Nehmen Wir An, Die Kuh Ist Eine Kugel... «
Total Page：16
File Type：pdf, Size：1020Kb
dtv Lawrence M. Krauss »Nehmen wir an, die Kuh ist eine Kugel ...« Nur keine Angst Vor Physik Nicht nur Faust wollte wissen, »was die Welt im Innersten zusammenhält.« Dabei muß man kein Physiker sein, um das moderne Weltbild der Physik – von Galilei Bis Stephen Hawking – zu verstehen. Lawrence M. Krauss zeigt uns, wie spannend und unterhaltsam die Beschäftigung mit der Physik sein kann. Deutscher Taschenbuch Verlag »Nehmen wir an, die Kuh ist eine Kugel...« Ziemlich abwegig, mag mancher denken. Aber wie sinnvoll solche radikalen Ver- einfachungen sein können, zeigt Lawrence M. Krauss an vielen anschaulichen und vergnüglichen Beispielen. Wer wissen will, »was die Welt im Innersten zusammenhält«, sieht nach der Lektüre dieses Buches klarer, denn man muß kein Physiker sein, um das moderne Weltbild der Physik - von Galilei bis Stephen Hawking - zu verstehen. «Mit der Selbstverständlichkeit eines Hausherrn führt Krauss seine Leser durch das Gedankengebäude der theoretischen Physik: von der Relativitätstheorie über die Quantendynamik hin zu einer Theorie >über alles<. Weil er dabei so originell und unkonventionell vorgeht wie sein Lehrer Richard Feynman, ist die Lektüre das reine Vergnügen.« (Physikalische Blätter, Weinheim) Lawrence M. Krauss, geboren 1954 in New York, ist Professor für Physik und Astronomie und Leiter des Instituts für Physik an der Case Western Reserve University in Cleveland. Er lieferte bedeutende Beiträge über die Vorgänge bei explodierenden Sternen bis hin zum Ursprung und der Natur des Stoffes, aus dem das Universum ist. Zahlreiche Veröffentlichungen. Lawrence M. Krauss »Nehmen wir an, die Kuh ist eine Kugel... « Nur keine Angst vor Physik Mit 39 Schwarzweißabbildungen Aus dem Amerikanischen von Wolfram Knapp Deutscher Taschenbuch Verlag Ungekürzte Ausgabe August 1998 Deutscher Taschenbuch Verlag GmbH & Co. KG, München © 1993 BasicBooks, Titel der amerikanischen Originalausgabe: >Fear of Physics: A Guide for the Perplexed< (New York 1993) © 1996 der deutschsprachigen Ausgabe: Deutsche Verlags-Anstalt GmbH, Stuttgart ISBN 3-421-2772-2 Umschlagkonzept: Balk & Brumshagen Umschlagbild: Tullio Pericoli Satz: Fotosatz Sauter, Donzdorf Druck und Bindung: C. H. Beck'sche Buchdruckerei, Nördlingen Gedruckt auf säurefreiem, chlorfrei gebleichtem Papier Printed in Germany - ISBN 3-423-33024-4 Inhalt Vorwort 9 1 Suchen, wo es hell ist 13 2 Zahlenkünste 43 3 Kreatives Kopieren 77 4 Verborgene Realitäten 133 5 Auf der Suche nach Symmetrie 181 6 Nichts ist vorüber, bevor es vorüber ist 225 Dank 247 Register 249 Das Mysterium, das den Start zu einer jeden Reise umhüllt, ist: Wie kam der Reisende zunächst einmal an den Startpunkt? Louise Boga: Journey Around My Room Vorwort Es ist immer wieder dasselbe: Wir sind auf einer Party, und irgend jemand hört, daß ich Physiker bin. Prompt wechselt sie oder er das Gesprächsthema und fragt nach dem Urknall, nach fremden Universen. nach Quarks ... oder schneidet ein Thema aus dem »Super-Dreigestirn« der modernen Forschung an: die Supraleitung, die Superstrings oder den Superbeschleuniger. Manche geben offen zu. daß sie sich in der Schule vor der Physik gedrückt und sich auch später nie mehr darum gekümmert haben, doch heute sind sie fasziniert von den geheimnisvollen Phänomenen, die von der modernen Forschung aufgedeckt werden. Die Physik befaßt sich eben auch mit vielen kosmischen Rät- seln, über die jeder schon mal nachgedacht hat. Die Probleme erscheinen jedoch meist als viel zu schwierig und unverständ- lich-in erster Linie wohl deshalb, weil diese Forschungen heute weitab von dem liegen, was einem tagtäglich begegnet. Aber es gibt noch ein viel tiefer liegendes Hindernis, das den Zugang zu den Fragen der modernen Physik versperrt: Die Art. wie Physiker an Probleme herangehen, und die Sprache, mit der sie von diesen Problemen reden, ist für die meisten weit von ihrer verständlichen Alltagssprache entfernt. Ohne einen kundi- gen Führer durch die Menagerie dieser Phänomene in der modernen Forschungswelt bleiben sie verschlossen und abwei- send. So entsteht Abneigung gegen Physik. Urn diese Barriere zu durchbrechen und für jedermann einen Weg zur Physik von heute zu bahnen, halte ich es für sinnvoll, nicht gleich die komplizierten Spezialprobleme aufzurollen, sondern einen Blick auf das Handwerkszeug zu werfen, mit dem die Physiker täglich arbeiten. Will man eine Würdigung der For- schungen in der Physik erreichen, und zwar sowohl für die gei- stige Arbeit, die dahinter steckt, als auch für das Resultat dieser Forschungen, unser modernes Weltbild, ist es viel leichter und weniger abschreckend, zuerst einmal zu überlegen, was das eigentlich ist: Physik treiben. Was ich hier mit diesem Buch vorhabe, ist weniger, ein Berg- führer