Skip to main content
main-content

Über dieses Buch

Die Physik ist bei der Jagd nach der Weltformel in einer Sackgasse gelandet. Immer wieder wird verkündet, die Formel sei fast gefunden. Nur: Wo bleibt sie dann? Der Autor zeichnet nach, wie die theoretische Physik vom Weg abkam und nun mit immer größeren Spekulationsblasen in die Esoterik abdriftet. Witzig-bissig und mit unterhaltsamen Anekdoten, aber auch fundiert bis ins Detail nimmt er die heutige Mode der Physik aufs Korn und erinnert an die unbeantworteten Fragen, die die wirklichen Größen der Physik bewegt haben. Trotz oder gerade wegen der kritischen Töne ein faszinierendes und nachdenklich machendes Plädoyer für die Wissenschaft.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Abkürzung

Frontmatter

1. Ganz nett, Homo sapiens, aber …

Grund zum Zweifeln: Warum etwas faul ist am State of the Art in der Physik

Lautstarker Applaus erhob sich im Salon III/IV des Marriott-Hotels von Crystal City im amerikanischen Bundesstaat Virginia. In dem überfüllten Konferenzraum starrten alle wie gebannt auf die Leinwand, wo nicht mehr zu sehen war als ein nüchternes Diagramm aus zahlreichen Punkten und einer geschwungenen Kurve. Nur eine eigenartige Personengruppe konnte sich davon zu Emotionen hinreißen lassen – Physiker auf der Jahrestagung der Astronomischen Gesellschaft , die ihren Begeisterungssturm noch minutenlang fortsetzten. Was war geschehen? Die im Diagramm aufgetragenen Daten bestätigten mit einer nie da gewesenen Genauigkeit ein fundamentales Naturgesetz zur Wärmeabstrahlung von heißen Körpern. 1900 von Max Planck entdeckt, leuchtete es nun in geradezu mathematischer Reinheit auf. Noch sensationeller war der Ursprung der Daten – Mikrowellensignale verschiedener Frequenzen, die nicht aus einem irdischen Labor stammten, sondern von einem heißen Urzustand des Universums! Ein Feuerball aus Wasserstoff und Helium, noch ohne jegliche Strukturen, die irgendwann Leben ermöglichen sollten, ließ damals seinem Licht freien Lauf. Mehr als zehn Milliarden Jahre war es bis zu den Detektoren des vom Menschen gebauten Satelliten COBE unterwegs, der wenige Tage zuvor die Daten übertragen hatte. Wenn ich das alles wie einen Film in meiner Vorstellung ablaufen lasse, bekomme ich immer eine Gänsehaut, als würde ich die inzwischen extrem abgekühlte Strahlung tatsächlich spüren. Ihre Gleichverteilung im Raum macht uns auch deutlich, dass wir uns nicht einbilden dürfen, an einem besonderen Ort im Universum zu leben – intelligente Aliens könnten sich seitdem überall entwickelt haben! Sollten sie – was nicht wahrscheinlich ist – uns wirklich von Zeit zu Zeit über die Schulter schauen, dann hätten sie an jenem Nachmittag des 13. Januar 1990, als der Vortrag stattfand, bestimmt anerkennend mit ihrem großen Kopf genickt.

Alexander Unzicker

2. Galilei würde ausflippen!

Der Quantensprung der Messinstrumente: Warum wir in phantastischen Zeiten leben

Trotz aller Zweifel, die man an den modernen Th eoriebildungen haben mag, befindet sich die Physik 400 Jahre nach Galilei in einer Epoche außergewöhnlicher Beobachtungsmöglichkeiten. „Die Mutter der Liebe eifert den Gestalten Cynthias nach“ notierte er im Herbst 1610. Mit Cynthia war der Mond gemeint, dessen verschiedengestaltige Phasen von Neu- bis zu Vollmond den Astronomen seit Jahrtausenden bekannt waren. Eine gleichartige periodische Verdunkelung sah Galilei nun bei der „Mutter der Liebe“, dem Planeten Venus. Diese Tatsache sollte dem schon morschen geozentrischen Weltbild den entscheidenden Schlag versetzen. Ermöglicht wurde Galileis Beobachtung durch den flämischen Brillenmacher Hans Lippershey, der das Fernrohr erfunden hatte. Galilei verstand die Konstruktion am besten und baute in der Folge immer bessere Teleskope. Ein solches Ineinandergreifen von Physik und Technik ermöglicht erst die entscheidenden Fortschritte in der Wissenschaft – hier zusätzlich bedingt durch das vorausgegangene Verständnis der Lichtbrechung durch Glas. Astronomisch ge - sehen kurze Zeit später befindet sich nun das

