What the discovery of gravitational waves means | Allan Adams

Übersetzung: Englisch2 Intrawi Lektorat: Jo Pi

1.3 billion years ago,

Vor 1,3 Milliarden Jahren

in a distant, distant galaxy,

umkreisten in einer sehr weit entfernten Galaxie

two black holes locked into a spiral,

zwei schwarze Löcher einander immer schneller,

falling inexorably towards each other

bis sie schließlich zusammenprallten und verschmolzen.

and collided,

converting three Suns' worth of stuff

Sie wandelten so die Masse dreier Sonnen

into pure energy in a tenth of a second.

in einer Zehntelsekunde in pure Energie um.

For that brief moment in time,

Diesen kurzen Moment lang

the glow was brighter than all the stars

leuchteten sie heller als alle Sterne zusammen

in all the galaxies

in allen Galaxien

in all of the known Universe.

des gesamten uns bekannten Universums.

It was a very

Es war ein sehr

big

großer

bang.

Knall.

Ihre Energie setzten sie aber nicht in Form von Licht frei --

But they didn't release their energy in light.

I mean, you know, they're black holes.

wir sprechen schließlich von schwarzen Löchern.

All that energy was pumped into the fabric of space and time itself,

Die gesamte Energie wurde ins Raum-Zeit-Gefüge selbst abgegeben

making the Universe explode in gravitational waves.

und das Universum explodierte in Gravitationswellen.

Let me give you a sense of the timescale at work here.

Ordnen wir die Ereignisse zunächst zeitlich ein.

1.3 billion years ago,

Vor 1,3 Milliarden Jahren

Earth had just managed to evolve multicellular life.

war gerade mehrzelliges Leben auf der Erde entstanden.

Since then, Earth has made and evolved

Seitdem hat die Erde einiges hervorgebracht:

corals, fish, plants, dinosaurs, people and even -- God save us -- the Internet.

Korallen, Fische, Pflanzen, Saurier, Menschen

und -- Gott stehe uns bei -- sogar das Internet.

And about 25 years ago,

Vor etwa 25 Jahren beschloss

a particularly audacious set of people --

eine Gruppe besonders Mutiger --

Rai Weiss at MIT, Kip Thorne and Ronald Drever at Caltech --

Rai Weiss vom MIT, Kip Thorne und Ronald Drever vom Caltech --

decided that it would be really neat

einen riesigen Laserdetektor zu bauen,

to build a giant laser detector

with which to search for the gravitational waves

um nach Gravitationswellen zu suchen,

die etwa durch kollidierende schwarze Löcher entstehen.

from things like colliding black holes.

Now, most people thought they were nuts.

Die meisten hielten sie für verrückt.

But enough people realized that they were brilliant nuts

Aber genug Menschen erkannten sie als verrückte Genies,

that the US National Science Foundation decided to fund their crazy idea.

sodass die US National Science Foundation ihre Idee finanzierte.

So after decades of development,

Nach jahrzehntelanger Entwicklung,

construction and imagination

Konstruktion, Konzeption

and a breathtaking amount of hard work,

und extrem viel harter Arbeit

they built their detector, called LIGO:

bauten sie den Detektor LIGO:

The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory.

das Laser-Interferometer- Gravitationswellen-Observatorium.

For the last several years,

In der Folgezeit

LIGO's been undergoing a huge expansion in its accuracy,

konnte die Präzision von LIGO erheblich gesteigert werden,

a tremendous improvement in its detection ability.

was die Erkennungsleistung enorm verbesserte.

It's now called Advanced LIGO as a result.

Daher nennt man ihn jetzt Advanced LIGO.

In early September of 2015,

Anfang September 2015

wurde LIGO für einen letzten Testlauf gestartet

LIGO turned on for a final test run

while they sorted out a few lingering details.

um einige kleinere, hartnäckige Probleme zu klären.

And on September 14 of 2015,

Am 14. September 2015,

just days after the detector had gone live,

nur einige Tage nach der Inbetriebnahme des Detektors,

the gravitational waves from those colliding black holes

rauschten die Gravitationswellen der beiden kollidierenden schwarzen Löcher

passed through the Earth.

durch die Erde hindurch.

And they passed through you and me.

Sie gingen durch Sie und mich

And they passed through the detector.

und auch durch den Detektor hindurch.

(Aufnahme) Scott Hughes: Nur zwei Momente in meinem Leben

(Audio) Scott Hughes: There's two moments in my life

more emotionally intense than that.

waren emotionaler als dieser:

One is the birth of my daughter.

die Geburt meiner Tochter

The other is when I had to say goodbye to my father when he was terminally ill.

und der Abschied von meinem todkranken Vater.