zu sein durch die Steilwände der modernen Physik, als vielmehr ein Wanderführer: Welche Ausrüstung brauchen wir, wie vermeiden wir Dornendickichte und Stolpersteine, welche Wege sind die abwechslungsreichsten und die mit der schönsten Aussicht, und wie kommen wir wieder heil nach Hause. Die Physiker selbst können die modernen Entwicklungen nur verstehen, weil sie die gleichen Grundprinzipien beherrschen, die sie auch erfolgreich zur Erklärung alltäglicher Geschehnisse anwenden. Die theoretische Physik heute befaßt sich mit Phä- nomenen, die Räume und Zeiten umfassen, die über sechzig Größenordnungen reichen. Das heißt, das Größte ist 10000 ... (hier müßte eine l mit 60 Nullen stehen)-mal größer als das Kleinste. Auch wenn die Spannweite der Experimente um eini- ges enger ist: Wo auch immer man aus diesem schier unüberseh- baren Feld ein Phänomen herauspickt, das von einem Physiker beschrieben wird, es ist in aller Regel für jeden anderen verständ- lich - dank einem guten Dutzend Grundvorstellungen, auf die schließlich alle Phänomene zurückgehen. Kein anderes Reich des menschlichen Wissens ist so uferlos groß und zugleich so überschaubar klein. Das ist mit ein Grund dafür, daß dieses Buch in einem beschei- denen Rahmen geblieben ist. Es sind nur wenige grundlegende Sätze, die die Physik tragen. Zugegeben: Es erfordert schon pro- fundes Können, sie tatsächlich zu beherrschen, doch man braucht keinen dicken Wälzer, um sie zu erläutern. Wenn Sie also durch jedes der sechs Kapitel hindurchwandern, werden Sie immer wieder Erörterungen von Schlüssel-Ideen oder von Schlüssel-Themen finden, die die Physiker bei ihrer Forschung leiteten. Um diese Gedanken klarzumachen, habe ich Beispiele ausge- wählt, die sich durch die gesamte Physik ziehen,von den altehr- würdigen Grundlagen bis zu jenen geheimnisvollen Teilchen, die hin und wieder durch die Wissenschaftsseiten der Tageszei- tungen geistern. Die Auswahl mag zuweilen wenig phantasievoll erscheinen. Sie ist dadurch bedingt, daß ich zunächst in den Mittelpunkt stelle, was die Physiker bis heute geführt hat, und gegen Ende konzentriere ich mich auf die Zukunftsperspektiven der Physik. Deshalb hatte ich mir vorgenommen, mit Begriffen zu operie- ren, die für die Darstellung dieses Themas durchaus zeitgemäß sind. Manche Leser mögen das als angenehme Erleichterung gegenüber dem empfinden, was sie an physikalischen Ausdrük- ken und Begriffen bisher gewöhnt sind. Anderen dagegen erscheinen sie auf den ersten Blick als schwierig. Einige der Ideen in diesem Buch wurden, obwohl sie so grundlegend sind, vorher nie in der populären Literatur vorgestellt. Keine Angst, ich will sie nicht an Ihnen ausprobieren, Meine Absicht ist viel- mehr, Ihnen die Physik schmackhaft zu machen, und nicht, sie von Grund auf und in allen Details vor Ihnen auszurollen. Es geht mir hier mehr um das Verstehen als um anwendbares Wissen. Dieses letztere mag äußerst nützlich sein, und es wird ja auch von Nichtwissenschaftlern im täglichen Leben gebraucht, doch mit diesem Buch möchte ich weniger auf dieses Äußer- liche, sondern mehr darauf zielen, was dahinter steckt. Was wir an der Oberfläche sehen, sind Phänomene, die ich mit dem üppigen barocken Zierwerk in einer Kirche vergleichen möchte. Wichtiger als diese äußere Schönheit ist das Unsicht- bare dahinter: ein zartes, wunderbares Netzwerk, das die sicht- baren Verzierungen zusammenhält und miteinander verknüpft. Genauso sind es Verbindungen unter der Oberfläche, die das Gebäude der Physik ausmachen. Für die theoretischen Physiker ist es ein Vergnügen, sie zu entdecken, und für den Experimen- talphysiker, ihre »Wahrheit« zu testen. Letzten Endes liefern sie den Zugang zur Physik. Wenn Sie darüber hinaus das Bedürfnis nach vertiefenden Studien haben sollten, gibt es dafür eine Menge weiterer Nachschlagewerke. Schließlich möchte ich betonen, daß Physik eine menschliche, kreative Geistestätigkeit ist, ebenso wie Kunst und Musik. Phy- sik hat unser kulturelles Erbe ganz wesentlich geprägt. Ich bin nicht sicher, was den größten Einfluß auf dieses Erbe hatte, das wir übernommen haben und weitergeben, aber ich bin sicher, daß es ein schwerwiegender Fehler wäre, den kulturellen Aspekt unserer wissenschaftlichen Tradition zu ignorieren. Denn schließlich ist das, was die Wissenschaft tut, meist nur ein Verlas- sen eingefahrener Gleise, ein neues Nachdenken über die Welt und unseren Plat£ in ihr. Wissenschaftlich unwissend zu sein ist gleichbedeutend damit, in hohem Maße kulturlos zu bleiben. Die Haupttugend kultureller Betätigung, sei es in der Kunst, der Musik, der Literatur oder der Wissenschaft, ist die Art, wie sie unser Leben bereichert. Durch sie erfahren wir Freude. Anre- gungen, Schönes, Geheimnisvolles, Abenteuerliches. Das ein- zige, was meiner Meinung nach die Wissenschaft tatsächlich von den anderen