Vor 100 Jahren veränderten Einstein und eine Sonnenfinsternis die Physik für immer

Am 29. Mai 1919 veränderte eine Sonnenfinsternis unsere Vorstellung von der Schwerkraft für immer, schrieb die Gesetze der Physik neu und machte einen 40-jährigen Wissenschaftler mit wildem Haar zu einer globalen Berühmtheit – der Verkörperung wissenschaftlichen Genies.

Es war ein sehr guter Tag für Albert Einstein.

Die Sonnenfinsternis über Südamerika und Afrika im Jahr 1919 lieferte den direkten Beweis für Einsteins verblüffende Gravitationstheorie. Er schlug 1915 vor, dass die Schwerkraft keine gespenstische Kraft sei, die im Raum wirkt, sondern vielmehr ein Wesensmerkmal von Raum und Zeit sei.

Schwerkraft ist die Verformung und Krümmung der Struktur des Universums.

Einsteins Theorie – die Allgemeine Relativitätstheorie - wurde vom Physiker J.J. gefeiert. Thomson als „eine der größten Errungenschaften des menschlichen Denkens“.

Es wurde im Laufe des Jahrhunderts durch viele weitere Beobachtungen bestätigt, einschließlich der Entdeckung von Gravitationswellen und das erste Bild von a schwarzes Loch gerade dieses Jahr. Er knackte einen grundlegenden Code des Universums.

Und doch: Irgendetwas stimmt nicht.

Obwohl Einstein das letzte Wort darüber zu haben schien, wie das Universum aufgebaut ist, haben neuere Untersuchungen des Weltraums und des Innenlebens von Atomen Stellen gefunden, an denen die Theorie scheitert.

Einsteins Gleichungen legen beispielsweise nahe, dass Materie und Energie im Inneren eines Schwarzen Lochs so komprimiert werden, dass sie eine unendliche Dichte erreichen. Aber was bedeutet das? Die Theoretiker vermuten, dass dies bedeutet, dass sie eine bessere Theorie brauchen.

„Über diesen Punkt hinaus kann man nichts mehr berechnen, sobald die Zahlen unendlich werden.“ „Sie haben jegliche Kontrolle verloren“, sagt Emil Mottola, theoretischer Physiker am Los Alamos National Laboratory.

„Das heißt nicht, dass die Natur das nicht kann, aber es ist sehr verdächtig.“

Das gleiche Problem tritt auf, wenn Kosmologen die Filmspule der Expansion des Universums in den letzten 13 Milliarden Jahren zurückspulen und den Anfang von Zeit und Raum erreichen, den sogenannten Urknall . Einsteins Theorie funktioniert bei der Schöpfung nicht ganz.

Bekanntermaßen – zumindest unter theoretischen Physikern – generelle Relativität erklärt nicht, wie die Schwerkraft im kleinsten Maßstab, im Bereich subatomarer Teilchen, funktioniert.

Dunkle Materie wurde nie direkt beobachtet, aber seine Existenz wird durch seine Gravitationseffekte, beispielsweise auf die Bewegung von Sternen in Galaxien, abgeleitet. Möglicherweise könnte es sich um eine Art Modifikation der Gravitationskraft handeln, die von Einstein nicht vorhergesagt wurde, sagte Lee Smolin, ein Theoretiker am Perimeter Institute.

Dunkle Energie , ein weiteres kosmisches Rätsel, ist, was die Beschleunigung der Expansion des Universums antreibt. Diese scheinbare Antigravitationsbeschleunigung wurde erst Ende der 1990er Jahre entdeckt und deutet stark darauf hin, dass sich das Universum für immer ausdehnen wird. Warum passiert das also?

„Wir wissen es nicht. Deshalb nennen wir es „dunkle Energie“, sagt Gabriela Gonzalez, Professorin für Physik und Astronomie an der Louisiana State University.

