Arbeiten

Im Kosmos ein Knall, auf Erden ein Hauch

DIE ZEIT, 18. Februar 2016   |   mit Stefan Schmitt

Jede Welle ist eine Störung, die sich ausbreitet. Der Kieselstein durchschlägt das glatte Wasser des Teichs: Kreise laufen über die Oberfläche. Der Düsenjäger durchbricht die Schallmauer: Kegelförmig jagt ein Knall übers Land. Elektronen schwingen durch eine Sendeantenne: Ein elektromagnetisches Feld breitet sich rhythmisch im Raum aus. Zwei schwarze Löcher kollidieren: In alle Richtungen rast ein Zittern durch das Weltall. Wieder eine Störung.

Und was für eine! Die erste je von Menschen gemessene Gravitationswelle wurde vom Gewaltigsten ausgelöst, was unser Universum gerade zu bieten hat: einer Kollision zweier schwarzer Löcher, zusammengenommen 65-mal so schwer wie unsere Sonne und weit, weit entfernt. Booooom! Auf der Erde hingegen, nach knapp 200 000 Jahren Menschheitsgeschichte und 500 Jahren moderner Astronomie: nur ein winziger Ausschlag in zwei kilometerlangen Apparaturen in Nordamerika, von Wissenschaftlern in einen Klangschnipsel übersetzt, für jeden hörbar im Internet: Flupp. Im Kosmos die Karambolage, auf Erden ein Hauch.

Dieser Kontrast ist noch die kleinste Herausforderung, vor die das Phänomen Gravitationswelle unser Vorstellungsvermögen stellt.

Trotzdem (oder gerade deswegen) wurde die Entdeckung überall bejubelt, sie lief in den Abendnachrichten und zierte die Titelblätter der Zeitungen. Als im Pokalspiel gegen Bochum der Bayern-Stürmer Arjen Robben durch einen theatralischen Sturz einen Elfmeter herausholte, folgte prompt die Schlagzeile: »Gravitationswelle riss Robben nach unten.«

Solche Popularität erfährt kaum ein wissenschaftlicher Durchbruch. Sicher half die Verbindung des Phänomens mit der Physiklegende Albert Einstein. Der sagte 1915 in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie die Existenz der Gravitationswellen vorher. Drastisch vereinfacht: Bewegen sich sehr schwere Objekte, lässt ihre Anziehungskraft – oder eben »Gravitation« – die Welt ein winziges Bisschen erzittern. Dass dieses Zittern aber jemals technisch dingfest gemacht werden könnte, hatte Einstein zeitlebens bezweifelt. Kurioserweise ist er nun also sowohl in seiner Theorie bestätigt als auch in seiner Skepsis widerlegt worden.

Vor 1,3 Milliarden Jahren umkreisten sich in dunkler Ferne zwei schwarze Löcher. Als sie sich auf Kollisionskurs einander immer weiter annäherten und beinahe auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigten, entließen sie gigantische Mengen Gravitationsenergie. Am 14. September letzten Jahres erreichte diese Welle die Erde und raste durch sie hindurch. Bemerkt wurde sie in zwei Laser-Apparaturen, eine an der US-Westküste, die andere am Golf von Mexiko.

Im Inneren dieser Zitterfallen verlaufen zwei Laserstrahlen wie vier Kilometer lange Lineale. Als die Gravitationswellen durch sie hindurchliefen, wurde der Raum für den Bruchteil einer Sekunde um das Zehntausendstel eines Protondurchmessers gestaucht, erklären uns die Physiker. Das ist jenseits aller Vorstellungskraft, prinzipiell aber schon der Hammer: Ein gigantisches Ereignis in dunkelster Tiefe erschüttert das Gewebe des Universums, die sogenannte Raumzeit. Für die Gravitationswellen ist sie in etwa das, was im Beispiel vom Kieselsteinwurf das Wasser des Teiches ist. Wie man sich das genau vorstellen soll, können weder Physiklehrer noch Infografiker anschaulich erklären. Bilder von Trampolinen und Netzen aus Gummibändern werden bemüht.

