Einsteins Relativitätstheorie muss man eigentlich nicht mehr testen. Wenn es eine wissenschaftliche Theorie gibt, die in den letzten 100 Jahren wirklich gut geteste worden ist, dann ist die von Albert Einstein! Und sie hat bis jetzt jeden Test absolut bestanden. Wir testen aber trotzdem weiter – denn früher oder später müssen wir auf einen Fall stoßen, in dem die Vorhersagen von Einsteins Theorie nicht mit der Realität übereinstimmen. Es MUSS eine Theorie geben, die die Realität besser beschreibt als die Relativitätstheorie, denn wir wissen, dass es jede Menge Fälle gibt, in denen sie nicht angewendet werden kann. Die Relativitätstheorie ist keine umfassende Beschreibung des Universums; überall dort wo es um Elementarteilchen u.ä. geht, funktioniert sie nicht mehr.

Es ist deswegen auch mehr als 100 Jahre nach der Veröffentlichung von Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie immer noch interessant, sich mit Tests der Theorie zu beschäftigen. Und einen sehr faszinierenden Test hat Physiker Derek Muller kürzlich bei “Veritasium” vorgestellt. Darin beschreibt er, wie man die 2014 ins All geschickten Satelliten Galileo 5 und Galileo 6 für einen Relativitätstheorietest benutzt hat. Die beiden Satelliten gehören eigentlich zum europäischen Navigationsnetzwerk Galileo. Sind aber nicht auf den Umlaufbahnen gelandet, auf denen sie landen sollten. Die Wissenschaft hat für sie trotzdem einen faszinierenden Zweck gefunden:

Ich bin ja wirklich gespannt, ob ich es noch einmal erlebe, dass Einsteins Theorie bei einem Test versagt. Ich hoffe es jedenfalls…

Kommentare (30)

  1. #1 Tim
    9. Januar 2019

    Was genau hoffst Du? Dass sie irgendwann mal in “ihrem” Bereich versagt und nicht nur bei Elementarteilchen?

  2. #2 Mirko
    HH
    9. Januar 2019

    Jetzt bin ich aber auch verwundert.Der Astronom sollte doch im Gegensatz zum Teilchenphysiker hoffen, dass die ART (für seine Themen) korrekt ist? Möglichst auch für schwarze Löcher und Urknall.

  3. #3 anders
    9. Januar 2019

    Die ART ist ja sehr gut bestätigt, aber offensichtlich nicht der Weisheit letzter Schluss. Man hoffte daher, ähnlich wie früher vor Einstein, auf (sehr) kleine Abweichungen die sich aus der ART allein nicht erklären liessen.

    Offenbar hat man nun (nur) festgestellt, dass die ART die Zeitdilatation (vergleichsweise naher beschleunigter Körper) auch bei fünffacher Genauigkeit im Vergleich zu Gravity Probe A exakt voraussagte.

    Die kleine Enttäuschung kann ich nachvollziehen. Nicht weil Art bestätigt wurde, sondern weil das Experiment keinen Fingerzeig auf “mehr” gab.

  4. #4 Eckbert
    9. Januar 2019

    Ich finde das toll und es ist das, was Wissenschaft ausmacht: Eine aufgestellte Theorie immer und immer wieder überprüfen – auch wenn es viel spannender ist, wenn das Ergebnis eine Abweichung vom Erwarteten zeigt.

    @Mirko: Das schreibt Forian doch: “Es MUSS eine Theorie geben, die die Realität besser beschreibt als die Relativitätstheorie, denn wir wissen, dass es jede Menge Fälle gibt, in denen sie nicht angewendet werden kann”
    Genau darum hofft er – weil es so viele Dinge gibt, die (noch) nicht erklärbar sind – zumindest nicht mit der aktuellen Theorie.

  5. #5 schlappohr
    9. Januar 2019

    @Mirko

    wenn man ein Flugzeug baut, dann weiß man von Beginn an, dass die Flügel bei einer bestimmten Belastung brechen werden. Trotzdem führt man Bruchtests durch, weil man genau wissen will, ab wann der Flügel _beginnt_ zu brechen und wie der Bruch im Detail abläuft. Damit versteht man die Mechanik des Flügels besser und kann die Konstruktion anpassen.

