Labortest für allgemeine Relativitätstheorie

Eine Voraussage Einsteins wurde höchst genau bestätigt – just mit einer typischen Quantenmethode.

(c) AP

Eine Uhr in einem Gravitationsfeld läuft langsamer – und zwar nicht, weil die Schwerkraft ihre Mechanik bremst, sondern weil die Zeit selbst langsamer vergeht. Diesen Effekt, die gravitative Zeitdilatation, hat Albert Einstein bereits 1908 vorausgesagt, sieben Jahre vor Fertigstellung seiner Allgemeinen Relativitätstheorie (ART), der Theorie der Gravitation.

Entsprechend braucht man zu seiner Ableitung die ART nicht in ihrem vollen Glanz, und er lässt sich auch schlicht anschreiben: Im Schwerefeld schrumpft die Zeit um den Faktor (1 + U/c2), wobei U das Gravitationspotenzial ist. Experimentell überprüft wurde der Effekt erstmals 1960, die bisher genaueste Messung schaffte die Nasa 1976: durch den Vergleich einer in den Weltraum geschossenen Atomuhr mit genau der gleichen Uhr auf der Erde. Genauigkeit: 7?10–5.

Nun erzielten Physiker um den Nobelpreisträger Steven Chu (Berkeley) eine um vier Zehnerpotenzen größere Genauigkeit: 7?10–9. Und das ohne Weltraumrakete, nur im irdischen Labor. Allerdings mit einer Methode, die sich der zweiten großen physikalischen Theorie des 20.Jahrhunderts verdankt: der Quantentheorie, die sich nicht und nicht mit der Allgemeinen Relativitätstheorie vereinen lassen will. Zu deren Stützung ist sie offenbar sehr wohl zu haben.Die Methode ist gefinkelt (Nature, 463, S.926), im Wesentlichen beruht sie darauf, dass ein Teilchen – das ja immer auch eine Welle ist – mit sich selbst interferieren kann, wenn ihm zwei Zustände möglich sind, etwa durch Anregung mittels Laser.

Wenn sich nun die beiden Zustände dadurch unterscheiden, dass in einem das Teilchen (diesfalls ein Cäsiumatom) auch nur ein bisschen höher (in Bezug auf die Erdoberfläche) ist als im anderen, dann entsteht eine Phasendifferenz, die von der Differenz der Gravitationspotenziale abhängt, die die beiden Zustände im Schwerefeld der Erde haben. Ursprünglich diente die Messanordnung zur genauen Bestimmung des Schwerefelds der Erde. tk

("Die Presse", Print-Ausgabe, 18.02.2010)

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