| P.M. Magazin | 03/2007 |
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Physik Antigravitation: Gibt es sie doch? |
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Eine Sensation bahnt sich an: Der Physiker Martin Tajmar will in einer raffinierten Apparatur künstliche Gravitation erzeugt haben – das schien bisher völlig unmöglich. Tajmars Forschungsergebnisse werden jetzt unter absoluter Geheimhaltung überprüft: Sie könnten die Basis für unglaubliche Technologien sein. Auf den Freitag freut sich Martin Tajmar immer ganz besonders. Freitag ist Experimentiertag. Wenn sich seine Kollegen im österreichischen Forschungszentrum Seibersdorf langsam Richtung Wochenende verabschieden, geht der 32-jährige Physiker in das kleine Labor schräg gegenüber seinem Büro. Dort hat er eine Maschine aufgebaut, die für eine wissenschaftliche Sensation gut ist. Denn wenn sie hält, was sie verspricht, dann scheint das bisher Unmögliche doch möglich zu sein: die Erzeugung von Schwerelosigkeit auf der Erde. Tajmar kann die bisherigen Erfahrungen mit seiner Zaubermaschine selbst kaum fassen und gibt sich entsprechend vorsichtig: »Meine Arbeit ist work in progress – aber die Kräfte, die ich messe, könnten so interpretiert werden.« Seit Jahrtausenden rätseln die Forscher über das Geheimnis der Erdanziehung. Aristoteles glaubte noch, Gegenstände fallen zu Boden, weil ihr natürlicher Platz im Mittelpunkt des Universums liegt – also auf der Erde. Isaac Newton führte die Gravitation dann auf die Anziehungskräfte von Massen zurück – dadurch kreisen die Planeten um die Sonne, fällt der Apfel auf den Boden. Albert Einstein wusste es genauer. In seiner Allgemeinen Relativitätstheorie postulierte er, dass sich Massen nicht nur anziehen, sondern auch die umgebende Raumzeit verändern: Je nachdem, wie groß die Masse eines Gegenstands ist, verformt sie das Raumzeit-Gitter, in dem sie sich bewegt: Supermassive Neutronensterne »beulen« den Raum stark aus, Newtons berühmter Apfel praktisch kaum. Auch wenn wir dank Einstein Gravitation sehr exakt beschreiben können – eines hat noch niemand geschafft: die Gravitation irgendwie zu beeinflussen oder gar auszuschalten – also Schwerelosigkeit zu erzeugen. Wenn das gelänge, ließen sich völlig neue Technologien entwickeln – der Ingenieurs-Fantasie wären kaum Grenzen gesetzt. Man könnte schwere Lasten zum Schweben bringen und sie wie mit unsichtbaren Traktoren mühelos verschieben. Man könnte Geräte in Autos einbauen, die die Kurvenlage verbessern. Man könnte Schwerelosigkeits-Labors auf der Erde einrichten: Manch teure Weltraummission für Experimente im All wäre dann überflüssig. In der Sciencefiction-Literatur geistern »Antigravitationsmaschinen« und »Gravitationstransformatoren« schon lange herum. Auch seriöse Forscher glaubten schon, die Schwerkraft überlisten zu können. Vor etwa zehn Jahren behauptete der russische Physiker Eugene Podkletnov, er habe eine Maschine konstruiert, mit der er die Schwerkraft abschirmen könne. Niemand hat sie freilich je zu Gesicht bekommen, und das Urteil der Physiker fiel eindeutig aus: »Schwachsinn« und »ein Ding der Unmöglichkeit« lauteten die Kommentare. Auch Martin Tajmar denkt da nicht anders: »Die Erdanziehung lässt sich nicht abschirmen. Und eine ›Antigravitation‹ gibt es schon gar nicht.