Als Albert Einstein 1905 erstmals die Spezielle Relativitätstheorie veröffentlichte, wurde er entweder vehement verspottet oder ignoriert. Die Leute dachten, es sei einfach zu seltsam und radikal, um wahr zu sein. Dieser Typ ist nicht einmal ein arbeitender Wissenschaftler, er ist nur ein Patentangestellter, sagten einige. Wie kann er es wagen, den größten Wissenschaftler aller Zeiten herauszufordern – Isaac Newton, dessen Theorien sich seit Hunderten von Jahren als richtig erwiesen haben? Einige Politiker beleidigten sogar sein religiöses Erbe und nannten es „jüdische Wissenschaft“ – eine Möglichkeit, traditionelle Kultur und Denkweise zu untergraben. Wie hat Einstein darüber gedacht? Nun, er war mit seiner Theorie auch nicht zufrieden. Er war unzufrieden, weil die Theorie nur auf Beobachter zutraf, die sich in einer geraden Linie mit konstanter Geschwindigkeit bewegten. Die Theorie galt nicht, wenn Gravitation vorhanden war oder wenn der Beobachter beschleunigte. Einstein war jedoch dafür bekannt, eine sehr lebhafte Vorstellungskraft zu haben. Und der Legende nach, als er eines Tages einen Fensterputzer auf einer Leiter in der Nähe seines Patentamts beobachtete, hatte er eines seiner berühmten Gedankenexperimente, das den Lauf der Wissenschaftsgeschichte verändern sollte. Er stellte sich vor, was passieren würde, wenn der Arbeiter stürzen würde. Aber er dachte nicht so darüber nach , wie Sie und ich darüber denken würden. Was war sein Gedankenexperiment? Und wie hat es zu der vielleicht größten einzelnen wissenschaftlichen Theorie der letzten 100 Jahre geführt … die kommt gerade jetzt! Leute, bevor ich über Einsteins Erkenntnisse spreche, gestatten Sie mir, Ihnen etwas über den heutigen Sponsor Magellan TV zu erzählen. Ich wurde teilweise zu diesem Video inspiriert, nachdem ich einen Dokumentarfilm über Magellan mit dem Titel „Einstein und die Relativitätstheorie“ gesehen hatte. Es ist eine faszinierende Reise in die Geschichte der Theorie und ihre Implikationen. Die Erläuterungen und Kommentare stammen von einigen der renommiertesten Wissenschaftler der Welt. Magellan TV ist eine neue Art von Streaming-Dokumentationsdienst, der von Filmemachern und Produzenten gegründet wurde, die Ihnen Dokumentarinhalte in Premiumqualität bieten. Zu den vorgestellten Themen gehören Geschichte, Natur und natürlich Wissenschaft und Weltraum. Sie können es jederzeit ohne Unterbrechungen und in 4K auf jedem Ihrer Geräte ansehen. Ich freue mich, dass Magellan TV ein spezielles Angebot für Arvin Ash-Zuschauer hat. Wenn Sie den Link in der Beschreibung verwenden , erhalten Sie eine kostenlose einmonatige Testversion. Ich kann Magellan TV sehr empfehlen, aber verwenden Sie unbedingt den Link in der Beschreibung. Während er den Fensterputzer auf einer Leiter beobachtete, dachte Einstein darüber nach, was passieren würde, wenn der Fensterputzer herunterfallen würde. Für die meisten Menschen würde die Vorstellung, dies vorzustellen, nur verstörende Bilder des armen Kerls heraufbeschwören, der unten auf dem Boden landet, und die Geschichte hätte kein Happy End. Einstein dachte anders darüber nach. Er versetzte sich in die Perspektive des Fensterputzers und stellte sich nicht vor, was passieren würde, wenn er den Boden berührte, sondern was er beim Fallen erleben würde. Was ihm klar wurde, war, dass, wenn er fiel, die Schwerkraft die einzige Kraft sein würde, die auf ihn einwirkte. Er würde in Richtung Boden beschleunigen, aber da der Boden seinen Körper nicht nach oben drücken würde, würde er kein Gewicht spüren. Ohne Windwiderstand wäre er im freien Fall. Und das wäre nicht anders, als im Weltraum schwerelos zu sein. In gewisser Weise waren Schwerkraft und Beschleunigung unterschiedliche Arten, dasselbe zu beschreiben. Hier hatte Einstein eine große Einsicht. Der Weg, die Schwerkraft mit der Relativitätstheorie zu verbinden, war die Idee der Beschleunigung, da beide äquivalent