Gravitationskrümmungen 12.11.2024, 10:10 Uhr

Steht Einsteins Theorie von der Raumzeit auf der Kippe?

Einsteins Relativitätstheorie wird herausgefordert: Neue kosmologische Daten enthüllen Diskrepanzen, die das Verständnis des Universums verändern könnten.

Albert Einstein und seine Frau Elsa

Albert Einstein und seine Frau Elsa im Jahr 1921. Über 100 Jahre später werden seine Theorien über die Raumzeit infrage gestellt.

Foto: MAGO/ZUMA Press/JT Vintage

Warum expandiert unser Universum immer schneller? Seit der Entdeckung dieser Beschleunigung vor 25 Jahren ist sie ein ungelöstes Rätsel der Wissenschaft. Forschende sind sich einig, dass zur Klärung dieses Phänomens die fundamentalen Gesetze der Physik hinterfragt werden müssen, darunter auch die Allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein. Dabei geht es um Einsteins Idee von Raum und Zeit und um Mulden, die von der Schwerkraft von Objekten im Weltraum geformt werden.

Studienergebnisse stellen Einsteins Theorien infrage

Ein internationales Team von der Universität Genf und der Universität Toulouse III – Paul Sabatier hat  Einsteins Vorhersagen mit aktuellen Daten aus der Dark Energy Survey verglichen. Die Forschenden entdeckten dabei eine leichte Abweichung, die je nach Epoche in der kosmischen Entwicklung unterschiedlich ausfällt. Die in Nature Communications veröffentlichten Ergebnisse stellen die universelle Gültigkeit von Einsteins Theorien infrage.

Einsteins Theorie: Gravitation als Geometrie

Einsteins Idee war, dass Gravitation nicht einfach als Kraft zwischen Objekten wirkt, sondern vielmehr aus der Geometrie von Raum und Zeit hervorgeht. Die Schwerkraft lässt sich somit geometrisch verstehen: Je mehr Masse ein Objekt besitzt, desto stärker verformt es die Struktur der Raumzeit. Diese Verzerrung beeinflusst die Bewegung benachbarter Objekte und lenkt sie in Richtung der massereichen Körper – was wir als Anziehungskraft wahrnehmen.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Lürssen Werft Rendsburg GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Objektingenieur (m/w/d) / Leitender Fertigungsingenieur Lürssen Werft Rendsburg GmbH & Co. KG
Schacht-Audorf Zum Job 
TITAN Umreifungstechnik GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Elektrokonstrukteur (m/w/d) TITAN Umreifungstechnik GmbH & Co. KG
Schwelm Zum Job 
Schmoll Maschinen GmbH-Firmenlogo
Konstruktionsingenieur / Maschinenbautechniker (m/w/d) Schwerpunkt Maschinen- & Anlagenbau Schmoll Maschinen GmbH
Rödermark Zum Job 
GVE Grundstücksverwaltung Stadt Essen GmbH-Firmenlogo
Projektleiter (m/w/d) Städtische Hochbauprojekte GVE Grundstücksverwaltung Stadt Essen GmbH
Landkreis Grafschaft Bentheim-Firmenlogo
Bauingenieur*in der Fachrichtung Straßenbau / Verkehrswesen / Straßenplanung oder vergleichbar Landkreis Grafschaft Bentheim
Nordhorn Zum Job 
Hochschule Kaiserslautern-Firmenlogo
W2-Professur Kommunikation und Moderation (50%) (m/w/d) Hochschule Kaiserslautern
Kaiserslautern Zum Job 
Hochschule Kaiserslautern-Firmenlogo
W2-Professur Technische Mechanik und Systemsimulation (m/w/d) Hochschule Kaiserslautern
Kaiserslautern Zum Job 
Hochschule Kaiserslautern-Firmenlogo
W2-Professur Zellulare Energiesysteme (m/w/d) Hochschule Kaiserslautern
Kaiserslautern Zum Job 
Hochschule Kaiserslautern-Firmenlogo
W2-Professur Integrierte Sensorsysteme (m/w/d) Hochschule Kaiserslautern
Kaiserslautern Zum Job 
Hochschule Kaiserslautern-Firmenlogo
Professur Automatisierungstechnik Hochschule Kaiserslautern
Kaiserslautern Zum Job 
Stadt Neumünster-Firmenlogo
Ingenieur*in in der Fachrichtung Architektur Stadt Neumünster
Neumünster Zum Job 
Stadtreinigung Hamburg-Firmenlogo
Ingenieur (all genders) Hochbau Stadtreinigung Hamburg
Hamburg Zum Job 
Thüringer Landgesellschaft mbH-Firmenlogo
Sachbearbeiter Bereich Wasserwirtschaft (m/w/d) Thüringer Landgesellschaft mbH
Erfurt-Mittelhausen Zum Job 
WipflerPLAN Planungsgesellschaft mbH-Firmenlogo
Projektingenieur / Planungsingenieur (m/w/d) für Siedlungswasserwirtschaft WipflerPLAN Planungsgesellschaft mbH
Donauwörth, München-Ost (Grasbrunn), München-West (Planegg), Pfaffenhofen an der Ilm Zum Job 
TenneT-Firmenlogo
HSE Manager Baustellen & Infrastrukturprojekte (m/w/d) TenneT
Stadtreinigung Hamburg-Firmenlogo
Ingenieur (all genders) Tiefbau Stadtreinigung Hamburg
Hamburg Zum Job 
VDZ Service GmbH-Firmenlogo
Auditor (m/w/d) für die Validierung von Umweltmerkmalen und für die Produktzertifizierung VDZ Service GmbH
Düsseldorf Zum Job 
Thüringer Landgesellschaft mbH-Firmenlogo
Bauingenieur (m/w/d) Thüringer Landgesellschaft mbH
Thüringer Landgesellschaft mbH-Firmenlogo
Projektingenieur Wasserbau (m/w/d) Thüringer Landgesellschaft mbH
Erfurt, Meiningen, Neustadt an der Orla, Sondershausen Zum Job 
Handtmann Reutlingen GmbH-Firmenlogo
Elektrokonstrukteur / Electrical Design Engineer (m/w/d) EPLAN P8 Handtmann Reutlingen GmbH
Reutlingen Zum Job 