„Ich denke, es gibt viele Rätsel, deren Lösung ich im Laufe meines Lebens zu finden hoffe“, sagte sie. „All diese Dinge brauchen Theorien, die durch Experimente bestätigt werden können.“ Sie brauchen Theorien, die Vorhersagen haben.“

Das bringt uns zurück zu Einstein und der Sonnenfinsternis.

Einstein war 1905 mit einer Reihe erstaunlicher Arbeiten aus der Dunkelheit aufgetaucht, die die klassischen Vorstellungen von Zeit und Raum zunichte machten. Sein größter Erfolg gelang ihm jedoch ein Jahrzehnt später, im Jahr 1915, als er die Gleichungen beschrieb, die die Schwerkraft regeln.

Er hatte ein grundlegendes Merkmal des Universums herausgefunden, indem er lediglich verwendet hatte die Kraft seines Gehirns . Aber war es wahr? Was wäre, wenn seine Gleichungen nur eine mathematische Einbildung wären, etwas, das auf dem Papier schick aussah, aber nicht der physikalischen Realität entsprach?

Einstein schlug einen experimentellen Test vor. Eine Sonnenfinsternis würde das Licht der Sonne blockieren und es Wissenschaftlern ermöglichen, Sternenlicht zu untersuchen, das nahe an der Sonne vorbeizieht. Seine Theorie sagte voraus, dass das Gravitationsfeld der Sonne das Sternenlicht im Vergleich zu den klassischen Gravitationstheorien um einen bestimmten Betrag verdrängen würde.

Der britische Astronom Arthur Eddington leitete eine Expedition zur Beobachtung der Sonnenfinsternis von zwei Orten aus, einem in Brasilien und einem auf der Insel Principe nahe der afrikanischen Küste.

Die Sterne standen hinter Einstein.

Als der königliche Astronom Sir Frank Dyson im November desselben Jahres die Ergebnisse bekannt gab, brachten die Zeitungen Schlagzeilen und Einstein wurde auf der ganzen Welt berühmt.

In seiner Einstein-Biographie erzählt der Autor Walter Isaacson von einem Austausch zwischen Einstein und einer Doktorandin, Ilse Schneider, als die Nachricht kam, dass die Theorie bestätigt worden sei. Sie fragte ihn, wie sie sich später erinnerte, was er gedacht hätte, wenn die Beobachtungen der Sonnenfinsternis seiner Theorie widersprochen hätten.

„Dann hätte mir der liebe Gott leidgetan; „Die Theorie ist richtig“, sagte Einstein.

Mottola weist darauf hin, dass Raum und Zeit seit den Tagen von Euklid und Aristoteles als passive Bühne für die Ereignisse im Universum angesehen wurden, unbeeinflusst vom Kommen und Gehen von Planeten und Sternen. Aber Einstein sagte, das sei nicht so: Raum und Zeit würden von Materie beeinflusst, und selbst Licht müsse der Geometrie des gekrümmten Raums gehorchen.

Die moderne Welt ist darauf angewiesen, diese kosmische Wahrheit zu akzeptieren. Flugbahnen von Raumfahrzeugen müssen die allgemeine Relativitätstheorie berücksichtigen. Das gilt auch für GPS. Das Gleiche gilt für militärische Angriffe.

Einsteins Theorie hatte erstaunliche Auswirkungen auf exotische Dinge da draußen im Universum, nicht zuletzt auf exotische Dinge Schwarze Löcher . Die vielleicht eindringlichste moderne Bestätigung Einsteins kam mit der Entdeckung von Gravitationswellen von kollidierenden Schwarzen Löchern .

Einstein hatte die Existenz von Gravitationswellen vorhergesagt; Ein Jahrhundert später fanden Wissenschaftler sie.

Dem Universum gehen die Überraschungen nicht aus, und die theoretischen Physiker bleiben im Geschäft. Die Fragen werden mit der Zeit nicht einfacher. Als Mottola gefragt wird, was genau zu Beginn des Universums passiert ist, antwortet er: „Manchmal muss man sagen, dass man es nicht weiß.“

2019 © Die Washington Post

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Die Washington Post .