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Mir stellt sich die Frage wie eine Laufzeitdifferenz in den Laserinterferometern von LIGO, VIRGO und GEO600 beim Durchgang einer Gravitationswelle entstehen soll. Denn nach meinem Verständnis der Relativitätstheorie ist die Ausbreitung des Lichts an die Raumzeit gekoppelt. Schön zu beobachten am Gravitationslinseneffekt der im Universum nicht gerade selten zu finden ist. Das Licht folgt der Krümmung / Verzerrung / Stauchung des Raumes. Auch ist die Lichtgeschwindigkeit nach der Relativitätstheorie immer und überall konstant. Wenn ich mich in einem Gebiet mit sehr hoher Gravitation aufhalte, so messe ich die selbe Lichtgeschwindigkeit wie in einem Gebiet mit sehr geringer Gravitation. Oder anders ausgedrückt. Durch erhöhte Gravitation erscheint zwar der Raumabschnitt für einen externen Beobachter gestaucht, gleichzeitig wird aber die Zeit in diesem Raumabschnitt gedehnt (Zeitdilatation). Wie soll also eine Gravitationswelle mit Laserinterferometern gemessen werden können? Jetzt nehme ich natürlich nicht an, dass die Wissenschaftler die Relativitätstheorie nicht kennen. Folglich habe ich irgendwo etwas Wesentliches übersehen. Kann mir bitte jemand erklären wo mein Denkfehler ist? Was habe ich übersehen?
Stellungnahme der Redaktion
Diese Frage wird öfters gestellt. Sie ist sehr berechtigt. Die Antwort liegt gewissermaßen in der Aussage, dass Raum und Zeit in der Allgemeinen Relativitätstheorie nicht nur "gekoppelt" sind, wie Herr Schubert es ausdrückt, sondern mehr oder weniger identisch. Strikt relativistisch gesehen können räumliche Distanzen nämlich nur durch Zeitmessungen bestimmt werden, und zwar durch Lichtlaufzeiten. Wenn man also gemeinhin sagt, dass durch eine Gravitationswelle der Abstand zwischen den beiden Spiegeln in einem Gravitationswellenempfänger sich ändert, dann heißt das ganz strikt und ausschließlich: Die Lichtlaufzeit vom einen Spiegel zum anderen und wieder zurück ändert sich. Genau das - und nur das - kann man mit dem Interferenz-Detektor am einen Ende der Interferometerstrecke feststellen.
Und damit ist auch klargestellt, dass eine solche Änderung, wenn sie denn eintritt, messbar ist. Und zwar innerhalb des Systems, nicht von außen. Es ist dabei völlig gleichgültig, ob ein äußerer Beobachter diese Änderung als eine Änderung der räumlichen Anordnung der Spiegel, oder als eine Änderung des Zeitablaufs im System, oder als eine Mischung aus beidem sehen würde. Das hängt letztlich nur von dem Koordinatensystem ab, das verschiedene Beobachter zur Beschreibung der Welle verwenden würden.
((Diese Antwort ist die Kopie einer bereits gedruckten Leserbriefantwort aus SuW 7/2012 auf eine ähnliche Frage von einem anderen Leser.))
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Gravitationswellen mit Licht detektieren. Geht das?
08.04.2014, Tino Wagner, AugsburgAuch ist die Lichtgeschwindigkeit nach der Relativitätstheorie immer und überall konstant. Wenn ich mich in einem Gebiet mit sehr hoher Gravitation aufhalte, so messe ich die selbe Lichtgeschwindigkeit wie in einem Gebiet mit sehr geringer Gravitation. Oder anders ausgedrückt. Durch erhöhte Gravitation erscheint zwar der Raumabschnitt für einen externen Beobachter gestaucht, gleichzeitig wird aber die Zeit in diesem Raumabschnitt gedehnt (Zeitdilatation).
Wie soll also eine Gravitationswelle mit Laserinterferometern gemessen werden können?
Jetzt nehme ich natürlich nicht an, dass die Wissenschaftler die Relativitätstheorie nicht kennen. Folglich habe ich irgendwo etwas Wesentliches übersehen.
Kann mir bitte jemand erklären wo mein Denkfehler ist? Was habe ich übersehen?
Diese Frage wird öfters gestellt. Sie ist sehr berechtigt. Die Antwort liegt gewissermaßen in der Aussage, dass Raum und Zeit in der Allgemeinen Relativitätstheorie nicht nur "gekoppelt" sind, wie Herr Schubert es ausdrückt, sondern mehr oder weniger identisch. Strikt relativistisch gesehen können räumliche Distanzen nämlich nur durch Zeitmessungen bestimmt werden, und zwar durch Lichtlaufzeiten. Wenn man also gemeinhin sagt, dass durch eine Gravitationswelle der Abstand zwischen den beiden Spiegeln in einem Gravitationswellenempfänger sich ändert, dann heißt das ganz strikt und ausschließlich: Die Lichtlaufzeit vom einen Spiegel zum anderen und wieder zurück ändert sich. Genau das - und nur das - kann man mit dem Interferenz-Detektor am einen Ende der Interferometerstrecke feststellen.
Und damit ist auch klargestellt, dass eine solche Änderung, wenn sie denn eintritt, messbar ist. Und zwar innerhalb des Systems, nicht von außen. Es ist dabei völlig gleichgültig, ob ein äußerer Beobachter diese Änderung als eine Änderung der räumlichen Anordnung der Spiegel, oder als eine Änderung des Zeitablaufs im System, oder als eine Mischung aus beidem sehen würde. Das hängt letztlich nur von dem Koordinatensystem ab, das verschiedene Beobachter zur Beschreibung der Welle verwenden würden.
((Diese Antwort ist die Kopie einer bereits gedruckten Leserbriefantwort aus SuW 7/2012 auf eine ähnliche Frage von einem anderen Leser.))