You know, it was the payoff of my career, basically.

Im Grunde waren das die Früchte meines Lebenswerks.

Everything I'd been working on -- it's no longer science fiction! (Laughs)

All das, wofür ich gearbeitet hatte, ist nicht länger Science-Fiction! (Lacht)

Allan Adams: So that's my very good friend and collaborator, Scott Hughes,

AA: Das ist mein sehr guter Freund und Kollege Scott Hughes,

a theoretical physicist at MIT,

theoretischer Physiker am MIT.

who has been studying gravitational waves from black holes

Er untersucht seit 23 Jahren Gravitationswellen aus schwarzen Löchern

and the signals that they could impart on observatories like LIGO,

und ihre durch Observatorien wie LIGO messbaren Signale.

for the past 23 years.

So let me take a moment to tell you what I mean by a gravitational wave.

Was aber sind Gravitationswellen?

A gravitational wave is a ripple

Eine Gravitationswelle ist eine Kräuselung

in the shape of space and time.

im Gefüge von Raum und Zeit.

As the wave passes by,

Beim Vorüberziehen der Welle

it stretches space and everything in it

werden der Raum und sein gesamter Inhalt

in one direction,

in eine Richtung gedehnt

and compresses it in the other.

und in die andere gestaucht.

This has led to countless instructors of general relativity

Zur Veranschaulichung führen Dozenten

doing a really silly dance to demonstrate in their classes on general relativity.

in Kursen zur Relativitätstheorie oft einen richtig albernen Tanz auf.

"It stretches and expands, it stretches and expands."

"Dehnen und stauchen, dehnen und stauchen."

Das Problem ist, dass Gravitationswellen

So the trouble with gravitational waves

is that they're very weak; they're preposterously weak.

extrem schwach, sogar lächerlich, sind.

For example, the waves that hit us on September 14 --

Am 14. September, zum Beispiel,

and yes, every single one of you stretched and compressed

wurde jeder von uns beim Auftreffen der Wellen

under the action of that wave --

gedehnt und gestaucht.

when the waves hit, they stretched the average person

Die Dehnung eines durchschnittlichen Menschen

by one part in 10 to the 21.

betrug 10 hoch -21.

That's a decimal place, 20 zeroes,

Das heißt 20 Nullen nach dem Komma, gefolgt von einer 1.

and a one.

That's why everyone thought the LIGO people were nuts.

Darum erklärte man die LIGO-Mitarbeiter für verrückt.

Even with a laser detector five kilometers long -- and that's already crazy --

Mit einem fünf Kilometer langen Laser-Detektor, und das ist schon absurd,

they would have to measure the length of those detectors

müsste diese Länge auf weniger

to less than one thousandth of the radius of the nucleus

als ein Tausendstel des Radius eines Atomkerns genau gemessen werden.

of an atom.

And that's preposterous.

Das ist grotesk.

So towards the end of his classic text on gravity,

Am Ende seines klassischen Textes über Gravitation

LIGO co-founder Kip Thorne

beschrieb Kip Thorne, ein Mitbegründer LIGOs,

described the hunt for gravitational waves as follows:

die Jagd nach den Wellen folgendermaßen:

He said, "The technical difficulties to be surmounted

"Die technischen Schwierigkeiten

in constructing such detectors

beim Bau solcher Detektoren sind gewaltig.

are enormous.

But physicists are ingenious,

Aber Physiker sind erfinderisch

and with the support of a broad lay public,

und mit der Unterstützung der Öffentlichkeit

all obstacles will surely be overcome."

werden gewiss alle Hindernisse überwunden werden."

Thorne published that in 1973,

Thorne veröffentlichte dies 1973,

42 years before he succeeded.

42 Jahre vor seinem Erfolg.

Now, coming back to LIGO,

Zurück zu LIGO.

Scott likes to say that LIGO acts like an ear

Scott behauptet gern, LIGO sei mehr ein Ohr als ein Auge.

more than it does like an eye.

I want to explain what that means.

Ich möchte erklären, was das bedeutet.

Visible light has a wavelength, a size,

Sichtbares Licht hat eine Wellenlänge,

that's much smaller than the things around you,

die viel kleiner ist als die Dinge um uns herum:

the features on people's faces,

Gesichtszüge,

the size of your cell phone.

die Größe Ihres Handys.

And that's really useful,

Das ist recht praktisch.

because it lets you make an image or a map of the things around you,

Denn so können Sie ein Bild oder eine Karte von Dingen anfertigen,

by looking at the light coming from different spots

indem Sie das von mehreren Punkten kommende Licht

in the scene about you.

um Sie herum wahrnehmen.

