Die perfekte Theorie Buchzusammenfassung - das Wichtigste aus Die perfekte Theorie

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Zusammenfassung von Die perfekte Theorie

Name: Die perfekte Theorie
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Author: Pedro G. Ferreira

Pedro G. Ferreira

Das Jahrhundert der Genies und der Kampf um die Relativitätstheorie

4.4 (204 Bewertungen)

27 Min.

Inhaltsübersicht

Die perfekte Theorie
in 9 Kernaussagen verstehen

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Kernaussage 1 von 9

Was drin ist für dich: Der Lebensweg einer grandiosen Theorie.

Albert Einstein war und ist der Star der Wissenschaft. Wir alle kennen das Bild des sympathischen Wuschelkopfs mit herausgestreckter Zunge. Und selbst wenn wir sämtliche Physikstunden der Schultage vergessen und verdrängt haben, das E = mc² können wir dennoch im Schlaf. Keine andere Formel hat so viele Fans, schmückt so viele T-Shirts, Buttons und Sticker. Aber warum eigentlich?

Ganz einfach: Die Formel ist heute Sinnbild für Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie – und die ist schlicht faszinierend. Vor über hundert Jahren stellte sie die bisherige Physik auf den Kopf und eröffnete einen völlig neuen Blick auf die Wunder des Weltalls. Plötzlich gab es nicht mehr nur Sterne und Planeten, sondern auch Schwarze Löcher und Weiße Zwerge.

Diese Blinks sind eine Chronik der Allgemeinen Relativität. Sie erzählen die Meilensteine der Theorie, ihren Wandel über die Zeit und ihre schönsten Geschichten. Und sie werden dir zeigen, warum Einsteins Meisterstück einem echten Kunstwerk in nichts nachsteht.

In diesen Blinks wirst du außerdem herausfinden,

wie ein Büro für theoretische Physik in eine kleine Schublade passt,
warum Schwarze Löcher nicht ganz schwarz sind, und
wie der Urknall klingt.

In fantasievollen Stunden und auf kleinen Zetteln wuchs Einsteins Relativitätstheorie heran.

„Ein ganz gescheiter Junge“ sei Albert Einstein, bemerkte einst einer seiner Professoren. Allein einen großen Fehler habe er: Nichts wolle er sich sagen lassen. Und als ihm sein Diplomvater an der Universität Zürich ein eigens ausgewähltes Thema verwehrte, hatte der junge Genius schon keine Lust mehr. Lieblos kritzelte er eine Arbeit zusammen und glanzlos wurde die Note. An eine nachfolgende universitäre Anstellung war nicht zu denken. Stattdessen führte es Einstein nach seinem Abschluss an das Schweizer Patentamt in Bern.

Das sollte sich für die Weltgeschichte als großes Glück erweisen. Denn dort fand Einstein wieder Lust an der Physik. Während der Arbeit vertiefte er sich in Gedankenexperimente und entwarf die Grundzüge seiner Relativitätstheorie.

Eigentlich hatte Einstein eine volle Stelle. Täglich von 8 bis 18 Uhr sollte er an den Erfindungen anderer tüfteln und diese prüfen. Aber die Pflichten ließen sich in wenigen Stunden erledigen. Während der restlichen Zeit widmete sich Einstein, wie er selbst scherzte, seinem kleinen „Büro für theoretische Physik“, das er in der unteren Schublade seines Schreibtisches verbarg. Dort sammelten sich die Notizen zu seinen Überlegungen an.

Im Jahr 1905 dann waren seine Schriften publikationsreif. Einstein veröffentlichte zwei unter Physikern für Aufsehen sorgende Artikel. Der erste formulierte die Erkenntnis, dass Licht und Materie gleiche Eigenschaften aufwiesen. So wie Materie besteht auch Licht aus kleinen Energiepaketen, die wir heute Photonen nennen. Der zweite Artikel behandelte das Relativitätsprinzip. Hier entwarf Einstein seine vorläufige Spezielle Relativitätstheorie.

Ausgangspunkt dieser revolutionären Gedanken war ein physikalisches Dilemma. Die neueren Erkenntnisse Michael Faradays und James Clerk Maxwells über die Elektrizität und den Magnetismus widersprachen der klassischen Physik nach Galileo Galilei und Isaac Newton. Newtons Bewegungsgesetze und der Elektromagnetismus wollten nicht recht zueinanderpassen. Denn je nach Bezugssystem eines Betrachters schienen die Gesetze der Physik verschieden zu sein. Befand sich z.B. ein Betrachter in Bewegung und ein anderer stand still, so konnte theoretisch der eine elektromagnetische Kräfte wahrnehmen, der andere aber nicht.

