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

es besteht aus kleineren Elementen. Seine Verwendung aus der Perspektive der Elementarteilchenphysik entspricht einer effektiven Theorie.
    Diese Beschreibung des klaren Entwicklungsfortschritts der Naturwissenschaft von gut Verstandenem zu Bereichen, die sich an der Grenze des Wissens befinden, trifft am besten auf Disziplinen wie die Physik und Kosmologie zu, in denen wir ein deutliches Verständnis der funktionalen Einheiten und ihrer Beziehungen haben. Effektive Theorien werden nicht unbedingt für neuere Disziplinen wie z.B. die Systembiologie funktionieren, in denen die Beziehungen zwischen dem Verhalten auf der molekularen Ebene und makroskopischeren Ebenen sowie die relevanten Rückkopplungs-Mechanismen erst noch vollständig verstanden werden müssen.
    Dennoch lässt sich die Idee effektiver Theorien in einem breiten Spektrum naturwissenschaftlicher Zusammenhänge anwenden. Die mathematischen Gleichungen, die die Evolution von Arten beschreiben, werden sich nicht als Reaktion auf neue Ergebnisse aus der Physik ändern, wie aus einem Gespräch mit dem mathematischen Biologen Martin Nowak im Anschluss an eine Frage hervorging, die er gestellt hatte. Er und seine Kollegen können die Parameter unabhängig von irgendeiner fundamentaleren Beschreibung charakterisieren. Sie mögen sich zwar letztendlich auf grundlegendere – physikalische oder andere – Größen beziehen, aber das ändert die Gleichungen nicht, die die mathematischen Biologen verwenden, um die Entwicklung des Verhaltens von Populationen über die Zeit hinweg zu beschreiben.
    Für Elementarteilchenphysiker sind effektive Theorien wesentlich. Wir isolieren einfache Systeme in verschiedenen Größenbereichen und setzen sie zueinander in Beziehung. Tatsächlich hält genau die Unsichtbarkeit der zugrunde liegenden Struktur, die uns gestattet, uns auf beobachtbare Größenbereiche zu konzentrieren und fundamentalere Effekte zu ignorieren, die zugrunde liegenden Wechselwirkungen so gut verborgen, dass wir sie nur mit gewaltigen Ressourcen und Anstrengungen aufspüren können. Die Winzigkeit der Auswirkungen fundamentalerer Theorien auf beobachtbare Größenbereiche ist der Grund dafür, warum die Physik heute eine so große Herausforderung darstellt. Wir müssen kleinere Größenbereiche unmittelbar untersuchen oder zunehmend präzisere Messungen machen, wenn wir die Auswirkungen der fundamentaleren Natur der Materie und ihrer Wechselwirkungen wahrnehmen wollen. Nur mit hochentwickelter Technologie können wir Zugang zu sehr kleinen oder extrem großen Entfernungsmaßstäben gewinnen. Daher müssen wir aufwendige Experimente – wie die am Large Hadron Collider – durchführen, um heute Fortschritte zu erzielen.
    Photonen und Licht
    Die Geschichte der Theorien über das Licht ist ein schönes Beispiel für die Art und Weise der Verwendung von effektiven Theorien in der Entwicklung der Naturwissenschaft, wobei manche Ideen verworfen werden, während andere als Näherungen, die für ihren jeweiligen Anwendungsbereich angemessen sind, beibehalten werden. Seit der Zeit der alten Griechen haben Menschen Licht mit Hilfe der geometrischen Optik untersucht. Das ist eines der Themen, über die jeder Kandidat für ein Aufbaustudium in Physik geprüft wird, wenn er das Physik-GRE [1]   (die Prüfung, die eine Voraussetzung für das Aufbaustudium ist) ablegt. Diese Theorie nimmt an, dass Licht sich in Strahlen oder auf Linien fortbewegt, und sagt, wie sich diese Strahlen verhalten, wenn sie durch verschiedene Medien hindurchgehen, und wie Instrumente sie nutzen und messen können.
    Das Seltsame ist, dass anscheinend niemand – zumindest niemand in Harvard, wo ich jetzt lehre und einst studierte – tatsächlich die klassische und geometrische Optik studiert. Vielleicht wird geometrische Optik ein bisschen auf dem Gymnasium unterrichtet, aber sie macht sicherlich keinen großen Teil des Lehrplans aus.
    Geometrische Optik ist ein altmodisches Fach. Sie hatte ihre Glanzzeit vor mehreren Jahrhunderten mit Newtons berühmter Schrift Opticks und wurde im 19. Jahrhundert fortgesetzt, als William Rowan Hamilton vielleicht zum ersten Mal ein neues Phänomen wirklich mathematisch vorhersagte.
    Die klassische Theorie der Optik gilt immer noch für solche Gebiete wie Fotografie, Medizin, Ingenieurswesen und Astronomie und wird verwendet, um neue Spiegel, Teleskope und Mikroskope zu entwickeln. Wissenschaftler und Ingenieure, die sich der klassischen Optik bedienen,