Einsteins Gedankenexperiment: Vom Fahrstuhl zur Relativitätstheorie
Wie kann ein einfaches Gedankenexperiment mit einem Fahrstuhl dafür verantwortlich sein, dass sich unser Verständnis des Universums in seinen Grundlagen vollständig verändert hat?
Albert Einsteins Relativitätstheorie ist eine der revolutionärsten wissenschaftlichen Theorien, die je entwickelt wurden. Sie hat das Verständnis von Raum, Zeit und Gravitation grundlegend revolutioniert. Auf dem Weg hin zur allgemeinen Relativitätstheorie befasste sich Einstein unter anderem mit Theorien rund um die Gravitation. Diese führten ihn schließlich zum Äquivalenzprinzip, dem Grundpfeiler der Relativitätstheorie, auf das ihn ein simples Gedankenexperiment brachte. Hauptrolle dieses Experiments sollte ein herkömmlicher Fahrstuhl sein.
Das Äquivalenzprinzip und die Schwerkrafttäuschung
Einstein war bekannt dafür, der Natur mithilfe von Gedankenexperimenten auf die Schliche zu kommen. Seine Gabe, sich komplexe physikalische Zusammenhänge mit seinem Gehirn herzuleiten, sollte ihm auch im Falle des Äquivalenzprinzips zugutekommen. Im Jahre 1907, als er an seinem Schreibtisch im Basler Patentamt saß, gab eines dieser simplen Gedankenexperimente den Anstoß für seine berühmte Theorie.
Er stellte sich einen bemannten fensterlosen Fahrstuhl vor, der beschleunigt von einem Raketenantrieb durch die Schwerelosigkeit des Weltraums fliegt. Entspräche die Beschleunigung dem Körpergewicht des Fahrgastes, so folgerte Einstein, würde es den Menschen auf den Boden des Fahrstuhls drücken, und er könnte nicht mehr unterscheiden, ob er sich auf der Erde oder im All befände. Diese Erkenntnis führte ihn zum Prinzip der Äquivalenz, nach welchem die Wirkung von Schwerkraft und Beschleunigung gleich und möglicherweise Manifestationen desselben Phänomens sind.
Mit dem Fahrstuhl zur Relativität
Einstein ruhte sich auf der neuen Erkenntnis nicht aus, sondern spann spinnt seine Überlegungen weiter: Er fand indet heraus, dass die Beschleunigung auch in der Lage ist, Zeit zu krümmen. Die Zeit an Bord eines Flugobjekts vergeht langsamer, desto schneller es sich bewegt. Die Zeit ist also relativ und keine Konstante, wie zuvor angenommen. Dieser Effekt, bei dem das Zeitmaß gedehnt wird, nennt sich Zeitdilatation.
Diese Erkenntnis bringt brachte Einstein auf die alles entscheidende Idee: Wenn nach dem Äquivalenzprinzip Beschleunigung und Gravitation Manifestationen des gleichen Phänomens sind, dann muss auch die Gravitation in der Lage sein, Zeit zu krümmen. In der Nähe großer Massen (je größer die Masse, desto stärker die Gravitation) vergeht Zeit folglich langsamer. Und tatsächlich: Dieser Effekt lässt sich mit Atomuhren messen – sogar auf der Erde. So betrachtet, ist Gravitation demnach weniger eine bloße Kraft (wie bei Newton), sondern vielmehr eine geometrische Eigenschaft von Raum und Zeit.
Ein neuer Blick aufs Ganze
Einsteins Erkenntnisse sind so umfassend, dass ein kurzer Artikel darüber ihnen natürlich nicht gerecht werden kann. Seine Überlegungen rund um die Relativitätstheorie sind revolutionär und haben den wissenschaftlichen Blick auf unser Universum grundlegend verändert. Eine völlig neue Weltsicht war geboren – und das mithilfe eines Gedankenexperiments, in dem ein imaginärer Fahrstuhl die Hauptrolle spielt.
»Wenn man zwei Stunden lang mit einem netten Mädchen zusammensitzt, meint man, es wäre eine Minute. Sitzt man jedoch eine Minute auf einem heißen Ofen, meint man, es wären zwei Stunden. Das ist Relativität.«
