Das ganze Universum summt. Eigentlich ist das ganze Universum mongolischer Kehlkopfgesang. Jeder Stern, jeder Planet, jeder Kontinent, jedes Gebäude, jeder Mensch vibriert im langsamen kosmischen Takt.
Das ist die Schlussfolgerung aus der bemerkenswerten Ankündigung von gestern, dass Wissenschaftler einen „kosmischen Hintergrund“ von Wellen in der Struktur von Raum und Zeit entdeckt haben. Wenn sich das Ergebnis bestätigt, wenn mehr Daten gesammelt werden, ist es eine Entdeckung, die verspricht, neue Fenster zu allem zu öffnen, von der Entwicklung der Galaxien bis zum Ursprung des Universums.
Wissenschaftler hatten jahrzehntelang auf eine solche Entdeckung gewartet. Vor mehr als 100 Jahren stellte Einstein seine radikale allgemeine Relativitätstheorie vor. Für Einstein waren Raum und Zeit eine Einheit, „Raumzeit“, bestehend aus einem flexiblen Gewebe, das gedehnt und komprimiert, gebogen und verformt werden konnte. In der Allgemeinen Relativitätstheorie bewirkt die Materie eine Krümmung der Raumzeit, und die Raumzeit wiederum bestimmt, wie sich die Materie ungehindert bewegt. Da die Raumzeit flexibel ist, können Sie sie zum Schwingen bringen. Genau wie beim Zerreißen eines Bettlakens: Wenn man genügend Materie schnell genug bewegt, wird eine Welle verzerrter Raumzeit nach außen ins Universum strömen.
Wissenschaftler haben die Existenz dieser Wellen, sogenannte Gravitationswellen, bereits in den 1910er Jahren vorhergesagt. Da die von ihnen verursachten Verzerrungen in der Raumzeit jedoch so gering sind, wurden sie erst vor acht Jahren entdeckt. Damals nutzten Physiker kilometerlange Laser, um Raumzeitverzerrungen aufzufangen, die durch die Kollision zweier Schwarzer Löcher in einer fernen Galaxie verursacht wurden. Mit dieser ersten epochalen Entdeckung wurden die Türen zur Gravitationswellenwissenschaft geöffnet. Seitdem haben Wissenschaftler viele weitere verschmelzende Schwarze-Loch-Paare gefunden. Aber ein noch schwächeres Signal mit tiefgreifender kosmischer Bedeutung lag immer noch außerhalb ihrer Reichweite.
Zusammen mit Signalen von diskreten Verschmelzungen von Schwarzen Löchern glaubten Experten, dass a Hintergrund Gravitationswellen sollten auch das Universum durchfluten, das Raum-Zeit-Äquivalent von Autohupen, Presslufthämmern und Schreien, die sich alle zu der diffusen Kakophonie des Stadtlebens vereinen. Viele kosmische Phänomene könnten einen solchen Gravitationswellenhintergrund erzeugen, und Astronomen diskutieren derzeit eifrig über die wahrscheinlichste Erklärung. Vielleicht sind die Übeltäter die Millionen supermassereicher Schwarzer Löcher, die einige Milliarden Mal schwerer als die Sonne sind und sich im Zentrum jeder Galaxie befinden. Im Laufe kosmischer Zeitskalen kollidieren und verschmelzen Galaxien – und damit auch ihre Schwarzen Löcher. Dies sind hinsichtlich ihrer Wirkung auf die Raumzeit nahezu apokalyptische Ereignisse, wie eine Lautsprecherwand bei einem Heavy-Metal-Konzert, die gegen so viele Trommelfelle prasselt. Im Laufe der 13,8 Milliarden Jahre alten Existenz des Universums sind unzählige Galaxien verschmolzen, und diese Explosionen sollten auch heute noch im Hintergrund der Raumzeit widerhallen. Und das gilt vielleicht auch für die Gravitationswellen seit der Geburt des Universums. Der Urknall war, nun ja, ein Urknall. Die Einleitung der Expansion von allem erforderte so viel Energie und verursachte so viel Gewalt, dass sie die Raumzeit mit Gravitationswellen hätte überfluten müssen, die bis heute im Universum abprallen.
Wenn Wissenschaftler diesen Hintergrund finden und analysieren könnten, hätten sie einen direkten Blick zurück bis in die ersten Zeitabschnitte nach dem Moment der Schöpfung. Zunächst müssten sie jedoch beweisen, dass es existiert. Und jetzt sieht es so aus, als hätten sie es getan. Ein Team von Astronomen aus der ganzen Welt, das als North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (auch bekannt als NANOGrav) zusammenarbeitete, führte die Entdeckung anhand der schnell rotierenden Asche einst massereicher Sterne, sogenannter Pulsare, durch. Pulsare senden so perfekt abgestimmte Radiowellenausbrüche aus, dass sie als eine der genauesten natürlichen Uhren des Universums dienen. In 15 langen Jahren voller Schweiß und Ausdauer verfolgten die NANOGrav-Wissenschaftler geduldig winzige Veränderungen in den Explosionsmustern von 67 über die Milchstraße verstreuten Pulsaren.
