Leistungsstarke Laser könnten in der Raumzeit Wellen erzeugen, sogenannte Gravitationswellen. Dies würde es uns ermöglichen, Nachrichten hin und her zu senden. Bisher kannten wir nur Gravitationswellen, die von großen kosmischen Objekten wie Schwarzen Löchern ausgehen.

In Zukunft könnten wir möglicherweise über Gravitationswellen kommunizieren, so wie wir es heute mit elektromagnetischen Wellen tun. Diese Technologie wird wahrscheinlich noch Jahrzehnte warten müssen.

Alles, was Masse oder Energie hat, erzeugt bei seiner Bewegung Wellen in Zeit und Raum. Diese Gravitationswellen sind fast alle so schwach, dass wir sie nicht erkennen können. Aus diesem Grund wissen wir nur von Gravitationswellen, die von sehr großen Objekten im Universum ausgehen, wie etwa der Verschmelzung supermassereicher Schwarzer Löcher.

Wellen machen

Wenn Sie künstlich eine messbare Gravitationswelle erzeugen möchten, benötigen Sie eine unglaublich dichte Energiequelle. Eine Möglichkeit besteht darin, einen starken, fokussierten Lichtstrahl zu verwenden. Licht besteht aus Teilchen, sogenannten Photonen, die keine Masse haben. Aber diese Teilchen haben Energie und können daher auch Schwerkraft erzeugen.

Physiker Killian Martineau von der Universität Grenoble Alpes in Frankreich und seine Kollegen berechneten in ihrem Forschung wie ein leistungsstarker Laser messbare Gravitationswellen erzeugen kann, wenn die Photonen einen eigenen Spin haben. Die Forscher kartierten, wie sich Gravitationswellen durch den Weltraum bewegen und wie stark sie sein würden.

„Stellen Sie sich vor, wie viel Sie lernen können, wenn Sie im Labor kontrollierte Gravitationswellen erzeugen können“, sagt Martineau. „Man muss nicht auf Signale von entfernten astrophysikalischen Quellen warten. Wenn Sie mit einem Experiment verschiedene Theorien zur Schwerkraft testen möchten, können Sie dies einfach mit Gravitationswellen im Labor tun.

Leistungsstarke Laser

Martineau und sein Team simulierten Gravitationswellen, die mit leistungsstarken Lasern erzeugt werden könnten, die in Kernfusionsreaktoren eingesetzt werden. Im Gegensatz zu massiven Objekten im Weltraum, wie etwa Schwarzen Löchern, erzeugen diese Laser Gravitationswellen mit komplexen Mustern. Die Frequenzen dieser Wellen sind eine Billiarde (eine 1 mit 24 Nullen) Mal höher als die Frequenzen, die Schwerkraftdetektoren wie das Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) messen können.

Laut Martineau ist die Entwicklung eines nützlichen Erkennungssystems der nächste Schritt. Dieses System kann aus einem zweiten leistungsstarken Laser bestehen. Es würde unter dem Einfluss lokaler Gravitationswellen vibrieren.

Eine weitere Option für ein Detektionssystem ist ein Photonendetektor. Dabei kann es sich um den sogenannten inversen Gertsenshtein-Effekt handeln. Dieser wandelt Gravitationswellen in Licht um, wenn ein Magnetfeld vorhanden ist.

Je näher man diesem Laserstrahl kommt, desto leichter lässt sich die Gravitationswelle erkennen. Das bedeutet, dass die leistungsstärksten Laserstrahlen nicht automatisch die beste Wahl für die Detektion sind. Martineau und sein Team entdeckten, dass eine Gravitationswelle in der Nähe eines Laserstrahls mit verdrehten Photonen möglicherweise einfacher zu messen ist.

Kommunizieren Sie mit Gravitationswellen

Wenn wir selbst Gravitationswellen erzeugen und nachweisen können, könnte dies die Grundlage für ein neuartiges Kommunikationssystem bilden. Gravitationswellen werden beim Durchgang durch Materie nicht schwächer, sodass ein durch die Erde gesendetes Signal keine Energie verliert. Bisher gibt es jedoch keine Laser oder Detektionssysteme, die diese ausreichend starken Signale erzeugen können.

Die Forscher müssen ihre Idee noch entwickeln, aber sie glauben, dass hohe Frequenzen am effektivsten Gravitationswellen erzeugen. „Wenn man auf hohe Frequenzen zugreift, kann man Gravitationswellen erzeugen, die stärker sind als erwartet“, erklärt der Physiker Jan Steinhoff vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Deutschland. Obwohl er auch sagt: „Natürlich ist das alles ein bisschen Science-Fiction.“

Steinhoff weist darauf hin, dass die ersten elektromagnetischen Wellen, die im Labor des deutschen Physikers Heinrich Hertz erzeugt wurden, nur kurze Distanzen zurücklegen konnten. „Es wäre wirklich cool, wenn das möglich wäre, auch wenn es nur über eine Distanz von wenigen Zentimetern wäre“, sagt Steinhoff.