Wellenlösungen

Die Maxwell'sche Formulierung der Elektrodynamik gesteht dem elektromagnetischen Feld ein Eigenleben zu: Veränderungen der Feldstärke bewegen sich unabhängig von den Quellen in Form von elektromagnetischer Strahlung durch den Raum. Der mathematische Grund dafür ist die Existenz von Wellenlösungen für die Maxwell-Gleichungen. Mit etwas höherem mathematischen Aufwand kann man auch die Existenz von Wellenlösungen für die Einstein'schen Feldgleichungen beweisen. Die ART sagt also die Existenz von so genannten Gravitationswellen voraus [23, S. 78].

Es gibt eine Anzahl von Vorgängen im Kosmos, die laut den Rechnungen der Astrophysiker Gravitationswellen in einer für die Beobachtung ausreichenden Stärke aussenden. Dies sind der Kollaps massereicher Sterne (Supernovae), rotierende Neutronensterne, die Verschmelzung zweier kompakter, sich umeinander bewegender Objekte (Schwarze Löcher, Neutronensterne) und natürlich der Urknall [18, S. 20].

Die Detektion von Gravitationswellen stützt sich auf Längenmessungen (siehe Abschnitt 4.4.2); eine Gravitationswelle ist nämlich nichts anderes als eine sich fortpflanzende Änderung des metrischen Tensorfelds. Änderungen der Metrik beeinflussen natürlich per definitionem Längenmessungen. Die Auswirkungen einer Gravitationswelle auf eine Anordnung von Probekörpern ist in Abbildung 4.2 dargestellt.

Abbildung 4.2: Ein Ring aus acht frei beweglichen Körpern ist einer senkrecht zur Zeichenebene einfallenden Gravitationswelle ausgesetzt. Dargestellt ist eine ganze Schwingungsperiode. [18, S. 20]

$$\includegraphics{figures/grwav1.mps} \includegraphics{figure... ...phics{figures/grwav4.mps} \includegraphics{figures/grwav5.mps}$$