Weshalb aber sollte irgendjemand so etwas Exotisches wie eine Gravitationswelle überhaupt messen wollen? Es gibt eine impulsive Antwort darauf, die ähnelt jener des Alpinisten George Mallory auf die Frage, warum er den Mount Everest erklimmen wolle. »Because it’s there« – weil er halt da ist! Aber es gibt auch eine wohlüberlegte Antwort: weil Wellen Information transportieren. Weil sie uns etwas über die Welt verraten.

Dafür müssen wir gar nicht ins All schauen. Alles, was wir sehen und hören, erreicht uns als Welle: Elektromagnetische Wellen zwischen 385 und 790 Terahertz nehmen wir als Farben von Rot bis Violett wahr. Druckwellen in der Atmosphäre kommen als Geräusche bei uns an, sei es Blätterrascheln, Musik oder Verkehrslärm. Infrarotwellen fühlen wir als Wärme auf der Haut, ultraviolette Wellen zwar nicht, dafür ihre Folgen, den Sonnenbrand. Hier endet unser Wellensensorium auch schon.

Aber wir Mangelwesen haben uns für viele weitere Schwingungen künstliche Sinnesorgane gebastelt: neben Radiogeräten auch Apparate für Röntgenwellen (Krankenhaus), Terahertzwellen (Flughafen-Körperscanner) und Gammawellen (Geigerzähler) sowie solche für Ultra- und Infraschall (Sonografie und Alarmanlage). Immer wenn die Menschen eine neue Sorte Wellen aufspüren konnten, nahmen sie ein Stückchen mehr von der Wirklichkeit wahr. Mit den Wellen, so könnte man sagen, kommt das Wissen.

Und darin steckt der praktische Nutzen der Gravitationswellen-Messung: Sie eröffnen den Astronomen ein weiteres Fenster für den Blick ins Weltall. Bislang existierten ausschließlich Teleskope für elektromagnetische Wellen (also für sichtbares Licht, infrarote, ultraviolette, Radio-, Röntgen- und Gammastrahlung). Bloß sendet nur ein Prozent des Universums Wellen dieser Art aus – die übrigen 99 Prozent sind Dunkelheit. Über die soll künftig jede gemessene Gravitationswelle etwas verraten. Seit dem 14. September gibt es also eine neue Astronomie, in der die Menschheit wieder ganz am Anfang steht. Meistern wir die neue Wellensicht, werden wir belohnt: mit einer Dauersendung aus dem All. Schätzungen zufolge sollen rund 15 Gravitationswellen durch die Erde rasen, Tag für Tag.

So fremd sie uns erscheinen, sind sie doch verwandt mit Phänomen, die uns aus unserem Alltag vertraut sind. Schließlich leben wir in einer Welt voller Wellen (siehe Artikel rechts). Vielleicht sind wir deshalb so begeistert von dieser Entdeckung – weil wir Wellenwesen sind. Wellen durchströmen unseren Körper, unser Herz, unser Hirn; sie machen uns lebendig. Wellen bewegen sich zwischen den Extremen, zwischen Hoch- und Tiefpunkten, den Durchschnitt touchieren sie nur kurz. Das macht sie interessant, wo immer wir sie erblicken. Und schön. Doch sie sind kaum zu bannen, reihenweise verzweifelten Maler an ihrer flüchtigen Ästhetik. Andere erfreuen sich schlicht an ihrer Wucht: Surfer auf der perfekten Welle, Fußballfans im Rausch einer La Ola.

Zugleich meint der Mensch in der Welle ein Bild für das Auf und Ab des Lebens zu erkennen: Von Wellen der Empörung und der Begeisterung, der Zuneigung und der Anteilnahme ist die Rede, von Angriffs- und Flüchtlingswellen ebenso wie von Hitze- und Grippewellen, von Tsunamis gar jeglicher Art. Wellen bringen unsere Fantasie zum Schwingen – so sehr, dass wir uns davor hüten müssen, die Metapher überzustrapazieren. Wer immer »Welle« als Sprachbild benutzt, erweckt den Eindruck, ein Phänomen ergreife Besitz von Menschen, als seien sie nichts als ein willenloses Medium, das Impulse weitergibt. Doch sich empören, sich begeistern, Anteil nehmen muss man schon selbst. Es gilt also, Wirklichkeit und Interpretation sorgsam auseinanderzuhalten. Allzu oft vermischen wir beides: die Welt als Welle und Vorstellung.