Manchmal ist es nützlich, nichts zu finden - auch das kann ein Beitrag zum Bild des Universums sein. Einen solchen "fehlenden" Beitrag leistete auch das größte Experiment zur Suche nach Gravitationswellen: Es wurde nichts gefunden.
Das Interferometer des LIGO-Projekts in Livingston bei Los Angeles
Das groß angelegte LIGO-Projekt vereint eine Reihe von Labors, Instrumenten und ganze Forschungskomplexe, deren Aufgabe es ist, Gravitationswellen, Störungen der Raumzeit, zu erkennen, die sich aus der Allgemeinen Theorie ergeben der Relativitätstheorie (GR), als Ergebnis der Beschleunigung massiver Körper entstehen sollte. Bisher wurden sie nicht beobachtet, obwohl sie theoretisch ziemlich häufig im Universum vorkommen sollten.
In der Tat ist diese "Welle" der Raumzeit, die durch die Bewegung gewöhnlicher Körper verursacht wird, sogar theoretisch zu klein, um entdeckt zu werden. Aber wenn wir über die Bewegung wirklich kolossaler Massen sprechen – sagen wir, die Verschmelzung zweier massiver Schwarzer Löcher oder die Explosion einer Supernova – können sie vielleicht beobachtet werden.
Zu diesem Zweck wurde vor einigen Jahren das LIGO-Projekt gestartet und noch nicht auf die höchste Sensibilität gebracht. Nun, die Nachricht über die fehlende Beobachtung von Gravitationswellen betrifft die verarbeitete Datenreihe, die in den Jahren 2005-2007 gesammelt wurde. Wenn jedoch tatsächlich Gravitationswellen im beobachtbaren Universum vorhanden wären, würde LIGO sie entdecken. Es ist keine Überraschung, dass Stimmen bereits Vertrauen gewinnen, was darauf hindeutet, dass sie als nicht existent gelten.
LIGO besteht aus mehreren L-förmigen Detektoren, bei denen der Laserstrahl dann zweigeteilt in einen der Schenkel des Buchstabens L eingespeist wird (anders als beim Buchstaben haben die Detektoren die gleiche Länge von beiden "Beine"), wonach sich die beiden Hälften wieder verbinden. Wenn die von ihnen zurückgelegte Strecke genau gleich ist (oder sich um genau eine Phase unterscheidet), werden die Strahlen perfekt zusammengeführt.
Wenn Gravitationswellen eingreifen, dann können wir aufgrund der Theorie sagen, dass die Raumzeit in einer Ebene der Wellenfront schrumpft und sich in der senkrechten Ebene ausdehnt. Dies wirkt sich zwangsläufig auf die von den Hälften des geteilten Balkens zurückgelegte Strecke aus: Ein Bein L wird „verlängert“, das zweite „verkürzt“und die Balken werden relativ zueinander verschoben. Der Detektor erkennt sofort Änderungen, die sich aus der Überlagerung solcher verschobener Strahlen ergeben.
Natürlich wird die Gravitationswelle die Größe der Tunnel überhaupt nicht um Meter, nicht einmal um Millimeter verändern. Die Messungen sind so fein, dass, um Zufälligkeiten auszuschließen, identische, räumlich getrennte und synchron, aber unabhängig voneinander arbeitende Interferometer eingesetzt werden mussten. Trotz aller Sorgf alt des Experiments (oder vielleicht gerade deswegen) sind bisher keine verlässlichen Ergebnisse erzielt worden.
In der nächsten Phase des Experiments, das sogar einen eigenen Namen Advanced LIGO (" Advanced" LIGO) erhielt, wird die Empfindlichkeit der Ausrüstung erhöht, die ein Raumvolumen von einer Größenordnung abdecken wird größer in jeder Dimension (d. h. tausendmal größer nach Volumen). Wenn diese Arbeit es nicht ermöglicht, Gravitationswellen nachzuweisen, müssen alle nachdenken: Vielleicht ist eine tiefgreifende Überarbeitung der Allgemeinen Relativitätstheorie, einer der Säulen der modernen Physik, erforderlich.
Die Hoffnungen sind aber noch groß: Wissenschaftler glauben, dass es dank einer neuen Empfindlichkeitsstufe möglich sein wird, die vom Urknall erzeugten Gravitationswellen nachzuweisen. Theoretisch schuf er einen mächtigen Strom dieser Wellen, dessen Spuren heute in Form von sekundären Gravitationsstörungen unterschiedlicher Größe und Streuung in alle Richtungen zu sehen sind - wie die unruhige Oberfläche eines Teiches unmittelbar nachdem ein Badegast hineingesprungen ist es.
Die aktuellen LIGO-Ergebnisse haben bisher nur die minimale Größe dieses chaotischen Hintergrunds begrenzt. Dies ermöglichte es den Wissenschaftlern, in den allerersten Momenten der Existenz des Universums neue theoretische Grenzen dafür festzulegen, wie detailliert wir in die Vergangenheit schauen können. „Das ist die einzige Möglichkeit, etwas über dieses junge Universum zu erfahren“, sagt LIGO-Mitarbeiter David Reitze, „und es erlaubt uns bereits, einige der exotischeren kosmologischen Vorstellungen zu verwerfen.“
Zum Beispiel sagen einige Interpretationen der String-Theorie, dass es eindimensionale Strings waren, die die Grundlage unseres Universums bildeten, die zuerst „erschienen“waren und, sich in mehreren grundlegenden Dimensionen entf altend, eine ausgedehnte Raumzeit hervorbrachten. Aber solche Saiten sollten oszillierend regelmäßige Ströme von Gravitationswellen großer Amplitude erzeugen. Und wenn es keine gibt, müssen diese Saiten viel kürzer sein als bisher angenommen.
