21. Potsdamer Leibniz-Kolleg: Den Schwarzen Löchern zuhören

Gravitationswellen sind weder sichtbar noch greifbar. Doch 2015 haben die mysteriösen Wellen Physiker in aller Welt in Schwingungen versetzt. Erstmals konnten sie überhaupt gemessen werden – und Potsdamer Wissenschaftler hatten einen erheblichen Anteil daran. Nun widmet sich das diesjährige Leibniz-Kolleg dem Phänomen, dessen Bestätigung letztlich Einsteins Relativitätstheorie belegte. Aufwarten kann das Kolleg am Donnerstag mit einem echten Star der Szene, dem Astrophysiker Bernard F. Schutz. Er war maßgeblich an dem Nachweis der Existenz der nebulösen Wellen beteiligt.

Wie, ob und wann die Wellen entdeckt werden würden, war lange ungewiss. „Vorhersagen sind schwierig, insbesondere wenn sie die Zukunft betreffen. Das haben auch die Forscher festgestellt, die nach den Gravitationswellen gesucht haben“, stellt Reimund Gerhard fest. Er ist der Vorsitzende des Leibniz-Kollegs und hat das diesjährige Symposium maßgeblich mitorganisiert. Besonders stolz ist Gerhard darauf, dass es ihm gelungen ist, Berhard F. Schutz einzuladen, denn der wird als einer der potenziellen Kandidaten für den Physik-Nobelpreis gehandelt. Als im Jahre 1998 Schutz – Gründungsdirektor des Potsdamer Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik – ein Symposium zum Auftakt des Leibniz-Kollegs initiierte, wusste niemand, wann und ob die Gravitationswellen überhaupt entdeckt werden würden. Zugegen war vor 19 Jahren auch Kip Thorne, der Doktorvater von Schutz. Beide hatten sich der Suche nach den ominösen Wellen verschrieben, deren Existenz Einstein postuliert hatte. „Ungefähr noch 50 Jahre würde es dauern, bis die Wellen entdeckt werden, hatten die beiden damals vorausgesagt“, erinnert sich Reimund Gerhard. Tatsächlich wurden es nur 18 Jahre. „Das liegt daran, dass die Interferometrie viel schnellere Fortschritte gemacht hat, als wir angenommen haben“, so Gerhard. Hochentwickelte Teleskope und Messinstrumente wurden viel schneller entwickelt, als Forscher vor Jahrzehnten vermuteten. Was Einstein vor 100 Jahren vermutet hatte, konnte so schon 2015 bewiesen werden: die Existenz von Gravitationswellen.

Potsdam lieferte einen entscheidenden Beitrag

Aus seiner Forschung zur Relativitätstheorie und den entsprechenden Berechnungen hatte Einstein gefolgert, dass die Wellen existieren müssten. Wenn Schwarze Löcher sich im Weltraum vereinigen, entstehen Gravitationswellen, die das Raum-Zeit-Gefüge durcheinanderbringen und zu einer Stauchung und einer anschließenden Dehnung der Elemente führen. Damit stellte Einstein die zuvor herrschende newtonsche Gravitationstheorie infrage, wonach Gravitation von Körpern eine unerschütterliche Konstante sei, auf der Raum und Zeit beruhten. Nachweisen konnte Einstein die Wellen nicht. Erst einem Team von mehreren Hundert Wissenschaftlern gelang dies nach jahrzehntelanger Forschung 2015.

Wer von den vielen Wissenschaftlern den entscheidenden Baustein lieferte, ist nicht eindeutig auszumachen. „Aber das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam hat mit seinem jetzt emeritierten Direktor Bernhard F. Schutz einen entscheidenden Beitrag geliefert“, ist sich Gerhard sicher. Zwar wurde die unmittelbare Entdeckung von Instituten in den USA gemacht, aber die dafür nötige Grundlagenforschung fand weltweit und zu einem erheblichen Teil auch in Potsdam statt. Nobelpreiswürdig war das im vergangenen Jahr nicht, aber das mag auch daran gelegen haben, dass erst einmal fest stehen sollte, dass die Entdeckung auf stabiler wissenschaftlicher Grundlage steht, vermutet Gerhard.

