Das Tao der Physik

identisch, das Feld ist der gekrümmte Raum. In der allgemeinen Relativität sind das Gravitationsfeld und die Struktur oder Geometrie des Raumes identisch. Sie werden in Einsteins Feldgleichungen durch ein und dieselbe mathematische Größe ausgedrückt. In Einsteins Theorie kann Materie nicht von ihrem
Gravitationsfeld getrennt werden, und das Gravitationsfeld
nicht vom gekrümmten Raum. Materie und Raum werden somit als untrennbare und zusammenhängende Teile eines einzigen Ganzen gesehen.
    Materielle Objekte bestimmen nicht nur die Struktur des sie
umgebenden Raumes, sondern werden auch umgekehrt von ihrer Umgebung wesentlich beeinflußt. Nach dem Physiker und
Philosophen Ernst Mach ist die Trägheit eines Massekörpers —
sein Widerstand gegen Beschleunigung - keine Eigenschaft der
Materie selbst, sondern das Maß der Wechselwirkung zwischen
ihm und dem Rest des Universums. Nach Machs Ansicht hat
Materie nur deshalb Trägheit, weil es im Universum noch andere Materie gibt. Wenn ein Körper rotiert, erzeugt seine
Trägheit Zentrifugalkräfte (die man zum Beispiel in einer Wäscheschleuder zum Austreiben des Wassers aus feuchter Wäsche benutzt), aber diese Kräfte treten nur auf, weil der Körper
»relativ zu den Fixsternen« rotiert. Würden diese Fixsterne
plötzlich verschwinden, so würden Trägheit und Zentrifugalkräfte des rotierenden Körpers mit ihnen vergehen.
    Diese Auffassung von der Trägheit, die als das Machsche
Prinzip bekannt wurde, hatte einen starken Einfluß auf Albert
Einstein und war seine ursprüngliche Motivation für die Aufstellung der allgemeinen Relativitätstheorie. Da Einsteins
Theorie mathematisch außerordentlich kompliziert ist, konnten sich die Physiker bisher nicht darüber einigen, ob sie tatsächlich das Machsche Prinzip einschließt oder nicht. Die meisten Physiker meinen jedoch, daß es auf irgendeine Weise in einer vollständigen Theorie der Gravitation enthalten sein sollte.
    So zeigt uns die moderne Physik wieder einmal, und zwar
diesmal im makroskopischen Bereich, daß materielle Objekte
keine selbständigen Einheiten, sondern untrennbar mit ihrer
Umgebung verkettet sind; daß ihre Eigenschaften nur als
Wechselwirkung zwischen ihnen und der übrigen Welt verstanden werden können. Nach dem Machschen Prinzip reicht diese
Wechselwirkung bis weit in das Universum hinaus, bis zu fernen Sternen und Spiralnebeln. Die grundsätzliche Einheit des
Kosmos manifestiert sich daher nicht nur in der Welt des ganz
Kleinen, sondern auch in der Welt des sehr Großen. Diese Tatsache wird in der modernen Astrophysik und Kosmologie immer mehr anerkannt, der Astronom Fred Hoyle bestätigt:
    Heutige Entwicklungen in der Kosmologie weisen beharrlich darauf hin, daß die jetzigen Zustände nicht fortbestehen könnten, gäbe
es nicht die fernen Teile des Universums, daß alle unsere Vorstellungen von Raum und Geometrie restlos ungültig würden, wenn die
fernen Teile des Universums verschwinden würden. Unsere tägliche Erfahrung, bis in die kleinsten Einzelheiten, scheint so fest in
das große Universum integriert zu sein, daß es so gut wie unmöglich
ist, beide getrennt zu betrachten. 1
    Die Einheit und die Wechselbeziehung zwischen einem materiellen Objekt und seiner Umgebung, die sich im makroskopischen Maßstab in der allgemeinen Relativitätstheorie manifestiert, zeigt sich noch viel auffallender im subatomaren Bereich.
Hier sind die Vorstellungen der klassischen Feldtheorie mit denen der Quantentheorie kombiniert, um die Wechselwirkungen zwischen subatomaren Teilchen zu beschreiben. Wegen
der komplizierten mathematischen Form von Einsteins Gravitationstheorie war eine solche Kombination für die Gravitationswechselwirkungen noch nicht möglich, aber die andere
klassische Feldtheorie, die Elektrodynamik, wurde mit der
Quantentheorie zur »Quanten-Elektrodynamik« verschmolzen, die alle elektromagnetischen Wechselwirkungen zwischen
subatomaren Teilchen beschreibt. Diese Theorie enthält die
Quantentheorie und die Relativitätstheorie. Sie war das erste
quanten-relativistische Modell der modernen Physik und ist
immer noch das erfolgreichste.
    Das auffallend Neue der Quanten-Elektrodynamik ergibt
sich aus der Kombination von zwei Begriffen: dem des elektromagnetischen Feldes und dem des Photons als Teilchenaspekt elektromagnetischer Wellen. Da Photonen auch elektromagnetische Wellen und da diese Wellen vibrierende Felder
sind, müssen die Photonen Manifestationen elektromagnetischer Felder