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aLigo: Wo sind Einsteins Wellen?

Foto: Michael Hanschke/ picture-alliance/ dpa/dpaweb

Angebliche Gravitationswellen Forscher heizt Gerüchte über Einstein-Wellen an

Es wäre eine Jahrhundertsensation: Ein US-Detektor soll Gravitationswellen gefunden haben - so wie sie Einstein vorhersagte. Doch bewiesen ist noch nichts. Siegt Ungeduld über seriöse Wissenschaft?

Ein Gerücht geht um unter Physikern. Und wäre es tatsächlich wahr, dann würde die Sache den beteiligten Wissenschaftlern im Schnelldurchgang zu einem Nobelpreis verhelfen. Ein hochsensibler Detektor in den USA, so heißt es, habe direkte Hinweise auf sogenannte Gravitationswellen gefunden.

Für viele Normalsterbliche mag das zunächst wenig spektakulär klingen. Für Physiker dagegen wäre die Entdeckung eine Jahrhundertsensation. Sie würde nicht weniger als einen neuen Blick auf das Universum ermöglichen: Bisher basieren alle unsere Erkenntnisse über den Kosmos auf elektromagnetischen Wellen - vom sichtbaren Licht bis zur Gammastrahlung. Gravitationswellen dagegen würden Dinge sichtbar machen, die uns bisher verborgen geblieben sind. Schwarze Löcher etwa, die sich gegenseitig auffressen.

Albert Einstein hatte die geheimnisvollen Wellen in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt. Doch der Ausnahmephysiker glaubte selbst nicht recht daran, dass sie tatsächlich nachgewiesen werden können. Nun soll es also doch so weit sein. Das Problem: Das Gerücht lässt sich nicht so ohne Weiteres überprüfen.

In die Welt gesetzt hat die Spekulationen der Physiker Lawrence Krauss  von der Arizona State University in Tempe. Er hatte seinen aktuell 197.000 Twitter-Followern bereits im September Folgendes berichtet: Das Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (aLigo) mit seinen zwei Observatorien in Hanford (Bundesstaat Washington) und Livingston (Bundesstaat Louisiana) habe bei einem Testlauf Hinweise auf Einsteins Wellen gefunden. Am Montag legte Krauss noch einmal nach. Er habe jetzt sogar eine Bestätigung durch unabhängige Quellen für sein Gerücht.

Eigentlich müssten Gravitationswellen allgegenwärtig sein. Sie sollten jedes Mal entstehen, wenn irgendwo Massen beschleunigt werden. Doch das Phänomen ist nur schwach ausgeprägt. Deswegen konzentrieren sich Forscher bei der Suche zum Beispiel auf massereiche Neutronen-Doppelstern-Systeme, also extrem kompakte Überreste massereicher Sterne, die umeinander rasen. Nach genau solchen Quellen fahndet auch aLigo, ebenso nach der Fusion zweier schwarzer Löcher.

Verschmelzung Schwarzer Löcher (grafische Darstellung): "Analyse läuft noch"

Verschmelzung Schwarzer Löcher (grafische Darstellung): "Analyse läuft noch"

Foto: C. Reisswig/ L. Rezzolla/ M. Koppitz/ AEI/ ITP/ ZIB

An beiden Standorten des Detektors gibt es je zwei Vakuum-Röhren. Sie sind vier Kilometer lang und stehen in einem 90-Grad-Winkel zueinander. Ihr Inneres wird dauernd mit einem Lasersystem aus Deutschland vermessen. Eine durchlaufende Gravitationswelle sollte die Länge einer Röhre kurzzeitig um den Bruchteil eines Atomdurchmessers verändern - und so für eine nachweisbare Veränderung des Laserstrahls sorgen.

Hat der Detektor nun Erfolg gehabt? Krauss, von dem das Gerücht stammt, ist ein angesehener Kosmologe. Doch sein angebliches Wissen um eine Entdeckung kann er nur aus zweiter Hand haben. Er arbeitet nicht am entsprechenden Forschungsverbund mit - im Gegensatz zu rund 940 Kollegen aus knapp 90 Institutionen weltweit.

Spricht man mit einigen von ihnen, dann sind diese deutlich vorsichtiger. "Wir nehmen das sehr ernst, aber die Analyse läuft noch", sagt etwa der Physiker Bernard Schutz von der Cardiff University. Der Amerikaner ist ein Pionier der Gravitationswellenastrophysik und war lange Jahre Chef des Max-Planck-Instituts in Potsdam.

Im Gespräch stellt Schutz klar, dass derzeit niemand seriös sagen könne, ob der Detektor tatsächlich Gravitationswellen gesehen habe. Bis Dienstag dieser Woche um 17 Uhr habe man noch gemessen, sagt der Forscher. Jetzt würden die Daten ausgewertet - und die Geräte neun Monate lang für einen zweiten geplanten Messdurchgang optimiert.

Falsche Erfolgsmeldungen zu Testzwecken

Dass von aLigo wohl tatsächlich noch keine verbindlichen Nachrichten zu erhalten sind, liegt auch an einer Besonderheit des Systems: Es kann zu Testzwecken mit falschen Erfolgsmeldungen beliefert werden - ohne dass die beteiligten Forscher von der Fälschung wissen. Blind Injection heißt das Verfahren, das die wissenschaftliche Genauigkeit der Ergebnisse erhöhen soll.

Gesteuert von einem Zufallsgenerator, ist es der Software des Detektors möglich, vielversprechende - aber falsche - Ergebnisse unter die Daten zu schmuggeln. "Das Programm kann sich die Form der Wellen aussuchen, ihre Stärke, ihre Ankunftszeit und die Zeitdifferenz zwischen den beiden Detektoren", beschreibt Schutz. Hauptsache es sieht alles möglichst plausibel aus.

