Printausgabe der Tiroler Tageszeitung vom So, 22.11.2015


Relativitätstheorie

In jeder Dimension ein Genie

Albert Einstein revolutionierte vor 100 Jahren, am 25. November 1915, mit einer vierseitigen Präsentation die bis dahin geltende Vorstellung des Universums. Wir sehen deshalb Lichtquellen, die eigentlich verdeckt sind. Navigationssysteme können uns leiten, obwohl die Uhren auf den Satelliten anders ticken. Eine (möglichst vereinfachte) Erklärung der bahnbrechenden Allgemeinen Relativitätstheorie.

Die Allgemeine Relativitätstheorie besagt unter anderem, 
dass Raum und Zeit keine Konstanten sind, wie wir Menschen sie auf der Erde wahrnehmen.

© iStock, Montage TTDie Allgemeine Relativitätstheorie besagt unter anderem, 
dass Raum und Zeit keine Konstanten sind, wie wir Menschen sie auf der Erde wahrnehmen.



Es waren nur vier Seiten, darauf zehn Formeln, die Albert Einstein vor 100 Jahren der Preußischen Akademie der Wissenschaften vorlegte, doch damit hob er das Universum aus seinen damaligen Angeln. Die Allgemeine Relativitätstheorie (ART) — gehört hat jeder schon davon, wirklich wissen, was sie beschreibt, geschweige denn sie erklären, können die wenigsten. Wahrscheinlich auch, weil die ART den Menschen im Alltag bislang kaum betroffen hat. Seit Satelliten uns den Weg weisen und wir ins All blicken, um zu verstehen, wie die Menschheit entstanden ist, braucht es aber genau diesen Genieblitz von Albert Einstein.

Dabei ist Genieblitz noch die Untertreibung des Jahrhunderts.

Um die Tragweite zu verstehen, müssen wir das Relativitätsprinzip kennen, das besagt, dass sich bewegende Objekte immer relativ zu ihrem Bezugsobjekt bewegen. Dann kam jedoch das Licht als elektromagnetische Welle, und das gehorchte diesem Gesetz nicht so wie erwartet: Denn egal, ob jemand eine Taschenlampe auf eine stehende Person richtet oder auf eine sich bewegende Person, sie würden dieselbe Lichtgeschwindigkeiten messen. Das Zimmer wäre dann ein absolutes Bezugsobjekt.

Mit der speziellen Relativitätstheorie löste Albert Einstein dieses Problem im Jahr 1905, als er noch beim Berner Patentamt angestellt war. Die Angaben über den Raum und die Zeit können nicht immer gleich sein, sondern hängen von der Bewegung der Systeme ab. Das Licht der Taschenlampe bewegt sich gleich schnell, aber für den einen Beobachter vergeht die Zeit schneller und der Abstand ist kürzer als für den anderen. Das Zimmer ist ein relatives Bezugssystem.

Raum und Zeit können nicht voneinander losgekoppelt betrachtet werden. Ein Objekt oder auch das Licht bewegen sich nicht nur auf einer Linie, der Fläche, im Raum, also in drei Dimensionen, sondern auch in der Zeit, der vierten Dimension. In den kommenden zehn Jahren richtete Einstein seinen Blick hinauf in den Himmel, er wollte beweisen, dass die Erdanziehungskraft und Kräfte, die im Universum wirken, den gleichen Ursprung haben und wie sich die Raumzeit im All verhält. So entstand seine Allgemeine Relativitätstheorie, deren Veröffentlichung in wenigen Tagen genau 100 Jahre alt ist. Er revolutionierte mit der ART das newtonsche Gravitationsgesetz und der 100 Jahre alte Genieblitz hat immer noch Gültigkeit: Eine Masse verursacht eine Krümmung in der Raumzeit.