    Interessant ist der Bereich, in dem eine Theorie beginnt, allmählich zu “brechen”. Man weiß ja schon, dass die ART vermutlich ein Spezialfall einer umfassenderen Theorie ist (genauso wie die Newton-Physik). Aber man weiß nicht so genau bei welchen Bedingungen die ART allmählich anfängt, von der Realität abzuweichen. Leider können wir ja keine schwarzen Löcher on-demand erzeugen und in Ruhe daran herum experimentieren (auch wenn einige Leute sich vor Angst in die Hose machen, weil sie glauben, genau das würde passieren). Also führt man immer präzisere Tests durch, um den Grenzbereich zu finden, an dem man den Gültigkeitsbereich der Theorie verlässt. Das ist dann der Ansatzpunkt, um herauszufinden, warum die ART z.B. in bestimmten Fällen der QM widerspricht. Es geht nicht darum, die ART zu widerlegen (man weiß längst, dass sie korrekt ist), sondern darum, ihre Gültigkeitsgrenzen zu finden. Es gibt wohl keinen Wissenschaftler, der sich das nicht herbeisehnt.

  6. #6 Karl Mistelberger
    9. Januar 2019

    > Ich bin ja wirklich gespannt, ob ich es noch einmal erlebe, dass Einsteins Theorie bei einem Test versagt. Ich hoffe es jedenfalls…

    Die Gesetze der Physik sind nicht nur robust, sondern auch natürlich:

    https://www.spektrum.de/news/am-ende-der-natuerlichkeit/1556794

    Bei uns auf der Erde und in ihrer Nachbarschaft wird die Allgemeine Relativitätstheorie nicht versagen.

  7. #7 bote19
    9. Januar 2019

    Die Relativitätstheorie baut auf dem Wissen über elektromagnetische Felder auf.
    Die Quantenmechanik baut auf dem Wissen über “Materieteilchen” auf.
    Da Atom und Elektron meistens als Paar auftreten , hängen naturlich beide Theorien miteinander zusammen.
    Eine übergeordnete Sichtweise kann nur weiterhelfen.

  8. #8 Karl-Heinz
    9. Januar 2019

    @bote19

    Wieviele Elektronen hat denn nun ein Atom, wenn beide angeblich als Paar auftreten? 😉

  9. #9 Herr Senf
    9. Januar 2019

    also erstmal “Gesundes Neues Jahr” und gleich zweimal Schimpfe:
    Eigentlich ist ja FF gegen reißerische Schlagzeilen, die Satelliten waren nicht kaputt 😉
    “… es um Elementarteilchen u.ä. geht, funktioniert sie nicht mehr.” Nö Dirac-Gleichung.

  10. #10 tomtoo
    9. Januar 2019

    @K-H
    Vielelektronerei! Ich bin empört. ; )

  11. #11 schlappohr
    9. Januar 2019

    @tomtoo

    “Vielelektronerei”

    Auf atomarer Ebene ist die Welt eben noch in Ordnung… 🙂
    (Ok, ok, ich zahle 10 Euro in die Macho-Kasse)

  12. #12 Philipp
    9. Januar 2019

    @Herr Senf:
    Ganz offensichtlich meint Florian in diesem Artikel mit “Relativitätstheorie” die allgemeine Relativitätstheorie.

  13. #13 bote19
    9. Januar 2019

    Karl-Heinz
    da du aus aus Atomen bestehst, warum sollten die Atome besser sein als die Menschen. Manche sind monogam , andere betreiben Vielelektronerei.

  14. #14 Jürgen A.
    Berlin
    10. Januar 2019

    Ich schließe mich der Aussage von Herrn Senf an : Die Satelliten funktionieren und sind nicht kaputt, sie sind nur am falschen Ort. Die Aussage von FF ist also etwas reißerisch übertrieben.

    Die ART funktioniert an so vielen Stellen nicht mehr. Sie ist nur im Fernfeld ausgezeichnet bestätigt. Da wird man nur sehr schwer Abweichungen finden. Da muß man schon sehr sehr genau messen, deutlich besser als 10^-7. Die ART funktioniert an jedem Ereignishorizont nicht mehr, denn da werden physikalich unmögliche Zustände beschrieben. Da muß man nach Abweichungen suchen.

