Einstein, Quantenspuk und die Weltformel (German Edition)

Experimente festgelegt haben, die wir aber weder erklären noch herleiten können.
    Im Folgenden sollen einige der wahrscheinlich bedeutsamsten Fragen des Standardmodells und der Physik aufgeworfen werden. Fragen, die in diesem Buch ausführlich besprochen und erläutert werden. Falls es ihnen gelingt, eine abschliessende Antwort auf eine dieser Fragen zu finden, werden Sie wahrscheinlich in die Annalen der Physik eingehen und in einem Satz mit Einstein, Planck & Co. genannt werden.
5.5.1 Die 18 Unbekannten
    Wir wissen, dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ungefähr 300‘000 Kilometer pro Sekunde beträgt. Warum nimmt sie gerade diesen Wert an? Besteht zwischen der drei und unseren drei räumlichen Dimensionen ein Zusammenhang? Warum hat ein Elektron eine rund 2000-fach kleinere Masse als ein Proton, wobei beide über die gleich starke elektrische Ladung verfügen?
    Eine wesentliche Grundsatzdebatte führt uns zur Frage, weshalb die fundamentalen Naturkonstanten gerade die Werte annehmen, die wir in Experimenten bestimmt haben. Wären einige der achtzehn Parameter auch nur geringfügig anders konfiguriert, hätten sich womöglich keine Planeten und Sterne bilden können. Das Universum wäre ein ganz anderes, als wir es heute wahrnehmen. Gibt es eine übergeordnete Erklärung, aus der sich die Werte der achtzehn Parameter gezwungenermassen ergeben? Etwa so, wie sich aus zwei plus zwei aufgrund fundamentaler mathematischer Prinzipien gezwungenermassen vier ergibt?
5.5.2 Das Mysterium der Gravitation
    Die Gravitation unterscheidet sich grundlegend von den drei anderen Grundkräften der Natur. Sie ist wesentlich schwächer, kann nicht abgeschirmt werden, besitzt eine unendliche Reichweite und sämtliche Versuche, die Gravitation zu quantisieren, sind fehlgeschlagen. Zudem verlangsamen Gravitationsfelder die Zeit. Einige Forscher erklären die rätselhafte Schwäche der Gravitation mit zusätzlichen Dimensionen, die die Gravitation als einzige Naturkraft durchdringen kann.
    Weshalb aber unterscheidet sich die Gravitation dermassen von den anderen drei Naturkräften? Welche Geheimnisse verbergen sich hinter der Krümmung von Raum und Zeit? Gibt es Antigravitation und wenn ja, wie werden Zeitparadoxa bei Reisen in die Vergangenheit vermieden? Wie wird Gravitation überhaupt von der geometrischen Struktur der Raumzeit auf Massen und Energien übertragen? Existiert das Graviton, das vorhergesagte, aber bisher nicht nachgewiesene Trägerteilchen der Schwerkraft?
5.5.3 Warum ein Materie-Universum?
    Seit den 1930er Jahren wissen wir, dass die Antimaterie das Gegenstück zur Materie ist. In verschiedenen Experimenten haben Forscher herausgefunden, dass die Natur Materie gegenüber Antimaterie zu bevorzugen scheint. Dennoch erklärt diese so genannte CPVerletzung nicht, weshalb unser Universum nur aus Materie besteht. Auch wenn wir in die Tiefen des Weltalls spähen, konnten wir bisher keine Indizien für die Existenz von Antimaterie in der freien Natur finden. Tatsächlich konnte Antimaterie bisher nur im Teilchenbeschleuniger erzeugt werden. Warum aber besteht unser Universum aus Materie und nicht aus Antimaterie? Und wie ist der Vorzug der Natur für die Materie zu erklären?
5.5.4 Woher kommt die Masse?
    Im vergangenen Jahrhundert sind der Forschung epochale Fortschritte gelungen, die uns vermehrt mit fundamentalen Fragen konfrontieren. Was ist Masse? Was ist Energie? Woher hat Materie ihre Masse? Obwohl wir in der Wissenschaft eifrig mit diesen Begriffen hantieren, haben wir bis heute nicht verstanden, woher Elementarteilchen ihre Masse haben oder wie es sein kann, dass lichtschnelle Teilchen über keine Ruhemasse verfügen. Ebenso ungeklärt ist die Frage, warum die Elementarteilchen genau ihre Masse haben. Möglicherweise lassen sich die Massen auf die Wechselwirkung mit dem so genannten „Higgs“-Teilchen zurückführen. In Teilchenbeschleuniger-Experimenten wird derzeit überprüft, ob dieses „Higgs“-Teilchen tatsächlich existiert und damit eine bedeutende Lücke im Standardmodell der Physik geschlossen werden kann. Wenn der Nachweis gelingt, würde das bedeuten, dass Masse keine grundlegende Eigenschaft der Elementarteilchen ist, sondern durch die Higgs-Wechselwirkung übertragen wird. Das wiederum beantwortet aber nicht die Frage, weshalb gewisse Teilchen mit dem Higgs-Feld wechselwirken (beispielsweise Elektronen und Protonen) und andere nicht (beispielsweise Gravitonen, Photonen). Oder anders gefragt: