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Ein Mann mit Weitblick - auch außerhalb der Wissenschaft: Albert Einstein.
Ein Mann mit Weitblick - auch außerhalb der Wissenschaft: Albert Einstein.(Foto: picture alliance / dpa)
Mittwoch, 25. November 2015

Allen voraus, sogar sich selbst: Als Einstein die Formel fürs Universum fand

Licht wird durch große Massen abgelenkt, die Raumzeit gekrümmt: Vor 100 Jahren stellte Albert Einstein seine allgemeine Relativitätstheorie vor. Kaum jemand verstand sie. Doch Einstein erwies sich als Physiker mit Weitblick und wurde zum Star. Warum die Theorie so bahnbrechend war und ist, warum sie trotzdem nicht das letzte Wort sein kann und warum Physiker froh wären über Messergebnisse, die von der Theorie abweichen, erklärt Prof. Dr. Hermann Nicolai im Gespräch mit n-tv.de. Nicolai ist Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam-Golm.

n-tv.de: Herr Professor Nicolai, die allgemeine Relativitätstheorie ist so schwer zu verstehen ...

Hermann Nicolai: In der Tat. Anfangs wurde irgendwann mal gewitzelt, dass nur drei oder vier Leute auf dem ganzen Planeten die Theorie begreifen. Heute sind es natürlich ein paar mehr.

Wieso aber wurde Albert Einstein mit einer so schwierigen Theorie zum Star - auch außerhalb der Wissenschaft?

1999 kürte ihn das Time Magazine zur Person des Jahrhunderts.
1999 kürte ihn das Time Magazine zur Person des Jahrhunderts.(Foto: imago stock&people)

Er war nicht nur die herausragende Erscheinung der Physik des 20. Jahrhunderts, er war auch eine im modernen Sinne mediagene Persönlichkeit. Er hat vielfältige Kontakte gepflegt und war im öffentlichen Leben präsent. Zu Zeiten der Weimarer Republik hat er sich politisch und öffentlich engagiert. Die Sensation, die ihn zum ersten Popstar der Wissenschaft machte, war 1919 der Nachweis der Lichtablenkung im Schwerefeld der Sonne; da war er sofort auf den Titelseiten der Weltpresse.

Hatte Einstein einen besonderen Blick auf die Welt?

Auf jeden Fall! Einstein war kein Mensch, der sich in irgendeine Schablone hat pressen lassen. Er hatte immer seine eigenen Ideen und Ansichten von den Dingen. Während des Ersten Weltkriegs war er einer der wenigen, die völlig klar sahen, wo das enden würde. Er hat damals, 1915, ein pazifistisches Manifest unterschrieben, und nur eine weitere Person hat mit ihm unterschrieben. Alle anderen, unter ihnen führende deutsche Wissenschaftler, waren in dieser Zeit dem Rausch des Nationalismus und der irrsinnigen Rhetorik von der Notwendigkeit dieses Kriegs verfallen. In seinen späteren Jahren war Einstein auch stilbildend. Alle wollten so sein wie er. Schlabberige Kleidung für Physiker hat er eingeführt. Bis dahin trug man auch als Physiker meistens Anzug und Krawatte.

Warum ist die allgemeine Relativitätstheorie so bedeutend?

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Die Einsteinschen Gleichungen beschreiben nicht nur die Physik von Sternen und Galaxien, sondern die Dynamik des ganzen Universums, von Raum und Zeit. Zusammen mit der Quantentheorie bilden diese Gleichungen das Fundament der modernen Physik: Die Quantentheorie ist zuständig für die Physik im Kleinen, also für Moleküle, Atome, Elementarteilchen. Die allgemeine Relativitätstheorie ist zuständig für die Physik im Großen, für die Gravitation. Das ist die einzige Kraft, die über größere Abstände wirkt.

Mit welchen damals etablierten Theorien legte sich Einstein an?

Seine Theorie hat das Newtonsche Kraftgesetz überwunden. Letzteres beschrieb wunderbar, warum sich die Planeten auf Ellipsenbahnen bewegen. Dass sie das tun, weiß man schon seit mehr als 300 Jahren. Man hat die Vorstellung, dass zwischen zwei Körpern Kräfte wirken, und die ziehen sich an. Einstein hat dieses Denkschema völlig umgekrempelt. Nach seiner Theorie soll man die Gravitation nicht als Kraft auffassen, sondern als eine Manifestation der Verkrümmung von Raum und Zeit.

