Genau 100 Jahre ist es her, dass Albert Einstein das erste Papier vorgelegt hat, das die allgemeine Relativitätstheorie vollständig beschreibt. Es war atemberaubend und revolutionär zugleich.

Einfach ausgedrückt ist die Schwerkraft eine geometrische Eigenschaft der Raumzeit, die gekrümmt sein darf. Es war, als würde man Newtons Welt durch den Boden eines Glases betrachten.Die allgemeine Relativitätstheorie basiert auf Einsteins Feldgleichungen, die die Beziehung zwischen der Geometrie einer vierdimensionalen Beschreibung der Raumzeit und dem in dieser Raumzeit enthaltenen Energieimpuls beschreiben.

Die Raumzeitkrümmung wird durch die Masse verursacht; Je mehr Masse, desto mehr Raumzeit ist gekrümmt. Diese Krümmung kann zu Umlenkungen oder Verzögerungen bei der Lichtausbreitung führen.

Selbst in der Nähe unserer Heimat wird unsere Sonne – nicht so massiv wie Sterne – den Weg des Lichts in ihrer Nähe verändern. Newtons Theorie sagt eine Lichtablenkung von 0 voraus.875 Bogensekunden am Sonnenrand, während die Relativitätstheorie eine Ablenkung von 1,75 Bogensekunden vorhersagte. Beobachtungen während totaler Sonnenfinsternisse von Hintergrundsternfeldern bestätigten Einsteins Wert.Selbst wenn Einstein kurz nach seiner Arbeit über die Allgemeine Relativitätstheorie gestorben wäre, würde er heute noch von vielen als der größte Physiker angesehen, der je gelebt hat, und vielleicht sogar als der größte Wissenschaftler.

Auf dem Weg zu einer einheitlichen Feldtheorie

Obwohl er bis zu seinem Tod 1955 an vielen Problemen arbeitete, wird er regelmäßig als Versager in einem bestimmten Bereich beschrieben: die einheitliche Feldtheorie.Ab den 1920er Jahren versuchte Einstein, eine einheitliche Theorie zu entwickeln, die die allgemeine Relativitätstheorie und den Elektromagnetismus miteinander verband und die einzigen beiden bekannten Kräfte darstellte.Eine solche Theorie würde ein einzelnes Feld beschreiben, in dem alle Kräfte vermittelt sind und die Eigenschaften aller Teilchen – die zu dieser Zeit nur Elektronen und Protonen waren, wobei das Neutron erst 1932 entdeckt wurde – abgeleitet werden konnten.

Andere Spieler in der Quest erschienen. Theodor Kaluza zeigte, dass, wenn die Raumzeit fünf Dimensionen hätte, vier Dimensionen die allgemeine Relativitätstheorie widerspiegeln könnten und eine den Elektromagnetismus darstellen könnte. In der aufkeimenden Quantenwelt Mitte der 1920er Jahre schrumpfte Oskar Klein Kaluzas 5. Dimension auf Kompaktheit und bot gewissermaßen eine quantenmechanische Interpretation.

Einstein stützte sich auf andere Arbeiten, wenn es seiner Sache helfen konnte. Er betrachtete sogar Variationen der erfolgreichen mathematischen Grundlage der Allgemeinen Relativitätstheorie. Es wird allgemein berichtet, dass er die Quantenmechanik nicht unterstützte, sondern förderte (oder?) als Ableitung einer eventuellen einheitlichen Theorie.

Starke Entwicklungen

In gewisser Weise verhinderte sein mathematischer Fokus seine Akzeptanz laufender, wichtiger Entdeckungen in der Physik wie der Quantenmechanik. Die Entdeckung zweier neuer Kräfte neben der Schwerkraft und dem Elektromagnetismus – der starken und schwachen Kernkräfte – machte auch seine Arbeit eines einheitlichen Feldes, das nur auf zwei Kräften beruhte, unerreichbar.

Protonen und Neutronen in Atomkernen mussten durch eine starke Anziehungskraft zusammengehalten werden. Mesonen, die krafttragenden Teilchen für die starke Kernkraft, wurden 1947 experimentell entdeckt. Enrico Fermi versuchte 1933, den Beta-Zerfall zu erklären, der eine radioaktive Transmutation zwischen Protonen und Neutronen war. Es war mit einer schwachen Atomkraft verbunden.Schließlich verkündeten Sheldon Glashow, Steven Weinberg und Abdus Salam 1968 eine einheitliche Theorie des Elektromagnetismus und der schwachen Kernkraft. Ihre elektroschwache Theorie postulierte die schwachen Kraftträgerteilchen – W– und Z-Bosonen -, die dann in den 1980er Jahren entdeckt wurden.Wir wissen jetzt, dass alle Kräfte außer der Gravitation mathematisch zusammenhängen, wenn auch mit einigen Unterschieden in den Phänomenen.

Die heutigen Bemühungen um ein einheitliches Feld

Der Hauptweg zur Vereinigung in den letzten drei Jahrzehnten war die Stringtheorie. Zwei Formen der Stringtheorie haben zehn bzw. einundzwanzig Dimensionen. In einer seltsamen Parallele ist die Miniaturisierung oder Verdichtung vieler Dimensionen in der Stringtheorie das moderne Äquivalent zur Quantisierung einer 5. Dimension durch Klein.

Trotz geringer Vorhersagekraft und Kritikern, die ihre Beziehung zu einem Multiversum angreifen, erscheinen keine anderen Bereiche der Vereinigungstheorie so fruchtbar wie die Stringtheorie.

Dreißig Jahre lang erwies sich eine einheitliche Theorie als würdiger Gegner Einsteins. Er arbeitete sogar an seinem vorletzten Tag im Princeton Hospital daran. J. Robert Oppenheimer war später beide wenig schmeichelhaft,

Während seines ganzen Lebens hat Einstein nichts Gutes getan. Er wandte sich von Experimenten ab, um die Einheit des Wissens zu verwirklichen.

…und neidisch,

Natürlich wäre ich gerne der junge Einstein gewesen. Das versteht sich von selbst.Ein Konsens scheint zu bestehen: In späteren Jahren arbeitete Einstein mit mathematischen Scheuklappen, immun gegen relevante Entdeckungen und unfähig, seine Untersuchungsmethode zu ändern.

Wie James Joyce schrieb:

Ein genialer Mann macht keine Fehler. Seine Fehler sind willentlich und sind die Portale der Entdeckung.

Misserfolg und Fehler sind harte Worte. Sie sind oft die Vorläufer der Entdeckung. Das einheitliche Feld war Einsteins Erzfeind aus verschiedenen Gründen. Trotzdem beneideten viele sein frühes Genie, und wir sollten uns besonders in diesem Jubiläumsjahr der größten physikalischen Revolution darauf konzentrieren.