Ist die Relativitätstheorie von Albert Einstein eigentlich tatsächlich nachgewiesen worden?

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Hallo Lissa890,

das Problem bei der Frage liegt im Unterschied zwischen Alltagssprache und Wissenschaftssprache.

Im Alltag sprechen wir sehr oft von "Beweisen". In der Naturwissenschaft sind wir exakter und vermeiden diesen Begriff. Das heißt aber nicht, dass wir in den Beobachtungsdaten nicht eben doch sehr überzeugende Bestätigungen vorlegen würden... man muss nur verstehen, was das eigentlich bedeutet.

Was ist eine naturwissenschaftliche Theorie?

In der Alltagssprache ist eine Theorie eine unbestätigte Vermutung, eine Idee oder auch das Gegenteil der Praxis.

All das ist eine Theorie in der Naturwissenschaft nicht. Hier ist sie ein geschlossenes, oft mathematisches Erklärungsmodell: Es stellt einzelne Beobachtungen, die ohne dieses Modell völlig zusammenhanglos dastünden, in einen gemeinsamen logischen Kontext. Eine naturwissenschaftliche Theorie erklärt uns, warum wir diesen Satz an Daten vor uns haben - und keinen anderen.

Eine solches Modell ist aber nie(!) letztbeweisbar - weder in seiner Allgemeingültigkeit, noch bei der Frage, ob die Natur wirklich so ist, wie das Modell sie beschreibt.

Erkläre ich es mal am besten an einem einfacheren Beispiel: Man kann nicht beweisen, dass sich alle Massen anziehen, weil man niemals alle Massen untersucht haben kann. Ein induktiver Schluss von bereits untersuchten Massen auf alle Massen bringt in unser Wissen immer und unvermeidlich eine mögliche Fehlerquelle ein. Denn eine einzige gefundene Masse im All, die nicht der Schwerkraft unterliegt, würde die allgemeine Aussage "Alle Massen ziehen sich an" wiederlegen. Dass wir irgendwann eine solche Masse auftreiben, ist aber nicht mit absoluter Sicherheit auszuschließen. Genauso können wir unser Modell auch nie mit unendlich großer Messgenauigkeit testen. Unsere Messgenauigkeit ist immer endlich. Wir können immer nur schauen, ob unser Modell die Natur im Rahmen der bestmöglichen Messgenauigkeit korrekt beschreibt.

Der Philosoph und Erkenntnistheoretiker Karl Popper wies darauf hin, dass naturwissenschaftliche Aussagen wie alle "Allgemeinaussagen" nicht letztbeweisbar sind. Popper argumentiert deshalb - und die Philosophie schließt sich hier heute weitestgehend an - dass man allgemeine Aussagen immer nur widerlegen kann, niemals aber letztbeweisen kann.

Um das noch mal klar zu sagen: Das ist kein Problem der Naturwissenschaft, sondern überall so. In der Naturwissenschaft tragen wir dieser Tatsache nur Rechnung, indem wir eben nicht von "Beweisen" reden.

Warum ich das erkläre, wird klar, wenn wir jetzt zur Relativitätstheorie rüberschwenken:

Wurden die Aussagen der Relativitätstheorie in Beobachtungen bestätigt?

Ja.

Und zwar ausnahmslos alle aus der Theorie (bisher) abgeleiteten Vorhersagen.

Ich zähle mal ein paar bekannte Effekte auf, ohne dabei zwischen Spezieller und Allgemeiner Relativitätstheorie zu unterscheiden:

  • Die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit wurde beim Zerfall schneller Pionen bestätigt.
  • Die Dilatationseffekte wurden zum Beispiel im Experiment von Hafele-Keating bestätigt.
  • Abgesehen davon sind die Effekte der RT in jedem Teilchenbeschleuniger täglich Brot der dort arbeitenden Wissenschaftler. Dass wir überhaupt einen Teilchenbeschleuniger von den Dimensionen des LHC brauchen, um Teilchen von 99% der Lichtgeschwindigkeit (Eingangsgeschwindigkeit) auf 99,99999% der Lichtgeschwindigkeit zu bringen, das erklärt uns NUR die Relativitätstheorie.
  • Die Kenntnis der Allgemeinen Relativitätstheorie macht unser modernes Satellitennetz und Navis überhaupt erst möglich. Berücksichtigt man die Effekte hier nicht, hätte man pro Tag Abweichungen von einigen Kilometern zwischen berechneter und tatsächlicher Position des Satelitten.
  • Eddington bestätigte eine der ersten Vorhersagen von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie, die Beugung von Licht im Schwerefeld der Sonne, während einer Sonnenfinsternis
  • Bereits mit seiner Veröffentlichung der Allgemeinen Relativitätstheorie hatte Einstein aber schon die Perihel-Drehung des Merkurs erklären können, die im Bild der Newtonschen Mechanik nicht erklärbar war.
  • Die Allgemeine Relativitätstheorie machte Vorhersagen über Effekte der "Raumkrümmung durch Massen", die man bei Beobachtungen auf große Entfernungen machen würde. Heute haben wir die Technik, so tief in den Raum zu sehen ... und alle vorhergesagten Effekte auch wirklich beobachtet: Dazu gehören: Gravitationslinsen (die man nicht nur entdeckt hat, sondern heute schon benutzt, um noch weiter in den Raum blicken zu können) und Einstein-Ringe
  • Erst seit Kurzem können wir einen weiteren vorausgesagten Effekt messen: die Gravitationswellen, die bei der Beschleunigung von Massen entstehen.
  • Last but not Least: Schwarze Löcher in verschiedenen Größen wurden sowohl indirekt als auch mittlerweile direkt nachgewiesen.

