Das Universum könnte sich an Gravitationswellen "erinnern", lange nachdem sie vergangen sind.
Dies ist die Prämisse eines theoretischen Papiers, das am 25. April in der Zeitschrift Physical Review D veröffentlicht wurde. Gravitationswellen, schwache Wellen in Raum und Zeit, die die Menschheit erst in den letzten Jahren entdeckt hat, vergehen sehr schnell. Die Autoren des Papiers zeigten jedoch, dass sie nach dem Passieren der Wellen eine leicht veränderte Region verlassen und eine Art Erinnerung an ihre Überquerung hinterlassen könnten.
Diese Veränderungen, die die Forscher als "persistente Gravitationswellen-Observable" bezeichneten, wären noch schwächer als die Gravitationswellen selbst, aber diese Effekte würden länger anhalten. Objekte können leicht verschoben sein. Die Positionen der Partikel, die durch den Raum driften, können sich ändern. Sogar die Zeit selbst könnte leicht nicht mehr synchron sein und in verschiedenen Teilen der Erde kurzzeitig mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten laufen.
Diese Veränderungen wären so winzig, dass Wissenschaftler sie kaum erkennen könnten. Die Forscher schrieben in ihrer Arbeit, dass die einfachste Methode zur Beobachtung dieser Effekte zwei Personen umfassen könnte, die "kleine Gravitationswellendetektoren herumtragen" - ein Witz, weil Detektoren ziemlich groß sind.
Es gibt jedoch Möglichkeiten, wie Forscher diese Erinnerungen erkennen können. Hier ist das offensichtlichste: Suche nach Verschiebungen in den Spiegeln bestehender Gravitationswellendetektoren.
Derzeit können Wissenschaftler Gravitationswellen erfassen, indem sie Observatorien bauen, die über große Entfernungen sehr ruhige und stabile Laserstrahlen abfeuern. Wenn die Strahlen leicht wackeln, ist dies ein Zeichen dafür, dass eine Gravitationswelle vergangen ist. Durch das Studium der Wackelbewegungen können Physiker die Wellen messen. Der erste derartige Nachweis erfolgte im Jahr 2015, und seitdem wurde die Technologie so verbessert, dass die Observatorien Gravitationswellen bis zu einmal pro Woche erfassen.
Diese Wellen entstehen durch massive Ereignisse, beispielsweise wenn Schwarze Löcher und Neutronensterne sehr weit entfernt im Weltraum kollidieren. Bis sie die Erde erreichen, sind die Wellen jedoch kaum wahrnehmbar. Ihre langfristigen Auswirkungen sind noch weniger offensichtlich.
Die Spiegel in Detektoren werden jedoch ständig so genau gemessen, dass die Verschiebungen, die die Gravitationswellen verursachen, im Laufe der Zeit so stark werden können, dass die Forscher sie erkennen können. Die Forscher entwickelten ein mathematisches Modell, das vorhersagt, wie stark sich die Spiegel mit jeder Welle im Laufe der Zeit verschieben sollten.
Die anderen Methoden, mit denen Menschen diese Langzeiteffekte nachweisen können, umfassen Atomuhren und sich drehende Partikel.
Zwei Atomuhren, die in einiger Entfernung voneinander angeordnet sind, würden eine Gravitationswelle unterschiedlich erleben, einschließlich ihrer Zeitdilatationseffekte: Da die Zeit für eine Uhr stärker verlangsamt würde als für die andere, könnten subtile Unterschiede in ihren Messwerten nach dem Passieren einer Welle eine Erinnerung an offenbaren die Welle im lokalen Universum.
Schließlich kann ein winziges sich drehendes Teilchen sein Verhalten vor und nach dem Passieren einer Welle ändern. Hängen Sie es in eine Kammer in einem Labor und messen Sie seine Geschwindigkeit und Drehrichtung. Messen Sie es dann erneut, nachdem eine Welle vergangen ist. Der Unterschied im Verhalten des Teilchens würde eine andere Art der Erinnerung an die Welle offenbaren.
Zumindest diese theoretische Arbeit bietet Wissenschaftlern eine faszinierende neue Möglichkeit, Gebäudeexperimente zur Untersuchung von Gravitationswellen zu betrachten.
