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

ebenfalls nicht unteilbar. Sie bestehen aus Kernen und Elektronen. Und die Kerne bestehen aus Protonen und Neutronen, die ihrerseits gebundene Zustände noch grundlegenderer Objekte sind, die Quarks genannt werden. Doch brauchen wir über die Quarks nichts zu wissen, um die elektromagnetischen und chemischen Eigenschaften von Atomen und Elementen (das Gebiet der Naturwissenschaft, das man als Atomphysik kennt) zu verstehen. Man hat jahrelang Atomphysik betrieben, bevor es überhaupt nur einen Hinweis auf eine zugrunde liegende Substruktur gab. Und wenn Biologen eine Zelle untersuchen, brauchen sie über die Quarks innerhalb des Protons ebenfalls nichts zu wissen.
    Ich erinnere mich, dass ich mich etwas betrogen fühlte, als mein Gymnasiallehrer, nachdem er Monate auf Newtons Gesetze verwendet hatte, der Klasse sagte, dass diese Gesetze falsch seien. Aber mein Lehrer hatte mit seiner Aussage nicht ganz recht. Newtons Bewegungsgesetze funktionieren für die Entfernungen und Geschwindigkeiten, die man zu seiner Zeit beobachten konnte. Newton dachte über physikalische Gesetze nach, die Geltung besaßen, und zwar relativ zu der Genauigkeit, mit der er (oder jeder andere zu seiner Zeit) Messungen vornehmen konnte. Er brauchte nicht die Details der Allgemeinen Relativitätstheorie, um erfolgreiche Vorhersagen darüber zu machen, was damals gemessen werden konnte. Und wir brauchen diese Details ebenfalls nicht, wenn wir solche Vorhersagen machen, die für große Körper bei relativ geringen Geschwindigkeiten und Dichten relevant sind, für die Newtons Gesetze gelten. Wenn Physiker oder Ingenieure heute die Umlaufbahnen von Planeten untersuchen, müssen sie auch nicht die detaillierte Zusammensetzung der Sonnen kennen. Die Gesetze, die das Verhalten von Quarks regieren, wirken sich auch nicht wahrnehmbar auf die Vorhersagen aus, die für Himmelskörper gelten.
    Ein Verständnis der elementarsten Bestandteile ist selten die effektivste Methode, die Wechselwirkungen zu verstehen, die größere Maßstäbe betreffen, wo winzige Substrukturen im Allgemeinen nur eine ganz kleine Rolle spielen. Wir wären in großen Schwierigkeiten, wenn wir in der Atomphysik durch die Untersuchung der noch winzigeren Quarks Fortschritte machen sollten. Erst wenn wir etwas über detailliertere Eigenschaften der Kerne wissen wollen, wird die Quark-Substruktur relevant. Solange keine unermessliche Genauigkeit gefragt ist, können wir gefahrlos Chemie und Molekularbiologie betreiben und dabei jegliche interne Substruktur im Atomkern ignorieren. Elizabeth Strebs Tanzbewegungen werden sich nicht ändern, was auch immer im Größenbereich der Quantengravitation geschehen mag. Die Choreographie beruht nur auf klassischen physikalischen Gesetzen.
    Jedermann, Physiker eingeschlossen, verwendet lieber eine einfachere Beschreibung, wenn die Details unser Auflösungsvermögen übersteigen. Physiker formalisieren diese Intuition und organisieren Kategorien durch die relevanten Skalen oder Energien. Für jedes gegebene Problem verwenden wir das, was wir eine effektive Theorie nennen. Die effektive Theorie konzentriert sich auf die Teilchen und Kräfte, die auf die betreffenden Entfernungen Auswirkungen haben. Anstatt Teilchen und Wechselwirkungen in Begriffen nicht messbarer Parameter darzustellen, die ein grundlegenderes Verhalten beschreiben, formulieren wir unsere Theorien, Gleichungen und Beobachtungen in Begriffen derjenigen Dinge, die in den Größenbereichen, die wir messen können, tatsächlich relevant sind.
    Die effektive Theorie, die wir bei größeren Entfernungen anwenden, geht nicht auf die Details einer grundlegenden physikalischen Theorie ein, die für kleinere Entfernungsmaßstäbe gilt. Sie bezieht sich ausschließlich auf Dinge, von denen man hofft, sie messen oder sehen zu können. Wenn etwas jenseits der Auflösung der Größenbereiche liegt, in denen man arbeitet, braucht man seine detaillierte Struktur nicht. Diese Praxis ist keine wissenschaftliche Hochstapelei, sondern eine Methode zur Nichtbeachtung des Wirrwarrs überflüssiger Informationen. Sie ist eine »effektive« Methode, um auf effiziente Weise präzise Antworten zu gewinnen und den Überblick darüber zu behalten, was sich in dem jeweiligen System befindet.
    Der Grund, weshalb effektive Theorien funktionieren, besteht darin, dass man das Unbekannte gefahrlos ignorieren kann, solange es keine messbaren Auswirkungen hat. Wenn die einzigen unbekannten Phänomene in