[...] zu Boden fällt, so zieht genau genommen, nicht nur die Erde ihn an, sondern auch er die Erde.
Diese Anziehung ist natürlich so gering, dass wir davon nichts merken.
Aber der Mond, die Planeten, sie Sonne, die Sterne –
sie haben Schwerefelder, die sich durchaus mit dem der Erde messen können –
ja, die das Erde oft – entsprechend ihrer viel größeren Masse – weit übertreffen.
In unserem Sonnensystem hat die Sonne das stärkste Schwerefeld –
und theoretisch müssten nun alle Planeten – also auch unsere Erde – von ihr angezogen werden, in sie hineinfallen und verglühen.
Das Ende unserer Welt wäre da.
Dass es nicht so ist, hat seinen Grund in einer anderen Kraft – der Fliehkraft.
Ein Gegenstand, der sich bewegt, will sich immer geradeaus bewegen.
Wenn er aber von einem Punkt her mit gleicher Kraft festgehalten angezogen wird,
dann muss er sich im Kreise um diesen Punkt bewegen – je nach seiner Geschwindigkeit mehr oder weiter entfernt.
So wollen sich auch die Planeten – also auch die Erde – wegen ihrer Eigengeschwindigkeit von der Sonne entfernen.
Die Sonne aber hält sie mit ihrer Schwerkraft fest.
So bewegen sie sich in kreisähnlichen Bahnen um die Sonne herum.
So wirkt die Schwerkraft.
... deren Wirkungen wir genau kennen, und die wir auch genau berechnen können.
So genau, dass diese Berechnungen ...
zur Entdeckung des Planeten Pluto geführt hat.
– die Schwerkraft, die zu überwinden wir uns eigentlich mit recht guten Erfolg bemühen.
Was ist die Schwerkraft? Diese direkte Frage geht an zwei kompetente Gäste im Studio –
zunächst einmal an Herr Professor Jordan, Professor für Theoretische Physik der Universität Hamburg,
und an Herrn Diplom-Physiker Burkhard Heim, Direktor des Forschungsinstituts für Feldphysik in Northeim.
Kann man diese Frage überhaupt so stellen, Herr Professor?
Was ist Schwerkraft? Oder kann man nur die Schwerkraft beschreiben?
Ja, man muss sich durchaus begnügen mit einer Beschreibung der astronomisch beobachtbaren oder experimentell feststellbaren Wirkungsweisen der Schwerkraft.
So hat ja Newton schon...
... im Sinne seines berühmten Gravitationsgesetzes die Sache angefasst.
In unserem Jahrhundert endlich ist es möglich geworden, über Newtons Erkenntnisse hinaus bestimmte theoretische Voraussagen zu machen
für gewisse feinere Gravitationswirkungen,
die alle aus der Newtonschen Theorie heraus noch nicht abgeleitet werden konnten.
Die Einsteinsche Allgemeine Relativitätstheorie macht eine Fülle von Voraussagen
über feinere Wirkungen der Schwerkraft.
Aber in allen Fällen handelt es sich um sehr geringfügige Wirkungen, die nur durch äußerste Messschärfe überhaupt zu erfassen sind.
In der Folge dessen ist die bisherige Prüfungsmöglichkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie
in Beobachtung und Experiment auf eine recht schmale Basis bislang beschränkt worden,
sodass trotz der großen theoretischen Überzeugungskraft, die in Einsteins genialen Gedanken liegt,
doch immer noch in einem gewissen Maße hypothetisch ist, wie weit seine Voraussagen das Richtige treffen.
Herr Heim, Sie gehören zu den Männern, die den kühnen Versuch machen, das Wesen der Schwerkraft zu ermitteln.
Gehen ihre Arbeiten im Laboratorium auch auf die Einsteinschen Überlegungen zurück?
Meine theoretische Arbeit geht Letztenendes auch auf die Einsteinschen Überlegungen zurück.
Allerdings habe ich versucht, diese Einsteinschen Überlegungen so zu erweitern und weiter zu führen,
dass in einer gewissen Abwandlung dieser Theorie auch das mikrokosmische Geschehen – der Bereich des Atomaren – beschrieben werden kann,
was in der alten Einsteinschen Fassung nicht ohne Weiteres möglich ist.
