Physik-Nobelpreis Vom Studienabbrecher zum Physik-Nobelpreisträger

  • Der Physik-Nobelpreis ist für die Entdeckung von Gravitationswellen verliehen worden. Rainer Weiss, Kip Thorne und Barry Barish teilen sich die Auszeichnung.
  • Die drei US-Physiker waren mit Grundlagenforschung und Experimenten maßgeblich am ersten Nachweis von Gravitationswellen beteiligt.
  • Albert Einstein hatte die Erschütterungen in der Raumzeit bereits vor rund 100 Jahren vorhergesagt. Die Entdeckung bestätigt Einsteins Formelwerk und eröffnet neue Möglichkeiten, den Kosmos zu erforschen.
  • Rainer Weiss wurde 1932 in Berlin geboren. Er entwickelte die Grundlagen für den Gravitationswellen-Interferometer. Mithilfe dieser Messmethode wurde die Detektion von Gravitationswellen möglich.
Von Marlene Weiß

Manchmal ist es ein einziger Augenblick, der im Nachhinein alles rechtfertigt; die jahrzehntelange Arbeit, das viele Geld, die Hoffnungen entgegen aller Vernunft. Rainer Weiss, der fast sein ganzes Leben zwei riesigen Maschinen gewidmet hat, hat diesen Moment verpasst. Als das Schwingen der Raumzeit seine beiden kilometerlangen Detektoren in den USA erstmals erzittern ließ, war er erstens im Urlaub in Maine und zweitens noch nicht auf den Beinen, um 5.51 Uhr Ortszeit am 14. September 2015. Aber das macht nichts - Hauptsache, es ist passiert.

Nach dem Aufstehen schaute Weiss wie üblich online in die Messprotokolle der beiden Detektoren in Washington und Louisiana, und wunderte sich. Das System hatte einen automatischen Alarm verschickt. Ein Signal war eingegangen, eigentlich zu perfekt, um wahr zu sein. In Deutschland war es da schon Vormittag, die Forscher im weltweiten Netzwerk, die von dort aus die US-Detektoren überwachen, waren dabei, der Sache nachzugehen. Was zum Teufel war da los?

Mehr als 1000 Physiker hätten auf die Entdeckung hingearbeitet, betont Weiss

"Ich dachte sofort: Das hat jemand injiziert", sagt Weiss am Telefon, an seinem 85. Geburtstag, den er wie üblich im Büro verbringt; er hat es nicht so mit Geburtstagen, und seine Arbeit liebt er sowieso. Ein Pseudo-Signal also, absichtlich von einem Team gefälscht, um die Daten-Auswertung zu testen. Aber die Detektoren waren nach einem großen Update eben erst wieder gestartet worden, das System für solche Injektionen war noch gar nicht in Betrieb.

Und irgendwann war klar, dass nichts mehr sein würde wie zuvor. Sie hatten Gravitationswellen aufgefangen, die seltsamen Schwingungen der Raumzeit, nach denen die Forscher jahrzehntelang gesucht hatten, ausgelöst durch den Zusammenstoß zweier Schwarzer Löcher. Falls es noch einen Zweifel daran gab, so wurde er spätestens mit den folgenden Messungen zerstreut - viermal haben die Detektoren inzwischen den Nachhall solcher Kollisionen aufgefangen. Das Zeitalter der Gravitationswellen-Astronomie hat begonnen.

Verschmelzende Schwarze Löcher: Spuren solcher gewaltigen kosmischen Ereignisse lassen sich dank des Ligo-Detektors auf der Erde nachweisen - und damit auch Gravitationswellen.

(Foto: )

Dass Rainer Weiss, Kip Thorne und Barry Barish am Dienstag für diese Leistung den Nobelpreis zuerkannt bekamen, ist im Vergleich zu der Erleichterung, die diese Entdeckung mit sich brachte, eigentlich nur eine Formsache. Fast kommt der Preis Weiss etwas ungelegen. "Natürlich wäre es toll, einen Nobelpreis zu bekommen", sagte er, wenige Tage vor der Entscheidung. Wobei er darauf besteht, dass so ein Preis nur ein Symbol wäre, eine Anerkennung für die mehr als tausend Forscher, die an der Entdeckung gearbeitet haben.

