Einsteins Theorie erneut bestätigt: Raumzeit-Krümmung gemessen

Chinesische Wissenschaftler haben die bislang präzisesten Messergebnisse veröffentlicht, die Albert Einsteins allgemeine Relativitätstheorie in der Praxis bestätigen. Laut einer in Nature veröffentlichten Studie ist es Spezialisten des Instituts für Physik und Mathematik in Wuhan gelungen, mit rekordhoher Präzision aufzuzeichnen, wie die Masse der Erde die Raumzeit „krümmt“. Dieser Erfolg ist ein wichtiger Schritt für die moderne Physik und hilft dabei, alternative Theorien einzuschränken. Dies berichtet Ixbt.com berichtet .

Demnach lag der Messfehler bei gerade einmal 0,2 Prozent. Zum Vergleich: Bei allen vorherigen Versuchen lag die Unsicherheit bei bis zu 10 Prozent. Es geht um den „Frame-Dragging-Effekt in Inertialsystemen“ oder den „Lense-Thirring-Effekt“, benannt nach den Physikern, die ihn 1918 modellierten. Diesem Phänomen zufolge gilt: Je massereicher ein Objekt ist und je schneller es rotiert, desto stärker verzerrt es den Raum um sich herum.

Messungen mithilfe eines einzigartigen Satelliten

Um diese extrem schwachen gravitativen Abweichungen auf Himmelskörpern von der Größe der Erde nachzuweisen, nutzten Wissenschaftler das von der Italienischen Raumfahrtagentur entwickelte Gerät LARES-2 (Laser Relativity Satellite 2). Mit einem Durchmesser von etwa 40 Zentimetern und einem Gewicht von 295 Kilogramm besteht dieses Gerät aus einer massiven Kugel aus einer Nickel-Chrom-Legierung. Es verfügt weder über Antriebe noch über Solarzellen oder Onboard-Elektronik.

Die gesamte Oberfläche des Geräts ist mit 303 Tripelreflektoren bedeckt, und seine schwere sowie dichte Struktur minimiert den Einfluss jeglicher nicht-meteorologischer Kräfte in der mittleren Erdumlaufbahn. Von Juli 2022 bis Juni 2025 bestrahlten Bodenstationen den Satelliten mit Lasern und registrierten die zurückkehrenden Lichtsignale. Infolgedessen sammelten die Wissenschaftler eine Datenbank mit 200.000 Beobachtungen bei einer Genauigkeit von 1 Millimeter.

Datenbereinigung und fundamentale Ergebnisse

Aufgrund der ungleichmäßigen Erdanziehungskraft ist der Planet an den Polen leicht abgeflacht, was Newtonsche Kräfte erzeugt und das Relativitätssignal überdeckt. Um diese klassische Gravitation herauszufiltern, kombinierten die Forscher die LARES-2-Daten mit Messwerten des 1976 von der NASA gestarteten LAGEOS-Geräts. Die Bahnebenen beider Satelliten wichen um einen Winkel von 180,01° voneinander ab, was eine gegenseitige mathematische Auslöschung unerwünschter Kräfte ermöglichte.

Ein weiteres Hindernis waren Ozean- und Gezeiteneffekte durch Mond und Sonne. Dieses Problem wurde zeitlich gelöst: Gezeiteneffekte kompensieren sich in einem Präzessionszyklus von 1.050 Tagen gegenseitig. Alle Störungen wurden mithilfe der GEODYN-Software des Goddard Space Flight Center der NASA bereinigt.

Nach dem Bereinigungsprozess registrierten Physiker, dass die Erdrotation die Satellitenbahn pro Jahr um 61,3 Millibogensekunden verschiebt. Der erhaltene Wert stimmte perfekt mit den Vorhersagen von Einsteins Theorie überein. Die Autoren betonen, dass dieses Ergebnis nicht nur die allgemeine Relativitätstheorie bestätigt, sondern auch alternative Modelle wie die Chern-Simons-Gravitation, die sie mit der Quantenmechanik zu vereinen versucht, stark einschränkt.