Herr Heim, kann man von konkreten Ergebnissen ihrer Arbeit heute bereits reden?
Mir liegt eine Reihe von Ergebnissen vor, die unmittelbar durch die Erfahrung überprüft werden können –
ja, die sogar quantitativ [xxx]
Insbesondere denke ich hier an einen – allerdings im Experiment noch nicht überprüften – Zusammenhang
zwischen elektromagnetischer Energie und Gravitationsvorgängen im Sinne von Gravitationswellen.
Zunächst einmal schönen Dank!
Es ist also bisher nur aus komplizierten Überlegungen und noch komplizierteren – und den meisten Menschen unverständlichen – Rechnungen der Schluss zu ziehen,
dass es möglicherweise eine Schwerkraftwelle gibt.
Wenn es diese Schwerkraftwelle aber gibt – warum hat man sie noch nicht gefunden?
Und warum hat man diese Schwerkraftwelle noch nicht sichtbar gemacht?
Wenn es eine Schwerkraftwelle gibt, dann ist ihre Wirkung so gering, dass man sie mit der heute gebräuchlichen Messtechnik noch nicht feststellen kann.
Unsere Messgeräte arbeiten zu grob – und die Störungen sind deutlicher als die Schwerkraftwelle – wenn es sie gibt.
Um das zu verstehen, nehmen wir einmal an, wir wollten feststellen, was sich alles im Wasser eines Flusses befindet.
Mit einem groben Netz kann man höchstens ein paar große Fische feststellen –
mit einem Küchensieb schon kleine Fische, Libellenlarven und allerlei Wasserpflanzen.
Mit einem Teesieb schließlich auch noch Wasserflöhe, Mückenlarven und vieles andere mehr.
Dass aber in jedem Kubikzentimeter des Flusswassers unter anderem auch noch viele Tausend Bakterien leben,
das konnten wir auch mit dem Teesieb nicht feststellen.
Alle Geräte des Fischers waren dazu zu grob.
Oder wenn wir zum Beispiel dicht am Ufer des Meeres das Zirpen einer Grille aufnehmen wollen – dann klappt das nicht.
Die Störgeräusche durch Wasser und Wind sind viel zu groß.
Wir müssen diese Störgeräusche erst künstlich kleiner machen,
ehe wir die Töne der Grille aufnehmen können.
Und auch jetzt wird die Aufnahme noch nicht schön und klar, denn das Rauschen von Wind und Meer ist noch immer viel zu laut.
Das Zirpen der Grille geht sozusagen im Rauschpegel unter.
Herr Professor Jordan – wenn man nicht sagen kann, was die Schwerkraft ist – kann man dann zumindest sagen, welchen Charakters dieses Schwerkraft ist?
Sie ist weder elektrisch noch irgendwie magnetisch –
sondern es steht den elektrischen und magnetischen Erscheinungen als eine selbstständige besondere physikalische Erscheinung gegenüber.
Die Einsteinsche Theorie besagt allerdings auch, dass bestimmte Wechselbeziehungen/Wechselwirkungen eintreten müssen
zwischen elektromagnetischen Wellen und Gravitationswellen.
Es zeigt sich aber beim Prüfen der Einsteinschen Theorie, dass diese Wechselwirkungen außerordentlich klein sein sollten.
Herr Heim – wie kann man nun diese Welle im Laboratorium darstellen? Und wie kann man sie zunächst mal für den Wissenschaftler sichtbar machen?
Da fragen wir besser so: wie ich mir das denke, die Gravitationswelle darzustellen.
[?] es haben nach diesem Zusammenhang, den ich vorhin erwähnte.
Ich sagte, es scheint mir ein Zusammenhang zu bestehen, zwischen elektromagnetischer Energie und Gravitationswellen.
Diese mathematische Gleichung liefert uns ganz konkrete physikalische Aussagen über die [?] und physikalische Bedingungen,
denen eine Versuchsanordnung, in der sich der Umwandlungsprozess abspielen sollte oder der Wechselbeziehungsprozess abspielen sollte, genügen.
Ich habe eine solche Apparatur konstruiert, und zunächst an einem Modell provisorisch – stark improvisiert – gebaut –
und zwar für eine elektromagnetische Welle von 3 cm Wellenlänge.
