Im Jahre 1915 stellte der renommierte Physiker Albert Einstein seine Feldgleichungen auf. Ein Jahr später postulierte er die Existenz von Gravitationswellen, da die Lösung der Einstein’schen Feldgleichungen unter anderem eine Wellenfunktion ergibt. Einstein selbst glaubte aber nicht an eine direkte Messung von Gravitationswellen, da er sich dessen bewusst war, dass sie nur sehr schwach mit ihrer Umgebung wechselwirken und somit eine große Herausforderung an jeden Messapparat stellen würden.
Am 14. September 2015, also genau ein Jahrhundert nach Einsteins Vorhersage, wurden Gravitationswellen am verbesserten Laser-Interferometer Gravitationswellen-Observatorium in den USA gemessen. Die dafür notwendigen Apparaturen sind wahre Ingenieursmeisterleistungen. Die eingesetzten Interferometer können Längenänderungen im Bereich von einem Durchmesser eines Protons wahrnehmen.
Die vorliegende Arbeit wurde mithilfe von Primärliteratur, einer wissenschaftlichen Publikation über den ersten direkten Nachweis von Gravitationswellen und vertrauenswürdigen Internetquellen erstellt.
Ob und wie die Gravitationswellenforschung unser Leben verändern wird, ist schwer vorherzusagen. Auf jeden Fall war die direkte Messung von Gravitationswellen ein großer Schritt für die Astronomie und in weiterer Folge auch für die Menschheit.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Vorhersagen der Gravitationswellen
- Die Allgemeine Relativitätstheorie
- Das Mach'sche Prinzip
- Das Äquivalenzprinzip
- Einstein und die Gravitationswellen
- Joseph Webers Nachweise der Gravitationswellen
- Quellen von Gravitationswellen
- Kosmische Katastrophen
- Gleichmäßig strahlende Quellen
- Zusammenstürzende Schwarze Löcher
- Nachweis von Gravitationswellen
- Indirekter Nachweis anhand Binärpulsare
- Direkter Nachweis anhand des Interferometers
- Der steinige Weg zur Sensation
- Der Aufbau der Messgeräte
- Der Laser
- Die Spiegel
- Die Interferometerarme
- Advanced LIGO
- Die Analyse von GW150914
- Die Verschmelzung
- Auswirkungen der Gravitationswellen auf die Naturwissenschaften
- Astronomie
- Dunkle Materie
- Stringtheorie
- Nobelpreis
- Fazit
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung der Gravitationswellenforschung und deren Auswirkungen auf die Naturwissenschaften. Sie untersucht die Vorhersagen der Gravitationswellen im Kontext der Allgemeinen Relativitätstheorie sowie die verschiedenen Quellen und Nachweismethoden dieser Wellen. Der Fokus liegt dabei insbesondere auf dem direkten Nachweis von Gravitationswellen durch den Einsatz von Interferometern. Die Arbeit analysiert den Aufbau und die Funktionsweise dieser Messgeräte sowie die Bedeutung der Gravitationswellenforschung für die Astronomie und andere Bereiche der Naturwissenschaften.
- Die historische Entwicklung der Gravitationswellenforschung
- Die Vorhersagen von Gravitationswellen im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie
- Die verschiedenen Quellen von Gravitationswellen
- Der indirekte und direkte Nachweis von Gravitationswellen
- Die Auswirkungen der Gravitationswellenforschung auf die Naturwissenschaften, insbesondere die Astronomie
Zusammenfassung der Kapitel
- Einleitung: Das erste Kapitel bietet eine Einführung in die Thematik und beleuchtet die Bedeutung der Entdeckung von Gravitationswellen. Es skizziert den historischen Hintergrund und die Motivation für die Forschung in diesem Bereich.
- Vorhersagen der Gravitationswellen: Dieses Kapitel befasst sich mit den theoretischen Grundlagen der Gravitationswellen. Es analysiert die Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein und stellt deren Vorhersagen über die Existenz von Gravitationswellen dar. Außerdem werden die Beiträge von Ernst Mach und Joseph Weber zur Entwicklung des Konzepts von Gravitationswellen beleuchtet.
- Quellen von Gravitationswellen: Dieses Kapitel untersucht die verschiedenen Quellen, die Gravitationswellen erzeugen können. Es betrachtet kosmische Katastrophen wie Supernovae und die Verschmelzung von Schwarzen Löchern, aber auch gleichmäßig strahlende Quellen wie Binärpulsare.
- Nachweis von Gravitationswellen: Das vierte Kapitel befasst sich mit den Methoden zur Detektion von Gravitationswellen. Es beschreibt sowohl den indirekten Nachweis anhand von Binärpulsaren als auch den direkten Nachweis durch den Einsatz von Interferometern. Der Schwerpunkt liegt dabei auf dem Aufbau und der Funktionsweise von Interferometern wie LIGO und der Analyse der ersten direkten Messung von Gravitationswellen im Jahr 2015.
Schlüsselwörter
Die zentralen Themen der Arbeit sind die Gravitationswellen, die Allgemeine Relativitätstheorie, der Nachweis von Gravitationswellen mithilfe von Interferometern, die Astronomie und die Auswirkungen der Gravitationswellenforschung auf andere Bereiche der Naturwissenschaften. Weitere wichtige Schlüsselwörter sind: Albert Einstein, Ernst Mach, Joseph Weber, LIGO, GW150914, Binärpulsar, Schwarze Löcher, Supernovae, Dunkle Materie, Stringtheorie.
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- Sebastian Hochreiter (Autor), 2018, Die Entwicklung der Gravitationswellenforschung und deren Auswirkungen auf die Naturwissenschaften, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1066600
