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Allgemeine Relativitätstheorie

Spezielle Relativitätstheorie

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Einstein neben den bekannten drei räumlichen Dimensionen eine weitere Dimension - nämlich die Zeit - benannt hat. Dies ist für uns schon schwer vorstellbar, erst recht dann, wenn Raum und Zeit einander auch noch beeinflussen und selbst wiederum durch schwere Körper (wie die Sonne) beeinflusst sind. (Inzwischen sprechen Physiker und Mathematiker übrigens längst von weiteren Dimensionen.) Auf der Erde "krümmt" die Sonne (als große Masse) Zeit und Raum, das bedeutet sie verändert oder "drückt" Zeit und Raum. Zu diesen vier Dimensionen fügte Einstein in seinem Theoriegebäude das Licht hinzu. Es führte ihn durch Zeit und Raum.

Stephen Hawking - selbst Physiker und ein solch faszinierender Mensch wie Einstein - bezeichnet die "allgemeine Relativitätstheorie" (1915) im Wesentlichen als Theorie der Gravitation. Die allgemeine Relativitätstheorie beschreibt die Gravitation als Krümmungen in der Raumzeit-Geometrie. Erklärend schreibt Hawking:

"Zur herkömmlichen Geometrie gehört die Berechnung von Entfernungen zwischen Punkten und von Winkeln zwischen Geraden. Doch auf einer gekrümmten Fläche, etwa der Oberfläche der Erde, gehorchen diese Entfernungen und Winkel nicht den gleichen geometrischen Gesetzen wie auf einer Ebene. Wenn zum Beispiel zwei Menschen auf einer Ebene in verschiedene Richtungen gehen, entfernen sie sich immer weiter voneinander. Gehen sie aber auf der Oberfläche der Erde in entgegengesetzte Richtungen, entfernen sie sich zwar zunächst ebenfalls immer weiter voneinander, doch treffen sie sich schließlich wieder auf der anderen Seite der Erde". (Stephen Hawkings kurze Geschichte der Zeit, Reinbek 1992, S. 75f)

Überhaupt: jeder der das Wort Gravitation hört, denkt unwillkürlich an Newtons Beispiel vom Apfel, der aus einer gewissen Höhe fallen gelassen, unweigerlich zu Boden saust. Einstein hat nachgewiesen, dass es mit dieser vermeintlichen Anziehungskraft der Erde so eine Sache ist. Dass vielmehr von einer Raumkrümmung gesprochen werden muss, um das zu beschreiben, was dem Apfel passiert.

Werfen wir beispielsweise einen Apfel, so sehen wir dass er nach einer gewissen Flugzeit zu Boden fällt. Dies ist das, was wir wahrnehmen.

Was wir wahrnehmen, muss aber keinesfalls das sein, was unter wissenschaftlichen Gesichtspunkten passiert. Jürgen Neffe dazu in seiner Einstein-Biografie:

"Keine Kraft im bekannten Sinn ist am Werk - auch wenn wir im Geiste Newtons bis heute von Anziehungskraft sprechen. Uns hält auch keine Kraft auf dem Boden. Vielmehr zwingt uns die Struktur der Raumzeit ständig auf eine Bahn Richtung Erdmittelpunkt, die nur durch den festen Untergrund gestoppt wird. Das erklärt auch, warum die Masse der Körper keine Rolle spielt, warum sie alle, wie Galilei entdeckt hat, mit der gleichen Geschwindigkeit zur Erde fallen. Die Krümmung ist für alle identisch". (Jürgen Neffe, Einstein - eine Biografie, Reinbek 2005, S. 251)

Martin Kornelius hat das auf seiner Internet-Seite an einem anderen Beispiel erklärt:

"Stell Dir eine Rakete vor, die durch den Weltraum an einem Planeten vorbeisaust. Da in Planetennähe die Zeit langsamer vergeht, wird die Bahn der Rakete zu dem Planeten hingezogen. Statt geradeaus zu fliegen, weicht die Rakete vom Kurs ab und fliegt in einem Bogen am Planeten vorbei."

