Falls sich Experimente eines Seibersdorfer Forschers bestätigen, könnte Schwerelosigkeit auf der Erde simuliert werden

Wien - Seit mittlerweile zwei Jahren experimentiert der Physiker Martin Tajmar von den Austrian Research Centers (ARC) mit der Erzeugung eines Gravitationsfeldes und hat nun ein internationales Patent für ein "Verfahren zur Erzeugung eines Gravitationsfeldes und Gravitationsfeldgenerators" angemeldet.

"Möglicherweise gelungene" Experimente

Bisher galt es als unmöglich, Gravitationsfelder ohne Einsatz riesiger Massen künstlich zu erzeugen - denn Masse ist sowohl im Newtonschen Gravitationsgesetz als auch in der Allgemeinen Relativitätstheorie die ausschlaggebende Größe. Doch Tajmar ist es nach eigenen Angaben "möglicherweise gelungen", in seinem Experiment solche Felder zu erzeugen. Diese würden zwar nur 0,001 Prozent der Erdgravitation ausmachen, liegen damit aber dennoch um rund 20 Größenordnungen über dem, was laut Relativitätstheorie möglich sein sollte.

"Frame-dragging"

Hintergrund des Experiments ist ein Effekt, den die österreichischen Physiker Hans Thirring und Joseph Lense in den 1920er-Jahren vorhergesagt haben, wonach ein rotierender Körper durch seine Masse auch den Raum um sich verdreht. Dieser Thirring-Lense-Effekt, auch "Frame-dragging" genannt, ist ein Phänomen, das erst 2004 durch die exakte Vermessung von Satellitenbahnen bestätigt wurde. Doch dieser Effekt ist so klein, dass an Laborexperimente nicht zu denken war.

Kraftfeld gemessen

Bis sich Tajmar, der das ARC-Geschäftsfeld für Weltraum-Antriebe leitet, diesem Thema widmete und ein Experiment mit einem 15 Zentimeter großen, rotierenden Ring aus supraleitendem Material entwarf. Als bewegte Masse sollte dieser Ring - ähnlich wie die Erde - auch eine Kraft erzeugen, allerdings viel, viel kleiner. Nach anfänglichen Misserfolgen gelang es Tajmar dennoch ein Kraftfeld zu messen - vorerst mit Bewegungssensoren (Accelerometern).

Kollegen in Berkeley rieten dem Physiker, die Messungen mit Laser-Gyroskopen, hochpräzisen optischen Sensoren, zu wiederholen. Auch mit diesen viel genaueren Instrumenten gelang es Tajmar, den bisher registrierten Effekt nachzuweisen, "das wäre wirklich die allererste Messung von Frame-dragging in einem Erdlabor", ist Tajmar überzeugt, arbeitet aber an weiteren Verbesserungen des Experiments, um tatsächlich alle möglichen Fehlerquellen auszuschließen.

Unglückliche Materialwahl

Vermutete er zuerst, dass das Phänomen mit Supraleitung zu tun hat, musste er diese Annahme später verwerfen. Der Effekt tritt zwar erst ab einer bestimmten Temperatur auf, das hat aber nichts mit der Sprungtemperatur zu tun, bei der Supraleitung beginnt. "Ich habe mit Niob unglücklicherweise ein Material für den Ring gewählt, bei dem der Effekt nahe der Sprungtemperatur auftritt", so Tajmar. Er verweist aber auf Aluminium, das gar kein Supraleiter ist, und bei dem "Frame-Dragging" trotzdem zu beobachten sei.

Dem Ferromagnetismus ähnlich

Die Erklärung des Phänomens will Tajmar nun den Theoretikern überlassen, die auch schon daran arbeiten würden. Dennoch nennt er ein "Bild", das alle bisherigen Daten "sehr gut beschreiben kann". Und dieses ähnelt sehr dem Ferromagnetismus: Dort verstärkt ein Eisenkern das in einer stromdurchflossenen Spule entstehende Magnetfeld stark. Ein solcher Ferromagnet funktioniert aber nur bis zur sogenannten "Curie-Temperatur" (bei Eisen 768 Grad Celsius).
Möglicherweise, so vermutet Tajmar, macht der rotierende Ring unterhalb einer bestimmten Temperatur nichts anderes als der Eisenkern: Er verstärkt das von ihm erzeugte Frame-dragging-Feld so stark, dass man es im Labor messen kann.

