Ein Universum aus Nichts

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 zu Hilfe. Nachdem Dirac seine Gleichung vorgelegt hatte, dauerte es ein Jahr, bis er kapitulierte und akzeptierte, dass es ein neues Teilchen geben musste, wenn seine Gleichung korrekt war. Ein weiteres Jahr später entdeckten Experimentalphysiker bei der Beobachtung der die Erde bombardierenden kosmischen Strahlung Belege für neue Teilchen, die mit Elektronen übereinstimmten, aber entgegengesetzt geladen waren. Sie tauften sie Positronen.
    Dirac war rehabilitiert, gestand aber auch seinen früheren Mangel an Vertrauen in die eigene Theorie ein, als er später erklärte, seine Gleichung sei klüger gewesen als er selbst!
    Heute bezeichnen wir das Positron als »Antiteilchen« des Elektrons, weil sich zeigt, dass Diracs Entdeckung allgemein gültig ist. Die physikalischen Prinzipien, die die Existenz eines Antiteilchens zum Elektron notwendig machen, erfordern auch, dass es zu fast jedem Elementarteilchen in der Natur solch ein Teilchen gibt. Protonen beispielsweise haben Antiprotonen. Sogar manche neutralen Teilchen wie die Neutronen haben Antiteilchen. Treffen Teilchen und Antiteilchen aufeinander, so vernichten sie einander zu purer Strahlung.
    Obwohl sich all das wie Science-Fiction anhört (und in »Star Trek« spielt Antimaterie tatsächlich eine bedeutende Rolle), erzeugen wir in unseren großen Teilchenbeschleunigern überall auf der Welt ständig Antiteilchen. Weil diese Teilchen ansonsten die gleichen Eigenschaften besitzen wie normale Teilchen, würde sich eine aus Antimaterie bestehende Welt ebenso verhalten wie eine aus Materie aufgebaute Welt – mit Anti-Liebenden, die in Anti-Autos unter einem Anti-Mond Zärtlichkeiten austauschen. Dass wir in einem aus Materie statt aus Antimaterie oder aus gleichen Anteilen von beidem aufgebauten Universum leben, liegt nur an einem Zufall der Ausgangsbedingungen, der unserer Ansicht nach tiefer liegenden Faktoren zu verdanken ist. Doch dazu kommen wir später. Ich drücke es gern so aus: Antimaterie mag seltsam erscheinen, aber sie ist seltsam in dem Sinn, wie Belgier seltsam sind. In Wirklichkeit sind sie nicht merkwürdig – unsereiner trifft sie nur recht selten!
    Die Existenz von Antiteilchen macht aus der beobachtbaren Welt einen sehr viel interessanteren Ort, aber es zeigt sich auch, dass der leere Raum durch sie erheblich komplizierter wird.
    Der legendäre Physiker Richard Feynman war der Erste, der ein intuitives Verständnis ermöglichte, warum die Relativität die Existenz von Antiteilchen erfordert. Daraus ergab sich auch eine grafische Demonstration, dass der leere Raum gar nicht so leer ist.
    Wie Feynman erkannte, ergibt sich aus der Relativität, dass Beobachter, die sich unterschiedlich schnell bewegen, auch unterschiedliche Messungen von Größen wie Entfernung und Zeit vornehmen werden. So scheint beispielsweise die Zeit für Objekte, die sehr schnell unterwegs sind, langsamer abzulaufen. Könnten Objekte irgendwie schneller reisen als das Licht, würden sie sich anscheinend in der Zeit rückwärts bewegen – das ist einer der Gründe, weshalb die Lichtgeschwindigkeit üblicherweise als kosmische Geschwindigkeitsbeschränkung angesehen wird.
    Ein entscheidender Grundsatz der Quantenmechanik ist aber das Heisenberg’sche Unbestimmtheitsprinzip. Es besagt, wie schon erwähnt, dass es für bestimmte Paare von Größen wie etwa Position und Geschwindigkeit nicht möglich ist, in einem gegebenen System gleichzeitig exakte Werte zu bestimmen. Umgekehrt gilt: Misst man ein gegebenes System nur für ein festgelegtes finites Zeitintervall, kann man seine Gesamtenergie nicht exakt bestimmen.
    All das impliziert, dass die Quantenmechanik für sehr kurze Zeitabschnitte – so kurz, dass man die Geschwindigkeit nicht mit hoher Genauigkeit messen kann – die