Warum ist die Relativitätstheorie so schwer zu verstehen?
Diese Frage berührt ein grundsätzliches Problem der modernen Wissenschaften und ist generell eher ein psychologisches Thema.
Die Relativitätstheorie ist so schwer zu verstehen, weil sie in unserem Alltagsleben und mit unserer normalen körperlichen Wahrnehmung nicht zusammenpasst.
Die Spezielle Relativitätstheorie (SRT) erklärt Phänomene, die auftreten, wenn Objekte sich in sehr hohen Geschwindigkeiten gleichförmig relativ zueinander bewegen. Dabei treten auf:
Längenkontraktion: Bewegte Lineale sind kürzer
Zeitdilatation: Bewegte Uhren gehen langsamer
Für unser Alltagsempfinden erscheint das widersinnig, nahezu absurd. Und tatsächlich sind diese Phänomene extrem winzig, selbsz wenn wir diese Bewegungen mit den schnellsten uns möglichen Geschwindigkeiten messen. Aber sie sind messbar. Und viele Phänomene in der Natur können ebenfalls mit der SRT erklärt werden. Bei manchen technischen Systemen, die auf hochgenaue Informationsübertragung über sehr lange Strecken angewiesen sind (wie Satellitennavigationssysteme) müssen die Effekte sogar berücksichtigt werden, da die Systeme sonst nicht genau genug arbeiten würden.
Dennoch widersprechen die Spezielle und die Allgemeine Relativitätstheorie (ART) unserem natürlichen Empfinden. Manche würden es vielleicht auch drastischer formulieren: Sie beleidigen dieses Empfinden.
In unserem natürlichen Empfinden ist Zeit absolut. Wir erleben (jeden Tag ein ganzes Leben lang), dass das Vergehen einer Sekunde überall stattfindet und die Sekunde überall, in jedem Winkel der Welt nicht länger und nicht kürzer als genau eine Sekunde ist. Wir erleben, dass ein 30 cm langes Lineal überall 30 cm lang ist, egal wohin man es mitnimmt (abgesehen von der Tatsache, dass es bei einem Metall-Lineal durchaus temperaturbedingte Änderungen geben kann).
Und wir haben keine natürliche Wahrnehmung für die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts, denn diese Geschwindigkeit (c) ist so hoch, dass wir daraus schließen, Licht breite sich instantan, also verzögerungsfrei aus - unendlich schnell.
Die Spezielle Relativitätstheorie beruht auf der weit vor Einstein gemachten Beobachtung, dass die Lichtgeschwindigkeit nicht unendlich groß ist, sondern einen bestimmten konstanten Wert hat.
Einsteins Leistung ist, aus dieser Beobachtung die richtigen Konsequenzen zu ziehen. WENN die Lichtgeschwindigkeit überall im Universum einen bestimmten konstanten Wert hat (nämlich ~ 300.000 km/s), dann folgen daraus zwingend die oben genannten Phänomene: bewegte Uhren gehen langsamer, bewegte Lineale sind kürzer.
Richtig müsste es eigentlich heißen:
Das schneller bewegte Lineal ist (gegenüber dem langsamer bewegten) kürzer
Die schneller bewegte Uhr geht (gegenüber der langsamer bewegten) langsamer
DENN: Die Beobachtung ist ebenfalls relativ. Für denjenigen Beobachter, der sich schneller bewegt, hat das Lineal, das er in der Hand hält, noch immer 30 cm, es schrumpft nicht. Und die Uhr an seinem Handgelenk geht für seine Wahrnehmung noch immer gleich schnell.
Lediglich der Vergleich bringt den Unterschied ans Licht - was natürlich bei den Uhren am besten Funktioniert. Die schnell bewegte Uhr weist gegenüber der langsam bewegten einen Zeitunterschied auf. Dieser Effekt ist tatsächlich mehrfach experimentell bestätigt worden.
Auch die ART widerspricht unseren intuitiven Vorstellungen und Alltagswahrnehmungen, indem sie postuliert:
Bewegte Massen sind schwerer
Die Addition von Geschwindigkeiten ist nur ein Spezialfall für niedrige Geschwindigkeiten
Beschleunigung und Schwerkraft sind äquivalent
Auch die ART ist eine Schlussfolgerung aus der messbaren Tatsache, dass die Lichtgeschwindigkeit eine Konstante ist.
Warum ist das ein psychologisches Thema?
Weil Menschen gerne auf das vertrauen, was ihnen ihre Sinne liefern. Theorien, deren Wahrheitsgehalt der einzelne nicht durch seine Sinne einfach überprüfen kann haben es schwerer.
SRT und ART setzen voraus, dass neben den Sinnen auch das Denken zum Einsatz kommt. Um sie zu verstehen, ist man aufgefordert nachzudenken und lange für uneingeschränkt richtig gehaltene Wahrnehmungen in Frage zu stellen. Möglicherweise müssen Überzeugungen über Bord geworfen werden. Das führt in vielen Fällen zu Ablehnung, weil es als Zumutung empfunden wird.
Doch vielleicht lässt sich hier eine kleine Analogie anbringen:
1654 bewies Otto von Guericke die Existenz der Erdatmosphäre, indem er zeigte, dass ein luftleerer Raum (Vakuum) existieren kann.
Das tat er, indem er zwei Halbkugeln mit einer guten Dichtung versah, zusammenfügte und die Luft aus dem Hohlraum herauspumpte. Daraufhin ließen sich die Kugeln nicht mehr voneinander lösen, selbst dann nicht, als er zwei Pferdegespanne daran befestigte und sie in entgegengesetzte Richtung ziehen ließ.
Auch die Idee einer Erdatmosphäre widerspricht unserer intuitiven Vorstellung. Wenn wir auf dem freien Feld stehen, spüren wir die Existenz des Luftdrucks, d. h. das Gewicht der Atmosphäre nicht auf uns lasten. Luft hat in unserer Vorstellung kein Gewicht. Diese Vorstellung ist jedoch falsch, denn zwei Hohlkugeln, deren Innenraum von Luft befreit werden, werden durch das Gewicht der Atmosphäre so stark zusammengepresst, dass sie nur mit immenser Kraft getrennt werden können. Die Vorstellung einer Atmosphäre erfordert, dass über lange Zeit gebildete Überzeugungen über Bord geworfen werden und das Denken die Wahrnehmung ergänzt.