"Heutzutage erklärt die Einsteinsche Relativitätstheorie weit mehr als alles, was man früher glaubte, mit Gravitation erklären zu können - extreme Zustände von Materie."
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# Allgemeine Relativitätstheorie   "Der wertvollste Fund meines Lebens"

Albert Einstein zählt zu den wichtigsten Architekten der modernen Physik. Sein wohl größter Geniestreich: die allgemeine Relativitätstheorie. Vor 100 Jahren präsentierte er einen knappen Satz mathematischer Formeln, der bis heute als perfekte Beschreibung der vertrautesten aller Naturkräfte gilt, der Gravitation.

Von Frank Grotelüschen | 24.05.2015

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Auf diesem berühmten Foto zu seinem 72. Geburtstag am 14.3.1951 steckt Albert Einstein den Fotografen die Zunge heraus.

Vor 100 Jahren veröffentlichte der Physiker Albert Einstein die Allgemeine Relativitätstheorie. (AFP Photo / Arthur Sasse)

Einstein war Mitbegründer der Quantentheorie und schuf mit der speziellen Relativitätstheorie die bekannteste Formel der Welt - E=mc². Sein wohl größter Geniestreich aber war ein anderer: Vor 100 Jahren stellte er in Berlin die allgemeine Relativitätstheorie vor. Ein knapper Satz mathematischer Gleichungen, der bis heute als perfekte Beschreibung der vertrautesten aller Naturkräfte gilt - der Gravitation. Doch der Weg zum revolutionären Regelwerk war steinig: Acht Jahre rang Einstein um die richtigen Konzepte, büffelte hochabstrakte Mathematik und musste am Ende befürchten, von anderen überrundet zu werden.

Letztlich aber sollte ihn die Theorie zur Legende machen: Als 1919 britische Astronomen die Formeln bei einer Sonnenfinsternis bestätigten, stieg Einstein im Bewusstsein der Weltöffentlichkeit zum Popstar auf - ein Nimbus, der noch heute Bestand hat. Mit der Entdeckungsgeschichte beginnt der Programmschwerpunkt Raum und Zeit. Bis November würdigt Forschung aktuell die Allgemeine Relativitätstheorie mit Kurzbeiträgen, Reportagen und Features.

"Man dachte Ende des 19. Jahrhunderts, dass die Physik als Gebäude im Wesentlichen feststeht und man hier und da noch ein paar Renovierungsarbeiten zu verrichten hat, aber dass die Fundamente bestehen bleiben würden."

Jürgen Renn, Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte, Berlin.

"Das hat sich als falsch herausgestellt."

Die Zeit der Jahrhundertwende. Unerwartete Phänomene erschüttern die Grundfesten der Physik. Wilhelm Conrad Röntgen entdeckt eine unsichtbare, durchdringende Strahlung. Marie und Pierre Curie beschreiben die Radioaktivität. Max Planck schafft die Grundlagen der Quantentheorie. Und dann, 1905, verblüfft ein junger Angestellter des Schweizer Patentamts mit einer epochalen Arbeit.

"Zur Elektrodynamik bewegter Körper; von A. Einstein."

Geniestreich mit Makel

Die spezielle Relativitätstheorie. Das Licht, so Einsteins Ausgangspunkt, eilt mit konstanter Geschwindigkeit durchs All. Mit knapp 300.000 Kilometern pro Sekunde, und nichts auf der Welt kann schneller sein. Eine einfache Annahme. Einstein zieht aus ihr - allein durch logische Schlussfolgerung - eine revolutionäre Erkenntnis: Raum und Zeit sind nicht getrennt, sondern vereint zu einer Raumzeit. Sie sind nicht absolut, sondern hängen vom Betrachter ab - der Raum erscheint zuweilen gestaucht, die Zeit gedehnt. Und: Energie und Masse sind wesensgleich - E=mc2, die berühmteste Formel der Welt. In der Fachwelt gilt die spezielle Relativitätstheorie bald als Meilenstein. Doch schnell wird klar: Der Geniestreich besitzt Makel.

