Allgemeine Relativitätstheorie

Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie beruht auf mehreren Grund­annahmen und Bedingungen. Diese erscheinen teilweise willkürlich – sie basieren auf Entscheidungen, die zunächst nicht jeder Forscher­kollege mittrug, und die sogar Einstein selbst in einem Fall (der Kovarianz) vorübergehend eingeschränkt hat:

Äquivalenzprinzip: Träge und schwere Masse haben denselben Wert, und unterschiedliche Körper fallen im Vakuum gleich schnell.

Korrespondenzprinzip: Die Allgemeine Relativitätstheorie sollte bei ihren Voraussagen und Beschreibungen in Isaac Newtons Theorie der Schwerkraft übergehen, also diese als Grenzfall für schwache Gravita­tionsfelder enthalten. Denn für solche Verhältnisse – etwa Wurfbewegungen, Kometenbahnen und Planetenorbitale – hatte sich Newtons ­Gravitationsgesetz seit dem 17. Jahrhundert glänzend bewährt.

Erhaltungssätze: Was in einem geschlossenen System als Energie und Impuls vorhanden ist, bleibt konstant. Diese physikalischen Erhaltungsgrößen können weder aus dem Nichts auftauchen noch verschwinden. Das sollte auch im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie gewährleistet sein.

Allgemeine Kovarianz: Die gesuchten Feldgleichungen der Gravitation sollten in allen Koordinatensystemen gleich sein, also bei Koordinatentransformationen unverändert ("invariant") bleiben. In diesem Sinn wird die Spezielle Relativitätstheorie verallgemeinert. Sie formuliert nur, wie die Koordinaten gleichförmig bewegter Bezugssysteme ohne Gravitation ineinander umgerechnet werden, sodass die Naturgesetze für alle unbeschleunigten Systeme invariant sind. Die Allgemeine Relativitätstheorie behandelt auch beschleunigte Systeme einschließlich der Gravitation.

Empirie: Wie jede brauchbare wissenschaftliche Theorie muss die Allgemeine Relativitätstheorie mit den Resultaten der Beobachtungen und Experimente übereinstimmen. Sie sollte somit einerseits Messer­gebnisse von bislang unbeobachteten Phänomenen voraussagen, die Newtons Theorie nicht oder anders prognostiziert. Und sie sollte andererseits noch unverstandene Daten erklären können. Im ersten Fall sagte Einstein die Ablenkung von Licht und die Verlangsamung der Zeit (beziehungsweise die Rotverschiebung von Frequenz-Uhren) in einem Gravitationsfeld voraus. Im zweiten Fall gelang es ihm, die rätselhafte Periheldrehung des Merkur zu erklären.

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