Das Tao der Physik

Relativitätstheorie führten.
    1915 legte Einstein seine allgemeine Relativitätstheorie vor,
in welcher der Rahmen der speziellen Relativitätstheorie auf
die Gravitation erweitert wird und diese einschließt, d. h. die
gegenseitige Anziehung aller Massenkörper. Während die spezielle Theorie inzwischen durch unzählige Experimente bestätigt wurde, konnte die allgemeine Theorie bisher nicht schlüssig
bewiesen werden. Sie ist jedoch soweit die meistakzeptierte,
folgerichtigste und eleganteste Gravitationstheorie und wird in
weitem Umfang von der Astrophysik und der Kosmologie für
die Beschreibung des Universums benutzt.
    Nach Einsteins Theorie bewirkt die
Gravitation eine
»Krümmung« von Raum und Zeit. Dies bedeutet, daß die gewöhnliche Euklidische Geometrie in solch einem gekrümmten
Raum nicht mehr gilt, genau wie die zweidimensionale Geometrie der Ebene auf einer Kugel Oberfläche nicht mehr angewandt werden kann. Auf der Ebene können wir z. B. ein Quadrat zeichnen, indem wir auf einer Geraden einen Meter abmessen, am Ende der erhaltenen Strecke im rechten Winkel
wieder einen Meter abtragen und dieses Verfahren noch zweimal wiederholen, worauf wir wieder am Ausgangspunkt ankommen und das Quadrat fertig ist. Auf der Kugeloberfläche
jedoch funktioniert dieser Vorgang nicht, da die Regeln der
Euklidischen Geometrie auf gekrümmten Oberflächen nicht
gelten.
    Auf die gleiche Weise können wir einen dreidimensional gekrümmten Raum als Raum definieren, in welchem die Euklidische Geometrie nicht mehr gilt. Einsteins Theorie besagt nun,
daß der dreidimensionale Raum tatsächlich gekrümmt ist, und
daß die Krümmung durch die Gravitationsfelder der Massenkörper hervorgerufen wird. Wo ein Massenkörper ist, z. B. ein
Stern oder ein Planet, ist der Raum um diesen gekrümmt, und
die Stärke der Krümmung hängt von der Masse des Objekts ab.
Zeichnung eines Quadrates in der Ebene und auf der Kugeloberfläche
    Und da in der Relativitätstheorie Raum niemals von Zeit getrennt werden kann, wird die Zeit ebenfalls von der Anwesenheit der Materie beeinflußt und läuft in den verschiedenen Teilen des Universums verschieden ab. Einsteins allgemeine Relativitätstheorie schafft somit die Begriffe »absoluter Raum« und
»absolute Zeit« vollständig ab. Nicht nur sind alle Messungen,
in denen Raum und Zeit auftreten, relativ, sondern die ganze
Struktur des Raum-Zeit- Kontinuums hängt von der Verteilung
der Materie im Universum ab, und der Begriff vom »leeren
Raum« verliert seine Bedeutung.
    Die mechanistische Ansicht der klassischen Physik basierte
auf der Vorstellung von festen Körpern, die sich im leeren
Raum bewegen. Diese Vorstellung gilt immer noch in der
»Zone der mittleren Abmessungen«, d. h. im Bereich unseres
täglichen Lebens, wo die klassische Physik eine brauchbare
Theorie bleibt. Beide Begriffe - der leere Raum und feste Massenkörper - sind tief in unseren Denkgewohnheiten verwurzelt, so daß es uns außerordentlich schwerfällt, uns eine physikalische Wirklichkeit vorzustellen, wo diese nicht anwendbar
sind. Und doch zwingt uns die moderne Physik genau dazu, sobald wir über die mittleren Abmessungen hinausgehen. »Leerer Raum« hat seine Bedeutung in der Astrophysik und der
Kosmologie verloren, und der Begriff »fester Körper« wurde
von der Atomphysik, der Wissenschaft vom unendlich Kleinen,
zertrümmert.
Um die Jahrhundertwende wurden mehrere Phänomene im
    Aufbau der Atome entdeckt, die mit der klassischen Physik
nicht erklärbar waren. Das erste Anzeichen dafür, daß Atome
eine Struktur haben, kam mit der Entdeckung der Röntgenstrahlen, einer neuen Strahlungsart, die schnell in die Medizin
Eingang fand. Röntgenstrahlen sind aber nicht die einzige
Strahlung, die Atome aussenden. Kurz nach ihrer Entdeckung
fand man noch andere Strahlen, die von den Atomen sogenannter radioaktiver Substanzen ausgehen. Das Phänomen der
Radioaktivität bewies definitiv, daß Atome aus Bestandteilen
zusammengesetzt sind, indem es zeigte, daß Atome radioaktiver Substanzen nicht nur verschiedene Strahlen aussenden,
sondern sich auch in Atome völlig verschiedener Substanzen
verwandeln.
    Diese Phänomene wurden intensiv studiert und auf geniale
Weise als neue Werkzeuge benutzt, um tiefer in die Materie
einzudringen, als vorher je möglich war. So studierte Max von
Laue mit Hilfe von Röntgenstrahlen die Anordnung von Atomen in Kristallen, und Ernest Rutherford erkannte, daß die von
radioaktiven Substanzen