Joseph Weber (17. Mai 1919 – 30. September 2000) war ein US-amerikanischer Physiker . Er hielt den ersten öffentlichen Vortrag über die Prinzipien des Lasers und des Masers und entwickelte die ersten Gravitationswellendetektoren , die als Weber-Balken bekannt sind .

Frühen Lebensjahren

Joseph Weber wurde am 17. Mai 1919 in Paterson, New Jersey , als jüngstes von vier Kindern jiddischsprachiger jüdischer Einwanderer geboren. [ 4 ] Bis zum Eintritt in die Grundschule hieß er „Yonah“. [ 5 ] Er besaß keine Geburtsurkunde, und sein Vater hatte den Nachnamen „Weber“ angenommen, um in die USA einwandern zu können und so einem verfügbaren Pass zu entsprechen. Daher hatte Joe Weber kaum Beweise für seine Familie oder seinen Vornamen, was ihm in der Zeit der McCarthy-Ära Schwierigkeiten bei der Beantragung eines Passes bereitete .

Im Alter von fünf Jahren wurde er von einem Bus angefahren und verlor die Fähigkeit zu sprechen. Nachdem er das Sprechen wiedererlernt hatte, war sein jiddisch beeinflusster Akzent verschwunden und durch die mittelamerikanische Aussprache seines Logopäden ersetzt worden. [ 6 ]

Frühe Bildung

Weber besuchte die öffentlichen Schulen von Paterson (und die Paterson Talmud Torah ) [ 5 ] und schloss im Juni 1935 mit sechzehn Jahren den „Mechanic Arts Course“ der Paterson Eastside High School ab. [ 7 ] [ 8 ] Er begann sein Studium an der Cooper Union , doch um seiner Familie die Kosten für Unterkunft und Verpflegung zu ersparen, wurde er durch eine Aufnahmeprüfung an der United States Naval Academy aufgenommen. Er schloss die Akademie 1940 ab. [ 9 ]

Während des Zweiten Weltkriegs diente er auf Schiffen der US-Marine und stieg bis zum Rang eines Fregattenkapitäns auf . Weber war Wachoffizier auf der USS Lexington , als das Schiff die Nachricht vom Angriff auf Pearl Harbor erhielt . In der Schlacht im Korallenmeer versenkte sein Flugzeugträger den japanischen Flugzeugträger Shōhō und wurde dabei selbst am 8. Mai 1942 schwer beschädigt. Weber erzählte seinen Studenten oft die Geschichte, wie die Lexington hell erleuchtet in den Wellen versank.

Später kommandierte er den U-Boot-Jäger SC-690, zunächst in der Karibik und später im Mittelmeer. In dieser Funktion nahm er im Juli 1943 an der Invasion Siziliens am Strand von Gela teil. [ 9 ]

Von 1943 bis 1945 studierte er Elektronik an der Naval Postgraduate School und leitete von 1945 bis 1948 die Entwicklung elektronischer Gegenmaßnahmen für das Bureau of Ships der Marine in Washington, D.C. [ 9 ] 1948 schied er als Lieutenant Commander aus der Marine aus, um Professor für Ingenieurwesen zu werden.

