Kapitel 13 · Ruhm & Erbe

Tod, Gehirn & Vermächtnis

Die meisten Wissenschaftler werden von anderen Wissenschaftlern erinnert. An Einstein erinnert sich jeder. Sein Name bedeutet Genie; sein Gesicht ist ein weltweites Symbol; seine Ideen tragen Technologien, die er sich nie vorstellte. Und in einem bizarren Schlusskapitel ging sogar sein Gehirn auf eine eigene Reise.

Die seltsame Geschichte von Einsteins Gehirn

Ikonisches Porträt eines älteren Albert Einstein
Das Gesicht, das zum Inbegriff des Genies wurde. Einstein vermachte die Rechte an seinem Bild der Hebräischen Universität Jerusalem.Bild: Orren Jack Turner, Princeton, N.J.. Gemeinfrei, über Wikimedia Commons (Quelle)

Einstein wünschte sich eine stille Einäscherung, ohne Aufhebens und ohne Schrein. Sein Leichnam wurde binnen Stunden eingeäschert und seine Asche an unbekanntem Ort verstreut. Doch es gab eine Wendung: Bei der Obduktion entnahm der Pathologe Thomas Harvey Einsteins Gehirn – offenbar ohne klare Einwilligung Einsteins oder der Familie (die Berichte gehen auseinander, ob diese später zustimmte) –, überzeugt, es berge das Geheimnis seines Genies.

Harvey bewahrte das Gehirn, in Hunderte Stücke zerteilt, jahrzehntelang auf und schickte gelegentlich Proben an Forscher. Studien legen leichte anatomische Besonderheiten nahe, doch keine hat sein Genie je „erklärt“. Die Episode gilt heute ebenso als Lehrstück wissenschaftlicher Ethik wie als biografische Kuriosität.

Lebendige Physik, ein Jahrhundert später

Einsteins Theorien waren keine Museumsstücke. Sie sind Arbeitswerkzeuge – und werden immer wieder spektakulär bestätigt.

GPS

Satellitennavigation funktioniert nur, weil sie sowohl die Spezielle als auch die Allgemeine Relativität korrigiert. Ohne diese Korrekturen gingen die Satellitenuhren jeden Tag rund 38 Mikrosekunden vor.

Laser & Solarzellen

Seine Idee der stimulierten Emission von 1916 liegt jedem Laser zugrunde; seine Lichtquanten-Erklärung des Photoeffekts liegt Solarzellen und digitalen Bildsensoren zugrunde.

Gravitationswellen

1916 vorhergesagt, 2015 nachgewiesen. Die LIGO-Observatorien „hören“ nun Schwarze Löcher, die quer durchs Universum kollidieren.

Bild eines Schwarzen Lochs

2019 bildete das Event Horizon Telescope den Schatten eines Schwarzen Lochs ab – in Übereinstimmung mit dem, was die Allgemeine Relativität vorhersagt.

Bose-Einstein-Kondensate

Der exotische Materiezustand, den er 1924 mit voraussagte, wurde 1995 endlich erzeugt und eröffnete ein neues Feld der ultrakalten Physik.

Quantentechnologie

Die „spukhafte“ Verschränkung, gegen die er sich wehrte, treibt heute die Forschung an Quantencomputern und die Quantenkryptografie an.

Nachgerechnet: GPS ohne Einstein

Die GPS-Satelliten umkreisen die Erde in rund 20.200 km Höhe, einmal in etwa 11 Stunden und 58 Minuten, mit rund 3,9 km/s. Zwei Effekte verstellen ihre Atomuhren gegenüber den Uhren am Boden. Die Spezielle Relativitätstheorie: Weil die Satelliten schnell fliegen, gehen ihre Uhren – von der Erde aus betrachtet – um etwa 7,2 Mikrosekunden pro Tag nach. Die Allgemeine Relativitätstheorie: Dort oben ist die Schwerkraft schwächer, und Uhren gehen schneller, um etwa 45,8 Mikrosekunden pro Tag. Zusammen eilen die Satellitenuhren den Bodenuhren um rund 38,6 Mikrosekunden pro Tag voraus. Deshalb werden ihre Taktgeber schon vor dem Start etwas langsamer eingestellt: auf 10,22999999543 MHz statt 10,23 MHz.

Deine Vorhersage

Ohne Korrektur gehen die Uhren der GPS-Satelliten jeden Tag etwas falsch. Wie weit reicht nach einer Woche der Lichtweg dieses Uhrenfehlers – also die Strecke, die Licht in der aufgelaufenen Zeit zurücklegt?

Interaktiv · GPS

GPS ohne Relativitätskorrektur

– µs
Satellitenuhren gegenüber Bodenuhren vor (+) oder nach (−)
– km
Lichtweg c · Δt – so weit läge jede Entfernungsmessung zu einem Satelliten daneben

Die Karte ist eine Skizze: Raster und Ringe zeigen nur den Maßstab.

Auflösung

BRund 81 Kilometer.

Das Tempo bremst die Satellitenuhren um rund 7,2 Mikrosekunden pro Tag (Spezielle Relativität), die schwächere Schwerkraft lässt sie um rund 45,8 Mikrosekunden schneller gehen (Allgemeine Relativität). Zusammen sind das 38,6 µs pro Tag, nach einer Woche rund 270 µs. Licht legt in dieser Zeit rund 81 km zurück. Deshalb werden die Satellitenuhren schon vor dem Start ein klein wenig langsamer eingestellt.

Für Neugierige: die Rechnung

−7,2 µs + 45,8 µs = +38,6 µs pro Tag. Nach 7 Tagen: 7 · 38,6 µs ≈ 270 µs. Lichtweg: 270 µs · 0,2998 km/µs ≈ 81 km.

Quelle: Wikipedia (en): Error analysis for the Global Positioning System

Aufträge0 von 2 erledigt

  • Lass nur die Geschwindigkeit wirken und schalte die Schwerkraft aus: Jetzt gehen die Uhren nach.offen
  • Beide Wirkungen an: Nach wie vielen Tagen liegt der Lichtweg des Uhrenfehlers zum ersten Mal über 100 km? Stell genau diese Tageszahl ein.offen

Rechner auf deiner Webseite einbetten

Kopiere den folgenden HTML-Code, um den interaktiven Rechner auf deiner eigenen Webseite einzubetten:

Oft liest man, ohne diese Korrektur läge GPS nach einem Tag rund 11 km daneben (die englische Wikipedia nennt 11,4 km; c · 38,6 µs ergibt rund 11,6 km). Das ist der Lichtweg des Uhrenfehlers, c · Δt – um so viel fiele jede einzelne Entfernungsmessung zu einem Satelliten zu kurz aus. Der tatsächliche Positionsfehler ist komplizierter: Weil der Fehler alle Satelliten gleich träfe, würde ihn der Empfänger zusammen mit dem Versatz seiner eigenen Uhr herausrechnen. Laut dem GPS-Fachmann Pratap Misra bliebe die Positionsbestimmung davon unberührt – die Zeitangabe aber läge nach einem Tag um 38 Mikrosekunden daneben, bei geforderten 100 Nanosekunden Genauigkeit ein Ausschlusskriterium.

Quellen:
  1. Wikipedia (en): Error analysis for the GPS – Relativity – −7,2 µs, +45,8 µs und 38,6 µs pro Tag, 11,4 km pro Tag, 10,22999999543 MHz, 3874 m/s.
  2. Wikipedia (en): Global Positioning System – Bahnhöhe rund 20.200 km, Umlaufzeit etwa 11 h 58 min.
  3. N. Ashby, „Relativity in the Global Positioning System“, Living Reviews in Relativity 6, 1 (2003) – relativer Frequenzversatz 4,4647 × 10⁻¹⁰ (≈ 38,6 µs pro Tag).
  4. P. Misra, „Inside the box: GPS and relativity“, GPS World, 9. Oktober 2023.

Ein Name, der den Menschen überwuchs

1999 kürte das Time-Magazin Albert Einstein zur „Person des Jahrhunderts“. Element 99 heißt Einsteinium. Sein Geburtstag, der 14. März, fällt auf den Pi-Tag. Sein Konterfei verkauft alles von Postern bis zu Plüschtieren. „Einstein“ ist das Wort, zu dem wir greifen, wenn wir den klügsten Kopf im Raum meinen.

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wissenschaftliche Arbeiten (plus ~150 weitere Werke)
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Einsteinium – das nach ihm benannte Element
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Times „Person des Jahrhunderts“
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Jahre Relativität, bis heute ungeschlagen
Das Wichtige ist, dass man nicht aufhört zu fragen. Die Neugier hat ihren eigenen Daseinsgrund.Albert EinsteinInterview, 1955

Vielleicht ist das sein wahrstes Vermächtnis. Nicht eine Formel oder ein Preis, sondern eine Art, in der Welt zu sein: unermüdlich neugierig, fröhlich respektlos, nicht bereit hinzunehmen, dass irgendetwas dem Verständnis entzogen sei. Einstein lehrte ein ganzes Jahrhundert, dass das Universum erkennbar ist – und dass das Staunen darüber zum Schönsten gehört, was ein Mensch tun kann.

Quellen:
  1. Wikipedia: Albert Einstein – „Rezeption und Andenken“.
  2. Einsteinium; Time, „Person of the Century“ (1999).