"Die spezielle Relativitätstheorie funktioniert nur für Bewegungen mit konstanter Geschwindigkeit."

Dennis Lehmkuhl, Einstein Papers Project, California Institut of Technology, USA.

"Und Einstein dachte, das ist noch keine konsequente Relativitätstheorie. Wirklich alle Bewegung sollte relativ sein. Eine wirklich verallgemeinerte Relativitätstheorie, die Bewegung zu etwas komplett Relativem macht."

Die spezielle Relativitätstheorie bezieht sich nur auf gleichförmige Bewegungen, etwa wenn Teilchen mit konstantem Tempo durchs All rasen. Doch weit mehr Prozesse sind nicht gleichförmig. Kreist ein Planet um einen Stern, erfährt er - ähnlich wie der Kirmesbesucher im Kettenkarussell - eine Kreisbeschleunigung. Für solche Prozesse muss die Relativitätstheorie verallgemeinert werden auf beschleunigte Bewegungen. Und da wäre noch ein weiteres Manko.

"Das Problem war, dass die spezielle Relativitätstheorie begründet hatte, dass es keine Wechselwirkung gibt, die sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit fortpflanzt."

Tilmann Sauer, Wissenschaftshistoriker, Universität Bern.

"Während die Gravitationstheorie Newtons besagte, dass die Gravitationskraft eine Fernwirkungskraft ist, die sich unendlich schnell fortpflanzt. Diese beiden Eigenschaften passten nicht zusammen."

Um die Schwerkraft zu beschreiben, ist damals das Gravitationsgesetz von Isaac Newton das Maß aller Dinge. Doch es widerspricht der speziellen Relativitätstheorie, und zwar grundlegend. Um den Widerspruch aufzulösen, macht sich Albert Einstein an die Arbeit. Fast zehn Jahre soll sie dauern. Ein Weg voller Hürden und Sackgassen.

"Zu den Menschen zu gehören, die ihre besten Kräfte der Betrachtung und Erforschung objektiver Dinge widmen dürfen und können, bedeutet eine besondere Gnade."

"Einstein erklärte die Gravitationswirkung dadurch, dass die Geometrie von Raum und Zeit selber am Geschehen teilnimmt."

"Das Revolutionäre war: Einstein ersetzte die Vorstellung, Gravitation sei eine Kraft, durch die Idee, Gravitation sei eine Folge der Krümmung von Raum und Zeit."

"Ich saß im Berner Patentamt in einem Sessel, als mir plötzlich der Gedanke kam: Wenn sich ein Mensch im freien Fall befindet, wird er seine eigene Schwere nicht empfinden können. Mir ging ein Licht auf. Dieser einfache Gedanke beeindruckte mich nachhaltig. Die Begeisterung, die ich da empfand, trieb mich zur Gravitationstheorie."

Anwendung der Theorie auf die Naturkraft

1907. Einstein nimmt die Spur auf.

Einstein ist 28 Jahre alt, verheiratet und Vater eines kleinen Sohnes. Nach wie vor arbeitet er im Patentamt in Bern, als Experte II. Klasse. Er sinnt darüber nach, wie er seine spezielle Relativitätstheorie auf eine fundamentale Naturkraft anwenden kann, die Gravitation. Dabei stößt er auf ein Problem: Wie passt die Beobachtung ins Bild, dass alle Körper gleich schnell fallen, zumindest im Vakuum?

"Dann stand Einstein vor der Alternative: Entweder, ich füge die Schwerkraft so in den Rahmen der speziellen Relativitätstheorie ein, dass ich dieses Prinzip, dass alle Körper gleich schnell fallen, aufgeben muss. Oder ich formuliere das Ganze so um, dass ich von vorneherein sicherstelle, dass alle Körper gleich schnell fallen. Und er hat sich für das Letztere entschieden, weil er war ein Mensch, der solche fundamentalen Prinzipien ernst nahm und nicht einfach für irgendeinen Faktor hielt, den man leicht verändern kann."

