Thomas Bührke: Einsteins Jahrhundertwerk – Die Geschichte einer Formel

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Vor knapp 100 Jahren veröffentlichte Albert Einstein die Allgemeine Relativitätstheorie. Sie erweitert Isaac Newtons Gravitationsgesetz und ermöglicht ein völlig neues Verständnis von Raum und Zeit. Doch sie wirft auch viele Fragen über die Struktur des Universums auf. Manche dieser Fragen konnte im Verlauf des letzten Jahrhunderts abschließend beantwortet werden, andere sind noch immer offen.

Der Astrophysiker und Wissenschaftsautor Thomas Bührke erzählt in seinem neuen Buch Einsteins Jahrhundertwerk die spannende Geschichte der Allgemeinen Relativitätstheorie. Wer waren ihre Vordenker? Wie gelangte Einstein zu seinen bahnbrechenden Erkenntnissen? Mit welchen Methoden versucht man sie zu beweisen oder widerlegen? Welchen praktischen Nutzen hat sie in der Gegenwart?

Newton ging noch davon aus, dass die Zeit gleichförmig fließt und der Raum absolut und unveränderlich ist. Damit konnten aber nicht alle Phänomene der Gravitation, zum Beispiel die Bahnen des Planeten Merkur um die Sonne, erklärt werden.

Albert Einstein suchte, wie viele andere vor ihm, nach einem Ansatz, um dieses Problem zu lösen. Mit seiner Speziellen Relativitätstheorie kam er der Sache schon näher. Durch Gedankenexperimente fand er heraus, dass Zeit nicht immer gleich schnell verläuft, sondern vom jeweiligen Betrachter abhängt. Im Gegensatz zu Newton begriff er auch den Raum nicht als statisch, sondern als dynamisch und verformbar. Massen können den Raum krümmen, und auch das Licht kann gekrümmt werden. Wir leben also in einer vierdimensionalen Raumzeit!

Als nächsten Schritt versuchte Einstein seine Theorie zu verallgemeinern, damit sie auch in beschleunigten Systemen gültig ist. Um von der Speziellen zur Allgemeinen Relativitätstheorie zu gelangen, musste Einstein sich außerdem in die Geometrie gekrümmter Räume hineinknien. Daraus formulierte er schließlich seine zehn Feldgleichungen, die bis heute noch nicht in allen Implikationen verstanden werden.

Das Buch von Thomas Bührke ist sehr clever aufgebaut, so dass es auch Laien gelingt, sich dieser komplizierten Theorie anzunähern. Zunächst stellt Bührke als Grundlage die Spezielle Relativitätstheorie und die nicht-euklidische Geometrie vor, um dann in einzelnen Kapiteln die physikalischen Phänomene, die sich aus der Allgemeinen Relativitätstheorie ergeben, ausführlich zu erläutern:

• Lichtablenkung am Rand der Sonne, bewiesen durch Sir Arthur Eddingtons Beobachtung einer Sonnenfinsternis.
• Gravitative Rotverschiebung: in der Nähe von schweren Himmelskörpern verlangsamt sich die Zeit – die Wellenlänge des Lichts wird dadurch gedehnt; erst nach Einsteins Tod bewiesen.
• Die Existenz Schwarzer Löcher wird auf kollabierende Sterne zurückgeführt.
• Die Expansion des Universums wurde von Einstein zunächst nicht akzeptiert, bis zum Beweis durch Hubble.
• Die Existenz von Gravitationswellen wurde bisher nur indirekt bewiesen, zum direkten Beweis laufen diverse Experimente.
• Der Gravitationslinseneffekt erzeugt doppelte oder mehrfache Abbilder anderer Sterne, so gelangt auch das Licht weit entfernter Galaxien in unseren Messbereich.

Einstein arbeitete in den Jahrzehnten nach der Veröffentlichung kontinuierlich an der Perfektionierung seiner Theorie. Dabei leistete er sich auch Irrtümer wie die Kosmologische Konstante, welche er später wieder zurücknahm. Er stand in regem Austausch mit anderen Wissenschaftlern, denen er seine Zweifel an den Konsequenzen der neuen Theorie offenbarte.

Aber auch andere Forscher versuchen bis heute die zahlreichen Rätsel, die Einsteins Theorie beinhaltet, zu knacken. Bührke beschreibt, welche Methoden die Wissenschaftler dabei anwenden. Er hat Interviews mit drei Wissenschaftlern geführt, deren Forschungsgebiete einzelne Aspekte der Theorie berühren, nämlich die Dunkle Materie, den Ereignishorizont in Schwarzen Löchern und die Suche nach der Weltformel. Neue Technologien ermöglichen es, die Allgemeine Relativitätstheorie immer wieder auf den Prüfstand zu stellen. Bis heute gibt es keine Widerlegung der Allgemeinen Relativitätstheorie, daher hat sie als Jahrhundertwerk immer noch Bestand.

Auch in unserem Alltag ist sie unerlässlich, nämlich für das Funktionieren von Satellitennavigationssystemen wie dem GPS.

In den letzten Kapiteln des Buches werden einige Theorien zum Versuch knapp vorgestellt, die Allgemeine Relativitätstheorie mit der Quantenmechanik zu vereinen. Zu den Kandidaten zählen die Stringtheorie und die Schleifen-Quantengravitation.

Für wen das alles kompliziert klingt oder wer mehr wissen möchte, sollte unbedingt dieses Buch lesen! Einsteins Jahrhundertwerk ist gut lesbar und sachlich formuliert. Es ist klar nach Themengebieten strukturiert mit den Kernaussagen zu Beginn jedes Kapitels, was das Verständnis auch für physikalische Laien erleichtert. Wir erhalten einen Einblick in alle zentralen Konzepte, die sich aus der Allgemeinen Relativitätstheorie ergeben. Sehr unterhaltsam sind auch die Zitate aus Einsteins Briefen und Notizen. Sie vermitteln einen lebendigen Einblick in dessen Denkprozesse zwischen Euphorie und Zweifeln. Bührke beschreibt anschaulich, wie aus Beobachtungen Erkenntnisse gewonnen werden. Eine wirklich spannende Lektüre!

Thomas Bührke: Einsteins Jahrhundertwerk – Die Geschichte einer Formel
dtv 2015, 280 Seiten
ISBN 978-3-423-26052-7

Erhältlich bei der Buchhandlung des Vertrauens