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ALBERT EINSTEIN |
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ALBERT EINSTEIN und die Wissenschaft des 20.Jahrhunderts. Lebensdaten: 1879 1955. Die Arbeit Albert Einsteins bildet den Ausgangspunkt für die Physik des 20. Jahrhunderts. Seine spezielle und allgemeine Relativitätstheorie lieferten eine neue Grundlage zum Verständnis der Naturgesetze und der Vorstellung von Raum, Masse und Energie. Die spezielle Relativitätstheorie, 1905 entwickelt, stellte sich als notwendig heraus, um die Wechselwirkung zwischen Atomen und Elementarteilchen detailliert beschreiben zu können. Ein Jahrzehnt später machte die allgemeine Relativitätstheorie die moderne Kosmologie möglich. »Der Einfluß der Arbeiten Einsteins auf die verschiedenen Bereiche der Naturwissenschaften ist so groß und weitreichend«, schreibt Gerald Holton, »daß ein Wissenschaftler, der ihm nachzuspüren versucht, kaum weiß, wo er anfangen soll.« Ähnlich wie bei ISAAC NEWTON setzten Einsteins Theorien einen immensen technologischen Schub frei. Transistoren, Elektronenmikroskope, Computer, photoelektrische Zellen sind nur einige Beispiele für die Erfindungen auf dem Gebiet der Informations und Kommunikationstechnik, die durch die Einsteinsche Revolution ausgelöst wurden. Albert Einstein wurde am 14. März 1879 in Ulm als Sohn von Hermann Einstein und Pauline Koch geboren. Im Jahr darauf zog die Familie nach München. Als Kind war Einstein verschlossen und galt eher als sonderbar denn begabt. Am Luitpold Gymnasium, das er ab dem zehnten Lebensjahr besuchte, hatte er Probleme mit der rigiden wilhelminischen Disziplin, Latein und Griechisch konnten ihn nicht begeistern. Sein Einstieg in die Wissenschaften geschah durch die Mathematik und wurde von seinem Onkel Jakob Einstein, einem Ingenieur, gefördert. Etwa im Alter von zwölf Jahren brachte er sich selbst Geometrie bei und beschloß, daß er eines Tages die Rätsel der Welt lösen wolle einer der wenigen Fälle, in denen Jugendträume sich erfüllen sollten. Einsteins weiterführende Schulausbildung gestaltete sich ebenso problematisch. 1894 zog die Familie nach Mailand, wo sein Vater nach geschäftlichen Mißerfolgen einen Neuanfang versuchte. Albert, der in München zurückblieb, um die Schule zu beenden, verließ das Gymnasium ohne Abschluß und reiste der Familie nach. Im Alter von siebzehn Jahren wurde er am Schweizer Polytechnischen Institut aufgenommen, nachdem er im Jahr zuvor durch das Eingangsexamen gefallen war. Hier wurde ihm bewußt, daß sein Gebiet die Physik und nicht die Mathematik war, und er beschäftigte sich u. a. mit den Werken von HERMANN VON HELMHOLTZ und JAMES CLERK MAXWELL. Aber er war alles andere als ein vorbildlicher Student, fühlte sich im Unterricht eingezwängt und schrieb später, daß es »nichts weniger als ein Wunder [war], daß die modernen Unterrichtsmethoden nicht gänzlich den geheiligten Geist der Neugier und Forschung erwürgten.« 1900 schloß er das Studium ab. Im Jahr 1902 nahm Einstein eine Stellung am Schweizer Patentamt in Bern an, wo er die eingereichten Patentanmeldungen prüfte und beurteilte. Ganz sicher war es für ihn eine wichtige Zeit; er war von der wissenschaftlichen Gemeinschaft ausgeschlossen, gleichzeitig nahm er die neuesten Entwicklungen auf dem Feld aufmerksam zur Kenntnis. 1905 - oftmals als Einsteins annus mirabilis bezeichnet -veröffentlichte er im Band XVII der Annalen der Physik drei eminent wichtige Artikel, und sein Genius, wie Emilio Segre schrieb, »strahlte mit unübertroffener Leuchtkraft.