Erst wenn Forscher die betreffenden Messungen aufbereitet und einen wissenschaftlichen Artikel dazu geschrieben haben, dürfen sie eine Art virtuellen Umschlag öffnen - unmittelbar vor der geplanten Publikation. Eine gut versteckte Computerdatei verrät den Physikern dann, ob tatsächlich wissenschaftlicher Ruhm blüht. Oder ob sie monatelang für die Tonne gearbeitet haben, wie es etwa bei einem früheren Lauf des Detektors im Herbst 2010 der Fall war .

Krauss sagt: Die Messungen, über die er getwittert habe, seien vor dem offiziellen Start des Detektors erfolgt. Zu diesem Zeitpunkt habe es keine Blind Injections gegeben. Bestätigen lässt sich das derzeit nicht.

"Die Datenauswertung wird noch einige Wochen und Monate dauern", sagt Karsten Danzmann vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover. Und setzt nach: "Gerüchte gibt es immer, wir müssen jetzt einfach Geduld haben."

Falschmeldungen lassen den Ruf leiden

Doch wie forscht es sich in einem offenbar immer ungeduldigeren Umfeld? Während Wissenschaftler früher entspannt im kleinen Kreis über unveröffentlichte Studien diskutieren konnten, werden sie heute von sozialen Netzwerken wie Twitter oder Facebook unter Druck gesetzt. Dort lockt der schnelle Ruhm: Spektakuläre Neuigkeiten verbreiten sich mit großer Geschwindigkeit, selbst wenn es Gerüchte sind. Medien - wie auch SPIEGEL ONLINE - berichten dann womöglich darüber, auch weil sie sich als Seismograph des Netzes verstehen.

Und noch ein anderes, womöglich sogar gravierendes Problem gibt es: übermotivierte Wissenschaftler, die das Wasser nicht halten können. Der Astrophysiker Jan Conrad von der Universität Stockholm hat dazu im vergangenen Sommer im Fachmagazin "Nature" einen einigermaßen angenervten Appell  an seine Kollegen veröffentlicht.

Statt immer wieder vorschnell bahnbrechende Ergebnisse herauszuposaunen, sollten die Forscher - wie früher - erst einmal ihre Hausaufgaben machen: mehr Daten sammeln und auswerten, unabhängige Fachleute auf die vermeintlichen Sensationsfunde schauen lassen. Sachen eben, die früher selbstverständlich gewesen wären.

Heute, so zürnte der gebürtige Deutsche, würden stattdessen haufenweise halbgare Papers auf Webseiten wie arXiv.org  abgeladen. Dort den Unsinn auszusortieren, binde wertvolle Arbeitszeit anderer Wissenschaftler. "Der Ruf eines Forschungsgebietes kann geschädigt werden, wenn es zu viele Falschmeldungen gibt", warnt Conrad.

"Da kommt es auf ein paar Wochen auch nicht mehr an"

Wenn er über den aktuellen Fall spricht, ist er deutlich entspannter - schließlich hätten die beteiligten Forscher nicht selbst für den Aufruhr gesorgt. Anders war das im Frühjahr 2014. Da hatten die Wissenschaftler des Teleskops "Bicep 2" am Südpol eine vermeintliche Sensation vermeldet. Sie glaubten Signale von Gravitationswellen aus der Zeit kurz nach dem Urknall gefunden zu haben. Doch Messungen mit dem "Planck"-Teleskop zeigten: Alles Quatsch, kosmischer Staub hatte die Forscher getäuscht.

Knackpunkt bei der Verkündung eines wissenschaftlichen Durchbruchs ist die sogenannte statistische Signifikanz. Sie gibt an, wie viel stärker das vermeintlich gemessene im Vergleich zum Hintergrundrauschen ist. In der Teilchenphysik spricht man ab einem Wert von fünf Sigma offiziell von einer Entdeckung. Dann ist die Wahrscheinlichkeit etwa eins zu 3,5 Millionen, dass der Effekt nur Zufall ist.

Als am Genfer Kernforschungszentrum Cern im Sommer 2012 zu hören war, man sei dem Higgs-Boson endlich auf die Spur gekommen, lag die statistische Signifikanz noch unter fünf Sigma. Erst später brachten sie weitere Auswertungen über diesen Wert - und streng genommen war es erst ab dann eine Entdeckung. Derzeit spricht man am Cern über einen weiteren, womöglich spannenden Teilchenzerfall. Er könnte auf einen noch unbekannten größeren Verwandten des Higgs hindeuten  - doch fehlt für verlässliche Aussagen noch - genau - die statistische Signifikanz.

Bei den Gravitationswellensuchern von aLigo weiß man um all diese Probleme - und will sich auch deswegen Zeit nehmen. "Wenn Sie in den nächsten zwei Monaten nicht von uns gehört haben, dann gibt es wahrscheinlich nichts zu verkünden", sagt Bernard Schutz. Und sein Kollege Danzmann erklärt: "Die Suche hat 100 Jahre gedauert, da kommt es auf ein paar Wochen auch nicht mehr an."


Zusammengefasst: Soziale Netzwerke, aber auch vorschnelle Forscher machen es in manchen Naturwissenschaften immer schwerer, zwischen echten Durchbrüchen und heißer Luft zu unterscheiden. Auch im Fall der angeblichen Entdeckung von Gravitationswellen durch den US-Detektor aLigo werden die beteiligten Wissenschaftler noch einige Zeit brauchen, bis sie seriöse Aussagen treffen können.

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