Die Vermessung des Körpers
Körper in einer geraden Linie fortzubewegen (wenngleich Sie de facto ein wenig Kraft benötigen, um die Reibung auszugleichen).
Während das Karussell sich dreht, verhindert die Außenwand der Teetasse, dass Sie diese verlassen – es übt jedoch keinen Druck nachaußen, sondern nach innen auf Sie aus, damit Sie in der Tasse bleiben. Die Kraft ist also tatsächlich nicht nach außen (zentrifugal) , sondern nach innen gerichtet ( zentripetal , ein von Newton erfundener Begriff). Auf diese Weise wirkt sie der natürlichen Tendenz entgegen, sich in gerader Linie weiterzubewegen. Dasselbe gilt für die Achterbahn oder das Auto. Sobald Ihr Körper in Bewegung gerät, wird er versuchen, das Auto in einer geraden Linie zu verlassen, doch das Auto drückt in Richtung der Kurve gegen Sie und wendet somit eine Kraft auf Sie an, damit Sie Ihre Richtung ändern.
Die »okkulte« Kraft
Während Sie dasitzen und dieses Buch lesen, ist die Gravitation die Kraft, die am deutlichsten spürbar direkt auf Ihren Körper wirkt. Die Anziehung zur Erde ist eine der vier Kräfte der Natur (ein paar Seiten weiter werden wir die anderen drei kennenlernen), und sie wirkt aus der Entfernung. Das hat der Wissenschaft jahrhundertelang Kopfzerbrechen bereitet. Als Newton in seinem (ehrlich gesagt weitgehend unlesbaren) Meisterwerk Philosophiae Naturalis Principia Mathematica beschrieb, wie die Gravitation die Planeten auf der Umlaufbahn hält, machten sich viele seiner Zeitgenossen über ihn lustig, weil er Gravitation als Anziehung beschrieb, als wenn sich eine Person zur anderen hingezogen fühlt. Seine Ideen nannte man »okkult« und »absurd«.
Vereinfacht ausgedrückt, lag das Problem darin, dass man etwas von A nach B schicken muss, wenn man bewirken will, dass ein Stück weit entfernt etwas passiert. Wenn man will, dass eine Blechdose von einem Zaunpfahl fällt, muss man etwas danach werfen – um sie zu bewegen, reicht es nicht, sich auf sie zu konzentrieren. Wenn Sie wollen, dass ich Sie höre, müssen Sie Schallwellen durch die Luft zwischen uns schicken. Die Gravitation indes scheint zu funktionieren, ohne dass irgendeine Verbindung zwischen den Körpern geschaffen wird, also ohne dass sie sich gegenseitig anziehen. Zur Frage, warum das so ist, zuckte Newton mit den Schultern und sagte: »Ich stelle hierzu keine Hypothese auf.« Er hatte zwar keine Ahnung, wie die Gravitation funktionierte, wusste aber, dass seine Berechnungenihren Zweck erfüllten und deutlich machten, dass es die Kraft der Gravitation ist, die vom fallenden Apfel bis zu den Planeten in der Umlaufbahn alles miteinander verbindet.
Raum und Zeit krümmen
Der Mann, der eine Antwort auf die Frage fand, wie es der Gravitation gelingt, Ihren Körper auf der Erde zu halten, war Albert Einstein. Fragt man die Menschen auf der Straße, wofür er am berühmtesten ist, dann sagen sie vermutlich: »E = mc²«, Einsteins Gleichung, die Masse und Energie verbindet und die sicherlich wichtig ist. Fragt man hingegen einen Wissenschaftler, sagt dieser bestimmt, Einsteins bedeutendstes Werk sei die »allgemeine Relativitätstheorie«, seine Arbeit darüber, wie die Gravitation funktioniert.
Diese ist berüchtigt für ihre Kompliziertheit, zumindest, was die Mathematik angeht. Selbst Einstein hatte Schwierigkeiten damit und musste sich Hilfe von besseren Mathematikern holen. Das Grundprinzip dahinter ist jedoch so simpel, dass es fast trivial erscheint. Einstein ersann es 1907 in einer Pause während der Arbeit. Er beschrieb jenen Moment einmal so: »Ich saß im Berner Patentamt in einem Sessel, als mir plötzlich der Gedanke kam: Wenn sich ein Mensch im freien Fall befindet, wird er seine eigene Schwere nicht empfinden können. Mir ging ein Licht auf. Dieser einfache Gedanke beeindruckte mich nachhaltig. Die Begeisterung, die ich da empfand, trieb mich dann zur Gravitationstheorie.« Später bezeichnete er diesen Augenblick als »glücklichsten Gedanken meines Lebens«.
Einstein hatte ein Äquivalenzprinzip entwickelt. Es besagt, dass Gravitation und Beschleunigung identisch sind. Wenn man sich beispielsweise im Innern einer Rakete ohne Fenster befindet und sich vom Fußboden angezogen fühlt, lässt sich nicht durch einen Versuch feststellen, ob diese Anziehung durch die Gravitation verursacht wird oder durch die g-Kraft der beschleunigenden Rakete. Die beiden Möglichkeiten sind nicht voneinander zu unterscheiden.
Natürlich kann man ein wenig schummeln. Man kann zum Beispiel
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