23.11.2004 · Die Allgemeine Relativitätstheorie gilt vielen Menschen als das Schwierigste, was je ein Mensch ersonnen hat. Physiker sehen in Einsteins epochalem Werk eher die Schönheit ihres Fachs.
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Gravitation durch Krümmung des Raumes
Nichtphysikern gilt die Allgemeine Relativitätstheorie als das Schwierigste, was je ein Mensch ersonnen hat. Davon zeugt die Mär, zu keiner Zeit habe es mehr als drei Leute gegeben, die sie wirklich verstanden. In Wahrheit sind es immer sehr viel mehr gewesen - und für sie war die Einsteinsche Theorie nicht unbedingt das Kniffligste, was die Physik zu bieten hat, dafür aber bestimmt das Schönste.
Vermutlich haben beide Urteile mit ein und derselben Eigenschaft dieser Theorie zu tun: Sie beschreibt ihren Gegenstand, die Gravitation, als eine geometrische Eigenschaft des Raumes und der Zeit. Im Grunde gibt es in Einsteins Universum nur eine Richtung: geradeaus. Massekörper oder Lichtstrahlen bewegen sich nur auf geraden Linien - aber es sind gerade Linien in einer gekrümmten Welt. Und diese Welt können wir nicht verlassen, nicht einmal gedanklich, um sie von der höheren Warte eines externen, vom physikalischen Geschehen unbeeinflußten Hintergrundes zu beschreiben. Daß es diesen Hintergrund, dieses auktoriale "Außen" nicht gibt, ist für den Kenner von hohem intellektuellen Reiz - und für normal Sterbliche ohne die höheren Weihen der Tensoranalysis ein Quell ständiger Hirnverknotung.
Um es sich leichter zu machen, kann man die elegante vierdimensionale Geometrie wieder zerlegen - so wie es auf dieser Seite versucht wurde: Statt der Raumzeit wird nur der Raum betrachtet, und auch nur zwei seiner drei Dimensionen. Man erhält eine Fläche, die einen Schnitt durch die Raumzeit des Universums darstellt. Daß man entlang dieser Fläche wieder zum Ausgangspunkt zurückkehren kann, schreibt die Theorie nicht vor. Es ist aber eine Möglichkeit. Zur Veranschaulichung von Schwerkrafteffekten läßt sich diese Fläche nun in die freie dritte Dimension verbiegen, was die tatsächlichen Verhältnisse aber eher symbolisiert als visualisiert - schließlich fehlt die Verzerrung der Zeit, die mit jeder Raumkrümmung einhergeht.
Dennoch kann man erahnen, wie sich Schwerkraft als Geometrie auffassen läßt. So stellt sich die Krümmung, die das Schwerefeld eines Sternes (gelbe Kugel) verursacht, als Delle in der Fläche dar. Darin entspricht das Kreisen eines Planeten (blaue Kugel) dem Lauf einer Roulettkugel, bei der man sich die Reibung wegdenken muß, so daß sie nie an Schwung verliert. Auch die Ablenkung von Lichtstrahlen (blaue Linien) in einem Gravitationsfeld wird so anschaulich. Wie man sieht, ist ein Schwerefeld sogar in der Lage, auseinanderlaufende Strahlen einer Lichtquelle wieder zusammenzuführen, ähnlich der Linse einer Lupe. Dieser Gravitationslinsen-Effekt wurde bereits von Einstein erkannt, der ihn allerdings für unbeobachtbar hielt. Zum Glück ist er es nicht. Das Ausnutzen der Linsenwirkung der Schwerefelder von Galaxien, Sternen und seit neuestem sogar von fernen Planeten ist heute ein sehr lebendiger Zweig der Astronomie.
