An einem Frühlingstag im Jahr 1953 lag in Albert Einsteins Post ein Brief von einem gewöhnlichen Sterblichen, einem 20-jährigen Highschool-Abbrecher namens John Moffat. Zwei ungleichere Korrespondenten kann man sich kaum vorstellen. Moffat war ein verarmter Künstler und autodidaktischer Physiker. Einstein war eine mythische Figur – der berühmteste Wissenschaftler der Welt. Moffat lebte mit seinem britischen Vater und seiner dänischen Mutter in Kopenhagen. Einstein war am Institute for Advanced Study in Princeton, New Jersey. Und doch waren beide Männer Außenseiter. In seinen späteren Jahren hatte sich Einstein zunehmend von der Physikgemeinschaft isoliert, da er sich weigerte, die seltsame, aber mächtige Theorie der Quantenmechanik anzunehmen – mit ihren Teilchen, die auch Wellen sind und die an keinem bestimmten Ort existieren, bis sie beobachtet werden. Die Natur, argumentierte er, könne nicht so pervers sein. So verfolgte er seit fast 30 Jahren ein quixotisches Ziel: die Schaffung einer einheitlichen Feldtheorie, die alle Kräfte der Natur beschreiben und die Quantenwelt entmystifizieren sollte.
Das war der Anlass für Moffats Brief. Er dachte, er könne Einstein eine konstruktive Kritik anbieten. „Ich schrieb ihm, dass ich mit dem, was er tat, nicht zufrieden war“, erinnert sich Moffat. Daran war nichts Ungewöhnliches. Viele Leute schickten Briefe an Einstein, nicht alle von ihnen waren rational. Aber in Moffats Fall geschah etwas Unerwartetes: Einstein schrieb zurück.
„Sehr geehrter Mr. Moffat“, begann die Antwort. „Unsere Situation ist die folgende. Wir stehen vor einer geschlossenen Schachtel, die wir nicht öffnen können, und wir bemühen uns, herauszufinden, was in ihr ist und was nicht.“ Diese geschlossene Kiste ist natürlich das Universum, und niemand hatte mehr dafür getan, den Deckel aufzuhebeln als Einstein. Und doch hatte er in den Augen fast aller seiner Kollegen fast 20 Jahre lang nichts von Bedeutung zur Physik beigetragen.
Hatten sie recht? Hat er sein Genie vergeudet, indem er vergeblich einer ultimativen Theorie hinterherjagte? Das ist die gängige Meinung. Doch zumindest einige Physiker argumentieren nun, dass Einstein seiner Zeit weit voraus war und werfen damit Fragen auf, die die Forscher noch Jahrzehnte lang beschäftigen werden. „Es wird oft gesagt, dass Einstein seine Zeit in seinem späteren Leben verschwendet hat“, sagt Moffat, der später theoretischer Physiker wurde. „Das ist natürlich ein Irrtum. Einstein hat nie seine Zeit verschwendet.“
Einsteins Bruch mit der Mainstream-Physik kam auf dem Höhepunkt seiner Karriere. 1927, als er 48 Jahre alt war, versammelten sich die führenden Physiker der Welt auf einer Konferenz in Brüssel, um eine Frage zu diskutieren, die bis heute umstritten ist: Was hat die Quantenmechanik über die Realität zu sagen? Einstein hatte den Nobelpreis für Physik für seine Forschungen erhalten, die zeigten, dass Licht aus Energieteilchen besteht – Forschungen, die den Grundstein für die Quantenmechanik legten. Doch er lehnte die neue Theorie rundweg ab. Auf der Konferenz geriet er mit dem großen dänischen Physiker Niels Bohr aneinander und löste damit eine Fehde aus, die bis zu Einsteins Tod im Jahr 1955 andauern sollte.
Bohr war ein Verfechter der seltsamen neuen Erkenntnisse der Quantenmechanik. Er glaubte, dass jedes einzelne Teilchen – sei es ein Elektron, ein Proton oder ein Photon – niemals eine bestimmte Position einnimmt, solange man es nicht misst. Solange man ein Teilchen nicht beobachtet, argumentierte Bohr, macht es keinen Sinn zu fragen, wo es ist: Es hat keine konkrete Position und existiert nur als eine Unschärfe der Wahrscheinlichkeit.