« Tajmars Maschine funktioniert anders. Von außen sieht sie unspektakulär aus: eine brusthohe, mit Sand gefüllte Holzkiste; darin eingebettet ist ein Vakuumbehälter, mit Stahlträgern an Boden und Decke der Kiste verankert. In dem Behälter dreht sich ein 150 Millimeter breiter Ring aus dem seltenen Metall Niob. Mit flüssigem Helium auf minus 270 Grad Celsius abgekühlt, wird der Ring supraleitend: Strom kann dann ohne Widerstand durch ihn hindurchfließen. Tajmar versetzt diesen Supraleiter mit einem Motor in Rotation – bei 6000 Umdrehungen pro Minute meldet eines der Messgeräte ein bizarres Signal: Demnach hätte es sich verdreht. Aber wie kann das sein? Das Gerät ist fest installiert. Wenn das gemessene Signal korrekt ist, dann hat Tajmar ein künstliches Gravitationsfeld der besonderen Art erzeugt – ausreichend stark, um einen Gegenstand zu bewegen. Zu erklären ist dieses Phänomen durch den »Gravitationsmagnetismus«, einen Effekt, der aus Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie folgt. Danach hinterlässt eine rotierende Masse nicht nur eine »Beule« im leeren Raum – sie »verwirbelt« ihn auch, etwa wie ein Mixer den Brotteig. Diese Kraft, die an ein Magnetfeld erinnert, aber keines ist, wurde erstmals 1918 von den beiden Physikern Josef Lense und Hans Thirring berechnet. Im Experiment jedoch war dieser »Rotations-Relativität«, auch als »Thirring-Lense-Effekt« bezeichnet, jahrzehntelang nicht auf die Spur zu kommen. Denn die Raumverwirbelung ist so minimal, dass selbst die Erde mit ihrer riesigen Masse nur einen hauchzarten Effekt hervorruft. Ein Satellit, der die Erde ein Jahr lang umkreist, würde dadurch nur um einige millionstel Millimeter von seiner Bahn abgelenkt werden. Seit 2004 kreist die NASA-Raumsonde »Gravity Probe B« im Orbit – ihre Messinstrumente sind so präzise, dass sie den Gravitationsmagnetismus der Erde nachweisen können. Das 750-Millionen-Dollar-Experiment wurde vor Kur-zem abgeschlossen, erste Ergebnisse werden im Frühjahr vorliegen. Theoretisch treten gravitationsmagnetische Kräfte nicht nur im erdnahen Weltraum auf, sondern überall auf der Erde, wo Massen rotieren. Weil der Effekt hier aber noch um viele Größenordnungen kleiner ist als im All, bleibt er selbst den sensibelsten Messgeräten verborgen. So dachten Physiker jedenfalls, bis Tajmar mit seinen Messungen an Supraleitern an die Öffentlichkeit ging. Er meint, an seinem rotierenden Supraleiter eine gravitationsmagnetische Kraft gemessen zu haben – und sie ist eine Milliarde Mal stärker als der von der Erde erzeugte Gravitationsmagnetismus. Ein Messfehler, wie andere Physiker vermuten? Tajmar glaubt: nein. Immer wieder hat er seine Messgeräte überprüft und sie abgeschirmt: mit einem Faraday’schen Käfig gegen elektromagnetische Felder und mit tonnenschwerem Sand gegen mechanische Erschütterungen. Immer wieder hat er dasselbe Signal erhalten: Ein fest installierter Sensor zeigt an, dass er sich minimal gegen die Rotationsrichtung des Niobringes verdreht. Tajmar: »Hier scheint sich eine Besonderheit von rotierenden Supraleitern bemerkbar zu machen, der bisher von Forschern noch viel zu wenig Beachtung geschenkt wurde.« Welche Besonderheit das sein könnte, versucht er durch einen eigenen theoretischen Ansatz zu erklären, der auf dem merkwürdigen Phänomen der Supraleiter basiert: Fällt deren Temperatur unter eine kritische Marke, wird die Bewegung der Atome so weit verlangsamt, dass Strom ohne Widerstand fließen kann. John Bardeen, Leon Cooper und Robert Schriefer erklärten das Phänomen 1957 durch ihre »BCS-Theorie«. Sie besagt, dass Elektronen, die sich wegen ihrer gleichen Ladung eigentlich abstoßen, nahe dem absoluten Nullpunkt (minus 273 Grad Celsius) durch einen quantenmechanischen Effekt genau das Gegenteil tun: Weil das Atomgitter eines Supraleiters durch die extrem niedrige Temperatur nur sehr langsam schwingt, wirkt es auf Elektronen plötzlich anziehend und kann so die normalerweise auftretende elektrostatische Abstoßung zwischen den gleichgepolten Teilchen überwinden. Der Effekt: Es bilden sich Elektronenpaare– die so genannten »Cooper-Paare«, die wie makroskopische Quantenobjekte wirken; über