Gravitationskonstante

Die Gravitationskonstante, üblicherweise mit dem Buchstaben G bezeichnet, ist eine der grundlegendsten Zahlen der gesamten Physik. Sie taucht in Isaac Newtons Gravitationsgesetz von 1687 auf und legt fest, wie stark sich zwei Massen über ihre Schwerkraft anziehen. Ihr Wert beträgt nach dem CODATA-Stand von 2022 ungefähr 6,674 mal zehn hoch minus elf Kubikmeter pro Kilogramm und Quadratsekunde. Dieselbe Konstante steckt auch in den Einsteinschen Feldgleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie und bestimmt damit, wie Masse und Energie die Raumzeit krümmen.

Das Erstaunliche an G ist, wie schlecht wir sie kennen. Während andere Naturkonstanten, etwa die Lichtgeschwindigkeit oder die elektrische Ladung des Elektrons, mit atemberaubender Genauigkeit bekannt sind, hat G eine relative Unsicherheit von rund zweiundzwanzig Millionstel. Verschiedene Präzisionsmessungen liefern Werte, die um mehrere Hunderttausendstel auseinanderliegen, deutlich mehr, als ihre angegebenen Fehlergrenzen erlauben würden. G ist damit die am schlechtesten vermessene fundamentale Konstante überhaupt, ein offener Skandal mitten in der Grundlagenphysik.

Der Grund liegt in der Schwäche der Gravitation. Die Schwerkraft ist mit gewaltigem Abstand die schwächste der vier Naturkräfte. Ein kleiner Kühlschrankmagnet hält ein Stück Metall gegen die Anziehung der gesamten Erde fest. Um G zu messen, muss man die winzige Anziehung zwischen Labormassen bestimmen, meist mit empfindlichen Drehwaagen, wie sie Henry Cavendish schon 1798 verwendete. Diese Messungen sind extrem anfällig für Störungen durch Temperatur, Erschütterungen und die Massenverteilung in der Umgebung. Anders als bei elektromagnetischen Messungen lässt sich die Gravitation nicht abschirmen, was die Präzision begrenzt.

Dass eine so zentrale Konstante so unsicher bleibt, hat handfeste Folgen. Astronomen drücken Sternmassen lieber als Produkt G mal Masse aus, weil dieses Produkt genauer bekannt ist als jeder Faktor für sich. Manche Physiker fragen sogar, ob G über kosmologische Zeiträume vielleicht gar nicht konstant ist, eine Idee, die Paul Dirac schon in den 1930er Jahren erwog. Bislang gibt es keinen Beleg dafür, aber die Frage ist nicht endgültig geklärt.

Für die Science-Fiction ist die Gravitationskonstante ein dankbares Element, gerade weil sie real, fundamental und zugleich rätselhaft schlecht bekannt ist. Geschichten lassen fremde Zivilisationen oder fortgeschrittene Menschen G lokal manipulieren, um künstliche Schwerkraft zu erzeugen, Antriebe zu bauen oder Raumzeit zu krümmen. Wer in einem Roman die Schwerkraft an Bord eines Schiffes regulieren will, greift im Kern an G. Und die Tatsache, dass selbst die echte Physik diese Zahl nur auf wenige Stellen genau kennt, gibt Autoren erstaunlich viel Spielraum, ohne dass ihnen sofort jemand Unwissenschaftlichkeit vorwerfen könnte.