Albert Einsteins Relativitätstheorie: Nach 100 Jahren die Formel verstehen
Weil die Allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein ihren 100. Jahrestag feiert, folgt ein weiterer Versuch, diese Theorie zu verstehen. Erklärt in einfachen Worten.
Die Welt ändert sich eigentlich gar nicht, wenn sie es vermeintlich am dramatischsten tut. Sie dreht sich einfach weiter, um sich selbst und um die Sonne irgendwo in den unendlichen Weiten des Alls. So hat es Albert Einstein bei seiner Allgemeinen Relativitätstheorie festgestellt. Revolutioniert hat sich dann ja immer nur das menschliche Verständnis der Welt, des Universums und des ganzen Rests. Für diese kleinen Wesen auf ihrem 4,6 Milliarden Jahre alten und wundersamerweise wasserreichen Planeten, den sie so hübsch Erde nennen. Der 25. November 1915 jedenfalls war einer der Tage, an dem das geschehen ist.
Man kann sich das ungefähr vorstellen wie den Kulturbruch zur Neuzeit. Bis dahin waren sich die Menschen gewiss, dass sie im Zentrum alles Seienden lebten. Ihre Erde - ob Scheibe oder Kugel - war von einem Gewölbe umgeben, an dem die Gestirne ihre Bahnen abliefen, eine feste Ordnung. Und dann: Reißt der Vorhang auf! Der Raum weitet sich ins Unendliche, die Erde wird einer von vielen Planeten, die sich selbst nur um eine von sehr vielen Sonnen dreht, alles plötzlich in Bewegung und riesig. Kein Ort für Gott mehr, weil Himmel und Himmel plötzlich zweierlei. Und der Mensch so verschwindend klein und keine Grenzen mehr nirgends … Nimmt es Wunder, dass er seitdem in den ewigen Raum glotzt und flüstert: Hallo? Ist da jemand? Allmächtiger? Aliens?
Und etwas Ähnliches passiert an diesem 25. November vor 100 Jahren und in dessen Folge. Da legt nämlich ein gebürtiger Ulmer, der inzwischen in Bern lebt und beim dortigen Patentamt arbeitet, mitten im Ersten Weltkrieg, der Preußischen Akademie der Wissenschaften eine Theorie zur Begutachtung vor. Albert Einstein und die Allgemeine Relativitätstheorie, die ihn weltberühmt machen sollte. E=mc2, Atombombe, Nobelpreis, Zunge raus … Man kennt das ja, tausend Mal gelesen. Aber doch nicht verstanden, nie merken können. Aber 100 Jahre danach, vielleicht noch ein Versuch. Das Bahnbrechende an Einstein Spezieller Relativitätstheorie von 1905 und seiner Allgemeinen Relativitätstheorie von 1915 - was ist das?
Albert Einstein: Raum und Zeit sind relative Größen
Diesmal ist es die Zeit, die in Bewegung gekommen ist. Und dazu der Raum. Noch vor gut 300 Jahren hatte Isaac Newton beides wunderbar festgezurrt. Die Zeit tickte beständig und unveränderlich vor sich hin, ebenso unveränderlich wie der uns umgebende Raum war, in dem sich alles abspielt. Und eigentlich ist das doch die Vorstellung, mit der wir heute noch durchs Leben gehen. Denn das Gegenteil hört sich ja auch an wie die Ausgeburt eines wirren Geistes. Nämlich: Dass Zeit und Raum tatsächlich "verformt" werden können und dass ihre Gestalt tatsächlich immer vom eigenen Standpunkt abhängt - sie sind also keine absoluten, sondern relative Größen.
Zwei berühmte Beispiele versuchen zu erklären, was das heißt. Da ist zum einen die Zug-Geschichte: Wenn ich auf dem Bahnsteig stehe und ein Zug mit sehr großer Geschwindigkeit vorbeirauscht, dann erscheint mir der Zug kürzer - und könnte ich auf eine Uhr im Inneren des Zuges blicken, würde ich zudem sehen, dass sie langsamer abläuft als meine eigene. Für den im Zug dagegen liefe seine Uhr "normal", meine dagegen schneller. Die Bewegung also entscheidet darüber, wie alles in Raum und Zeit erscheint. Und "normal" gibt es dabei gar nicht. Denn tatsächlich ist in Raum und Zeit alles immer in Bewegung. Auch das ganze Universum dehnt sich ja immer weiter aus.
