1905 veröffentlichte ein Technischer Experte am Berner Patentamt einen Aufsatz, der auf die Reformulierung der Konzepte von Raum und Zeit in der Physik hinauslief - die "Spezielle Relativitätstheorie." Neben dem Brotberuf in den Niederungen des Patentwesens, für sich und unabgelenkt vom Weltgetriebe revolutionierte der in höchsten Abstraktionshöhen operierende Albert Einstein die Fundamentalkonzepte der Physik: Dieses Bild, das bis heute vorherrscht, hat nicht zuletzt Einstein selbst geprägt. Doch Peter Galison führt eindrucksvoll und an Hand vieler neuer Quellen vor Augen, dass man sich den Weg zur Relativitätstheorie so gerade nicht vorstellen sollte.
Denn sieht man nur genauer hin, zeigen sich überraschend viele und enge Verknüpfungen zwischen der Grundlagentheorie und sehr konkreten Fragestellungen, mit denen der junge Einstein ebenso wie der zweite "Vater" der Relativitätstheorie, der damals bereits weltberühmte französische Mathematiker und Physiker Henri Poincaré, durchaus zu tun hatten: Keine expandierende, koloniale Weltwirtschaft samt erforderlichem Fernmeldewesen nämlich ohne Synchronisation von Uhren, die deshalb ein zentrales Problem von Wirtschaft, Ingenieurskunst und Politik war. Die Physik in ihrer denkbar fundamentalsten Gestalt erhält so ihren reichen "weltlichen" Kontext zurück.
Denn sieht man nur genauer hin, zeigen sich überraschend viele und enge Verknüpfungen zwischen der Grundlagentheorie und sehr konkreten Fragestellungen, mit denen der junge Einstein ebenso wie der zweite "Vater" der Relativitätstheorie, der damals bereits weltberühmte französische Mathematiker und Physiker Henri Poincaré, durchaus zu tun hatten: Keine expandierende, koloniale Weltwirtschaft samt erforderlichem Fernmeldewesen nämlich ohne Synchronisation von Uhren, die deshalb ein zentrales Problem von Wirtschaft, Ingenieurskunst und Politik war. Die Physik in ihrer denkbar fundamentalsten Gestalt erhält so ihren reichen "weltlichen" Kontext zurück.
Geschichte der Zeitmessung: Peter Galison schildert, wer alles an der Uhr gedreht hat / Von Ernst Horst
Eine Rezension muß zwei Fragen beantworten: Was taugt das Buch, und wem kann man es empfehlen? Ein Werk über friesische Fingerhüte kann noch so gut sein, es wird nicht viele Leser finden. "Einsteins Uhren, Poincarés Karten" von Peter Galison ist kein so krasser Fall, aber man muß sich schon etwas für das Thema interessieren und ein wenig Geduld mitbringen, sonst ist man hinterher enttäuscht. Viel physikalisches Wissen ist nicht erforderlich, doch sollte man eine Ahnung haben, was die Relativitätstheorie ungefähr ist. Es geht weniger um die Physik an sich als um ihre Geschichte und Philosophie.
Wenn die Spezielle Relativitätstheorie bereits hundert Jahre früher entstanden wäre, dann hätte man sie vielleicht einleuchtender gefunden. Das wäre zwar nur ein kreatives Mißverständnis gewesen, aber kreative Mißverständnisse können manchmal durchaus hilfreich sein. Albert Einstein hat uns gelehrt, daß der Begriff der Gleichzeitigkeit nur dann sinnvoll ist, wenn wir ein festes Koordinatensystem im vierdimensionalen Raum-Zeit-Kontinuum zugrunde legen. Vor dem Ende des neunzehnten Jahrhunderts war Gleichzeitigkeit ein rein theoretischer Begriff. In der Praxis waren die Uhren zu schlecht. Am 4. Juli 1776 schrieb König Georg III. von England in sein Tagebuch: "Heute ist nichts Wichtiges geschehen." Der Mann hatte recht. Daß "gleichzeitig" im fernen Philadelphia die amerikanische Unabhängigkeitserklärung beschlossen wurde, konnte er nicht wissen. Er hätte noch nicht einmal eine Uhr nach der Ortszeit von Philadelphia stellen können. Dazu muß man die Differenz der Längengrade wissen, und die war nur näherungsweise bekannt.
Es gibt eine Wechselbeziehung zwischen genauen Uhren und genauen Landkarten. Den Breitengrad eines Ortes kann man relativ leicht mit astronomischen Methoden bestimmen, aber beim Längengrad ist es sehr hilfreich, wenn man weiß, wie spät es gerade in - sagen wir mal - London ist. Deshalb waren die Verbesserung der Uhren und die der Landkarten miteinander gekoppelt.
Vor der Französischen Revolution gab es weltweit ein gewaltiges Durcheinander von unpraktischen Maßeinheiten. Längen und Gewichte wurden überall anders gemessen. Das hatte den großen Vorteil, daß man dann, als man sich schließlich zur Vereinheitlichung entschloß, keine Rücksicht auf Traditionen nehmen mußte. Wenn man eh alle Ellen wegschmeißen muß, dann kann man auch gleich das überlegene französische Dezimalsystem übernehmen.
Bei den Uhrzeiten und den Winkeln war es anders. Die vierundzwanzig Stunden des Tages und die 360 Grad des Vollkreises waren leider schon etabliert. Eine Schwarzwälder Kuckucksuhr kann man problemlos an einen Japaner verkaufen. Deshalb war der Leidensdruck nicht groß genug, daß man etwas geändert hätte. Dabei wäre es z. B. schon eine kleine Verbesserung, wenn der Vollkreis nur 240 statt 360 Grad hätte. Dann könnte man aus den Koordinaten von Philadelphia sofort entnehmen, daß die Zeitdifferenz zu London etwa fünfeinhalb Stunden beträgt. Aber jede Änderung dieser Maßeinheiten - und wäre sie noch so sinnvoll - hätte gewaltige Kosten verursacht und konnte deshalb nicht durchgesetzt werden.
Die Vereinheitlichung von Zeitmessung und geographischen Koordinaten erschöpfte sich deshalb darin, daß man sich darauf einigte, den Nullmeridian durch die Londoner Sternwarte Greenwich gehen zu lassen. Die alten lokalen Uhrzeiten wurden durch wenige Zeitzonen ersetzt. Endlich war es so, daß die Uhren auf den Bahnhöfen die gleiche Zeit anzeigten wie die in den Städten, zu denen die Bahnhöfe gehörten. Das neue System ist nicht perfekt, aber deutlich brauchbarer als das alte. Voraussetzung für das alles war natürlich auch der technische Fortschritt. Die Kontinente wurden peu à peu mit Telegrafenkabeln verbunden. Damit konnte man die Uhren synchronisieren. Ganz trivial ist das natürlich auch nicht. Das Signal bewegt sich ja nur mit einer endlichen Geschwindigkeit durch das Kabel, die man a priori nicht so genau kennt. Aber wenn man ein Signal von A nach B schickt und sofort wieder zurück von B nach A, dann kann man die doppelte Laufzeit messen. Diese Information ist dann alles, was man noch braucht.
Galison verknüpft die Geschichte der Zeitmessung und der Längengradbestimmung mit den Biographien der Physiker Henri Poincaré (1854 bis 1912) und Albert Einstein (1879 bis 1955). Einstein kennt jeder; Poincaré nicht zu kennen ist gerade noch verzeihlich. Man sollte ihn nicht mit seinem Vetter Raymond Poincaré verwechseln, dem französischen Ministerpräsidenten, der 1923 das Ruhrgebiet besetzen ließ. Henri Poincaré war ein Vorläufer von Einstein, aber ein völlig anderer Typ von Wissenschaftler. Er war ein Produkt der Eliteuniversität École Polytechnique und machte anschließend geradlinig Karriere als Professor in Caen und Paris. Einerseits schwebte er in den höchsten Sphären der mathematischen und physikalischen Theorien, andererseits befaßte er sich auch mit ganz konkreten technischen Problemen, wie wir sie hier beschrieben haben. Poincaré war kein Revolutionär. Er sah sich nicht als jemand, der die alte Physik Newtons abschaffte, sondern als jemand, der sie weiterentwickelte und verbesserte.
