Die Vermessung des Universums: Wie die Physik von morgen den letzten Geheimnissen auf der Spur ist (German Edition)

vereinheitlichenden Theorie, die aus nur wenigen einfachen Elementen besteht, die eine geringe Anzahl von Regeln befolgen. Diese Suche ist eine ehrgeizige – manche mögen sagen, eine kühne – Aufgabe. Ein offensichtliches Hindernis verwehrt uns eindeutig, eine elegante Theorie zu finden, die alle Beobachtungen vollständig erklärt: Die uns umgebende Welt weist nur einen Bruchteil der Einfachheit auf, die eine solche Theorie verkörpern sollte. Eine vereinheitlichte Theorie muss trotz ihrer Einfachheit und Eleganz irgendwie genügend Struktur bieten, um mit Beobachtungen übereinzustimmen. Wir würden gerne an eine einzige einfache, elegante und vorhersagbare Theorie glauben, die der gesamten Physik zugrunde liegt. Doch das Universum ist nicht so rein, einfach und geordnet wie die Theorien. Selbst mit einer zugrunde liegenden vereinheitlichten Beschreibung wird eine Menge Forschung nötig sein, um sie mit den faszinierenden und komplexen Phänomenen zu verknüpfen, die wir in unserer Welt sehen.
    Natürlich können wir bei diesen Charakterisierungen von Schönheit oder Einfachheit auch zu weit gehen. Ein Standardwitz unter Studenten in unseren Naturwissenschafts- oder Mathematikkursen hat mit Professoren zu tun, die wohlverstandene Phänomene als »trivial« bezeichnen, egal wie komplex sie sein mögen. Der Professor kennt zwar die Antwort und die zugrunde liegenden Elemente und Logik schon sehr gut, was jedoch nicht so sehr auf die Studenten, die in seinem Kurs sitzen, zutrifft. Nachdem sie das Problem auf einfache Bestandteile zurückgeführt haben, kann es ihnen in der Rückschau ebenfalls trivial vorkommen. Aber zuerst müssen sie herausfinden, wie sie es auf diese Bestandteile zurückführen können.
    Modellbildung
    Am Ende hat die Naturwissenschaft wie das Leben auch nicht nur ein einziges Kriterium für Schönheit. Wir haben nur gewisse Intuitionen – zusammen mit experimentellen Beschränkungen –, die wir bei der Lenkung unserer Suche nach Erkenntnis nutzen. Schönheit – sowohl in der Kunst als auch in der Naturwissenschaft – mag zwar gewisse objektive Aspekte aufweisen, aber nahezu bei jeder Anwendung sind Geschmack und Subjektivität beteiligt.
    Für Naturwissenschaftler gibt es jedoch einen großen Unterschied. Letztlich werden Experimente darüber entscheiden, welche von unseren Ideen richtig sind, wenn überhaupt irgendeine. Fortschritte in der Naturwissenschaft mögen zwar ästhetische Kriterien verwerten, aber wirklicher wissenschaftlicher Fortschritt erfordert auch das Verstehen, die Vorhersage und die Analyse von Daten. Unabhängig davon, wie schön eine Theorie aussieht, kann sie doch falsch sein und muss abgelehnt werden. Selbst die intellektuell befriedigendste Theorie muss aufgegeben werden, wenn sie in der wirklichen Welt nicht funktioniert.
    Dennoch haben wir Physiker keine andere Wahl, als ästhetische und theoretische Überlegungen anzuwenden, um zu erraten, was jenseits des Standardmodells liegt, bevor wir die erforderlichen höheren Energien oder entfernten Parameter erreichen. In der Zwischenzeit sind wir mit nur begrenzten Daten auf die vorhandenen Rätsel gepaart mit Geschmack und Organisationskriterien verwiesen, um uns voranzutasten.
    Idealerweise wären wir gerne in der Lage, die Konsequenzen einer Vielfalt von Möglichkeiten durchzudenken. Modellbildung ist der Name der Vorgehensweise, die wir zu diesem Zweck verwenden. Meine Kollegen und ich erforschen verschiedene Modelle der Elementarteilchenphysik, die Vermutungen mit Bezug auf physikalische Theorien sind, die dem Standardmodell zugrunde liegen könnten. Unser Ziel sind einfache Prinzipien, die die komplizierten Phänomene auf leichter wahrnehmbaren Skalen gestalten, so dass wir die gegenwärtigen Rätsel, die sich unserem Verständnis entgegenstellen, lösen können.
    Leute, die in der Physik Modellbildung betreiben, nehmen sich den Standpunkt effektiver Theorien und den Wunsch, immer kleinere Entfernungsmaßstäbe zu verstehen, sehr zu Herzen. Wir verfolgen einen »induktiven« Ansatz, der mit dem anfängt, was wir wissen – sowohl die Phänomene, die wir erklären können, als auch diejenigen, die wir rätselhaft finden –, und versuchen, das zugrunde liegende Modell abzuleiten, das die Verbindungen zwischen den beobachteten Eigenschaften der Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen erklärt.
    Der Begriff »Modell« mag den Gedanken an eine physikalische Struktur wachrufen, wie z.B. eine Variante eines