Symposium beleuchtet Forschung zu den Gravitationswellen

Schwarze Löcher sind gar nicht so einfach nachzuweisen, denn schließlich ist ihre maßgebliche Eigenschaft, dass sie eben kein Licht und überhaupt eigentlich gar nichts emittieren, dass sich irgendwie nachweisen lässt, erklärt Gerhard. Es könne also nur indirekt auf die sonderbaren Materieschlucker geschlossen werden, beispielsweise wenn Lichtstrahlen plötzlich aus dem Firmament verschwänden oder Himmelskörper und deren Strahlung, die zuvor von Weltraumteleskopen gemessen wurden, nicht mehr sichtbar sind.

Bernhard Schutz hält den Hauptvortrag des Leibniz-Kollegs, umrahmt wird er von weiteren Vorträgen, die das Umfeld der Forschung zu den Gravitationswellen beleuchten. Jürgen Renn, Direktor des Max-Planck-Institutes für Wissenschaftsgeschichte Berlin, berichtet über die wechselvolle Geschichte der Relativitätstheorie. Renn gilt international als einer der führende Experte zur Einstein- Forschung. Er spricht auch über die Verbindung zwischen Einstein und dem Astrophysiker Karl Schwarzschild, der maßgeblich an der Entdeckung der Schwarzen Löcher im Weltall beteiligt war. 1915 schrieb Schwarzschild Abhandlungen über die Quantenphysik. Es war das Jahr, in dem auch Albert Einstein seine Berechnungen zur Relativitätstheorie veröffentlichte.

Leibniz-Kolleg schlägt Brücke zwischen Forschung und Öffentlichkeit

Auch die weiteren Vorträge befassen sich mit der Geschichte der Relativitätstheorie und der Schwarzen Löcher. So gibt das Symposium einen Einblick in den neuesten Forschungsstand zu einem gegenwärtig heiß diskutierten Bereich der Physik. Denn die Forschung ist mit der Entdeckung der Gravitationswellen noch lange nicht beendet. Wie häufig diese auftreten, welche Stärke sie haben, wie zuverlässig ihr Nachweis ist – all dies sind Fragen, an denen auch Potsdamer Wissenschaftler in den kommenden Jahren intensiv forschen werden. Mit dem Symposium will das Leibniz-Kolleg eine Brücke zwischen der physikalischen Forschung an der Universität und der physikalisch interessierten Öffentlichkeit schlagen. Mehrere Schulklassen hätten sich schon angemeldet, die Vorträge seien für einen versierten Abiturienten mit Physikschwerpunkt allemal verständlich, so Gerhard.

Auch vergibt das Leibniz-Kolleg im Rahmen des Symposiums den Nachwuchspreis an die Forscherin Sara Mazzonetto. Im Bereich der angewandten Mathematik hat sie zur Dynamik der zufälligen Ausbreitung in Flüssigkeiten oder Gasen geforscht. Diese Forschung ist von Bedeutung für die Geophysik, aber auch für Ökologie und Meteorologie.

Zum praktischen Nutzen der Gravitationswellenforschung verweist Reimund Gerhard auf Spin-offs, die sich aus der Forschung ergeben würden. Die Entwicklung der Weltraumteleskope habe einen erheblichen Fortschritt für die Teleskopie mit sich gebracht. Das Forschungsgebiet brächte es mit sich, dass riesige Datenmengen der Messungen von Himmelskörpern gespeichert und dann nach entsprechenden, aussagekräftigen Daten durchkämmt werden müssten. Das aber sei eine Anforderung, die sich nicht nur in der Physik, sondern überhaupt in einer Welt stelle, die von immer größeren Datenmengen beherrscht werde.

Das Leibniz-Kolleg Potsdam beginnt am Donerstag, den 27. April, um 9.15 am Campus in Golm in der Karl-Friedrich-Straße 24-25 (Haus 25, Hörsaal F. 1.01). 

Richard Rabensaat