🌈 Das Pound-Rebka-Experiment. Verlangsamt die Gravitation die Zeit?

Einstein sagte drei Haupteffekte der allgemeinen Relativitätstheorie voraus. Bei zweien war die Sache mehr oder weniger klar: Die Ablenkung des Lichts durch die Sonne wurde bereits 1919 gemessen, und mit der seltsamen Bewegung des Merkur hatten Astronomen ein halbes Jahrhundert zu kämpfen. Aber die dritte Vorhersage – die gravitative Rotverschiebung (also die Zeitdilatation im Gravitationsfeld) – ließ sich einfach nicht nachweisen.

Der Effekt ist zu klein: Für die Erde beträgt er nur 10^-15, also ein Millionstel eines Milliardstels. Es schien unmöglich, dies im Labor zu messen.

Doch 1959 wagten Robert Pound und sein Doktorand Glen Rebka von Harvard das Risiko.

Sie nahmen einen 22,5 Meter hohen Turm, eine Quelle für Gammastrahlen (Eisen-57-Kerne) und den gerade entdeckten Mößbauer-Effekt, der die Emission von Photonen ohne Rückstoß ermöglichte.

Die Idee war einfach: Ein Photon von oben nach unten schicken und prüfen, ob sich seine Frequenz aufgrund der Gravitation ändert.

Wenn die Zeit unten langsamer vergeht, sollte sich die Frequenz ein wenig verschieben. Problem: Die erwartete Verschiebung beträgt 2,46·10^-15, aber die Genauigkeit der Instrumente war tausendmal schlechter.

Also griffen die Physiker zu einem Trick: Sie ließen die Quelle mit bekannter Geschwindigkeit vibrieren, erzeugten eine künstliche Doppler-Verschiebung und beobachteten, wie die Gravitation hinzukam.

Nach Berücksichtigung thermischer Effekte stimmte das Ergebnis mit der Theorie auf 10% genau überein.

Einige Jahre später verbesserten Pound und Snyder die Genauigkeit auf 1%.
Jedes Mal, wenn wir das Navigationsgerät im Telefon einschalten, werden Korrekturen für die gravitative Zeitdilatation verwendet.

GPS-Satelliten fliegen in 20.000 km Höhe, wo die Zeit etwa 45 Mikrosekunden pro Tag schneller vergeht.

💥 Hätten Ingenieure dies nicht berücksichtigt, würde der Fehler bei der Positionsbestimmung um 10 km pro Tag anwachsen!

Das Pound-Rebka-Experiment ist die Grundlage der modernen Navigation)

👌 Signal aus dem Rauschen, das tausendmal stärker war hier