Früher beruflicher Werdegang nach der Marine; Entwicklung des MASER

1948 trat er der Ingenieurfakultät der University of Maryland, College Park, bei . Eine Bedingung für seine Anstellung war die rasche Promotion. Daher absolvierte er seine Doktorarbeit über Mikrowellenspektroskopie nebenberuflich, während er bereits als Dozent tätig war. 1951 schloss er seine Promotion an der Katholischen Universität von Amerika mit einer Dissertation mit dem Titel „Mikrowellentechnik in der chemischen Kinetik“ ab . Aufbauend auf seinen Erfahrungen in der Mikrowellentechnik mit Röhren bei der Marine entwickelte er die Idee kohärenter Mikrowellenemissionen. [ 10 ] Er reichte 1951 einen Beitrag für die Elektronenröhren-Forschungskonferenz im Juni 1952 in Ottawa ein [ 11 ] , die den ersten öffentlichen Vortrag über die Prinzipien von Laser und Maser darstellte . Im Anschluss an diesen Vortrag bat RCA Weber, ein Seminar zu diesem Thema zu halten, und Charles Hard Townes bat ihn um ein Exemplar des Beitrags. [ 12 ] Townes arbeitete in ähnlicher Richtung, ebenso wie Nikolai Basow und Alexander Prochorow . [ 13 ] Obwohl Weber 1962 und 1963 gemeinsam mit anderen für den Nobelpreis für Physik für seine Beiträge zur Entwicklung des Lasers nominiert wurde, [ 14 ] erhielten Townes, Basov und Prokhorov 1964 den Nobelpreis „für grundlegende Arbeiten auf dem Gebiet der Quantenelektronik, die zur Konstruktion von Oszillatoren und Verstärkern auf der Grundlage des Maser-Laser-Prinzips geführt haben.“ [ 15 ]

Arbeiten zur Detektion von Gravitationswellen

Webers Interesse an der allgemeinen Relativitätstheorie veranlasste ihn , ein von einem Guggenheim-Stipendium finanziertes Sabbatical 1955/56 zu nutzen, um gemeinsam mit John Archibald Wheeler am Institute for Advanced Study in Princeton, New Jersey , und am Lorentz-Institut für Theoretische Physik der Universität Leiden in den Niederlanden Gravitationsstrahlung zu erforschen. [ 9 ] Damals war die Existenz von Gravitationswellen noch nicht allgemein anerkannt. 1957 besuchte er eine Konferenz, auf der Richard Feynman das „Sticky-Bead-Argument“ vorstellte , ein Gedankenexperiment zur Detektion dieser Wellen. [ 16 ] Weber veröffentlichte 1959 seine erste Arbeit zum Bau eines Gravitationswellendetektors, gefolgt von einer zweiten im Jahr darauf. 1961 wurde er als ordentlicher Professor an die Physikfakultät der University of Maryland berufen, wo er im selben Jahr mit der Entwicklung eines Gravitationswellendetektors begann. [ 17 ]

Sein erster Detektor ( Weber-Balken ) wurde 1965 in Betrieb genommen, und er begann 1966 mit der Veröffentlichung experimenteller Ergebnisse. [ 16 ] Auf einer Konferenz zur allgemeinen Relativitätstheorie im Jahr 1969 verkündete er die Entdeckung von Gravitationswellen. [ 18 ] [ 19 ]

1972 schickte er mit der Apollo-17- Mondmission ein Gerät zur Messung von Gravitationswellen zum Mond (das „Lunar Surface Gravimeter“, Teil des Apollo Lunar Surface Experiments Package ) . [ 20 ] [ 21 ]

