Unser Ziel in diesem Buch ist es, Einsteins Theorie des Raumes und der Zeit so einfach wie möglich zu beschreiben und gleichzeitig ihre tiefe Schönheit zu offenbaren. Letztendlich ermöglicht uns das, seine berühmte Gleichung E = mc² zu erreichen, indem wir Mathematik verwenden, die nicht komplizierender ist als der Satz des Pythagoras. Sie müssen sich nicht sorgen, wenn Sie den Satz des Pythagoras nicht auswendig kennen, da wir ihn ebenfalls erklären werden. Ein ebenso wichtiger Zweck ist, dass jeder Leser, der dieses kleine Buch liest, versteht, wie moderne Physiker über die Natur denken und wie sie Theorien entwickeln, die unglaublich nützlich sind und letztlich unser Leben verändern. Indem er ein Modell des Raumes und der Zeit aufbaut, pflügt Einstein den Weg, um zu verstehen, wie Sterne leuchten, enthüllt den tiefsten Grund, warum elektrische Motoren und Generatoren funktionieren, und legt schließlich den Grundstein, auf dem die gesamte moderne Physik basiert. Dieses Buch soll auch herausfordernd und anspruchsvoll sein. Das Thema ist nicht nur die Physik an sich: Wie wir im Verlauf des Buches feststellen werden, sind Einsteins Theorien sehr gut dokumentiert und durch zahlreiche experimentelle Daten gestützt. Es sei jedoch betont, dass Einstein mit der Zeit möglicherweise durch noch genauere Beschreibungen der Natur ersetzt wird. In den Naturwissenschaften gibt es keine universellen Wahrheiten, sondern nur Weltanschauungen, die noch nicht widerlegt wurden. Das Einzige, was wir mit Sicherheit sagen können, ist, dass Einsteins Theorie vorerst gilt. Die Herausforderung besteht darin, auf welche Weise die Wissenschaft uns auffordert, über die Welt um uns herum nachzudenken. Jeder von uns hat, unabhängig davon, ob er Naturwissenschaften studiert hat oder nicht, eine intuitive Vorstellung, und wir schließen alle Schlüsse über die Welt aus unseren täglichen Erfahrungen. Wenn wir jedoch unsere Beobachtungen dem kühlen und genauen Licht der wissenschaftlichen Methode aussetzen, stellen wir oft fest, dass die Natur unsere Intuition widerlegt. Im Verlauf dieses Buches werden wir entdecken, dass, wenn Dinge sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen, die Konzepte der Alltagslogik in Bezug auf Raum und Zeit zusammenbrechen und durch etwas völlig Neues, Unerwartetes und Elegantierendes ersetzt werden. Die daraus resultierende Lektion ist wohltuend und aufwühlend und hinterlässt viele Wissenschaftler ehrfurchtsvoll: Das Universum ist viel reicher, als es unsere täglichen Erfahrungen uns glauben machen. Vielleicht ist das Schönste, dass die neue Physik trotz ihrer Fülle von Details von einer bezaubernden mathematischen Eleganz geprägt ist.
So schwierig es manchmal erscheinen mag, die Naturwissenschaft an sich ist im Grunde kein komplexes Fach. Man könnte vielleicht sagen, dass sie der Versuch ist, unsere angeborenen Vorurteile zu überwinden, um die Welt möglichst objektiv zu beobachten. Auch wenn dieses Ziel nur mehr oder weniger erfolgreich erreicht wird, können nur wenige die Leistung bestreiten, uns beizubringen, wie das Universum „funktioniert“. Das wirklich Schwierige ist, zu lernen, nicht auf das zu vertrauen, was wir vielleicht gerne als logisches Denken bezeichnen. Indem sie uns lehren, die Natur so zu akzeptieren, wie sie ist, und nicht so, wie unsere Vorurteile es vielleicht nahelegen, hat die wissenschaftliche Methode die moderne technologische Welt geformt. Kurz gesagt, sie funktioniert.
Im ersten Halbteil des Buches werden wir die Gleichung E = mc² herleiten. Mit „herleiten“ meinen wir, zu zeigen, wie Einstein zu der Schlussfolgerung kam, dass Energie gleich Masse mal Lichtgeschwindigkeit zum Quadrat ist, was die Gleichung aussagt. Wenn Sie für einen Moment über diese Beziehung nachdenken, erscheint sie Ihnen wahrscheinlich sehr merkwürdig. Vielleicht ist die bekannteste Art von Energie die Bewegungsenergie: Wenn uns beispielsweise ein Cricketball ins Gesicht trifft, tut es weh. Ein Physiker würde sagen, dass der Grund dafür ist, dass der Werfer Energie in den Ball gegeben hat, und diese Energie auf unser Gesicht übertragen wird, wenn dieser den Ball stoppt. Masse ist ein Maß dafür, wie viel Substanz ein Objekt enthält. Ein Cricketball hat mehr Masse als ein Pingpongball, aber weniger als ein Planet. Das, was die Gleichung E = mc² aussagt, ist, dass Energie und Masse austauschbar sind, ungefähr so, wie Dollar und Euro austauschbar sind, und dass der „Austauschfaktor“ der Umwandlung die Lichtgeschwindigkeit zum Quadrat ist. Wie konnten Einstein zu dieser Erkenntnis gelangen, und warum erscheint die Lichtgeschwindigkeit in einer Gleichung, die die Beziehung zwischen Energie und Masse beschreibt? Auf dem Weg zu dieser Gleichung setzen wir kein Vorwissen voraus und vermeiden Matematik so weit wie möglich. Unser Ziel ist es, dem Leser eine echte Erklärung (und nicht nur eine Beschreibung) der Wissenschaft zu bieten. Aus dieser Perspektive hoffen wir besonders, etwas Neues beizutragen.
Im letzten Teil des Buches werden wir sehen, wie die Gleichung E = mc² die Grundlage unseres Verständnisses für die Mechanismen des Universums bildet. Warum leuchten die Sterne? Warum ist Kernenergie so viel effizienter als Braunkohle oder Öl? Was ist Masse? Diese Fragen führen uns in die Welt der modernen Teilchenphysik, zum Large Hadron Collider am CERN in Genf, und auf die Spur des Higgs-Teilchens, das möglicherweise eine Erklärung für die Entstehung der Masse liefern wird [siehe S. K. in Seite 162]. Das Buch endet mit Einsteins erstaunlicher Entdeckung, dass die Struktur von Raum und Zeit letztlich für die Gravitation verantwortlich ist, sowie mit der seltsamen Idee, dass die Erde „geradeaus“ um die Sonne fällt.
