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Archiv für die Kategorie ‘Physik’

Wie kann Neues im Universum entstehen?

27. April 2016 4 Kommentare

Eine der am besten untersuchten und experimentell bestätigten physikalischen Theorien ist die Quantenmechanik. Alle bisherigen Beobachtungen im Mikrokosmos werden von ihr mathematisch korrekt beschrieben und Ergebnisse richtig vorhergesagt. Im Gegensatz dazu wirft ihre philosophische Interpretation Fragen auf. Einige Teilcheneigenschaften haben vor einer Messung keinen festgelegten Wert. Man kann in Form der sogenannten Wellenfunktion nur eine Wahrscheinlichkeit für jeden möglichen Wert angeben. Bei einer Beobachtung wird genau ein Wert gemessen, die Wellenfunktion selbst wird irrelevant. Die heute am häufigsten vertretene Interpretation des Messvorgangs als eines „Kollaps der Wellenfunktion“ wird als „Kopenhagener Deutung der Quantenmechanik“ bezeichnet.

Das dabei für eine philosophische Interpretation Merkwürdige ist die angenommene Bedeutung des Messvorgangs. Vor der Messung gibt es eine Vielzahl von möglichen Ergebnissen, bei der Messung wird nur ein einziger realisiert. Der Formalismus der Quantentheorie ist offenbar richtig, denn bei einer großen Zahl von Experimenten wurde gezeigt, dass es sich tatsächlich nicht um eine bloße Unkenntnis des Beobachters bzgl. des wahren Wertes handelt, der gemessene Wert existiert vor der Messung tatsächlich noch nicht.

Die Seltsamkeit der Quantentheorie rührt daher, dass man für eine messbare Eigenschaft annimmt, dass sie vor der Messung bereits existiert, aber keinen Wert hat. Überträgt man dieses Verhalten auf die Welt der uns mit unseren Sinnen unmittelbar zugänglichen Objekte, dann könnte man z.B. behaupten, ein Objekt hätte eine Farbe, aber diese sei vor ihrer Beobachtung (Messung) weder rot, noch grün oder blau oder …, sondern diese Farbe würde erst dann festgelegt, wenn jemand das erste Mal das betreffende Objekt anschaut.
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Zeit, Logik und Physik

27. November 2015 Keine Kommentare

Normalerweise benutze ich ja den Namen des Autors und seines Buches als Überschrift, wenn ich einige Gedanken und Zitate aus dem Werk wiedergebe, aber in diesem Fall habe ich nur die ersten 200 und die letzten 50 Seiten gelesen, sodass mir das nicht angemessen erscheint. Carl Friedrich von Weizsäckers Buch „Aufbau der Physik“ ist sehr sperrig, was sowohl den Inhalt als auch die Sprache betrifft. Ich habe mir beim Lesen schwer getan. Man merkt dem Text sein Alter an und dass das Buch mehr Vorlesungsscripte und nicht zusammenhängende Texte enthält, eine sorgfältige Überarbeitung hätte ihm gut getan. Das Buch war mir hier in einem Kommentar empfohlen worden, weil ich in meinem Text geschrieben hatte, dass ich der Meinung bin, Paradoxa häufig dann anzutreffen, wenn logische Schlüsse auf zeitliche Vorgänge angewendet werden. In diesem Punkt hat Weizsäckers Buch mich bestätigt, im Folgenden einige Gedanken daraus.

In der klassischen Physik, z.B. der Mechanik, gibt es eine Reihe von mathematisch formulierten Gesetzmäßigkeiten, die zeitinvariant sind. Der Parameter „Zeit“ kann dort positive oder negative Werte annehmen, ohne dass sich an der Gültigkeit der berechneten Ergebnisse etwas ändert. Trotzdem gibt uns unser Verstand im Alltag eine definierte Zeitrichtung vor. Weizsäcker verwendet als ein Beispiel die Fotografie eines Dachziegels, der vor einer Hauswand schwebt. Die Aufnahme hat diesen Moment eingefroren. Jedem Betrachter ist klar, dass der Ziegel dort nicht ruhen kann. Die Naturgesetze erlauben es, dass sich der Dachziegel von unten nach oben oder von oben nach unten bewegt. Aber alle Betrachter des Bildes werden instinktiv davon ausgehen, dass der Ziegel fallen wird.