Sie fanden heraus, dass eine kleine Änderung in der Periode des Signals eines Pulsars mit Änderungen in den Signalen der anderen Pulsare zusammenhängt. Sie schlussfolgerten, dass diese miteinander verbundenen Anomalien ein Spiegelbild der Veränderungen in der Entfernung zwischen der Erde und den Pulsaren seien, da vorbeiziehende Raumzeitwellen dazu führten, dass diese Entfernungen kontinuierlich größer und kleiner würden. Alles in allem konnten die NANOGrav-Wissenschaftler erkennen, dass diese Wellen nicht von einer einzelnen Quelle stammten, sondern von einem Lärm, einem Summen, den überlappenden Echos von Störungen, die über das ganze Universum verstreut waren.
Im Laufe von anderthalb Jahrzehnten hat das NANOGrav-Team über seine Maschinen, seine Zahlen und seine mathematische Theorie gebrütet, um uns den Beweis zu liefern, dass etwas Wunderbares – etwas Wunderbares – direkt vor unserer Nase geschieht. Tatsächlich passiert es Zu unsere Nase und auch der Rest unseres Körpers. Jede Gravitationswelle in diesem Hintergrund, die das NANOGrav-Team gefunden hat, summt durch die Beschaffenheit des Raums, in dem Sie sich gerade befinden. Jedes Proton und Neutron in jedem Atom von der Zehenspitze bis zum Scheitel Ihres Kopfes bewegt, pendelt und vibriert in einem kollektiven Schnurren, in das die gesamte Geschichte des Universums verwickelt ist. Und wenn Sie Ihre Hand auf einen Stuhl, einen Tisch oder etwas anderes in der Nähe legen, tanzt auch dieser Gegenstand diesen langsamen Walzer.
Der Gravitationswellen-Hintergrund ist eine große Neuigkeit für den Kosmos, ja, aber es ist auch eine große Neuigkeit für Sie. Die Natur der Realität hat sich nicht verändert – Sie werden nicht plötzlich Vibrationen in Ihrem Morgenkaffee wahrnehmen können, die Sie vorher nicht sehen konnten. Und doch können und sollten Momente wie diese die Art und Weise verändern, wie jeder von uns seine Welt sieht. Plötzlich, wir wissen dass wir im Einklang mit dem gesamten Universum summen, dass jeder von uns die Signatur von allem trägt, was jemals war. Es ist alles in uns, um uns herum und treibt uns hin und her, während wir durch den Kosmos rasen.
Als Astronom werde ich oft nach UFOs gefragt. Ich bin ziemlich skeptisch, ob sie irgendetwas mit außerirdischem Leben zu tun haben, aber ich glaube, dass die Fragen etwas Altes und Angeborenes in uns allen darstellen. Als Kind hatte jeder von uns das tiefe und leicht auszulösende Gefühl, dass die Welt voller Wunder ist, dass alles seltsam und erstaunlich ist. Wenn wir in den Hinterhof traten, starrten wir wie verzaubert auf einen Ameisenhaufen oder schauten zu, wie die Blätter beim Fallen Pirouetten drehten. Als Kleinkind kippte meine Tochter absichtlich ihre Tasse um, nur um sich darüber zu freuen, wie das Wasser über den Tisch ergoss.
Heute, da wir über ein neues Verständnis der Architektur des Universums verfügen, hat jeder von uns die Gelegenheit, dieses Wunder noch einmal zu betrachten. Nachdem Sie dies gelesen haben, schauen Sie sich um. Denken Sie darüber nach, wie der scheinbar solide Boden unter Ihren Füßen durch die Kraft von Milliarden von Jahren kosmischer Kollisionen leise bebt. Gehen Sie nach Möglichkeit nach draußen und beobachten Sie, wie der Wind durch die Bäume weht. Vielleicht wird die Erfahrung jetzt anders sein, da Sie wissen, wie der Rhythmus riesiger Schwarzer Löcher in fernen Galaxien auch die Zeit im sanften Schwanken der Bäume übertrifft.
Das Universum ist eine unvorstellbar große Symphonie aus Ursache und Wirkung. Das endlose Kommen und Gehen von Galaxien, Sternen und Planeten schafft eine Mischung aus Liedern, an der auch Sie beteiligt sind. Die NANOGrav-Entdeckung enthüllt die Komplexität und Anmut dieser Verschmelzung. Es ist eine Erinnerung daran, dass die Welt immer ein Wunder wert war und immer sein wird. Aber das wussten Sie natürlich schon. Das hast du schon immer getan.