Relativitätstheorie: Wie Albert Einstein mit der Theorie der Gravitation das Universum erklärt

Bedeutung der Relativitätstheorie

Der Zusammenhang zwischen Raum, Zeit und Gravitation wird durch die vom Schweizer Physiker Albert Einstein entwickelte Relativitätstheorie beschrieben.

Man unterscheidet dabei zwischen der 1905 von Einstein vorgestellten speziellen Relativitätstheorie und der von ihm daraus entwickelten allgemeinen Relativitätstheorie aus dem Jahr 1916.

Albert Einsteins Erklärung der Gravitation legte die Grundlage zum heutigen Verständnis vom Urknall als Entstehung von Raum und Zeit, Gravitationswellen als lokale Deformationen der Raumzeit, expandierenden Universen als Erweiterung von Raumzeit sowie Schwarzen Löchern als Verschmelzung von Raum und Zeit.

Die spezielle Relativitätstheorie

Die Spezielle Relativitätstheorie (SRT) von 1905 gilt nur für Beobachter, die sich in einer konstanten Geschwindigkeit zueinander befinden.

Als erster Teil der Relativitätstheorie besagt sie, dass die Zeit nicht stetig verläuft, sondern dass sie auch langsamer vergehen kann. Daher spricht man auch von der Relativität der Zeit oder der Zeitdilation.

Als Beispiel kann man das Zwillingsparadoxon heranziehen: Befindet sich ein Zwilling mit Lichtgeschwindigkeit im Flug durch das All und legt eine Distanz von 10 Lichtjahren zurück, während der andere Zwilling auf der Erde verbleibt, dann wird die auf der Erde verbliebene Person bei der Rückkehr um 10 Jahre gealtert sein, während der „Raumfahrer“ kaum älter geworden ist.

Die Spezielle Relativitätstheorie berücksichtigt im Gegensatz zur später aufgestellten Allgemeinen Relativitätstheorie noch nicht den Einfluss der Gravitation auf Raum und Zeit.

Als Relativitätsprinzip wird dabei der Zustand beschrieben, dass für alle Beobachter, die sich mit konstanter Geschwindigkeit fortbewegen, die physikalischen Gesetze gelten.

Da ein ruhendes Bezugssystem fehlt, kann auch keine absolute Geschwindigkeit eines Beobachters im Raum ermittelt werden. Ruhe und gleichmäßige Bewegung sind also nicht zu unterscheiden.

Dabei sind Bewegung, Ort und Geschwindigkeit relativ und hängen vom Ort des Betrachters ab. Wo ist oben und unten, wo ist links und rechts? Ist man schnell oder langsam? Alles hängt vom Standpunkt des Betrachters bzw. Bezugspunkt ab.

Quelle: NASA - Planet Erde

Wir bewegen uns also auch, selbst wenn wir aus unserer Wahrnehmung heraus still stehen. Veranschaulichen kann man sich das, wenn man sich vorstellt, dass die Erde um sich selbst rotiert.

Dann dreht sich die Erde als Teil unseres Sonnensystems zusätzlich um den Stern Sonne. Die Sonne wiederum umkreist das Zentrum der Milchstraße. Auch die Milchstraße selbst ist als Galaxie in Bewegung. Alles ist also relativ zu sehen und damit auch Geschwindigkeit und Ort.

Quelle: NASA - Sonnensystem (schematische Darstellung)

Der Schweizer Staatsbürger Albert Einstein beobachtete, dass sich Lichtgeschwindigkeit immer gleich schnell von einem Betrachtungspunkt weg bewegt, selbst wenn man dem Licht hinterherlaufen könnte und würde.