In einem der ersten Kapitel leitet Weizsäcker aus den reversiblen Bewegungsgesetzen von Objekten die irreversiblen Gesetze der Thermodynamik her. Zwar bewegt sich jedes Molekül nach den newtonschen Gesetzen, trotzdem führt das Zusammentreffen einer heißen und einer kalten Menge praktisch immer dazu, dass sich eine mittlere Temperatur einstellt. Physikalisch werden solche Vorgänge mit der Entropie beschrieben, die im zeitlichen Verlauf immer zunimmt und damit eine eindeutige Zeitrichtung vorgibt. Nur kurz war ich über einen Abschnitt im Wikipediaartikel über den Zeitpfeil verblüfft:

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Kosmische Würfelspiele

14. November 2015 Keine Kommentare

Unter der oben genannten Überschrift ist in der Novemberausgabe 2015 von „Spektrum der Wissenschaften“ ein Artikel erschienen, der sich mit dem Verhältnis von Einstein zur Quantentheorie beschäftigt. Den meisten dürfte (in verkürzter Form) das folgende Zitat bekannt sein, mit dem der Beitrag in SdW beginnt:

„Die Quantenmechanik ist sehr achtunggebietend. Aber eine innere Stimme sagt mir, dass das noch nicht der wahre Jakob ist. Die Theorie liefert viel, aber dem Geheimnis des Alten bringt sie uns kaum näher. Jedenfalls bin ich davon überzeugt, dass der nicht würfelt.“

Aus dem Zusammenhang gerissen, scheint dieses Zitat zweierlei zu belegen: Erstens, dass Einstein religiös war. Zweitens, dass er der Quantentheorie skeptisch gegenüberstand. Der Diskussion des Letzteren ist der SdW-Artikel gewidmet. Der Autor George Musser zeigt, dass diese verbreitete Vorstellung nicht richtig sein kann, war Einstein doch gemeinsam mit Planck der Begründer der Quantentheorie.

Einstein, so die geläufige Annahme, weigerte sich anzuerkennen, dass manche Vorgänge nicht deterministisch sind und einfach geschehen – ohne die Möglichkeit herauszufinden, wann oder warum. Nahezu isoliert im Kreis seiner Fachkollegen klammerte er sich an das mechanistisch tickende Uhrwerkuniversum der klassischen Physik, in dem jeder Moment den nächsten bestimmt.

Doch im Lauf der Zeit haben viele Historiker, Philosophen und Physiker Zweifel an dieser Darstellung angemeldet. Setzt man sich nämlich damit auseinander, was Einstein tatsächlich gesagt und geschrieben hat, so zeigt sich seiner sehr viel nuanciertere Denkweise über den Indeterminismus der Quantenmechanik.

Howard und andere Geschichtswissenschaftler haben gezeigt, dass Einstein den unbestimmten Charakter der Quantenphysik akzeptierte – wenig überraschend, denn er selbst hatte ihn bei seinen Arbeiten schließlich mit entdeckt. Dagegen nahm er nicht hin, dass dieser Indeterminismus eine fundamentale Eigenschaft der Natur sein sollte. Er sah vielmehr Hinweise darauf, dass dieses Verhalten seine Ursache in einer tieferen Ebene der Realität hat, welche die bestehenden Theorien nicht erfassten. Seine Kritik war also keineswegs mystischer Natur, sondern sie war auf wissenschaftliche Probleme fokussiert, die bis heute ungelöst sind.