Sound is different.

Bei Tönen ist das anders.

Audible sound has a wavelength that can be up to 50 feet long.

Hörbare Töne haben eine Wellenlänge von bis zu 15 Metern.

And that makes it really difficult --

Darum ist es sehr schwer,

in fact, in practical purposes, impossible -- to make an image

eigentlich unmöglich, ein Bild von Dingen zu fertigen,

of something you really care about.

die Ihnen besonders viel bedeuten:

Your child's face.

dem Gesicht Ihres Kindes etwa.

Instead, we use sound to listen for features like pitch

Stattdessen lauschen wir nach bestimmten Eigenschaften

and tone and rhythm and volume

wie Tonlage und -höhe, Rhythmus und Lautstärke,

to infer a story behind the sounds.

um auf die Geschichte dahinter zu schließen.

That's Alice talking.

"Jetzt spricht gerade Alice."

That's Bob interrupting.

"Und Bob unterbricht sie."

Silly Bob.

"Dummer Bob."

So, the same is true of gravitational waves.

Das Gleiche gilt für Gravitationswellen.

We can't use them to make simple images of things out in the Universe.

Wir können mit ihnen keine einfachen Bilder von Objekten im All anfertigen.

But by listening to changes

Aber indem wir auf Änderungen

in the amplitude and frequency of those waves,

in der Amplitude und Frequenz der Wellen achten,

we can hear the story that those waves are telling.

können wir uns ihre Geschichten anhören.

And at least for LIGO,

Zumindest liegen für LIGO

the frequencies that it can hear are in the audio band.

die gemessenen Frequenzen im hörbaren Bereich.

So if we convert the wave patterns into pressure waves and air, into sound,

Wenn wir also Wellenmuster in Schall umwandeln,

we can literally hear the Universe speaking to us.

können wir das All buchstäblich sprechen hören.

Der Gravitation zu lauschen, kann uns etwa viel über die Kollision

For example, listening to gravity, just in this way,

can tell us a lot about the collision of two black holes,

zweier schwarzer Löcher verraten,

something my colleague Scott has spent an awful lot of time thinking about.

womit sich mein Kollege Scott schon sehr lange beschäftigt.

(Audio) SH: If the two black holes are non-spinning,

(Aufnahme) SH: Zwei schwarze, nicht drehende Löcher, zirpen einfach: wupp!

you get a very simple chirp: whoop!

If the two bodies are spinning very rapidly, I have that same chirp,

Drehen sich die zwei Körper sehr schnell, hört man dasselbe Zirpen

but with a modulation on top of it,

mit einem zusätzlichen Tonartwechsel.

so it kind of goes: whir, whir, whir!

Das hört sich so an: wu-wu-wu-wu-wu-wu!

It's sort of the vocabulary of spin imprinted on this waveform.

Es ist eine Art Bewegungswortschatz, eingeprägt in die Wellenform.

AA: So on September 14, 2015,

AA: Am 14. September 2015 --

a date that's definitely going to live in my memory,

einem Datum, das zumindest ich nie vergessen werden --

LIGO heard this:

hörte LIGO Folgendes:

[Whirring sound]

[Surrendes Geräusch]

So if you know how to listen, that is the sound of --

Jemand, der weiß, worauf er hören muss, erkennt dies als Geräusch von --

(Audio) SH: ... two black holes, each of about 30 solar masses,

(Aufnahme) SH: ... zwei schwarzen Löchern mit je 30-facher Sonnenmasse,

that were whirling around at a rate

die sich ungefähr so schnell drehen

comparable to what goes on in your blender.

wie die Stäbe Ihres Mixers.

AA: It's worth pausing here to think about what that means.

AA: Überlegen wir uns kurz, was das bedeutet.

Two black holes, the densest thing in the Universe,

Zwei schwarze Löcher, die dichtesten Körper im All,

one with a mass of 29 Suns

eines mit einer Masse von 29 Sonnen,

and one with a mass of 36 Suns,

das andere mit einer Masse von 36 Sonnen,

whirling around each other 100 times per second

umkreisen sich hundert Mal pro Sekunde,

before they collide.

bevor sie kollidieren.

Just imagine the power of that.

Stellen Sie sich diese Kräfte vor.

It's fantastic.

Fantastisch.

And we know it because we heard it.

Und wir wissen davon, weil wir es gehört haben.

That's the lasting importance of LIGO.

Darin besteht die bleibende Bedeutung von LIGO.

LIGO ebnet einen gänzlich neuen Weg zur Erforschung des Alls,

It's an entirely new way to observe the Universe

that we've never had before.

wie sie nie zuvor möglich war.

