Albert Einstein im Jahr 1905. Ausser einigen Fachkollegen kannte ihn zu dieser Zeit noch kaum jemand. (Bild:Keystone)
Die Sonnenfinsternis, die Albert Einstein berühmt machte
Am 29. Mai 1919 verdunkelte sich die Sonne über Brasilien und Afrika für einige Minuten. Die Beobachtung, dass einige Sterne nicht dort waren, wo sie sein sollten, verhalf der allgemeinen Relativitätstheorie zum Durchbruch. Manche sagen: zu Unrecht.
Jeder kennt Albert Einstein. Der Vater der Relativitätstheorie gehört zu den berühmtesten Persönlichkeiten des 20. Jahrhunderts. Doch auf die verdiente Anerkennung musste Einstein lange warten. Mit seiner speziellen Relativitätstheorie hatte sich der «technische Experte 3. Klasse» beim Patentamt in Bern 1905 zwar in Fachkreisen einen Namen gemacht. Doch selbst als es ihm zehn Jahre später gelang, seine Theorie auf beschleunigte Bewegungen zu verallgemeinern, erkannten nur wenige die Tragweite. Zu verrückt schien die Vorstellung, dass die Gravitation keine Kraft im herkömmlichen Sinne ist, sondern von der Krümmung der Raumzeit herrührt. Das war ein Frontalangriff auf die Newtonsche Gravitationstheorie, die sich über Jahrhunderte bewährt hatte. Bei vielen Forschern überwog die Skepsis.
Der Tag, an dem sich das änderte, lässt sich ziemlich genau datieren. Es war der 29. Mai 1919. Und das Ereignis, das Einstein berühmt machen sollte, spielte sich weder in Bern noch in Zürich oder Berlin ab, sondern in der Nähe des Äquators. Dort war Ende Mai eine besonders lange Sonnenfinsternis zu erwarten. Schon Monate vorher hatten sich zwei britische Expeditionen per Schiff auf die beschwerliche Reise in den Süden gemacht, um die Gunst der Stunde zu nutzen. Die britischen Astronomen wollten überprüfen, ob die Sonne das Licht von Sternen tatsächlich so stark ablenkt, wie es Einstein vier Jahre zuvor im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie berechnet hatte. Das war nur während einer Sonnenfinsternis möglich, weil die Sonne sonst alle Sterne in ihrer Nähe überstrahlt.
Die Auswertung der Fotoplatten dauerte einige Monate. Am 6. November traten die britischen Forscher an die Öffentlichkeit und verkündeten ihr Ergebnis. Wenige Tage später war Einstein eine Berühmtheit. Etliche Zeitungen widmeten ihm und seiner neuen Theorie der Gravitation umfangreiche Artikel und überboten sich mit Superlativen. Am schönsten titelte die «New York Times»: «Lichter im Himmel alle schief», schrieb sie am 10. November, um die Leser gleich darauf zu beruhigen, dass dies kein Grund zur Sorge sei.
Alles nur Schummelei?
Dabei könnte man es bewenden lassen – würde nicht bis heute die Behauptung kursieren, die britischen Forscher hätten bei der Auswertung ihrer Daten geschummelt. Ein prominenter Fürsprecher dieser Ansicht war der kürzlich verstorbene Physiker Stephen Hawking. In seinem 1988 erschienenen Bestseller «Eine kurze Geschichte der Zeit» schrieb er, dass die Fehler bei der Bestimmung der Sternpositionen genauso gross gewesen seien wie der Effekt, den man habe messen wollen. Das Ergebnis sei reiner Zufall gewesen. Die Wissenschafter hätten das erkannt, was sie hätten erkennen wollen.
Der Vorwurf der Voreingenommenheit richtet sich vor allem gegen Arthur Eddington. Der britische Astrophysiker war 1913 im Alter von 31 Jahren zum Professor für Astronomie an der Cambridge University ernannt worden und hatte ein Jahr später die Leitung des dortigen Observatoriums übernommen. 1916 hatte Eddington auf Umwegen Einsteins Abhandlung über die allgemeine Relativitätstheorie in die Hände bekommen. Und anders als viele seiner Zeitgenossen war er sehr angetan. Eddington wurde in Grossbritannien zum Fürsprecher der Einsteinschen Gravitationstheorie und rühmte sich, der einzige Physiker neben Einstein zu sein, der sie verstanden habe. Ausgerechnet dieser «Überzeugungstäter» sollte eine der beiden Expeditionen leiten, die der britische Hofastronom Frank Dyson im Jahr 1917 zu planen begann.
