Einsteins allgemeine Relativitätstheorie lässt sich in nur 12 Worten zusammenfassen: „Die Raumzeit sagt der Materie, wie sie sich bewegen soll; die Materie sagt der Raumzeit, wie sie sich krümmen soll“.

Aber hinter dieser kurzen Beschreibung des Physikers John Wheeler verbirgt sich eine komplexere und tiefere Wahrheit. Neben der Quantentheorie ist die allgemeine Relativitätstheorie eine der beiden Säulen der modernen Physik – unsere funktionierende Theorie der Schwerkraft und des ganz Großen, der Planeten, Galaxien und des Universums als Ganzes. Sie ist eine Erweiterung von Einsteins spezieller Relativitätstheorie – aber eine so umfangreiche, dass er 10 Jahre, von 1905 bis 1915, brauchte, um von der einen zur anderen zu gelangen.

Die spezielle Relativitätstheorie besagt, dass Bewegung Raum und Zeit verzerrt. Einsteins zentraler Coup bei der allgemeinen Relativitätstheorie bestand darin, dies mit einem Prinzip zu kombinieren, das Galilei mehr als drei Jahrhunderte zuvor festgestellt hatte: dass fallende Objekte unabhängig von ihrer Masse mit derselben Geschwindigkeit beschleunigt werden. Berühmt ist, dass eine Feder und ein Hammer, die vom schiefen Turm von Pisa fallen, zur gleichen Zeit auf dem Boden aufschlagen, wenn man den Luftwiderstand außer Acht lässt. (Bei der Mondlandung von Apollo 15 im Jahr 1971 bestätigte der Astronaut David Scott dieses Prinzip auf dem luftleeren Mond.)

Im Anschluss an Galilei zeigte Isaac Newton, dass dies nur wahr sein kann, wenn eine seltsame Koinzidenz besteht: Die träge Masse, die den Widerstand eines Körpers gegen die Beschleunigung angibt, muss immer gleich der Schwerkraftmasse sein, die die Reaktion eines Körpers auf die Schwerkraft angibt. Es gibt keinen offensichtlichen Grund, warum dies so sein sollte, und doch hat kein Experiment diese beiden Größen jemals auseinander gebracht.

Wie er die konstante Geschwindigkeit des Lichts zur Konstruktion der speziellen Relativitätstheorie verwendet hatte, erklärte Einstein dies zu einem Naturprinzip: dem Äquivalenzprinzip. Damit und mit einer neuen Vorstellung von Raum und Zeit als einer miteinander verwobenen „Raumzeit“ kann man ein Bild konstruieren, in dem die Gravitation nur eine Form der Beschleunigung ist. Massive Objekte krümmen die Raumzeit um sich herum, so dass die Dinge scheinbar auf sie zu beschleunigt werden.

Das erklärt, warum wir eine Anziehungskraft auf die Erde spüren und warum die Erde die Sonne umkreist. Obwohl die Schwerkraft in großen kosmischen Maßstäben und in der Nähe sehr großer Massen wie Planeten oder Sterne dominiert, ist sie die bei weitem schwächste der vier bekannten Naturkräfte – und die einzige, die nicht durch die Quantentheorie erklärt wird.

Quantentheorie und allgemeine Relativitätstheorie vertragen sich eigentlich überhaupt nicht. Die beiden Theorien arbeiten im Allgemeinen in sehr unterschiedlichen Maßstäben, das ist also kein großes Problem. Aber es hindert uns daran zu verstehen, was in den allerersten Augenblicken des Urknalls geschah, als das Universum noch sehr klein und die Schwerkraft sehr stark war. Und in einer anderen Situation, in der die beiden aufeinandertreffen – am Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs – entstehen unlösbare Paradoxa.

Die große Hoffnung ist, dass eine „Theorie von allem“ eines Tages die Quantentheorie und die allgemeine Relativitätstheorie vereinen könnte – obwohl Versuche wie die Stringtheorie und die Schleifen-Quantengravitation bisher gescheitert sind.

Die allgemeine Relativitätstheorie hat sich jedoch nie als unzulänglich erwiesen. Ihre Vorhersage, dass sehr dichte Ansammlungen von Masse die Raumzeit so stark verzerren können, dass nicht einmal Licht aus ihnen entkommen kann, hat sich als wahr erwiesen. Heute nennen wir diese Objekte „Schwarze Löcher“, können die sie umgebenden „Ereignishorizonte“ fotografieren und sind ziemlich sicher, dass im Zentrum jeder massereichen Galaxie eines zu finden ist.

Der vielleicht größte Erfolg der allgemeinen Relativitätstheorie kam jedoch 2015 mit der Entdeckung von Gravitationswellen – Wellen in der Raumzeit, die durch die Bewegung sehr massereicher Objekte verursacht werden. Das Signal von zwei schwarzen Löchern, die sich spiralförmig aufeinander zubewegen und verschmelzen, war ein Triumph der akribischen und geduldigen Detektivarbeit des LIGO-Experiments. Richard Webb