Albert Einstein, geboren 1998 in Ulm, war wohl der bedeutendste Physiker der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts. Seine Allgemeine Relativitätstheorie, die ein neues umfassendes Verständnis der Gravitation 3 Jahrhunderte nach Newton lieferte, machte ihn weltberühmt.

Während einer Sonnenfinsternis wurde damals die Ablenkung eines Lichtstrahls im Gravitationsfeld der Sonne gemessen und die Ablenkung entsprach dem vorausberechneten Wert der Allgemeinen Relativitätstheorie und nicht dem der Newtonschen Gravitationstheorie.

Der erste erfolgreiche Test der Allgemeinen Relativitätstheorie war ein großer Erfolg Einsteins. Einstein war ein Meister des Gedankeninstruments, voll überzeugt von der Kraft der Symmetrie.

Für die Erklärung des Photoeffekts bekam er den Nobelpreis. Er übertrug die Quantenhypothese Plancks auf das Licht und postulierte die Photonen, die Elementarteilchen des Lichts. Die Energie der Photonen steigt mit der Frequenz des Lichts und die Proportionalitätskonstante ist h.

Mit seiner Speziellen Relativitätstheorie bestieg der Berner Patentamtsangestellte IIIer Klasse 1905 die Bühne der Physik und zerschlug den Gordischen Knoten der Äthertheorien des 19. Jahrhunderts.

Die Haupaussagen sind: Zeitintervalle und Raumabstände sind abhängig vom Bewegungszustand des Beobachters. Bewegte Uhren gehen langsamer, bewegte Maßstäbe werden kürzer, bewegte Massen werden schwerer. Die Zeit betrachtet Einstein als die 4. Dimension der Raumzeit.

Nur ein Mann außerhalb akademischer Traditionen, Hierarchien und persönlicher Abhängigkeiten , ohne Angst, einen wissenschaftlichen Ruf zu verlieren, konnte diese Gedanken zu Ende denken.

Ausgangspunkt seiner Symmetrieüberlegungen war die experimentell festgestellte Konstanz der Lichtgeschwindigkeit durch Michelson & Morley, unabhängig vom Bewegungszustand der Erde im vermeintlichen Ätherwind.

Eine einfache Gleichung verknüpft die Zeitkoordinaten mit den Ortskoordinaten in Abhängigkeit von der Bewegung. Davon abgeleitet ist die Abhängigkeit der Masse von der Geschwindigkeit und die wohl berühmteste Gleichung des 20. Jahrhunderts

E= mc²

In den folgenden 10 Jahren nach Veröffentlichung der Speziellen Relativitätstheorie wandte Einstein das Relativitätsprinzip auf die allgemeine beschleunigte Bewegung an und schuf die Allgemeine Relativitätstheorie. Er ließ sich dabei von der Beobachtung leiten, daß im Experiment die träge Masse exakt gleich der schweren Masse ist, ohne daß diese Beobachtung bisher in einem physikalischen Prinzip zum Ausdruck gebracht wurde. Ein vom Dach fallender Dachdecker, der sich bei seinem Sturz schwerelos fühlte, soll Einsteins Gedankengänge angestoßen haben. Einstein erhielt das Ergebnis: Nicht nur Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit verändern die Maßstäbe von Raum und Zeit , sondern auch schwere Massen.

Einstein bediente sich dabrei der neu von Riemann entwickelten nichteuklidischen Geometrie, um die Krümmung der Raumzeit darzustellen. Bei dieser Geometrie gilt nicht das Parallelen-Axiom. Parallel verlaufende Geraden können sich in einem Punkt treffen, wie Längskreise am Nordpol, oder sie können auseinander driften.

Einstein berechnete mit seiner Theorie erstmals erfolgreich die Periheldrehung des Merkur. Diese Abweichung von der Newtonschen Theorie war seit langer Zeit ein nicht gelöstes Rätsel der Physik.

