Israelische Wissenschaftler finden neuen Beweis für die Gültigkeit von Einsteins Relativitätstheorie». Diese Schlagzeile klingt für viele Leser nicht besonders spektakulär, sondern eher ein bisschen erstaunlich: Warum muss etwas, das wissenschaftlich bereits anerkannt ist, überhaupt noch einmal bewiesen werden?
Wissenschaftlich betrachtet ist eine Theorie ein System von Aussagen, mit dessen Hilfe man Ausschnitte der Realität beschreiben oder erklären kann: Man entwirft ein Modell der Realität. Die Gültigkeit dieses Modells kann durch Beobachtungen von Phänomenen oder auch in Experimenten untermauert oder eben widerlegt werden, insbesondere indem man die Grundannahmen überprüft.
Theorie Die Physik bildet die Realität mit zwei großen Theorien ab. Es gibt die Quantenfeldtheorie – eine Vereinigung der Feldtheorien und der Quantenmechanik –, und es gibt Albert Einsteins allgemeine Relativitätstheorie, die in diesem Jahr ihren 100. «Geburtstag» feiert und sich mit der Wechselwirkung von Materie und Feldern mit Raum und Zeit befasst. Diese beiden Theorien stehen nebeneinander.
Eine der wichtigen Grundannahmen der allgemeinen Relativitätstheorie ist, dass alle Lichtpartikel – auch Photonen genannt – sich mit der exakt gleichen Geschwindigkeit bewegen – der Lichtgeschwindigkeit –, egal, welche Energie sie besitzen. Genau dafür haben nun Forscher der Hebräischen Universität Jerusalem (die Einstein übrigens einst mitgegründet hat) gemeinsam mit der israelischen Open University, der Sapienza-Universität in Rom und der Universität von Montpellier einen neuen experimentellen Beweis erbracht und ihre Forschungsergebnisse im Wissenschaftsmagazin Nature Physics veröffentlicht.
Daten Der Beweis gründet sich auf die Analyse von Daten, die vom Fermi Gammaray Space Telescope der NASA aufgenommen worden sind. Es handelt sich dabei um die Ankunftszeiten von Photonen eines weit entfernten Gammastrahlenblitzes. Die Photonen dieses Blitzes waren mehrere Milliarden Jahre zur Erde unterwegs und trafen doch alle innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde bei uns ein – obwohl sie unterschiedliche Energiemengen besaßen. Daher, so schlossen die Forscher, ist die Geschwindigkeit der Lichtteilchen unabhängig von ihrer Energie und damit konstant. Die Grundannahme in Einsteins Theorie ist also bestätigt.
«Als wir unsere Analyse begannen, dachten wir nicht, dass wir solche präzisen Messungen bekommen würden», sagt Tsvi Piran, der den Schwartzmann-Lehrstuhl am Racah Institute of Physics der Hebräischen Universität innehat und das Forschungsprojekt leitet. Und er ist zuversichtlich, dass nun auch ein Weg gefunden wird, «wie wir die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenfeldtheorie kombinieren können.»