Albert Einsteins Theorie feiert Jubiläum: 100 Jahre Relativitätstheorie
Genau genommen ist es also so, dass die Zeit bereits für den Spaziergänger anders vergeht als für den Jogger. Die Bewegung eines Jeden von uns entscheidet darüber, wie die Zeit für ihn vergeht. Allerdings spielen sich hier die Verschiebungen in so minimalen Bereichen ab, dass sie praktisch kaum messbar sind. Darum das zweite berühmte Beispiel, das mit dem Flugzeug: Wer einmal mit dem Flugzeug quer über die Vereinigten Staaten fliegt, ist beim Aussteigen jünger, als wenn er einfach zu Hause geblieben wäre. Denn durch seine Bewegung ist die Zeit für ihn langsamer vergangen. Und zwar um, jetzt Achtung: 0,000 000 000 000 000 000 000 001 Sekunden, eine Quadrillionstel Sekunde, 24 Stellen hinterm Komma.
Für unsere Lebenswelt scheint das also ziemlich unerheblich zu sein - unsere Intuition von fester Raum und fester Zeit ist praktisch gesehen also gar nicht so falsch. Im Verständnis der Welt, des Universums und des ganzen Rests aber ist das sehr erheblich. Da geht es schließlich um riesige Distanzen und bis zur Lichtgeschwindigkeit. Und wenn man so will, gibt es auch einen gewichtigen Grund dafür, dass wir Menschen auf der Erde irgendwie doch gemeinsam in einer Zeit leben: die Masse unserer Erde.
Relativitätstheorie: Die berühmteste Formel der Wissenschaftsgeschichte
Die liegt, drittes Beispiel, wie eine Kugel auf einer Decke - und sorgt dadurch für eine Delle in der Decke, die alles anzieht, was in unmittelbarer Umgebung ist. Diese Decke ist ein verflochtenes Netz aus Raum und Zeit, die Raumzeit. Und die verformt sich. Je größer die Masse der Kugel, desto langsamer läuft die Zeit hier ab. Diese Masse wiederum nimmt mit der eigenen Geschwindigkeit zu - das steckt unter anderem in der berühmtesten Formel der Wissenschaftsgeschichte: E = mc2 (Energie ist Masse mal Beschleunigung mal Beschleunigung). Die anziehende Kraft durch die Delle kennen wir als Schwerkraft. Sie hält uns also nicht nur räumlich sondern auch zeitlich zusammen. So wie jeder von uns im Kleinsten seine eigene Zeitrechnung und eigene Räumlichkeit erschafft, gilt das also auch im Größeren für jeden Planeten. Und jetzt muss man sich eben noch dazu denken, dass das Ganze wiederum in Bewegung ist, sich das Gitter ausdehnt …
So ist der Blick zum Himmel, der seit Beginn der Neuzeit ein Blick ins Unendliche war, der unsere Winzigkeit erwiesen hat, seit Einstein auch: ein Blick von unserer eigenen Insel in Raum und Zeit in eine unfassbare Komplexität, die sich hier aufs Wundervollste offenbart.
Apropos: Auch die erste Überprüfung der Relativitätstheorie mutet fast poetisch an. Dabei geht es um die Folgerung aus Albert Einsteins Theorie, dass massereiche Körper auch das Licht messbar ablenken müssten. Also müsste beispielsweise die Sonne das Licht weit entfernter Sterne ablenken, das zu uns auf die Erde gelangt. Zur Überprüfung reisten im März 1919 Wissenschaftlerteams zur Beobachtung einer totalen Sonnenfinsternis auf die westafrikanische Insel Principe und nach Nordbrasilien. Und kehren tatsächlich mit Bildern zurück, die Sterne am Rand der verdunkelten Sonnenscheibe mit verschobenen Positionen zeigen. Mit einem Schlag ist Einstein weltberühmt. "Lichter am Himmel alle schief", titelt die New York Times. "Einsteins Theorie triumphiert." Albert Einstein selbst wird später in einem Aufsatz schreiben: "Das Schönste, was wir erleben können, ist das Geheimnisvolle." Klingt fast wie ein Trost.
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