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

sich für Menschen darstellt, die sich die größte Mühe gegeben haben, sie zu verstehen. Wenn Sie das nicht mögen, schade.« [31]   Vielleicht meinen Sie, dass einiges von dem, was wir für wahr halten, so verrückt oder umständlich ist, dass Sie es nicht akzeptieren wollen. Aber das wird nichts an der Tatsache ändern, dass sich die Natur auf diese Weise verhält.
    Kleine Wellenlängen
    Kleine Abstände scheinen sonderbar zu sein, weil sie unvertraut sind. Wir brauchen winzige Sonden, um zu beobachten, was auf den kleinen Skalen geschieht. Die Buch- oder Bildschirmseite, die Sie gerade lesen, sieht ganz anders aus als das, was sich im Innersten der Materie befindet. Das liegt daran, dass der Akt des Sehens selbst mit der Wahrnehmung von sichtbarem Licht zu tun hat. Dieses Licht wird von Elektronen emittiert, die sich auf Bahnen um die Kerne im Zentrum von Atomen bewegen. Wie Abbildung 14 illustrierte, ist die Wellenlänge dieses Lichts nie klein genug, damit wir das Innere der Kerne untersuchen könnten.
    Wir müssen schlauer – oder je nachdem, wie man es betrachtet, auch unbarmherziger – sein, um zu entdecken, was auf der winzigen Skala eines Kerns geschieht. Kleine Wellenlängen sind erforderlich. Das sollte nicht so schwer zu glauben sein. Stellen Sie sich eine fiktive Welle mit einer Wellenlänge vor, die so groß ist wie das Weltall. Keine Wechselwirkung dieser Welle könnte Informationen enthalten, die genügen würden, um irgendetwas im Raum zu lokalisieren. Wenn es keine kleineren Schwingungen in dieser Welle gäbe, die die Struktur des Universums auflösen können, hätten wir, wenn uns nur diese riesige Wellenlänge als Orientierungshilfe zur Verfügung stünde, keine Möglichkeit, zu bestimmen, dass irgendetwas sich an einem bestimmten Ort befindet. Es wäre so, als würde man einen Haufen von Dingen mit einem Netz bedecken und dann fragen, wo sich Ihre Brieftasche befindet. Sie können sie so lange nicht finden, bis Sie über genügend Auflösungskraft verfügen, um in kleineren Skalen hineinzuschauen.
    Bei Wellen braucht man Scheitelpunkte und Senken mit dem richtigen Abstand – Variationen in der Größenordnung des Gegenstands, den wir aufzulösen versuchen –, damit man bestimmen kann, wo etwas ist oder was seine Größe und Form sein mag. Man kann sich eine Wellenlänge vorstellen, die so groß ist wie das Netz. Wenn ich nur weiß, dass sich etwas darin befindet, kann ich mit Sicherheit nur sagen, dass etwas sich innerhalb eines Bereichs befindet, der so groß ist wie das Netz, mit dem ich es gefangen habe. Um irgendetwas darüber hinaus sagen zu können, ist entweder ein kleineres Netz oder eine andere Methode erforderlich, um auf einer feineren Skala nach Variationen zu suchen.
    Die Quantenmechanik sagt uns, dass die Wahrscheinlichkeit, ein Teilchen an einem bestimmten Ort zu finden, durch Wellen charakterisiert wird. Diese können mit Lichtwellen in Verbindung gebracht werden. Oder es kann sich um Wellen handeln, die der Quantenmechanik zufolge jedes einzelne Teilchen insgeheim aufweist. Die Wellenlänge dieser Wellen gibt uns Auskunft über die mögliche Auflösung, die wir zu erreichen hoffen können, wenn wir Teilchen oder Strahlung einsetzen, um kleine Abstände zu untersuchen.
    Die Quantenmechanik sagt uns auch, dass kurze Wellenlängen hohe Energiebeträge erfordern. Das ist deshalb so, weil sie Frequenzen mit Energien in Verbindung bringt und die Wellen mit der höchsten Frequenz und den kürzesten Wellenlängen die meiste Energie tragen. Dadurch verknüpft die Quantenmechanik hohe Energien und kurze Entfernungen und sagt uns, dass nur Experimente, die mit hohen Energien operieren, die Vorgänge im Inneren der Materie erforschen können. Das ist der wesentliche Grund, warum wir Maschinen brauchen, die Teilchen auf hohe Energie beschleunigen, wenn wir die grundlegenden Bestandteile der Materie untersuchen wollen.
    Die quantenmechanischen Zusammenhänge von Wellen sagen uns, dass wir mit hohen Energien winzige Entfernungen erforschen können, und geben uns Auskunft über die Wechselwirkungen, die dort auftreten. Nur mit höheren Energien und somit kürzeren Wellenlängen können wir diese kleineren Skalen untersuchen. Die quantenmechanische Unbestimmtheitsrelation, die uns sagt, dass kleine Entfernungen mit großen Impulsen verbunden sind, zusammen mit den Beziehungen zwischen Energie, Masse und Impulsen, die von der speziellen Relativitätstheorie herrühren, präzisiert