Verkrümmung von Raum und Zeit ... Wie muss man sich das vorstellen?

Die gekrümmte Raumzeit. Rot gekennzeichnet sind die Bahnen des "Tennisballs" bzw. der Sterne und Planeten, im Zentrum die "Beule im Trampolin", das Gravitationsfeld.
Die gekrümmte Raumzeit. Rot gekennzeichnet sind die Bahnen des "Tennisballs" bzw. der Sterne und Planeten, im Zentrum die "Beule im Trampolin", das Gravitationsfeld.(Foto: Nicolas Janin/Wikipedia/CC BY-SA 3.0)

Etwa so: Wenn ein Tennisball über ein Trampolin rollt, dann rollt er mehr oder weniger auf einer geraden Linie. Wenn nun das Trampolin eingebeult ist, nimmt der Ball eine andere Bahn. So wie das eingebeulte Trampolin kann man sich die gekrümmte Raumzeit vorstellen. Und die Sterne und Planeten bewegen sich durch diese krumme Raumzeit auf den kürzesten Bahnen, sogenannten Geodäten.

War die Newtonsche Theorie damit überholt?

Nein, die Einsteinsche Theorie bringt nur kleine Korrekturen an dem, was Newton gesagt hatte. Im Sonnensystem wird man von der Einsteinschen Gravitationstheorie nicht viel sehen, höchstens winzige Effekte. Aber wenn Sie sich in die Nähe eines Schwarzen Lochs oder eines Neutronensterns begeben, dann ist das etwas ganz anderes. Da reicht Newton nicht mehr aus, da sind die Abweichungen so stark, dass man mit der Newtonschen Physik eigentlich nichts mehr anfangen kann. Neutronenstern bedeutet aber: Sie nehmen die Sonne und quetschen sie zusammen auf einen Durchmesser von 20 Kilometern. Die Gravitation ist dann so stark, dass es alle möglichen seltsamen Effekte gibt. Zum Beispiel wird das Licht sozusagen um den Stern herumgebogen und scheint dann wieder zurück.

Hatte die allgemeine Relativitätstheorie namhafte Gegner?

Ein Nobelpreisträger im Pullover: Erst Einstein führte in seinem Fach den Schlabberlook ein.
Ein Nobelpreisträger im Pullover: Erst Einstein führte in seinem Fach den Schlabberlook ein.(Foto: imago stock&people)

Ja, schon allein deshalb, weil sie so kompliziert ist. Von den mathematischen Anforderungen her geht sie weit über das hinaus, was damals bekannt war. Es gab, wie gesagt, nur wenige Menschen, die sie verstanden. Hinzu kam, dass man viele der vorhergesagten Effekte nicht nachmessen konnte. So kam die Frage auf: Wozu ist diese Theorie eigentlich gut? Und dann war da noch der wachsende Antisemitismus in den 20er Jahren. Es gab namhafte Gegner, die die Theorie als "jüdische Physik" verunglimpften, so etwa Philipp Lenard und Johannes Stark, zwei deutsche Nobelpreisträger, die gegen Einstein und seine Fürsprecher agitierten und eine "arische Physik" etablieren wollten. Diese Sichtweise hat in Deutschland viele Anhänger gefunden.

Wie zeigte sich, dass Einstein richtig lag mit seiner Theorie?

Die Bahn, die der Planet Merkur um die Sonne zieht, zeigte winzige Abweichungen von den Newtonschen Vorhersagen, und diese Abweichungen ließen sich nicht erklären – bis Einstein die allgemeine Relativitätstheorie entwickelte. Die passte genau auf diesen Effekt. Das war die erste Bestätigung der Theorie, und zwar schon 1915. Vier Jahre später zeigte sich dann, dass Lichtstrahlen in einem Gravitationsfeld tatsächlich - wie von Einstein vorhergesagt - verbogen werden. Das stellte man an Sternenlicht fest, das durch die Sonne geringfügig abgelenkt wurde. Damals wurde dieser winzige Effekt mit nicht so großer Genauigkeit gemessen. Heute kann man das viel besser und sieht den Effekt überall im Weltall.

Wie macht sich dieser Effekt der Lichtablenkung bemerkbar?