Dass die Natur also von der Relativitätstheorie gut beschrieben wird, das wissen wir auf etliche Nachkommastellen genau.

Ein "Beweis" im erkenntnistheoretischen Sinne ist das nicht, weil wir eben nicht beliebig genau messen können. Wir wissen zum Beispiel nicht, wie und ob die Relativitätstheorie mit der ebenso gut bestätigten Quantenmechanik "zu verheiraten" ist. Es ist deshalb gut möglich, dass irgendwann einmal eine neue, noch bessere Theorie die Relativitätstheorie ablösen wird.

Aber:

Eines ist jedoch klar: Behauptungen, wie 'Die Relativitätstheorie ist falsch!' oder 'Einstein irrte!' sind von der Hand zu weisen, unseriös und absolut anachronistisch. Die ART wurde durch viele Experimente bestens verifiziert und ist eine (im Popperschen Sinne der Wissenschaftstheorie) bewährte Theorie. Wie bei der Newtonschen Theorie bzw. generell bei physikalischen Theorien, gibt es auch bei der ART einen Gültigkeitsrahmen, der bei bestimmten Parametern (starke Felder, kleine Raumskalen) in ein Versagen der Theorie mündet. Das Versagen wird durch divergierende Größen, wie Krümmung oder Dichte, und womöglich schon durch das Auftreten von Singularitäten signalisiert. Jede der ART übergeordnete Theorie muss aber die Allgemeine Relativität als Grenzfall enthalten, ebenso wie die ART die Newtonsche Theorie enthält. Deshalb wird auch nach dem Auffinden einer robusten Quantengravitation die ART ihre Daseinsberechtigung behalten!

Bewährte naturwissenschaftliche Theorien verschwinden nicht: Wo sie die Natur bestens beschreiben, wird man immer mit ihnen arbeiten können, so wie wir heute eben viele mechanische Probleme mit dem guten alten Newton angehen können. Egal ob und wenn ja durch welches Modell die Relativitätstheorie je ersetzt wird: Überall dort, wo wir sie heute anwenden, wird man immer mit ihr arbeiten können.

Grüße

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Diplom in Physik, Schwerpunkt Geo-/Astrophysik, FAU

Sie gilt neben der Quantenfeldtheorie als die am präzisesten bestätigte Theorie. Die spezielle Relativitätstheorie (Zeitverlangsamung und Massenzunahme bei hohen Geschwindigkeiten) wird täglich in Teilchenbeschleunigern beobachtet. Die allgemeine Relativitätstheorie (Raumkrümmung und Zeitverlangsamung in der Nähe von Massen) ist ebenfalls Alltagsphysik. Das GPS funktioniert so, dass Funksignale von verschiedenen Satelliten zu deinem Auto gesendet und die Ankunftszeiten verglichen werden. Wenn hier die Relativitätstheorie nicht berücksichtigt würde, wären die Angaben nach kürzester Zeit um mehrere Kilometer falsch. Kürzlich wurden auch die von Einstein vorhergesagten Gravitationswellen nachgewiesen.

GPS funktionert auch ohne Relativitätstheorie.

Die ungenauigkeiten kommen von den Atomuhren selbst und von den Bahnen der Sateliten.

Die Bahnen sind nicht exakt und werden Mehrmals täglich nachjustiert.

Atomuhren messen auch keine Zeit, sie zählen Atomschwingungen.

Diese Atomschwingungen sind abhängig von temperatur, Gravitation und Strahlung.

Die Elektronik der Atomuhren ist auch abhängig von Schwerkraft, temperatur , Strahlung und Magnetfelder.

Die Atomuhren der Sateliten sind andere als auf der Erde. Sie werden zur Zeit durch 50 mal genauere ausgetauscht.

Die Weltzeit ist ein Mittelwert aus 260 Atomuhren. ...

Auserdem beeinflussen atmosphäreische Einflűsse die Laufzeit der Signale.

Niemand sitzt da und rechnet irgendwelche Relativitätstheorie Einflűsse raus.

Gps ist also ein ganz schlechtes Beispiel um die RT beweisen zu wollen.

Ein Gegenstand besteht aus Atomen. Das ist die Masse. Die nimmt bei Geschwindigkeit nicht zu, es kommen ja keine Atome hinzu.

Die ganze Theorie hat mehr Widersprűche als nützliche dinge Produziert.

Die Formeln der Quantenphysik und der RT lassen sich auch nicht vereinen. ... irgendetwas muss also falsch sein.

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@Blume8576

Da liegst du falsch. Die Militärs, die den Auftrag gaben, das GPS zu erfinden, dachten auch so wie du. Sie sagten den Physikern, sie sollen das GPS ohne die relativistischen Effekte machen. Deshalb wurde der Prototyp nach der klassischen Physik gebaut. Die Angaben waren aber schon nach einer Woche um etwa 10km daneben. Deshalb wird die Relativitätstheorie jetzt berücksichtigt. Man kann aber die Zeitverlangsamung heute schon bei Höhenunterschieden von nur etwa 40 cm messen.

Weshalb glaubst du, Quantenphysik und Relativitätstheorie liessen sich nicht vereinen? - In der Loop-Quantengravitation sieht das nicht so schlecht aus.

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Da gibts so einige Beweise das er recht hatte. Kannst ja etwas googeln und dann findet man schon seine Antwort. Ein Beispiel wären die Tachyonen die eigentlich gar annähernd nicht die Erdoberfläche erreichen sollten...

Myonen sind das. Tachyonen sind nur theoretische Teilchen, die nicht beobachtet worden sind und vermutlich nicht existieren.

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Sagen wir so, bis heute wurde sie noch nicht wiederlegt. Außerdem hilft sie zur Erklärung vieler verschiedener Dinge

Danke für ihre Antwort!

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