"Wie ganz häufig bei Einstein war der Ausgangspunkt ein Gedankenexperiment - das sogenannte Fahrstuhl-Gedankenexperiment. Man stelle sich vor, man befindet sich in einem Fahrstuhl. Man kann nicht aus dem Fenster gucken, man sieht nichts draußen. Man fühlt aber: Okay, ich stehe hier in einem Fahrstuhl."

Steht der Lift auf der Erde, verspürt der Fahrgast die Erdanziehung und wird mit seinem Körpergewicht nach unten gedrückt. Doch was, wenn sich der Fahrstuhl im Weltraum befindet, bei absoluter Schwerelosigkeit? Und wenn ihn ein Antrieb beschleunigt, und zwar mit einer Kraft, die genau dem Körpergewicht des Insassen entspricht?

"Einsteins Idee war, dass ein solcher Beobachter nicht entscheiden kann, ob das eine der Fall ist oder das andere. Befindet sich der Beobachter unter dem Einfluss eines Gravitationsfeldes? Oder befindet er sich unter dem Einfluss einer Beschleunigung?"

In beiden Fällen, so folgert Einstein, verspürt der Fahrstuhlfahrer nichts weiter als eine Kraft in Richtung Fußboden.

"Das hat ihn auf die Idee gebracht, dass Beschleunigungskräfte und die Schwerkraft wesensgleich sind, von der gleichen Natur sind."

Äquivalenzprinzip, so nennt sich diese Annahme. Sie ist ebenso einfach und fundamental wie jene Grundannahme, die Einstein zur speziellen Relativitätstheorie geleitet hatte - die Lichtgeschwindigkeit ist überall konstant. Wird auch das Äquivalenzprinzip zu einer neuen, umwälzenden Erkenntnis führen? Eines jedenfalls ist Einstein schon bald klar: Einige eher oberflächliche Berechnungen deuten an, welches Potenzial hinter dem neuen Ansatz schlummert.

"Er konnte schon Voraussagen machen. Zum Beispiel hat er sich vorgestellt: Jetzt schicke ich in meinen beschleunigten Kasten einen Lichtstrahl durch. Dann sieht man, dass der Lichtstrahl nicht am gegenüberliegenden Ende des Kastens wieder heraustritt, sondern leicht nach unten, weil sich der Kasten ja in der Zwischenzeit bewegt hat. Der Lichtstrahl scheint gekrümmt zu verlaufen. Daraus hat Einstein geschlossen: Also müssen sich Lichtstrahlen im Gravitationsfeld krümmen."

Massive Himmelskörper sollten Lichtstrahlen, die an ihnen vorbeifliegen, ablenken. Und das von der Sonne abgestrahlte Licht sollte in deren gewaltigem Schwerefeld Energie verlieren und seine Farbe ändern. Erkenntnisse, die Einstein allein dadurch ableitet, indem er seine spezielle Relativitätstheorie auf das Äquivalenzprinzip anwendet. Doch das Wichtigste fehlt noch, das Kernstück seiner Theorie – die Feldgleichungen.

Der Einsteinturm

Der Einsteinturm am Telegraphenberg in Potsdam

Der Einsteinturm am Telegrafenberg in Potsdam (Frank Grotelüschen)

Der Telegrafenberg in Potsdam. Ein Areal voller historischer Laborgebäude und Observatorien. Carsten Denker vom Leibniz-Institut für Astrophysik steht vor dem markantesten Bau: ein Turm, weiß gekalkt, 15 Meter hoch. Der Einsteinturm.

"Es gibt wenige Gebäude auf der Welt, die so einen Charakter haben wie der Einsteinturm. Wenn man ihn sich genauer anschaut, sieht man viele geschwungene Formen. Man sieht, wie die Treppenläufe geschwungen sind, wie die Dächer geschwungen sind."

Der Turm wurde zu einem Zweck gebaut - er sollte helfen, die allgemeine Relativitätstheorie zu beweisen. Einstein selbst hatte ihn mit konzipiert, gemeinsam mit dem Astronomen Erwin Freundlich, angestellt am Berliner Observatorium.

