Kwaku Ananse

Bei Spektrum.de findet man einen Artikel über einen Beweis von Freeman Dyson, dass die Gravitation im Rahmen der Quantentheorie nicht beschrieben werden kann: Entpuppt sich die Suche nach der Weltformel als Hirngespinst? Für Laien und ScienceFiction-Anhänger ist Freeman Dysons Name untrennbar mit der sogenannten Dyson-Sphäre verknüpft. Aber der Hauptbeitrag von Dyson liegt wohl eher auf dem Gebiet der Quantenelektrodynamik. Als junger Physiker hat er eng mit Richard Feynman zusammengearbeitet und zur Popularisierung der Feynman-Diagramme beigetragen.

Ein seit über 50 Jahren ungelöstes Problem in der Physik ist, wie man die Allgemeine Relativitätstheorie (ART), die Gravitation, Raum und Zeit beschreibt, mit der Quantentheorie (QT) zusammenfassen kann. Die ART beschreibt die Wechselwirkungen, die massebehaftete Teilchen aufeinander ausüben, mit den Methoden einer Feldtheorie. Die QT wiederum beschreibt die Welt des ganz Kleinen mit Hilfe von “Teilchen”, zwischen denen es mit bestimmten Wahrscheinlichkeiten “Wechselwirkungen” gibt.
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“Vom Higgs zur Quantengravitation” heißt ein “Spektrum Spezial” Heft, das verschiedene Artikel enthält, die in diversen Spektrum der Wissenschaften Heften bereits einmal erschienen sind. An einige konnte ich mich noch erinnern, z.B. an ein Interview mit Leonard Susskind, einen der Väter der Stringtheorie. Einige Texte und die darin vorgestellten Ideen waren entweder neu für mich oder sind es wert, hier wiedergegeben zu werden:

• Was bringt uns die Entdeckung des Higgs-Boson?
• Wie weit reichen die Seltsamkeiten der Quanten- in die makroskopische Welt?
• Wie hängt die Gravitation mit der Quantenwelt zusammen?

Was bringt uns die Entdeckung des Higgs-Boson?

Denn das Higgs-Boson ist nicht nur irgendein weiteres Partikel im Teilchenzoo, sondern vielmehr Eckstein eines geistigen Gebäudes, bekannt als das Standardmodell, das mehrere Theorien miteinander vereint, die die moderne Teilchenphysik beschreiben. Die Existenz dieses Teilchens hatte Peter W. Higgs von der University of Edinburgh bereits 1964 postuliert, unabhängig von ihm auch Francois Englert und Robert Brout in Brüssel sowie drei weitere Theoretiker in London. Das neue Partikel soll alle Elementarteilchen durch einen raffinierten Mechanismus sozusagen mit Masse versorgen.

So weit, so gut. Dieses Zitat findet man in dem Artikel “Der lange Weg zum Higgs”. Der darauffolgende Artikel ist ein Interview mit Siegfried Bethke, der im Leitungsgremium des CERN Deutschland vertritt. Dort liest man:
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Dieses Buch war ein Zufallskauf. Wir hatten vor dem Beginn des Films noch etwa eine halbe Stunde Zeit, und da sich in demselben Einkaufszentrum, in dem das Kino war, auch ein Buchladen befand, stöberten wir etwas darin herum. Im Nachhinein bin ich recht zufrieden mit meinem spontanen Griff ins Regal. Angetan war ich schon auf den ersten Seiten:

Die vier Elemente in der antiken Philosophie decken sich sehr schön mit der modernen Vorstellung von den drei Zustandsformen der Materie, wobei das Licht (= Feuer) zur Materie noch hinzukommt. Die Zustandsform »fest« entspräche der »Erde«, »flüssig« dem »Wasser« und »gasförmig« der »Luft«. Das Licht nimmt eine Sonderstellung ein, da es streng genommen nicht Materie ist; es gibt feste, flüssige und gasförmige Stoffe, aber keine Licht-Stoffe. Licht ist keine Erscheinungsform von Materie, sondern eine Folge von Materie. Materie, egal ob fest, flüssig oder gasförmig, kann Licht aussenden, muss aber nicht. Licht ist unlösbar mit der Materie verbunden. Gäbe es kein Licht, würden bestimmte Eigenschaften der Materie, etwa die Farbe von Stoffen, gar nicht existieren. Ein ganz bestimmter Bereich der Materie auf unserer Erde, nämlich die lebendige Materie in Gestalt von Pflanzen, Tieren und Menschen, ist ohne das Licht nicht denkbar.

