Die allgemeine Relativitätstheorie

Der freie Fall in den gekrümmten Raum

1915 stellte Einstein seine relativistische Theorie der Gravitation fertig. Sein Konzept des gekrümmten Raums hat sich inzwischen vielfach bewährt.

„Ich saß auf meinem Stuhl im Patentamt in Bern. Plötzlich hatte ich einen Einfall: Wenn sich eine Person im freien Fall befindet, wird sie ihr eigenes Gewicht nicht spüren.“ Dieses einfache Gedankenexperiment bildete für Einstein den entscheidenden Anstoß zur Entwicklung der allgemeinen Relativitätstheorie. Auch wenn sich Einstein selbst erst mühsam die dazu notwendigen mathematischen Mittel aneignen musste, sind die Grundüberlegungen einfach.

Seit Galilei ist bekannt, dass alle Körper gleich schnell fallen. Ein Physiker in einem fensterlosen Labor kann deshalb nicht entscheiden, ob er sich im freien Fall befindet oder in Ruhe im Weltall schwebt. Ausgehend von dieser Überlegung übertrug Einstein sein Relativitätsprinzip von „Inertialsystemen“ - mit konstanter Geschwindigkeit relativ zueinander bewegte Systeme - auf beschleunigte Bezugssysteme. Nachdem er also in der speziellen Relativitätstheorie das bevorzugte „ruhende“ Bezugssystem abgeschafft hatte, beraubte er jetzt auch die Inertialsysteme ihrer Privilegien.

Auf dem Weg von seinem Einfall 1907 bis zur Vollendung der allgemeinen Relativitätstheorie hatte Einstein allerdings mit immensen Schwierigkeiten zu kämpfen. Er musste sich höhere Mathematik aneignen, die ihn früher als

„überflüssige Gelehrsamkeit“ nicht interessierte. Oft glaubte er den Durchbruch erzielt zu haben, schrieb Veröffentlichungen, hielt Vorträge und musste sich kurz darauf wieder korrigieren. „Dies Ziel erreicht zu haben ist die höchste Befriedung meines Lebens“, schrieb er in einem Brief im Mai 1915 über eine erste Formulierung der Theorie. Im Oktober des gleichen Jahres musste er einsehen, „daß mein bisheriges Beweisverfahren ein trügerisches war.“ Erst am 25. November konnte er die Theorie auf einer Sitzung Akademie der Wissenschaften in ihrer endgültigen Form präsentieren.

Spielen sie mit Einsteins Gedanken!

Lernen Sie Einsteins Welt kennen
mit der Einstein-Zitatmaschine!

Ein wesentliches Ergebnis ist, dass der Raum nicht unabhängig von der Materie existiert. Die Materie krümmt den Raum. Die allgemeine Relativitätstheorie gilt deshalb als die erste physikalische Theorie, die ohne aufgepfropfte Konzepte von der Art des „absoluten Raumes“ in der Newtonschen Theorie auskommt. Die 1919 nachgewiesene Lichtablenkung an der Sonne, muss man sich demnach folgendermaßen erklären: Die Masse der Sonne krümmt den Raum um sich herum, ähnlich wie ein Stein ein Gummituch ausbeult. Der Lichtstrahl wird also nicht von der Sonne „angezogen“, vielmehr folgt er mit seiner gekrümmten Bahn dem von der Sonne gekrümmten Raum.