Gravitation

Nach Einsteins Modell ist Gravitation keine Eigenschaft von Körpern, sondern des Universums selbst

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1. Was ist Schwerkraft?

Wir springen in die Höhe - und die Schwerkraft bringt uns zur Erde zurück. Alles scheint in bester Ordnung zu sein: Die Schwerkraft verhält sich genau so, wie Isaac Newton glaubte – wie eine Kraft, die die Bewegung von etwas anderem beeinflusst. So dachte man, bis Einstein kam: Nach seiner Allgemeinen Relativitätstheorie funktioniert die Schwerkraft nicht so simpel.

Nach Einsteins Modell ist Gravitation keine Eigenschaft von Körpern, sondern des Universums selbst. Die Raumzeit ist demnach voller Dellen und Ausbuchtungen, die durch Masse und Energie entstehen. Diese Verformungen sind unvermeidlich: Wann immer sich irgendetwas, vielleicht Sie, ein Körnchen Weltraumstaub oder ein Lichtteilchen, auf geradem Wege durchs Universum bewegt, folgt es dabei einer Bahn, die durch jede Masse und Energie in der Umgebung »verbogen« wird. Anders gesagt, Schwerkraft ist nicht das, was ein Körper unmittelbar mit einem anderen Körper macht, sondern vielmehr das, was die Masse eines Körpers mit dem umliegenden Teil des Raums anstellt.

Gleichwohl hat uns die Newtonsche Theorie, die Gravitation einfach als Kraft behandelt, große Dienste erwiesen. Sie erlaubte es uns, Raketen zum Mond zu schicken und die Umlaufbahnen der Planeten mit erstaunlicher Genauigkeit zu berechnen. Einsteins Modell hält Überprüfungen genauso gut stand, wenn hohe Geschwindigkeiten und Beschleunigungen im Spiel sind. Aber so nützlich beide sind: Weder das Newton´sche Modell noch die Relativitätstheorie liefert eine grundlegende Erklärung der Schwerkraft. Wir wissen immer noch nicht, wie die fundamentalen Quanten-Eigenschaften von Masse, Energie und Raumzeit zusammenwirken. Allerdings haben wir eine Idee davon.

Die anderen drei fundamentalen Naturkräfte – die elektromagnetische Kraft, die schwache und die starke Kernkraft – basieren auf dem Verhalten von Teilchen. Die elektromagnetische Kraft zum Beispiel wird durch Photonen übertragen – das ist die sogenannte Quantenfeldtheorie. Analog sollte es auch Teilchen geben, die die Schwerkraft vermitteln. Doch dabei bestehen immer noch zwei Schwierigkeiten. Erstens müssen die Physiker einen Beweis für die Existenz dieser hypothetischen Teilchen namens »Gravitonen« finden. Zweitens: Wendet man die Quantenfeldtheorie auf die Schwerkraft an, kommen bei den Berechnungen unsinnige Ergebnisse heraus. »Das sind die grundlegenden Hindernisse, die wir überwinden müssen«, sagt Bruce Bassett von der Universität von Cape Town, Südafrika.