Behauptungen über den Nachweis von Gravitationswellen widerlegt

In den 1970er Jahren wurden die Ergebnisse dieser Gravitationswellenexperimente weitgehend widerlegt, obwohl Weber weiterhin behauptete, Gravitationswellen nachgewiesen zu haben. [ 22 ] Um Webers Ergebnisse zu überprüfen, baute der IBM- Physiker Richard Garwin einen Detektor, der dem von Joseph Weber ähnelte. Innerhalb von sechs Monaten wurde damit nur ein einziger Impuls registriert, der höchstwahrscheinlich Rauschen war. [ 23 ] David Douglass , ein anderer Physiker, hatte einen Fehler in Webers Computerprogramm entdeckt, der seiner Behauptung nach die täglichen Gravitationswellensignale erzeugte, die Weber angeblich detektiert hatte. Dr. Weber hatte Rauschen mit zufälliger Amplitude berücksichtigt, jedoch nicht die zufällige Phase. Aufgrund dieses Fehlers schien ein Signal aus dem Rauschen aufzutauchen. Garwin konfrontierte Weber im Juni 1974 auf der Fünften Cambridge-Konferenz über Relativitätstheorie am MIT mit dieser Information. Daraufhin wurde in der Zeitschrift „Physics Today“ ein Briefwechsel geführt . Garwin behauptete, Webers Modell sei „wahnsinnig, denn das Universum würde seine gesamte Energie in etwa 50 Millionen Jahren in Gravitationsstrahlung umwandeln, wenn man tatsächlich das messen würde, was Joe Weber beobachtete.“ „Weber“, erklärte Garwin, „ist eben so ein Typ, dass er nie gesagt hat: ‚Nein, ich habe nie eine Gravitationswelle gesehen.‘ Und die National Science Foundation , die diese Arbeit finanziert hat, ist leider nicht Manns genug, die Fakten zu bereinigen, was sie aber tun sollte.“ [ 24 ] 1972 bauten Heinz Billing und Kollegen am Max-Planck-Institut für Physik einen ähnlichen Detektor wie Weber, um seine Behauptung zu überprüfen, fanden aber keine Ergebnisse. [ 25 ] 1987 verlor Weber seine Hauptfinanzierung, nachdem Garwin Briefe an die National Science Foundation geschrieben und vorgeschlagen hatte, die Förderung des Projekts einzustellen. Für den Rest seines Lebens setzte er seine Forschung fort, indem er selbst Gelder einwarb. [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]

Entdeckung von Gravitationswellen durch LIGO

Am 11. Februar 2016 gaben die Teams der LIGO Scientific Collaboration und der Virgo Collaboration auf einer Pressekonferenz bekannt, dass sie mit den Advanced-LIGO-Detektoren Gravitationswellen von zwei verschmelzenden Schwarzen Löchern direkt nachgewiesen hatten. Die Verschmelzung fand am Rosch Haschana 2015 (Webers Jahrestag ) statt. [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] Bei der Bekanntgabe wurde Weber von zahlreichen Rednern, darunter auch von Kip Thorne , Mitbegründer von LIGO und ebenfalls langjähriger Forscher, als Begründer dieses Forschungsgebiets gewürdigt. Thorne sagte später der Washington Post : „Er ist wirklich der Begründer dieses Gebiets.“ [ 32 ] Webers zweite Ehefrau, die Astronomin Virginia Trimble , saß bei der LIGO-Pressekonferenz in der ersten Reihe. In einem anschließenden Interview mit Science wurde Trimble gefragt, ob Weber tatsächlich Gravitationswellen gesehen habe, worauf sie antwortete: „Ich weiß es nicht. Aber ich denke, wenn zwei Technologien parallel entwickelt worden wären, hätten sie sich gegenseitig angetrieben, eher als Partner denn als Konkurrenten, und das hätte möglicherweise früher zu einer Beobachtung geführt.“ [ 33 ]

Arbeiten zur Neutrino-Detektion

Im Zuge der Verteidigung seiner Arbeit zur Gravitationswellendetektion begann Weber mit verwandten Arbeiten zur Neutrinodetektion . Unter der Annahme unendlicher Kristallsteifigkeit berechnete er, dass der Nachweis von Neutrinos mithilfe von Saphirkristallen möglich sein könnte , und veröffentlichte experimentelle Ergebnisse zur Neutrinostreuung an diesen Kristallen. [ 34 ] Weber patentierte zudem die Idee, vibrierende Kristalle zur Erzeugung von Neutrinos zu nutzen. Seine experimentellen Ergebnisse widersprachen früheren und späteren Befunden anderer Experimente, doch Webers Neutrinotheorien werden weiterhin überprüft. [ 34 ]

Vermächtnis

Obwohl seine Versuche, Gravitationswellen mit Stabdetektoren nachzuweisen, als gescheitert gelten, wird Weber weithin als Vater der Gravitationswellenforschung angesehen, darunter LIGO , MiniGrail und mehrere HFGW-Forschungsprogramme weltweit. Seine Notizbücher enthielten Ideen für Laserinterferometer; ein solcher Detektor wurde später erstmals von seinem ehemaligen Studenten Robert Forward in den Hughes Research Laboratories gebaut.