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Wolfsheim: Kein Zurück

31. Oktober 2015 Keine Kommentare

Normalerweise höre ich keine Musik, sie stört beim Lesen, beim Arbeiten und beim Nachdenken. Eine Ausnahme ist Autofahren. Der Chip wurde vor langer Zeit bespielt und steckt seitdem im Autoradio, aber dass sich darauf mehrere Wolfsheim-CDs befinden, wusste ich gar nicht. Ich muss das Lied also schon ein paar dutzendmal gehört haben. Doch vor einigen Tagen wurde ich während der Fahrt auf „Kein Zurück“ aufmerksam. Seitdem lässt mich das Lied nicht mehr los:

Der Liedtext (Quelle):


Es gibt keinen Weg zurück
Weißt du noch, wie's war
Kinderzeit, wunderbar
Die Welt ist bunt und schön
Bis du irgendwann begreifst,
Dass nicht jeder Abschied heißt
Es gibt auch ein Wiederseh'n.

Immer vorwärts, Schritt um Schritt
Es gibt keinen Weg zurück
Was jetzt ist, wird nie mehr ungescheh'n
Die Zeit läuft uns davon
Was getan ist, ist getan
Was jetzt ist, wird nie mehr so gescheh'n.

Es gibt keinen Weg zurück
Es gibt keinen Weg zurück

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Ein Wort zu viel im Zorn gesagt
Nen' Schritt zu weit nach vorn gewagt
Schon ist es vorbei
Was auch immer jetzt getan
Was ich gesagt hab, ist gesagt
Was wie ewig schien, ist schon Vergangenheit.

Immer vorwärts, Schritt um Schritt
Es gibt keinen Weg zurück
Was jetzt ist, wird nie mehr ungescheh'n
Die Zeit läuft uns davon
Was getan ist, ist getan
Was jetzt ist, wird nie mehr so gescheh'n.

Ach und könnt' ich doch nur ein einz'ges Mal
Die Uhren rückwärts dreh'n
Denn wie viel von dem, was ich heute weiß,
Hätt' ich lieber nie geseh'n.

Es gibt keinen Weg zurück
Es gibt keinen Weg zurück
Es gibt keinen Weg zurück

Dein Leben dreht sich nur im Kreis
So voll von weggeworfener Zeit
Deine Träume schiebst du endlos vor dir her
Du willst noch leben irgendwann
Doch wenn nicht heute, wann denn dann?
Denn irgendwann ist auch ein Traum zu lange her.

Immer vorwärts, Schritt um Schritt
Es gibt keinen Weg zurück
Was jetzt ist, wird nie mehr ungescheh'n
Die Zeit läuft uns davon
Was getan ist, ist getan
Was jetzt ist, wird nie mehr so gescheh'n.

Ach und könnt' ich doch nur ein einziges Mal
Die Uhren rückwärts dreh'n
Denn wie viel von dem, was ich heute weiß,
Hätt' ich lieber nie geseh'n.

Warum lässt mich das Lied nicht los? Über das Phänomen (oder das Mysterium?) der Zeit grüble ich recht häufig nach, am ehesten stimme ich Lee Smolin in seinem Buch Im Universum der Zeit zu. Während in der Relativitätstheorie Raum und Zeit zu etwas Ähnlichem verschmolzen werden, ist Smolin der Meinung, dass die Zeit etwas Fundamentaleres als der Raum sein muss. Um Veränderungen möglich zu machen, muss etwas existieren, in dem sich Veränderungen vollziehen können – die Zeit.

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Verborgene Symmetrien, Symmetriebrüche

27. August 2015 Keine Kommentare

Bereits vor einigen Jahren bin ich, z.B. hier, auf das Thema der Symmetriebrüche gestoßen. Mein Text damals enthielt Vermutungen darüber, welche Zusammenhänge es zwischen Asymmetrien und Symmetriebrüchen auf verschiedenen Skalen, von der Quantenphysik, über die Chemie, die Biologie bis zu den neuronalen Strukturen geben könnte. Jetzt habe ich einen interessanten Artikel in der „Spektrum der Wissenschaft“-Novemberausgabe von 2014 gelesen, in der über „verborgene Symmetrien“ geschrieben wird. Bereits das einführende Beispiel fand ich faszinierend:

Wir und unsere Umwelt bestehen aus Atomen, die von der Anziehungskraft entgegengesetzter elektrischer Ladungen zusammengehalten werden. Das einfachste Atom, Wasserstoff, enthält nur ein positiv geladenes Proton und ein negatives Elektron. Deren elektrische Ladungen gleichen sich dabei so exakt aus, dass ein Atom aus der Ferne gesehen praktisch nur noch auf die Schwerkraft reagiert.

