Einstein im Alltag

Dank Einsteins "Diffusionsformel" bleibt der Wirkstoffanteil in jedem Medikament stets exakt gleich

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Die Relativitätstheorie steht noch heute in dem Ruf, für normale Sterbliche »zu hoch« zu sein. Daher glauben die meisten Menschen auch, Einsteins Werk habe rein gar nichts mit ihrem Alltag zu tun. Weit gefehlt! Viele seiner Erkenntnisse werden in technischen Systemen angewandt – in komplizierten medizinischen Diagnosegeräten genauso wie in simplen Digitalkameras. Wir nutzen Einsteins Erkenntnisse beim Autofahren und rollen dabei über Straßenbeläge, die ohne Einstein so nicht möglich wären. Und selbst ein Medikament wie Viagra hat mit Einstein zu tun.

Die erste Alltagserfahrung mit den Errungenschaften des Genies kann man schon morgens beim Kaffeeholen in der Betriebskantine sammeln. Oft sind hier Rauch-Detektoren installiert. Wenn es sich dabei um ein amerikanisches Produkt handelt, arbeitet es mit einer winzig kleinen (gesundheitlich unbedenklichen) Menge der radioaktiven Substanz »Americium 241«. Die Funktion dieses Geräts basiert darauf, dass Energie und Materie zwei Seiten derselben Medaille sind und ineinander verwandelt werden können – Einstein drückte diese Tatsache in seiner berühmten Formel E=mc2 aus. In dem Rauchmelder wird Materie in Energie umgewandelt. Die Atome des Americium 241 zerfallen, und die nach und nach verschwindende Materie wird zu Energie, die die emittierenden Teilchen davonschießen lässt. Diese werden zu einem hauchdünnen Strahl geladener Partikel gebündelt – sobald Rauch den Partikelstrom unterbricht, wird Alarm ausgelöst. Das Ganze läuft vollautomatisch ab – ohne Energiezufuhr von außen und über viele Jahre hinweg.

Die Umwandlung von Materie in Energie ist die Basis für die Kernspaltung in einer Atombombe und für die Kernfusion in der Sonne. Aber auch der umgekehrte Weg funktioniert: Energie kann zu Materie werden. Das wurde erstmals 1933 nachgewiesen, als ein Energiestrom harten Lichtes (Gammastrahlen) sich in zwei Teilchen spaltete: ein Elektron und sein Antiteilchen, das Positron. Positronen werden heute in der Medizin benutzt, etwa zur Diagnose von Krebserkrankungen. Bei der anschließenden Bestrahlung greifen die Ärzte auf Einsteins Berechnungen zurück, um das Risiko für Körperzellen oder die DNA abzuschätzen.

Harte Strahlung kann jedoch nicht nur den Körper schädigen – ihre positive Seite besteht darin, dass sie eine »Mitarbeiterin« der Evolution ist. Sie hat unsere Menschwerdung beschleunigt, ist also mitverantwortlich dafür, dass wir heute so sind, wie wir sind. Was wir jeden Morgen im Spiegel sehen, basiert auf Effekten, die wir nur durch Einsteins Relativitätstheorie erklären können.

Aber der Reihe nach. Wir Menschen sind ein Produkt der Evolution der Arten. Motor der Entwicklung waren winzige Veränderungen der Erbinformation, so genannte Mutationen. Diese würden eine schier unendliche Zeit brauchen, bis sich neue Arten ausgeformt haben. Beschleunigt werden die Mutationen aber dadurch, dass harte Strahlung entweder aus dem Erdreich oder aus dem Kosmos mit den DNA-Molekülen der Erbmasse kollidiert: Die auftreffenden Teilchen »befeuern« die Evolution so, als würde man Benzin in Flammen gießen.

Die wichtigsten dieser Strahlungsteilchen sind die Myonen. Sie entstehen in zehn bis 20 Kilometer Höhe in unserer Atmosphäre. Ihre Lebensdauer ist so extrem kurz, dass nach 1,5 Mikrosekunden (millionstel Sekunden) schon die Hälfte von ihnen wieder zerfallen ist. Selbst wenn ein Myon praktisch mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs ist, legt es in 1,5 Mikrosekunden lediglich 450 Meter zurück: Es dürfte uns also nie erreichen. Dennoch ist der Beschuss des Erbmaterials durch Myonen nachgewiesen. Wie ist das möglich? Die Antwort gibt uns Einstein: Zeit ist relativ. Wenn die Teilchen fast mit Lichtgeschwindigkeit dahinrasen, gehen ihre »Uhren«, von unserem fixen Standort aus gesehen, langsamer – ihre Zeit dehnt sich. Mit Einsteins Formeln lässt sich errechnen: 1,5 Mikrosekunden »Myonen-Zeit« dehnen sich so weit, dass sie etwa 100 Mikrosekunden auf der Erde entsprechen – in diesem viel längeren Zeitraum können uns die Teilchen erreichen und ihren Beitrag zu unserer Evolution leisten.