"Seine Anstellung am Berliner Observatorium war eher langweilig. Das hat ihn veranlasst, Briefe an Einstein zu schreiben. In diesen Briefen hat er versucht, mit Einstein zu besprechen: Wie kann man die allgemeine Relativitätstheorie experimentell nachweisen?"

Bereits 1911, als Einstein die ersten Ideen zu seiner Theorie veröffentlichte, war Freundlich fasziniert. Denn schon die erste Version machte eine bemerkenswerte Voraussage: Das Licht der Sonne sollte von ihrer gewaltigen Masse beeinflusst werden.

"Die grundlegende Idee geht auf die weltbekannte Formel E=mc2 zurück."

Laut Einstein lässt sich dem Licht Masse zuordnen. Also müsste jenes Licht, das die Sonne verlässt, gegen deren Schwerefeld ankämpfen - und sollte Energie verlieren. Das kann bei Licht nur funktionieren, indem es seine Farbe ändert. Deshalb müsste das Licht, so spekulierten Einstein und Freundlich, im Schwerefeld der Sonne ein wenig röter werden. Könnte man diese Rotverschiebung messen, wäre die neue Theorie bewiesen. Doch dafür brauchte man ein neues Teleskop - den Einsteinturm.

"Einstein hatte zu der Zeit sehr gute Kontakte in die deutsche Wirtschaft, konnte dort relativ schnell zu einer Einstein-Spende aufrufen und etwa 500.000 Reichsmark einsammeln."

"Die elementaren Begriffe sind sämtlich von raum-zeitlichem Charakter. Solche Begriffe allein kommen in den Naturgesetzen vor; in diesem Sinn ist alles naturwissenschaftliche Denken geometrisch. Man hatte immer angenommen, Raum und Zeit seien flach. Doch Einstein sagte: Nein, die Raumzeit ist gekrümmt, und zwar durch die Anwesenheit einer Masse. Und je größer diese Masse ist, umso gekrümmter ist der Raum und umso stärker die Gravitation."

"Grossmann, du musst mir helfen, sonst werde ich verrückt."

Konkurrenzdruck durch andere Wissenschaftler

1911. Einstein macht sich an die Arbeit.

"Zwischen 1907 und 1911 hat er fast gar nicht daran gearbeitet, sondern sich fast nur mit Quantentheorie herumgeschlagen. Und als das dann irgendwie nicht so richtig lief, wie er wollte, hat er sich dem Problem wieder zugewandt."

Einstein widmet sich erst einmal seiner Karriere. 1909 kündigt er beim Berner Patentamt, geht als Professor nach Zürich, dann nach Prag, dann wieder nach Zürich. Die Arbeit an der allgemeinen Relativitätstheorie lässt er in dieser Zeit mehr oder weniger ruhen.

"Aber es gab andere Leute wie den Physiker Max Abraham, die sich dieser Ideen von 1907 angenommen haben. Einstein kam dann in ein Konkurrenzverhältnis zu diesen anderen und hat sich beeilt, seine Einsichten auszuarbeiten. Das hat bestimmt eine Rolle gespielt."

"Und der erste Schritt, den er machte: Er kam nach einer Weile darauf, dass er sagte: Am besten kann ich diese vereinheitlichten Kräfte beschreiben, wenn ich mir vorstelle, dass diese vierdimensionale Raumzeit - drei Raumdimensionen, eine Zeitdimension - gekrümmt sind. Auf diese Weise hat er den ersten Hinweis auf die mathematische Formulierung der Theorie gefunden. Nämlich die Theorie gekrümmter Flächen."

Das Problem: Als Physiker weiß Einstein nicht, wie man mit gekrümmten Flächen rechnen muss, ob es eine Mathematik dafür gibt.

"Und da kam es ihm gelegen, es war wirklich Glück, dass er 1911 einen Ruf an die Universität Zürich bekommen hat, wo sein alter Studienfreund Marcel Grossmann Professor für Mathematik war."

"Der war schon immer wichtig für ihn. Der hatte ihm schon, als er an der ETH Zürich Vorlesungen geschwänzt hat, seine Hefte geliehen, sodass er daraus abschreiben konnte."

