Albert Einstein ist ein echter Star. Selbst Menschen, die sich keinen Deut für Wissenschaft interessieren, kennen seinen Namen. Und seit Jahren führt er unangefochten die Rangliste der populärsten Nobelpreisträger aller Zeiten an. Und das zu Recht. Denn obwohl Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie inzwischen ein Jahrhundert alt ist, hat sie alle experimentellen Tests mit Bravour überstanden und nichts von ihrer Bedeutung verloren. Sie bildet bis heute das Fundament unseres Weltbilds und hat viele physikalische Erkenntnisse des letzten Jahrhunderts erst möglich gemacht.
Aber was genau war denn nun das revolutionäre an Einsteins Theorie? Werfen wir einen Blick zurück. Vor 1915 definierte man die Gravitation nach dem Gesetz von Isaac Newton als Kraft, die zwischen Massen wirkt. Je größer die Masse, desto stärker wirkt dabei diese Kraft. Sie sorgt dafür, dass der berühmte Apfel nach unten zur Erde fällt und die Erde um die Sonne kreist – und nicht umgekehrt.
Krümmung statt Kraft
Dem 1907 noch beim Berner Patentamt arbeitenden Albert Einstein reicht das nicht. Denn diese simple Sichtweise der Gravitation erklärt nicht, warum Planeten wie der Merkur auf ihrer Bahn eiern und weshalb die Schwerkraft unendlich schnell zu wirken scheint. Denn so etwas ist eigentlich nicht möglich – nichts kann unendlich schnell sein, nicht einmal das Licht. Für Einstein wird schnell klar, dass die Gravitation nicht einfach nur eine Kraft sein kann, die wie durch Fäden Himmelskörper und Alltagsobjekte bewegt.
Was nun folgt, ist einer der ganz großen Geistesblitze der Wissenschaft. Einsteins revolutionäre Idee: Die Gravitation wirkt nicht einfach nur zwischen den Objekten im Universum, sondern ist eine direkte Folge der Geometrie von Raum und Zeit. Je mehr Masse ein Körper besitzt, desto stärker krümmt er die Raumzeit. Und je größer diese Verzerrung, desto stärker beeinflusst sie die Bahnen naher Objekte: Sie werden zu diesem Körper hin abgelenkt – und das erscheint uns als Anziehung.
Kugeln auf dem Gummituch
Verdeutlichen lässt sich diese Idee mit einem aufgespannten Gummituch. Legt man in seine Mitte eine Stahlkugel, drückt sie eine tiefe Kuhle in das Tuch. Auf ähnliche Weise krümmt beispielsweise die Schwerkraft unserer Erde die Raumzeit. Gibt man nun einige Tischtennisbälle auf das Gummituch, kullern sie in Richtung Stahlkugel bis sie sie erreichen – immer der Neigung des Tuches folgend. In der realen Welt entspräche dies beispielsweise einem Objekt, das man aus großer Höhe fallen lässt: Es wird angezogen und landet unweigerlich auf dem Boden.
Geben wir aber den Tischtennisbällen genügend Schwung, dann werden sie nur abgelenkt oder kreisen sogar eine Weile um die Kugel. Und genau dies passiert auch im Weltraum: Die Schwerkraft unserer Sonne krümmt die sie umgebende Raumzeit und beeinflusst so die Bahnen der Planeten. Und auch die Umlaufbahn von Satelliten um unsere Erde wird von diesem Wechselspiel von Geschwindigkeit und Gravitation bestimmt.
Gebogenes Licht und gedehnte Zeit
Aber es wird noch radikaler. Denn in Einsteins Universum der gekrümmten Raumzeit sind selbst Licht und Zeit dem Einfluss der Gravitation unterworfen. Wenn die Schwerkraft die Raumzeit krümmt, dann muss auch ein Lichtstrahl dieser Krümmung folgen, argumentiert der Physiker. Rast daher ein Lichtstrahl an einem schweren Körper wie der Sonne vorbei, wird er in Richtung auf ihre Gravitations-"Kuhle" abgelenkt. Dass dies tatsächlich passiert, belegt im Mai 1919 eine Sonnenfinsternis: Die Position von Sternen, deren Licht nah an der Sonne vorbeistrahlt, erscheint verschoben, ihr Licht wurde abgelenkt.
Und auch die Zeit entkommt der Gravitation nicht: Einstein findet heraus, dass die Zeit in der Nähe großer Massen langsamer vergehen muss. Und tatsächlich: Genau dieser Effekt der gravitativen Zeitdehnung lässt sich heute mit Atomuhren messen – sogar auf der Erde. So vergeht auf einem Berggipfel von rund 3.000 Metern Höhe die Zeit um rund 30 Nanosekunden schneller als auf Meereshöhe. Und auch die Atomuhren an Bord der GPS-Satelliten laufen schneller als die der GPS-Empfänger am Boden. Würde man diesen Effekt nicht berücksichtigen, würde unser Navi uns hoffnungslos in die Irre führen.
Aber auch kosmische Phänomene wie Neutronensterne, Schwarze Löcher oder Gravitationslinsen ließen sich ohne Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie nicht physikalisch erklären. Und ohne sie wären bedeutende Erkenntnisse über unser Universum wahrscheinlich nie gemacht worden. "Das ist wahrscheinlich die größte wissenschaftliche Entdeckung, die je gemacht wurde", meinte daher schon vor fast hundert Jahren der Physiker und Nobelpreisträger Paul Dirac. Und bisher hat er damit Recht behalten.
