10 Dinge, die Sie über Gravitationswellen wissen wollen : Von schwächsten Signalen und stärksten Ereignissen

Dieses Buch nimmt Sie mit zur Wissenschaftssensation des Jahres 2016: Im Februar gaben Forscher bekannt, dass es mit den LIGO-Detektoren gelungen war, Gravitationswellen erstmals direkt nachzuweisen – 100 Jahre nach ihrer Vorhersage durch Albert Einstein. Der Autor beantwortet allgemein verständlich die zehn spannendsten Fragen zu diesen Beben der Raumzeit, die bei den mächtigsten Ereignissen entstehen, die es in unserem Universum geben kann, beispielsweise beim Urknall selbst, bei der Verschmelzung Schwarzer Löcher, bei der Explosion superschwerer Sterne und bei der Kollision von Neutronensternen: Wie wirken Gravitationswellen auf mich und Materie? Wie misst man Gravitationswellen, und warum ist das so schwierig? Welche kosmischen Quellen geben Gravitationswellen ab? Warum will man Gravitationswellen überhaupt messen? Was wird man Neues mit Gravitationswellen entdecken können? Und mehr! In kurzen Interviews kommen zusätzlich Experte n aus der Gravitationswellenforschung zu Wort und geben einen aktuellen Einblick in ihr jeweiliges Forschungsgebiet und ihren Beitrag zur Entdeckung von Gravitationswellen. Dabei legen die Wissenschaftler eindrucksvoll dar, wie sich ihre persönliche Sicht des Universums mit der Entdeckung des Gravitationswellensignals, das zwei verschmelzende Schwarze Löcher zeigt, verändert hat. Vorwort 6 Danksagung 8 Akronyme 9 Inhaltsverzeichnis 11 1 Was sind Gravitationswellen? 14 1.1 Was ist überhaupt eine Welle? 14 1.2 Gravitation + Welle = Gravitationswelle 18 1.3 Einsteins Gravitationswellenformel 24 2 Wie wirken Gravitationswellen auf mich und Materie? 29 2.1 Kann eine Gravitationswelle zum Schwarzen Loch kollabieren, Herr Schäfer? 29 2.2 Schall und elektromagnetische Wellen 33 2.3 Verformter Ring aus Testmassen 35 2.4 Die Gravitationswelle und ich 37 3 Wie kann man Gravitationswellen messen? 39 3.1 Wie quetschen Sie Licht, Herr Willke? 39 3.2 Webers Resonanzdetektor 44 3.3 Das Michelson-Interferometer 46 3.4 Was ist ein Laser? 50 3.5 Laserpower von LIGO und GEO600 52 3.6 Noch mehr Tricks im Interferometer 56 3.7 LIGOs Optik 57 3.8 Gedämpfte Spiegel 59 3.9 Nichts in der Röhre 61 3.10 Der Trick höchster Präzision 63 4 Warum ist es so schwierig, Gravitationswellen zu messen? 65 4.1 Hätten Sie jemals an so einen Durchbruch geglaubt, Herr Weiss? 66 4.2 Das unmögliche Gravitationswellenexperiment 71 4.3 Viel Rauschen, kein Lauschen 74 4.4 Die Instrumente der Gravitationswellenjäger 76 4.5 Gravitationswellendetektoren der nächsten Generation 82 5 Welche kosmischen Quellen geben Gravitationswellen ab? 86 5.1 Welchen Lieblingsstern würden Sie gerne explodieren lassen, Herr Müller? 86 5.2 Paradebeispiel Doppelstern 92 5.3 Gravitationswellengruß aus dem Sonnensystem 97 5.4 Weiße Zwerge – echte Brummer! 99 5.5 Tanz der Neutronensterne 106 5.6 Raumzeitexplosionen Schwarzer Löcher 111 5.7 Die Schreie der Sternexplosionen 121 5.8 Übersicht kosmischer Quellen 129 6 Wie wurden Gravitationswellen indirekt mit Pulsaren gemessen? 131 6.1 Was hat die Radioastronomie mit Gravitationswellen zu tun, Herr Kramer? 132 6.2 Was ist ein Pulsar? 135 6.3 Durchbruch mit dem Hulse-Taylor-Pulsar 138 6.4 Gravitationswellenjagd mit Pulsaren: Pulsar Timing Arrays 148 7 Wie werden Gravitationswellen mit Computern berechnet? 155 7.1 Wie viele Gravitationswellen stecken in Ihrem Computer, Herr Brügmann? 156 7.2 Einsteins Vorstoß: Wellenlösungen seiner Feldgleichung 163 7.3 Geballte Computerpower 164 7.4 Computersimulationen kollidierender Schwarzer Löcher 167 7.5 Die harten Nüsse der numerischen Relativitätstheorie 169 8 Welche Gravitationswellensignale hat man bislang entdeckt? 174 8.1 Was fühlten Sie, als Sie die erste Gravitationswelle sahen, Herr Drago? 175 8.2 Ein Tag im September 2015 179 8.3 Die Pressekonferenz am 11. Februar 2016 182 8.4 GW150914: So klingen Schwarze Löcher 183 8.5 Von wo kam das Signal? 