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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Hatte Einstein unrecht? |
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| | | Mit Hilfe von äußerst präzisen Uhren soll an Bord der Internationalen Raumstation ISS die Richtigkeit von Albert Einsteins Relativitätstheorie überprüft werden. Sollte sich dieser Grundstein der Naturwissenschaften als falsch herausstellen, dann müsste sich unser Verständnis des Universums dramatisch verändern. |
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"Die ISS ist der ideale Ort um die Relativitätstheorie zu testen", sagt der Physikprofessor Alan Kostelecky von der Indiana University in Bloomington und Mitarbeiter der NASA. "Auf Grund der Bedingungen, die während der Umkreisung der Erde an Bord der Raumstation herrschen, könnten schon geringste Unterschiede der Taktfrequenzen zweier Uhren festgestellt werden. Für diesen Versuch verwenden wir spezielle Uhren, die auch in der Schwerelosigkeit funktionieren."
Sollte ein Unterschied zwischen den Taktfrequenzen beider Uhren festgestellt werden, dann würde dies die Einstein'sche Relativitätstheorie in Frage stellen, da es laut ihr ja keinen Unterschied zwischen zwei Uhren, die der selben Anziehungskraft ausgesetzt sind, geben kann.
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Die Relativitätstheorie
Die Relativitätstheorie wurde 1905 vorgestellt. Sie stellt fest, dass nichts schneller als das Licht ist. Mit rund 300.000 Kilometer pro Sekunde (der genaue Wert im Vakuum ist c=299.792 Kilometer pro Sekunde, das entspricht 1.079.251.200 Kilometer pro Stunde.) ist die Lichtgeschwindigkeit das absolute Limit, sowohl für Materie als auch für Strahlung und Information. Das Erstaunliche ist jedoch nicht die absolute Größe, sondern dass der Wert - unabhängig von der Bewegung einer Lichtquelle oder eines Beobachters - gleich bleibt. |
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 Mehr Informationen über die Relativitätstheorie |
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Veränderungen auf der Erde kaum messbar |
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Frühere Theorien haben versucht, Schwerkraft und Teilchenphysik zu kombinieren und legten auf diese Weise nahe, dass die Relativitätstheorie nicht immer gültig ist. Sollten unter bestimmten Umständen jedoch Veränderungen in Raum und Zeit auftreten, so könnten sie auf der Erde aber nur sehr schwer gemessen werden.
"Das Aufspüren solcher Veränderungen würde unsere Theorien und Modelle über die fundamentalen Strukturen von Zeit und Raum revolutionieren", meint Kostelecky. "Das würde zu völlig neuen Einsichten über die Entstehung und Form des Universums und der Art und Weise, wie die Natur arbeitet, führen."
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Messungen im Weltall
Im Weltall durchgeführte Messungen haben gegenüber jenen auf der Erde einer Reihe von Vorteilen, da die Rotationsachse und -geschwindigkeit der Erde nicht veränderbar sind. Im Weltraum hingegen, kann die Orbitalachse des Satelliten und seine Rotationsgeschwindigkeit verändert werden, auch höhere Geschwindigkeiten als die der Erde sind möglich. Aus diesen Gründen können Messinstrumente im Weltraum sensibler auf geringfügige Veränderungen reagieren. |
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Maser statt Laser |
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Kostelecky und seine Kollegen haben für die geplanten Messungen an Bord der ISS spezielle Uhrtypen vorgesehen.
Eine der Uhren benutzt z. B. einen so genannten Maser, einen Cousin des Lasers. Im Gegensatz zum Laser strahlt der Maser kein Licht, sondern Mikrowellen-Energie ab, die ein ganz spezifisches Taktsignal erzeugt.
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Taktfrequenz kann nicht nur Relativitätstheorie beweisen |
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In zukünftigen Raumflügen sollen "Primary Atomic Reference Clock in Space", das "Rubidium Atomic Clock Experiment" und der "Superconducting Microwave Oscillator" für die Überprüfung der Relativitätstheorie herangezogen werden.
Uhrenexperimente könnten aber auch andere verblüffende Ergebnisse nach sich ziehen, z. B. Beweise für die String-Theorie.
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String-Theorie
Nach der String-Theorie sind die Grundbausteine des Universums nicht punktförmige Teilchen, sondern unvorstellbar winzige Saiten (englisch "strings"), deren Schwingungen alle beobachtbaren Teilchen und Kräfte ergeben sollen. Diese - offenen oder zu Schleifen geschlossenen - Strings sind nur etwa 10 hoch -35 Meter lang und können wie eine Violinsaite viele unterschiedliche Eigenschwingungen ausführen. Jeder Schwingungszustand hat eine bestimmte Energie und lässt sich als ein quantenmechanisches Teilchen betrachten.
Die String-Theorie ist deswegen von allgemeinem Interesse, weil sie einen wichtigen Schritt zur so genannten "GUT" ("Great Unifying Theory") bzw. "TOE" ("Theory Of Everything") darstellt. Eine große vereinheitlichende Theorie sollte die einander bislang widersprechenden Prinzipen der Makrophysik (Relativitätstheorie) und Mikrophysik (Quantentheorie) vereinen. |
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Mehr Information über die String-Theorie |
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Der leere Raum und seine Richtung |
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Vertreter der String-Theorie behaupten, dass die kleinsten Teilchen des Universums nicht punktförmig, sondern länglich gestreckt sind, ähnlich einer winzigen Saite eines Instrumentes.
Einige String-Theoretiker glauben, das ein leerer Raum in eine bestimmte Richtung ausgerichtet ist. Falls dies stimmt, dann würden die Uhren an Bord der Raumstation in unterschiedlichen Geschwindigkeiten schlagen, je nachdem in welcher Richtung sie gerade orientiert wären.
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Versuche in der Nähe des Jupiter geplant |
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Die Relativitätstheorie wird aber nicht nur an Bord der ISS getestet. In weiteren geplanten Raumflügen, der so genannten NASA SpaceTime Mission, sollen drei Uhren in einen Jupiterorbit gebracht werden.
Dann soll das Raumfahrzeug mit rasanter Geschwindigkeit auf die Sonnen stürzen, einer gigantischen Hochschaubahn ähnlichen Abfahrt. Durch die dabei erreichte extrem hohe Geschwindigkeit sollen neue sensible Testverfahren ermöglicht werden.
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01.01.2010 |
