Ein Universum aus Nichts - ... und warum da trotzdem etwas ist

dass Elektronen in Atomen um den Kern im Zentrum kreisen wie Planeten um die Sonne. Er zeigte aber, dass die beobachteten Regelmäßigkeiten atomarer Spektren 22 so verstanden werden konnten, als wären die Elektronen irgendwie auf stabile Umlaufbahnen in einem festgelegten Satz von »Quantenniveaus« beschränkt, weshalb sie sich nicht auf freien Spiralbahnen zum Kern hinbewegen konnten. Zwischen den Niveaus konnten sie nur dann wechseln, wenn sie diskrete Frequenzen oder Quanten des Lichts absorbierten oder emittierten – genau jene Quanten, die Max Planck 1905 als Erster vorgeschlagen hatte, um so die von heißen Objekten abgegebenen Arten der Strahlung zu verstehen.
    Bohrs »Quantisierungsregeln« bezogen sich jedoch eher auf den Spezialfall. Wie Schrödinger und Heisenberg in den 1920ern unabhängig voneinander zeigten, war es möglich, diese Regeln aus grundlegenden Prinzipien abzuleiten, wenn die Elektronen dynamischen Vorschriften gehorchten, die sich von denen makroskopischer Objekte wie etwa Tennisbällen unterschieden. Elektronen konnten sich sowohl wie Teilchen als auch wie Wellen verhalten, die sich im Raum auszubreiten schienen (daher Schrödingers »Wellenfunktion« für Elektronen). Zudem konnte gezeigt werden, dass die Resultate von Messungen der Elektroneneigenschaften nur probabilistische Bestimmungen lieferten – verschiedene Kombinationen unterschiedlicher Eigenschaften waren nicht gleichzeitig exakt messbar (daher Heisenbergs »Unbestimmtheitsprinzip«).
    Wie Dirac gezeigt hatte, konnte die von Heisenberg zur Beschreibung von Quantensystemen vorgeschlagene Mathematik, wofür dieser 1932 den Nobelpreis für Physik erhielt, aus einer wohlüberlegten Analogie zu den bekannten Gesetzen abgeleitet werden, von denen die Dynamik klassischer makroskopischer Objekte beherrscht wird. Darüber hinaus konnte er später auch zeigen, dass die mathematische »Wellenmechanik« Schrödingers ebenfalls so abzuleiten und der Heisenberg’schen Formulierung formal gleichwertig war. Dirac wusste aber auch, dass die Quantenmechanik Bohrs, Heisenbergs und Schrödingers, so bemerkenswert sie war, nur für Bereiche galt, in denen nicht Einsteins Relativität, sondern Newtons Gesetze die klassischen Systeme regierten, als deren Analogie die Quantensysteme aufgebaut waren.
    Dirac dachte lieber in mathematischen Begriffen als in Bildern, und als er sich aufmerksam daranmachte, die Quantenmechanik mit Einsteins Gesetzen der Relativität in Einklang zu bringen, begann er mit vielen verschiedenen Arten von Gleichungen zu spielen. Darunter waren komplizierte mathematische Systeme aus vielen Komponenten, die erforderlich waren, um die Tatsache einzubeziehen, dass Elektronen »Spin« besitzen – das heißt, sie rotieren wie kleine Kreisel und verfügen über einen Drehimpuls, und sie können sowohl im als auch gegen den Uhrzeigersinn um jede Achse rotieren.
    1929 wurde er fündig. Die Gleichung Schrödingers hatte elegant und präzise beschrieben, wie Elektronen sich bei Geschwindigkeiten weit unterhalb der Lichtgeschwindigkeit verhalten. Wie Dirac herausfand, konnte er die Schrödinger-Gleichung mithilfe von Matrizen 23 in eine kompliziertere Gleichung umformen. Damit war es möglich, die Quantenmechanik konsistent mit der Relativität zu vereinen und damit grundsätzlich das Verhalten von Systemen zu beschreiben, deren Elektronen weit schneller unterwegs waren.
    Doch da gab es ein Problem. Dirac hatte eine Gleichung notiert, die das Verhalten von Elektronen beschreiben sollte, wenn sie mit elektrischen und magnetischen Feldern interagierten. Diese Gleichung schien jedoch auch die Existenz neuer Teilchen zu erfordern, die Elektronen glichen, aber entgegengesetzt elektrisch geladen waren.
    Damals kannte man in der Natur nur ein einziges Elementarteilchen mit einer Ladung, die der des Elektrons entgegengesetzt war: das Proton. Protonen gleichen Elektronen jedoch ganz und gar nicht. Vor allem sind sie 2000-mal schwerer!
    Dirac war verwirrt. In einem Akt der Verzweiflung stellte er die Vermutung auf, die neuen Teilchen seien tatsächlich Protonen, die während ihrer Bewegung im Raum durch Protonen-Interaktionen irgendwie dazu gebracht würden, sich zu verhalten, als wären sie leichter. Es dauerte nicht lange, bis andere, einschließlich Heisenberg, zeigten, dass dieser Vorschlag keinen Sinn ergab.
    Die Natur kam rasch