Emigration in die USA

Unter all den unwahrscheinlichen Geschichten, die in große wissenschaftliche Entdeckungen münden, ist die von Rainer Weiss besonders seltsam. Geboren wurde er 1932 in Berlin als Sohn eines kommunistischen Juden und einer Schauspielerin. Die Familie floh vor den Nazis erst nach Prag , später nach New York. Dort wuchs Weiss auf, ein schlauer Teenager mit einer Leidenschaft für klassische Musik, Elektronik-Basteleien und alles, was mit Verstärkern und Lautsprechern zu tun hat. Aber im Studium am MIT bei Boston langweilte ihn die Elektrotechnik bald; stattdessen wechselte er in die Physik. Im dritten Jahr verliebte er sich - "verrückt, komplett gaga", wie er später sagte - in eine Pianistin, schmiss das Studium und folgte ihr nach Chicago.

Aus der Geschichte wurde nichts, aber mit dem Studium war es vorerst vorbei. Weiss kam zurück zum MIT und fing als Labortechniker an. Schließlich ließ man ihn doch noch einen Bachelor und eine Doktorarbeit machen, später wurde er Professor am MIT. In den Sechzigerjahren sollte er dort eine Vorlesung über die Allgemeine Relativitätstheorie halten, Einsteins Theorie der Schwerkraft. Und irgendwann waren Gravitationswellen dran.

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Einstein hatte recht

Die Messung von Gravitationswellen ist für Physiker eine Jahrhundertsensation. Der Kosmos ist also doch eine Tischdecke.

Über diese Schwingungen der Raumzeit hat Einstein immer wieder nachgedacht. 1916 sagte er voraus, dass es sie geben müsste. Denn Massen krümmen die Raumzeit, so funktioniert die Schwerkraft. Werden Körper auf eine bestimmte Weise beschleunigt, so wie die Erde auf ihrer Bahn um die Sonne oder zwei Sterne, die umeinander kreisen, pflanzt sich diese Verformung als eine Schwingung von Raum und Zeit fort, so wie die Wellen, die ein Stein auslöst, der ins Wasser fällt. Das jedenfalls sagen die Gleichungen. Aber ist der Effekt real?

Weiss erfand den Gravitationswellen-Interferometer, die Grundlage für den Ligo-Detektor

Zur Übung gab Rainer Weiss seinen Studenten ein Problem auf: Was passiert, wenn man Laserlicht zwischen zwei Spiegeln hin- und her reflektiert, und eine Gravitationswelle kommt vorbei? Schickt man das Licht mit Spiegeln gleichzeitig auf zwei zueinander senkrecht stehenden Wegen auf die Reise und führt die Strahlen in der Mitte wieder zusammen, sollte sich so eine Welle bemerkbar machen: Die eine Strecke wird gedehnt, die andere gestaucht. Das bringt die Strahlen aus dem Takt - was ein sogenanntes Interferenzmuster entstehen lässt, wenn sie wieder aufeinandertreffen. Der Gravitationswellen-Interferometer war erfunden.

Eigentlich war es lächerlich anzunehmen, dass man so etwas je würde messen können. Eine heftige Gravitationswelle verändert die Distanz zwischen der Sonne und dem nächsten Nachbarstern Alpha Centauri nur um Haaresbreite. Selbst wenn man so präzise arbeiten könnte, musste es im Kosmos schon gewaltig krachen, sonst wären die Wellen zu schwach. Wie viele solcher Kollisionen es da draußen gibt, war damals völlig unklar.

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Vor 100 Jahren veröffentlichte Albert Einstein seine Allgemeine Relativitätstheorie. Ausgerechnet im Jubiläumsjahr gelingt der Nachweis der von ihr vorhergesagten Gravitationswellen.