« Jeder der drei Artikel befaßte sich mit einem anderen Thema: In dem Artikel über die »Brownsche Molekularbewegung« zeigte Einstein, daß der ZickzackTanz der Teilchen, die in einer Flüssigkeit aufgelöst werden, eine meß und bestimmbare Funktion molekularer Kinetik darstellt. Damit bewies er im Grunde die in manchen Kreisen damals noch umstrittene Existenz von Molekülen. Einige Jahre später wurden Einsteins Berechnungen durch Experimente bestätigt. In seinem ersten Beitrag zur Quantentheorie zeigte er, daß in der bemerkenswerten mathematischen Gleichung, durch die einige Jahre vorher das Problem des »schwarzen Strahlers« gelöst worden war, ein fundamentales Naturgesetz am Werk ist. Einstein wies unter Verwendung des Planckschen Wirkungsquantums nach, daß Licht als Korpuskelstrom mit einer errechenbaren Energie aufgefaßt werden kann. (Der Ausdruck Photon oder Lichtteilchen wurde erst später geprägt.) Die Experimentelle Bestätigung erfolgte noch im darauffolgenden Jahrzehnt. Für diesen Artikel erhielt Einstein 1921 den Nobelpreis. Diese beiden Artikel, vor allem der letztere, waren revolutionär, der dritte - »Über die Elektrodynamik bewegter Körper« - war es nicht weniger. Er enthält zum ersten Mal das, was später als spezielle Relativitätstheorie bekannt wurde. Die spezielle Relativitätstheorie basiert auf der physikalischen Mechanik, läuft unseren üblichen Vorstellungen von Raum und Zeit aber entgegen. Betrachtet man eine Bewegung im Raum, postulierte Einstein, so kann die Lichtgeschwindigkeit in allen Bezugssystemen als konstanter Wert angesehen werden - unabhängig von der Lichtquelle oder dem Beobachter. Mit anderen Worten, die Lichtgeschwindigkeit, die man in der Tat berechnen konnte, ändert sich nicht in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Beobachters. Aber wenn das der Fall ist, dann werden zwei Beobachter, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten fortbewegen, ein bestimmtes Ereignis nicht mehr eindeutig zeitlich einordnen können. Raum und Zeit werden, faßt man die Lichtgeschwindigkeit als Konstante auf, zu einem Bezugssystem. Leicht ist zu sehen, warum Einsteins spezielle Relativitätstheorie revolutionär war; sie schuf eine Situation, in der der gesunde Menschenverstand und alle philosophischen Vorstellungen einem neuen wissenschaftlichen Konzept wichen, einem, das prinzipiell bewiesen werden konnte. Schwieriger zu verstehen ist vielleicht, warum sie relativ schnell von den Naturwissenschaftlern akzeptiert wurde. Als Einstein seine Theorie aufstellte, betraf sie ganz direkt wichtige Fragestellungen der sich schnell entwickelnden Wissenschaft der Elektrodynamik. Eine Generation früher hatte James Clerk Maxwell Gleichungen aufgestellt, die besagten, daß sich elektromagnetische Wellen mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum bewegen. Um dies mechanisch erklären zu können, wurde ein unsichtbarer Äther vorgeschlagen. Aber dieser Äther war trotz aufwendiger Forschungen niemals entdeckt worden; eine höchst erfolgreiche physikalische Theorie war somit lästigerweise unvollständig geblieben. Die spezielle Relativitätstheorie benötigt den Äther nicht - eine wichtige Vereinfachung - und liefert eine Erklärung für bestimmte experimentelle Befunde wie die Zunahme der Masse von Körpern, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen, worauf bereits der holländische Physiker Hendrik Lorentz hingewiesen hatte. Ein weiterer wichtiger Grund für den Erfolg der Theorie lag an der um 1900 entstandenen Quantentheorie. Die spezielle Relativitätstheorie konnte - anders als die physikalischen Gesetze Newtons - zur Vorhersage bestimmter Ereignisse im subatomaren Bereich angewandt werden. MAX PLANCK, einer der Begründer der Quantentheorie, erkannte wie NIELS BOHR sofort die Bedeutung der speziellen Relativität und verglich sie mit der kopernikanischen Wende. Die Relativität erklärte, wie Einstein schrieb, daß die »Masse eines Körpers ein Maß für seinen EnergieInhalt ist.« Bald darauf veröffentlichte er eine ausführlichere Abhandlung, in der er seine berühmte Gleichung aufstellte: Eine Masse m kann als bestimmter Energiebetrag E dargestellt werden, wenn man sie mit dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit c multipliziert. 