sie kann Strom widerstandslos fließen. Die Cooper-Paare sind auch dafür verantwortlich, dass ein Magnetfeld entsteht, wenn man einen Supraleiter in Rotation versetzt. Und sie könnten darüber hinaus ursächlich für eine neue Art von Quantenmaterie sein, die die von Tajmar gemessenen Gravitationseffekte hervorgerufen hat. Einen ersten Hinweis darauf fand die Physikerin Janet Tate von der University of Oregon schon 1989: Durch hochpräzise Messungen des Magnetfelds von rotierenden Supraleitern stellte sie fest, dass die Cooper-Paare schwerer sind als von der Theorie vorhergesagt. Wie dieser Massezuwachs der Quantenmaterie zu erklären ist, blieb 20 Jahre lang unklar. Jetzt hat Tajmar gemeinsam mit seinem Physiker-Kollegen Clovis de Matos von der europäischen Weltraumbehörde ESA Tates Ergebnisse zum Ausgangspunkt einer eigenen Theorie gemacht, mit der sie die Zunahme der Masse erklären wollen. Danach bekommen »Gravitonen« – jene hypothetisch eingeführten Teilchen, die in der Relativitätstheorie für die Gravitation verantwortlich gemacht werden – in Supraleitern durch quantenmechanische Effekte eine Masse. Das würde die unerwartete Stärke der Gravitationseffekte erklären (die umso größer werden, je schneller ein Supraleiter rotiert), und es würde mit Tates Ergebnissen harmonieren. Tajmar und de Matos veröffentlichten ihre Theorie – und die US Air Force sowie die ESA ließen sich von der Notwendigkeit überzeugen, eine Maschine zu bauen, um die theoretischen Annahmen im Experiment überprüfen zu können. Deren Messergebnisse überraschten Tajmar selbst so sehr, dass er sie erst einmal geheim hielt. »Ich wusste, dass ich als Häretiker gelten würde, wenn ich meine Messungen veröffentliche.« Nach 250 Versuchen war er sich schließlich sicher genug, seine Arbeiten bei einer ESA-Tagung erstmals zu präsentieren. Skeptische Kommentare sind seitdem an der Tagesordnung. »So wie die Theorie jetzt dasteht, gibt es noch eine Vielzahl an offenen Fragen«, meint etwa der Theoretische Physiker Luzzi Bergamin, der bei der ESA in der Abteilung für Advanced Concepts arbeitet. Er bezweifelt zudem, dass Tajmar tatsächlich Gravitationskräfte gemessen hat: »Die Messergebnisse könnten ein Artefakt sein«, ihren Grund also im Versuchsaufbau haben. Auch Tajmar gibt sich selbstkritisch: »Apparatur-Effekte sind nicht hundertprozentig auszuschließen.« Jetzt sollen andere Forschergruppen Tajmars Experimente wiederholen. Auch der Gravitationsphysiker Claus Kiefer von der Universität Köln hält das für notwendig: »Taj-mars Arbeiten sind interessant genug, um nachgeprüft zu werden.« Einige Wissenschaftler haben bereits Interesse daran angekündigt – wer sie sind, verrät Tajmar aber noch nicht: »Ich will sie nicht unter Druck setzen. Sie sollen in Ruhe ihre Experimente durchführen.« Dass sie seine Ergebnisse bestätigen werden, davon ist er überzeugt. Er selbst ist bereits einen Schritt weiter. Seine Gedanken kreisen um neue Supraleiter, die auch weitaus schneller rotieren als der in Seibersdorf – und die dementsprechend eine noch viel stärkere gravitationsmagnetische Kraft entfalten können. Sie sollen das Herzstück von »Gravitationstransformatoren« werden, in denen sich Kraftfelder erzeugen lassen, die dem Gravitationsfeld der Erde entgegengerichtet sind – dann würden sich beide gegenseitig aufheben. Wenn das klappt, könnte man zum ersten Mal in der Menschheitsgeschichte auf der Erde Schwerelosigkeit herstellen. Die Pläne für ein Forschungslabor mit Gravitationstransformatoren hat Tajmar bereits entwickelt. Sie liegen jetzt beim Patentamt. Autor(in): Norbert Regitnig-Tillian Weitere Links Infos über Antigravitation http://www.americanantigravity.com Martin Tajmars Homepage http://www.ilsb.tuwien.ac.at/~tajmar |