Einstein spottete darüber. Er glaubte mit Nachdruck an ein Universum, das völlig unabhängig von menschlicher Beobachtung existiert. All die seltsamen Eigenschaften der Quantentheorie sind ein Beweis dafür, dass die Theorie fehlerhaft ist, sagte er. Eine bessere, fundamentalere Theorie würde solche Absurditäten eliminieren. „Glauben Sie wirklich, dass der Mond nicht da ist, es sei denn, wir schauen auf ihn?“, fragte er.
„Er sah in einer Weise klarer als jeder andere, wie die Quantenmechanik wirklich ist“, sagt der britische Physiker Julian Barbour. „Und er sagte: ‚Ich mag sie nicht.'“ In den Jahren nach der Konferenz in Brüssel richtete Einstein einen Angriff nach dem anderen auf Bohr und seine Anhänger. Aber für jeden Angriff hatte Bohr eine Antwort parat. Dann, im Jahr 1935, ersann Einstein etwas, von dem er glaubte, dass es der tödliche Schlag sein würde. Zusammen mit zwei Kollegen in Princeton, Nathan Rosen und Boris Podolsky, fand er eine scheinbar schwerwiegende Inkonsistenz in einem der Eckpfeiler der Quantentheorie, der Unschärferelation.
Die 1927 von dem deutschen Physiker Werner Heisenberg formulierte Unschärferelation setzt strenge Grenzen dafür, wie genau man die Position, Geschwindigkeit, Energie und andere Eigenschaften eines Teilchens messen kann. Der bloße Akt der Beobachtung eines Teilchens stört es auch, argumentierte Heisenberg. Wenn ein Physiker zum Beispiel die Position eines Teilchens misst, verliert er dabei auch Informationen über seine Geschwindigkeit.
Einstein, Podolsky und Rosen waren anderer Meinung und schlugen ein einfaches Gedankenexperiment vor, um zu erklären, warum: Stellen Sie sich vor, dass ein Teilchen in zwei kleinere Teilchen gleicher Masse zerfällt und dass diese beiden Tochterteilchen in entgegengesetzte Richtungen auseinanderfliegen. Um den Impuls zu erhalten, müssen beide Teilchen identische Geschwindigkeiten haben. Wenn Sie die Geschwindigkeit oder Position des einen Teilchens messen, kennen Sie auch die Geschwindigkeit oder Position des anderen Teilchens – und zwar ohne das zweite Teilchen in irgendeiner Weise zu stören. Das zweite Teilchen kann mit anderen Worten jederzeit präzise gemessen werden.
Einstein und seine Mitarbeiter veröffentlichten ihr Gedankenexperiment 1935 unter dem Titel „Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?“ Die Arbeit war in vielerlei Hinsicht Einsteins Schwanengesang: Nichts, was er für den Rest seines Lebens schrieb, würde an seine Wirkung heranreichen. Wenn seine Kritik richtig war, war die Quantenmechanik von Natur aus fehlerhaft.
Bohr argumentierte, dass Einsteins Gedankenexperiment bedeutungslos sei: Wenn das zweite Teilchen nie direkt gemessen wurde, sei es sinnlos, über seine Eigenschaften zu sprechen, bevor oder nachdem das erste Teilchen gemessen wurde. Doch obwohl sich die Quantenphysik schließlich durchsetzte, wurde Bohrs Argument erst 1982 bestätigt, als der französische Physiker Alain Aspect ein funktionierendes Experiment auf der Grundlage von Einsteins Ideen konstruierte. 1935 war Einstein überzeugt, dass er die Quantenmechanik widerlegt hatte. Und von da an bis zu seinem Tod 20 Jahre später widmete er fast seine ganze Kraft der Suche nach einer einheitlichen Feldtheorie.