sind. Einstein stellte sich vor, in einem Raum ohne Fenster zu sein. Und wenn das Zimmer eine Personenwaage hätte , was würde passieren, wenn Sie auf die Waage steigen würden? Nun, wenn Sie irgendwo auf der Erde stationär wären, würden Sie 80 kg wiegen oder was auch immer Ihr Gewicht ist. Jetzt stellte er sich vor, im Weltraum im selben Raum zu sein. Nun, was wäre, wenn sich der Raum auf einem Raum auf einem Raumschiff befände, das mit 9,8 Metern/Sekunde/Sekunde nach oben beschleunigt, was genau der Gravitationsbeschleunigung auf der Erde entspricht. Was würde passieren , wenn er dann auf die Waage steigen würde? Nun, die Waage würde 80 kg anzeigen, genau wie auf der Erde. Die Beschleunigung auf einem Raumschiff würde ihm im Raum als nicht von einem Stillstand auf der Erde zu unterscheiden erscheinen. Wenn er nicht wusste, dass er auf einem Raumschiff war, konnte er genauso gut annehmen, dass er auf der Erde war. Es gäbe keine Möglichkeit, den Unterschied zu erkennen. Oder würde es? Einstein dachte darüber nach und fragte sich, ob es eine Möglichkeit gäbe, den Unterschied zu erkennen. Er stellte sich vor, was passieren würde, wenn er eine Taschenlampe oder einen Laserstrahl nehmen und damit von einer Seite des Raums zur anderen richten würde, während das Raumschiff nach oben beschleunigt. Wenn er ein empfindliches Messgerät hätte, könnte er die Höhe des Lichts auf der anderen Seite des Raums messen. Er erkannte, dass die Höhe, die er auf der anderen Seite finden würde, etwas niedriger sein würde als die Lichtquelle. Warum? Denn der Boden des Raumes würde mit immer schnellerer Geschwindigkeit nach oben sausen, während sich das Licht durch den Raum ausbreitete. da der Raum mit 9,8 Metern/Sekunde/Sekunde nach oben beschleunigt wurde. Der Lichtstrahl scheint sich nach unten zu krümmen. Wenn Sie jedoch auf der Erde waren und die beiden Höhen gemessen haben, denken Sie vielleicht, dass es keinen Unterschied geben sollte. Dieses Licht sollte direkt auf die andere Seite des Raums gehen. Auch wenn dies gesunder Menschenverstand zu sein scheint. Einstein dachte, das könne nicht sein, weil es gegen das Äquivalenzprinzip verstoße. Die Beschleunigung des Raumes auf einem Raum sollte nicht anders sein als die des Raumes unter dem Einfluss der Schwerkraft auf der Erde. Er erkannte, dass dies bedeutete, dass Licht in Gegenwart eines Gravitationsfeldes gebogen werden muss. Aber wie könnte das sein, weil Licht zwischen zwei Punkten immer den kürzesten Weg nimmt? Es sollte geradeaus gehen. Dann wurde ihm klar, Moment mal, vielleicht nimmt das Licht den kürzesten Weg zwischen zwei Punkten. Vielleicht ist der kürzeste Weg keine gerade Linie. Er stellte sich die gekrümmte Oberfläche der Erde vor. Der kürzeste Weg zwischen zwei entfernten Punkten auf der Erde ist, wenn man auf die Erdoberfläche beschränkt ist, niemals eine gerade Linie, weil man die Erdkrümmung durchqueren muss. Der kürzeste Weg ist also immer gekrümmt. Vielleicht verursacht die Schwerkraft also irgendwie selbst eine Krümmung des Raums. Er stellte die Hypothese auf, dass im Raum vielleicht eine gerade Linie NICHT der kürzeste Weg zwischen zwei Punkten ist, und dass der Raum vielleicht in Gegenwart von Masse und Energie irgendwie gekrümmt wird, so dass der kürzeste Weg, den das Licht nehmen kann, ein gekrümmter Weg ist. Das war die Schlüsseleinsicht, die Einstein über die Schwerkraft hatte. Aber um dies mathematisch auszudrücken, bedurfte es einer sehr komplizierten Mathematik, die selbst ein Genie wie Einstein nicht ohne weiteres herausfinden konnte. Er kontaktierte einen alten Kumpel aus der Studienzeit, den Mathematiker Marcel Grossman. Grossman hatte gerade seine Dissertation zum Thema der Geometrie gekrümmter Räume, Reimannsche Geometrie genannt, beendet. Mit seiner Hilfe entschlüsselte Einstein die Mathematik der gekrümmten Raumzeit. Und diese gekrümmte Geometrie ist wirklich die Grundlage der Allgemeinen