1909, als sich sein Ruf unter Physikern herumgesprochen hatte und seine Artikel von 1905 weite Verbreitung fanden, verließ Einstein das Patentamt und schlug die Universitätskarriere ein. Er lehrte an der Universität Zürich, kurz 1911 auch in Prag, wo er sich wegen der antisemitischen Stimmung im Habsburgerreich nicht wohl fühlte. 1912 kehrte er nach Zürich zurück. Nachdem ihm 1914 die Preußische Akademie der Wissenschaften eine Stelle mit gleichzeitigem Lehrauftrag am Kaiser-Wilhelm-Institut für Physik angeboten hatte, konnte sich Einstein von nun an verstärkt seinen Forschungen widmen. Was heute als allgemeine Relativitätstheorie bekannt ist, bezieht sich auf das Konzept der Schwerkraft und korrigiert einige Probleme der Newtonischen Physik. Einstein entwickelte sie zwischen 1907 und 1916, dem Jahr ihrer Veröffentlichung. Die allgemeine Relativitätstheorie ist im Grunde eine Ausweitung der speziellen und behandelt Systeme in beschleunigter Bewegung. Von der allgemeinen Relativitätstheorie leitet sich die gesamte Kosmologie des 20. Jahrhunderts ab - von der Erklärung der »Rotverschiebung«, die darauf hinweist, daß sich das Universum ausdehnt, bis hin zur Vorstellung von schwarzen Löchern. Um die allgemeine Theorie zu verstehen, beginnt man am besten mit Einsteins Äquivalenzprinzip. Wie Galilei bereits beobachtet hatte, fallen Körper unabhängig von ihrer Masse mit einer konstanten Beschleunigung zur Erde. In diesem Sinne sind fallende Körper, ob groß oder klein, »schwerelos«; ihr Gewicht ändert nichts in Hinblick auf die Schwerkraft. Astronauten in der Umlaufbahn um die Erde »fallen« ständig zur Erde hin - und fühlen sich schwerelos. Wenn ihr Raumschiff allerdings die Umlaufbahn verläßt, um zu einem fernen Stern davonzuschießen, spüren sie je nach Änderung der Beschleunigung ihr volles Gewicht (und mehr). Nicht die Schwerkraft, sondern die Beschleunigung ist dafür verantwortlich. Einstein sagte, daß die Gravitationskraft und die Trägheitskraft eines beschleunigten Systems nicht zu unterscheiden sind. Die aufsehenerregende Konsequenz dieses Satzes: die Gravitation ist nicht einfach nur eine Naturkraft, durch die alle Körper einander angezogen werden, sondern die »Krümmung« von Raum und Zeit durch eine physikalische Masse. Daß Masse existiert, beweist, daß der Raum »gekrümmt« sein muß - daß er nichteuklidisch in seiner Gestalt und, setzt man die Lichtgeschwindigkeit voraus, auch meßbar ist. Obwohl die allgemeine Relativitätstheorie und die klassischen Gesetze der Physik in der »normalen« Welt zu den im Grunde gleichen Ergebnissen kommen, ist es durch Einsteins Theorie möglich geworden, nicht nur die elliptischen Planetenbahnen zu berechnen, sondern auch Newtonische Anomalien wie die Umlaufbahn des Merkurs um die Sonne zu korrigieren. Einige Jahre nach Veröffentlichung der allgemeinen Theorie wurde sie durch astronomische Beobachtungen verifiziert. Schon 1911 hatte Einstein vorausgesagt, daß Sternenlicht, wenn es nahe an einem großen Objekt wie die Sonne vorbeigeht, durch deren große Masse abgelenkt wird. Der Grad der Ablenkung war, wie er später feststellte, berechenbar. Somit besaß jeder Stern eine wahre Position und, von der Erde aus betrachtet, aufgrund der durch die Sonnenmasse verursachten Krümmung des Raums eine scheinbare Position. Die klassische Physik, für die der Raum flach ist, würde für die Ablenkung des Lichts einen anderen Wert errechnen. Eine Sonnenfinsternis sollte die Gelegenheit bieten, die Sterne zu betrachten und die Werte Newtons und Einsteins zu vergleichen. Mehrere erfolglose Versuche wurden unternommen, 1919 allerdings auf Insistieren des Astronomen ARTHUR EDDINGTON zwei Expeditionen ausgeschickt, von denen eine nach Brasilien, die andere zur Insel Principe vor der Küste des westlichen Zentralafrikas ging. Die Ergebnisse waren eindeutig: Nach Auswertung der Photographien stimmte die Position der Sterne mit den Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie überein. Einstein wurde über Nacht zu einer Berühmtheit. Die Londoner Times verkündete am 7. November 1919: »Wissenschaftliche Revolution/Neue Theorie zum Universum/Newtons Vorstellungen umgestoßen.