Einstein, der Rebell, war sein diametrales Gegenteil. Er eignete sich nicht besonders für den langen Marsch durch die akademischen Institutionen. Nach dem Studium bekam er keine Stelle an der Universität. Er wurde technischer Experte dritter Klasse am Patentamt in Bern. Man braucht ihn aber nicht zu bedauern. In diesen sieben Jahren konnte er in aller Ruhe über Gott und die Welt nachdenken. Seine bahnbrechende Arbeit "Zur Elektrodynamik bewegter Körper" liest sich wie eine Patentschrift, in der das Neue erklärt, aber das Alte ignoriert wird. Auch unserem heutigen Wissenschaftsbetrieb würde es nichts schaden, wenn es zusätzlich zu den reichlich vorhandenen Poincarés noch ein paar Einsteins mehr gäbe.
Galison beschreibt und interpretiert das alles ruhig und sachlich mit vielen Details. Einen Krimi wollte er nicht schreiben, und er hat ihn auch nicht geschrieben. Die Übersetzung ist angenehm zu lesen und sorgfältig redigiert. Einige mathematische Begriffe sind nicht ganz korrekt, aber das wird bei den Lesern keinen großen Schaden anrichten.
Peter Galison: "Einsteins Uhren, Poincarés Karten". Die Arbeit an der Ordnung der Zeit. Aus dem Englischen von Hans Günter Holl. S. Fischer Verlag, Frankfurt am Main 2003. 384 S., 37 Abb., geb., 24,90 [Euro].
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Unterwegs mit Stoppuhr und Lupe: Peter Galisons Reise in die Anfänge der Relativitätstheorie
Zu den weniger bekannten Erfindungen Einsteins gehört der „leise” Kühlschrank mit elektromagnetischem Flüssigkompressor, dem der kommerzielle Erfolg versagt blieb. Auch lud er einmal seinen Freund, den Radioingenieur Rudolf Goldschmidt zum gemeinsamen Basteln ein: „Ein bißchen Technik dann und wann/ auch Grübler amusieren kann./ Drum kühnlich denk ich schon so weit:/ Wir legen noch ein Ei zu zweit.” Zusammen haben sie dann ein elektrisches Hörgerät erfunden und zum Patent angemeldet.
Zweifellos, Albert Einstein besaß vielfältige Begabungen; das Talent, sich mit der Aura des weltfremden Genies zu umhüllen, im Geiste das Universum umfassend und im Leben nicht einmal fähig, sich Socken richtig herum anzuziehen, war nur eines davon. Seine erste feste Anstellung bekam er im Schweizerischen Patentamt. Später erzählte Einstein die Geschichte gerne so, dass er auf dem ruhigen Beamtenposten damals viel freie Zeit gehabt hätte, seinen Gedanken über die Geheimnisse von Raum und Zeit nachzugehen. Tatsächlich war Einstein durch diesen Brotberuf auf der Höhe der technologischen Entwicklung seiner Zeit – gerade was die Technik von Zeitmessgeräten anging, die er zu begutachten hatte.
Der Wissenschaftshistoriker Peter Galison erzählt die Entstehungsgeschichte der speziellen Relativitätstheorie von 1905 in einer Parallelbiographie von Albert Einstein und Henri Poincaré. Ohne viel voneinander zu wissen, war der französische Mathematiker Poincaré Einsteins nächster Konkurrent bei der Suche nach einem neuen Verständnis von Raum, Zeit und Relativität. Und wie Einstein „nebenbei” als Techniker im Berner Patentamt arbeitete, war auch Poincaré kein reiner Theoretiker. Unter andrem leitete Poincaré das Bureau des Longitudes, dem die exakte Vermessung der französischen Kolonialgebiete oblag.
Zur Bestimmung des Längengrades benötigt man das Wissen über die Uhrzeit an einem Vergleichslängengrad. Die Geschichte der immer neuen Techniken und Verfahren, die Erdkugel mit einem Netz von Gleichzeitigkeit mit Zentraluhren zu überspannen, Zeitsignale durch Telegraphenleitungen in die entferntesten Kolonien zu senden, bildet den Hauptteil von Galisons Erzählung.
