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

Stärke beobachten (die elektromagnetische und die schwache und starke Kernkraft) (siehe Abbildung 19). [29]   Diese eine Kraft wurde vereinheitlichte Kraft genannt, weil sie die drei bekannten Kräfte umfasst. Die Spekulation wurde mit Große Vereinheitlichte Theorie (GVT) [Grand Unified Theory (GUT)] bezeichnet, weil Georgi und Glashow meinten, dass das lustig sei. [2]  

Abb. 19: Bei hoher Energie könnten die drei nichtgravitativen Kräfte dieselbe Stärke haben und deshalb zu einer einzigen Kraft vereinheitlicht werden.
    Diese Möglichkeit, dass die Stärke der Kräfte bei hohen Energien zusammentrifft, scheint mehr als eine nutzlose Spekulation zu sein. Berechnungen auf der Grundlage der Quantenmechanik und der speziellen Relativitätstheorie deuten darauf hin, dass das sehr wohl der Fall sein könnte. [30]   Aber die Energieskala, bei der sich dies ereignen würde, liegt weit über den Energien, die wir durch Beschleunigerexperimente untersuchen können. Die Abstände, auf denen die vereinheitlichte Kraft wirken würde, liegen bei etwa 10 -30 cm. Auch wenn eine solche Größe weit entfernt von allem ist, was wir beobachten können, so können wir doch nach indirekten Folgen der Vereinheitlichung suchen.
    Eine solche Möglichkeit ist der Protonenzerfall. Nach Georgi und Glashows Theorie – die neue Wechselwirkungen zwischen Quarks und Leptonen einführt – würden Protonen zerfallen. Aufgrund der ziemlich speziellen Eigenart ihres Vorschlags konnten Physiker die Zerfallsrate berechnen. Bisher wurden noch keine experimentellen Belege für die Vereinheitlichung gefunden, so dass ihr spezieller Vorschlag ausgeschlossen wird. Das bedeutet nicht, dass die Idee der Vereinheitlichung notwendigerweise falsch ist. Die Theorie könnte sich als raffinierter erweisen als jene, die sie vorschlugen.
    Die Erforschung der Vereinheitlichung zeigt, wie wir unsere Erkenntnis über direkt beobachtbare Skalen hinaus erweitern können. Mit Hilfe einer Theorie können wir versuchen, das, was wir experimentell festgestellt haben, auf noch unzugängliche Energien zu extrapolieren. Manchmal haben wir Glück, und es bieten sich ausgeklügelte Experimente an, die uns zu überprüfen gestatten, ob die Extrapolation mit den Daten übereinstimmt oder irgendwie zu naiv war. Im Fall der Großen Vereinheitlichten Theorie ermöglichten Protonenzerfall-Experimente den Naturwissenschaftlern, indirekt Wechselwirkungen bei Abständen zu untersuchen, die für die direkte Beobachtung viel zu klein sind. Durch diese Experimente konnten sie die Hypothese überprüfen. Eine Lektion, die wir aus diesem Beispiel lernen können, besteht darin, dass wir gelegentlich interessante Einblicke in die Materie und die Kräfte gewinnen und sogar Möglichkeiten finden können, um die Implikationen unserer Experimente auf viel höhere Energien und allgemeinere Phänomene zu erweitern, wenn wir über Entfernungsskalen spekulieren, die auf den ersten Blick zu entlegen sind, um relevant zu sein.
    Der nächste (und letzte) Halt auf unserer theoretischen Reise erfolgt bei der sogenannten Plancklänge , die 10 -33 cm beträgt. Um einen Eindruck davon zu bekommen, wie winzig diese Länge ist, stelle man sich vor, dass ihre Größe im Verhältnis zu einem Proton etwa so klein ist wie ein Proton im Verhältnis zur Breite von Rhode Island. Auf dieser Skala wird sogar etwas so Grundlegendes wie unsere elementaren Vorstellungen von Raum und Zeit wahrscheinlich versagen. Wir wissen nicht einmal, wie wir uns ein hypothetisches Experiment vorstellen sollen, um Entfernungen zu untersuchen, die kleiner als die Plancklänge sind. Sie ist der kleinstmögliche Größenbereich, den wir uns vorstellen können.
    Dieser Mangel an experimentellen Untersuchungen der Plancklänge könnte mehr als bloß ein Symptom unserer begrenzten Vorstellungskraft, Technik oder gar finanziellen Möglichkeiten sein. Die Unzugänglichkeit kürzerer Entfernungen könnte eine echte Beschränkung sein, die durch die Gesetze der Physik erzwungen wird. Wie wir im folgenden Kapitel sehen werden, sagt uns die Quantenmechanik, dass die Untersuchung kleiner Skalen hohe Energien erfordern. Aber sobald die Energie, die in einer kleinen Region eingefangen wurde, zu groß ist, kollabiert die Materie zu einem schwarzen Loch. Von diesem Punkt an dominiert die Gravitation. Mehr Energie vergrößert dann die schwarzen Löcher – anstatt sie zu verkleinern – in etwa so, wie wir es von vertrauteren makroskopischen