Gravitationswellen haben uns neue Einblicke in unser Universum gegeben und uns ermöglicht, Dinge wie Schwarze Löcher und Neutronensterne zu „sehen“, die zusammenstoßen – weil wir endlich die winzigen Wellen erkennen können, die sie erzeugen.