Das Tao der Physik

Erklärung noch nicht möglich. Die in der
Teilchenwelt gefundenen Strukturen wurden rein empirisch
bestimmt und klassifiziert und können noch nicht aus Einzelheiten der Teilchenstruktur abgeleitet werden.
    Die wesentliche Schwierigkeit, der die Teilchenphysiker
gegenüberstehen, liegt darin, daß der Begriff von zusammengesetzten Objekten, die aus einem bestimmten Satz von »Bestandteilen« bestehen, auf subatomare Teilchen nicht anwendbar ist. Die einzige Möglichkeit, die »Bestandteile« dieser Teilchen zu finden, ist, sie zu zerbrechen, indem man sie in Kollisionsprozessen mit hoher Energie zusammenknallen läßt. Die
daraus resultierenden Bruchstücke sind jedoch nie »kleinere
Teile« des ursprünglichen Teilchens. Ζ. Β. können zwei Protonen beim Zusammenstoß mit hohen Geschwindigkeiten in eine
Vielfalt von Bruchstücken zerfallen, darunter finden sich jedoch niemals »Bruchstücke eines Protons«. Die Bruchstücke
sind immer vollständige Hadrone, die sich aus den kinetischen
Energien und Massen der kollidierenden Protonen gebildet
haben. Die Zerlegung eines Partikels in seine Bestandteile ist
also keineswegs eindeutig, da sie von den am Kollisionsprozeß
beteiligten Energien abhängt. Wir haben es hier mit einer relativistischen Situation zu tun, wo Energiestrukturen aufgelöst
und neu angeordnet werden, und die statischen Begriffe von
zusammengesetzten Objekten und Bestandteilen sind auf diese
Strukturen nicht anwendbar. Die »Struktur«
eines subatomaren Teilchens kann nur in einem dynamischen Sinn verstanden werden: als Prozesse und Wechselwirkungen.
    Wie Teilchen in Kollisionsprozessen zu Bruchstücken zerfallen, ist durch bestimmte Regeln festgelegt, und da die Bruchstücke wieder Teilchen der gleichen Art sind, können diese Regeln auch für die Beschreibung der Regelmäßigkeiten benutzt
werden, die man in der Teilchenwelt beobachten kann. In den
sechziger Jahren, als die meisten der heute bekannten Teilchen
entdeckt wurden und
»Teilchenfamilien« auftauchten, beschäftigten die meisten Physiker sich damit, diese Regelmäßigkeiten aufzuzeichnen, und weniger mit dem mühsamen Problem, die dynamischen Ursachen der Teilchenstrukturen zu
ergründen. Und damit waren sie sehr erfolgreich.
    Der Begriff der Symmetrie spielte bei diesen Forschungen
eine große Rolle. Die Physiker verallgemeinerten ihn und gaben ihm eine abstraktere Bedeutung, und dadurch wurde er für
sie zu einem brauchbaren Werkzeug, das sich bei der Klassifizierung der Teilchen als äußerst nützlich erwies. Im täglichen
Leben ist das Spiegelbild der gewöhnlichste Fall von Symmetrie. Eine Figur ist symmetrisch, wenn man durch sie eine Gerade ziehen kann und zwei spiegelbildlich gleiche Teile erhält.
    Höhere Grade von Symmetrie zeigen Bilder, die mehrere
»Symmetrieachsen« besitzen wie das folgende Bild aus dem
buddhistischen Symbolismus:
    Reflexion ist jedoch nicht der einzige mit Symmetrie zusammenhängende Vorgang. Eine Figur wird auch dann symmetrisch genannt, wenn sie nach Drehung um einen bestimmten
Winkel gleich aussieht. Zum Beispiel beruht die Form des chinesischen Yin-Yang-Diagramms auf dieser
»Rotationssymmetrie«.
    In der Teilchenphysik sind Symmetrien außer mit Reflexionen und Rotationen noch mit vielen anderen Verfahren assoziiert, und diese können nicht nur im gewöhnlichen Raum (und in
der Zeit), sondern auch in abstrakten mathematischen Räumen
stattfinden. Sie werden auf Teilchen oder Gruppen von Teilchen angewandt, und da die Eigenschaften von Teilchen untrennbar mit ihren gegenseitigen Wechselwirkungen verbunden sind, gelten die Symmetrien auch für die Wechselwirkungen, d. h. für die Prozesse, an denen die Teilchen teilnehmen.
Diese Symmetrien sind deshalb so nützlich, weil sie in enger
Beziehung zu den »Gesetzen der Erhaltung« stehen. Weist ein
Prozeß im Bereich der Teilchen eine gewisse Symmetrie auf, so
gibt es eine meßbare Größe, die erhalten bleibt, d. h. eine Größe, die während des ganzen Prozesses konstant bleibt. Diese
Größen liefern konstante Elemente im komplexen Reigen der
subatomaren Materie und eignen sich damit ideal zur Beschreibung von Teilchen-Wechselwirkungen. Manche Größen bleiben durch alle Wechselwirkungen erhalten, andere nur durch
einige, so daß jeder Prozeß mit einem Satz erhaltener Größen
assoziiert ist. Somit erscheinen die Symmetrien in den Eigenschaften der Teilchen als Erhaltungsgesetze bei deren Wechselwirkungen. Im Sprachgebrauch der Physiker sind die