In den Zentren dieser technologischen Entwicklung standen Einstein und Poincaré. Kein Wunder, meint Galison, dass beide anfingen, über die tiefere Bedeutung von „Glêichzeitigkeit” nachzudenken. Um über eine Distanz hinweg „Gleichzeitigkeit” zu bestimmen, müssen Signale ausgetauscht werden, die Zeit benötigen, um vom einen Ort zum anderen zu gelangen. Und man benötigt ein technisches Verfahren, zur Eichung der Uhren. Poincaré sah die Wahl dieses Verfahrens als eine Frage der Bequemlichkeit einer Übereinkunft an; dieser „Konventionalismus” machte ihn für Wissenschaftsphilosophen interessant. Der junge Einstein hingegen verband das Problem der „Gleichzeitigkeit” mit anderen offenen Problemen aus den wissenschaftlichen Theorien zu einer revolutionären Neubestimmung der physikalischen Grundbegriffe von Raum und Zeit.
Galison erzählt die Geschichte mit großer Liebe zum vernachlässigten Detail. Im Jahr 1894, beispielsweise, versuchte der französische Anarchist Martin Bourdin die Zentraluhr von Greenwich in einem Selbstmordattentat zu sprengen. 1992 zerstörten zwei Zeit-Anarchisten einen fast fertigen Satelliten des „Globalen Positionierungs-Systems”, mit dem wir heute von jedem Ort der Erde die exakten raumzeitlichen Koordinaten bestimmen können.
Man könnte diese Entdeckungen für belanglos halten. Doch wäre Galison nicht so prominent unter den Wissenschaftshistorikern, hätte er nicht auch ein theoretisches Anliegen: Seine Geschichte der Relativitätstheorie ist ihm ein Beispiel für das Verständnis der wissenschaftlichen Entwicklungsprozesse, die er mit seinem neuerfundenen Begriff der „kritischen Opaleszenz” zu fassen versucht. „Kritisch Opaleszent” sei das intellektuelle Klima gewesen, in dem die Relativitätstheorie entstanden ist: Das Zusammenwirken von Technologie, Biographie, experimentellem Wissen und vielem anderen zu einem Nebel, der sich schließlich in der neuen Theorie aufklärte. Die Metapher soll die simpleren Modelle über den wissenschaftlichen Fortschritts aus Induktion und Deduktion ersetzen.
Entdeckungsgeschichten lassen sich so in komplexen Spannungsbögen erzählen. Wer allerdings erfahren wollte, was die Relativitätstheorie ist und warum wir sie glauben sollten, hätte lieber Argumente gehört als historische Anekdoten aus dem Nebel der Zeitenwende.
ULRICH KÜHNE
PETER GALISON: Einsteins Uhren und Poincarés Karten. Die Arbeit an der Ordnung der Zeit. Deutsch von Michael Bischoff. S. Fischer Verlag, Frankfurt / M 2003. 384 S., 24,90 Euro.
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Perlentaucher-Notiz zur NZZ-Rezension
Nur auf den ersten Blick haben der Wissenschaftsphilosoph und Polytechniker Henri Poincare und der Physiker Albert Einstein wenig miteinander zu tun. In Wahrheit beschäftigte, das zeigt - so der Rezensent Michael Hampe - die Studie des Wissenschaftshistorikers Peter Galison "minuziös", beide das Problem der Synchronisierung der Zeit. Poincare war in das Projekt der Konventionalisierung von Landeszeiten und das damit verbundene der genauen Bestimmbarkeit der Längengrade involviert. Über Einsteins Tisch im Berner Patentamt wiederum liefen Erfindungen, die zur Einführung der universalen Landeszeit beitragen sollten. Aus diesen ganz technischen Erfahrungen mit Zeit-Problemen zogen beide ähnlich weit reichende Konsequenzen. Poincare entwickelte "starke Zweifel an der Annahme eines physikalischen Äthers", Einstein die Relativitätstheorie. Das wahre Genie der beiden, mutmaßt Hampe, lag vielleicht gerade in der Fähigkeit, Zusammenhänge zu erkennen, wo andere nur einen "unüberbrückbaren Graben zwischen Theorie und Praxis" sehen.
© Perlentaucher Medien GmbH
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