In Einsteins berühmter Relativitätstheorie werden die Konzepte des unveränderlichen Raums und der unveränderlichen Zeit nicht einfach beiseite geschoben, sondern ausdrücklich und nachdrücklich abgelehnt. Raum und Zeit sind nun zu einem koexistierenden Stoff verwoben. Das heißt, wir leben tatsächlich in einem vierdimensionalen Universum. Raum und Zeit allein hören auf zu existieren; Es bleibt nur die Vereinigung dieser Dimensionen.
Dafür geben Physiker ein einziges Wort: Raumzeit. Nehmen Sie bei der Arbeit vier Stifte von Ihrem Schreibtisch. Beginnen Sie mit zwei und machen Sie ein Kreuz auf Ihrem Schreibtisch, sodass sie senkrecht zueinander stehen. Fügen Sie nun einen dritten Stift hinzu und positionieren Sie ihn so, dass er senkrecht zu den ersten beiden steht. Dazu können Sie die Stifte nicht mehr auf dem Schreibtisch liegen lassen, der eine zweidimensionale Fläche darstellt. Sie müssen unser Gerät in die Luft halten, was ein Teil der dreidimensionalen Welt ist, die wir gewohnt sind.
Aber wir leben nicht in einer bloß dreidimensionalen Welt. Nehmen Sie Ihren vierten Stift und stechen Sie ihn durch die anderen drei Stifte, sodass er perfekt senkrecht zu allen steht. Und auch kein Schummeln: Es reichen keine Winkel unter 90° aus.
Das kannst du nicht. Es gibt nur drei Raumdimensionen. Und darüber hinaus kann man sich nicht einmal eine vierte räumliche Dimension vorstellen, weil sich unser Gehirn in einer dreidimensionalen Welt entwickelt hat (einige Leute behaupten, sie könnten sich eine vierte Dimension vorstellen, aber ich vermute, dass sie entweder lügen oder sich einfach etwas vormachen).
Aber auch wenn Sie das Konzept einer vierten Dimension nicht im Kopf behalten können, können Sie es doch erleben. Der Zeitfluss von der Vergangenheit in die Zukunft stellt eine eigene Dimension dar. Wenn Sie Ihre seltsame Anordnung von Stiften in der Hand halten, durchqueren Sie die Zeitspanne vom Moment des Zusammensetzens bis zum Zerfall. Für diesen Zeitraum haben Sie eine vierdimensionale Skulptur geschaffen.
Physiker binden die drei räumlichen Dimensionen und die singuläre zeitliche Dimension in das einheitliche Gerüst der Raumzeit ein. In der Physik von Newton ist die Raumzeit die Bühne, und wir – die Objekte und Inhalte des Universums – sind die Akteure. Wir treffen unsere Ziele und sagen unseren Text, und die Bühne bildet den Hintergrund, vor dem wir unsere Interaktionen durchführen. Wir wissen, wo sich die anderen Schauspieler auf derselben Bühne befinden – sie sind auf dem richtigen Weg und sagen ihren Text zu den festgelegten Zeitpunkten.
Aber in der Allgemeinen Relativitätstheorie wird die Bühne selbst zum Hauptdarsteller, dessen Name auf dem Theaterzettel prangt. Um eine Theorie der Schwerkraft mit der Relativität von Raum und Zeit (heute Raumzeit) kompatibel zu machen, erkannte Einstein, dass die Schwerkraft überhaupt keine Kraft ist, zumindest nicht von der Art, die Newton sich vorgestellt hatte.
Die Raumzeit ist keine feste Bühne, sondern eine flexible Membran, die die gesamte Existenz umhüllt. Es ist ein eigenständiges Ding, ein Objekt und eine Entität, ein dynamischer Akteur in der Besetzung der Charaktere des Universums. Das Universum besteht aus der üblichen Ansammlung von Teilchen und Strahlung und all ihren wunderbaren Wechselwirkungen, und diese Wechselwirkungen finden nicht zusätzlich zur Raumzeit statt, sondern zusammen mit der Raumzeit, die sich nun ihren Reihen angeschlossen hat.
Masse und Energie (die nicht strikt getrennt werden müssen, da sie dank Einsteins spezieller Theorie heute als gleichwertig angesehen werden) verändern die Form der Raumzeit in ihrer Umgebung. Wenn Sie diesen Text lesen, sind Sie ein Wesen im Universum, ein blühendes Bündel Materie. Du hast Masse und du hast Energie. Die Raumzeit in dir, in dir und in deiner Nähe ist jetzt dank dieser Masse und Energie verzerrt. Raum und Zeit verändern sich dank Ihrer Existenz.
Und der Rest des Universums reagiert. Wenn wir uns ein unendlich kleines Teilchen vorstellen, das sich auf einer Flugbahn in Ihrer Nähe bewegt (im Sprachgebrauch der Physik würden wir dies eine Testmasse nennen, um zu untersuchen, wie sich die Schwerkraft ohne andere Effekte verhält), können wir fragen, wie dieses Teilchen auf Ihre Anwesenheit reagiert. In der Sprache Newtons würden wir sagen, dass Ihr Körper ein Gravitationsfeld ausübt, einen unsichtbaren Einfluss, wie der anhaltende Geruch von gutem Eau de Cologne, und dass das Teilchen auf diesen unsichtbaren Einfluss durch das Gefühl einer Gravitationskraft reagiert, die seine Wirkung verändert Richtung.
Aber in der Sprache Einsteins gibt es keine Kräfte, keine unsichtbaren Fäden. Es gibt nur Raumzeit und Raumzeit allein. In Einsteins radikaler Neubewertung der Schwerkraft bewegen sich alle Objekte immer und ewig auf geraden Linien. Aber die Raumzeit, die diese Objekte durchqueren müssen, krümmt sich unter ihnen. Ein Wanderer, der sich von einem Wegpunkt zum anderen bewegt, darf in einer geraden Linie wandern – laut Karte und entsprechend seinen Füßen, die bei jedem Schritt immer direkt voreinander stehen –, muss aber den Kurven und Kurven folgen (nicht). (um die knorrigen Baumwurzeln zu erwähnen) entlang des Weges, damit sie sich nicht in der Wildnis verirren.
Und so bewegen sich Objekte – Testmassen, Planeten, Lichtstrahlen – immer auf geraden Wegen, aber „gerade“ nur in dem Sinne, dass jeder Schritt nach vorne immer direkt vor dem vorherigen platziert wird. Die Raumzeit unter und um diese Objekte herum krümmt sich, und damit auch der Weg, den das Objekt nimmt.
Laut Einstein ist das die Schwerkraft. Masse und Energie verbiegen die Form der Raumzeit, und die Verbiegung der Raumzeit wird zu einem Akteur, der die Bahnen und Bewegungen von allem anderen beeinflusst. Mit diesem Erwachen der Gravitationseinsicht gelang es Einstein, sein Konzept der speziellen Relativitätstheorie – dass es keine festen, universellen Referenzstandards gibt – erfolgreich mit der Gravitationskraft zu verbinden. Mit anderen Worten: Nicht einmal die Raumzeit selbst ist vor den relativistischen Auswirkungen unterschiedlicher Standpunkte gefeit, und diese Mutation der Raumzeit führt zu unserer Erfahrung der Schwerkraft.