Einsteins Arbeit war zunächst nicht ohne Erfolg. Er versuchte, die Kraft der Gravitation – die er in seiner allgemeinen Relativitätstheorie erfolgreich beschrieben hatte – mit der Kraft des Elektromagnetismus zu vereinen, und die beiden Kräfte sind sich in vielerlei Hinsicht ähnlich. Die Stärke beider Kräfte ist zum Beispiel umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen zwei Körpern, und beide haben eine unendliche Reichweite. Einstein war nicht allein in seiner Überzeugung, dass er das Problem lösen könnte. Bereits 1919 hatten der deutsche Mathematiker Theodor Kaluza und später der schwedische Physiker Oskar Klein einen anderen Weg vorgeschlagen, die beiden Kräfte zu verbinden. So wie Einstein eine vierte Dimension in seine Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie eingeführt hatte, um die Schwerkraft zu beschreiben, schlugen Kaluza und Klein vor, dass eine fünfte Dimension benötigt wurde, um den Elektromagnetismus einzubeziehen.
Einstein verbrachte die letzten zwei Jahrzehnte seines Lebens damit, diese Idee zu verfeinern. Gleichzeitig versuchte er, die aus seiner Sicht bestehenden Probleme in seiner allgemeinen Relativitätstheorie auszubügeln. In Fällen, in denen die Gravitation extrem stark war, brachen seine Theorien zusammen. Außerdem schienen sie die Bildung dessen zu ermöglichen, was wir heute Schwarze Löcher nennen – Objekte von so enormer Dichte, dass ihre Schwerkraft sogar Licht einfängt. „Einstein mochte keine schwarzen Löcher“, sagt Moffat. „Die eigentliche Motivation für die Verallgemeinerung seiner Gravitationstheorie war zu sehen, ob er, wie er es nannte, ‚überall regelmäßige Lösungen‘ finden könnte, die zu den Gleichungen passen.“ Solche Lösungen, so hoffte Einstein, würden Schwarze Löcher gänzlich eliminieren.
Im Jahr 1939 nutzte der Physiker J. Robert Oppenheimer die Allgemeine Relativitätstheorie, um im Detail zu zeigen, wie Schwarze Löcher aus kollabierenden Sternen entstehen können. Doch Einstein ließ sich nicht beirren. In den 1940er Jahren setzte er seine vergebliche Suche nach einer revolutionären neuen Theorie fort, selbst als die Quantenmechanik in rasantem Tempo voranschritt. „Er war in der Verleugnung“, sagt Moffat. „Selbst Einstein verleugnete sich, weil er so viel Zeit in diese Sache investiert hatte – Jahre!“ Gegen Ende seines Lebens wurde Einstein klar, dass er nicht mehr leben würde, um sein Werk zu vollenden. „Ich habe mich in ziemlich hoffnungslose wissenschaftliche Probleme verstrickt“, schrieb er, „zumal ich als älterer Mann der hiesigen Gesellschaft entfremdet geblieben bin.“
Als Moffat 1953 zum ersten Mal Einsteins Spätwerk las, tat er es nicht ab, wie viele Physiker es taten. Aber damals war Moffat noch kein Physiker. Als arbeitsloser 20-Jähriger in Kopenhagen hatte er sich für die Kosmologie interessiert, als er in seiner Freizeit in der Bibliothek stöberte. Zu seiner Überraschung stellte er fest, dass er die fortgeschrittene Mathematik und Physik in populärwissenschaftlichen Büchern und Zeitschriften leicht aufnehmen konnte. Er arbeitete sich in etwa einem Jahr durch den Stoff von vier Jahren College-Niveau und ging dann zu professionellen Physikzeitschriften über. „Ich bekam einige von Einsteins Arbeiten in die Hände und entschied, dass es einige Schwächen in dem gab, was er tat“, sagt er. „Also schrieb ich zwei Papiere und schickte sie an ihn nach Princeton. Ich hätte nie gedacht, dass ich etwas von ihm hören würde.“