Hubble Space Telescope

in einer Umlaufb ahn von 590 Kilometern Höhe um die Erde und foto - grafiert mit nie da gewesener Auflösung – fünfh undert Mal so genau wie Galileis Fernrohr und dabei hunderttausend Mal so empfindlich wie das menschliche Auge. Ohne das Verständnis der Elektrizität durch Faraday, Ampère und Maxwell und ohne die Entdeckung der elektromagnetischen Wellen durch Hertz 1 888 könnten wir die Bilder des Teleskops aber auch nicht durch Funk empfangen.

Alexander Unzicker

3. Die schnelle Verdauung

Warum die Kosmologie auf dem falschen Dampfer ist

Es ist Anfang Oktober 1924, am Mount Wilson-Observatorium: Immer wieder betrachtet Edwin Hubble konzentriert eine Fotoplatte, die aus einer Aufnahme der Andromeda-Galaxie entstanden ist. Schließlich zuckt seine Hand, er streicht den Buchstaben „N“ für Nova durch und kritzelt „VAR!“ für Variabilität auf die Platte – dies muss einer der aufregendsten Momente seines Lebens gewesen sein. Er hatte einen besonderen Typ von Stern identifiziert und konnte daraus die Entfernung zu unserer Nachbargalaxie auf 900 000 Lichtjahre bestimmen – die große Debatte, ob es sich nicht auch um ein Objekt in unserer Galaxis handeln könnte, ist damit beendet. Immanuel Kant, der diese „Nebel“ bereits für Welteninseln gleich der Milchstraße gehalten hatte, hatte Recht behalten.

Alexander Unzicker

Kreuzung

Frontmatter

4. Wurzelbehandlung

Gravitation, Einstein und Raumzeit: Um was es eigentlich geht

Die Mehrheit der Astronomen ist überzeugt, dass das Konkordanzmodell die Kosmologie im wesentlichen richtig beschreibt. Man tut dem Modell allerdings zu viel Ehre an, wenn man es als Inkarnation der Allgemeinen Relativitätstheorie betrachtet, da ihre für die Kosmologie relevanten Gleichungen sich sogar mit der Newtonschen Th eorie herleiten lassen. Denn Einsteins Th eorie geht für schwache Gravitationsfelder, also geringe Beschleunigungen, perfekt in das Newtonsche Gravitationsgesetz über. Das gleiche gilt für Newtons Bewegungsgesetze und die Spezielle Relativitätstheorie, die Einstein zehn Jahre früher, 1905, entwickelt hatte (wo, sehen Sie in Abb. 5). Sie baut auf einer überraschend einfachen Erkenntnis: Die Lichtgeschwindigkeit ist immer gleich groß, auch wenn man sich in einem bewegten System befindet. Ein solches Relativitätsprinzip hatte zuerst Galilei entdeckt und die Gegner des heliozentrischen Weltbildes darauf hingewiesen, dass uns Kühe und Bäume keineswegs um die Ohren fliegen müssen, wenn wir uns die Erde als bewegt vorstellen. In der Tat kann man mit keinem physikalischen Experiment zwischen dem Zustand der Ruhe und dem einer gleichförmigen Bewegung unterscheiden.