Einstein versuchte dieses Dilemma zu lösen. Dazu formulierte er zwei Postulate, auf denen seine Relativitätstheorie aufbauen sollte. Erstens mussten die Gesetze der Physik in jedem Bezugssystem dieselben sein. Und zweitens musste dafür die Geschwindigkeit des Lichts immer denselben Wert von rund 300.000 km/s annehmen.

Auf diesen Grundannahmen baute Einsteins Spezielle Relativitätstheorie auf, die damit das physikalische Dilemma lösen konnte. Doch schon tat sich ein neues Problem auf: Newtons Gravitationslehre und die Spezielle Relativität – sie wollten einfach keine Freunde werden.

Der Speziellen Relativitätstheorie folgte die Allgemeine Relativitätstheorie, die bald ihre erste Prüfung bestand.

Es war noch gar nicht lange her, dass die Universität Zürich Einstein als starrköpfigen Studenten die akademische Karriere verweigerte, da öffnete ihm sein Artikel über die Spezielle Relativität wieder die Tore zur Universität. Schon bald darauf bekam er 1908 eine Stelle als Privatdozent an der Universität in Bern und vier Jahre später wurde er Professor in Zürich. Endlich konnte er sich ungestört den ungelösten Fragen seiner Theorie zuwenden.

Die größte aller ungelösten Fragen, das war die Gravitation. Wie konnte er Newtons fallenden Apfel mit seiner Relativität vereinen? Volle zehn Jahre sollte Einstein die Gleichungen drehen, wenden und neu aufstellen. 1915 kam dann endlich der Durchbruch. Nach mühsamer Arbeit gelang ihm die Ausarbeitung einer vervollständigten Allgemeinen Relativitätstheorie.

Einstein wünschte sich ein statisches Universum, doch es zeigte sich dynamisch.

Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie steht heute in ihrer Bedeutung und Schönheit mit großen Kulturgütern wie den Cellosuiten Bachs, den Versen Shakespeares oder der Sixtinischen Kapelle auf einem Rang. Doch anders als die Fresken Michelangelos, die auf ewig in die Gewölbe gemalt sind, wandelte sich das Bild von Einsteins Werk. Zunehmend entzog es sich dem Pinselstrich des Meisters.

Einstein nahm an, dass alle Materie und Energie im Universum gleichmäßig verteilt sind. Das war plausibel. Und dennoch war der Gedanke folgenschwer. Denn Einsteins Gleichungen – die sogenannten Feldgleichungen, die das Fundament der Relativitätstheorie bilden – erforderten wiederum, dass das Universum in Bewegung sein müsste. Nirgends konnte Stillstand sein, zu keiner Zeit.

Die Mathematik führte die Relativitätstheorie ins Absonderliche, und Einsteins Tod sie ins Abseits.

In der Wüste von Los Alamos wurde der amerikanische Physiker Robert Oppenheimer berühmt. Dort zündete im Zweiten Weltkrieg seine Arbeitsgruppe des streng geheimen Manhattan Projects die erste Atombombe der Welt. Ein zweifelhafter Ruhm also. Aber Oppenheimer war einer der besten Physiker der Zeit. Und so wundert es nicht, dass auch er sich zunächst mit Einsteins Allgemeiner Relativität beschäftigt hatte. Er war einer weiteren mathematischen Kuriosität der Theorie auf der Spur – den Schwarzen Löchern.

Oppenheimer fragte sich, wie der Lebenszyklus eines massereichen Sterns endete. Er stolperte dabei über eine Lösung, die so merkwürdig wie unbegreiflich schien und doch aus Einsteins Formeln folgen musste. War ein Stern nur groß und schwer genug, würde er in sich zusammenstürzen und ein mysteriöser Schleier würde ihn umgeben, der ihn unsichtbar machte.

Der Urknall ließ sich hören und das Mysterium der Schwarzen Löcher ließ sich lichten.

War die Allgemeine Relativität mit Einsteins Tod in einen tiefen Schlummer gesunken, so kam sie etwa zehn Jahre später mit einem Paukenschlag zurück auf die Weltbühne: Denn der Urknall ließ sich hören!

Alles begann damit, dass die beiden amerikanischen Physiker Arno Penzias und Robert Wilson ein paar Antennen auf dem Gebäude der Bell Labs in New Jersey aufstellten. Sie hofften, die Milchstraße zu kartieren, mussten dafür aber erst die Präzision ihrer Instrumente testen. Also richteten sie die Antennen zunächst dorthin, wo es ganz still war – ins himmlische Nichts.

Die Physiker waren auf der Suche nach der neuen großen Theorie – und nach kleinen Wellen.