Moffat hatte eine fehlerhafte Annahme in der Mathematik identifiziert, die Einstein zur Beschreibung der elektromagnetischen Kraft verwendete. Einstein räumte ein, dass Moffat Recht hatte. In den nächsten sechs Monaten tauschten sie mehrere Briefe aus, die Moffat dazu inspirierten, eine Karriere in der Physik zu verfolgen. Obwohl ihm eine formale Ausbildung auf diesem Gebiet fehlte, wusste Moffat, dass Einsteins Briefe ihm eine Audienz bei anderen Physikern verschaffen könnten. Also kontaktierte er Niels Bohrs Sekretär an der Universität von Kopenhagen und erwähnte die Briefe. Bohr willigte bereitwillig ein, ihn zu treffen. „Einstein vertraute mir seine Probleme in der Physik an“, sagt Moffat, „und Bohr wollte wissen, was er sagte.“
Während des folgenden zweistündigen Interviews murmelte Bohr so leise, dass Moffat sich anstrengen musste, um ihn zu verstehen. Bohr hatte gehofft, von einem Sinneswandel seines Rivalen zu hören, doch Moffats Briefe enttäuschten ihn: Einstein war immer noch offen skeptisch gegenüber der Quantenmechanik. „Schließlich sagte Bohr, dass Albert seiner Meinung nach ein Alchimist geworden sei“, erinnert sich Moffat. Auf der Suche nach einer transzendenten Theorie hatte Einstein den Bezug zur praktischen Welt der Experimente verloren und war in das Reich der Metaphysik abgedriftet. „Er dachte, Einstein würde seine Zeit verschwenden“, sagt Moffat. „Und er sagte mir, dass ich mit meinem Interesse an Einsteins Ideen meine Zeit verschwendete.“
Das war noch nicht alles. Eine lokale Zeitung veröffentlichte daraufhin eine Geschichte über Moffats Begegnungen mit Einstein und Bohr, und diese Geschichte veranlasste das britische Konsulat in Kopenhagen, Kontakt mit dem Department of Scientific and Industrial Research in London aufzunehmen. Das Department brachte Moffat nach London und bezahlte ihm die Reise zum Institute for Advanced Studies in Dublin, um ein Interview mit Erwin Schrödinger zu führen.
Der Universalgelehrte, der sechs Sprachen sprach, war vor allem für die Wellengleichung bekannt, die heute seinen Namen trägt – eine elegante mathematische Beschreibung eines der zentralen Rätsel der Quantentheorie, die zeigt, dass sich alle Teilchen auch wie Wellen verhalten können. Als Moffat zu einem zweitägigen Besuch eintraf, lag Schrödinger mit einer schweren Bronchitis im Bett. Während des Gesprächs schaute der große Physiker seinen jungen Besucher durch eine runde, randlose Brille an. Moffat wusste, dass er nicht zögern würde, ihn als Hochstapler abzutun und ihn zurück in ein Leben der Obskurität nach Dänemark zu schicken. Doch wieder einmal lief alles glatt, bis Moffat sein Interesse an Einsteins Arbeit erwähnte.
„Er wurde sehr wütend“, erinnert sich Moffat. „Er fing an, mich von seinem Bett aus anzuschreien. Er sagte, Einstein sei ein Narr. Ich war ziemlich überwältigt.“ Was Schrödinger am meisten erzürnte, war, dass auch er ein Jahrzehnt zuvor versucht hatte, eine einheitliche Theorie mit einem Ansatz zu entwickeln, der dem von Einstein sehr ähnlich war. Er war zunehmend skeptisch geworden, dass eine einheitliche Feldtheorie überhaupt möglich war. Aber Einstein war auf jeden Fall in die falsche Richtung gegangen.
Moffat wurde in das Graduiertenprogramm für mathematische und theoretische Physik an der Universität Cambridge aufgenommen, auch aufgrund einer überraschend starken Empfehlung von Schrödinger. Im Jahr 1958 wurde Moffat der erste Student in der 800-jährigen Geschichte der Schule, der seinen Doktortitel ohne ein Grundstudium erlangte. Heute arbeitet er am Perimeter Institute in der Nähe von Toronto – ein ikonoklastischer Veteran unter einigen der besten und frechsten jungen Physiker der Welt. Wenn er auch zunächst von Einsteins Fehlern angezogen wurde, so ist er doch zu der Überzeugung gelangt, dass der alte Mann vielleicht doch auf dem richtigen Weg war. Er hat ihn nur ein paar Jahrzehnte zu früh eingeschlagen.