Alexander Unzicker

5. Bis heute ein Sphinx

Newtons Gravitationskonstante: von England bis ins Universum

Obwohl die Allgemeine Relativitätstheorie für die Gravitation ein ganz neues Konzept entwirft , baut sie dennoch auf die Newtonsche Gravitationskonstante

G

. Interessanterweise hatte Newton mit seinem Gesetz die Bewegungen der Himmelskörper präzise beschreiben können, hielt es jedoch selbst für aussichtslos, die geheimnisvolle Kraft zwischen zwei kleinen Gewichten zu messen. Erst ein Jahrhundert später, 1798, gelang Henry Cavendish ein Experiment, das fast unverändert noch heute zur Bestimmung von

G

verwendet wird. Cavendish war ein sorgfältiger Experimentator, und es macht Spaß, im Buch

Great Experiments of Physics

die Details des Experimentes zur „Bestimmung der mittleren Dichte der Erde“ nachzulesen, das man heute Torsionsdrehwaage nennt. Er nutzte dabei aus, dass sich ein gespannter Faden schon mit winzigsten Kräft en verdrehen lässt. Hängt man an dem Faden ein Paar Metallkugeln geschickt auf, reagieren die Kugeln schon auf die Gravitationsanziehung gleichartiger in der Nähe aufgehängter Massen. Während man aus den Umlaufzeiten und Entfernungen der Planeten sehr präzise das Produkt

GM

bestimmen kann, ist die Bestimmung der Masse der Erde und jedes anderen Himmelskörpers nur möglich, wenn man unabhängig davon

G

direkt misst – nun war dies erstmals gelungen. Alle astronomischen Massenangaben, ja Abschätzungen für das gesamte beobachtbare Universum erfolgen relativ zur Erd- und Sonnenmasse, die wiederum auf dem Cavendish-Experiment beruhen. Tatsächlich gibt es bis heute kaum andere Apparaturen, die eine vergleichbare Genauigkeit erreichen.

Alexander Unzicker

6. Das Rätsel der kleinen Beschleunigungen

Raumsonden und Galaxienränder: Ist im All alles da, wo es sein sollte?

Es ist der 3. März 1972, der Triebwerkslärm einer Rakete erschüttert Cape Canaveral. Seit der ersten Mondlandung sind noch keine drei Jahre vergangen, die NASA ist auf der Höhe ihres Erfolges, und dennoch ist der Start der Atlas-Centaur-Rakete, die die Raumsonde Pioneer 10 trägt, eine kleinere Aktion. Niemand ahnt, dass man die Mission dreißig Jahre später als „größtes Experiment der Menschheit“ bezeichnen wird, als Pioneer 10 in der unglaublichen Entfernung von 11 Milliarden Kilometern sein letztes Funksignal zur Erde sendet. Mit lediglich wissenschaft lichem Ehrgeiz soll die Sonde das äußere Sonnensystem erforschen und wohl mehr aus Jux klebt man eine Plakette mit ein paar Informationen über die Menschheit auf – dabei gibt die Andeutung der anatomischen Unterschiede zwischen Mann und Frau im prüden Amerika der Nixon-Ära noch Anlass zur Diskussion. Nach einigen Jahren Flugzeit haben die Sonden – die baugleiche Pioneer 11 wurde 1973 in fast entgegengesetzter Richtung gestartet – ihre Hauptaufgabe erfüllt und spektakuläre Nahaufnahmen von Jupiter und Saturn zur Erde gefunkt. Um möglichen unentdeckten Himmelskörpern nachzuspüren, achtete man auf sehr genaue Navigation der Sonden, aber die Mühe schien überflüssig, nichts Neues wurde gefunden. Lediglich eine langsam anwachsende kleine Abweichung der Fluggeschwindigkeit von der Vorhersage schien sich anzudeuten. Ein derartiger „Schmutzeff ekt“ konnte aber so vielfältige banale Ursachen haben, dass sich zwei Jahrzehnte lang niemand von den Ingenieuren darum kümmerte – Hauptsache die Dinger flogen. Schließlich beschließt der Gruppenleiter John D. Anderson doch, der Sache auf den Grund zu gehen. Eine umfangreiche Auswertung der Bahndaten beginnt, alle denkbaren Fehlerquellen von Staub im Sonnensystem über die Gravitationseinflüsse von Asteroiden bis zur Störung der Funksignale werden analysiert, jedoch kein Fehler gefunden. Die Lichtlaufzeit des Signals zu den Sonden erlaubt die Entfernungsbestimmung, und zusätzlich ermittelt man aus der Frequenzverschiebung des rückgesendeten Signals mit der Dopplerverschiebung die Geschwindigkeit. Aus beiden Datensätzen ergibt sich: Die Sonden werden dauernd etwas langsamer als erwartet, anscheinend gebremst mit einer gleichmäßigen Beschleunigung gegen die Flugrichtung, also zur Sonne hin. Halten Sie sich aber die Winzigkeit dieser Anomalie vor Augen: Sie entspricht der Verringerung der Beschleunigung einer U-Bahn, die diese durch Mitnahme von drei Ameisen erfährt.