Relativitätstheorie. Nun, Sie müssen sich darüber im Klaren sein, wie anders dies war als der Status quo der damaligen Zeit, nämlich Newtons Raum und Zeit, die davon ausging, dass die Zeit fest war, der Raum fest war und die Schwerkraft eine mysteriöse Kraft war, die in der Ferne von einer Masse wirken konnte Objekt zu einem anderen , ohne es zu berühren. In diesem Modell wirkte sich die Schwerkraft nicht auf den zugrunde liegenden Raum und die zugrunde liegende Zeit aus, sondern wirkte innerhalb dieser. Einsteins Theorie war nun, dass die Schwerkraft keine Kraft zwischen massiven Objekten ist, sondern etwas , das aus der Wechselwirkung von Raum und massiven Objekten entsteht. John Wheeler fasste diese Theorie später in 12 kurzen Worten zusammen: „Die Raumzeit sagt der Materie, wie sie sich bewegen soll; Materie sagt der Raumzeit , wie sie sich krümmen soll.“ Das ist es. Das ist die Allgemeine Relativitätstheorie auf den Punkt gebracht. Und Umlaufbahnen von Planeten könnten jetzt nicht durch eine mysteriöse Kraft erklärt werden, die in der Ferne wirkt , sondern eher durch eine Wechselwirkung, die lokal mit Masse oder Energie und dem sie umgebenden Raum stattfindet . Und dies kann visuell durch die Art von Grafik dargestellt werden, die Sie hier sehen, um zu zeigen, wie massive Objekte wie Planeten Umlaufbahnen um andere massive Objekte bilden. Es ist wichtig zu beachten, dass die Trampolin-Analogie, die Sie normalerweise in Fernsehsendungen und YouTube- Videos wie diesem sehen, eine 2D-Ebene ist, die nur zu Visualisierungszwecken verwendet wird. Die Interaktion erfolgt offensichtlich in drei Dimensionen, nicht nur zwei. Es sieht eher aus wie diese Grafik. Dies ist viel schwieriger zu visualisieren und zu animieren, daher wird es normalerweise nicht verwendet. Aber es ist genauer. Damit diese Theorie jedoch wirklich ernst genommen werden konnte, musste sie eine überprüfbare Vorhersage treffen. Und diese Vorhersage konnte nicht anders erklärt werden. Dieser Test kam in Form von Quecksilber. Merkurbahn war jahrzehntelang ein Rätsel, weil sie ungewöhnlich war. Alle Planeten umkreisen die Sonne in einer Ellipse. Der Planet, der der Sonne am nächsten ist, Merkur, ebenfalls in einer Ellipse umkreist. Aber es tat etwas Seltsames. Es hatte eine sogenannte Präzession. Das bedeutet, dass sich seine Elipse nie schließt. Der Punkt der Umlaufbahn, der am weitesten von der Sonne entfernt war, rückt jedes Mal ein wenig vor, wenn Merkur die Sonne umkreist. Es ist, als würde die Ellipse selbst um die Sonne kreisen. Niemand könnte dies jemals mit Newtons Gleichungen herausfinden. Als Einstein seine neue Theorie des gekrümmten Raums auf diese Umlaufbahn anwendete, sagte die neue Theorie genau die Präzession voraus, die Merkur tatsächlich hat. Endlich passte eine Theorie perfekt zu der Beobachtung, die Jahrzehnte lang ein Rätsel gewesen war. Sie können sich nur vorstellen, wie sich Einstein fühlte, als er das herausfand. Es gab eine Zeit, in der Einstein der einzige Mensch auf der Welt war, der erkannte, dass das Universum tatsächlich so funktioniert. Doch viele Skeptiker blieben. Viele Wissenschaftler hatten immer noch Zweifel an Einsteins Theorie. Aber die narrensicherste Bestätigung seiner Theorie kam 4 Jahre, nachdem er sie veröffentlicht hatte. Zu diesem Zeitpunkt führte ein Team den englischen Astronomen Arthur Eddington an. fotografierte 1919 Sterne in Sonnennähe während einer totalen Sonnenfinsternis. Wenn Einstein Recht hatte, dann würde die Position der Sterne in der Nähe der Sonne anders erscheinen als die vorhergesagte Position, basierend darauf, wo sie nachts gesehen werden sollten. Dies würde passieren , weil Licht, wenn es sich der Sonne nähert, aufgrund der Schwerkraft durch die Krümmung des Raums gebogen werden sollte. Und genau das fand er heraus und bestätigte, dass die Theorie richtig war. Dies ist der Moment, in dem Einstein zu einer Berühmtheit