Einsteins Spiegel

Als junger Mann stellte sich Albert Einstein eine Frage: Was würde ich sehen, wenn ich neben einem Lichtstrahl herfliegen könnte, genau mit Lichtgeschwindigkeit? Und wenn ich dabei einen Spiegel vor mir halten würde – was würde ich in dem Spiegel sehen?

Diese Frage ist heute als „Einsteins Spiegel“ bekannt. Sie ist auch der Titel eines bekannten Buches über die Relativitätstheorie.

Zuerst denkt man: Das Licht, das von meinem Gesicht reflektiert wird, kann den Spiegel nie erreichen. Also kann es auch nicht zurück in meine Augen kommen. Was würde ich also sehen?

Erst Jahre später entwickelte Einstein eine Theorie, die dieses Rätsel löste. Diese Theorie verlangte grundlegende Änderungen in unserem Verständnis der Welt. Dazu gehören:

• Man kann nicht mit Lichtgeschwindigkeit reisen.
• Zeit ist nicht fest; sie ist relativ.
• Die Lichtgeschwindigkeit ist eine universelle Konstante. Sie ist immer gleich, unabhängig von der Bewegung der Lichtquelle.

Einstein schrieb 1949: „Nach zehn Jahren des Nachdenkens entstand ein Prinzip aus einem Paradoxon, auf das ich schon mit sechzehn Jahren gestoßen war: Wenn ich einem Lichtstrahl mit der Geschwindigkeit c nachjage, sollte ich diesen Lichtstrahl als ein räumlich oszillierendes elektromagnetisches Feld in Ruhe beobachten. Aber so etwas scheint es nicht zu geben.“

Ich versuche, es so zu erklären, wie ich es verstehe. Normalerweise addieren sich Geschwindigkeiten. Wenn ich in einem fahrenden Zug einen Ball von hinten nach vorne werfe, dann bewegt sich der Ball für einen Beobachter außerhalb des Zuges mit der Geschwindigkeit des Zuges plus der Geschwindigkeit des Balles. Aber Licht verhält sich anders.

Wenn man sich der Lichtgeschwindigkeit nähert, wird die Energie, die man zum Beschleunigen braucht, unendlich. Man kann also die Lichtgeschwindigkeit nicht erreichen. Ein Beobachter würde also nicht sehen, dass das Licht von Einstein zum Spiegel mit doppelter Lichtgeschwindigkeit fliegt.

Was sich ändert, ist die Zeit. Für den schnellen Einstein würde das Licht in normaler, riesiger Geschwindigkeit zum Spiegel und zurück fliegen. Aber für einen Beobachter könnte ein Moment für den schnellen Einstein Jahre für uns andere dauern. Die Erfahrung von Zeit hängt von der Geschwindigkeit ab.

Es ist erstaunlich, dass der junge Einstein diese Frage stellte, daran weiterarbeitete und dann einige der offensichtlichsten Tatsachen unserer Welt infrage stellte: dass Zeit nicht fest ist, dass man eine bestimmte Geschwindigkeit nicht erreichen kann, und dass Energie Materie ist.

Das Buch „Einstein’s Mirror“ wurde von meinem Vater mitgeschrieben. Es ist voller Fotos, faszinierender Geschichten und Personen, die die Physik vorangebracht haben. Es behandelt auch Menschen, Ereignisse und Wissenschaft, die wichtig für Christopher Nolans Film „Oppenheimer“ sind.

Verwandte Ideen: Laplace’s Dämon, Rotverschiebung, Blick in die Vergangenheit, Doppler-Effekt, Überschallknall, die schönste Gleichung. Wellen, Licht, Physik – so viel Interessantes.

Früher in diesem Jahr waren wir bei einer Vorführung von Christopher Nolans „Interstellar“ in der Royal Albert Hall in London. Hans Zimmer spielte die Musik live mit einem Orchester. Es war eine fantastische Art, einen bemerkenswerten Film zu erleben. Der Film schafft es, schwarze Löcher, Wurmlöcher und Zeitverschiebung verständlich zu machen und in die Handlung einzubauen.

Diskussion: Ein Kommentar von Mike Sowden empfiehlt die Mr.-Tompkins-Bücher von George Gamow über Relativitätstheorie. Debbie Mrazek findet die Idee von „Interstellar“ mit Live-Orchester außergewöhnlich.