Diesen Durchbruch kann man hören. "Whoop". So klingt es, wenn Wellen, losgetreten vor 1,3 Milliarden Jahren im All, auf der Erde ankommen. Als es am 14. September 2015 morgens um 5.51 Uhr Ortszeit in zwei Detektoren in Louisiana und Washington gleichzeitig "Whoop" machte, war die Sensation perfekt. Es war der Beweis dessen, was Albert Einstein prophezeit hatte: dass es Gravitationswellen gibt. Mancher meint übrigens, das Signal habe eher nach "Chirp" geklungen  (aber hören Sie selbst). In dieser Wissenschaftsgeschichte sind Superlative erlaubt. Denn dieser direkte Nachweis hat das Zeug, die Astrophysik zu verändern.

Ein Nobelpreis dafür war "überfällig", sagen viele und freuen sich, dass die US-Forscher Rainer Weiss, Barry Barish und Kip Thorne ihn bekommen werden. "Etwas ungerecht", monieren andere, schließlich haben mehr als 1.000 Wissenschaftler aus aller Welt seit 40 Jahren daran gearbeitet, die extrem schwachen kosmischen Signale einzufangen. Aber der Nobelpreis lässt eben nur maximal drei Preisträger zu. Wieder andere finden, Einstein selbst hätte den Nobelpreis verdient. Doch der bekam schon einen, wirkte weder am Nachweis mit, noch glaubte er zu Lebzeiten daran, dass man Gravitationswellen überhaupt schnappen könne.

Posthum bekommt ohnehin niemand die größte Ehre in der Wissenschaft. Das ist übrigens auch der Grund, weshalb Ronald Drever, einer der maßgeblichen Gravitationswellenjäger, nicht unter den Geehrten ist. Drever verstarb im März dieses Jahres. Und so erhält der in Berlin geborene Amerikaner Rainer – von vielen Rai genannt – Weiss vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) die eine Hälfte des Physiknobelpreises. Die andere teilen sich seine Kollegen Barry Barish und Kip Thorne vom California Institute of Technology (Caltech).

Alle drei zählen zu den Pionieren, die die Maschine entwickelt und gebaut haben, mit der der Nachweis gelang: Das Laser-Interferometer Gravitationswellen-Observatorium Ligo. Weiss war es, der sich als erster eine hochempfindliche Messstation ausmalte. Jahrzehntelang tüftelte er daran, wie man Nebengeräusche aus dem All herausfiltert, die eben keine Gravitationswellen sind. Thorne sorgte in den 1980er-Jahren dafür, dass aus Weiss' Vision Realität wurde und Barish rettete das Milliardenprojekt in den 1990er-Jahren vor dem vorzeitigen Aus. Nur deshalb konnten die Wellen 2015 entdeckt und Einsteins Vorhersage belegt werden.

Was hatte Einstein vorhergesagt?

Als der im Jahr 1915 seine Allgemeine Relativitätstheorie vorstellte, zeichnete er ein komplett neues Bild der Gravitation. Zuvor hatte gegolten, dass die Anziehungskraft ohne jeglichen Zeitverzug zwischen zwei Massen wirkt – egal, wie weit diese voneinander entfernt sind. Einstein glaubte hingegen, Schwerkraft entstehe, weil Masse den Raum und die Zeit krümme. Das Entscheidende: Die Raumzeit lasse sich nicht unendlich schnell verbiegen, sondern nur mit Lichtgeschwindigkeit.

Geraten nun irgendwo im Weltall mächtige Massen in Wallung, sollte das regelrechte Dellen in die Raumzeit schlagen, die lichtschnell durch den Kosmos rasen und dabei die Bahn der Erde kreuzen könnten. Die Deformationen sind extrem klein und für Menschen nicht wahrnehmbar. Dass sie tatsächlich existieren, steht erst eindeutig fest, seitdem die Superdetektoren in Louisiana und Washington das entscheidende Signal eingefangen haben. Whooouuuup!

Die Wellen, die vor kaum mehr als zwei Jahren erstmals zu hören waren, bestehen aus Energie, die ins All abstrahlte, als zwei Schwarze Löcher vor 1,3 Milliarden Jahren zusammenprallten und verschmolzen. Einfach gesagt: Es gab einen Wumms im All, der so gewaltig war, dass die Wellen der Erschütterung eine Ewigkeit später noch messbar waren. Vier weitere Echosignale kosmischer Kollisionen registrierten die Ligo-Detektoren und das Schwesterprojekt Virgo bis heute. Das jüngste Signal kam vergangene Woche.

Ein neues Feld der Astrophysik steht nun am Anfang

Die irdischen Messgeräte müssen extrem genau arbeiten, um die winzigen Vibrationen zu erfassen, die Gravitationswellen im Laserinterferometer auslösen. Grob vereinfacht funktionieren die Detektoren so: Sie haben zwei "Arme", deren Länge exakt bekannt ist. Sie wird zu jeder Zeit mithilfe eines Laserstrahl gemessen, der zwischen zwei Spiegeln liegt. Passiert eine Welle die Erde, schwanken die Spiegel um den hundertstel Durchmesser eines Wasserstoff-Atomkerns, und ihr Abstand zueinander ändert sich minimal. Die Arme der Detektoren werden also gestaucht oder gestreckt, die resultierende Längenänderung erfasst. Diese ist in etwa so präzise zu messen, als könnte man die Strecke zwischen unserer Erde und dem nächsten Stern auf eine Haaresbreite genau bestimmen.

Gerade weil die Detektoren so sensibel sind, ist das so schwierig. Deshalb dauerte der Nachweis auch Jahrzehnte und gelang erst nach sehr vielen Fehlalarmen. Seit 1960 schon bauen Physiker Prototypen von Messanlagen. Die große Herausforderung war immer, die Wellen aus dem Grundrauschen herauszufiltern. Es musste sicher sein, dass Auffälligkeiten nicht von umhertrampelnden Doktoranden, der Meeresbrandung oder einem Erdbeben stammen.

Auch zu Testzwecken wurde immer mal falscher Alarm ausgelöst – nur wenige führende Forscher waren eingeweiht, der Rest des Teams jubelte, bis die Chefs für Ernüchterung sorgten: "Sorry, nur ein Probelauf." Deshalb veröffentlichten die Forscher der im September 2015 aufgerüsteten Ligo-Anlage den ersten Nachweis auch erst einige Monate nachdem sie die Signale empfangen hatten: Sie wollten absolut sicher sein.

Und was machen wir mit den Wellen?

Albert Einstein wäre sicher aus dem Häuschen, wenn er wüsste, was seine Vorhersage ausgelöst hat. Vor allem, weil die Entdeckung von Gravitationswellen nur ein Anfang ist. Einstein selbst war überzeugt, dass diese Energieschwingungen niemals eine große Rolle in der Wissenschaft spielen würden.

Der frische Nobelpreisträger Rainer Weiss sieht das anders. Gerade sei die Tür aufgestoßen worden "für ein neues Feld in der Astrophysik". Nicht nur die Existenz Schwarzer Löcher lässt sich nun eindeutig belegen. Gravitationswellen werden auch helfen, einige der größten ungeklärten Fragen der Wissenschaft zu beantworten. Besteht die Raumzeit aus kosmischen Strings? Warum explodieren Sterne und wie schnell expandiert unser Universum? Und bewegen sich Gravitationswellen wirklich mit Lichtgeschwindigkeit durchs All? Aus irgendeinem dieser Gebiete wird der nächste Durchbruch kommen. Whoop, whoop!