Wissenschaft im Dialog

In unserem Alltag erleben wir Licht ausschließlich in geraden Linien – unbeeinflusst von der Gravitation. Im Weltraum wird diese Denkweise aber über den Haufen geworfen. Besonders massige Objekte, wie Sterne, Galaxien und schwarze Löcher, ziehen passierende Lichtstrahlen an und krümmen oder verschlucken sie sogar. Erstmals konnten Wissenschaftler dieses Phänomen, Gravitationslinseneffekt genannt, während einer Sonnenfinsternis im Jahr 1919 experimentell nachweisen. Die verdunkelte Sonne ermöglichte es, jene Sterne nahe am Sonnenrand zu beobachten, die ansonsten überstrahlt wurden. Das Ergebnis: Die Position der Randsterne, oder besser, die von ihnen ausgehenden Lichtstrahlen, waren leicht verschoben. Doch wie kann die Schwerkraft Photonen – Lichtteilchen ohne eigene Masse – beeinflussen? Die Antwort darauf liefert Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie.

Laut Einsteins berühmter Theorie sollten wir Gravitation nicht als Kraft verstehen, die Masse in gerader Richtung anzieht und durch den Raum bewegt. Stattdessen verursacht die Gravitation von sehr schweren Objekten eine Krümmung der Raumzeit. Als dreidimensional denkende Wesen können wir Menschen diese Extradimension allerdings nicht sehen und uns nur schwer vorstellen. Eine Denkhilfe: Legt man einen Ball (Masse) auf ein in der Luft gespanntes Tuch (Raum), sackt der Ball ab und verformt das Gewebe – der Raum krümmt sich. Kommen kleinere Objekte hinzu, folgen diese dem Tuch zum Ball hin, sie folgen der Raumkrümmung.

Wie ist die Situation nun konkret im Weltraum? Auch unser blauer Planet folgt der Raumzeitkrümmung auf seiner Umlaufbahn um die Sonne. Eigentlich bewegt sich die Erde in einer „geraden Bahn", nur in einem gekrümmten Raum. Die Raumzeitkrümmung gilt nun aber nicht allein für Planeten, Asteroiden und andere Objekte mit Masse. Auch Photonen folgen der Krümmung im Raum, obwohl sie keine eigene Masse haben.

Warum fallen Photonen dann nicht einfach zur Erde, so wie es Newtons Apfel tut? Der Grund: Photonen bewegen sich einfach viel schneller (299 792 458 m/s) als die wohl berühmteste Wissenschaftsanekdote des fallenden Apfels. Die Masse der Erde reicht längst nicht aus, um den Raum so weit zu krümmen, dass Licht zu Boden fällt. Nur ein schwarzes Loch hat eine derart hohe Masse, dass Licht der entsprechenden Raumkrümmung nicht entkommen kann und „verschluckt“ wird.

Als Experte hat uns Jakob Moritz geholfen, er ist Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg.

Redaktion WiD: Yannick Brenz 

Sie haben auch eine Frage an die Wissenschaft? Die Online-Redaktion von WiD sucht Experten, die sich mit diesem Thema auskennen, und beantwortet Ihre Frage.

Zum Frageformular
Zur Übersicht

Mehr Wie?So!s zu den Themen Weltraum und Gravitation:

Wann fliegen wir zum Mars?
Warum hat der Mond auf der Vorderseite größere Krater?
Wie verhält sich Wasser im Weltraum?
Wären wir im Inneren der Erde schwerelos?
Wo befindet sich der Ort des Urknalls?
Könnte man auf Pluto lesen?