Albert Einstein wurde 1879 in Ulm geboren und starb 1955 in Princeton, wo er die letzten zwei Jahrzehnte seines Lebens am Institute for Advanced Study auf der Suche nach einer einheitlichen Feldtheorie verbracht hatte. Die Universität Ulm, die Deutsche Physikalische Gesellschaft und die Stadt Ulm nehmen den 125. Geburtstag Einsteins im Jahr 2004 zum Anlass, dem Jahrhundertgenie und dem größten Sohn Ulms mit einem Einstein-Jahr 2004 zu gedenken. Als Auftakt zum Einstein-Jahr 2004 soll Einsteins bewegtes Leben von Ulm über München, Prag, Zürich, Berlin nach Princeton geschildert und sein wissenschaftliches Werk allgemeinverständlich dargestellt werden. Dabei spielen die Quellen und Dokumente eine wichtige Rolle, welche von der neueren Einstein-Forschung entdeckt und erschlossen wurden. Die überragende und einmalige Bedeutung Einsteins spiegelt sich auch darin wider, dass seine Ideen und sein Werk nicht nur die Grundlage der modernen Physik bilden, sondern auch heute noch Gegenstand der aktuellen Forschung sind.
Anhand von zeitgenössischen Dokumenten wird in diesem Vortrag die Geschichte der Formulierung der Relativitätstheorie von Einsteins früher Beschäftigung mit der Elektrodynamik bewegter Körper bis zur Allgemeinen Relativitätstheorie rekonstruiert.
Im Einklang mit der vorwissenschaftlichen Erfahrung und der klassischen Newtonschen Mechanik wurde bis nach 1900 allgemein angenommen, dass es eine universelle, den Ablauf aller Vorgänge in der Welt regelnde Zeit gibt. Danach hatte es einen Sinn, ohne Bezugnahme auf bestimmte Uhren oder Bezugssysteme von irgendwelchen Ereignissen zu sagen, sie geschähen gleichzeitig, und irgend zwei Vorgänge nach ihrer Dauer zu vergleichen. Aber Einstein erkannte, dass diese Zeitauffassung für die genaue naturgesetzliche Beschreibung von Vorgängen nicht haltbar ist. In seiner Speziellen Relativitätstheorie zeigt er 1905, dass relativ zueinander bewegte Bezugssysteme jeweils ihre eigene Zeit mit sich führen, und in der Allgemeinen Relativitätstheorie erkannte er, dass überdies die von Uhren gemessenen Zeiten vom jeweiligen Schwerefeld an den Orten der Uhren abhängen. Diese Einsichten über Zeit werden seitdem in der Physik und Astrophysik und seit etwa 1976 auch technisch im globalen Positionierungssystem (GPS) mit Erfolg angewandt.
Die äußerst vielfältigen und oft glanzvollen Entwicklungspfade der Sterne enden, soweit wir wissen, in folgenden Endzuständen, über die im Vortrag näher berichtet wird:
1) Der Stern kann in einer gewaltigen Kerndetonation total auseinandergerissen werden. Dann bereichert er das interstellare Medium mit Kohlenstoff, Sauerstoff und anderen Elementen. Aus diesem Material können später neue Sternengenerationen entstehen.
2) Relativ leichte Sterne wie die Sonne beenden ihr langes und ruhiges Leben als Weiße Zwerge. Dann sind sie nur noch etwa so groß wie die Erde, d.h. ihre Dichte beträgt einige Tonnen pro Kubikzentimeter. Für unser Verständnis dieser kompakten Objekte sind Quantentheorie und Spezielle Relativitätstheorie wesentlich.
3) Die zentrale Region eines massiven Sterns wird am Ende der thermonuklearen Evolution unstabil und fällt in sich zusammen. Unter Umständen kann der Einsturz bei Kerndichten gestoppt werden. Dann entsteht ein Neutronenstern, d.h. ein gewaltiger "Atomkern" von etwa einer Sonnenmasse. Dieser kann sich auf mannigfaltige Weise, z.B. als Radiopulsar, bemerkbar machen.
4) Für sehr massive Sterne wird aber die Gravitation übermächtig und der Kollaps kann nicht gestoppt werden. Dann wird das Gravitationsfeld schließlich so stark, dass nicht einmal Licht entweichen kann. Die Materie scheidet in einem realen Sinne aus der Weltgeschichte aus. Zurück bleibt ein "Loch im Raum", ein sog. Schwarzes Loch, mit einem sehr starken Gravitationsfeld. Dieses kann auf umgebende Materie (Gas und Sterne) enorme Wirkungen ausüben und dadurch gewaltige Energiemengen freisetzen.
Im Vortrag werden die aus der Allgemeinen Relativitätstheorie folgenden wichtigsten Eigenschaften der Schwarzen Löcher beschrieben. Auch deren astronomische Manifestationen werden geschildert. Von besonderer Bedeutung ist die Rolle der supermassiven Schwarzen Löcher bei der Energiefreisetzung in aktiven Galaxien.