1916 gelang Schwarzschild, kurz bevor er an der Westfront den Soldatentod für sein Vaterland starb, eine erste Lösung der 10 komplizierten Gleichungen der AR. Er berechnete die Singularität, die nach im benannt wurde. Später wird man für diese superschwere Ansammlung von Masse in der Singularität , an der die Raumzeit endet, das Wort "Schwarzes Loch " prägen.

Friedman wendete später die Gleichungen der AR auf das Weltall an und fand drei Lösungen mit positiver , negativer und flacher Raumzeitkrümmung. Das Vakuum krümmt die Raumzeit nach außen, die Massen krümmen die Raumzeit nach innen und das Licht folgt der flachen Raumzeit.

Die Allgemeine Relativitätstheorie erweitert die Newtonsche Theorie für große Massen und große Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit. Sie ist unvollständig. Sie ist eine stetige, klassische Theorie und berücksichtigt nicht die Sprünge der Quantentheorie. Die Physiker sind überzeugt , die Natur macht Sprünge. Eine weiterentwickelte AR , die auch die Singularitäten großer Massen beschreibt, muß quantisierbar sein. Hierin sind sich die Physiker einig.

Die beiden Gravitationstheorien können ein großes Rätsel der letzten 10 Jahre nicht erklären, das Geheimnis der Dunklen Materie. Die Rotationskurven der leuchtenden Sterne um das galaktische Zentrum widersprechen den Newtonschen Gesetzen. Sterne in den äußeren Bahnen haben die gleiche Geschwindigkeit wie die Sterne in den inneren Bahnen. Die äußeren Sterne werden demnach nach heutigem Verständnis von unsichtbarer Gravitationswirkung auf ihrer Bahn gehalten. Diese zusätzliche Gravitationswirkung schreibt man Dunkler nichtbaryonischer exotischen Materie zu.

Experimentelle Hinweise für diese exotische Materie gibt es bislang nicht. Vielmehr gibt es ein hervorragend funktionierendes Standardmodell mit einem Satz von Elementarteilchen, deren experimenteller Nachweis abgeschlossen ist, bis auf das umstrittene Higgs-Teilchen.

Kann die Dunkle Materie nicht durch bereits bekannte Teilchen erklärt werden ?

Die Bewegung der Wasserstoff-Wolken zwischen den Sternen auf den äußeren Umlaufbahnen, deren Geschwindigkeit durch die Dopplerverschiebung der 21 cm-Spektrallinien gemessen werden, legt nahe, daß Spiral-Galaxien eingebettet sind in ein Halo nicht leuchtender Materie. Besteht das Halo aus einer gigantischen Anhäufung von Antineutrinos ? Antineutrinos sind die Asche zerfallener Antimaterie und entstehen ständig durch die Beta-Strahlung zerfallender Materie. Nach neuesten Forschungsergebnissen haben zwar Antineutrinos eine geringe Masse, die Masse reicht aber nicht aus um die notwendige Gravitationswirkung Dunkler Materie zu erklären. Sie liefern aber mit ihrem Eigendrehimpuls von 1/2 h / 2 Pi in ihrer gigantischen Menge einen riesigen Drehimpuls. Dieser Drehimpuls verschafft den umlaufenden Sternen eine zusätzlich hohe Geschwindigkeit. Vergleichbar ist das Bild eines auf einem Laufband laufenden Menschen, dessen Geschwindigkeit sich zusammensetzt aus der eigenen Laufgeschwindigkeit und der des sich bewegenden Untergrunds.

Nach diesem Modell liefern Antineutrinos nicht nur den fehlenden Drehimpuls der umlaufenden Sterne und Wasserstoffgaswolken sondern sie sind auch die Überreste der bisher vermißten Antimaterie. Antineutrionos haben einen äußerst geringen Wirkungsquerschnitt . Die befürchtete Zerstrahlung mit der Materie ist daher nicht möglich.