"Auf der Erde ist das nicht wahrnehmbar, weil die Massen zu gering sind", sagt der Innsbrucker Ronald Stärz, er studierte Physik und ist Mechatronik-Lektor am MCI. Doch Stärz kann erklären, was das Bahnbrechende an Raum, Zeit und deren Krümmung ist: "Auf der Landkarte ist der kürzeste Weg eine gerade Linie, in Wirklichkeit, wenn man die Erde sieht, ist es aber eine Kurve. Die Fläche ist gekrümmt, genauso wie der Raum auch. Und die Raumzeit. Im Weltall verursacht etwa die Sonne, ein Objekt mit großer Masse, diese Krümmung." Ein hypothetisches Beispiel dazu: Von der Erde aus schaut man ins All. Dort sieht man ein entferntes Objekt, einen Stern, den man eigentlich gar nicht sehen dürfte, weil er direkt in einer geraden Linie hinter einem Objekt mit schwerer Masse, zum Beispiel der Sonne, liegt. Durch die Krümmung von Raum und Zeit wird das Licht des Sterns aber in einer Kurve um die Sonne gelenkt und somit sichtbar von der Erde aus. Entweder als Ring oder als mehrere Punkte, die die Sonne umgeben.

"Das ist so schwer zu verstehen, weil wir die Zeit und den Raum als Konstante festgelegt haben, was sie nicht sind", so Stärz. Durch die Raumzeit-Krümmung schaffte es Einstein kurz nach der Veröffentlichung der ART, die bis dahin schleierhafte Veränderung der Umlaufbahn des Merkurs zu erklären. Auch die berechnete Ablenkung des Sternenlichts wies man 1919 bei einer Sonnenfinsternis nach.

Einsteins Theorie hat der Wissenschaft einen Blick ins Universum ermöglicht — neue Modelle wie der Urknall, Schwarze Löcher und die Ausdehnung des Universums wurden geschaffen. Wobei die Ausdehnung des Universums Einstein selbst nicht einleuchten wollte. Er versuchte eine Konstante in seine Gleichung einzuarbeiten, durch die es keine Ausdehnung geben würde. Doch hierbei wurde er selbst widerlegt.

Bis heute Bestand hat Einsteins Theorie des Einflusses von Massen auf die Raumzeit. "In dieser Hinsicht betrifft uns die Raumkrümmung im Weltall täglich — bei den Navigationsgeräten", erklärt Stärz. "In den GPS-Satelliten sind Atomuhren eingebaut, doch die Zeit in der Umlaufbahn vergeht langsamer als die Zeit auf der Erde. Durch das Wissen um die Allgemeine Relativitätstheorie kann das ausgeglichen werden. Wenn das nicht so wäre, würde jede Nanosekunde Abweichung zwischen Satellit und Erde eine Ungenauigkeit von 30 Zentimetern in der Positionierung ergeben. Das würde sich mit der Zeit vervielfachen."

Dank Albert Einsteins Genieblitzen landen unsere Autos nicht im Graben. Und wir haben neue Theorien, wie das Universum und wir Menschen entstanden sein könnten. Beides gut zu wissen. (Matthias Christler)

Allgemeine Relativitätstheorie

Die Allgemeine Relativitätstheorie besagt unter anderem, dass Raum und Zeit keine Konstanten sind, wie wir Menschen sie auf der Erde wahrnehmen. Die Raumzeit ist dynamisch. Im Weltall verursachen Objekte mit großen Massen, zum Beispiel die Sonne, eine Krümmung der Raumzeit. Um das zu veranschaulichen, ein hy­po­the­tisches Beispiel: Eine Galaxie liegt von der Erde aus gesehen in einer direkten Linie hinter der Sonne. Eigentlich dürfte man das Licht dieser Galaxie auf der Erde nicht sehen. Weil aber die Sonne die Raumzeit krümmt, verlaufen die Lichtwellen in einem Bogen um die Sonne herum. Von der Erde aus kann man die Galaxie sehen. Entweder als Punkte oder auch als ganzen Ring.

Albert Einstein starb 1955 in den USA.
Albert Einstein starb 1955 in den USA.
- dpa