Die Physik des 20. Jahrhunderts erreichte zwei Meilensteine. Zum einen war da natürlich die Allgemeine Relativität, die den Menschen das große weite Universum der Sterne und Galaxien eröffnete. Zum anderen war da die Quantentheorie, die Einblick in die Welt der kleinsten Teilchen gab. Ein Wermutstropfen aber blieb: So schön die beiden Theorien waren, so schwierig ließen sie sich vereinen.

So begannen die Physiker ihre Suche nach einer einheitlichen Theorie der Naturkräfte, einer Grand Unified Theory.

In der Quantisierung der Schwerkraft rivalisieren zwei Ansätze – die Stringtheorie und die Schleifenquantengravitation.

Nun sag, wie hältst du’s mit der Gravitation? Das ist die Gretchenfrage der Physik.

Bis heute ist der Physik keine einheitliche Theorie aller Naturkräfte gelungen. Der Vereinigung der Schwerkraft mit der Quantentheorie aber ist sie ein großes Stück näher gekommen – genauer gesagt zwei große Stücke. Denn heute gibt es zwei Erklärungsansätze zur Quantisierung der Gravitation, einen kanonischen und einen kovarianten Ansatz. Und um diese zoffen sich die Physiker!

Einstein und Newton: Sie könnten ein Schicksal teilen.

Die Allgemeine Relativitätstheorie gilt vielen Physikern als heilige Schrift und ihr Wort ist unantastbar. Eine Anpassung auf die Quantentheorie im Kleinen, das war noch verkraftbar. Aber Einsteins Theorie im Großen zu verändern grenzt für seine Jünger an Gotteslästerung. Und so runzeln nicht wenige Forscher die Stirn bei dem Gedanken einer Neuformulierung von Einsteins Gravitation. Ganz unnötig sei das und unschön obendrein. Die Natur aber mag da anderer Meinung sein.

Die Physikergemeinschaft sollte akzeptieren, dass auch Einsteins Allgemeine Relativität eines Tages nicht mehr zeitgemäß sein könnte. Ganz ohne Frage ist die Theorie ein grandioser Erfolg. Über hundert Jahre nach ihrer Konzeption aber braucht es frischen Wind. Denn in den sehr kleinen und sehr großen Skalen oder Situationen äußerst starker oder schwacher Gravitation scheint sie an ihre Grenzen zu stoßen oder gar zu versagen.

Zusammenfassung

Die Kernaussage dieser Blinks ist:

Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie revolutionierte die Physik. Stellte einst Kopernikus die Wissenschaft auf den Kopf und die Sonne in den Mittelpunkt des Himmels, so stürzte auch Einstein das vertraute Bild der Welt. Die Allgemeine Relativität hat uns so viel über das Universum gelehrt – doch jede Theorie hat Grenzen und alle haben ihre Zeit. Nach Kopernikus kam Newton, nach Newton kam Einstein. So ist die Relativitätstheorie nicht das Ende der Geschichte. Vielleicht werden wir bald Zeugen der Geburt einer neuen Theorie.

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Worum geht es in Die perfekte Theorie?

Einsteins Relativitätstheorie öffnet uns die Tore zum Universum, zum Beginn der Zeit und der Entstehung der Sterne und Galaxien. Vor über hundert Jahren erdacht, gilt sie noch heute vielen als Die perfekte Theorie (2019). Diese Blinks erzählen die Geschichte hinter der Allgemeinen Relativitätstheorie. Sie beschreiben, wie sie Einstein sie entwickelte, wie sich die Geister der Wissenschaft über die Zeit den Kopf an ihr zerrieben und welche Zukunft Einsteins Werk wohl findet.

Bestes Zitat aus Die perfekte Theorie

Übrigens: Einsteins erste 1901 eingereichte Dissertation wurde von der Universität Zürich abgelehnt.

—Pedro G. Ferreira

Wer Die perfekte Theorie lesen sollte

Alle, die nachts in den Himmel starren und staunen
Kenner der Physik und solche, die sie nie verstehen konnten
Interessierte, die die Worte „Urknall“, „Schwarzes Loch“ oder „Raumzeit“ ihrem Wortschatz hinzufügen wollen

Über den Autor

Am Cern in der Schweiz, in Berkeley oder in London – an vielen prestigeträchtigen Orten der Wissenschaft hat Pedro G. Ferreira bereits Station gemacht. Heute ist er Professor für Astrophysik an der renommierten Oxford University. Seit über 25 Jahren forscht er zur Allgemeinen Relativität und den großen Fragen der Kosmologie.

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Ines S.

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Ekaterina S.

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Nils S.

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Julia P.

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