"Einstein erzählte Grossmann von seinem Projekt, war sich aber nicht sicher, wie er das umsetzen könnte. Und Grossmann erzählte ihm von einem mathematischen Werkzeugkasten, der wie maßgeschneidert für dieses Projekt ist."

"Einstein musste sich das erst mal alles beibringen. Er hat diese Theorie immer weiter ausgearbeitet, obwohl eigentlich keiner außer ihm selber so richtig dran geglaubt hat, muss man sagen."

Einstein sucht nach den Feldgleichungen - nach jenem Satz mathematischer Formeln, der die Theorie kurz und bündig auf den Punkt bringt. Nur: Die Möglichkeiten sind fast unbegrenzt. Wie soll man in dieser Vielfalt die richtigen Formeln erkennen?

"Das war ein verschlungener Weg. Insbesondere hat die Zusammenarbeit zwischen Einstein und Grossmann in den Jahren 1912 und 1913 sehr vielversprechend angefangen, indem sie die richtige Mathematik schon identifiziert hatten. Aber es ist Ihnen zu dem Zeitpunkt noch nicht gelungen, die endgültigen Gleichungen als solche zu identifizieren, obwohl sie sehr nah dran waren."

"Es gibt ein interessantes Notizbuch Einsteins aus dieser Phase. Und wir haben in der Tat festgestellt, dass Einstein in diesem Notizbuch Gleichungen hin geschrieben hat, die äquivalent sind zu den Feldgleichungen, die er drei Jahre später publiziert hat und die sein größter Erfolg geworden sind."

Die entscheidenden Feldgleichungen. Bereits 1912 notiert Einstein sie, erkennt sie aber schlicht nicht als Lösung. Vielleicht ein Rechenfehler. Vielleicht aber ist Einstein einfach noch nicht soweit.

"Er hatte gewisse Erwartungen davon, wie eine Gravitationstheorie auszusehen hat. Aber diese Erwartungen waren noch verwurzelt in den Vorstellungen des vorigen Jahrhunderts. Und er musste sich erst von gewissen Vorurteilen befreien, was ihm erst drei Jahre später gestattete, zu sehen, dass diese Gleichungen tatsächlich die Lösung des Problems darstellten, das er lösen wollte."

Im Einsteinturm stapft Carsten Denker die Stufen zur Spitze hinauf.

Professor Carsten Denker, Leibniz-Institut für Astrophysik, Potsdam

Professor Carsten Denker, Leibniz-Institut für Astrophysik, Potsdam (Frank Grotelüschen)

"Wir stehen jetzt direkt von den zwei Spiegeln. Über uns befindet sich eine Holzkuppel. Die sieht genauso aus, wie man sich eine Kuppel für ein Teleskop vorstellt. Die muss man durch Muskelkraft aufmachen, damit man nach draußen schauen kann."

Denker greift sich ein Seil und zieht mit einiger Kraft daran.

"Jetzt habe ich gerade den Spalt der Kuppel geöffnet. Die Kuppel ist jetzt noch in der falschen Richtung. Jetzt müssen wir noch ein bisschen Strom haben, Sekunde."

An einem altmodischen Pult legt Denker den Schalter um.

"Jetzt fährt die Kuppel nach Osten. Und jetzt müssen wir die Kuppel so lange drehen, bis wir die Sonne tatsächlich gefunden haben."

Wie in Zeitlupe dreht ein Elektromotor die Kuppel. Dann stoppt sie.

"Jetzt sind wir dort angekommen. Die Sonne steht jetzt westlich, würde dann auf den ersten Spiegel fallen. Vom ersten Spiegel fällt es auf den zweiten Spiegel. Dann geht es senkrecht nach unten."

Carsten Denker geht die Treppe hinab und folgt dem Weg des Sonnenlichts nach unten, in den Keller. Dort ist es dunkel, die Temperatur stabil. Ideale Bedingungen für Einstein und Freundlich, um das Licht genauestens vermessen zu können.

"Jetzt sind wir im Herzen des Einsteinturms. Das optische Labor."

