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
Birkenstock Productions Hessen GmbH-Firmenlogo
Ingenieur / Meister / Techniker Elektrotechnik / Automatisierungstechnik (m/w/d) Birkenstock Productions Hessen GmbH
Steinau an der Straße Zum Job 
Staatliches Baumanagement Region Nord-West-Firmenlogo
Architekten, Bau- und Elektroingenieure (m/w/d) Staatliches Baumanagement Region Nord-West
Wilhelmshaven Zum Job 
Staatliches Baumanagement Region Nord-West-Firmenlogo
Architekten / Bauingenieure (m/w/d) Hochbau Staatliches Baumanagement Region Nord-West
verschiedene Standorte Zum Job 
Staatliches Baumanagement Region Nord-West-Firmenlogo
Ingenieure (m/w/d) Versorgungstechnik bzw. Technische Gebäudeausrüstung Staatliches Baumanagement Region Nord-West
Wilhelmshaven, Bad Iburg, Oldenburg, Aurich, Meppen, Emden Zum Job 
Staatliches Baumanagement Region Nord-West-Firmenlogo
Ingenieure (m/w/d) der Fachrichtungen konstruktiver Ingenieurbau/Tiefbau/Geo-/Naturwissenschaften/Landschaftsbau Staatliches Baumanagement Region Nord-West
verschiedene Standorte Zum Job 
Staatliches Baumanagement Region Nord-West-Firmenlogo
Ingenieure (m/w/d) Elektrotechnik Staatliches Baumanagement Region Nord-West
verschiedene Standorte Zum Job 
WITTENSTEIN SE-Firmenlogo
Werkleitung (w/m/d) mit Leitwerksfunktion WITTENSTEIN SE
Igersheim-Harthausen Zum Job 
Sparda-Bank Südwest eG-Firmenlogo
Leitung Facility Management (m/w/d) Sparda-Bank Südwest eG
Hamburger Hochbahn AG-Firmenlogo
Prüfingenieur Konstruktiver Ingenieurbau / Bauwesen (w/m/d) Hamburger Hochbahn AG
Hamburg Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Abteilungsleitung (w/m/d) Bauwerks- und Erhaltungsmanagement Die Autobahn GmbH des Bundes
TenneT TSO GmbH-Firmenlogo
Lead Asset Management & Engineering (m/w/d) TenneT TSO GmbH
Lehrte, Bayreuth Zum Job 
Hochschule Merseburg-Firmenlogo
Professur (W2): Automatisierungstechnik Hochschule Merseburg
Merseburg Zum Job 
GOLDBECK West GmbH-Firmenlogo
Bauleiter im Innendienst (m/w/d) für die Ausschreibung und Vergabe im Schlüsselfertigbau GOLDBECK West GmbH
BIM Berliner Immobilienmanagement GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Versorgungstechnik / Gebäudetechnik / Bauingenieur als Fachplaner im Bereich HLS (m/w/d) BIM Berliner Immobilienmanagement GmbH
GOLDBECK West GmbH-Firmenlogo
Architekt / Bauingenieur als Projektleiter Planung (m/w/d) GOLDBECK West GmbH
Bochum, Düsseldorf (Monheim am Rhein) Zum Job 
Schleifring GmbH-Firmenlogo
Konstruktionsingenieur im Änderungswesen (m/w/d) Schleifring GmbH
Fürstenfeldbruck Zum Job 
DFS Deutsche Flugsicherung-Firmenlogo
Produktmanager (w/m/d) für Systementwicklung iCAS DFS Deutsche Flugsicherung
Langen bei Frankfurt Zum Job 
WBS TRAINING AG-Firmenlogo
Schweißlehrer:in für WIG, MIG/MAG und E-Hand (m/w/d) WBS TRAINING AG
Dresden Zum Job 
M.E. SCHUPP Industriekeramik GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur/in - Technische Projektierung / Presales Engineering (m/w/d) mit Schwerpunkt keramische Hochtemperatur-Isolationstechnik M.E. SCHUPP Industriekeramik GmbH
TenneT TSO-Firmenlogo
Parametrierer Stationsleittechnik (m/w/d) TenneT TSO
Audorf, Stockelsdorf 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.