Gravitationswellen - Grundlagen, Entstehung und Detektion (eBook)

Bachelorarbeit aus dem Jahr 2008 im Fachbereich Physik - Theoretische Physik, Technische Universität Graz (Institut für Theoretische Physik - Computational Physics), Veranstaltung: Projektpraktikum Theoretische Physik – Computational Physics, Sprache: Deutsch, Abstract: Ohne Zweifel stellt die Allgemeine Relativitätstheorie eine der elegantesten und revolutionärsten Theorien der Physik dar. Der entscheidende Schritt, Gravitation als etwas Fundamentaleres als eine bloße "Kraft", nämlich als Krümmung der Geometrie der Raumzeit aufzufassen, zog weitreichende interessante und faszinierende Konsequenzen nach sich. Bis heute sind zahlreiche beeindruckende Bestätigungen Einsteins wahrscheinlich bedeutsamster Leistung erfolgt, einige davon (Merkurpräzession, Rotverschiebung) wurden von ihm selbst vorgeschlagen.

Heute ist die Allgemeine Relativitätstheorie sowohl in der modernen Astrophysik als auch in unserem Alltag (z.B. relativistische Korrekturen in GPS - Signalen) bereits fest verankert.

Nach den Erkenntnissen der Allgemeinen Relativitätstheorie wurden viele faszinierende Phänomene und Folgerungen vorgeschlagen. Prominentestes Beispiel hierzu ist wohl das Schwarze Loch, auch bekannt sind der Gravitationslinseneffekt, die Gravitationsrotverschiebung und die gravitationsbedingte Zeitdilatation. Ein weniger bekanntes Phänomen, das aber bereits von Einstein selbst in seiner Originalpublikation vorgeschlagen wurde, sind Gravitationswellen. Sie stellen Erschütterungen der Raumzeit selbst dar. Wie die Kreise, die ein Stein, der ins Wasser fällt, zieht, so ist auch das Universum mit solchen "Kreisen" extremer astrophysikalischer Ereignisse wie Supernovae oder dem Verschmelzen zweier Schwarzer Löcher oder Neutronensterne erfüllt.

Wie elektromagnetische Strahlung ist Gravitationsstrahlung ebenfalls an kein Medium gebunden und bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit fort. Als Erschütterungen der Geometrie der Raumzeit selbst sind sie jedoch an keine Art der Wechselwirkung gebunden und können durch ihre geringe Kopplung beinahe alles ungehindert durchdringen.

Im Folgenden sollen die Grundlagen für die Beschreibung von Gravitationswellen, das mathematische Repertoire der Allgemeinen Relativitätstheorie, kurz erläutert werden. Im Weiteren soll die Wellenlösung aus der linearisierten Version der Einsteinschen Feldgleichung demonstriert werden und Eigenschaften wie Eichinvarianz, Transversalität und Polarisationsrichtungen beschrieben werden. Fortsetzend werden dann Strahlungsnatur und mögliche Quellen von Gravitationsstrahlung und zu guter Letzt Möglichkeiten des Nachweises von Gravitationswellen behandelt.