Einstein: Microscope-Satellit bestätigt Kern der Relativitätstheorie

Als Albert Einstein es im Jahr 1916 wagte, dem ehrwürdigen Isaac Newton hinsichtlich seiner Auffassung der Gravitation einen grundlegenden Irrtum zu unterstellen, reagierten andere Physiker aufgebracht. Doch seine neue Auffassung wurde nun bestätigt. Newton hatte die Gesetzmäßigkeiten, mit der die Gravitation in der klassischen Mechanik wirkt, treffend beschrieben und die Physik damit einen enormen Schritt vorangebracht. Worum es sich bei diesem Phänomen aber genau handelt und wie es entsteht, konnte der Engländer noch nicht sagen. So wurde die Gravitation von Newton und auch lange danach - der zweckmäßigen Einfachheit halber in vielen Bereichen bis heute - als eine Kraft definiert.

Einstein verwarf diese Vorstellung allerdings mit seiner allgemeinen Relativitätstheorie. Demnach handelt es sich bei der Gravitation um eine geometrische Eigenschaft der Raumzeit. Das bedeutet, dass es keine unsichtbare Kraft gibt, mit der sich massereiche Körper anziehen. Vielmehr krümmen sie mit ihrer Masse die Raumzeit, so dass sich die Bewegung anderer Körper entsprechend anpasst.

Einer der zentralen Grundpfeiler dieser Erklärung ist das schwache Äquivalenzprinzip. Dieses besagt, dass allein die Masse eines Körpers dafür verantwortlich ist, welche Gravitation er verursacht. Andere Eigenschaften wie seine Größe, Form oder chemische Zusammensetzung spielen dafür keine Rolle - anders als beispielsweise beim Magnetismus, bei dem bestimmte Elemente für unterschiedlich starke Kräfte sorgen.

Feder und Stein

Wissenschaftler konnten mit einem ehrgeizigen Satelliten-Experiment nun nachweisen, dass Einstein richtig lag. Dafür wurde mit der Mission Microscope eine der "präzisesten Test" eines der Schlüsselaspekte der allgemeinen Relativitätstheorie durchgeführt. Dafür wurde ein Satellit in den Erdorbit gebracht, in dem zwei Objekte aus Platin und Titan untersucht wurden, wie sie im Orbit um die Erde herumfallen. Es handelte sich also im Grunde um eine aufwendigere Variante des klassischen Experiments, bei dem demonstriert wird, dass eine Feder und ein Stein im Vakuum gleich schnell herunterfallen.

"Das Spannendste an dem Projekt war, ein Instrument und eine Mission zu entwickeln, die noch niemand mit einer solchen Genauigkeit durchgeführt hat", erklärte Manuel Rodrigues, Wissenschaftler am französischen Luft- und Raumfahrtlabor ONERA, der bereits seit über 20 Jahren an Nachweisen für das schwache Äquivalenzprinzip arbeitet. Mit dem Satelliten konnte man eine Messgenauigkeit erreichen, die um den Faktor 100 besser was als jedes vergleichbare Experiment auf der Erde - und es wurden keinerlei Abweichungen zu den Prognosen der allgemeinen Relativitätstheorie festgestellt.

Dies hat wiederum Auswirkungen auf andere wichtige Konzepte der modernen Physik. Denn die allgemeine Relativitätstheorie, das Standardmodell der Teilchenphysik und die Quantenmechanik passen als großes Dreigestirn nicht vollständig zueinander. Insofern ist es wichtig zu prüfen, ob diese Konzepte in der Praxis wirklich mit den theoretischen Vorhersagen übereinstimmen.

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