Ohne Albert Einstein würden wir noch immer Karten lesen

Vor 100 Jahren, am 25. November 1915, präsentierte Albert Einstein in der Preußischen Akademie der Wissenschaften seine berühmte Allgemeine Relativitätstheorie. Keine andere physikalische Theorie hat unser Bild vom Universum so radikal geändert. Bis heute ist Einstein der bekannteste Physiker geblieben, der zudem von einem Mythos der Genialität und Verschrobenheit umgeben ist.

Einstein nannte seine Abhandlung im Jahre 1925 „Die Feldgleichungen der Gravitation“. Tatsächlich werden Gravitationskräfte von der Allgemeinen Relativitätstheorie durch eine Krümmung der vierdimensionalen Raumzeit erklärt. Dass demnach Raum und Zeit untrennbar miteinander verbunden sind, klingt für viele Menschen unglaublich exotisch und spektakulär – wohl auch deshalb, weil sich kaum jemand diese mathematischen Konstrukte wirklich vorstellen kann.

Experiment bei Sonnenfinsternis

Viele Konsequenzen, die sich aus den komplizierten Gleichungen Einsteins ergeben, sind indes leicht nachvollziehbar. Wenn die große Masse der Sonne den sie umgebenden Raum krümmt, dann sollte auch ein Lichtstrahl dieser Krümmung folgen. Während einer Sonnenfinsternis im Jahre 1919 wurde denn auch experimentell nachgewiesen, dass Sterne, deren Licht nahe an der Sonne vorbei läuft, an einer anderen als der erwarteten Position am Himmel standen.

Mit Einsteins Gleichungen ließ sich dieser Effekt exakt nachvollziehen. Er selber hatte bereits vor der Veröffentlichung seiner Theorie die merkwürdige Bahn des Planeten Merkur mit seinen Gleichungen erklären können. Später bezeichnete er diesen Moment als den glücklichsten seines Lebens.

Was das Licht heute schon alles vermag

Der russische Mathematiker Alexander Friedmann und der belgische Physiker Geroges Lemaitre leiteten aus den Feldgleichungen Einsteins ab, dass sich das Universum ausdehnen müsse. Heute wissen wir, dass das stimmt. Doch Einstein selbst wollte diese Erkenntnis zunächst nicht glauben. Er führte in die Gleichungen eine „kosmologische Konstante“ ein, die ein gleichbleibendes Universum garantieren sollte.

Geheimnisvolle Dunkle Energie

Als der Physiker Edwin Hubble in den 1920er-Jahren aus der Rotverschiebung des Lichts ferner Galaxien ableitete, erkannte Einstein seinen Irrtum und sprach von einer „Eselei“. Doch in jüngster Zeit erlebt die „kosmologische Konstante“ durchaus eine Renaissance. Man braucht eine solche Zahl möglicherweise doch, um die geheimnisvolle Dunkle Energie im Formelwerk der Physik unterbringen zu können.

Die wohl bekannteste Schlussfolgerung aus den Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie gelang dem deutschen Astronomen Karl Schwarzschild. Er leitete aus ihnen die mögliche Existenz der sogenannten Schwarzen Löcher ab. Dass es diese exotischen Schwerkraftmonster tatsächlich gibt, wird heute nicht mehr angezweifelt.

Linie ohne Zurück

Auch im Zentrum unserer Milchstraße sitzt ein Schwarzes Loch. Es krümmt die Raumzeit so stark, dass nicht einmal Licht aus seinem Inneren entweichen kann. Die Linie, ab der es kein Zurück mehr aus einem Schwarzen Loch gibt, wird heute als Schwarzschild-Radius bezeichnet.

Mit der Theorie der Schwarzen Löcher hat sich ein Forscherleben lang der britische Physiker Stephen Hawking befasst. Ihm verdanken wir die Erkenntnis, dass Schwarze Löcher ganz langfristig betrachtet, auch wieder „verdampfen“ können.

Kosmologen und Teilchenphysiker nutzen die Allgemeine und auch die zehn Jahre vorher aufgestellte Spezielle Relativitätstheorie wie selbstverständlich in ihrem Forscheralltag. Doch auch für Nicht-Wissenschaftler spielen die beiden Relativitätstheorien Einsteins durchaus eine Rolle – auch wenn dies nur wenigen bewusst ist.

So wären Navigationssysteme wie GPS, das heute wie selbstverständlich von Autofahrern oder Wanderern genutzt wird, ohne die Anwendung von Einsteins Gleichungen nicht funktionsfähig. Die Positionsbestimmung basiert letztlich auf extrem präzisen Zeitmessungen. Und diese gelingen nur, wenn man Zeit nicht einfach als Zeit, sondern als vierdimensionale Raumzeit denkt.