Das Sonnenlicht dringt durch ein Loch in der Kellerdecke und trifft auf einen Spalt in einer Wand. Hinter dem Spalt steht das Messinstrument, der Spektrograph.

Wie ein Prisma spaltet es das Sonnenlicht in seine Regenbogenfarben auf.

"Das sieht so aus, als wenn man einen Ölfilm auf einer Pfütze hat und man verschiedene Farbsäume sehen kann."

Ein Aufbau, der Einsteins vielleicht wichtigstes Werk beweisen sollte, die allgemeine Relativitätstheorie.

"Ich bin zwar im täglichen Leben ein typischer Einspänner. Aber das Bewusstsein, der unsichtbaren Gemeinschaft derjenigen anzugehören, die nach Wahrheit, Schönheit und Gerechtigkeit streben, hat das Gefühl der Vereinsamung nicht aufkommen lassen."

"Ihre Formeln sind lang und kompliziert. Aber sie ist elegant, weil sie mit besonders wenigen Grundannahmen beginnt, aus denen sie dann alle Konsequenzen sauber deduziert."

"Ich beschäftige mich jetzt ausschließlich mit dem Gravitationsproblem. Das eine ist sicher, dass ich mich im Leben noch nicht annähernd so geplagt habe. Rauchen wir ein Schlot, arbeiten wie ein Ross, Essen ohne Überlegung und Auswahl, Spazierengehen leider selten, schlafen unregelmäßig."

Einstein kommt seinem Ziel näher

1915. Einstein ringt - und gewinnt.

"Er scheint gerade in diesen Monaten wirklich wie besessen daran gearbeitet zu haben."

Einstein, inzwischen am Kaiser-Wilhelm-Institut für Physik in Berlin, kommt seinem Ziel näher. Immer weiter engt er den Kreis der in Frage kommenden Gleichungen ein. Doch auch andere sind an der Sache dran, vor allem David Hilbert in Göttingen, einer der genialsten Mathematiker seiner Zeit.

"Im Sommer 1915 lud Hilbert Einstein nach Göttingen ein. Und Einstein gab eine Reihe von sechs Vorträgen."

Einstein entgeht nicht, mit welchem Interesse Hilbert den Vorträgen folgt, wie fachkundig und detailliert er nachhakt.

"Einstein hat sich keine Illusionen darüber gemacht, dass Hilbert ihm in der Mathematik weit überlegen war. Und dass Hilbert jetzt womöglich auf der Zielgeraden an ihm vorbeizieht und die finalen Feldgleichungen vor Einstein publiziert."

"In diesen hektischen Wochen standen sie in einem gewissen Wettbewerb."

"Das hat eine große Rolle gespielt, dass er wie besessen in den letzten Monaten gearbeitet hat."

Bis heute ist nicht restlos geklärt, wer die Gleichungen als Erster hatte – Einstein oder Hilbert. Später jedenfalls wird sich der Mathematiker als fairer Fachkollege erweisen.

"Hilbert hat die Einsteinsche Theorie als Mathematiker interpretiert und weiterentwickelt. Und hat zu keinem Zeitpunkt verleugnet, dass er sich auf Einsteins Arbeiten bezieht."

Einsteins Durchbruch

Im November 1915, nach Monaten fieberhafter Arbeit, der Durchbruch. Einstein hat die komplexe Mathematik der gekrümmten Flächen durchdrungen und kann die Feldgleichungen hinschreiben.

"Dann gab's vier Arbeiten, die er jeweils der Akademie eine Woche nach der anderen in Berlin vorgestellt hat. Und hat sich dann Schritt für Schritt der richtigen Lösung angenähert. Am 25. November 1915 hatte er sie dann schließlich gehabt. Das war die offizielle Geburtsstunde der Theorie."

