Alles wird leichter

News: Alles wird leichter

Ihre Waage könnte den Unterschied beim besten Willen nicht anzeigen, und auch die Hosen werden dadurch nicht besser passen. Dennoch haben Sie - und mit Ihnen alle übrige Materie - praktisch über Nacht an Masse verloren. Die neueste Messung der Gravitationskonstanten hat einen leicht geringeren als den zur Zeit offiziell gültigen Wert ergeben. Was sich bei Menschen nicht bemerkbar macht, schlägt für Mutter Erde schon kräftig zu Buche. Für das Schicksal des Universums ist die wahre Größe der Konstanten schließlich sogar einer der wichtigsten Parameter.

Auch wenn die Geschichte mit dem Apfel in das Reich der schönen Legenden gehört, war es doch Isaak Newton, der erkannte, dass Körper jeglicher Art einander anziehen. Die dafür verantwortliche Gravitationskraft ist zwischen kleinen Objekten zwar geradezu winzig, doch "es besteht kein Zweifel, dass Gravitation die allerwichtigste weitreichende Wechselwirkung im Universum ist", sagt Jens Gundlach von der University of Washington. Um zu demonstrieren, wie stark sie sein kann, greift er zu einem Vergleich: Gäbe es keine Gravitation und würde die Erde bei ihrer Wanderung um die Sonne von einem Stahlkabel an ihrem Platz gehalten, müsste dies einen Durchmesser von zwei Dritteln des Erddurchmessers haben.

Trotz ihrer Bedeutung gehört die Schwerkraft zu den relativ wenig verstandenen Phänomenen der Physik. Eines der Probleme liegt darin, den genauen Wert der GravitationskonstantenG aus Newtons Gravitationsgesetz zu bestimmen. Dabei stellt sie zusammen mit der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum und dem Planckschen Wirkungsquantum eine der fundamentalen Naturkonstanten dar. Nur ist sie eben nicht so einfach zu messen.

Als erster gelangte Henry Cavendish im Jahre 1798 zu einem guten Wert. Wie seine Nachfolger benutzte er eine Torsions- oder Drehwaage. Diese besteht aus einem Paar schwerer und einem Paar leichter Kugeln. Jeder Satz ist über eine Stange fest miteinander verbunden. Die leichten Kugeln hängen an einem dünnen Draht zwischen den schweren Kugeln und können sich zwischen ihnen drehen. Bringt man die großen Kugeln dicht an die kleinen heran, zieht die Gravitationskraft zwischen ihnen die kleinen Kugeln aus ihrer Gleichgewichtslage und sie beginnen, Torsionsschwingungen auszuführen. Schließlich erreichen sie einen neuen Ruhepunkt, der allerdings um einen winzigen Winkel verschoben ist. Aus dem Winkel oder aus der Schwingungsdauer lässt sich die Größe der Gravitationskonstanten berechnen.

Cavendishs Wert war schon so gut, dass er lediglich um ein Prozent vom heute gültigen Wert abweicht. Aufwendige Messungen neueren Datums führten häufig genug sogar zu Verwirrungen, so stark differierten die Ergebnisse der verschiedenen Arbeitsgruppen. Zusammen mit seinem Kollegen Stephen Merkowitz wollte Gundlach G nun mit einzigartiger Genauigkeit bestimmen.

Die Torsionswaage der beiden Physiker verfügte über vier Kugeln aus rostfreiem Edelstahl von jeweils 8,14 Kilogramm Masse, die von einer goldbschichteten Platte von nur 1,5 Millimetern Dicke getragen wurden. Eine ganze Reihe mechanischer Tricks sollte dazu dienen, störende Nebeneffekte auszuschalten. Über allem wachte ein Computer.

Das Ergebnis ihrer G-Messungen stellen die Wissenschaftler am 1. Mai 2000 auf einem Kongress der American Physical Society vor. Vorab verrieten sie jedoch schon, dass die Erde demnach anstelle der bislang gültigen 5,98*10²⁴ Kilogramm wohl nur 5,972*10²⁴ Kilogramm wiegt. Das mag für den Alltag nicht von Belang sein, "aber es ist etwas, das die Menschheit wissen sollte, weil es eine so grundlegende Konstante ist", meint Gundlach.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 9.2.1999
"Newtons schweres Erbe"
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