In den 1930er Jahren, als Einstein seine Arbeit an einer einheitlichen Feldtheorie begann, glaubten die Physiker, dass es nur zwei universelle Kräfte gäbe, die die Theorie vereinen müsste: Gravitation und Elektromagnetismus. Inzwischen haben sie gelernt, dass es noch zwei weitere fundamentale Kräfte gibt: eine starke Kraft, die Atomkerne zusammenhält, und eine schwache Kraft, die den radioaktiven Zerfall steuert. „Einstein definierte, was später zu einem fundamentalen Problem der Physik wurde“, sagt Carlo Rovelli, ein theoretischer Physiker an der Universität des Mittelmeeres in Marseille, Frankreich. „Aber ihm fehlte eine Zutat.“
Heute beschäftigt Einsteins einst einsame Suche Tausende von Physikern auf der ganzen Welt, die meisten von ihnen arbeiten an einem ehrgeizigen physikalischen Rahmenwerk, das als Stringtheorie bekannt ist. Obwohl diese Arbeit auf der Quantenmechanik basiert, stützt sie sich stark auf einige der gleichen Komponenten, die Einstein verwendete. Nach der Stringtheorie sind die fundamentalen Bestandteile der physikalischen Welt keine punktförmigen Teilchen, sondern infinitesimale eindimensionale Schleifen, oder Strings. Alle Teilchen und Kräfte im Universum entstehen aus diesen Strings, die mit unterschiedlichen Frequenzen schwingen. Doch die Sache hat einen Haken, der Einstein zweifellos zum Schmunzeln gebracht hätte: Die Strings brauchen 11 Dimensionen, in denen sie schwingen können, und diese Extradimensionen werden im Wesentlichen durch dieselbe Mathematik beschrieben, die Einstein in seiner eigenen vereinheitlichten Feldtheorie verwendet hat.
Moffat ist sich nicht so sicher, dass die Stringtheorie eine Verbesserung von Einsteins Ideen ist. Andererseits glaubt er, dass in den späten Gleichungen des Meisters noch etwas Leben stecken könnte. In den letzten zehn Jahren hat er sich immer wieder mit der Theorie beschäftigt, an der Einstein arbeitete, als er starb – dieselbe Theorie, die Moffat zu seinem verhängnisvollen Brief veranlasste. Moffat argumentiert, dass die Mathematik, von der Einstein hoffte, sie würde den Elektromagnetismus in seiner vereinheitlichten Feldtheorie beschreiben, stattdessen eine leichte abstoßende Kraft hervorruft, die die Stärke der Gravitation reduziert. Wenn dies der Fall ist, könnte diese Kraft helfen, einige seit langem bestehende Rätsel in der Astronomie zu lösen.
Zweitausend Lichtjahre von der Erde entfernt wirbeln zum Beispiel zwei junge blaue Sterne in einem System namens DI Herculis alle 101/2 Tage umeinander. Ihre Bahnen verschieben sich leicht von einer Umlaufbahn zur nächsten – ein Phänomen, das als Präzession bekannt ist – aber wenn Astronomen die allgemeine Relativitätstheorie verwenden, um die Größe dieser Verschiebung vorherzusagen, liegen ihre Antworten um den Faktor vier daneben. Die meisten Astronomen glauben, dass ein dritter Stern, der noch nicht beobachtet wurde, die Umlaufbahn stört. Moffat hat eine andere Interpretation. In seiner modifizierten Version von Einsteins späterer Theorie wird die Anziehungskraft zwischen den beiden Sternen gerade so stark abgeschwächt, dass die Bahnen der Sterne etwas langsamer werden. Nach seinen neuen Berechnungen stimmt die vorhergesagte Präzession fast genau mit den Beobachtungen überein.
