Politik: Das Wunderjahr 1905

Relativ speziell

Einsteins Spezielle Relativitätstheorie beginnt mit einem simplen Gedanken: "Wir haben zu berücksichtigen, dass alle unsere Urteile, in welchen die Zeit eine Rolle spielt, immer Urteile über gleichzeitige Ereignisse sind. Wenn ich zum Beispiel sage: ,Jener Zug kommt hier um sieben Uhr an, so heißt dies etwa: ,Das Zeigen des kleinen Zeigers meiner Uhr auf sieben und das Ankommen des Zuges sind gleichzeitige Ereignisse."

Was aber, wenn die nächste Uhr 18 Millionen Kilometer entfernt wäre? Das Licht braucht so lange, um diese Distanz zurückzulegen, dass man die Uhr mit einer Minute Verspätung sehen würde. Solche Gedanken erzwangen eine Revision der gängigen Vorstellungen von Zeit. Es gibt keine absolute Zeit, wie Newton postuliert hatte. Einstein zufolge ist nur die Lichtgeschwindigkeit unveränderlich. Mit seltsamen Konsequenzen, etwa dass sehr schnell bewegte Uhren langsamer ticken - was inzwischen vielfach experimentell bestätigt wurde.

E=mc²

Jede Sekunde wird die Sonne um 4,4 Millionen Tonnen leichter. Sie strahlt Energie ab, die aus unzähligen Einzelprozessen stammt: Ständig verschmelzen in ihrem Innern Wasserstoffkerne zu Helium. Ein Heliumkern wiegt ein bisschen weniger als vier Wasserstoffkerne zusammengenommen. Dieser geringen Massendifferenz entspringt jene Strahlung, die uns unser sonniges Dasein beschert.

Einsteins berühmteste Formel E=mc² fasst bündig zusammen, wie viel Energie in einer kleinen Masse steckt. Er publizierte sie 1905 als kleinen Nachtrag zur Speziellen Relativitätstheorie. Auf ihr beruht etwa die Sprengkraft von Atombomben, bei der nur ein Promille der Kernmaterie gewaltige Explosionen verursacht. Umgekehrt lässt sich auch reine Energie in Masse verwandeln. Das gelang Physikern etwa in Stanford 1997: Sie machten aus starkem Laserlicht Materie: Paare von Elektronen und Positronen.

Licht aus Quanten

Nur diese Arbeit bezeichnete Einstein selbst als "sehr revolutionär" - und erhielt 1921 den Physik-Nobelpreis dafür. Er stellte darin die Hypothese auf, dass die Energie des Lichts nicht kontinuierlich über den Raum verteilt ist. Stattdessen besteht sie "aus einer endlichen Zahl von in Raumpunkten lokalisierten Energiequanten, welche sich bewegen, ohne sich zu teilen und nur als Ganzes absorbiert und erzeugt werden können".

Diese Vorhersage der Lichtquanten war Grundlage für viele technische Entwicklungen, etwa des Lasers. Schon bald wies man nach, dass Licht bei winzigen "Quantensprüngen" entsteht: wenn zum Beispiel ein Atom von einem energiereichen in einen energiearmen Zustand fällt. Umgekehrt kann auch Materie Strahlung nur in Portionen aufnehmen. Die Natur macht Sprünge - und völlig zufällige dazu. Das war für Albert Einstein nur schwer verdaulich.

Moleküle gibts

Die in Fachkreisen meistzitierten Arbeiten Einsteins aus dem Jahr 1905 sind dem Laien am wenigsten bekannt. Sie betreffen die Existenz und Größe von Molekülen und Atomen, die damals noch ungesichert waren. Einstein knüpfte an Beobachtungen des Botanikers Robert Brown an. Der hatte unterm Mikroskop eine Zitterbewegung von Pollenkörnern in einer Flüssigkeit ausgemacht. Einstein deutete die plötzlichen Bewegungsänderungen als Stöße der Pollenkörner mit viel kleineren Flüssigkeitsmolekülen. Die Vorhersagen zur Wirkung solcher Zusammenstöße wurden bald bestätigt. Einsteins Theorie machte ihn zum Mitbegründer der statistischen Physik, die bis in die Chaosforschung, in die Analyse von Erdbeben oder Finanzmärkten hineinreicht.

Einstein zeigte, dass es Moleküle und Atome tatsächlich gibt. In einer weiteren Arbeit schätzte er allein aus den Eigenschaften der Flüssigkeiten ab, wie viele Moleküle darin umherschwirren und wie groß diese in etwa sind. tdp

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