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Dieses perfekte Gleichgewicht der Ladungen kommt allerdings auf vollkommen asymmetrische Weise zu Stande. Nach allem, was wir heute wissen, ist das Elektron ein fundamentaler, nicht aus weiteren Elementen zusammengesetzter Baustein der Materie. Das Proton dagegen nicht: Es besteht aus drei Quarks. Ordnen wir dem Elektron die Ladung -1, zu, tragen die Quarks die Ladungen +2/3 und -1/3. So sind Kombinationen möglich, in denen sich die Ladung der drei Quarks in einem Proton zu +1 summiert und die der drei Quarks in einem Neutron zur Ladung null führen. Obwohl also Protonen komplex aufgebaut, Elektronen jedoch sehr einfache Objekte sind, entsprechen die Ladungen der Teilchen einander exakt so, dass das Atom insgesamt elektrisch neutral ist. Das deutet auf eine tiefere Symmetrie, die Elektronen und Quarks miteinander verbindet, auch wenn wir noch nicht wissen, um welche es sich handeln könnte.

Dass sich Quarks zu Protonen oder Neutronen zusammenschließen, sorgt auch für Merkwürdigkeiten bei der Addition der Massen. Damit ein Quark in dem winzigen Raum lokalisiert bleibt, den ein Proton bietet – dieses durchmisst gerade einmal 10-15 Meter -, muss seine Energie immens hoch sein; das ergibt sich aus der Unschärferelation der Quantenmechanik. Wie die berühmte Formel E=mc2 zeigt, wobei E die Energie, m die Masse und c die Lichtgeschwindigkeit ist, entspricht dieser Energie eine Masse. Die aufsummierten Quarkenergien verschaffen dem Proton so die nahezu 2000-fache Masse eines Elektrons. In jedem Atom sausen also schnelle Leichtgewichte um einen statischen und sehr schweren Kern herum, und trotz ihrer Unterschiedlichkeit schaffen es beide doch, die entgegengesetzte Ladung des jeweils anderen genau auszugleichen.

Mein persönlicher Favorit bei der Beantwortung wenigstens eines Teils dieses Rätsels ist die Annahme von Preonen. Der verlinkte Text über die Preonen enthält eine Abbildung, die die von Frank Close, dem Autor des SdW-Artikels, erwähnten Up- und Down-Quarks und das Elektron als Elemente der ersten Spalte des Standardmodells der Teilchenphysik zeigt.

Auch Frank Close zählt dann in seinem Artikel eine Reihe von verblüffenden Asymmetrien in der Natur auf:

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Der Längengrad

13. Mai 2015 Keine Kommentare

Dieser Film wurde mir von einem sehr guten Freund empfohlen. Es ist die Verfilmung des gleichnamigen Romans von Dava Sobel. Erzählt wird die Geschichte zweier Männer aus verschiedenen Epochen. Der erste ist John Harrison aus der ersten Hälfte des 18. Jahrhunderts. Dem zweiten Mann, Rupert Gould, ist zu verdanken, dass Harrisons Leben und seine Werke Anfang des 20. Jahrhunderts der Vergessenheit entrissen wurden.