wurde. Sie könnten fragen, ok, ich verstehe. Ich bekomme Raumkrümmung. Aber es heißt Raumzeit. Wie kommt die Zeit ins Bild? Warum ist das nicht nur eine Verzerrung des Raumes, sondern auch der Zeit? Hier kommt Einsteins erste Theorie, die spezielle Relativitätstheorie, ins Spiel. Die wesentliche Annahme in der speziellen Relativitätstheorie ist, dass sich Licht immer mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt, unabhängig von der Perspektive oder dem Bezugssystem. Dies bedeutet, dass Licht in einem beschleunigenden Bezugssystem die gleiche Geschwindigkeit hat wie in einem ruhenden Bezugssystem. Wenn dies der Fall ist, bedeutet dies, dass die Lichtgeschwindigkeit in Gegenwart der Schwerkraft dieselbe ist wie im leeren Raum. Geschwindigkeit ist gleich Distanz über Zeit. S = D/T Da aber die vom Lichtstrahl in einem Gravitationsfeld zurückgelegte Strecke aufgrund der Raumkrümmung länger ist, muss die Zeit selbst im Gravitationsfeld relativ zur Zeit langsamer vergehen , damit die Lichtgeschwindigkeit konstant bleibt im leeren Raum. Mit anderen Worten, die Zeit nimmt proportional zur Krümmung des Raums in der Nähe eines Gravitationsfelds im Vergleich zum leeren Raum zu, um die Lichtgeschwindigkeit in beiden Referenzrahmen konstant zu halten . Aus diesem Grund wird die Zeit zusammen mit dem Raum als durch die Schwerkraft verzerrt angesehen. Es ist wirklich nur ein Teil desselben Gewebes namens Raumzeit. Dies hat einige massive Auswirkungen. Es impliziert , dass der Beobachter, der überhaupt keine Schwerkraft erfährt, die Uhr in einem Gravitationsfeld langsamer laufen sieht. Das bedeutet, dass die Uhren auf der Erde etwas langsamer laufen als die Uhren auf der internationalen Raumstation. Dieser Effekt wurde durch viele Experimente bestätigt und wird berücksichtigt, um die Uhren von GPS-Satelliten mit den Uhren auf der Erde synchron zu halten. Andernfalls würden Ihnen Ihre GPS-Apps wie Google Maps ungenaue Standorte liefern. Sie sollten wissen, dass die Allgemeine Relativitätstheorie zwar eine erstaunliche Leistung eines der größten Wissenschaftler aller Zeiten ist, aber nicht alles beantwortet. Es bleiben Fragen. Obwohl es uns sagt, wie die Schwerkraft funktioniert, sagt es uns nicht, was es genau ist. Warum verzerren massive Objekte die Raumzeit? Was ist die zugrunde liegende Verbindung zwischen Masse und Raumzeit? Es sagt auch Regionen des Weltraums voraus, in denen die Raumzeit so verzerrt werden kann, dass nichts entweicht, einschließlich Licht. Dies wird als Schwarzes Loch bezeichnet. Aber es zeigt, dass in diesen Schwarzen Löchern etwas Unmögliches liegt, nämlich eine auf einen unendlich kleinen Punkt konzentrierte Masse mit unendlicher Dichte. Dies wird als Singularität bezeichnet und soll theoretisch innerhalb des Schwarzen Lochs existieren. Die Allgemeine Relativitätstheorie funktioniert bei dieser Singularität nicht. Aber Unendlichkeiten wie diese in der Wissenschaft weisen normalerweise eher auf eine Art Unvollständigkeit von Theorien hin als auf Dinge, die tatsächlich existieren. Um herauszufinden, was in diesen wirklich kleinen Maßstäben passiert, brauchen wir unseren alten Freund Quantum Mechanik. Aber leider machen die Gleichungen der Quantenmechanik keinen Sinn in Bezug auf Singularitäten oder in Bezug auf die allgemeine Relativitätstheorie. Daher bleiben die beiden Theorien vorerst unvereinbar. Wenn wir diese beiden Theorien zusammenbringen und wirklich verstehen können, wie sich die Schwerkraft auf den kleinsten Skalen verhält, können wir vielleicht die Frage beantworten, was Schwerkraft eigentlich ist. Wir brauchen eine neue Theorie, um das herauszufinden – und diese Theorie heißt Quantengravitation. Ich möchte meinen großzügigen Unterstützern auf Patreon und YouTube danken. Wenn Ihnen meine Videos gefallen, sollten Sie sich ihnen anschließen oder sich einige unserer anderen Videos ansehen. Wir sehen uns im nächsten Video mein Freund.