NASA-Satellit bestätigt Schlüsselaussage der Relativitätstheorie Einsteins

Forscher der NASA und der Stanford-Universität in Kalifornien haben vor Kurzem bewiesen, dass die Raumzeit durch die Rotation von Himmelskörpern – wie Planeten und Sterne – ringförmig verzerrt wird. Dieses Phänomen wurde durch Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie vorhergesagt und wird „geodätischer Effekt“ genannt.

Das Experiment wurde erfolgreich von Wissenschaftlern mit der als „Gravitiy Probe B“ bekannten Sonde durchgeführt, an deren Design, Konstruktion und Platzierung im Orbit laut der Stanford-Pressenachricht 52 Jahre gearbeitet wurde. Für ihre Berechnungen nutzt sie „vier ultrapräzise Gyroskope, die in einem Satelliten untergebracht wurden“. Ein Gyroskop ist ein frei beweglich aufgehängter Kreisel (wie ein Schiffskompass). Je nach Güte der Achslagerung dreht sich der Kreisel eine Weile, wobei eine konstante Ausrichtung der Achse einen stabilen Zustand darstellt. Aber unter Idealbedingungen (Schwerelosigkeit: keine Lagerung nötig; Vakuum: keine Reibung oder Stöße mit dem umgebendem Medium) dreht sich der Kreisel theoretisch für immer. Während die vier Gyroskope also auf nahezu idealen Bahnen die Erde umkreisten, wurde der sie umgebende Satellit manchmal „ordentlich durchgeschüttelt“, glich diese Bewegungen aber sofort mit kleinen Düsen aus, damit die Gyroskope unberührt und störungsfrei auf ihren Bahnen blieben.

Die vier Gyroskope in Gravity Probe B (GP-B) hatten dieselbe Ausrichtung der Achsen und keinerlei mechanischen Kontakt zum Satelliten, der sie sozusagen umschwebte. Der Satellit war immer auf das Doppelsternsystem IM Pegasi ausgerichtet und verglich die Lage der anfangs ebenfalls darauf ausgerichteten Achsen der Gyroskope mit einem hochpräzisen Messverfahren. Außerdem diente der Satellit als Gehäuse und Schutzschirm vor der Teilchenstrahlung der Sonne und den Störungen durch die Erdatmosphäre. Er hielt somit auch die oben erwähnten Idealbedingungen eines Vakuums aufrecht.

Einstein hatte recht

„Wenn die Gravitation die Raumzeit nicht beeinflussen würde, so würden die Achsen der Gyroskope von GP-B für immer in dieselbe Richtung zeigen. Aber nach Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie müssten die Gyroskope eine winzige aber messbare Änderung der Richtung ihrer Achsen erfahren, so, als ob sie vom Gravitationsfeld der Erde angezogen würden“, steht in der Stanford-Pressenachricht. „Man stelle sich die Erde wie in Honig eingetaucht vor“, erklärte Stanford-Physiker Francis Everitt, leitender Forscher für Gravity Probe B in einer Pressenachricht. „So wie der Honig durch die Rotation der Erde am Rand mitgezogen und verwirbelt wird, verhält es sich mit Zeit und Raum.“ Die Raumzeit- Struktur um die Erde müsste nach der Relativitätstheorie also durch ihre Rotation verschert werden, was auch tatsächlich eine Lageänderung der Achsen der Gyroskope verursachte.

Ein weiterer ca. sechsmal stärkerer Effekt auf die Achsenlage der Gyroskope wird theoretisch durch die Krümmung der Raumzeit im Bereich der Erdmasse erwartet. Obwohl die Messergebnisse für den geodätischen Effekt anfänglich (2005) bereits auf ein Prozent genau war, konnte der durch die Raumkrümmung verursachte Effekt nicht von anderen Störsignalen unterschieden werden. Um trotzdem auf ein Prozent genaue Messergebnisse zu erhalten, mussten die Daten bis 2011 in einem komplizierten Prozess gefiltert und analysiert werden.

Zeitreisen: theoretisch möglich

„Die Ergebnisse der Mission werden sich langfristig in vielen der kommenden Jahre auf die Arbeit der theoretischen Physiker auswirken“, sagte der Astrophysiker Bill Danchi, Wissenschaftler des Programms am NASA-Hauptquartier in Washington in dem Pressebericht.

Jede weitere zukünftige Prüfung von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie kann nur mit noch präziseren Messungen, als sie GP-B aktuell erlaubt, durchgeführt werden.

Die Bestätigung der Allgemeinen Relativitätstheorie erlaubt vielleicht vielen Wissenschaftlern, etwas weniger skeptisch über die Möglichkeit von Zeitreisen zu denken. Bei solchen Experimenten würde die Raumzeit nicht nur leicht verschert (wie um die Erde), sondern regelrecht  aufgewickelt werden. Dabei könnten sogenannte CTC (Closted Timelike Curves: geschlossene zeitartige Kurven) entstehen, was Zeitreisen theoretisch möglich machen würde. Bei einer Umrundung des Zylinders könnte jemand früher ankommen als er gestartet war – etwas das Einstein bis zu seinem Tod anzweifelte. Professor Tipler von der Tulane- Universität in New Orleans entwickelte 1974 die Idee eines rotierenden Zylinders, um das umgebende Raum-Zeit-Kontinuum sehr viel stärker als durch die Drehung der Erde zu verscheren. Allerdings müsste für den Betrieb solch einer Zeitreisemaschine sogenannte negative Energie zur Verfügung stehen.