Das kleine 1x1 des Universums - WDR.de

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Anders als alle Physiker vor ihm geht Einstein nicht mehr davonaus, dass der Raum, in dem sich Sonne und Planeten bewegen,absolut und unveränderlich ist. In seiner Relativitätstheoriepostuliert Einstein Raum und Zeit als relativ. Die Zeit vergeht nichtüberall gleich schnell, sondern ist abhängig davon, mit welcherGeschwindigkeit man sich bewegt und wo man sich befindet.Eine Revolution in der Physik, denn bis dahin galten Raum undZeit als feststehende, nicht zubeeinflussende Größen. Einsteinaber fasst Raum und Zeit zur„Raum-Zeit“ zusammen. Und ersagt, dass Masse diese Raum-Zeitkrümmt:Einsteins Erklärung: Massen krümmen dieRaumzeitRaum und Zeit, so Einstein, kannman sich vorstellen wie eine Fläche– wie ein aufgespanntes Tuch. Wenn keine Masse da ist, dann istdie Raum-Zeit flach – das Tuch bleibt gespannt. Die Sonne aberbeispielsweise krümmt durch ihre Masse die Raum-Zeit, so alswürde man eine schwere Kugel auf das gespannte Tuch legen:das Tuch wölbt sich nach unten. Das Tuch, also die Raum-Zeit istnicht mehr flach, sondern gekrümmt. Lässt man jetzt eine kleinereKugel über das Tuch rollen, so wird diese sich durch die Wölbungauf einer Kreisbahn um die große Kugel herum bewegen – genauwie die Erde um die Sonne. Die Gravitation ist nach Einstein alsodie Krümmung der Raum-Zeit durch Massen. Die gekrümmteRaum-Zeit sorgt für die Umlaufbahnen der Planeten um dieSonne.Dass seine Theorie funktioniert, will Einstein schon wenige Jahrespäter beweisen. Die Überlegung: Wenn Masse die Raum-Zeitkrümmt, dann müsste sie auch Licht ablenken. Für eineSonnenfinsternis berechnet Einstein, wie die Masse der Sonnedas Licht von dahinterliegenden Sternen ablenkt. SeineBeobachtungen zeigen: die Sonne krümmt tatsächlich den Raumund verändert so den Lauf der Lichtstrahlen.Doch warum Körper überhaupteine Masse haben, die den Raumkrümmt, bleibt unbeantwortet –bis ins Jahr 1964. Peter Higgs, einfrisch gebackener Physik-Professor vom King’s College inLondon, veröffentlicht eine kühneThese: Neben den zwölf bekanntenHiggs-Bosonen heften sich an ein QuarkElementarteilchen führt er ein dreizehntes, letztes ein: Das Higgs-Teilchen. Higgs-Teilchen erfüllen den ganzen Raum, behauptetHiggs. Sie seien der kosmische Klebstoff, der sich an die Materieheftet. Ein Teilchen wie das Elektron zum Beispiel bindet nurwenige dieser Higgs-Teilchen. Das Elektron ist daher leicht.Andere Elementarteilchen wie Quarks dagegen binden viel mehrHiggs-Teilchen. Sie sind also schwerer. Fast 50 Jahre lang bleibtdas Theorie – bis man 2012 am Teilchenbeschleuniger CERN inGenf bekanntgibt, man habe das seit Jahrzehnten gesuchteHiggs-Boson höchstwahrscheinlich gefunden.Doch ob das die letzte Erklärung der Gravitation sein wird?21
Drehen an der GravitationskonstanteWas sind Schwarze Löcher?Obwohl wir sie als einzige physikalische Kraft im Alltag spüren, istdie Gravitation doch die schwächste von ihnen. Das erkenntman, wenn man die Schwerkraft mit der elektromagnetischenKraft vergleicht: Eine Eisenkugel wird von der Gravitation nachunten gezogen. Doch schon ein kleiner Magnet wirkt derSchwerkraft entgegen und hält die Kugel zurück.Film 4.2 Drehen an der GravitationskonstanteWäre es möglich, an der Gravitationskonstante zu drehen und siekleiner zu machen, würde sich die Welt verändern. AlleGegenstände würden an Gewicht verlieren. Man könnte höherspringen und sich leichter fortbewegen. Pflanzen und Tierewürden im Laufe der Zeit filigraner werden. Bei zunehmenderGravitation hingegen würde alles schwerer. Tiere und Pflanzenmüssten stabiler gebaut sein.Der Film zeigt, warum weder eine geringere noch einezunehmende Gravitation besonders hilfreich wäre und warum esin beiden Fällen das Leben auf der Erde vernichten würde.Aber bei großen Massen erkennt man die Macht der Gravitation.Diese Macht sehen wir, wenn wir uns weiter von unseremSonnensystem entfernen und weiter ins All reisen. Dort begegnenuns Sterne, die mehr als zehn mal so schwer sind wie unsereSonne. Wenn ein solcher Stern seinen Brennstoff verbraucht hat,bläht er sich zu einem roten Riesen auf.In seinem Inneren verschmelzen die Atome zu immer schwererenElementen, bis hin zum Eisen. Hier stoppt die Fusionskette, weilaus der Verschmelzung zweier Eisenkerne keine Energie mehrgewonnen werden kann. Der Eisenkern des Sterns ist schließlichso schwer, dass er unter seinem eigenen Gewicht in sichzusammen fällt.Die gesamte Gashülle des aufgeblähten Sterns stürzt daraufhin inRichtung des kollabierten Eisenkerns. Dort prallen die Gase ab,und der Stern wird in einer gewaltigen Detonation zerrissen, dieseine Materie in den Weltraum schleudert. Astronomen nennendas eine Supernova-Explosion.22
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