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TITEL A LBERT EINSTEIN
Stillstand unterscheiden kann. Zwar sieht
man draußen die Bäume am Fenster vorbeiziehen.
Aber ob die Landschaft am
stillstehenden Zug vorbeirast oder umgekehrt,
lässt sich nicht sagen. „Wann
hält Ulm an diesem Zug?“, soll Einstein
bei einer Reise einmal gefragt haben. Dieses
Zitat mag erfunden sein, doch es ist
eine gute Illustration für das Relativitätsprinzip,
ein Fundament von Einsteins
Theorie: Wenn man zwei physikalische
Situationen nicht unterscheiden kann,
muss man sie als gleichwertig betrachten,
und alle Naturgesetze müssen in beiden
dieselbe Form haben.
Wenn man nun im Eisenbahnwaggon
gemächlich nach vorne spaziert, hat man
– bezogen auf den Zug – eine geringe Geschwindigkeit.
Vom Bahnsteig aus gesehen,
an dem der Zug vorbeidonnert, ist
man aber rasend schnell: Denn die Geschwindigkeit
des Gehens addiert sich
zur Geschwindigkeit des Zuges.
Bei der Lichtgeschwindigkeit allerdings
ist das anders: Sie ist in jedem Bezugssystem
gleich. Dieser Grundsatz ist der Kern
der speziellen Relativitätstheorie. Die
Lichtgeschwindigkeit ist etwas ganz Besonderes.
Sie ist eigentlich gar keine Geschwindigkeit
im alltäglichen Sinn, denn
kein Objekt im Universum kann die Lichtgeschwindigkeit
erreichen. Die Lichtgeschwindigkeit
ist eine Naturkonstante.
In der Geometrie verwendet man für
alle drei Raumdimensionen dieselben
Einheiten. Es wäre unsinnig, Länge und
Breite eines Zimmers in Metern anzugeben
und die Zimmerhöhe in Fuß. Doch
in der vierdimensionalen Raumzeit, die
laut Einstein aus den drei Raumdimensionen
und der Zeitachse gebildet wird,
machen wir genau diesen Fehler: Wir
messen die räumlichen Achsen in Metern
und die zeitliche in Sekunden. Eigentlich
sollte man zuerst das eine in das
andere umrechnen – und das gelingt mit
der Lichtgeschwindigkeit. In der Astronomie
verwendet man gerne das Lichtjahr
als Entfernungsangabe. Mithilfe des
Lichts wird aus dem Zeitmaß „Jahr“ ein
Längenmaß. Die Lichtgeschwindigkeit ist
der Umrechnungsfaktor zwischen Raum
und Zeit, so wie man mit fest definierten
Faktoren Kilogramm in Pfund oder Meter
in Yards umrechnen kann.
Angenommen, ein Zug rast auf eine
Stelle zu, in der ein Blitz einschlägt. Der
Lokführer im Zug misst die Geschwindigkeit,
mit der sich der Lichtblitz nähert,
und ein Beobachter auf dem Bahnsteig
daneben macht dasselbe. Müsste dann
nicht der Beobachter im Zug, der dem
Blitzlicht entgegenfährt, eine höhere
Lichtgeschwindigkeit messen als der ruhende
Kollege auf dem Bahndamm? Und
müsste man in einem Zug, der dem Licht
des Blitzes davoneilt, nicht eine langsamere
Lichtgeschwindigkeit beobachten?
Nein, erklärte Einstein: Wenn verschiedene
Bezugssysteme physikalisch gleichwertig
sind, gibt es keinen Grund, warum
ein Beobachter die „wahre“ Lichtgeschwindigkeit
messen soll, und der andere
eine durch die eigene Bewegung verfälschte
Geschwindigkeit. Alle würden
exakt auf denselben Wert kommen. Damit
war die Idee von der invarianten, beobachterunabhängigen
Lichtgeschwindigkeit
geboren: Diese ist das wahrhaft
„Absolute“ in Einsteins Modell.
NIELS BOHR UND
ALBERT EINSTEIN (1930)
Der Vater der Relativitätstheorie
(re.) und
einer der wichtigsten
Pioniere der Quantenphysik.
Beide erhielten
Nobelpreise.
22 profilwissen 3 • 30. September 2015