DIe zehn Prinzipien der modernen Physik
E-Book, Deutsch, 257 Seiten
ISBN: 978-3-406-77552-9
Verlag: C.H.Beck
Format: EPUB
Kopierschutz: Wasserzeichen (»Systemvoraussetzungen)
Dieses Buch, geschrieben von einem der großen Physiker unserer Zeit, handelt von den zehn fundamentalen Prinzipen, die unsere Welt im Innersten zusammenhalten. Es wurde mit dem Ziel verfasst, die zentralen Botschaften der modernen Physik so einfach wie möglich darzustellen, ohne es an Genauigkeit fehlen zu lassen. Dabei geht es um weit mehr als um bloße Fakten, so faszinierend diese auch sein mögen. Es geht auch um die Denkweise, die es uns ermöglicht, diese Fakten überhaupt zu entdecken; sie ist selbst eine große Entdeckung.
Ein Blick in den klaren Nachthimmel genügt, um den verschwenderischen Reichtum wahrzunehmen, der die Natur charakterisiert. Es gibt jede Menge Raum, Zeit, Materie und Energie. Dieser Fülle steht eine große Sparsamkeit gegenüber, was die Bausteine und Gesetze angeht, die das ungeheure Universum, aber auch unsere sehr viel kleineren Körper in Gang halten. Frank Wilczek stellt auf zugängliche Weise dar, welches diese Prinzipien sind und wie sie funktionieren, was wir darüber wissen und warum wir es wissen. Zugleich nimmt er uns auf eine Reise in die Zukunft mit und öffnet unseren Blick dafür, was wir vielleicht schon bald begreifen werden. Unser Verständnis der Natur wächst immer noch und verändert sich. Wir Menschen sind nur ein Teil der Natur, aber jener, in dem sie zur Erkenntnis ihrer selbst gelangt.
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VORWORT:
WIEDERGEBOREN
I Dieses Buch handelt von den fundamentalen Erkenntnissen, die wir beim Studium der Natur gewinnen können. Ich habe viele Menschen kennengelernt, die unbedingt wissen wollen, was die moderne Physik darüber sagt. Es sind Juristen, Ärzte, Künstler, Studenten, Lehrer, Eltern oder einfach wissbegierige Leute. Sie sind intelligent, haben aber kaum einschlägige Kenntnisse. Ich habe im Folgenden versucht, die zentralen Botschaften der modernen Physik so einfach wie möglich darzustellen, ohne es an Genauigkeit fehlen zu lassen. Meine neugierigen Freunde und ihre Fragen habe ich beim Schreiben des Buches ständig im Hinterkopf gehabt. Für mich umfassen jene fundamentalen Erkenntnisse weit mehr als bloße Fakten, die die Prozesse der Natur betreffen. Gewiss, diese Fakten sind eindrucksvoll und auf eine merkwürdige Weise schön. Aber die Denkweise, die es uns ermöglichte, sie zu entdecken, war ebenfalls eine große Entdeckung. Und es ist wichtig, darüber nachzudenken, was diese fundamentalen Erkenntnisse darüber aussagen, wie wir Menschen Teil des großen Ganzen sind. II Ich habe zehn Leitsätze formuliert, die ich als meine fundamentalen Erkenntnisse darstellen werde. Jeder wird Gegenstand eines Kapitels sein. Im Hauptteil jedes Kapitels werde ich dessen Thema aus verschiedenen Perspektiven beleuchten und anschließend faktenbasierte Vermutungen über die künftige Entwicklung äußern. Diese faktenbasierten Vermutungen auszuarbeiten hat Spaß gemacht, und ich hoffe, sie sind spannend zu lesen. Sie sollen eine weitere zentrale Botschaft vermitteln: dass unser Verständnis der Natur, vergleichbar einem Lebewesen, immer noch wächst und sich verändert. Ich habe darauf geachtet, Fakten und Spekulationen zu trennen und für die Fakten die Art der Beobachtungen und Experimente anzugeben, die sie als Fakten ausweisen – lautet doch die vielleicht wichtigste Botschaft des Buches, dass wir viele Aspekte der Natur sehr gut verstehen. Albert Einstein zufolge «ist die Welt unserer Sinneserfahrungen begreifbar»: «Die Tatsache, dass sie begreifbar ist, bleibt ein Wunder.»