Alexander Unzicker

7. Verdunkelung

Dunkle Materie, Dunkle Energie: Nur unsichtbar oder gar nicht da?

Neben den vielen rätselhaft en Phänomenen bei geringen Beschleunigungen, die man gewöhnlich mit „kalter“ Dunkler Materie (CDM) in Zusammenhang bringt, rütteln aber auch viele andere Beobachtungen an unserer Th eorie der Gravitation, die mit der Zutat der Dunklen Energie zum ∧CDM-Modell erweitert wurde. Zum Beispiel dachte man lange Zeit, Galaxien müssten sich in ihrer Helligkeit deutlich vom Hintergrund abheben, bis Gregory Bothun von der Universität von Oregon 1986 mit einer raffinierten Technik – Detektion von neutralem Wasserstoff mittels der 21-Zentimeter-Linie – eine Spiralgalaxie von riesigen Ausmaßen aufspürte, etwa zwanzig mal so groß wie die Milchstraße. Der neu entdeckte Typ wird heute

low surface brightness

, kurz LSB genannt, und ist durch seine geringe Flächenhelligkeit mit normalen optischen Teleskopen meist nicht zu entdecken. Das heißt letztlich, an vielen Orten, wo wir gar nichts sehen, könnten sich noch Galaxien befinden. Dieses kleine Beispiel zeigt, dass wir in der Astrophysik immer mit Überraschungen rechnen müssen – letztlich könnten solche Kleinigkeiten etwa die WMAP-Daten durchaus beeinflussen. Die Messung des kosmischen Mikrowellenhintergrundes wäre dann weit weniger präzise, als man annimmt.

Alexander Unzicker

8. Präzision im Kaffeesatz

Rauschen im Kosmos: Von der Faszination zur Überschätzung der Daten

Ich finde die Vorstellung schaurig, dass das Universum einst ein heißes Plasma war: Es bestand aus Elektronen, Protonen und wenigen Heliumkernen. Nach der Hitze des Urknalls bewegen sich alle Teilchen noch zu schnell, um die elektrische Anziehung nennenswert zu spüren, aber mit der Ausdehnung des Weltalls kühlt sich alles unweigerlich ab. Die Suche nach dem dauerhaft en Partner beginnt, schließlich formen sich Elektronen und Protonen zu Wasserstoff atomen, und die aus je zwei Protonen und Neutronen bestehenden Heliumkerne holen sich zwei Elektronen in die Kleinfamilie. Für elektromagnetische Wellen, also Licht, verändert dies die Situation dramatisch: Während es im Plasma an jedem Einzelteilchen abgelenkt wurde, passiert es nun ungehindert die neutrale Materie. Mit einem Schlag wird das Universum durchsichtig wie eine verlöschende Kerzenflamme, die Temperatur ist auf 3 000 Kelvin gesunken. Unser Auge würde dies noch als schwach rotglühend wahrnehmen. Doch die Expansion des Universums hat alle Lichtwellenlängen seither um den Faktor 1 100 – man nennt ihn auch Rotverschiebung z – verlängert, in einen Bereich, den wir als Mikrowellen kennen. So entstand der Name

cosmic microwave background,

der uns heute nach Plancks Strahlungsgesetz die Temperatur von nur mehr 2,7 Kelvin anzeigt. Dieses Szenario gilt als Erklärung für die vom Satelliten COBE 1989 so erfolgreich aufgezeichnete Strahlung. So startete man bald den Nachfolger WMAP mit verbesserter Empfindlichkeit und präziserer Winkelauflösung. Eine noch genauere Vermessung dieses faszinierenden Signals liefert die 2009 begonnene Planck-Mission. Welche Erkenntnisse gewinnen wir daraus?