Die liegt zwischen dem Dezimeterwellenbereich und dem Infrarotbereich – könnte man sagen.
Das ist eine Radarwelle.
Wir haben diese Wellenlänge gewählt, um genau definierte Verhältnisse zu haben.
Denn diese Art von elektromagnetischer Strahlung könnte man in den Bauelementen unserer Versuchsanordnung mit Sonden verfolgen und über ihren Verbleib etwas erfahren.
Vielen Dank, Herr Heim – das ist glaube ich eine wichtige Einführung.
Aber wie dieser Versuchsaufbau, mit dem die Schwerkraftwelle gefunden werden soll nach ihrer Meinung, in der Praxis arbeitet,
das wollen wir uns jetzt bei Ihnen im Deutschen Forschungsinstitut für Feldphysik in Northeim einmal ansehen.
Ausgangspunkt der Messreihen soll die Erzeugung einer elektromagnetischen Welle von 3 cm Wellenlänge sein,
die in dieser Sendeapparatur erzeugt wird.
Diese Welle wird über ein sogenanntes Hohlleitersystem in eine Versuchsapparatur eingeführt –
hier an der Decke, in der sich theoretisch der Umsetzungsprozess von der elektromagnetischen Energieform in die der Gravitationswelle abspielen muss.
Die sich dem irdischen Schwerefeld überlagernde Schwerewelle muss in ihrem zeitlichen Rhythmus das Gewicht eines Probekörpers verändern.
In einem bestimmten, noch in der Entwicklung befindlichen Detektor, soll diese zeitliche Gewichtsveränderung in einen zwar äußerst schwachen Wechselstrom verwandelt werden,
der aber den gleichen Zeitverlauf haben muss, wie die entsprechende Gewichtsveränderung.
Dieser Messstrom wird zusammen mit allen Störungen über ein Steuerpult zur Registratur geleitet.
Zunächst wird der Messstrom mit bestimmten Zeitmarken gespeichert. Aber vor der magnetischen Speicherung wird er noch mit einem sehr hohen Faktor verstärkt.
Nach dieser Speicherung werden die Zeitmarken als Signale direkt auf ein zweites Speichergerät übertragen,
während die Messimpulse aus dem Messspeicher über ein neuartiges Filtergerät gesendet werden,
welches sämtliche Störungen heraussiebt und nur den eigentlichen Messstrom zum zweiten Speicher durchgehen lässt.
Nach dieser Filterung kann man die Zeitmarken über ein Lautsprechersystem hörbar machen, und der Messvorgang kann auf einem Bildschirm sichtbar gemacht und fotografiert werden.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, ihn direkt auf einem Streifen Registrierpapier aufzuzeichnen.
Parallel dazu werden außerdem alle diese Vorgänge elektronisch kontrolliert und überwacht.
Nun wenn man wirklich eines Tages mit dieser verfeinerten Messtechnik die Schwerkraftwelle findet,
dann hätte das zunächst überhaupt noch keinen praktischen Nutzen.
Aber wenn man sie erst einmal kennt, kann man sicher auch bald etwas mit ihr anfangen.
Vielleicht könnte man eine Apparatur konstruieren, mit der man die Schwerkraft aufheben kann.
Hätte das vielleicht einen Nutzen?
Alle Dinge auf Erden sind der Schwerkraft unterworfen.
Und alles, was sich in die Luft erheben will, muss gegen die Schwerkraft ankämpfen.
Wenn wir einen Ball in die Luft werfen, dann kommt er nicht sehr hoch – denn die Schwerkraft holt ihn schnell zurück.
Eine Granate kommt schon höher.
Denn zu ihrem Abschuss wurde viel mehr Kraft aufgewendet, und ihre Geschwindigkeit ist wesentlich größer.
Noch größer sind Kraftaufwand und Geschwindigkeit bei den großen Raketen.
Mit ihnen erreicht man schon solche Geschwindigkeiten, dass sich Schwerkraft der Erde und Fliehkraft die Wage halten.
Die Rakete ist zum Satelliten geworden.
Und mit noch mehr Kraftaufwand und noch höherer Geschwindigkeit
hat man sogar schon das Schwerefeld der Erde verlassen.
