Albert Einstein und das Ende der absoluten Zeit

Ein Beamter und die Zeit

An einem Morgen in Bern schlägt ein Beamter des Patentamts einen Aktendeckel auf. Darin liegen Skizzen für elektrische Uhren, Schaltpläne für die Signalübertragung, Vorschläge zur Synchronisation über weite Strecken. Es geht um Sekunden. Um Gleichlauf. Um Verlässlichkeit. Der Mann, der diese Unterlagen prüft, heißt Albert Einstein. Er ist technischer Experte dritter Klasse, die unterste Stufe für akademisch ausgebildete Prüfer. Abends liest er Fachzeitschriften, diskutiert mit Freunden der Akademie Olympia und schreibt Notizen. Er misst nicht selbst. Er hinterfragt Annahmen.

Die Physik gerät ins Stocken

Die Fragen, die Einstein beschäftigen, werden um 1900 in der Physik breit diskutiert. Um 1900 geraten grundlegende Gewissheiten ins Wanken. Seit den 1860er Jahren beschreiben die Gleichungen von James Clerk Maxwell elektrische und magnetische Vorgänge mit großer Genauigkeit. Sie erklären Funk, Telegraphie und das Verhalten des Lichts. Vor allem enthalten sie eine feste Größe: die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen.

Als Messungen diese Geschwindigkeit überprüfen, bestätigen sie den Wert immer wieder. Unabhängig davon, wie sich Quelle oder Beobachter bewegen. Genau hier liegt das Problem. Die klassische Mechanik verlangt etwas anderes. Sie geht davon aus, dass sich Geschwindigkeiten addieren. Wer sich bewegt, misst anders als jemand, der ruht. Diese Regel gilt für Wagen, Schiffe, Geschosse. Das Licht folgt ihr nicht.

Technik, Verwaltung und der Druck der Zeit

Dieser Widerspruch trifft eine Gesellschaft, die sich neu organisiert. Eisenbahnen verlangen nach einheitlicher Zeit, um Unfälle zu vermeiden. Telegraphennetze verbinden Städte und Kontinente in Sekunden. Verwaltung, Militär und Industrie arbeiten mit synchronisierten Abläufen. Uhren wandern vom Kirchturm in Kontrollräume. Physik liefert dafür die Grundlage. Umso schwerer wiegt es, dass Zeit und Bewegung nicht mehr sauber zusammenpassen.

Viele Physiker reagieren mit Zurückhaltung. Hendrik Antoon Lorentz entwickelt Formeln, die aus widersprüchlichen Messungen stimmige Ergebnisse machen. Die Rechnungen liefern korrekte Resultate. Doch sie bewahren eine Annahme, die niemand mehr überprüfen kann: einen ruhenden Äther.

Auch Henri Poincaré formuliert das Relativitätsprinzip klar. Die Naturgesetze sollen für alle gleich gelten. Doch auch er lässt den alten Bezugspunkt stehen. Die Frage bleibt offen.

Ein anderer Zugriff

Einstein setzt anders an. Seit Jahren erhält er Absagen auf akademische Stellen. Er arbeitet außerhalb der Universitäten. Gerade diese Distanz lenkt seinen Blick auf Zeit als technische Größe. Wann gelten zwei Signale als gleichzeitig. Wie lassen sich entfernte Uhren vergleichen, wenn jedes Signal Zeit benötigt. Diese Fragen entscheiden über Funktion oder Fehler. Einstein erkennt, dass das Problem im Zeitbegriff liegt.

Dann streicht er eine Annahme: die absolute Zeit.

Zwei Sätze und ihre Folgen

1905 formuliert Einstein zwei Voraussetzungen. Erstens gelten die Naturgesetze in allen gleichförmig bewegten Systemen gleich. Zweitens breitet sich Licht im leeren Raum stets mit derselben Geschwindigkeit aus. Mehr braucht er nicht. Doch wenn diese beiden Sätze gelten, müssen sich Zeit und Raum anpassen.

Wenn Maßstäbe kürzer werden

Bleibt die Lichtgeschwindigkeit konstant, dann können Längen für Beobachter in unterschiedlicher Bewegung voneinander abweichen. Einstein zeigt das am Gedankenexperiment eines bewegten Maßbands. Ein bewegtes Maßband erscheint dem ruhenden Beobachter kürzer, als es für den mitbewegten Beobachter ist. Das Maßband bleibt, wie es ist. Die Messung hängt von der Bewegung ab. Länge schrumpft entlang der Bewegungsrichtung.

Wenn Uhren nicht mehr übereinstimmen

Dasselbe gilt für Zeit. Einstein beschreibt einen Zug, an dessen beiden Enden Blitze einschlagen. Für einen Beobachter am Bahnsteig treffen sie gleichzeitig ein. Für einen Mitfahrenden im Zug nicht. Da er sich auf den vorderen Blitz zubewegt und sich vom hinteren entfernt, erreicht ihn das Licht zu unterschiedlichen Zeiten. Weil die Lichtgeschwindigkeit konstant bleibt, folgt zwingend: Gleichzeitigkeit hängt von der Bewegung ab.

Eine beschleunigte Gegenwart

Einstein entwickelt diese Konsequenzen nüchtern, Schritt für Schritt. Der Text erscheint 1905 in den Annalen der Physik. Sein Autor arbeitet weiter im Berner Patentamt, ohne Professur, ohne eigenes Institut. Kollegen nehmen die Arbeit zur Kenntnis, viele lesen sie zögerlich, einige gar nicht. Der Alltag im Amt geht zunächst weiter wie zuvor.

Gerade in einer Epoche beschleunigter Abläufe zeigt sich dennoch, dass Zeit und Raum keine festen Größen liefern. Eisenbahnen fahren weiter nach Plan, Telegraphen senden weiter Signale. Doch im Hintergrund hat sich etwas verschoben. Das Licht legt eine Schwachstelle offen, die offen bleiben muss. Wer seine Geschwindigkeit ernst nimmt, muss akzeptieren, dass Zeit für Beobachter in unterschiedlicher Bewegung verschieden vergeht.

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Zum Weiterlesen

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Fölsing, A. (1997): Albert Einstein. Eine Biographie.*
Quellenbasierte Biographie mit Schwerpunkt auf wissenschaftlicher Arbeit, institutionellen Bedingungen und zeitgeschichtlichem Kontext.

d’Inverno, R. (2009): Einsteins Relativitätstheorie. Eine Einführung.*
Systematische Einführung in die spezielle und allgemeine Relativitätstheorie mit Fokus auf Begriffsverständnis statt mathematischer Formalismen.

Einstein, A. (2012): Über die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie.*
Einsteins eigene Darstellung der Relativitätstheorie für ein breiteres Publikum.

Einstein, A. (2008): Grundzüge der Relativitätstheorie.*
Kompakter Überblick über die theoretischen Grundlagen in konzentrierter Form.

Bildnachweis

Titel: Einstein, 1904.

Lichtkegel: Wikimedia Commons, Bernhardius.

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