Grundlegende Prinzipien und Bedeutung der ART

Gültigkeitsbereich der speziellen Relativitätstheorie

Wie jede physikalische Theorie besitzt auch die 1905 veröffentlichte spezielle Relativitätstheorie einen bestimmten Gültigkeitsbereich:

• Alle Betrachtungen beziehen sich auf Inertialsysteme, d.h. auf solche Bezugssysteme, in denen das Trägheitsgesetz gilt. Beschleunigte Bezugssysteme werden nicht in die Betrachtungen einbezogen.
• Der Einfluss der Gravitation auf Vorgänge wird ausgeblendet.

Seit etwa 1907 arbeitete ALBERT EINSTEIN (1879-1955) daran, seine spezielle Relativitätstheorie zu erweitern. In Zusammenfassung seiner langjährigen Untersuchungen zu Trägheit und Gravitation veröffentlichte er 1916 seine grundlegende Arbeit zur allgemeinen Relativitätstheorie (abgekürzt: ART) unter dem Titel „Die Grundlagen der allgemeinen Relativitätstheorie“ mit einem Umfang von 50 Druckseiten.

Grundprinzipien der allgemeinen Relativitätstheorie

Ähnlich wie in der speziellen Relativitätstheorie formulierte ALBERT EINSTEIN auch in der allgemeinen Relativitätstheorie zwei grundlegende Prinzipien, von denen er bei seinen weiteren Betrachtungen ausging.

Das erste Prinzip ist das Äquivalenzprinzip. Es besagt:
In hinreichend kleinen Raum-Zeit-Gebieten lassen sich Trägheit und Schwere experimentell nicht voneinander unterscheiden.
So kann z.B. ein Beobachter, der sich in einem abgeschlossenen Kasten befindet, nicht unterscheiden, ob die Dehnung einer Feder durch einen daran hängenden Körper infolge einer Gravitationskraft oder infolge einer beschleunigten Bewegung des ganzen Systems zustandekommt.

Das zweite Prinzip wird als allgemeines Relativitätsprinzip bezeichnet. Es lautet:
Alle Naturgesetze lassen sich so formulieren, dass sie in allen lokalen Bezugssystemen gleich lauten.
Solche lokalen Bezugssysteme können Inertialsysteme oder beschleunigte Bezugssysteme sein. Sie können auch einer Gravitationswirkung unterliegen.

Belege für die Gültigkeit der allgemeinen Relativitätstheorie

EINSTEIN selbst gab zunächst drei astronomische Effekte an, die Beleg für die Gültigkeit seiner allgemeinen Relativitätstheorie sein sollten. Es handelt sich dabei um

• die Periheldrehung des Merkurs,
• die Krümmung von Lichtstrahlen im Schwerefeld der Sonne und
• die relativistische Rotverschiebung.

Alle drei Effekte sind inzwischen experimentell eindeutig nachgewiesen. Erläuterungen zu diesen drei Effekten sind unter den genannten Stichwörtern zu finden.

Bedeutung der allgemeinen Relativitätstheorie

Die Bewertung der Bedeutung der allgemeinen Relativitätstheorie ist deshalb schwierig, weil es eine Theorie ist, die auf der einen Seite zu einem grundsätzlich neuen Verständnis von Raum und Zeit führt, auf der anderen Seite aber im Unterschied zur speziellen Relativitätstheorie keinerlei direkte Auswirkungen auf unser Leben hat. Wie für alle umwälzenden neuen Theorien galt auch für die allgemeine Relativitätstheorie, dass sie zunächst auf wenig Verständnis stieß. So äußerte der polnische Physiker LEOPOLD INFELD:

„Die allgemeine Relativitätstheorie wurde in ihrer frühen Entwicklungsphase von den zeitgenössischen Physikern völlig ignoriert, wenig verstanden und von niemandem anerkannt“.

MAX BORN gab 1955 in einem Vortrag die folgende Wertung:

„Die Aufstellung der allgemeinen Relativitätstheorie erschien mir damals und erscheint mir heute noch als die größte Leistung menschlichen Denkens über die Natur, die erstaunlichste Vereinigung von philosophischer Tiefe, physikalischer Intuition und mathematischer Kunst.“

Ihre Bedeutung liegt insbesondere in der Vereinfachung der theoretischen Grundlagen der gesamten Physik und in der Vertiefung des Verständnisses der uns umgebenden Welt. Vor allem ist es eine allgemeine Lehre von der Schwerkraft und davon, dass der Raum nicht gleichartig ist, sondern in seinem geometrischen Aufbau von der Verteilung der Massen, von Stoff und Feld abhängt. So basieren z.B. moderne kosmologische Theorien über unser Weltall auf der allgemeinen Relativitätstheorie. Schwarze Löcher oder die Wirkung von Gravitationslinsen lassen sich im Rahmen dieser Theorie deuten. Die spezielle Relativitätstheorie und die klassischen Auffassungen erweisen sich als spezielle Fälle der allgemeinen Relativitätstheorie.
Die allgemeine Relativitätstheorie von ALBERT EINSTEIN ist wahrscheinlich seine bedeutendste wissenschaftliche Leistung. Aber nicht dafür bekam er 1921 den Nobelpreis für Physik, sondern für seine Verdienste um die theoretische Physik, besonders für seine Entdeckung des Gesetzes des fotoelektrischen Effekts im Jahr 1905. Ein wesentlicher Grund dafür ist folgender: Bereits 1910 und noch weitere 8mal wurde EINSTEIN für den Nobelpreis vorgeschlagen. Das Nobel-Komitee für Physik verweigerte ihm aber den Preis, insbesondere auch deshalb, weil der Vorsitzende dieses Komitees, der schwedische Arzt ALLVAR GULLSTRAND, dagegen war, die neue Lehre von Raum und Zeit mit dem Nobelpreis zu adeln. Es war schließlich der schwedische Physiker CARL WILHELM OSEEN, der die Idee hatte, EINSTEIN nicht für die Relativitätstheorie, sondern für seine Deutung des Fotoeffekts auszuzeichnen. Dieser Variante stimmte auch GULLBRAND zu. Das Preisgeld in Höhe von 180.000 schweizer Franken erhielt EINSTEIN aber nicht - er hatte es seiner ersten Frau MILEVA schon bei der Scheidung 1919 vertraglich zugesichert.