    Wir haben 2019 und ich habe noch nichts von der Auswertung der Meßsaison 2017 des EHT gehört.

  15. #15 Karl Mistelberger
    10. Januar 2019

    > #14 Jürgen A., Berlin, 10. Januar 2019
    > Die ART funktioniert an jedem Ereignishorizont nicht mehr, denn da werden physikalich unmögliche Zustände beschrieben. Da muß man nach Abweichungen suchen.

    Ja sicher, man kann die Erde auf Kirschgröße komprimieren. Dann bildet sich ein Schwarzes Loch und die Suche kann beginnen.

  16. #16 Jürgen A.
    Berlin
    10. Januar 2019

    Entschuldigung ! Die Meßgenauigkeit muß noch sehr viel genauer sein, deutlich besser als 10^-10 ! Bei einer Freifallgeschwindigkeit von 618km/s bis zur Sonnenoberfläche beträgt die relativistische Abweichung nur 0,82m/s. Wer kann überhaupt die Sonnenoberfläche so genau bestimmen ?

  17. #17 Jürgen A.
    Berlin
    10. Januar 2019

    @ Karl Mistelberger

    Viel Erfolg ! Aber fange bitte mit dem Mond an, ihn zu komprimieren. Den mußt du zwar unter ein Mikroskop legen, um noch was zu sehen, aber auf der kirschgroßen Erde kann ich mein Bett, in dem ich schlafe, nicht mehr aufstellen. Außerdem drückt die Kirsche ganz gewaltig unter meinen Schuhen.

  18. #18 Karl-Heinz
    10. Januar 2019

    @Jürgen A.

    Du musst aber schon zugeben, dass deine Kompetenzen bezüglich ART nicht gerade überragend sind.

  19. #20 Noonscomo
    Berlin
    11. Januar 2019

    @Karl Mistelberger
    Die ART versagt auch hier auf der Erde. Wie schon in diesem Thread sehr schön beschrieben ist die Frage wo sie anfängt zu versagen.

  20. #21 Karl-Heinz
    11. Januar 2019

    @Noonscomo

    Bitte ein bisschen mehr Elan, Herr oder Frau Noonscomo. Also wie genau auf der Erde versagt die ART?

  21. #23 Metalgeorge
    12. Januar 2019

    @alle

    Albert Einstein in seinem Buch “Grundzüge der Relativitätstheorie“ von 1946:
    ..Es ist jedoch folgendes zu bemerken. Die gegenwärtige relativistische Gravitationstheorie beruht auf einer begrifflichen Trennung von Gravitationsfeld und ‚Materie‘. Es ist wohl plausibel, dass diese Theorie aus diesem Grunde für sehr hohe Dichte der Materie inadäquat ist. Es mag wohl sein, dass in einer einheitlichen Theorie eine Singularität nicht auftreten würde…

  22. #24 Noonscoomo
    Berlin
    12. Januar 2019

    @Karl-Heinz
    Die ART beschreibt viele der Beobachtungen, die wir bezüglich der sehr kleinen Dinge hier auf der Erde machen können nicht oder nur unvollständig. Sie beschreibt weder die Effekte am Doppelspalt, noch das Verhalten von Photonen an halbdurchlässigen Spegeln und so fort. Sie versagt also an hier auf der Erde relevanten Punkten. Die Quantenfeldtheorie beschreibt diese Vorgänge im Allerkleinsten sehr gut, aber die Gravitation die wir halt auch hier auf der Erde beobachten können entzieht sich bisher konsequent einer Beschreibung auf diese Weise. Die ART und die Quantenfeldtheorie passt an einigen Stellen einfach nicht zusammen.

  23. #25 Jürgen A.
    Berlin
    12. Januar 2019

    @ Karl-Heinz

    Ich schreibe das nur ein Mal. Sie können also danach schreiben, was sie möchten, ich werde nicht antworten. Wenn Kinder 4 Jahre alt sind, erwidern sie “selber”. Wenn sie 8 Jahre alt sind, sagen sie “dbddhkP”. Auch wenn ich ihren Kommentar #18 und #19 so empfinde, begebe ich mich nicht auf dieses Niveau. Sie haben bewiesen, daß sie überhaupt nicht gelesen haben, worum es geht.