Diese antike Vorstellung von den vier Urelementen findet man in vielen Einführungen der Philosophie, aber bis jetzt hatte ich für diese alte Vorstellung der Griechen noch nirgends eine plausible Erklärung gelesen. Auch die Antwort des Autors auf die Frage “Warum sind die Atome so klein?” ist (be)merkenswert:
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Natürlich kann man nicht erwarten, dass mit dem Ausbleiben der vorhergesagten Weltuntergangskatastrophe (erinnert sich noch jemand an den 21.12.2012?) die Welt jetzt vernünftiger geworden wäre. Nein, das neue Jahr beginnt so, wie das alte geendet hat. Hier meine drei Lieblingskuriosa der letzten Woche:

1. Die Eine-Billion-Dollar-Münze
In einem Spiegelartikel habe ich von dem Vorschlag erfahren, den Haushaltstreit in den USA durch das Prägen einer Eine-Billion-Dollar-Münze zu beenden. Der Spiegelartikel ist hinreichend unverständlich formuliert, jedenfalls hatte ich nach dem Lesen dieses Textes nicht begriffen, wie das Procedere funktionieren soll. In einem Artikel in der Süddeutschen wird es besser erklärt.
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Die Diskussion begann mit der Frage, welche Pille man nehmen würde, was Bezug nahm auf den Film Matrix. Dort wird der Hauptheld Neo vor die Wahl gestellt: Entweder nimmt er die rote Pille, dann wird ihm die Wahrheit über die Welt offenbart, die er sonst nie erfahren würde, jedoch wird er dann nie wieder in sein altes Leben zurückkehren können. Oder er nimmt die blaue Pille, dann bleibt alles wie gehabt, aber er wird dann nie die Wahrheit über die Welt erfahren. Und weiter wurde in der Diskussion gefragt, ob das nicht gleichbedeutend mit der Frage sei, ob man leben oder sterben wolle.

Mir war zwar nicht ganz klar, welche Pille hier zu welcher Entscheidung gehören sollte, aber die Diskussion nahm danach trotzdem Fahrt auf. Man kann es nämlich so oder so interpretieren, denn wenn es ein Leben nach dem Tode geben sollte, dann würde das der roten Pille entsprechen, anderenfalls wäre es vielleicht genau umgekehrt.

Recht schnell war man sich dann einig, dass man sich mit dem Ableben vielleicht nicht so beeilen solle, denn das Leben nach dem Tod ist ja mehr als unsicher. Offenbar fühlte sich der eine beim Gedanken an ein Nichtweiterleben nach dem Tode so unbehaglich, wenn “die Signale erlöschen, alle Zellen sterben und der Körper verrottet”, dass er einwarf, dass ihm so betrachtet der Kannibalismus sympathischer erscheine, da wisse man wenigstens, wer einen bekomme und lande nicht bei den Würmern.

Bei der Verknüpfung zwischen Tod und Kannibalismus fielen mir zwei alte Themen wieder ein, die die Scholastiker im frühen Mittelalter schwer beschäftigt haben und über die man damals sogar promovieren konnte:
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Wer sich ein bisschen mit zeitgenössischer Physik beschäftigt hat und einige der heute berühmten Physiker kennt, kann sicher auch das folgende Bild deuten:

Es zeigt Stephen Hawking in seinem Rollstuhl, beide geformt aus Lego-Steinen.

