Die spezielle Relativitätstheorie
Einstein erweiterte die Relativität 1905 aufgrund einer bemerkenswerten Entdeckung entscheidend gegenüber Galileo. Kehren wir zum Jetstream zurück. Dabei kann sich die Geschwindigkeit der Luft mit der des Flugzeugs zu einer höheren Geschwindigkeit über Grund addieren. Ähnlich können wir nach Galileos Relativitätstheorie die beiden Geschwindigkeiten von zwei Flugzeugen addieren, die sich aufeinander zu bewegen. Jedes hat vielleicht eine Geschwindigkeit von 890 km/h über Grund, aber von der einen Maschine aus nähert sich die andere mit rasenden 1780 km/h. Und wenn die Flugzeuge in dieselbe Richtung fliegen, bewegen sie sich, wie wir gesehen haben, in Relation zueinander nicht.
Als Einstein seinerzeit seine Entdeckung machte, hatte er keine Flugzeuge im Sinn (die gerade erst erfunden worden waren; der erste Flug der Gebrüder Wright hatte 1903, zwei Jahre zuvor, stattgefunden), aber Licht. Stellen Sie sich vor, Ihr Flugzeug würde plötzlich unglaublich schnell. Sie fliegen mit 300000 Kilometern pro Sekunde. Das ist die Lichtgeschwindigkeit. Neben Ihnen geht ein Sonnenstrahl in dieselbe Richtung. Laut Galileo würde der Sonnenstrahl aus Ihrer Perspektive angehalten. Doch Einstein erkannte, dass das ein großes Problem bedeuten würde.
Der schottische Wissenschaftler James Clerk Maxwell hatte Ende des 19. Jahrhunderts nachgewiesen, dass sich Licht mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegen muss. Seine Geschwindigkeit ändert sich in bestimmten Substanzen (beispielsweise ist es in einem Vakuum schneller als in Glas), aber in dem jeweiligen Medium – etwa Luft – ist seine Geschwindigkeit festgelegt. Licht ist das Zusammenwirken von Elektrizität und Magnetismus. Wenn Sie einen elektrischen Strom bewegen, erzeugen Sie Magnetismus. Bewegen Sie einen Magneten, erzeugen Sie Strom. Bewegen Sie Ihren Strom mit der richtigen Geschwindigkeit, erzeugt die Elektrizität Magnetismus, der Strom erzeugt und immer so weiter – sie ziehen sich sozusagen an den eigenen Haaren nach oben. Aber das funktioniert nur bei der spezifischen Geschwindigkeit des Lichts. Bei einer anderen Geschwindigkeit kann Licht nicht existieren.
Einstein erkannte also, dass das Licht verschwinden müsste, wenn es seine Geschwindigkeit verändern würde, weil wir uns in Relation zu ihm bewegen. Sobald sich Ihre Maschine mit Lichtgeschwindigkeit in Bewegung setzte, würde das Licht draußen zusammenbrechen. Jeder, der nicht absolut unbewegt verharrt (in Bezug auf was?), könnte nichts mehr sehen, weil sich alles Licht um ihn herum zersetzen würde. Das ist aber lächerlich – denn es geschieht schlichtweg nicht. Also hatte Einstein die verwegene Idee, dass Licht sich immer mit derselben Geschwindigkeit bewegt, egal, mit welcher Geschwindigkeit Sie sich im Verhältnis zum Licht bewegen. Wenn Sie mit 890 km/h in Richtung Sonne fliegen, wird das Licht nicht um 890 km/h schneller, sondern kommt mit derselben Geschwindigkeit zu Ihnen wie zu der Maschine am Boden.
Als Einstein das in Newtons Gleichungen einsetzte, die Bewegung erklären, bekam er einen Schock. Um die Lichtgeschwindigkeit als unveränderlich zu fixieren, musste er ein paar andere Vorstellungen aufgeben, die jedermann für unveränderlich hielt. Wenn sich ein Objekt bewegt, so Einsteins neue Theorie, wird es schwerer, kleiner und die Zeit läuft langsamer ab für es. Dieser Effekt ist äußerst gering, solange man nicht annährend mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs ist, aber die Konsequenzen sind ungeheuer – wie wir gesehen haben, würden GPS-Satelliten ohne eine entsprechende Korrektur nicht funktionieren.