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Während sich elektromagnetische Wellen vor dem Hintergrund der Raum-Zeit ausbreiten, sind Gravi­tations­wellen Geometriestörungen der Raum-Zeit selber, die sich mit Lichtgeschwindigkeit fortpflanzen. Die Möglichkeit von Schwingungen in der Geometrie des Raum-Zeit-Kontinuums weitab von felderzeugender Materie ergibt sich aus den Feldgleichungen der Einsteinschen Allgemeinen Relativitätstheorie (1916) und wurde 1918 von Albert Einstein aufgezeigt.

Vor Einstein galten, grob gesagt, Raum und Zeit als Gegebenheiten außerhalb der Physik, um Sinnes­eindrücke räumlich und zeitlich zu ordnen. Der Raum war bloß die Bühne, auf der sich das Geschehen in der Zeit abspielt. Einstein verknüpfte auf Anraten von Hermann Minkowski Raum und Zeit zur vierdimensionalen Raum-Zeit, weil räumlicher und zeitlicher Abstand, wie Experimente zeigen, für sich genommen von den Umständen, sprich der Relativgeschwindigkeit zwischen Beobachtern abhängen, nicht aber das (Pseudo)Intervall zwischen zwei Ereignissen. (Ein Ereignis, wie der Untergang der Titanic, wird durch vier Zahlenangaben festgelegt: 50°14' westliche Länge, 41°46' nördliche Breite, 3810 m unter dem Meerespiegel, 14. April 1912.) Endgültig Physik wurde die Raum-Zeit, als sich herausstellte, dass ihre Krümmung vom Inhalt, gleichgültig ob Stoff, ob Feld, diktiert wird, was wiederum als Schwerkraft auf die Bewegung der Materie rückwirkt.

Gravitationswellen werden erzeugt, wenn schwere (also felderzeugende) Massen umeinander spiralen, wobei die Frequenz der abgestrahleten Welle gleich dem Doppelten der Umlauffrequenz ist, bzw. wenn ein Körper in sich zusammenbricht, wobei der Kollaps allerdings nicht strikt symmetrisch erfolgen darf.

Dass Doppelsterne und Planetensysteme trotz Abstrahlung von Gravitationswellen von ziemlicher Dauer sind, hängt mit einer Eigenart der schweren Masse zusammen: Es gibt nur positive Gravitations­ladungen, keine negativen. Schwerkraft wirkt (fast) immer anziehend. Deshalb ist auch kein Dipol ('+' neben '-'), wie im Falle elektrischer Ladungen, möglich. In Ermanglung eines (veränderlichen) Dipolmoments ist die Strahlungs­leistung erheblich reduziert. (Dass Atome trotz der Möglichkeit, effizient elektro­magnetische Wellen auszu­senden, stabil sind, ist allein der Tatsache geschuldet, dass sie eben keine Miniatur­planeten­systeme sind, vielmehr Quanten­gebilde!)

Durch die Beobachtung von Gravitationswellen bekäme man einen unmittelbaren Zugang zum kosmischen Geschehen. Man sähe, worauf es wirklich ankommt: die Bewegung der schweren Massen, gleichgültig welcher Art. Licht und andere elektromagnetische Strahlung lässt uns nur zu oft bloß die Oberfläche der Dinge (Sonnen) schauen. Dunkle Materie macht sich überhaupt nur gravitativ bemerkbar.

Gravitationswellen nachzuweisen galt bis vor kurzem als undenkbar. Der Raum selbst dehnt sich und schrumpft periodisch senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Und zwar gleichzeitig. Expandiert er in der einen Richtung, schrumpft er in der anderen, senkrecht dazu stehenden. Sehen Sie einen Bekannten beständig zwischen Hager- und Pummeligkeit schwanken (bei unveränderter "Tiefe"), geht bestimmt eine Gravitationswelle frontal durch ihn hindurch. Der Effekt ist allerdings atomar winzig. Der Abstand zwischen Erde und Mond schwankte um weniger als ein Milliardstel Millimeter! Relative Längenänderungen von 0,0001 Atomkern­durchmessern über eine Basislänge von 10 km sollten inzwischen inter­fero­metrisch messbar sein. Mehrere derartige Groß­inter­fero­meter (LIGO, VIRGO, GEO600) befinden sich derzeit im Aufbau- und Versuchsstadium. Basislängen von fünf Millionen Kilometern will man in naher Zukunft durch LISA, ein Weltrauminterferometer aus mehreren Satelliten im Laser­kontakt, realisieren.

geändert: 09.04.2004