Im ausgehenden 17. Jahrhundert gab es bei der Navigation der Schiffe auf hoher See ein großes Problem. Man konnte relativ einfach den Breitengrad bestimmen, also wo man sich bezüglich der Pole bzw. des Äquators befand. Dazu musste man nur den Winkel zwischen dem Zenit der Sonne und dem Horizont bestimmen. Am Äquator steht die Sonne zu Mittag genau senkrecht, an allen anderen Orten niedriger, abhängig vom Kalendertag und dem Breitengrad. Man setzt den ermittelten Winkel in eine Gleichung ein bzw. sieht in einer Tabelle nach und liest dort den gesuchten Breitengrad ab. Das Problem der genauen Bestimmung des Längengrads war zu Beginn des 18. Jahrhunderts aber noch ungelöst. 1714 stellte das englische Parlament demjenigen eine Prämie von 20.000 Pfund in Aussicht, der eine für die Schifffahrt brauchbare Bestimmungsmethode der Länge entwickelt, siehe den Wikipediaartikel über das Längenproblem.

Zu Beginn reist Harrison nach London, um der „Längengradkommission“ vorzuschlagen, mit einer von ihm gebauten Uhr zu arbeiten. Die Grundidee der Methode ist einfach: Man nimmt auf das Schiff eine Uhr mit, die die Zeit eines Ortes mit bekannter geografischer Länge anzeigt. Auf hoher See bestimmt man den Zeitpunkt des Zenits der Sonne. Aus der Zeitdifferenz zu der von der Uhr angezeigten Zeit und 12 Uhr kann man den Längengrad berechnen. Das Problem Ende des 17., Anfang des 18. Jahrhunderts war, dass es keine transportablen Uhren gab, deren Anzeige während der gesamten Reise und unter den auf einem Schiff herrschenden Bedingungen – Schiffsbewegung, Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen – genügend genau blieb.


Die H1 von Harrison

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Paradoxa

24. April 2015 2 Kommentare

Florian Freistetter hat in seinem Blog Astrodicitum Simplex in den ersten drei Aprilwochen eine Reihe von Beiträgen über verschiedene Paradoxa veröffentlich. Viele von ihnen kannte ich schon, aber seine Texte waren für mich Anlass, über einige neu nachzudenken. Interessant war für mich zum Beispiel das Paradoxon der unerwarteten Hinrichtung. So steht es zumindest in der Wikipedia. Es tut dem Paradoxon aber keinen Abbruch, wenn man es auf ein harmloseres Beispiel überträgt:

Eine Lehrerin kündigt ihrer Klasse an, dass in der folgenden Woche eine Klassenarbeit kommen wird. Sie sagt den Schülern, dass die Arbeit überraschend an einem beliebigen Tag der Woche geschrieben werden wird.

Die Schüler überlegen sich, dass die Arbeit wohl kaum am Freitag stattfinden kann. Denn dann wüssten sie ja am Freitagmorgen definitiv Bescheid, dass sie an diesem Tag stattfindet und es wäre keine Überraschung mehr. Genau mit der gleichen Logik können sie aber dann den Donnerstag ausschließen, denn wenn die Arbeit am Freitag nicht unerwartet stattfinden kann, wäre der Donnerstag der letzte mögliche Tag usw. Sie kommen deshalb zu dem Schluss, dass in der folgenden Woche überhaupt keine Arbeit geschrieben werden kann.

Es gibt einige Ideen, die bei der Auflösung von Paradoxa verwendet werden können:

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Lee Smolin: Im Universum der Zeit

22. März 2015 Keine Kommentare

Von Smolin habe ich vor einigen Jahren bereits das Buch Warum gibt es die Welt? gelesen. Dort und an anderer Stelle hat er die Idee geäußert, dass Schwarze Löcher die Geburtsorte neuer Universen sein könnten. Das impliziert mehrere andere Ideen. Zum einen müssen zum Beispiel einige Eigenschaften über den Urknall hinaus erhalten geblieben sein und sollten sich vielleicht heute noch nachweisen lassen. Zum anderen sollte es eine Art Evolution in der Entwicklung von Universen geben, die diejenigen bevorzugen, die selbst wieder schwarze Löcher hervorbringen können.

Welches könnten nun Eigenschaften sein, die nach Smolins Meinung so wesentlich sind, dass sie sich nicht ändern? Eigentlich liegt eine mögliche Antwort schon in der vorherigen Frage verborgen: Um Änderungen beschreiben zu können, muss es etwas geben, in dem sich diese Veränderungen vollziehen und in dem sie erfasst und beschrieben werden können – die Zeit.

