Allgemeine Relativitätstheorie: Knapp vier Seiten verändern die Welt

Am 25. November 1915 legte Albert Einstein bei der Preußischen Akademie der Wissenschaften einen knapp vierseitigen Aufsatz vor, in dem er die allgemeine Relativitätstheorie darlegte. Sie machte ihn weltberühmt - den Nobelpreis bekam er dafür aber nicht.

Artikel veröffentlicht am 25. November 2015, 17:40 Uhr, Werner Pluta/dpa

Albert Einstein (1931): Gleichungen beschreiben die Dynamik des ganzen Universums. (Bild: Keystone/Getty Images)

Es ist alles relativ: Vor 100 Jahren, am 25. November 1915, stellte Albert Einstein in Berlin die allgemeine Relativitätstheorie vor. Die Feldgleichungen der Gravitation hatte Einstein den gerade 3,5 Seiten langen Aufsatz überschrieben, den er an jenem Donnerstag bei der Preußischen Akademie der Wissenschaften einreichte - und damit die Wissenschaft reichlich umkrempelte.

Die allgemeine basierte auf der zehn Jahre zuvor publizierten speziellen Relativitätstheorie. Darin hatte Einstein nachgewiesen, dass Raum und Zeit zusammengehören. Beide bilden eine vierdimensionale Struktur, das Raum-Zeit-Kontinuum oder die Raumzeit.

Masse krümmt Raumzeit

In der allgemeinen Relativitätstheorie bezog Einstein die Gravitation in diese Theorie mit ein. Diese war demnach nicht mehr eine Anziehung zwischen zwei Massen, sondern eine Wechselwirkung zwischen Materie und der Raumzeit. Materie krümmt die Raumzeit - und zwar umso stärker, je größer ihre Masse ist. Schwerkraft ist also eine Folge der verkrümmten Geometrie von Raum und Zeit.

Ein Himmelskörper verformt den Raum um sich herum - so wie eine Kugel in einem Tuch, auf dem sie liegt, eine Mulde bildet. Je schwerer und dichter diese Kugel ist, desto tiefer ist die Mulde in der Raumzeit. Rollt eine kleinere Kugel über das Tuch, wird ihre Bahn durch diese Mulde beeinflusst.

Sterne sind nicht da, wo sie sein sollten

Diese Krümmungen in der Raumzeit beeinflussen auch das Licht: Eine große Masse, etwa die Sonne müsse demnach Licht, das an ihr vorbeikomme, messbar ablenken. Vier Jahre später wurde diese Vorhersage Einsteins experimentell nachgewiesen: 1919 beobachtete der britische Astrophysiker Arthur Eddington eine Sonnenfinsternis. Dabei stellte er fest, dass einige Sterne nicht dort waren, wo sie sein sollten. Ihre Positionen waren leicht anders als wenige Monate zuvor, als die Sonne anders gestanden hatte. Ihre Masse hatte das Licht, das von den Sternen zur Erde kam, abgelenkt.

Nach dieser Entdeckung wurde Einstein weltweit bekannt. Er sei "zum ersten Popstar der Wissenschaft" geworden, sagte Hermann Nicolai, Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam-Golm, dem Nachrichtensender n-tv. Ein Star, der in aller Welt auf den Titelseiten der Zeitungen war.

Genaue Messgeräte fehlten

In den folgenden Jahren geriet die allgemeine Relativitätstheorie etwas aus dem Fokus der Forscher - unter anderem deshalb, weil es keine Messgeräte gab, um die Effekte nachzuweisen. Etwa den Einfluss der Schwerkraft auf die Zeit: Je stärker die Schwerkraft ist, desto langsamer vergeht die Zeit. Der Bewohner des obersten Stockwerks eines Hochhauses altert also schneller, als der in der Wohnung im Erdgeschoss.

Für herkömmliche Uhren auf der Erde ist der Effekt allerdings nicht messbar und kann vernachlässigt werden. Wird die Strecke größer, jedoch nicht mehr: Bei Satellitennavigationssystemen, bei denen sehr genau gehende Atomuhren zum Einsatz kommen, spielt er eine Rolle. Würde er nicht korrigiert, zeigte ein Navigationsgerät auf der Erde eine falsche Position an.

Entdecker der Schwarzen Löcher werden Stars

In den 1960er- und 1970er-Jahren entdeckten Forscher neuartige Himmelskörper, deren unerwartete Eigenschaften sich mit Hilfe von Einsteins Theorie erklären ließen, darunter Schwarze Löcher: Ihre Gravitation ist so stark, dass aus der Delle, die sie in der Raumzeit bilden, nicht einmal Licht herausgelangt. Forscher, die sich mit diesen Phänomenen beschäftigten, wurden ihrerseits zu wissenschaftlichen Stars, darunter der Brite Stephen Hawking.

"Die Einsteinschen Gleichungen beschreiben nicht nur die Physik von Sternen und Galaxien, sondern die Dynamik des ganzen Universums, von Raum und Zeit", sagte Nicolai. "Zusammen mit der Quantentheorie bilden diese Gleichungen das Fundament der modernen Physik: Die Quantentheorie ist zuständig für die Physik im Kleinen, also für Moleküle, Atome, Elementarteilchen. Die allgemeine Relativitätstheorie ist zuständig für die Physik im Großen, für die Gravitation. Das ist die einzige Kraft, die über größere Abstände wirkt."

Einstein bekam im Jahr 1921 den Nobelpreis für Physik. Allerdings nicht für seine bahnbrechende Relativitätstheorie, sondern für die Entdeckung des Gesetzes des photoelektrischen Effektes.