In Neuseeland genau umgekehrt

Experimente von Forschern in Neuseeland würden nicht nur den von ihm gemessenen Effekt bestätigen, sondern auch Hinweise für diese Erklärung liefern: Das in Österreich, also auf der Nordhalbkugel, erzeugte Fram-dragging-Feld ist viel stärker, wenn sich der Ring im Uhrzeigersinn bewegt, als in der anderen Drehrichtung. "Und in Neuseeland ist es genau umgekehrt", so der Forscher.

So wie etwa die Corioliskraft die Luft der Atmosphäre auf der Nordhalbkugel immer nach rechts ablenkt, auf der Südhalbkugel nach links, könnte es durch das "Frame-dragging"-Feld der Erde eine Art Vormagnetisierung des Rings geben - und zwar in unterschiedlicher Richtung auf der Nord- und der Südhalbkugel. Dreht sich die Scheibe dann in Richtung dieser Vormagnetisierung, könne man den Effekt schön sehen, im anderen Fall messe man kaum etwas.

Eine weitere mögliche Bestätigung seiner Messergebnisse sieht Tajmar in den bisher veröffentlichten Daten der US-Raumsonde "Gravity Probe B", die u.a. den Thirring-Lense-Effekt bestätigen sollte. Dazu rotieren in dem Satelliten vier absolut runde Quarzkugeln im Hochvakuum nahe dem absoluten Nullpunkt (minus 273 Grad Celsius). Festgestellte und bisher unerklärliche Anomalien in der Bewegung der Kugeln würden exakt mit dem von ihm gemessenen Effekt übereinstimmen, meinte Tajmar.

"Gravitationsvariante eines Gleichstromgenerators"

Was auch immer nun hinter dem gemessenen Effekt stecken mag, Tajmar denkt bereits an die Anwendung. "Der Knüller daran ist, dass man einfach eine Kraft auf einen Körper übertragen kann. Wenn man ein Kraftfeld aufbaut, das der Erdbeschleunigung (Abkürzung: g) entgegen wirkt, kann man auf der Erde Mikro-Gravitation simulieren", sagte Tajmar, also Schwerelosigkeit.

Ein solches Verfahren hat Tajmar bereits zum Patent angemeldet. Bei so einem Gravitationsfeld-Generator handelt es sich im Prinzip um "die Gravitationsvariante eines Gleichstromgenerators", sagte der Physiker. Damit ließe sich zum Beispiel in einem Bereich der Maschine Mikro-Gravitation erzeugen, in einem anderen Bereich die zweifache Erdbeschleunigung - beides wäre für verschiedenste Experimente von großem Interesse, ist der Forscher überzeugt.

Milli-g-Generator in fünf Jahren

Ein Ein-g-Generator, der ein gleich starkes Gravitationsfeld wie die Erde erzeugt, müsste einen Durchmesser von rund 200 Meter haben "und ist mit gegenwärtigen Technologien zu bauen, das wäre machbar", sagte Tajmar. Noch hat er aber bescheidenere Ziele: Er will in fünf Jahren einen Milli-g-Generator bauen, der ein Kraftfeld von einem Tausendstel der Erdschwerkraft erzeugt. Gegenüber dem derzeitigen Experiment müsste man den Effekt dafür mindestens um den Faktor 100 verstärken. Dies wäre durchaus noch in den Seibersdorfer Labors möglich, meinte Tajmar.

Kostenfrage

Kosten würde ein solcher Milli-g-Demonstrator nach Berechnungen des Physikers zwei bis 2,5 Mio. Euro. Das sei eine Summe, die aufzutreiben sei, ist Tajmar überzeugt. Interesse an einem solchen Projekt gebe es bereits seitens der EU-Kommission, der ESA und auch von Seibersdorf selbst. Doch die Konkurrenz schlafe nicht: Das US-Unternehmen "The Aerospace Corporation" hat laut Tajmar schon eine Studie begonnen, die zeigen soll, was an der Sache dran ist. (APA)