Das was Newton mit der Anziehungskraft beschrieben hat, ist nach Einstein eher eine Krümmung von Raum und Zeit. Dazu noch mal Martin Kornelius in Bezug auf die scheinbare Anziehungskraft der Sonne auf die Erde:

"Die Sonne drückt bei sich die Zeit ein - sie krümmt die Zeit. Die Erde will an der Sonne geradeaus vorbeifliegen, wegen der Delle in der Zeit fliegt sie aber um die Sonne herum. Die Delle ist nun so gross, dass sich der Bogen der Erde zu einer Umlaufbahn schliesst.

Und einem weiteren Aspekt wendet sich die „allgemeine Relativitätstheorie” zu: Ereignissen in Raum und Zeit.

"Die Relativitätstheorie sagt voraus, dass ein oszillierendes Atom im Keller eines Gebäudes langsamer schwingt als ein identisches Atom im obersten Stockwerk".(Stephen Hawkings kurze Geschichte der Zeit, Reinbek 1992, S. 75f)

Diese Einsicht hat man auf (Atom)-Uhren übertragen und tatsächlich gemessen, dass Uhren am Erdboden langsamer gehen als in hohen Höhen. Einen winzigen Bruchteil einer Sekunde altert das Haar auf dem menschlichen Kopf schneller als die Fußzehe.

Und: Wer sich mit hoher Geschwindigkeit (beispielsweise in einer Rakete) durch den Weltraum bewegt, für den vergeht die Zeit langsamer. Er bleibt jünger. Auf "physikalisch" heißt das: relativistische Zeitdilatation.

Stephen Hawking schreibt beispielsweise über die "spezielle Relativitätstheorie" (1905):

"Sie besagt, dass das Licht sich stets mit gleich bleibender Lichtgeschwindigkeit ausbreitet und dass die Lichtgeschwindigkeit eine absolute Konstante ist; jede andere Bewegung ist relativ."(Stephen Hawkings kurze Geschichte der Zeit, Reinbek 1992, S. 75)

Alles klar, oder?

Da wir Menschen so unsagbar langsam sind, können wir die Krümmung der Raumzeit nicht wahrnehmen. Erst durch Simulationen der Lichtgeschwindigkeit können wir sehen, wie sich beispielsweise Gegenstände "darstellen", wenn sie von einer Kamera aufgenommen werden, die sich mit annähernder Lichtgeschwindigkeit bewegt.

In der Einstein-Ausstellung im Jahr 2004 in Ulm konnten Besucher mit einem Fahrrad selbst die Lichtgeschwindigkeit ausprobieren. Je schneller sie strampelten desto eher konnten sie eine Fahrt mit Lichtgeschwindigkeit durch die Tübinger Altstadt nachempfinden. Wir haben diese Fahrt aufgenommen und Sie sehen wieder, dass selbst Häuser ein anderes Aussehen bekämen, wenn wir uns nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegen (könnten). "Durch die endliche Laufzeit des Lichtes von den verschiedenen Teilen der Gegenstände zur Kamera hin sieht man etwas anderes als wirklich vorhanden ist" (Rainer Wonisch).

Schnell wie das Licht (Internet Explorer erforderlich).

Lichtgeschwindigkeit beträgt übrigens rund 300 000 Kilometer pro Sekunde. Ein Lichtjahr entspricht einer Entfernung von 10 Billionen Kilometern. Eine Zahl mit 13 Nullen: 10 000 000 000 000.

Das Licht übt noch eine andere Faszination auf die Menschen aus: nämlich das Licht der Sterne und die Tatsache, dass wir mit dem Funkeln der Sterne am Abendhimmel eigentlich in die Vergangenheit sehen. Denn die Sterne sind sehr weit von der Erde entfernt und das Licht braucht daher seine Zeit, bis es bei uns ist. Was wir heute sehen ist in Wahrheit ein Widerschein aus der Vergangenheit.

Aus dieser Erkenntnis und aus der, dass die Zeit bei hoher Geschwindigkeit langsamer vergeht, speisen sich die vielen Fantasien über Zeitreisen.

Sascha Trippe:
Gekrümmter Raum und gebogene Zeit.

Sascha Trippe:
Masse - eine Größe von Gewicht.

Sascha Trippe:
(Fast) alles ist relativ.

Ralf Koehler:
Raum.

Albert Einstein:
Mein Glaubensbekenntnis.

Agentur Einsteinjahr 2005:
"Aus Ihnen wird nie etwas, Einstein!"