Alexander Unzicker

Sackgasse

Frontmatter

9. Trübes Wasser

Die Kosmologie der dunklen Pixel in dunklen Zeiten. Oder: Wie man Großrechner beschäftigt

Aus der Dunkelheit entsteht ein farbiges Aufleuchten, ein Meer von Punkten bedeckt die Leinwand. Wie von Geisterhand bewegt, beginnen sie sich scheinbar regellos zu organisieren, während am Bildrand ein Zeitzähler läuft . Schnell wird klar, dass hier Millionen Jahre in Sekunden ablaufen, die ersten Epochen unseres Universums in einen kosmischen Zeitraff er gepackt wurden. Während die Uhr Milliarden von Jahren anzeigt, formen sich faszinierende Strukturen. Es handelt sich um Filamente von Galaxien, anscheinend zufällig wie Wolkenspiele, und doch präzise berechnet – von der Millennium-Computersimulation. Mit gigantischer Rechenleistung wurde eines der ehrgeizigsten Projekte der numerischen Astrophysik realisiert – Terabytes von Daten beschäft igten die Großrechner des Max-Planck-Institutes für Astrophysik mit einer Kapazität von Billionen Rechenoperationen pro Sekunde einen vollen Monat lang. Das Ergebnis ist etwas für die große Leinwand, Universum im Kino. Kein Wunder, dass

Nature

der Simulation 2005 eine Titelseite widmet. Neben der Rechenleistung berechtigt auch die Programmierarbeit zu Stolz. Wer sich je mit den Tücken von Simulationen beschäft igt und Programme geschrieben hat, weiß um die Befriedigung, die sich einstellt, wenn nach dem Ausmerzen der letzten Fehler der Rechner endlich das tut, was man wollte – und dabei auch noch schöne Ergebnisse liefert. Was lernen wir nun daraus?

Alexander Unzicker

10. Aufstieg der Spekulationsblasen

Expansion, Inflation, Illusion. Oder: Gab es die erste Sekunde überhaupt?

Lange Zeit konzentrierte sich die Kosmologie auf eine Frage: Durch die Gravitation wird die Hubble-Expansion abgebremst, aber genügt dies, sie zum Stillstand zu bringen? Diesem Modell eines „geschlossenen“ Universums stellte man ein „off enes“ gegenüber, das trotz Gravitationsanziehung wegen zu geringer Materiedichte sich der dauernden Expansion nicht zu widersetzen vermag. Den Grenzfall zwischen einem off enen und geschlossenen Universum nennt man „flach“, jedoch wäre dieser Zustand äußerst instabil, gleich einer Nadel, die auf der Spitze steht. So wie diese durch die erste winzige Störung zu einer Seite fällt, hätte das Universum sein Schicksal „off en“ oder „geschlossen“ auch recht bald festlegen müssen. Die dafür bedeutsame Messung der mittleren Dichte ist allerdings irritierend: Zwar spricht sie etwas für ein off enes Universum, aber die Entscheidung hätte eigentlich schon viel früher fallen sollen – es ist so als ob wir eine Nadel beobachteten, die sich gerade etwas zur Seite neigt, jedoch vorher 14 Milliarden Jahre auf der Spitze gestanden war. Nicht gerade wahrscheinlich, doch dauerte es bis 1969, bis ein tiefer Denker der Gravitation, Robert Dicke, erstmals auf dieses Rätsel hinwies. Heute nennt man es Flachheitsproblem, da der merkwürdige Grenzfall in der Allgemeinen Relativitätstheorie durch das Verschwinden einer raumzeitlichen Krümmung beschrieben wird. Gleichzeitig liefert die Th eorie jedoch keine befriedigende Begründung, warum sich das Universum so lange in einem fein austarierten, jedoch instabilen Zustand befunden haben soll.

Alexander Unzicker

11. Am Treffpunkt des Unwissens

Big Bang, schwarze Löcher und Quantengravitation. Oder: Ökologische Nischen für neue Theorien

Es ist eine Ironie des Schicksals, dass der Begriff

Big Bang

von dem Astrophysiker Fred Hoyle geprägt wurde, der zeitlebens einer der schärfsten Kritiker der Vorstellung war, das Universum habe mit einem Urknall begonnen. Hoyle wollte in einer Radiosendung ein in seinen Augen zu simples Modell verspotten – und doch hat die Urknalltheorie seine eigene Vorstellung eines stationären Universums (steady state) weit überlebt. Was bedeutet eigentlich Urknall? Trotz aller ungelösten Rätsel der Strukturbildung sehen wir unzweifelhaft eine Ausdehnung des Universums, und der kosmische Mikrowellenhintergrund lässt kaum einen anderen Schluss zu, als dass das Universum früher kleiner, heißer, dichter und homogener war. All diese Beobachtungen werden von dem Modell des Urknalls bedient, aber es ist auch klar, dass wir umso weniger wissen, je weiter wir in der Zeit rückwärts zu heißeren und dichteren Zuständen gehen.