Damit stellt Einstein auch das Verständnis von Raumzeit auf den Kopf, das er selbst in der Speziellen Relativitätstheorie eingeführt hatte. Raum und Zeit sind nun nicht mehr bloß passive Kulissen, sondern wirken aktiv auf die Bewegung der Objekte im Universum ein.

Ein anschauliches Beispiel ist ein gespanntes Gummituch: Legt man eine schwere Kugel in die Mitte, senkt sie das Tuch in eine Mulde ab. Auf ähnliche Weise krümmt die Masse der Erde die Raumzeit. Wenn man Tischtennisbälle auf das Tuch legt, rollen sie zur Mulde, stets dem Gefälle folgend. Im wirklichen Leben entspricht dies einem fallenden Objekt: Es wird angezogen und trifft schließlich auf den Boden.

Gravitationsmulde

Nach Einsteins Theorie krümmt die Schwerkraft der Erde die Raumzeit – sie erzeugt eine „Kuhle“. Steht diese Theorie auf der Kippe?

Foto: PantherMedia /
Darius Turek

Sind Einsteins Gleichungen universell gültig?

Die Frage, ob Einsteins Gleichungen auch in den entlegensten Winkeln des Universums gelten, bleibt eine zentrale Herausforderung der modernen Physik. Die Materiedichte und die Expansion des Universums zu messen und zu verstehen, ist daher ein bedeutender Schwerpunkt der kosmologischen Forschung.

Mithilfe des Dark Energy Survey, der Formen von Millionen Galaxien kartiert, gewann das Team der Universitäten Genf und Toulouse neue Einblicke. „Bisher nutzten wir diese Daten zur Messung der Materieverteilung im Universum. Jetzt haben wir sie verwendet, um Raum- und Zeitverzerrungen direkt zu messen und mit Einsteins Vorhersagen zu vergleichen“, erklärt Camille Bonvin, die die Studie an der Universität Genf leitete.

Eine unerwartete Abweichung in der Vergangenheit

Die Dark Energy Survey ermöglichte es den Wissenschaftler*innen, in der Zeit zurückzublicken und die Entwicklung der Gravitationsmulden über Milliarden Jahre zu beobachten. Dabei untersuchte das Team 100 Millionen Galaxien und stellte fest, dass Einsteins Theorie in der fernen Vergangenheit gut mit den Daten übereinstimmt – vor etwa 6 bis 7 Milliarden Jahren. In der jüngeren Geschichte, vor 3,5 bis 5 Milliarden Jahren, erscheinen die Gravitationsquellen jedoch flacher als erwartet.

„In der fernen Vergangenheit stimmten unsere Messungen mit Einsteins Vorhersagen überein. Näher zur Gegenwart hin erkennen wir jedoch Abweichungen“, berichtet Isaac Tutusaus, Assistenzastronom und Hauptautor der Studie. Die beobachtete Diskrepanz könnte darauf hindeuten, dass die Schwerkraft auf größeren Skalen anderen Regeln folgt.

Wie geht es jetzt weiter?

„Unsere Ergebnisse zeigen eine 3-Sigma-Abweichung von Einsteins Vorhersagen. In der Physik ist dies eine bemerkenswerte Schwelle, die weitere Untersuchungen erfordert“, betont Nastassia Grimm, Mitautorin der Studie. Diese Abweichung reicht jedoch nicht aus, um Einsteins Theorie als falsch zu entlarven – eine Schwelle von 5 Sigma wäre notwendig.

Um die ersten Erkenntnisse zu bestätigen oder zu widerlegen, plant das Forschungsteam, neue Daten vom kürzlich gestarteten Weltraumteleskop Euclid zu analysieren. Euclid wird das Universum mit noch höherer Präzision beobachten und innerhalb seiner Mission etwa 1,5 Milliarden Galaxien analysieren. Dadurch könnten zukünftige Messungen zeigen, ob Einsteins Theorien auch in den weitesten Tiefen des Universums Bestand haben.

Hier geht es zur Originalpublikation

Ein Beitrag von:

  • Dominik Hochwarth

    Redakteur beim VDI Verlag. Nach dem Studium absolvierte er eine Ausbildung zum Online-Redakteur, es folgten ein Volontariat und jeweils 10 Jahre als Webtexter für eine Internetagentur und einen Onlineshop. Seit September 2022 schreibt er für ingenieur.de.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.