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Es könnte möglich sein, Daten durch Gravitationswellen zu übertragen

Auf 11. Februar 2016 , Wissenschaftler an der Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium (LIGO) schrieben Geschichte, als sie den ersten Nachweis von Gravitationswellen ankündigten. Ursprünglich vorhergesagt von Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie ein Jahrhundert zuvor waren diese Wellen im Wesentlichen Kräuselungen in der Raumzeit, die durch große astronomische Ereignisse gebildet wurden – wie zum Beispiel die Verschmelzung eines binären Schwarzen Lochpaars.

Diese Entdeckung hat nicht nur ein aufregendes neues Forschungsgebiet eröffnet, sondern auch die Tür zu vielen faszinierenden Möglichkeiten geöffnet. Eine solche Möglichkeit ist nach a neue Studie von einem Team russischer Wissenschaftler, ist, dass Gravitationswellen verwendet werden könnten, um Informationen zu übertragen. Ähnlich wie elektromagnetische Wellen zur Kommunikation über Antennen und Satelliten verwendet werden, könnte die Zukunft der Kommunikation auf Gravitation basieren.

Die kürzlich in der Fachzeitschrift erschienene Studie Klassische und Quantengravitation , wurde von Olga Babourova, einer Professorin an der Pädagogische Staatliche Universität Moskau (MPSU) und enthalten Mitglieder aus Moskauer Staatliche Technische Universität für Automobil- und Straßenbau (MADI) und die Universität der Völkerfreundschaft Russlands (RUDN).

Für ihre Studie führte das Team eine dreistufige Studie durch, um festzustellen, ob GWs kodiert und zur Übertragung von Informationen verwendet werden könnten. Im ersten Schritt analysierten sie die Eigenschaften von GWs in einem generalisierten affin-metrischen Raum (einer dreidimensionalen algebraischen Konstruktion, die unabhängig von Vektoren oder Ursprungspunkten ist). Dies ist ähnlich wie die Eigenschaften elektromagnetischer Wellen (und Generelle Relativität ) werden mit der als Minowski-Raumzeit bekannten vierdimensionalen Mannigfaltigkeit ausgewertet.

Dies ermöglichte es dem Team, von ihrer mathematischen Interpretation von GWs zu ihrer Beschreibung im realen Raum überzugehen. Im zweiten Schritt versuchten die Forscher herauszufinden, ob sich verschiedene Zeitfunktionen im Verlauf der Wellenverteilung ändern würden oder nicht. Sie fanden heraus, dass die Eigenschaften einer Welle an der Quelle eingestellt und dann unverändert an einer zweiten Quelle dekodiert werden konnten.



Im dritten Schritt testeten die Forscher, ob sich ihre nicht-metrische Struktur der Gravitationswellen zur Kodierung eines Informationssignals nutzen ließe. Daraus ermittelten sie, dass von den vier Dimensionen einer Welle (drei räumliche Dimensionen und eine zeitliche Dimension) drei verwendet werden können, um ein Informationssignal mit nur einer Funktion zu kodieren, während die vierte mit zwei Funktionen kodiert werden kann.

Als Nina V. Markova – Assistenzprofessorin am C.M. Nikolsky Mathematical Institute, Mitarbeiter des RUDN und Co-Autor der Studie – zusammengefasst in einem aktuellen RUDN Pressemitteilung :

„Wir fanden heraus, dass nichtmetrische Wellen Daten ähnlich wie die kürzlich entdeckten Krümmungswellen übertragen können, weil ihre Beschreibung beliebige Funktionen verzögerter Zeit enthält, die in der Quelle solcher Wellen kodiert werden können (in perfekter Analogie zu elektromagnetischen Wellen).“

Insgesamt zeigte das Team, dass es basierend auf ihrer mathematischen Darstellung Funktionen mit Gravitationswellen gibt, die im Prozess der Wellenverteilung unveränderlich bleiben. Das bedeutet, dass es möglich sein könnte, Informationen in diesen Wellen so zu kodieren, wie wir elektromagnetische Wellen seit über einem Jahrhundert verwenden, um verschlüsselte Informationen über Funksignale zu übertragen.

Wenn Wissenschaftler also eine Methode entwickeln können, um Informationen in eine Gravitationswellenquelle zu integrieren, könnten sie diese ohne Änderung an jeden beliebigen Punkt im Raum übertragen. Dies hätte enorme Auswirkungen auf die Kommunikation im Weltraum, wo Satelliten und zukünftige Raumstationen Informationen mithilfe von Funk-, optischen und/oder Gravitationswellensignalen übertragen könnten.

Eine weitere spannende Gelegenheit für die Zukunft der Weltraumforschung. Möglich wurde dies durch ein wissenschaftliches Forschungsgebiet, das in wenigen Jahren exponentiell gewachsen ist.

Weiterlesen: Phys.org , Klassische und Quantengravitation

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