Wenn man die Zeit annimmt, bedeutet das, dass die Wirklichkeit nur aus dem besteht, was zu jedem Zeitpunkt wirklich ist. Das ist eine radikale Vorstellung, denn dadurch wird jede Art von zeitloser Existenz oder Wahrheit geleugnet – sei es im Bereich der Wissenschaft, der Moral, der Mathematik oder der Politik. All diese Dinge müssen begrifflich neu gefasst werden, um ihre Wahrheiten innerhalb der Zeit zu formulieren.

Wenn man die Zeit annimmt, bedeutet das auch, dass unsere Grundannahmen darüber, wie das Universum auf der fundamentalsten Ebene funktioniert, unvollständig sind. Wenn ich auf den folgenden Seiten behaupte, dass die Zeit wirklich ist, meine ich Folgendes:

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  • Alles, was in unserem Universum wirklich ist, ist zu einem bestimmten Zeitpunkt wirklich, der zu einer Abfolge von Zeitpunkten gehört.

  • Die Vergangenheit war wirklich, ist es aber nicht mehr. Wir können die Vergangenheit jedoch interpretieren und analysieren, weil wir in der Gegenwart Belege von vergangenen Prozessen finden.

  • Die Zukunft existiert noch nicht und ist deshalb offen. Manche Vorhersagen können wir zwar vernünftigerweise treffen, aber wir können die Zukunft nicht vollständig vorhersagen. Tatsächlich kann die Zukunft Phänomene generieren, die in dem Sinne genuin neu sind, dass kein Wissen über die Vergangenheit sie hätte vorhersehen können.

  • Nichts geht über die Zeit hinaus, nicht einmal Naturgesetze. Gesetze sind nicht zeitlos. Wie alles andere sind sie Eigenschaften der Gegenwart und können sich über die Zeit hinweg entwickeln.

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Andreas Eschbach: Der Jesus-Deal

12. Februar 2015 Keine Kommentare

Von Andreas Eschbach habe ich inzwischen schon eine ganze Reihe von Büchern gelesen, z.B. Eine Billion Dollar, Der Nobelpreis, Das Buch der Zukunft und Exponentialdrift. Sein bekanntestes Buch ist aber sicherlich „Das Jesus-Video“, auch wegen seiner Verfilmung. Die Hauptidee in diesem Roman ist, dass man sich, nachdem bei Ausgrabungen 2000 Jahre alter Artefakte die Bedienungsanleitung einer Videokamera gefunden wurde, die erst in der Zukunft auf den Markt kommen wird, auf die Suche nach einer Videokassette macht, die in der Lebenszeit von Jesus bespielt worden sein muss. Tatsächlich werden die Aufnahmen am Ende des Buchs gefunden. Sie zeigen den historischen Jesus und sind für einige der Betrachter so beeindruckend, dass sie ihr Leben verändern. Andere glauben hingegen an eine Fälschung.

Ich habe damals beim Lesen nicht gedacht, dass Andreas Eschbach nochmals darauf zurückkommen und eine Fortsetzung schreiben würde, aber mit „Der Jesus-Deal“ hat er Ende des letzten Jahres einen zweiten Teil zu diesem Thema veröffentlicht. Im ersten Buch war der Zeitreisende im Dunkeln geblieben, aber nur ein solcher konnte ja die betreffenden Aufnahmen mit einer modernen Kamera machen. Im neuen Buch wird gleich eine ganze Gruppe mit dem Ziel in die Vergangenheit geschickt, Jesus in die Gegenwart zu holen. Auftraggeber und Chef des Unternehmens ist der Führer einer orthodoxen und obskuren christlichen Sekte, der aktuelle Ereignisse unserer Zeit anhand der Bibel so interpretiert, dass die Endzeit – Armageddon – angebrochen ist und mit der Rückkehr von Jesus das Jüngste Gericht beginnen wird.