Alexander Unzicker

12. Die ewige Verlobte

Das Standardmodell der Teilchenphysik. Oder: Wie die guten Sitten der Physik verdorben wurden

Das Standardmodell der Teilchenphysik basiert ganz wesentlich auf Überlegungen zur Symmetrie, deren bedeutende Rolle in der Physik von Emmy Noether begründet wurde. Sie war eine außergewöhnliche Mathematikerin, aber im konservativen Preußen, zu dem ihre Wirkungsstätte Göttingen um 1920 gehörte, war eine Frau als Fakultätsmitglied damals noch nicht denkbar. Selbst ihr Mentor, der berühmte Mathematiker David Hilbert, konnte mit dem Argument „Eine Universität ist doch keine Badeanstalt, meine Herren!“ ihre Habilitation zunächst nicht durchsetzen, so dass sie Vorlesungen nur als seine Assistentin halten konnte.

Alexander Unzicker

13. In anderen Dimensionen

Branen, Multiversen und andere Quantenschaumschlägereien. Oder: Des Physikers neue Kleider

„Wir glauben, dass wir Einsteins Traum verwirklichen können … die Physiker vertrauen darauf, dass wir dort weitermachen, wo Einstein aufgehört hat“ schmeichelt der Physiker Brian Greene mit YouTube- Bildern aus Princeton dem Genie, das in seinen letzten Jahren dort gelebt hatte. Aber auch ohne Musikuntermalung wird Einstein gerne als Kronzeuge für komplizierte hochdimensionale Th eoriekonstrukte angerufen. Dies ist reichlich unverfroren, denn Einstein suchte asketisch nach Konzepten in der Geometrie, die alles Willkürliche vermeiden und neben der Gravitation auch die elektromagnetischen Phänomene erklären sollten. Diese gedankliche Sparsamkeit könnte keinen schärferen Kontrast finden als die modernen Th eorien, von denen wir in diesem Kapitel nur exemplarisch einige Auswüchse betrachten. Im Gegensatz zu diesen Phantasien behielt Einstein stets die Füße auf dem Boden und fragte nach Lösungen seiner Gleichungen, die den Elementarteilchen entsprechen sollten. Ob er diese Hoff nung angesichts der Teilchenblüten des Standardmodells noch gehabt hätte, ist eine andere Frage.

Alexander Unzicker

14. Abschied von der Wissenschaft

Stringtheoretiker und andere Religionsanhänger. Oder: Von der Elite zur Sekte zur Mafia

Es ist Februar 2001, als das Jahrestreff en der

American Association for the Advancement of Science

stattfindet, dem Herausgeber der renommierten Zeitschrift

Science

. In der Sitzung „Th e coming revolutions in particle physics“ hält David Gross einen Vortrag mit dem Titel „Th e power and glory of string theory“. Drei Jahre später sollte Gross den Nobelpreis erhalten – wenn auch nicht für die angekündigten Revolutionen. Gross gibt einen Rückblick auf dreißig Jahre Forschung, die für viele zu den bedeutendsten Errungenschaft en des menschlichen Geistes zählt, denn sie betrifft nichts geringeres als eine physikalische Th eorie der Weltformel, der

Th eory of Everything

. Wenn sich auch alles in zusätzlichen, nicht sichtbaren Dimensionen abspielen soll, so ist es doch Realität, dass man sich an den führenden Institutionen fast ausschließlich mit Stringtheorie beschäft igt. Sie wurde verschiedentlich populär dargestellt, wie in dem Buch

Das elegante Universum

von Brian Greene:

In großen Teilen der mathematischen und physikalischen Gemeinschaft wächst die Überzeugung, dass von der Stringtheorie der Traum von der einheitlichen Theorie zu erwarten ist. Von einem Prinzip ausgehend – dass alles auf der fundamentalsten Ebene aus Kombinationen schwingender Fäden besteht – liefert die Stringtheorie ein einziges Erklärungsmodell, das alle Materie und alle Kräfte einschließt.