190 8.6 GW151226: Die zweite Welle 194 8.7 In memoriam: Ronald Drever 196 9 Warum will man Gravitationswellen überhaupt messen? 198 9.1 Was geht Ihnen bei diesem Wellensalat durch den Kopf, Herr Lesch? 198 9.2 Geschlossene Fenster 203 9.3 Ein Plädoyer für die Grundlagenforschung 207 9.4 Ein Tor zum Kosmos der Gravitationswellen 208 10 Was wird man Neues mit Gravitationswellen entdecken können? 210 10.1 Gibt es noch ungelöste Fragen bei den Gravitationswellen, Herr Allen? 210 10.2 Die letzten Geheimnisse der Schwarzen Löcher 216 10.3 Jenseits von Einsteins Gravitation 220 10.4 Blick in die Neutronensterne 225 10.5 Die Enthüllung des dunklen Kosmos 227 10.6 Das ultimative Rätsel vom Anfang von allem 232 Epilog 240 Glossar 245 Literatur 251 Index 257 Dieses Buch nimmt Sie mit zur Wissenschaftssensation des Jahres 2016: Im Februar gaben Forscher bekannt, dass es mit den LIGO-Detektoren gelungen war, Gravitationswellen erstmals direkt nachzuweisen - 100 Jahre nach ihrer Vorhersage durch Albert Einstein. Der Autor beantwortet allgemein verständlich die zehn spannendsten Fragen zu diesen Beben der Raumzeit, die bei den mächtigsten Ereignissen entstehen, die es in unserem Universum geben kann, beispielsweise beim Urknall selbst, bei der Verschmelzung Schwarzer Löcher, bei der Explosion superschwerer Sterne und bei der Kollision von Neutronensternen: Wie wirken Gravitationswellen auf mich und Materie? Wie misst man Gravitationswellen, und warum ist das so schwierig? Welche kosmischen Quellen geben Gravitationswellen ab? Warum will man Gravitationswellen überhaupt messen? Was wird man Neues mit Gravitationswellen entdecken können? Und mehr! In kurzen Interviews kommen zusätzlich Experte n aus der Gravitationswellenforschung zu Wort und geben einen aktuellen Einblick in ihr jeweiliges Forschungsgebiet und ihren Beitrag zur Entdeckung von Gravitationswellen. Dabei legen die Wissenschaftler eindrucksvoll dar, wie sich ihre persönliche Sicht des Universums mit der Entdeckung des Gravitationswellensignals, das zwei verschmelzende Schwarze Löcher zeigt, verändert hat. Der Autor Dr. Andreas Müller ist Astrophysiker und Wissenschaftsautor. Er promovierte 2004 im Fach Astronomie an der Universität Heidelberg und forschte anschließend am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in München in der Röntgenastronomie über Schwarze Löcher. Seit 2007 ist er als Wissenschaftsmanager im Exzellenzcluster „Universe" an der Technischen Universität München beschäftigt. Als gefragter Referent für öffentliche Vorträge kooperiert er auch mit Schulen und veranstaltet Lehrerfortbildungen für Astronomie, Relativitätstheorie und Kosmol ogie, w ofür er 2012 m it dem Johannes-Kepler-Preis zur Förderung des Astronomieunterrichts von MNU ausgezeichnet wurde So wie die Raumzeit von Gravitationswellen zum Beben gebracht wird, bebt jede Seite in 10 Dinge, die Sie über Gravitationswellen wissen wollen von der Begeisterung und Leidenschaft des Autors Andreas Müller für das Thema. Darum kann die Lektüre, trotz vieler anspruchsvoller Vertiefungen, auch für Laien zu einem großen Vergnügen werden. Das Buch ist in zehn Kapitel unterteilt, die sich jeweils einer Fragestellung zu Gravitationswellen widmen. Jedes Kapitel wird von Interviews mit hochrangigen Spezialisten eingeführt. Diese Struktur ist sowohl übersichtlich als auch sehr abwechslungsreich wegen der verschiedenen Stimmen, die in den Interviews zu Wort kommen. Farblich abgehobene Boxen unter den Titeln "Xtra" und "Nerd-Alarm" bieten Zusatzinformationen und mathematische Gleichungen für Profis, die sich von höherer Algebra nicht erschrecken lassen. getAbstract empfiehlt das Buch Lehrern, die ihre Schüler für physikalische Forschungen begeistern wollen, und allen, die sich für die neuesten Erkenntnisse der Astrophysik interessieren Kosmische Quellen, Auswirkungen und Nachweismethoden der 1915 vorhergesagten und 2015 entdeckten Gravitationswellen