    Sie haben auch die verlinkte Vorlesung von Dr. Andreas Müller in der Sternwarte Sonneberg nicht gehört. Dort wird beschrieben, warum es noch keine Bilder von schwarzen Löchern gibt. Andreas Müller hat in seine Diplomarbeit und in seiner Promotion beschrieben, wie ein schwarzes Loch an Hand von Modellrechnungen aussehen könnte. Es gibt in seinen Arbeiten kein reales Bild von einem schwarzem Loch. Was soll also der fiktive Hinweis #19. Er ist suggestiv und sinnlos. Es gibt noch kein Bild von einem schwarzem Loch !

    Es soll im März 2019 mit fast einem Jahr Verspätung Bilder geben. Aber diese Bilder sind möglicherweise mit Vorsicht zu genießen. Diese Bilder haben Probleme mit der Auflösung. Deshalb werden diese Bilder mit Modellrechnungen verglichen. Wenn diese Bilder aus der Modellrechnung als reale Bilder verkauft werden, ist der Suggestion Tür und Tor geöffnet. Man muß also ganz genau hinschauen, woher diese Bilder stammen.

  24. #26 Karl-Heinz
    12. Januar 2019

    @Jürgen A.

    Ich konnte mich bei ihnen einfach nicht zurück halten. Auf ihrer Homepageseite beweisen sie, dass es keine Singularität beim SL geben kann.
    Da sie angeblich ein diplomierter Physiker sind, verstehe ich ganz und gar nicht, dass sie überhaupt nicht wissen, was eine Bindungsenergie ist.

  25. #27 Jürgen A.
    Berlin
    12. Januar 2019

    Bildverarbeitung und Aufbereitung ist eine äußerst komplizierte Arbeit. Und noch komplizierter ist das bei der Interferometrie. Die Bildverarbeitung besteht eigentlich immer aus einer Art Korrelation. Ich schaue mir die Bilddaten an und frage, welche Eigenschaften müßten die Bilddaten haben. Und dann hebe ich die Daten mit den erwarteten Eigenschaften hervor und unterdrücke die Daten mit unerwarteten Eigenschaften.

    Ein Beispiel : Häufig ist Rauschen auf dem Signal. Rauschen ist im Bild als Ein-Pixel-Abweichung zu sehen. Nun kann man alle Ein-Pixel-Fehler durch den Mittelwert der umgebenden Pixel ersetzen. Damit wird das Ein-Pixel-Rauschen wirkungsvoll unterdrückt. Zwei-Pixel-Rauschen wird nicht unterdrücktt ! Es geht aber auch Bildinhalt verloren. Reale Ein-Pixel-Objekte sind nicht mehr erkennbar und Kanten und Ecken von Objekten und 2-Pixel-mal-2-Pixel-Objekte verändern sich auch. Häufig wirken diese einfachen Bildfilter auch horizontal und vertikal anders als in den Diagonalrichtungen. Dadurch können Artefakte entstehen.

    Ich wollte hier nur aufzeigen, wie kompliziert Bildaufbereitung ist, wenn man es richtig tut. Ich habe solche Künstler, die das richtig können bei Halley (Giotto/Wega) erlebt, und habe große Hochachtung vor denen. Für mich haben die aus einer Punktwolke ohne erkennbare Struktur ein (heute bescheidenes) Bild erzeugt. Ich bin gespannt, was bei EHT herauskommt.

  26. #28 Karl-Heinz
    12. Januar 2019

    @Noonscoomo

    Warum soll die ART den Doppelspaltversuch beschreiben? Das verstehe ich jetzt nicht so ganz. 😉

  27. #29 Karl-Heinz
    12. Januar 2019

    Bild und Signalverarbeitung ist ein sehr interessantes Gebiet. Richtig eingesetzt haben sie eine sehr große Aussagekraft. Bei Jürgen habe ich das Gefühl und ich täusche mich da selten, wenn ihm eine Messung (Bild und Signalverarbeitung) nicht zu Gesicht steht, dann …

  28. #30 #
    17. Januar 2019

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