Eine kleine historische Ironie steckt in all dem. Einer der ersten strengen Tests der allgemeinen Relativitätstheorie war die Beobachtung der Präzession der Merkurbahn um die Sonne. Vor Einstein nahmen die meisten Astronomen an, wie bei DI Herculis, dass ein dritter Körper die Umlaufbahn in Übereinstimmung mit den Newtonschen Gleichungen bringen würde. Einige behaupteten sogar, den geheimnisvollen Planeten beobachtet zu haben und nannten ihn Vulkan. Einsteins allgemeine Relativitätstheorie machte den dritten Planeten überflüssig.
Könnte sich der dritte Stern in DI Herculis als ebenso illusorisch erweisen wie Vulkan? Wenn ja, wäre das eine sehr große Neuigkeit. Moffat behauptet, dass seine Theorie auch die Notwendigkeit für dunkle Materie und dunkle Energie beseitigen würde – zwei noch unentdeckte Phänomene, die Physiker für die Bewegungen der Galaxien und die Expansion des Universums verantwortlich machen. Es ist weit hergeholt, sagt Moffat, aber Einsteins letzte Theorie könnte noch etwas Leben in sich haben.
Einestages, beim Mittagessen in einem Bistro in der Nähe von Moffats Büro, fragte ich ihn, ob wir jemals wieder einen Physiker wie Einstein sehen werden. Er schüttelte den Kopf. „Wenn Sie die Kathedrale von Chartres in Frankreich besuchen, werden Sie feststellen, dass es 150 Jahre gedauert hat, sie zu bauen, und wir kennen die Namen der Handwerker nicht, die sie gebaut haben. Sie sind anonym. Vielleicht wird die Physik einmal so werden. Wir werden vielleicht eines Tages ein großes Gebäude der westlichen Zivilisation haben, aber es könnte 200 Jahre dauern, es zu bauen.“ Zu behaupten, es gäbe eine ultimative Theorie, ist „reine Hybris“, sagte Moffat. „
Einstein war das erste Opfer seines eigenen Erfolgs, erzählt Giovanni Amelino-Camelia, Physiker an der Universität Rom, gerne seinen Studenten. Er ließ die romantische Vorstellung entstehen, dass ein Genie, das seiner Intuition folgt, eine perfekte Theorie schaffen kann, die alle Daten erklärt. Und dann ist er selbst dieser Vorstellung zum Opfer gefallen. „Das ist ein Erfolg, der wirklich ein gemischter Segen für die theoretische Physik war“, sagt Amelino-Camelia. „Wenn wir dieses eine Beispiel nicht hätten, hätten wir keine Beispiele. Und das würde die Leute lehren, wie Wissenschaft wirklich gemacht wird.“
Doch es war einmal Einstein, der die Physik revolutionierte, und er hatte Erfolg, zum großen Teil wegen seines sturen, unabhängigen, kühnen Geistes. Die allgemeine Relativitätstheorie wurde unter Missachtung der jahrhundertealten Physik entwickelt. Sie beschäftigte Einstein 11 Jahre lang – von 1905 bis 1916 – und erwies sich am Ende als triumphal richtig. Es ist kein Wunder, dass die Erinnerung an diese Leistung ihn in späteren Jahren aufrecht hielt. Im Jahr 1953, als der Brief von John Moffat seinen Weg nach Princeton fand, tat Einstein immer noch das, was er immer getan hatte – er stellte große Fragen und suchte nach großen Antworten.
Beim Mittagessen an diesem Tag in Ontario sagte Moffat, dass er mir noch einen weiteren Brief von Einstein zeigen wolle. Er kramte in einem Ordner, zog eine Kopie heraus und zeigte auf das Datum: 25. Mai 1953. Dann las er die Worte vor, die ihn mehr als ein halbes Jahrhundert lang geleitet haben: „Jeder Einzelne … muss seine Denkweise beibehalten, wenn er sich nicht im Labyrinth der Möglichkeiten verirren will. Aber niemand ist sich sicher, den richtigen Weg eingeschlagen zu haben, ich schon gar nicht.“