Alexander Unzicker

Wendekreis

Frontmatter

15. Klares Wasser

Rationalismus versus Zirkelschluss – wie Wissenschaft eigentlich funktionieren sollte

In populären Aufsätzen zur Stringtheorie hört man immer häufiger vom anthropischen Prinzip – eine geheimnisvolle Auswahlregel, der wir angeblich unsere Naturgesetze verdanken. Über die heutige Verwendung des Begriff s hätte sich einer der Urheber wohl kaum gefreut. Fred Hoyle hatte über die Entstehung der chemischen Elemente im frühen Universum nachgedacht und den Kernphysiker William Fowler zu einem Experiment überredet, wofür dieser den Nobelpreis abräumte. Hoyle hatte seine Argumentation scherzhaft damit begründet, dass im Universum Physiker beobachtet werden, die unter anderem aus Kohlenstoff bestehen. Natürlich müssen die Naturgesetze das Entstehen von Leben ermöglicht haben – diese Selbstverständlichkeit wird „schwaches“ anthropisches Prinzip genannt, während durch das Aufdröseln des Begriff s der Unsinn des „starken“ anthropischen Prinzips erfunden wurde: Die Naturgesetze seien so,

weil

durch sie Leben entstehen wollte. Natürlich verdreht man dabei Beobachtung und Th eorie, und die Vorhersage, die Wissenschaft ausmacht, wird zur Nachhersage. Leon Lederman parodierte daher das anthropische Prinzip so: „Die Dinge sind so, wie sie sind, weil sie so waren, wie sie waren“.

Alexander Unzicker

16. Fundamente und Anbauten

Komplizierung bis zum Einsturz – wie Theorien zu faulen Kompromissen werden

Poppers Kriterium ist ein scharfes Messer, mit dem man echte wissenschaft liche Hypothesen von Science-Fiction-Imitaten trennen kann. Gesunde Skepsis, die Forderung nach Falsifizierbarkeit und nach quantitativen Vorhersagen, all dies sind unbestechliche Mittel der Diagnose, die man sich von Phantasten, Schaumschlägern, aber auch von Wissenschaft sverwaltern und Lobbyisten beliebig interpretierbarer Experimente nicht verwässern lassen darf. Diese Instrumente des Kritischen Rationalismus sagen, wie Wissenschaft funktionieren sollte, und halten dabei einen Spiegel vor, in dem die Krankheiten sichtbar sind. Nicht ganz glücklich dagegen war Poppers Beschreibung der Wissenschaft sentwicklung als Geschichte der korrigierten Irrtümer, denn sie beschreibt das Entstehen von Th eoriegebäuden etwas unvollständig. Man beobachtet ja gerade, dass sich vieles der Widerlegung widersetzt, dass Ausflüchte gefunden werden, ehe man eine liebgewonnene Th eorie über Bord wirft.

Alexander Unzicker

17. Falsch abgebogen

Rechner statt Denker – wie die Physik vor Jahrzehnten aus der Spur geriet

Wenn Ihnen im letzten Kapitel meine Skepsis gegenüber den etablierten Konzepten der Th eoretischen Physik auf die Nerven gegangen ist, dann brauchen Sie jetzt Baldrian. Aber es gibt nur zwei Möglichkeiten: Entweder man gibt sich damit zufrieden, dass sich der Aufb au der Natur wie eine unübersichtliche Zirkustruppe präsentiert oder man untersucht die Naturgesetze konsequent auf ihre Einfachheit, indem man die Frage nach den freien Parametern stellt. Mit über dreißig unerklärten Zahlen sind die Standardmodelle der Physik in einem traurigen Zustand, bringen aber gegen die Forderung nach Vereinfachung ständig neue Sachzwänge vor. Daher werde ich mit dem Gedanken, die Th eoretische Physik solle irgendwann ganz ohne freie Parameter auskommen, als hoff nungsloser Illusionist dastehen. Entsprechend weit führt dieser Traum zurück in eine Zeit, in der die Physik ihre damals bescheidene Anzahl von Th eorien auf wenige Naturkonstanten baute.