Ich kann und will hier nicht weiter die Handlung „verraten“, denn schließlich ist ein belletristisches Buch nur halb so spannend, wenn man den Verlauf schon genau kennt. Aber einige Passagen, mit denen Eschbach die ganze Unlogik des (christlichen) Glaubens aufzeigt, komme ich hier nicht umhin zu zitieren:

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Helmut Satz: Gottes unsichtbare Würfel

1. November 2014 2 Kommentare

Der Titel des Buchs ist etwas irreführend, denn um Religion geht es in dem Buch von Helmut Satz überhaupt nicht. Der Autor war Jahrzehnte lang Professor für Theoretische Physik und hat in seinem Buch über den aktuellen Stand der Physik und über Erkenntnisgrenzen geschrieben. Ich habe im Buch einige interessante und für mich neue Ideen gefunden. Die erste ist mit der Frage verbunden, wann man sich denn sicher sein kann, wirklich die elementaren Bestandteile der Welt gefunden zu haben:

Der römische Philosoph Lukrez war schon vor über zweitausend Jahren zu dem Schluss gekommen, dass die kleinsten Bestandteile der Materie nicht einzeln existieren könnten, sondern nur als untrennbarer Teil einer größeren Einheit.

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Aber die Untersuchung der Kräfte zwischen Nukleonen hat gezeigt, dass wir wohl doch noch nicht am Ende angelangt sind. Für das Verständnis der dabei auftretenden Wechselwirkung und der verschiedenen Anregungszustände von Nukleonen ist eine weitere Infrastruktur erforderlich: Ein Nukleon besteht aus drei gekoppelten Quarks – so stark aneinandergekoppelt, dass eine unendlich hohe Energie erforderlich wäre, das Nukleon in Quarks zu spalten. Ein einzelnes Quark kann somit nicht existieren.

Die Quarks, für uns heute die fundamentalen Konstituenten der Materie, haben genau das als ihre wesentliche Eigenschaft: Sie sind auf ewig mit anderen Quarks verkoppelt, mit denen sie dann Nukleonen als größere Einheiten bilden. Die Welt, in der die Quarks existieren, unterscheidet sich wesentlich von unserer: Es ist eine Welt ohne Vakuum, ohne leeren Raum, und sie können dieser Welt nie entkommen, wie auch niemand aus dem Inneren eines schwarzen Lochs entkommen kann.

An anderer Stelle im Buch hat Helmut Satz geschrieben, dass bereits bei der Erstellung des Periodensystems der Elemente durch Mendelejew klar war, dass die Atome nicht die kleinsten Bestandteile der Materie sein können – die ganzzahligen Verhältnisse der verschiedenen Elemente bezüglich der Ladungen und der Atommassen deuteten darauf hin, dass in den Atomen kleinere Bestandteile existieren müssen, die die elementaren Massen und Ladungen tragen.

Aber auch die später entdeckten Nukleonen (Protonen und Neutronen) konnten aufgrund ihrer Eigenschaften nicht elementar sein. Satz ist jetzt aber der Meinung, dass die Quarks elementar sind – unter anderem weil sie keine räumliche Ausdehnung haben und weil sie nicht als Einzelteilchen existieren, sondern nur im Verbund.

Ich habe (philosophische) Zweifel an dieser Meinung. Später schreibt er über die „Quarkmaterie“. Mit dieser wird ein Zustand beschrieben, bei dem bei erheblich höheren Temperaturen und Drücken, so wie sie kurz nach dem Urknall geherrscht haben sollen, die Bindungen zwischen den Quarks und ihre Kombination zu den heute vorhandenen Nukleonen noch nicht existiert haben können. In dieser Art Ursuppe haben sich die verschiedenen Quarks frei bewegt. Zu einem noch früheren Zeitpunkt und noch extremeren Bedingungen könnten die Quarks selbst noch nicht, sondern nur ihre Vorläufer existiert haben. Einige Theoretiker haben ja bereits über Preonen spekuliert.

Mir erscheint die Annahme logisch, dass es überhaupt keine elementaren Bausteine geben kann:

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