Der Triumph ist perfekt: Einsteins Ausgangspunkt war eine einfache und plausible Annahme - das Äquivalenzprinzip. Dieses Prinzip hat er konsequent und unbeirrt mit seiner speziellen Relativitätstheorie kombiniert - und ist dabei auf eine höchst verblüffende, unerwartete Erkenntnis gestoßen: Schwerkraft entsteht, indem Raum und Zeit durch die Anwesenheit von Masse gekrümmt werden. Ein Problem kann die neue Theorie sofort lösen - gewisse Abweichungen in der Umlaufbahn des Planeten Merkur. Das klassische Gesetz von Newton vermag diese Schwankungen, nicht zu erklären. Erst Einstein ist dazu in der Lage. Die Fachwelt aber reagiert verhalten.

"Diese allgemeine Relativitätstheorie schien vielen doch eine seltsame Geschichte zu sein. Weil er ein Problem gelöst hat, das andere nicht mal als Problem angesehen haben."

"Es gab einige Leute, die ganz klar gesehen haben: Das ist jetzt ein großer Wurf. Aber das war nicht die Mehrzahl der Physiker und auf jeden Fall auch nicht die allgemeine Öffentlichkeit."

"Selbst so berühmte Leute wie der Nobelpreisträger Max von Laue, eng befreundet mit Einstein, haben gedacht: Ach, das ist so kompliziert, das kann nicht richtig sein."

Einstein ist enttäuscht. Auf die breite Anerkennung seines Werkes muss er noch Jahre warten.

"Von einem Naturgesetz wird ausnahmslos Gültigkeit verlangt. Man verwirft es, wenn man davon überzeugt ist, dass eine seiner Folgerungen mit einer einzigen Erfahrungstatsache unvereinbar ist. Das Faszinierendste an Einsteins Theorie ist, wie gründlich sie durch Experimente überprüft ist. Bis heute haben wir nicht das geringste Indiz gefunden, dass etwas an ihr falsch sein könnte.

"Es wäre dringend zu wünschen, dass sich Astronomen der hier aufgerollten Frage annähmen, auch wenn die Überlegungen ungenügend fundiert oder gar abenteuerlich erscheinen sollten."

Superstar Einstein

1919. Eddington liefert den Beweis.

"Das war eine sehr aufregende Geschichte. Gerade zu der Zeit, 1919, ein Jahr nach dem Ersten Weltkrieg: Ein englischer Wissenschaftler schlägt sich auf die Seite eines deutschen Wissenschaftlers, um Newton vom Thron zu stoßen. Und dann auch noch mithilfe einer Safari nach Afrika, um eine Sonnenfinsternis zu beobachten. Es war einfach eine sehr gute Story."

Es gibt ein Problem mit Einsteins neuer Theorie: Für den Alltag auf der Erde scheint sie damals ohne Belang. Denn auf der Erde sind die Massen so klein, dass sie die Raumzeit nur unmerklich krümmen. Hier scheint sich die Schwerkraft perfekt mit dem Gesetz von Newton beschreiben zu lassen - Einstein braucht man nicht. Anders bei der Sonne: Sie ist derart massiv, dass sie die Raumzeit messbar krümmen sollte. Also wagt Einstein eine spektakuläre Prognose: Bei einer Sonnenfinsternis müsste sich zweifelsfrei messen lassen, wie die Sonne das Licht entfernter Sterne ablenkt. Im Mai 1919 ergibt sich die Gelegenheit. Der britische Astronom Arthur Eddington reist nach Westafrika, um eine totale Sonnenfinsternis zu beobachten. Seine Aufnahmen widerlegen die Zweifel. Einsteins allgemeine Relativitätstheorie gilt als bestätigt.

"Das hat Einstein zum Superstar gemacht."

Über die Sensation berichten Zeitungen in aller Welt. Albert Einstein wird zur Legende - und das nicht nur wegen seiner Glanztaten in der Wissenschaft.

"Einstein hatte sich im Krieg nicht so verhalten wie viele seiner Kollegen. Er hat diesen Hurra-Patriotismus nicht mitgemacht. Er hat sich für eine europäische Verständigung eingesetzt. Das war ein Symbol der Hoffnung für die Menschen. Und Einstein stand dafür."