Alexander Unzicker

18. Die Erde ist eine Scheibe. Punkt.

Wir wissen … nicht viel – was uns alles am Nachdenken hindert

Obwohl die Th eoretische Physik in den vergangenen Jahrzehnten der Natur nicht mehr viel Neues zu entlocken vermochte, entwickelten sich ihre mathematischen Methoden weiter, meist ungestört von Experimenten. Natürlich benötigt die Th eoretische Physik mathematisches Handwerkszeug wie Diff erenzial- und Integralrechnung, Vektoranalysis zur Darstellung von Feldern wie dem elektrischen, Funktionenräume und komplexe Zahlen in der Quantenmechanik, und generell Diff erenzialgleichungen, welche statt Zahlen ganze Funktionen als Lösungen haben. Für letztere braucht man Variationsrechnung, und schließlich in der allgemeinen Relativitätstheorie auch etwas Diff erenzialgeometrie. Dagegen liegt der Schwerpunkt heute auf der Ausweitung der Diff erenzialgeometrie auf höherdimensionale Räume, den dadurch verursachten topologischen Komplikationen und der Betrachtung von riesigen Symmetriegruppen.

Alexander Unzicker

19. Epilog: Sich Aufregen?

Zu dem Spaß, den ich beim Schreiben dieses Buches hatte, mischt sich die Erkenntnis, dass die Physik hier alles andere als erschöpfend dargestellt wurde. Zu vielfältig sind die Faszinationen des Universums, und ich kann Sie nur ermuntern, diese weiter zu erforschen. Ebensowenig erschöpfend behandelt werden konnten all jene Absurditäten, die die Th eoretische Physik der letzten Jahrzehnte hervorgebracht hat und die ich Ihnen nur teilweise als entbehrlich darstellen konnte. Ich kann nur hoff en, dass sich hier niemand übergangen fühlt. Die schon kritischen Kommentare meiner mir eher wohlgesonnenen Korrekturleser erfüllen mich aber mit Zuversicht, jenen Experten genug Angriff sflächen geboten zu haben, um meine Kritik an den Konzepten der aktuellen Physik als unfundiert zu zerpflücken. Denn der Verdacht liegt natürlich nahe, dass hier ein Träumer einfach alles besser wissen will – wie jedes Kind weiß, haben Lehrer „vormittags Recht und nachmittags frei“ – vielleicht färbt ja das doch auf meine wissenschaft liche Tätigkeit ab, ohne dass ich es merke? Hoff entlich können mir dann mal Forscherkollegen, die durch steuerfinanzierte Konferenzteilnahmen zu überlegener Sachkompetenz gelangt sind, ein paar einfache Dinge erklären. Sollte ich sie immer noch nicht verstehen, bleibt mir nur ein Trost: Das Recht auf Meinungsäußerung ist mir ein unbefangener Genuss, denn anders als in den evaluierten Exzellenzclustern ist Unsinn nennen, was Unsinn ist, an bayerischen Gymnasien noch kein Dienstvergehen.

Alexander Unzicker

Backmatter

Weitere Informationen

Premium Partner

in-adhesivesMKVSNeuer Inhalt

BranchenIndex Online

Die B2B-Firmensuche für Industrie und Wirtschaft: Kostenfrei in Firmenprofilen nach Lieferanten, Herstellern, Dienstleistern und Händlern recherchieren.

Whitepaper

- ANZEIGE -

Technisches Interface Design - Beispiele aus der Praxis

Eine gute Theorie besticht nur darin, dass am Ende einer Entwicklung sinnvolle und nutzergerechte Produkte herauskommen. Das Forschungs- und Lehrgebiet Technisches Design legt einen starken Wert auf die direkte Anwendung der am Institut generierten wissenschaftlichen Erkenntnisse. Die grundlegenden und trendunabhängigen Erkenntnisse sind Grundlage und werden in der Produktentwicklung angewendet. Nutzen Sie die Erkenntnisse aus den hier ausführlich dargestellten Praxisbespielen jetzt auch für Ihr Unternehmen.
Jetzt gratis downloaden!

Marktübersichten

Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen. 

Bildnachweise