Können Gravitationswellen schneller als Licht reisen?

Die Geschwindigkeit der Gravitation: Schneller als Licht? Ein Mythos widerlegt

Die Frage nach der Geschwindigkeit von Gravitationswellen fasziniert Wissenschaftler seit Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. Diese Theorie postuliert zwar die Existenz von Gravitationswellen, sagte aber zunächst nichts Definitives über deren Ausbreitungsgeschwindigkeit aus. Lange Zeit existierte die Annahme, Gravitationsänderungen wirkten instantan, also augenblicklich über beliebige Distanzen. Diese Vorstellung, die intuitiv verständlich erscheint, wurde jedoch durch jüngste Forschungsergebnisse eindeutig widerlegt.

Die Kernidee der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Beschreibung der Gravitation nicht als Kraft, sondern als Krümmung der Raumzeit. Massive Objekte verformen die Raumzeit um sich herum, und diese Verformung breitet sich – so die Theorie – in Form von Gravitationswellen aus. Die Intuition, dass diese Ausbreitung instantan erfolgt, erwies sich als falsch. Die Messungen von Gravitationswellen, die durch die Kollision von Schwarzen Löchern oder Neutronensternen entstehen, liefern den entscheidenden Beweis.

Ein entscheidender Durchbruch gelang durch die Beobachtung des Ereignisses GW170817, der Verschmelzung zweier Neutronensterne. Dieses Ereignis wurde sowohl durch die Detektion von Gravitationswellen (durch LIGO und Virgo) als auch durch die Beobachtung eines kurzen Gammastrahlenausbruchs (GRB) in der elektromagnetischen Strahlung registriert. Die entscheidende Erkenntnis: Sowohl die Gravitationswellen als auch der Gammastrahlenausbruch erreichten die Erde mit einer messbaren zeitlichen Verzögerung.

Diese zeitliche Differenz, wenn auch minimal, liefert den direkten Beweis, dass sich Gravitationswellen nicht unendlich schnell, sondern mit endlicher Geschwindigkeit ausbreiten. Die Messungen bestätigten, dass die Geschwindigkeit der Gravitationswellen mit der Lichtgeschwindigkeit übereinstimmt, zumindest innerhalb der Messgenauigkeit. Dies ist ein fundamentaler Befund, der die Allgemeine Relativitätstheorie weiter stärkt und die Vorstellung einer instantanen Gravitation endgültig ad acta legt.

Die Präzision dieser Messung ist bemerkenswert und hat weitreichende Implikationen für unser Verständnis des Universums. Sie bestätigt ein fundamentales Prinzip der Physik, nämlich die Beschränkung der Ausbreitungsgeschwindigkeit durch die Lichtgeschwindigkeit. Es zeigt, dass selbst die Gravitation, die fundamentale Kraft, die das Universum zusammenhält, dieser universellen Geschwindigkeitsgrenze unterliegt. Zukünftige Beobachtungen und Analysen werden die Genauigkeit der Messung der Gravitationswellengeschwindigkeit weiter verbessern und unser Wissen über die fundamentalen Naturkräfte vertiefen. Die Annahme einer instantanen Gravitation war ein vereinfachtes Modell, das durch die Empirie nun präzise korrigiert wurde.