Diese Raketen wurden Satteliten der Sonne.
Das heißt, nicht die Rakete, sondern nur ein ganz, ganz kleiner Teil von ihr – ihre Spitze.
Die Masse der Rakete besteht aus Treibstoff, um der kleinen Spitze die nötige Geschwindigkeit zu geben.
Diese Geschwindigkeit – bei den meisten Erdsatelliten etwa 30.000 km pro Stunde – erscheint uns gewaltig.
Aber schon, wenn man damit einen anderen Planeten erreichen will, dann dauert das Monate.
Und wenn man gar zu einem anderen Sonnensystem wollte, dann sind 30.000 km pro Stunde einfach lächerlich langsam.
Viel mehr aber schaffen wir mit den herkömmlichen Raketentreibstoffen nicht,
die ja fast gänzlich verbraucht werden, um erst einmal die Schwerkraft der Erde zu überwinden.
Um schneller zu werden, müsste man andere Antriebsarten finden,
oder zum Beispiel die Schwerkraft aufheben – oder gar als Antrieb verwenden.
Ob das aber geht?
Da wären wir also wieder bei der Schwerkraft.
Wenn man die Schwerkraftwelle finden sollte – wird man sie dann aufheben oder gar als Antrieb verwenden können?
Welche Möglichkeiten gibt es noch für Antriebe im Weltraum, bei denen nicht ein hohes Treibstoffgewicht erst einmal die Schwerkraft der Erde zu überwinden hat?
Ein Bündel von Fragen an kompetente Gäste, kompetente namhafte Wissenschaftler – als Gäste bei uns im Studio.
Herr Professor Sänger, Herr Professor Oberth – ich glaube, ich darf sagen der Vater der Weltraumfahrt – und Herr Professor Jordan.
Nun, diese Antriebsarten, Herr Prof. Sänger, die eben erwähnt wurden, scheinen offensichtlich auch für den Stand der heutigen Technik
und Raumwissenschaft noch Zukunftsmusik zu sein – oder nicht?
Nun, die Möglichkeit der Beeinflussung der Schwerkraft, die eben erwähnt worden ist, oder gar ihre Verwendung als Antriebskraft –
diese Möglichkeiten sehen wir heute noch nicht.
Ich glaube, dass keiner unserer Gesprächsteilnehmer hier der Ansicht ist, dass unsere physikalischen Erkenntnisse dazu ausreichen,
dass wir auch nur die geringste Hoffnung haben, das derartige Möglichkeiten in der Zukunft vorhanden sind.
Im Augenblick beschränken wir uns auf die Reaktionsantriebe.
Und wir sehen als Möglichkeiten für die Antriebe in der Raumfahrt technisch nur diese eine Möglichkeit vor uns,
Raketenantriebe, die auf dem Rückstoßprinzip beruhen, anzuwenden.
Werden als Treibstoffe feste Stoffe oder Flüssigkeitsstoffe – welche Geschwindigkeiten, welche Möglichkeiten lassen die konventionellen Treibstoffe heute zu?
Das ist eine Frage der Fluggeschwindigkeit, die man erreichen will.
Die Fluggeschwindigkeit ist mit der Ausströmgeschwindigkeit der Raketentriebwerke aufs Engste gekoppelt.
Sie ist etwa gleich der Ausströmgeschwindigkeit oder 1...2 Mal größer als diese – das ist eine Frage der Nutzlasten, die man unterbringen will.
So dass wenn wir Geschwindigkeiten zwischen 8.000 und 12.000 m pro Sekunde haben wollen, also 8 bis 12 km pro Sekunde haben wollen,
müssten wir Triebwerke haben, die ähnliche Auspuffgeschwindigkeiten haben.
Unsere jetzt verfügbaren chemischen Triebwerke haben das bei Weitem noch nicht.
Feststoffraketen haben Auspuffgeschwindigkeiten in der Größenordnung bis höchstens 3 km/s
und chemische Flüssigkeitsraketen etwas über 4 km/s.
Man hofft, in Zukunft durch weitere [?] vielleicht bis in die Nähe von 5 km/s zu kommen.
Dort ist eine naturgesetzliche Grenze vorhanden, über die hinaus wir mit chemischen Raketen keinerlei Hoffnung haben dürfen, zu kommen.
