Dass die Relativitätstheorie nicht nur Erkenntnisgrenzen überwand, sondern auch die Grenzen der Länder, wurde in der Zeit nach dem Ersten Weltkrieg deutlich: Der Sturz der Gravitationstheorie Isaac Newtons war im nationalistischen Deutschland erfolgt. Doch es war ein Engländer, Arthur Stanley Eddington, der die Botschaft aus Berlin weltweit bekannt machte und Einsteins Theorie erstmals triumphal bestätigte. Eddington kannte Einsteins Voraussage der Lichtablenkung im Gravitationsfeld und beschloss, sie zu überprüfen. Eine totale Sonnenfinsternis am 29. Mai 1919 bot ihm dazu Gelegenheit. Von der Insel Principe vor der Küste von Spanisch-Guinea fotografierte Eddington den Himmel und bestimmte die Position der sonnennahen Sterne. Bei einer weiteren Expedition unter Leitung von Andrew Crommlin vom Greenwich Observatory geschah dasselbe im brasilianischen Sobral. Ergebnis: Die gemessene Lichtablenkung von 1,98 und 1,61 (jeweils plus/minus 0,30) Bogensekunden war in Einklang mit Einsteins Voraussage – und signifikant größer, als es Newtons Gravitationstheorie forderte. Dies gaben die Forscher am 6. November 1919 auf einer Sitzung der Royal Astronomical Society bekannt, nachdem vorläufige Resultate schon einige Wochen vorher kursiert waren. Als die Londoner Times am nächsten Tag unter dem Titel „Revolution in Science” ausführlich darüber berichtete, wurde Einstein quasi über Nacht zum Star. „Dieses Resultat ist eine der größten Errungenschaften des menschlichen Denkens”, kommentierte der Sitzungsvorsitzende Joseph John Thomson, der für die Entdeckung des Elektrons 1906 den Physik-Nobelpreis erhalten hatte.
GEISTERBILDER AM hIMMEL
Zwar waren die Messfehler noch groß, und es hätte nicht viel gefehlt, dann wäre Einsteins Voraussage durchgefallen. Doch seither haben zahlreiche Messungen die Lichtablenkung im Gravitationsfeld bestätigt. Mit exakten Positionsbestimmungen von fernen Radiogalaxien an ganz unterschiedlichen Orten am Himmel haben Astronomen beispielsweise 1991 die Lichtablenkung mit einer Messungenauigkeit von 0,2 Prozent nachgewiesen. Und 1997 ergab eine Auswertung der präzisen Sternpositionsbestimmungen des europäischen Astrometrie-Satelliten Hipparcos eine ähnlich gute Bestätigung (0,3 Prozent).
Die Krümmung der Raumzeit kann auch bewirken, dass das Licht nicht nur auf die schiefe Bahn gerät, sondern regelrecht aufgespalten und im Extremfall – in der Umgebung Schwarzer Löcher – sogar um 180 Grad zurückgebogen wird. Die Aufspaltung führt zu Geisterbildern am Himmel. Denn bei einem solchen Gravitationslinseneffekt beeinflusst eine Galaxie im Vordergrund die Bahn des Lichts einer fernen Urgalaxie dahinter so, dass diese doppelt, vierfach oder noch häufiger zu sehen ist, mitunter bogenartig verzerrt wird und außerdem oft heller erscheint. Stehen Vorder- und Hintergrundgalaxie vom Beobachter aus gesehen exakt hintereinander, wird das Licht der Hintergrundgalaxie zu einem sogenannten Einstein-Ring aufgefächert. Gleich einer kosmischen Fata Morgana umgibt er die Vordergrundgalaxie, die wie eine Streulinse wirkt. Seit 1979 wurden einige Hundert solcher Geisterbilder fotografiert, darunter mehrere Einstein-Ringe. Astronomen können damit sogar Distanzen bestimmen.
Albert Einstein hatte die prinzipielle Existenz in einem 1936 veröffentlichten Artikel beschrieben, sich aber nicht träumen lassen, dass sie jemals beobachtet werden könnten. Tatsächlich hatte er den Gravitationslinseneffekt schon 1912 entdeckt. Das wurde erst 1997 bekannt, als die Wissenschaftshistoriker Jürgen Renn und Tilmann Sauer vom Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte in Berlin sowie John Stachel von der Boston University seine Notizbücher analysierten. Einsteins frühe Entdeckung zeigt die Bedeutung qualitativen Denkens für die Entwicklung wissenschaftlicher Theorien: Einstein konnte das einfache Modell bereits aufstellen und seine Schlüsse ziehen, bevor er die ART vollständig formuliert hatte. „Wichtiger als die mathematische Ausarbeitung war sein Vorgehen, ganz verschiedene Gebiete der Physik in einen gedanklichen Zusammenhang zu bringen, in diesem Fall Gravitationstheorie und geometrische Optik.” ■