[1] Auch das war eine hart erkämpfte Entdeckung. Gerade weil sie ein solches Wunder ist, darf die Begreifbarkeit des Universums nicht vorausgesetzt werden. Wir müssen sie beweisen. Der überzeugendste Beweis ist, dass selbst unser unvollständiges Verständnis es uns ermöglicht hat, Großartiges und Erstaunliches zu erreichen. In meinen Forschungen versuche ich, Lücken in unserem Verständnis zu füllen und Experimente zu entwerfen, mit denen sich die Grenzen des Möglichen weiter hinausschieben lassen. Es war mir eine Freude, beim Schreiben dieses Buches einen Schritt zurückzutreten und staunend über einige besonders bedeutsame Errungenschaften nachzudenken, die über Zeit und Raum hinweg zusammenarbeitende Generationen von Wissenschaftlern und Ingenieuren bereits erreicht haben. III Dieses Buch über fundamentale Erkenntnisse der Wissenschaft soll auch eine Alternative zum traditionellen religiösen Fundamentalismus bieten. Es greift einige Grundfragen der Religion auf, behandelt sie aber, indem es statt Texten oder Traditionen die physikalische Wirklichkeit zurate zieht. Viele meiner wissenschaftlichen Helden: Galileo Galilei, Johannes Kepler, Isaac Newton, Michael Faraday, James Clerk Maxwell, waren – repräsentativ für ihre Zeit und ihre Umgebung – gläubige Christen. Sie dachten, sie könnten Gott nahekommen und ihn ehren, indem sie Sein Werk studieren. Einstein war zwar nicht religiös im herkömmlichen Sinne, hatte aber eine ähnliche Einstellung. Er bezog sich oft auf Gott (oder «den Alten»). Eines seiner berühmtesten Zitate ist dafür ein Beispiel: «Raffiniert ist der Herrgott, doch boshaft ist er nicht.»[2] Der Geist, der diese Wissenschaftler in ihren Bestrebungen leitete, orientierte sich nicht an Dogmen, ob religiöser oder antireligiöser Art. Ich formuliere ihre Haltung, die auch die meine in diesem Buch ist, gern so: Wenn wir untersuchen, wie die Welt «funktioniert», untersuchen wir, wie Gott «funktioniert», und erfahren dadurch, was Gott ist. In diesem Geist können wir das Streben nach Erkenntnis als eine Form des Gottesdienstes und unsere Entdeckungen als Offenbarungen interpretieren. IV Das Schreiben dieses Buches hat meine Wahrnehmung der Welt verändert. Es begann als Darstellung und verwandelte sich in eine Meditation. Beim Nachdenken ergaben sich unerwartet zwei übergreifende Themen, deren Klarheit und Tiefe mich in Erstaunen versetzten. Das erste dieser Themen ist Überfluss. Die Welt ist groß. Ein Blick in den klaren Nachthimmel genügt, um zu erkennen, dass es «da draußen» jede Menge Raum gibt. Wenn wir diese Menge nach sorgfältiger Untersuchung beziffern, sind wir sprachlos. Aber die Größe des Weltraums ist nur ein Aspekt des Überflusses der Natur – und für die menschliche Erfahrung nicht einmal der wichtigste. Denn auch «unten ist viel Platz», wie Richard Feynman gesagt hat:[3] Jeder menschliche Körper enthält weit mehr Atome, als es Sterne im sichtbaren Universum gibt, und die Zahl der Neuronen in unserem Gehirn entspricht etwa der der Sterne in der