Sieht hier aus wie ein Smiley: Das Schwerefeld zweier Galaxien (die Augen) verbiegt das Licht zu einem Lächeln. Astronomen sprechen vom Einstein-Ring.
Sieht hier aus wie ein Smiley: Das Schwerefeld zweier Galaxien (die Augen) verbiegt das Licht zu einem Lächeln. Astronomen sprechen vom Einstein-Ring.(Foto: picture alliance / dpa)

Wenn man auf entfernte Objekte schaut, die Licht zu uns schicken, und sich zwischen ihnen und uns eine große Massenansammlung befindet, etwa ein Galaxienhaufen, dann sieht man einen sogenannten Einstein-Ring. Man sieht das Licht als Kreis um die Masse herum, weil das Licht um diese Masse herumgebogen wird.

Kommt man mit Einstein auch der Dunklen Materie näher?

Ja. Wenn man die Verbiegung des Lichts misst, kann man Rückschlüsse darauf ziehen, wie viel Masse in einem Galaxiencluster steckt. Das ist auch eine Nachweis-Methode für die Dunkle Materie: Man sieht, da wird Licht verbogen und erhält damit einen Hinweis auf die unsichtbare Masse. Von der Dunklen Materie sieht man ja nichts, weil sie nicht leuchtet.

Gibt es Messungen, die die Einstein-Theorie widerlegen?

Bislang gibt es sie nicht, aber es könnte sie in naher Zukunft geben. Bis jetzt hat noch jede Messung Einstein bestätigt. Aber es werden zurzeit viele Messungen unternommen mit dem Ziel, vielleicht doch mal eine Abweichung zu sehen. Man könnte sogar sagen, die Physiker sind geradezu erpicht auf Messresultate, die der Theorie widersprechen. Denn dann hätte man einen Hinweis darauf, wie es jetzt weiter geht mit der Physik.

Das führt mich zur nächsten Frage: Warum ist die allgemeine Relativitätstheorie nicht das letzte Wort?

Es gibt die Quantentheorie auf der einen Seite, die Einstein-Theorie auf der anderen. Wir wissen heute, dass die beiden Theorien nicht zusammen passen. Jede Theorie für sich stimmt in ihrem Geltungsbereich phantastisch genau, aber wenn man versucht, sie zusammenzubringen, stößt man auf mathematische Widersprüche, die man bis heute nicht auflösen kann.

Bei welchen Phänomenen scheitert die Einstein-Theorie?

Am Urknall. Dem Moment also, wo der Unterschied zwischen dem ganz Großen und dem ganz Kleinen hinfällig wird. Wenn Sie das Universum zurückverfolgen bis zum Urknall, dann war alles, was wir heute sehen, auf ein unvorstellbar winziges Volumen komprimiert; das gesamte Universum, die gesamte Energie, die jetzt in Abermilliarden von Sternen und Galaxien steckt, in einem Raum kleiner als ein Proton! Das lässt sich mit normalen Begriffen nicht mehr erfassen. Um das verstehen zu können, müssen Quantentheorie und Einstein irgendwie unter einen Hut gebracht werden.

Ist man der Lösung auf der Spur?

Ohne Anmaßung würde ich sagen: Die Suche danach ist wohl die größte kollektive intellektuelle Anstrengung in der gesamten Geschichte der Naturwissenschaft! Viele sehr schlaue Menschen versuchen seit 50 Jahren, dieses Problem zu lösen. Und sie sind der Lösung eigentlich noch nicht wirklich näher gekommen. Unter den zahlreichen Lösungsvorschlägen ist noch keiner, der von allen als richtig anerkannt wird oder in irgendeiner Weise experimentell bestätigt werden konnte. Und das trotz enormer Anstrengungen. Das zeigt die Größe der Herausforderung.

Einstein war das Wissenschafts-Idol des 20. Jahrhunderts. Baut Stephen Hawking, der Physik-Popstar der Gegenwart, auf Einstein auf?

Ja, sicher. Er hat wesentliche Beiträge geleistet, die zu einem besseren Verständnis der Einstein-Theorie geführt haben, etwa bei der Frage: Was ist eigentlich ein Schwarzes Loch? Das war etwas, woran Einstein selbst nicht glaubte. Seine Theorie sagt Dinge voraus, die er selbst nicht für möglich hielt und die wir erst heute richtig verstehen. Einsteins Theorie ist derart umfassend, sie war sogar ihm selbst voraus.

Mit Hermann Nicolai sprach Andrea Schorsch

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Quelle: n-tv.de

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