Diese Grenze liegt in der Chemie der einzelnen Treibstoffe.
Aber welche Möglichkeiten zeichnen sich nun ab, die darüber hinaus gehen?
Darüber hinausgehende Strahlgeschwindigkeiten können wir nur durch Einsatz der Kernenergie benützen.
In der Richtung sind eine ganze Reihe von Projekten in Bearbeitung.
Einige, deren Lösung geringere Schwierigkeiten bietet, sind sogar schon in technischer Entwicklung.
Zum Beispiel das Amerikanische Rover Projekt, bei dem an den glühenden Wänden eines festen Fusionsmilers Wasserstoff so erwärmt wird
– auf Temperaturen über 3000 °C beispielsweise – dass er mit Strahlgeschwindigkeiten von über 8 km/s – vielleicht einmal bis gegen 12 km/s aus dem Triebwerk ausscheidet.
Das sind Dinge, die in naher Zukunft liegen.
Welche Geschwindigkeiten liegen in der weiteren Zukunft?
In der weiteren Zukunft liegen Geschwindigkeiten, die man mit Triebwerken erreichen wird können,
die heute noch im Forschungsbereich liegen.
Zum Beispiel elektrische Triebwerke, bei denen Strahlgeschwindigkeiten bis 1.000 ... 10.000 km/s erwartet werden.
Dann Triebwerke, die die Explosionsvorgänge der Kernreaktion unmittelbar benützen,
und ihre Expansionsvorgänge, ihre Ausdehnungsvorgänge, bei denen man Ausströmgeschwindigkeiten erwartet,
die bereits Prozente der Lichtgeschwindigkeit erreichen können.
Diese Geschwindigkeiten könnten dann nicht nur für Bereiche im interplanetarischen Raum, sondern vielleicht auch für Bereiche des interstellaren Raums –
also von unserem Planetensystem zu anderen Sternensystemen/Sonnensystemen?
Wenn wir die Kernfusion zur Verfügung hätten (die stationäre Kernfusion),
würden die Geschwindigkeiten bereits über 10% der Lichtgeschwindigkeit erreichen.
Damit könnte man durchaus ernstlich an die Möglichkeit interstellarer Fahrten bereits denken.
Die absolute Grenze ist also Lichtgeschwindigkeit?
Die absolute Grenze ist gegeben durch die Lichtgeschwindigkeit.
Wir können höchstens erwarten, Ausströmgeschwindigkeiten von Triebwerken zu erreichen, die gleich der Lichtgeschwindigkeit sind – nach unserer heutigen physikalischen Kenntnis.
Das wird dann das Gebiet der sogenannten reinen Photonenraketen sein, die heute noch vollkommen hypothetischer Natur und Zukunftsprojekte sind.
Herr Professor Oberth, haben sie vor etwa 30 Jahren, als sie mit ihren Arbeiten zur Weltraumfahrt begannen,
bereits auch in diesen Vorstellungen der Techniker heute gedacht – und stimmt die technische Wirklichkeit etwa mit ihren Prognosen der Zeit vor 30 Jahren überein?
Man hat inzwischen natürlich auch einiges neu entdeckt, und aufgrund dessen Erfindungen gemacht, die ich damals nicht vorhersehen konnte.
Aber im Großen Ganzen ist es doch so gekommen, wie ich es mir gedacht habe.
Aber hier ist vielleicht die Grenze, wo sich die Frage auch nach dem Sinn der Raumfahrt stellt,
und die Frage würde ich an Sie geben, Herr Professor Jordan:
Wie denkt der Naturforscher über diese Situation?
Für die Naturforschung ergeben sich große neue Perspektiven aus der beginnenden Raumschifffahrt.
Die heutige Astronomie ist stärkstens behindert durch die Tatsache,
dass die ultraviolette Strahlung der Sterne nicht zu uns herunter kommen kann,
sondern in unserer Lufthülle weitgehend absorbiert wird.
In ungefähr 10 Jahren aber werden wir ja eine Sternwarte auf dem Mond haben,
und diese wird die ultravioletten Spektren der Sterne in vollem Umfang fotografieren,
und damit eine Fülle neuer Information gewinnen können.