"Man müsste hier die Stühle durchprobieren und könnte dann von sich behaupten, auf einem Stuhl gesessen zu haben, auf dem auch Einstein gesessen hat."

1924 war das Teleskop im Einsteinturm fertig, erzählt Carsten Denker. Umgehend machte sich Astronom Erwin Freundlich an die Arbeit, suchte in den Spektrallinien des Sonnenlichts nach der verräterischen Rotverschiebung - in der Hoffnung, einen weiteren Beweis für Einsteins Theorie zu liefern. Doch die Linien zeigten keinerlei Verschiebung.

"Deshalb war das Ergebnis, was man hier gemessen hat: Man hat nichts gemessen."

Einstein und Freundlich waren enttäuscht, sie konnten sich das Resultat partout nicht erklären. Steckte ein Messfehler dahinter, oder war was faul an der Theorie? Doch der Grund lag, was später herauskam, woanders. Auf der Sonne herrschen Turbulenzen, laufend steigen heiße Gasblasen auf. Und die verschieben die Spektrallinien ins Blaue - und zwar ausgerechnet so, dass sie gesuchte Rotverschiebung egalisieren. Einstein und Freundlich hatten also gar keine Chance, den Effekt zu messen. Das gelang erst 1959 in den USA. Dennoch: Vergebens war der Bau des Einsteinturms nicht, sagt Carsten Denker.

"Dieses Teleskop ist sehr gut gewesen - eines der besten Teleskope in der Welt, um Sonnenforschung zu betreiben. Man hat sich Sonnenflecken angeschaut und was sonst auf der Sonne passiert."

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Ein Sonnenspektrum im Einsteinturm in Potsdam (Frank Grotelüschen)

Und auch heute noch nutzen die Forscher den ungewöhnlichen Turm ab und zu - als Teststand für moderne Sonnenteleskope.

"Es ist mir genug, diese Geheimnisse staunend zu ahnen und zu versuchen, von der erhabenen Struktur des Seienden in Demut ein mattes Abbild geistig zu erfassen."

"Es ist der wertvollste Fund, den ich in meinem Leben gemacht habe."

"Heutzutage erklärt die Einsteinsche Relativitätstheorie weit mehr als alles, was man früher glaubte, mit Gravitation erklären zu können - extreme Zustände von Materie."

1919 gilt die allgemeine Relativitätstheorie als bewiesen - der endgültige Durchbruch für Einstein. Dennoch führt sie jahrzehntelang ein Exotendasein. Andere Themen scheinen wichtiger, die Quantenmechanik oder die Kernphysik. Das ändert sich erst ab den 50er-Jahren. Jetzt beobachten die Astronomen mit ihren immer besseren Teleskopen plötzlich Phänomene, die ohne Einstein nicht zu erklären sind. Quasare, Neutronensterne, schwarze Löcher, der Urknall: Kosmische Gewaltakte, bei denen unvorstellbare Massen die Raumzeit so stark krümmen, dass Newton kläglich versagt.

"Man spricht von der Renaissance der 50er- und 60er-Jahre, und dann den goldenen 70er-Jahren der Relativitätstheorie. Wo die Relativitätstheorie mit Begriffen wie Big Bang und Black Hole in aller Munde war."

Auswirkungen auf heute

Heute wirkt sich die Theorie sogar auf unseren Alltag aus: Atomuhren würden ohne Einstein deutlich ungenauer sein, und damit auch die Navis in Handys und Autos. Und nicht nur deshalb gilt sie als ein Grundpfeiler der Physik - und als Einsteins größtes Meisterwerk.

"Was mich wirklich fasziniert, dass diese Theorie aufgrund so weniger intuitiver Hinweise entstanden ist."

"Es ist sicherlich eine der Leistungen Einsteins, die am meisten die Physik beeinflusst haben."

"Die allgemeine Relativitätstheorie geht ganz auf Einsteins Ideen zurück. Das war so originell, dass es überhaupt nicht klar ist, wenn Einstein das nicht getan hätte, ob es nicht 100 Jahre länger gedauert hätte, bis jemand anderes auf diese Idee gekommen wäre."

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