In Stephen Hawkings Buch “Einsteins Traum” sind eine Reihe von Artikeln vereinigt, die er zu unterschiedlichen Zeiten an verschiedenen Stellen veröffentlicht hat. Zu seinen physikalischen Theorien, die auch im Buch diskutiert werden, will ich hier nichts schreiben. Seine Beiträge zur Theorie schwarzer Löcher sind inzwischen gut bekannt und an vielen anderen Stellen bereits ausführlich diskutiert und kommentiert worden. Im Weiteren soll es nur um einige seiner philosophischen Überlegungen gehen, vor allem zur Physik selbst, zu Schlussfolgerungen, die er daraus z.B. zum “freien Willen” gezogen hat, und über seine Einstellung zu Gott.
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Die Physik als die grundlegende Naturwissenschaft? – Ich habe hinter diese These nicht ohne Grund ein Fragezeichen gesetzt, denn ich bezweifle schon seit langem, dass man sie mit gutem Grund vertreten kann. Jetzt habe ich in zwei Ausgaben von “Spektrum der Wissenschaft” zwei Artikel von Physikern gefunden, die ähnliche Kritik an ihrem Fachgebiet äußern. In SdW 2/2012 findet man den Artikel, der meinem Text die Überschrift gegeben hat. Geschrieben wurde er von Tony Rothman, der theoretischer Physiker in Princeton ist. Im Teaser seines Artikels schreibt er:

Physiker versprechen immer wieder, ein Theoriegebäude zu errichten, das die gesamte Welt erklärt. Dabei müsste jeder wissen, der die Disziplin zu seinem Beruf gemacht hat, dass sogar in längst errichteten Stockwerken teils gewaltige Risse klaffen.

Im Weiteren ist der gesamte Artikel dann Beispielen gewidmet, die zeigen, dass die (heutige?) Physik keinesfalls in der Lage ist, ein in sich konsistentes Bild der materiellen Welt zu zeichen. Das bekannteste Beispiel ist das der Entropie (hier muss ich seine Zunft allerdings in Schutz nehmen, denn das Problem mit der Entropie ist nun wirklich jedem bekannt, der sich wenigstens etwas für Physik interessiert!):
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Erst ganz am Schluss des Buchs wird der Begriff Eponym erwähnt, den die Wikipedia ganz schnell auf Deonyme weiterleitet. Ernst Peter Fischer hat in seinem Buch eine Reihe von Geschichten aus der Wissenschaft gesammelt, die mit den Namen der Wissenschaftler verbunden sind, die sich zum ersten Mal mit den entsprechenden Phänomenen beschäftigt haben. Typische Vertreter nennt mit Schrödingers Katze und Mandelbrots Baum ja bereits der Buchtitel. Andere sind zum Beispiel Heisenbergs Unbestimmtheit, Röntgens Strahlung, Turings Maschine, Mendels Gesetze und viele andere mehr.

Ich habe von Ernst Peter Fischer vor einigen Jahren bereits ein anderes Buch gelesen, Die andere Bildung, das er seinerzeit als Reaktion auf Dietrich Schwanitz’ Werk “Bildung. Alles was man wissen muss” geschrieben hat. Implizit hat ihn auch dieses Mal dasselbe Motiv getrieben, wie man mitten im Buch so lesen kann:

Wenn in Deutschland um Bildung gestritten wird, fällt ein Ungleichgewicht bzw. eine Asymmetrie auf Sie erstreckt sich vor allem auf das, was in Quizsendungen unter der Rubrik »Was man weiß, was man wissen sollte« zu finden ist. Jeder weiß etwas von Picassos rosa Periode oder vom »Blauen Reiter« und seinen Malern. Aber niemand weiß, dass es sich lohnt, ebenso über die Doppelhelix oder die Theorie der Atome und die Menschen informiert zu sein, denen wir diese Einsichten verdanken. Wer Arthur Schopenhauer oder Martin Heidegger nicht kennt oder nicht von ihnen gehört hat, gilt als ungebildet. Wer hingegen Ludwig Boltzmann oder Wolfgang Pauli nicht einordnen kann, macht sich über diese Lücke keine Sorgen – und niemand hierzulande wird ihm dies übel nehmen.

