Wissenschaft

Einsteins "Wunderjahr", 100 Jahre später

100 Jahre sind seit seinem annus mirabilis vergangen, die das Verständnis des Universums revolutionierten. Donnerstag, 9 November

Von Stefan Lovgren

Hundert Jahre sind seit Albert Einsteins annus mirabilis vergangen, dem „Wunderjahr“, während dem der damals 26-jährige Beamte eine Reihe von Abhandlungen verfasste, die das Verständnis des Universums revolutionierten.

Zur Feier des Jahres haben die Vereinten Nationen das Jahr 2005 zum Jahr der Physik ausgerufen. Natürlich gab es auch seit Einsteins Zeit bahnbrechende wissenschaftliche Entwicklungen. In ihrem Herzen funktioniert die Wissenschaft jedoch noch immer in jenem Rahmen, den Einstein vor einem Jahrhundert gestaltet hat.

„Er hat die Wissenschaft nicht nur verändert, sondern auch die ganze Art und Weise, wie man sie angeht“, sagt Gerald Holton, Physikprofessor und Einstein-Gelehrter an der Harvard Universität in Cambridge, Massachusetts. „Er hat nicht versucht, Lösungen für kleine Probleme zu finden, sondern die ganze Physik unter ein Dach zu bringen.“

E = MC²

Einstein, der in Deutschland geboren wurde, arbeitete eigentlich als kleiner Beamter beim Schweizer Patentbüro in Bern, als er seine radikalen Theorien konzipierte, die später zur Grundlage der modernen Physik werden sollten.

Er reichte seine Abhandlungen bei den "Annalen der Physik" ein, dem führenden deutschen Fachmagazin zu der Zeit.

In einer Arbeit, die er im Mai 1905 geschrieben hatte, zeigte Einstein, wie die Existenz von Atomen – eine Idee, die heiß debattiert wurde, aber weit davon entfernt war, universell akzeptiert zu sein – nachgewiesen werden konnte, indem man die Zitterbewegungen mikroskopischer Teilchen in einem Wasserglas maß. Dieser Vorgang, die Messung der sogenannten Brownschen Bewegung, gab Wissenschaftlern eine Möglichkeit zum Zählen von Atomen, indem sie durch ein einfaches Mikroskop schauten.

Im Juni des Jahres präsentierte Einstein die Relativität, eine Theorie von Zeit, Entfernung, Masse und Energie. Er legte die Geschwindigkeit des Lichts als universelle Geschwindigkeitsbegrenzung fest und zeigte auf, dass Entfernung und Zeit nicht absolut sind, sondern von Geschwindigkeit abhängen.

„Bis zu Einsteins Arbeiten klammerten sich die Leute an dieser Idee fest, dass Zeit etwas Unveränderliches ist“, sagt Clifford Will, Physikprofessor an der Universität Washington in St. Louis, Missouri. „Einstein hat von der Perspektive aus gearbeitet, dass Zeit einfach das ist, was Uhren messen, nicht mehr (Will ist der Autor von "... und Einstein hatte doch recht".)

In einem dreiseitigen Zusatz zu der Theorie, die im September 1905 vervollständigt wurde, leitete Einstein seine berühmte Gleichung E = mc² ab. Sie besagt, dass die Energie eines Körpers gleich dessen Masse mal Lichtgeschwindigkeit zum Quadrat ist.

QUANTENMECHANIK

Trotzdem war es seine erste Abhandlung, geschrieben im März, die vermutlich seine revolutionärste war.

Darin argumentiert Einstein, dass Licht keine Welle ist, wie die meisten Physiker es bis dahin vermutet hatten, sondern ein Strom kleiner Energiepakete, die inzwischen als Photonen bezeichnet werden. Das half dabei, den photoelektrischen Effekt zu erklären (die Loslösung von Elektronen durch bestimmte Materie, wenn sie Licht oder Strahlung ausgesetzt wird).

Für diese Theorie gewann Einstein 1921 den Nobel-Preis und half dabei, eine Grundlage für die Quantentheorie zu schaffen, die besagt, dass die Physik keine eindeutigen Vorhersagen treffen kann. Sie kann nur die Wahrscheinlichkeit dafür berechnen, dass Ereignisse auf die eine oder andere Weise geschehen werden.

Die Quantentheorie mit ihren statistischen Beschreibungen der Natur auf subatomarer Ebene war richtig, wie sich herausstellte.

Einstein jedoch lehnte die Unvorhersehbarkeit der Quantenmechanik ab. Ein berühmtes Zitat von ihm ist „Gott würfelt nicht.“ Stattdessen betrachtete er sie einfach als einen Weg zu einer tieferen und vollständigen Beschreibung des Universums.

„Er konnte nicht akzeptieren, dass so tief verwoben im Gewebe des Universums ein Element der Unsicherheit sein sollte“, sagt Brian Greene, Professor für Physik und Mathematik an der Universität von Columbia, New York. „Er hatte gehofft, das probabilistische System der Quantenmechanik wäre einfach ein Zwischenschritt, den Physiker in ihrer Forschung erreicht hätten. Aber das scheint nicht der Fall zu sein“, erklärt Greene, der den Bestseller "Das elegante Universum: Superstrings, verborgene Dimensionen und die Suche nach der Weltformel" geschrieben hat.

EINHEITLICHE THEORIE

Holton, der Harvard-Physiker, sagt, es sei ein Fehler, Einsteins Abhandlungen separat zu betrachten.

„Sie zeigen alle dieselbe Motivation“, erklärt er. „In den allerersten Zeilen [von Einstein] sagt er, dass etwas nicht stimmt mit der Art und Weise, wie wir die Natur begreifen ... dass es mikroskopische Körper gibt, die groß genug sind, um sie zu sehen, und eine submikroskopische Welt von Atomen und Molekülen, die wir nicht sehen können. Einstein sagte ‚Nein, es darf nur eine Art von Physik geben, Gott hätte keine zwei Arten von Physik geschaffen.‘“

Einstein war überzeugt, dass eine einheitliche Theorie die Ordnung des Universums erklären könnte.

„Seine Herangehensweise an die Physik war das Finden von Verbindungen zwischen Dingen, die als voneinander getrennt betrachtet wurden“, sagt Greene. „Sein letztendliches Ziel war es, eine Verbindung zwischen all den Kräften der Natur zu finden.“

Einstein Suche nach der Weltformel blieb jedoch erfolglos. Aber viele Leute glauben, dass Stringtheoretiker wie Greene Einsteins natürliche Nachfolger sind.

Die Stringtheorie ist ein physikalisches Modell, welches besagt, dass die grundlegenden Bausteine des Universums vibrierende Stränge von Energie in jedem Teilchen sind.

„Wir führen definitiv ein Programm weiter, mit dem Einstein begonnen hat“, sagt Greene. „Ob wir damit auf dem richtigen Weg sind, weiß ich nicht. Aber falls sie sich als korrekt erweist, wäre es die Art von Theorie, nach der Einstein 30 Jahre lang gesucht hat, ohne sie je zu finden. Das wäre dann schon eine wirklich tolle Sache.“

Artikel in englischer Sprache veröffentlicht am 15. April 2005

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