It's a way that lets us hear the Universe

Auf diesem Weg können wir dem All lauschen

and hear the invisible.

und das Unsichtbare hören.

And there's a lot out there that we can't see --

Vieles im All können wir --

praktisch oder grundsätzlich -- nicht sehen.

in practice or even in principle.

So supernova, for example:

Eine Supernova, zum Beispiel.

I would love to know why very massive stars explode in supernovae.

Ich würde gern wissen, warum massereiche Sterne in Supernovae explodieren.

They're very useful;

Sie sind sehr nützlich.

we've learned a lot about the Universe from them.

Von ihnen haben wir viel über das All gelernt.

The problem is, all the interesting physics happens in the core,

Die spannenden physikalischen Vorgänge geschehen aber im Kern,

and the core is hidden behind thousands of kilometers

der hinter tausenden Kilometern von Eisen,

of iron and carbon and silicon.

Kohlenstoff und Silizium versteckt liegt.

We'll never see through it, it's opaque to light.

Wir werden nie hindurchsehen, da diese opak sind.

Gravitational waves go through iron as if it were glass --

Gravitationswellen durchdringen Eisen, als wäre es transparentes Glas.

totally transparent.

The Big Bang: I would love to be able to explore

Der Urknall: Ich würde wahnsinnig gerne

the first few moments of the Universe,

die ersten Minuten des Alls erforschen,

but we'll never see them,

aber wir werden sie nie sehen,

because the Big Bang itself is obscured by its own afterglow.

da der Urknall durch sein eigenes Nachleuchten verdeckt wird.

With gravitational waves,

Mithilfe von Gravitationswellen

we should be able to see all the way back to the beginning.

sollte es möglich sein, bis zum Anfang zurückzublicken.

Perhaps most importantly,

Und das wohl Wichtigste:

I'm positive that there are things out there

Ich bin optimistisch, dass im All Dinge existieren,

that we've never seen

die wir noch nie gesehen haben,

that we may never be able to see

die wir wohl nie sehen werden

and that we haven't even imagined --

und von denen wir gar keine Vorstellung haben.

things that we'll only discover by listening.

Dinge, die wir nur entdecken, indem wir zuhören.

And in fact, even in that very first event,

In der Tat fand LIGO gleich im ersten Anlauf Dinge,

LIGO found things that we didn't expect.

die wir nicht erwartet hatten.

Here's my colleague and one of the key members of the LIGO collaboration,

Mein Kollege am MIT, Matt Evans,

ein wichtiges Mitglied des LIGO-Projekts, sagt zu diesem Thema:

Matt Evans, my colleague at MIT, addressing exactly that:

(Audio) Matt Evans: The kinds of stars which produce the black holes

(Aufnahme) ME: Die Art von Sternen, die schwarze Löcher hervorbringen,

that we observed here

wie LIGO sie beobachtet,

are the dinosaurs of the Universe.

sind die Dinosaurier des Universums.

They're these massive things that are old, from prehistoric times,

Sie sind enorme, uralte Körper aus prähistorischen Zeiten.

and the black holes are kind of like the dinosaur bones

Die schwarzen Löcher sind sozusagen die Saurierknochen

with which we do this archeology.

für unsere archäologische Arbeit.

So it lets us really get a whole nother angle

LIGO ermöglicht uns einen völlig anderen Blickwinkel

on what's out there in the Universe

auf die Geschehnisse im All,

and how the stars came to be, and in the end, of course,

auf die Entstehung der Sterne und letztlich auch darauf,

how we came to be out of this whole mess.

wie wir aus diesem Chaos hervorgingen.

AA: Die Herausforderung besteht nun darin,

AA: Our challenge now

is to be as audacious as possible.

so mutig wie nur möglich zu sein.

Thanks to LIGO, we know how to build exquisite detectors

Dank LIGO wissen wir, wie man großartige Detektoren baut

that can listen to the Universe,

und dem Rauschen

to the rustle and the chirp of the cosmos.

und Zirpen des Kosmos lauscht.

Our job is to dream up and build new observatories --

Wir brauchen Ideen für neue Observatorien --

a whole new generation of observatories --

eine ganz neue Generation von Observatorien

on the ground, in space.

auf der Erde und im All.

I mean, what could be more glorious than listening to the Big Bang itself?

Denn was könnte schöner sein, als dem Urknall selbst zu lauschen?

Our job now is to dream big.

Jetzt ist die Zeit großer Träume.

Dream with us.

Träumen Sie mit uns.

Thank you.

Danke.

(Applause)

(Applaus)