Man konnte ja nicht ahnen, dass da schon seit 1,3 Milliarden Jahren eine Gravitationswelle durchs All unterwegs war, ausgelöst im Zusammenprall zweier riesiger Schwarzer Löcher. Eine Welle, die an jenem 14. September 2015 die Erde erreichen würde. Aber Rainer Weiss war schon immer ein Bastler, also schraubte er mit seinen Studenten kurzerhand einen Prototypen zusammen, zwei Arme in L-Form, anderthalb Meter Kantenlänge. Ein Witz, im Vergleich zum Weg zu Alpha Centauri? Ein Anfang. Aber dann war das Geld alle. 1973 schrieb Weiss einen Forschungsantrag für die weitere Suche nach Gravitationswellen an die National Science Foundation NSF, den ersten seines Lebens.

Der NSF konnte sich nicht entscheiden, der Ausgang des Projektes schien ungewiss. Aber der Vorschlag erreichte den deutschen Physiker Heinz Billing, der am Max-Planck-Institut Geld übrig hatte. In München baute er den nächsten Prototypen, drei Meter Kantenlänge. Wieder ein Witz, aber es ging weiter. Und 1975 traf Weiss Kip Thorne vom California Institute of Technology, der damals selbst für einen theoretischen Physiker recht seltsam aussah, mit seinen langen Haaren und dem struppigen Bart. Die beiden wurden nicht nur Freunde, sondern beschlossen auch schnell, zusammen das ganz große Gravitationswellen-Ding zu drehen. Mit gutem Grund wurde auch Thorne jetzt von der Schwedischen Akademie ausgezeichnet.

Viele hielten das Ligo-Projekt für hoffnungslos

Es war der Beginn einer Geschichte, die die US-Autorin und Physikerin Janna Levin meisterhaft in ihrem Buch "Black Hole Blues" erzählt: wie Weiss und Thorne den Schotten Ron Drever an Bord holten, so brillant als Experimentalphysiker, wie er als Mensch kompliziert war. Wie sie schließlich vom NSF Hunderte Millionen Dollar für zwei riesige Detektoren mit vier Kilometern Armlänge auftrieben, für das Projekt namens Ligo - "Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory". Wäre Drever nicht im vergangenen März gestorben, hätte auch er den Nobelpreis erhalten müssen. Stattdessen wird nun - ähnlich verdient - Barry Barish ausgezeichnet, der bislang wenig vom Gravitationswellen-Ruhm abbekommen hatte. Als er das Ligo-Projekt 1994 als Forschungsmanager übernahm, war es dabei, in Chaos und Bürokratie zu versinken. Barish lenkte es in geordnete Bahnen und sorgte dafür, dass die Detektoren um die Jahrtausendwende endlich fertig wurden. Aber erst der Upgrade im Jahr 2015 brachte die nötige Präzision.

Im Nachhinein fragt man sich, wie jemand ein so irres Projekt so lange durchhalten kann, gegen alle Widerstände. Das ganze Feld der Gravitationswellen-Forschung hatte einen miesen Ruf, seit Joseph Weber von der University of Maryland in den Sechziger- und Siebzigerjahren behauptet hatte, mit Aluminium-Zylindern solche Wellen gemessen zu haben. Zu Unrecht, wie sich herausstellte. Viele hielten das Ligo-Konzept für hoffnungslos, andere fanden es einfach zu teuer. Die Technik war unfassbar kompliziert, die fertigen Detektoren wurden von Mäusen, Schlangen und Spinnen geplagt. Beinahe wäre alles vorbei gewesen, als ein Pick-Up-Truck in einen Detektorarm krachte. Und all das mit so bescheidenen Erfolgsaussichten?

Aber so hat Rainer Weiss das alles nie gesehen. "Wir haben nicht groß über Gravitationswellen nachgedacht", sagt er. "Die Technik war faszinierend, wir hatten solchen Spaß dabei, sie zum Funktionieren zu bringen. Ein bisschen wie Kinder in einem großen Sandkasten." Dass es machbar ist, daran hat er nie gezweifelt. Viele andere schon. Bis zu jenem Augenblick im September 2015, der Rainer Weiss, Barry Barish und Kip Thorne den Nobelpreis bescherte.

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