Da wir nicht täglich mit 90 % der Lichtgeschwindigkeit durch ein Wurmloch zu unserem Arbeitsplatz in der Nähe eines Schwarzen Lochs fliegen, sondern in einem durch die Newtonschen Gesetze sehr gut beschriebenen Zwickel des Universums leben, konnten wir leider keinen intuitiven Zugang für die spezielle und allgemeinrelativistische Raumzeit entwickeln. Dank schneller Rechner und moderner Computer- graphik können wir aber heute die relativistischen Effekte simulieren und visualisieren. Man „versteht" sie dadurch zwar auch nicht, aber man sieht sie wenigstens.
Im ersten Teil geht es um das Aussehen schnell bewegter Objekte, also um Effekte der speziellen Relativitätstheorie. Hier ergeben sich durch das Zusammenwirken von Lorentz- Kontraktion und endlicher Lichtgeschwindigkeit überraschende Effekte, die erstaunlicherweise erst über 50 Jahre nach Einsteins fundamentaler Arbeit von 1905 erkannt und richtig beschrieben wurden.
Im zweiten Teil werden die Effekte der gravitativen Lichtablenkung visualisiert. Was würde man in der Nähe von Neutronensternen, Schwarzen Löchern, Wurmlöchern und Warp-Blasen sehen?
Mit dem Ja-Wort des Kaisers nach Deutschland geholt und gefördert, von den Mächtigen der Weimarer Republik umworben, wurde Einstein von der politischen Polizei des einen wie des anderen Reiches argwöhnisch observiert. Warum? Bei Verwendung der noch in der Weimarer Republik gesammelten Informationen durch die Gestapo wurde Einstein von den Nazis zum "Kommunisten" gemacht und ausgebürgert. Und schließlich war er – im Namen von "Freiheit" und "Demokratie" – Objekt des Bundeskriminalamtes (FBI) in den USA. Und das mit der gleichen Begründung wie im Hitlerreich – und dem gleichen Ziel: der Ausbürgerung. Warum? Was wird in der umfangreichen Akte des FBI über Einsteins Berliner Zeit berichtet? Welcher Quellen und Methoden haben sich FBI und militärischer Geheimdienst der USA bedient? Auf diese und andere Fragen versucht der Referent eine Antwort zu geben.
Zum vertrauten Bild des Genies Einstein gehören außer der berühmten Formel und dem wirren Haar auch der Geigenkasten, und das entspricht der Bedeutung der Musik für Einstein: Er "erlebte Tagträume in Musik", sah sein "Leben in musikalischen Formen" und konnte sich sein "Leben ohne Musizieren überhaupt nicht denken". Seit er als Fünfjähriger mit dem Geigenunterricht begonnen hatte, war ihm die jeweilige Lina "die Freundin, der ich alles sage und singe, was ich mir in Gedanken nicht zugestehe", bis er im Alter "die selbsterzeugten Töne nicht mehr aushalten konnte" und sich den "Seelenbalsam" durch Anhören von "Konservenmusik" verschaffte.
Das eigene Spiel, besonders die Improvisation, gab seinen Ideen Flügel, Mozart spendete ihm Trost bei vergeblicher Suche und Bach ermöglichte die Klärung der Gedanken. Der "Einspänner" genoss als "relativ gut" spielender Amateurmusiker die Gesellschaft mit Kollegen und Gleichgesinnten, der berühmte "Weltweise" nutzte Wohltätigkeitskonzerte, um Verfolgten zu helfen. Seine musikalische Wirkung reicht über literarische Gestaltung (Dürrenmatt, Physiker), Opern (Dessau, Einstein; Philipp Glass, Einstein on the Beach; D´Ase, Einstein, die Spuren des Lichts) und mit Einstein-RAPs bis in die heutige Jugendkultur.
Der "musikalische Lebenslauf" Einsteins erzählt viele Anekdoten, und auch, als Zeitgeschichte, von berührenden menschlichen Begegnungen.
Seit der Entdeckung der Quasare vor etwa 40 Jahren haben sich die Indizien gehäuft, dass in den Zentren von Milchstraßen- systemen massive Schwarze Löcher sitzen, die durch Akkretion von Gas und Sternen effizient Gravitationsenergie in Strahlung umwandeln. Durch hochauflösende Messungen im Infrarot- und Radiobereich ist es jetzt im Zentrum unserer eigenen Milchstrasse gelungen, einen überzeugenden Beweis für diese Hypothese zu liefern. Hierbei haben neue Entwicklungen in der Infrarotinstrumentierung und der adaptiven Optik am neuen Großteleskop der ESO, dem VLT, eine wichtige Rolle gespielt. Gleichzeitig ist es klar geworden, dass die meisten Galaxien massive Schwarze Löcher beherbergen, und dass diese Schwarzen Löcher bereits etwa eine Milliarde Jahre nach dem Urknall entstanden sein müssen. Es werden diese neuen Messungen und ihre Konsequenzen für die Entstehung von Schwarzen Löchern im frühen Universum diskutiert.