Die Allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein war ein Meilenstein in der Physik. Sie beschreibt die Schwerkraft als Krümmung von Zeit und Raum, die etwa durch massereiche Objekte wie Sterne erzeugt wird. Dennoch gibt es einige Forscher, die alternative Hypothesen vorschlagen. Erstmals testeten solche Physiker eine andere Version der Allgemeinen Relativitätstheorie in einer Galaxiesimulation.

Allgemeine Relativitätstheorie: Das ist die Alternative zu Einstein

In Einsteins Modell ist die Schwerkraft konstant. Im alternativen Schema zur Einstein’schen Relativitätstheorie gehen die Forscher dagegen davon aus, dass die Gravitation sich je nach Materiedichte verändert. Der Gegenvorschlag zur Allgemeinen Relativitätstheorie ist einigermaßen gehaltvoll.

Wissenschaftler belegten Einsteins Annahmen in zahlreichen Tests, dennoch gibt es einen wesentlichen Aspekt, der noch immer Ungereimtheiten aufweist: das Vorkommen von sogenannter dunkler Energie. Dunkle Energie führt dazu, dass sich das Universum immer weiter ausweitet – diese Tatsache lässt sich aber nicht mit der Allgemeinen Relativitätstheorie erklären.

„Chamäleon“ trifft andere Gravitationsannahme als Relativitätstheorie

Die „Chamäleon“-Theorie, sozusagen eine Erweiterung des Einstein-Modell, geht nun von einer inkonstanten Gravitation aus. Das Wissenschaftsmagazin Scinexx berichtet von der ersten Galaxiesimulation.

Das Team um Christian Arnold von der Durham University testeten die Chamäleon-Theorie erstmals für einen entscheidenden Prozess im Universum – die Entstehung von Galaxien. Dabei prüften sie, ob sich auch unter zwei verschiedenen Varianten der Schwerkraft die gleichen galaktischen Parameter bilden wie unter Einsteins Relativitätstheorie.

Einstein lag nicht falsch, andere Ansätze stimmen jedoch auch

Das Ergebnis war positiv: „Zum ersten Mal zeigen wir in unseren Simulationen, dass Galaxien mit Spiralarmen sich selbst dann bilden, wenn man die Gravitation verändert“, sagt Arnold. Damit lässt sich nun erklären, was die Einstein’sche Annahme zuvor nicht konnte. Dennoch betont der Physiker: „Unsere Ergebnisse besagen damit nicht, dass die Relativitätstheorie falsch ist, aber sie zeigen, dass dies nicht der einzige Weg ist, um die Rolle der Gravitation bei der Entwicklung des Universums zu beschreiben“.

Nach Ansicht der Physiker könnten sich die Gravitationseffekte abhängig von ihrer Umgebung verändern. Galaxien in unserem Universum sehen nach dieser Alternative zur Allgemeinen Relativitätstheorie jedoch unmerklich anders aus wie nach dem Einstein-Modell. Die Forscher rufen im Fachmagazin Nature Astronomy außerdem zu weiterer Forschung auf.

Relativitätstheorie: Für diese Formel ist Albert Einstein bis heute berühmt

Die Relativitätstheorie-Formel kennt wahrscheinlich fast jeder, selbst wenn er nicht weiß, was genau dahinter steckt:

Veröffentlicht hat Albert Einstein die Formel zur Relativitätstheorie bereits 1905, in jenem „Wunderjahr“, in dem er ganze fünf umfassende Arbeiten veröffentlichte. Diese sollten später alle große Fortschritte in verschiedenen Bereichen der Physik bedeuten, wie Spektrum berichtet.

Die Relativitätstheorie-Formel selbst beschreibt das Verhältnis zwischen Energie (E), Masse (M) und Lichtgeschwindigkeit (c; 300.000 Kilometer pro Sekunde). Sie drückt aus, dass Masse und Energie ineinander umgewandelt werden können. Genauer bedeutet es, dass Masse eine Art von Energie darstellt, die nur in anderer Form vorkommt. Durch den hohen Anteil an Lichtgeschwindigkeit würde bereits die Umwandlung geringer Massen zur Freisetzung enormer Energiemengen führen.

So viel Alltag steckt in Relativitätstheorie und Formel

Mit seiner berühmten Relativitätstheorie-Formel beschreibt Albert Einstein übrigens erstaunlich alltägliche Vorgänge. Denn im Universum verbrennen beispielsweise Sterne regelmäßig Wasserstoff zu Helium, wobei Materie in Energie gewandelt wird. Andersherum wird Energie zu Masse, wenn zum Beispiel Elementarteilchen in einem Teilchenbeschleuniger auf Lichtgeschwindigkeit gebracht werden. Daraus können neue Teilchen entstehen.

Neben der Auseinandersetzung mit Einsteins Relativitätstheorie und ihrer Formel befassten sich andere Physiker bereits mit den Effekten Dunkler Materie hinsichtlich Einsteins Relativitätstheorie. Aber auch abseits der Allgemeinen Relativitätstheorie begeistert die Wissenschaft. So besteht die Theorie eines an uns angrenzenden Spiegel-Universums.