Der Verlauf der Sonnenfinsternis vom 29. Mai 1919
Dyson und Eddington hatten erkannt, dass die Sonnenfinsternis des Jahres 1919 günstige Bedingungen bieten würde, um die von Einstein vorhergesagte Lichtablenkung zu bestätigen. Zwar musste man eine lange Reise in Kauf nehmen, da die Sonne nur von Südamerika und Afrika aus gesehen vollständig verdunkelt sein würde. Dafür war aber mit einer aussergewöhnlich langen Finsternis von fast sieben Minuten zu rechnen. Zudem würde die Sonne zum Zeitpunkt der Finsternis im hell leuchtenden Sternhaufen der Hyaden stehen. Einige dieser Sterne sollten während der Finsternis deutlich zu erkennen sein. Die Idee bestand darin, die Positionen dieser Sterne so exakt wie möglich zu messen. Sollte ihr Licht tatsächlich im Schwerefeld der Sonne abgelenkt werden, so müssten die Sterne an einer anderen Position zu finden sein als auf einer Vergleichsaufnahme der gleichen Himmelsregion ohne die Sonne.
Die Sonne lässt Sterne nach aussen rücken
Niemand machte sich Illusionen darüber, dass es schwer werden würde, diesen Effekt nachzuweisen. Einstein hatte im Rahmen seiner allgemeinen Relativitätstheorie berechnet, dass ein Stern am Rand der Sonnenscheibe um die Winzigkeit von 1,75 Bogensekunden verschoben erscheinen sollte. Eine Bogensekunde ist der 3600. Teil eines Grades. Das entspricht ungefähr dem Winkel, unter dem eine Erbse aus einer Entfernung von einem Kilometer erscheinen würde. Bei dem Vergrösserungsvermögen der damaligen Teleskope musste man auf den belichteten Fotoplatten Unterschiede erkennen, die kleiner als ein Zehntel Millimeter waren.
Dieses vergrösserte Bild zeigt einen Stern auf einer der Fotoplatten aus Sobral. Der rote Pfeil vermittelt einen Eindruck davon, wie klein der erwartete Unterschied aufgrund der Lichtablenkung ist. (Bild: Royal Observatory Greenwich)
Aber das ist nicht alles. Unter der Annahme, dass Licht aus Teilchen mit einer Masse besteht, hatte der deutsche Astronom Johann Georg von Soldner schon im Jahr 1801 vorhergesagt, dass Lichtstrahlen auch ohne Krümmung des Raumes von der Sonne abgelenkt werden sollten. Die von ihm berechnete Ablenkung war halb so gross wie der Wert Einsteins. Damit waren im Prinzip drei Resultate denkbar: keine, halbe oder volle Lichtablenkung. Um zwischen diesen drei Möglichkeiten zu unterscheiden, mussten die britischen Astronomen auf günstige Beobachtungsbedingungen hoffen.
Das Wetter spielt nicht mit
Die beiden Expeditionen stachen im März 1919 in See. Eddington steuerte mit seinem Team die vor der Westküste Afrikas gelegene Insel Príncipe an. Sein Kollege Andrew Crommelin vom Königlichen Observatorium in Greenwich sollte die Sonnenfinsternis von Sobral aus beobachten, einer Stadt im Nordosten Brasiliens. Am Ziel angekommen, installierten die beiden Teams ihre Instrumente und bereiteten sich auf den grossen Tag vor. Doch Eddington hatte Pech. Der Tag der Sonnenfinsternis begann mit einem heftigen Gewitter, und die Sicht auf die Sonne wurde durch Wolken beeinträchtigt. Zwar riss die Wolkendecke kurz vor dem Eintritt der Totalität auf. Doch die Beobachtungsbedingungen waren schlechter als erhofft. Von den 16 Fotoplatten, die Eddington an diesem Tag belichtete, waren nur zwei zu gebrauchen.
Auf der anderen Seite des Atlantiks war der Wettergott den Astronomen gnädiger gestimmt. «Eclipse splendid», kabelte Crommelin nach Hause. Dafür hatte die Expedition mit anderen Problemen zu kämpfen. Für die Beobachtung hatten die Forscher zwei Teleskope zur Verfügung. Das eine war mit einer 16-Zoll-Linse ausgestattet, das andere mit einer 4-Zoll-Linse. Dem kleineren Teleskop sollte in der Folge eine entscheidende Bedeutung zukommen. Wie man nämlich bei der Auswertung der Fotoplatten feststellte, waren die mit dem grösseren Teleskop gemachten Aufnahmen verwaschen. Vermutlich hatte die Wärme zu einer Ausdehnung der optischen Komponenten geführt.