Auf diese unterschiedliche Gewichtung von Wissen hat der britische Physiker, Dichter und Staatsmann Charles P. Snow (1905-1980) im Jahre 1959 hingewiesen, als er in einem Vortrag seine zwar vielfach verworfene, sich aber hartnäckig behauptende Trennung der zwei Kulturen einführte.
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Snows Kulturen erfassen den Unterschied zwischen dem, was die Universitäten als Geisteswissenschaften und Naturwissenschaften trennen, um ihnen spezielle Aufgaben zuzuweisen. Die Naturwissenschaften sollen das Wissen schaffen, mit dem wir uns die Natur verfügbar machen (Herrschaftswissen), und die Geisteswissenschaften sollen das Wissen beisteuern, mit dem wir das andere einsetzen (Orientierungswissen). Die Besonderheit der ersten Kultur scheint in der Fähigkeit zum intuitiven Verstehen und ihrer Hinwendung zum Einzelerlebnis zu stecken. Und die Qualität der zweiten findet sich im systematischen Einsatz des quantitativen Experiments und der Formulierung allgemeingültiger Gesetze.

Fischer schreibt dazu:
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In Spiegel Online war ein kleiner Artikel von einem Mathematik-Liebhaber: Denken statt Rechnen. Der Autor muss so ähnlich ticken wie ich, denn auch ich habe als Kind an Matheolympiaden teilgenommen, habe es bis zu den Bezirksolympiaden geschafft und war auch noch an der Uni immer ganz vorn dabei. In dem Artikel wird mit Hilfe eines Bildchens eine Aufgabe gestellt:

Ich habe ein solch verrücktes Gehirn, dass ich zu dem Bild bereits zwei Lösungen hatte, bevor ich überhaupt gelesen hatte, um was es in der Aufgabe geht. Die erste Lösung gehört zu der Aufgabe, wie man den Weg berechnet, wenn die Gerade einen Spiegel darstellt. Die zweite Lösung gehört zu der im Text gestellten Aufgabe – und sie war richtig. Zeit für beide Lösungen: Etwa so lange, wie ich gebraucht habe, um das Bild anzuschauen, also cirka eine Sekunde. Und im Übrigen sind beide Lösungen gleich. Um das herauszufinden, habe ich allerdings etwas länger gebraucht.

Und richtig spannend wird es dann, wenn man zusätzlich überlegt, warum physikalisch Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel gilt, denn hier treffen sich dann Mathematik und Physik zu einem Rendezvouz und man wird von einem Berg von Zusammenhängen begraben.

Nein, das wird heute keine ausführliche Rezension dieses lesenswerten Buches zweier Hochschullehrer, die ihren Geschichtskurs für nicht Physik Studierende in eine sehr ansprechende Buchform gebracht haben. – Wenn jemand noch ein Weihnachtsgeschenk sucht, nur zu! Das Buch stellt einen gelungenen Mix einer Tour de force durch die wichtigsten Perioden der Physik dar, wobei sich Abschnitte über Physik mit Kurzbiographen der jeweiligen Forscher abwechseln.

Aber ein paar kommentierte Zitate müssen sein. Das erste Zitat findet sich bereits in Gedankensplitter IV:

“Das ewig Unbegreifliche der Welt ist ihre Begreiflichkeit.” (Albert Einstein)

Gut gefallen hat mir auch die folgende Bemerkung über Isaac Newton:

Während der gesamten Zeit, in der Newton wissenschaftlich höchst produktiv war, beschäftigte er sich auch mit theologischen und alchimistischen Problemen. Hierüber wird nicht gern geredet, denn solche Aktivitäten passen nicht zu einem Wissenschaftler, der soviel Licht und Klarheit in die Geheimnisse der Natur gebracht hat.

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