« Die New York Times folgte zwei Tage später mit einem ähnlichen Artikel. Einsteins spätere Arbeiten, in denen er versuchte, eine einheitliche Feldtheorie aufzustellen, welche die Theorien zur Schwerkraft und zum Elektromagnetismus verband, blieben ohne Abschluß. Trotz der Grenzen, die durch die Quantentheorie auferlegt wurden (an deren Begründung er durch seinen Artikel von 1905 über Lichtquanten beteiligt war), hatte er die Hoffnung, zu einer letztgültigen Wirklichkeit vordringen zu können. Er führte mit Niels Bohr eine lange Debatte über die philosophischen Fragen der Quantentheorie, und schrieb dazu, daß er noch immer an die Möglichkeit eines Wirklichkeitsmodells glaube - »das heißt, an eine Theorie, die die Dinge selbst darstellt und nicht nur die Wahrscheinlichkeit ihres Auftretens.« Nach 1928, als die Quantentheorie in höchster Blüte stand, begann Einsteins Einfluß auf die Physik nachzulassen. 1933 gehörten Einsteins Bücher zu denen, die von den Nazis in Berlin verbrannt wurden, sein Besitz wurde konfisziert. Er selbst lehrte bereits in den Vereinigten Staaten und kehrte nie mehr nach Deutschland zurück. Vom Institute for Advanced Study an der Universität Princeton erhielt er eine lebenslange Anstellung. Der Aufstieg des Nationalsozialismus bewirkte, daß er von seinen pazifistischen Überzeugungen etwas abrückte, 1939 unterzeichnete er widerstrebend einen Brief an Franklin Roosevelt, in dem der Bau der Atombombe empfohlen wurde. An der Entwicklung der Bombe war er nicht beteiligt, teils auch, weil er wegen seiner linksgerichteten Sympathien als Sicherheitsrisiko galt. Nach dem Krieg trat er für die nukleare Abrüstung ein. Zum amerikanischen Patrioten eignete er sich nicht und widersetzte sich in den 50er Jahren den Kongreßanhörungen zu den sogenannten unamerikanischen Aktivitäten. 1952 lehnte er das Angebot ab, israelischer Präsident zu werden. Einsteins späte Karriere spiegelte sein außerordentliches Ansehen wider. Als öffentliche Gestalt hielt er zahlreiche Vorträge, seine Anthologien Mein Weltbild von 1930 und Aus meinen späten fahren von 1950 wurden mehrmals neu aufgelegt. Darin äußert er sich zu einer Vielzahl an Themen, zum Wesen der Wissenschaft, dem Sozialismus, zur Rassenproblematik, Zionismus und den Niedergang der Moral. Wie bei Freud, mit dem er korrespondierte, verkörpern Einsteins politische und soziale Ansichten den Liberalismus des 19. Jahrhunderts. Obwohl oft Einsteins Ausspruch zitiert wird, den er in Hinblick auf die Quantenstatistik getan hatte - »Gott würfelt nicht« -, war er ein Agnostiker. Gefragt, ob er an Gott glaube, antwortete er: »Das darf man jemanden nicht fragen, der mit zunehmendem Erstaunen versucht, die gewaltige Ordnung des Universums zu erforschen und zu verstehen.« Einsteins Persönlichkeit zu charakterisieren fällt schwer, vor allem in den späten Jahren, als er ein zurückgezogenes, einsames Leben führte. Es war ihm nicht gegeben, anderen seine Gefühle mitzuteilen, obwohl er durchaus in der Lage war, seiner tiefen Hingabe an die Menschheit Ausdruck zu verleihen. Auf dem Höhepunkt seines Ruhms durchlebte er die schwierige Scheidung von seiner ersten Frau Mileva Mark. Er hatte mit ihr zwei Söhne, von denen einer ein bekannter Professor für Maschinenbau wurde (der andere wurde schizophren)., Ein drittes Kind, das vor ihrer Ehe geboren wurde, hatten sie zur Adoption weggeben. Später heiratete er eine Kusine ersten Grades, Elsa Löwenthal, die 1936 starb. Am 11. April 1955 unterzeichnete Albert Einstein ein pazifistisches Manifest gegen Kernwaffen, das vom Philosophen Bertrand Russell initiiert worden war. Einige Tage später erlitt er ein Aneurysma mit Aortenruptur. Die Operation verweigerte er mit der Begründung: »Ich will gehen, wenn ich gehen will. Es ist geschmacklos, das Leben künstlich zu verlängern.« Albert Einstein starb am 18. April 1955 in Princeton, New Jersey. |
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