Milchstraße. Das Universum in uns ist eine würdige Ergänzung zum Universum außerhalb von uns. Für die Zeit gilt Analoges wie für den Raum: Kosmische Zeit hat es im Überfluss gegeben und wird es im Überfluss geben. Die seit dem Urknall vergangene Zeit ist unendlich viel länger als die Dauer eines Menschenlebens. Doch enthält ein Menschenleben, wie ich darlegen werde, weit mehr Bewusstseinsmomente, als es in der gesamten bisherigen Geschichte des Universums menschliche Leben gegeben hat. Wir besitzen einen Überfluss an innerer Zeit. Die Natur besitzt auch einen Überfluss an bisher unerschlossenen Reichtümern für Schöpfung und Wahrnehmung. Die Wissenschaft enthüllt, dass die Welt in unserer Nähe weit mehr Energie und verwertbares Material in bekannten und zugänglichen Formen enthält, als wir uns gegenwärtig zunutze machen. Diese Erkenntnis erweitert unsere Möglichkeiten und sollte unseren Ehrgeiz beflügeln. Unsere ungestützte Wahrnehmung zeigt uns nur einige wenige Splitter jener Wirklichkeit, die die wissenschaftliche Forschung offenbart. Denken Sie etwa an das Sehen: Unser Gesichtssinn ist unser weitestes und wichtigstes Portal zur Außenwelt. Doch er lässt so vieles ungesehen! Teleskope und Mikroskope erschließen riesige, in Licht kodierte Informationsschätze, die gewöhnlich unerkannt bleiben. Hinzu kommt, dass unser Sehvermögen auf eine Oktave – die Spanne des sichtbaren Lichts – einer unendlich breiten Klaviatur elektromagnetischer Strahlung beschränkt ist, die von Radiowellen über Mikrowellen bis zum Infrarot auf der einen Seite und von Ultraviolett bis zu Röntgen- und Gammastrahlen auf der anderen Seite reicht. Und selbst innerhalb unserer einen Oktave ist unser Farbensehen verschwommen. Doch während unsere Sinne viele Aspekte der Wirklichkeit nicht wahrnehmen können, erlaubt uns unser Verstand, unsere natürlichen Grenzen zu überschreiten. Die Pforten unserer Wahrnehmung zu erweitern ist und bleibt ein großes Abenteuer. V Das zweite Thema ist, dass man «wiedergeboren» sein muss, um das physikalische Universum schätzen zu können. Als ich den Text dieses Buches ausarbeitete, wurde mein Enkel Luke geboren, und ich durfte die ersten Monate seines Lebens beobachten. Ich sah, wie er mit großen Augen seine Hände betrachtete und wie ihm klar wurde, dass er sich ihrer bedienen konnte. Ich sah, mit welcher Freude er lernte, nach Gegenständen in der Außenwelt zu greifen und sie zu ergreifen. Ich sah ihm zu, wie er mit Gegenständen experimentierte: wie er sie fallen ließ und nach ihnen suchte, und wie er dies wieder und wieder tat, als wäre er nicht ganz sicher, ob er sie finden würde, um dann aber vor Freude zu lachen, wenn er sie fand. Auf diese und vielerlei andere Weise konstruierte Luke ein Modell der Welt. Er näherte sich ihr mit unersättlicher Neugier und wenigen Vorurteilen. Durch Interagieren mit ihr lernte er, was für fast alle erwachsenen Menschen selbstverständlich ist, zum Beispiel dass sich die Welt in ein Selbst und ein Nicht-Selbst spaltet, dass Gedanken die Bewegungen des Selbst, nicht aber die des Nicht-Selbst zu steuern vermögen und dass wir Dinge betrachten können, ohne ihre Eigenschaften zu verändern. Babys sind gleichsam kleine Wissenschaftler, die Experimente machen und daraus Schlüsse ziehen. Doch nach den Maßstäben der modernen Wissenschaft sind die Experimente, die ...
