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Wir haben - zusammen mit der mechanischen Werkstatt und der Elektronikwerkstatt des Physik-Instituts - ein Exponat zur Visualisierung von Gravitationswellen entwickelt. Das Exponat wird im focus Terra ETH während der Sonderausstellung "Wellen – tauch ein" vom 24. August 2021 bis März 2023 zu sehen sein.
Was sieht man?
Das Exponat ist eine visuelle Demonstration von Gravitationswellen. Die beiden rotierenden Stäbchen stellen eine Quelle von Gravitationswellen dar: z.B. zwei schwarze Löcher, die umeinander kreisen und miteinander verschmelzen. Der Stoff stellt den Raum dar. Nach der allgemeinen Relativitätstheorie verlieren die beiden Schwarzen Löcher während sie umeinander kreisen Energie durch Gravitationswellen. Diese Wellen breiten sich durch den Raum aus und können die Erde erreichen.
Hintergrund
Der Raum ist nicht nur Leere, sondern ein dynamisches Gewebe, in das alles eingebettet sind: ferne Galaxien, Sterne, Planeten, die Erde und wir selbst... Dieses Gewebe kann gedehnt, gekrümmt und zum Schwingen gebracht werden. So wie ein Stock Wellen erzeugt, die sich auf der Oberfläche eines Teiches bewegen, können astronomische Objekte Wellen im Raum erzeugen: Diese Wellen werden Gravitationswellen genannt und breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus.
Aufgrund der enormen Entfernungen sind die Signale der Gravitationswellen, die auf der Erde ankommen, extrem klein (ihre Amplitude ist 1000-mal kleiner als die Grösse eines Atomkerns). Daher können sie nur durch sehr grosse und ausgeklügelte Experimente nachgewiesen werden, an dem Tausende von Wissenschaftler:Innen aus der ganzen Welt beteiligt sind: eines dieser Experimente ist das LIGO-Interferometer. Die unglaubliche Entdeckung der Gravitationswellen wurde im Jahr 2017 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet. Sie ist eine der grössten wissenschaftlichen Errungenschaften der Menschheit und eröffnet neue spannende Möglichkeiten zur Erforschung des Kosmos.
Wozu?
Seit dem Beginn der Geschichte beobachten die Menschen den Himmel und das Universum: zunächst mit den Augen und dann mit immer komplexeren und stärkeren Teleskopen. Der Nachweis von Gravitationswellen bietet eine völlig neue Möglichkeit, das Universum zu erforschen. Gravitationswellen sind unabhängig vom Licht, so wie sich das Hören vom Sehen unterscheidet. Sie ermöglichen die Untersuchung von Phänomenen, die für konventionelle Teleskope unsichtbar sind, und verschaffen den Astronom:Innen einen ersten Blick auf ungesehene Wunder.
Was hat die UZH mit diesem Thema zu tun?
Die Gravitation und Astrophysik Gruppe am Physik-Institut der UZH beschäftigt sich mit Gravitationswellenphysik und Tests der allgemeinen Relativitätstheorie. Sie war an der LISA Pathfinder-Mission beteiligt und nimmt an der LISA-Mission und an der LIGO Scientific Collaboration teil, wobei sie aktiv zur Gravitationswellenforschung und zur Datenanalyse beiträgt. Darüber hinaus untersucht die Gruppe für Galaxienentwicklung am Institut für Computational Science der UZH astrophysikalische Quellen von Gravitationswellen und elektromagnetischen Wellen.