Ein neues Zeitalter der Astronomie wird damit beginnen.
Andererseits – dass wir instant gesetzt werden, den Mond und etwa den Mars an Ort und Stelle zu untersuchen,
wird uns ungeheure Vertiefung unseres Verständnisses in Bezug auf die Entstehungsvorgänge unseres Planetensystems geben.
Und diese Vertiefung unseres Wissens wird auch große praktische Bedeutung gewinnen,
Sie wird uns helfen, unsere eigene Erdkruste besser zu verstehen, als es heute möglich ist.
Das wird zum Beispiel für die Zukunft des Bergbaus von großer Wichtigkeit werden,
weil dieser in Zukunft sehr viel tiefer in die Erde gehen muss, als heute.
Herr Professor Oberth – ein namhafter deutscher Wissenschaftler hat vor einiger Zeit geäußert,
die Raumfahrt sei ein Triumph des menschlichen Verstandes – aber ein tragisches Versagen der menschlichen Vernunft.
Wie denken sie darüber?
Ich glaube, der Mann hätte das nicht gesagt, wenn er sich intensiver mit dem Stoff befasst hätte.
Denn die Raumfahrt wird der Menschheit doch sehr viel nützen.
Wo sehen Sie den Nutzen der Raumfahrt?
Man könnte Tausende von Beispielen aufzählen.
Ich will nur eines nennen: einen Weltraumspiegel.
Wir werden in nicht so ferner Zeit imstande sein, das Wetter auf der Erde zu beeinflussen.
Wir werden z.B. der Wüste Sahara zu so viel Regen verhelfen können,
dass sie wieder bewohnbar wird, wie sie das im klassischen Altertum war.
Und wir werden die arktischen Länder so weit erwärmen können,
dass sie land– und forstwirtschaftlich nutzbar werden.
Das ist sehr interessant. Ich glaube, Prof. Sänger, es wird ihnen nicht schwerfallen, einen Katalog von Dingen aufzuzählen,
die bereits am Rande der Raumfahrt in der Praxis heute erreichbar sind, und genutzt werden?
Ja, dieser Aufgabe hat sich der amerikanische Kongress unterzogen,
der vor kurzem seinen Steuerzahlern erklärt hat, worin der praktische Nutzen der Raumfahrt unmittelbar liegt.
Er hat eine Liste von über 3000 Gegenständen, neuen Erfindungen, neuen Entwicklungen aufgestellt,
die durch die Raumfahrtforschung zustande gekommen sind,
und die gar nichts mehr mit Raumfahrt zu tun haben,
sondern in das tägliche Leben des Menschen geflossen sind.
Kleine Dinge wie Armbanduhren mit einer kleinen Batterie, die ein Jahr lang laufen,
oder neue medizinische Geräte, oder Küchengeschirre, die aus dem Eisschrank direkt auf die Herdplatte gestellt werden können, ohne dass sie zerspringen.
Aber es ist interessant festzustellen, dass an der Spitze der Nutzen, der Umstand stand,
die Behauptung stand, dass es vor allem der unersetzliche Wissensdurst der Menschen ist, der immer wieder dazu antreibt, diese Dinge zu machen.
Recht vielen Dank, Professor Sänger, Professor Oberth, Professor Jordan!
Nun sicher, meine Damen und Herren, wird es nicht der Endzweck wissenschaftlicher Arbeit sein,
ein paar Menschen mit Raketen in den Raum hinaus zu schießen.
Gerade die Verschiedenheit der Richtungen, in denen sich bei der Erforschung der Gesetzmäßigkeiten des Weltraums
die Mathematiker, Physiker und die Ingenieure bewegen,
zeigt, wie ungeheuer vielfältig diese neue Dimension sich der Menschheit darbietet.
Sicher liegt jenseits des Schwerefeldes unserer Erde ein noch unentdecktes Stück Menschheitszukunft.
So bleibt zu hoffen, dass der beschwerliche Weg dorthin,
der nur unter Aufwendung aller geistigen und finanziellen Mittel der Erde zu beschreiten sein wird,
die Völker zwingen wird, sich auf unserem Planeten besser zu verstehen,
besser zu verständigen und besser zu vertragen.
[Subtitles: Olaf Posdzech, www.engon.de/protosimplex]