Joe Weber war der Erste … Nach unserer gemeinsamen Arbeit in Leiden widmete er sich mit religiösem Eifer den Gravitationswellen und verfolgte sie sein ganzes Berufsleben lang. Manchmal frage ich mich, ob ich in Weber zu viel Begeisterung für diese ungeheuer schwierige Aufgabe geweckt habe. Ob er am Ende als Erster Gravitationswellen nachweist oder ob es jemand anderes oder eine andere Gruppe schafft, ist letztlich unerheblich. Tatsächlich gebührt ihm die Anerkennung für seine Pionierarbeit. Niemand hatte den Mut, nach Gravitationswellen zu suchen, bis Weber bewies, dass es im Bereich des Möglichen lag.

— John Archibald Wheeler , Geons, Black Holes, and Quantum Foam: A Life in Physics , [ 35 ] S. 257-258.

Die gesamte Gravitationswellenforschungsgemeinschaft ist sich einig, dass er der eigentliche Vater der Gravitationswellenforschung ist. Und ich glaube, die allgemeine Auffassung ist, dass man es bedauert, ihm gegen Ende seines Lebens nicht mehr Ehre erwiesen zu haben. Denn er war so überzeugt davon, Gravitationswellen bereits entdeckt zu haben, dass jede Gelegenheit, ihn zu ehren, als Sprungbrett für seine Predigt der Botschaft „Wir haben sie schon gesehen“ diente, die weithin abgelehnt wurde. Selbst diejenigen, die wussten, dass LIGO und andere Projekte nicht möglich gewesen wären, wenn er zu viel Raum gehabt hätte, um zu sagen: „Es ist nicht nötig, weil es schon gemacht wurde“, erkennen an, dass die gesamte Forschung nie begonnen hätte, wenn er der Welt nicht gezeigt hätte, dass man Gravitationswellen ernst nehmen kann. Vor ihm hatte das niemand getan. Einstein betrachtete sie und tat sie ab. Genauso wie andere. Sie sagten: „Ja, sie müssten da sein, aber sie sind nicht messbar, also hören wir auf, darüber nachzudenken.“

— Charles W. Misner , „Interview von Charles Misner durch Christopher Smee“, [ 36 ]

Vor Weber hatte sich, glaube ich, noch nie jemand länger als 10 Minuten damit beschäftigt, zu verstehen, wie man Gravitationswellen im Labor nachweisen kann… (LIGO) war so schwierig zu bauen, dass es, wenn es 10 Jahre später begonnen hätte, auf eine politische Mauer gestoßen wäre… Es hätte vielleicht noch ein Jahrhundert gedauert, bis jemand Gravitationswellen entdeckt hätte.

— Charles W. Misner , „Ansprache anlässlich der Einweihung des Weber-Gedenkgartens vor dem Physical Sciences Complex der University of Maryland, 12. März 2019“, [ 37 ]

Der Joseph-Weber-Preis für astronomische Instrumente wurde ihm zu Ehren benannt.

Privatleben

Seine erste Ehe mit seiner Highschool-Klassenkameradin Anita Straus endete mit deren Tod im Jahr 1971. Seine zweite Ehe schloss er mit der Astronomin Virginia Trimble . [ 9 ] Er hatte vier Söhne (aus erster Ehe) und sechs Enkelkinder.

Joseph Weber starb am 30. September 2000 in Pittsburgh, Pennsylvania , während einer Behandlung wegen eines Lymphoms, das etwa drei Jahre zuvor diagnostiziert worden war. [ 5 ]

Referenzen

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