Albert Einstein hat mit seiner allgemeinen Relativitätstheorie das Weltbild der Physik revolutioniert. Doch erst viel später wurde klar, welche Leistung das Genie damit vollbracht hatte. Das Bild zeigt ihn 1954 in Princeton, New York. (Bild: AP Photo, File)
Schon im September machten Gerüchte die Runde, die beiden Expeditionen hätten Einsteins Vorhersage bestätigt. Auch Einstein bekam davon Wind und zeigte sich in einem Brief an seine Mutter beglückt. Dann kam der Tag der Wahrheit. Am 6. November trafen sich Mitglieder der Royal Astronomical Society und der Royal Society zu einer gemeinsamen Sitzung. Dort wurden die Ergebnisse der beiden Expeditionen der Öffentlichkeit präsentiert. Crommelin hatte in Sobral eine Lichtablenkung von 1,98 ±0,12 Bogensekunden gemessen. Das passte viel besser zu der Vorhersage von Einstein als zur Lichtablenkung, die im Rahmen der Newtonschen Gravitationstheorie zu erwarten ist. Eddingtons Ergebnis lautete 1,61 ±0,30 Bogensekunden. Auch das lag ganz auf der Linie von Einstein, allerdings mit einer grösseren Messunsicherheit. Das schlechte Wetter in Príncipe hatte seinen Tribut gefordert.
Hatte man diese Resultate bewusst unter den Teppich gekehrt? Und welche Rolle hatte dabei Eddington gespielt?
Es blieb Dyson überlassen, ein Fazit zu ziehen: «Nach sorgfältiger Untersuchung der Platten bin ich bereit zu erklären, dass kein Zweifel daran bestehen kann, dass sie Einsteins Vorhersage bestätigen.» Es gab an der Sitzung aber auch kritische Stimmen. So brach der Astronom Ludwig Silberstein eine Lanze für Newton: «Wir sind es diesem grossen Mann schuldig, sehr vorsichtig vorzugehen, bevor wir sein Gesetz der Gravitation anrühren oder modifizieren.»
Tatsächlich gab es Gründe, skeptisch zu sein. Zu reden gaben vor allem die verwaschenen Aufnahmen, die in Sobral mit dem 16-Zoll-Teleskop gemacht worden waren und die bei der Datenanalyse nicht berücksichtigt wurden. Trotz der schlechten Bildqualität hatten die Astronomen nämlich versucht, auch diese Fotoplatten auszuwerten. Das Resultat war widersprüchlich und hing von gewissen Annahmen ab, die in die Datenanalyse einflossen. Das eine Mal erhielten die Astronomen eine Lichtablenkung von 1,52 Bogensekunden, das andere Mal von 0,93 Bogensekunden. Der zweite Wert lag verdächtig nahe an der Vorhersage, die von Soldner 1801 im Rahmen der Newtonschen Gravitationstheorie berechnet hatte. Hatte man diese Resultate bewusst unter den Teppich gekehrt? Und welche Rolle hatte dabei Eddington gespielt?
Bruder im Geiste
Das war der Stoff, aus dem in der Folge Verschwörungstheorien geschneidert wurden. Immer wieder kam dabei die Tatsache zur Sprache, dass Eddington nicht nur ein glühender Anhänger der Relativitätstheorie war, sondern Einstein auch im Geiste verbunden war. Wie Einstein war Eddington Pazifist. Als praktizierender Quäker lehnte er den Kriegsdienst ab. Das kam während des Ersten Weltkrieges nicht gut an. Letztlich hatte Eddington es dem Einfluss von Dyson zu verdanken, dass er nicht gegen seinen Willen an die Front geschickt wurde, sondern sich auf die Expedition nach Príncipe vorbereiten konnte.
Heute hat sich die Ansicht durchgesetzt, dass die Vorwürfe gegen Eddington haltlos sind. Das ist vor allem das Verdienst des Wissenschaftshistorikers Daniel Kennefick von der University of Arkansas in Fayetteville. Vor mehr als zehn Jahren legte Kennefick bereits dar, dass sich Eddington nicht in die Auswertung der Fotoplatten eingemischt hatte, die Crommelin aus Sobral mitgebracht hatte. Die Entscheidung, die Aufnahmen des 16-Zoll-Teleskops zu ignorieren, hatte vielmehr Dyson getroffen. Und der stand der allgemeinen Relativitätstheorie zunächst ebenso skeptisch gegenüber wie viele seiner Zeitgenossen. Erst kürzlich hat Kennefick die Ergebnisse seiner langjährigen Recherche zu einem Buch verarbeitet, das den vielsagenden Titel «No Shadow of a Doubt» trägt.
Kennefick war es auch, der eine weitgehend in Vergessenheit geratene Publikation in Erinnerung rief. Im Jahr 1979 hatten Astronomen des Königlichen Observatoriums in Greenwich die Fotoplatten aus Sobral erneut analysiert, diesmal mit modernen Methoden. Die Auswertung der mit dem 16-Zoll-Teleskop gemachten Platten ergab eine Lichtablenkung von 1,55 ±0,34 Bogensekunden. Das sei zwar nach wie vor ein schwaches Resultat, schrieben die Autoren damals. Doch es stütze die Ergebnisse, die mit dem kleineren Teleskop erzielt worden seien.
Auch Hawking spielt in seinem Bestseller auf diese Publikation aus dem Jahr 1979 an. Wie er allerdings zum Schluss kam, die Messfehler seien so gross wie das Ergebnis selbst, wird sein Geheimnis bleiben.
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