Missverstandene Relativitätstheorie

Albert Einstein, Entwickler der Relativitätstheorien und Entdecker des Photoeffekts, wurde am 14. März 1879 geboren. Heute wäre er also 135 Jahre alt geworden. Ich nehme das zum Anlass, einmal eine Liste von beliebten Irrtümern zur Relativitätstheorie zusammenzustellen.

Hier also meine sieben liebsten Irrtümer zur Relativitätstheorie1:

1. Alles ist relativ

Mit einem erkenntnistheoretischen oder gar ontologischen Relativismus hat die Relativitätstheorie gar nichts zu tun. Im Gegenteil: Es handelt sich um eine klassische Theorie. Wie in der klassischen Mechanik, lassen sich die Bewegungen aller Beteiligten Objekte für alle Zukunft und Vergangenheit bestimmen, wenn alle Geschwindigkeiten und Orte zu einem Zeitpunkt bekannt sind. Die Wahrnehmung einzelner Beobachter ist auch in der klassischen Mechanik unterschiedlich, aber alle Messwerte sind in der Relativitätstheorie vom Betrachter unabhängig.

2. Einstein hat die Zeit als vierte Dimension eingeführt

Diese Annahme ist auf zwei Weisen falsch. Zum einen geht die moderne Darstellung der Relativitätstheorie in einer vierdimensionalen Raumzeit nicht auf Einstein, sondern auf Hermann Minkowski zurück. Zum anderen war die Auffassung, man könne die Zeit als eine vierte Dimension sehen, schon vor Einsteins Veröffentlichung der speziellen Relativitätstheorie verbreitet. Sie taucht bereits in dem 1895 erschienen Roman Die Zeitmaschine auf.

3. Beschleunigung kann nur mit der allgemeinen Relativitätstheorie behandelt werden

Manchmal begegnet mir die Auffassung, das Zwillingsparadoxon könne mit der speziellen Relativitätstheorie nicht gelöst werden, weil in ihm Beschleunigungen auftreten. Das ist falsch. Das Zwillingsparadoxon ist sehr einfach lösbar. Die allgemeine Relativitätstheorie kommt erst ins Spiel, wenn Gravitation als Analogie zu beschleunigter Bewegung eingeführt werden soll. Beschleunigungen lassen sich im Rahmen der speziellen Relativitätstheorie ebenso leicht behandeln wie in der klassischen Mechanik.

4. Die Längenkontraktion ist ein reiner Messeffekt

Im Gegensatz zur Zeitdilatation, die im GPS System2 deutlich messbar ist, ist die Längenkontraktion einer direkten Messung nur schwer zugänglich. Dennoch ist aus der Theorie klar, dass die Verkürzung eines bewegten Objektes real ist. Ein Objekt muss sich laut Relativitätstheorie bei Beschleunigung ganz real verformen.

5. Die allgemeine Relativitätstheorie braucht keine Koordinaten

Es ist bekannt, dass ich Koordinaten liebe. Merkwürdigerweise sind viele Menschen davon überzeugt, Physik sei ohne konkrete Koordinaten irgendwie besser. Alles könne koordinatenunabhängig dargestellt und entwickelt werden. Tatsächlich lassen sich in der allgemeinen Relativitätstheorie alle Gleichungen als Tensorgleichungen so hinschreiben, dass sie von der Wahl des Koordinatensystems unabhängig sind. Die Formeln als ganzes. Die einzelnen Komponenten in den Formeln, die Tensoren, hängen dagegen durchaus vom gewählten Koordinatensystem ab. Sie transformieren auf eine bestimmte Art, die kovariant genannt wird. Invariant sind sie nicht.

6. Wer die Relativitätstheorie wirklich verstehen will, muss Einsteins Originalarbeiten lesen

So funktioniert Naturwissenschaft nicht. In Literaturwissenschaften ist es sicher eine gute Idee, die Primärliteratur zu lesen. Auch Philosophen erwarten von uns Laien, dass wir mindestens ihren Lieblingsphilosophen3 oder ihre Lieblingsphilosophin4 im Original gelesen und verstanden haben, bevor wir uns zur Philosophie äußern. In der Naturwissenschaft erwarten wir das nicht. Was die Relativitätstheorie aussagt, kann aus jedem modernen Lehrbuch gelernt werden. Viele Aspekte sehen wir heute klarer als Einstein sie sehen konnte.

7. Quantenmechanik und Relativitätstheorie schließen einander aus

Es ist bisher niemanden gelungen, eine Quantentheorie der Gravitation zu formulieren. Deshalb ist die Elementarteilchenphysik, die eine Quantentheorie ist, auf kleinsten Skalen nicht mehr mit der allgemeinen Relativitätstheorie kompatibel. Dennoch ist Relativitätstheorie in der Quantenmechanik integriert und unverzichtbar. Elektronen erreichen in den inneren Schalen von Atomen Geschwindigkeiten, bei denen Effekte der Relativitätstheorie nicht vernachlässigt werden können. Auch alle Prozesse in Teilchenbeschleunigern können nur mit relativistischer Quantenmechanik berechnet werden. Alle modernen Konzepte der Quantenmechanik berücksichtigen die spezielle Relativitätstheorie.

Anmerkungen:
1. In Wirklichkeit ist das natürlich nur eine willkürliche Auswahl aber so ist das ja mit allen Listen dieser Art.
2. Ja, ich weiß, dass das S in GPS bereits für System steht.
3. Bei Luhmann hat mir die Beschäftigung mit Sekundärliteratur erstmal gereicht. Für einen Überblick ist das genug.
4. Karen Barad im Original zu lesen, kann ich nur empfehlen.

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Joachim Schulz ist Gruppenleiter für Probenumgebung an der European XFEL GmbH in Schenefeld bei Hamburg. Seine wissenschaftliche Laufbahn begann in der Quantenoptik, in der er die Wechselwirkung einzelner Atome mit Laserfeldern untersucht hat. Sie führte ihn unter anderem zur Atomphysik mit Synchrotronstrahlung und Clusterphysik mit Freie-Elektronen Lasern. Vier Jahre hat er am Centre for Free-Electron Laser Science (CFEL) in Hamburg Experimente zur kohärenten Röntgenbeugung an Biomolekülen geplant, aufgebaut und durchgeführt. In seiner Freizeit schreibt er zum Beispiel hier im Blog oder an seiner Homepage "Joachims Quantenwelt".