Einstein, Quantenspuk und die Weltformel (German Edition)

besteht aus winzig kleinen Teilchen, so genannten Atomen. Ein einzelnes Staubkorn besteht aus Milliarden Atomen. Jedes Atom setzt sich zusammen aus noch kleineren Teilchen, nämlich den Elektronen, Neutronen und Protonen, den so genannten Elementarteilchen. Diese Elementarteilchen kann man sich beispielhaft als winzig kleine Kugeln vorstellen. Elektronen sind negativ geladene Elementarteilchen, die vereinfacht dargestellt in einer Art Schale um den Kern des Atoms kreisen und damit dessen Hülle bilden. Etwa ähnlich wie die Erde und die anderen Planeten des Sonnensystems um die Sonne kreisen. Der Kern des Atoms, der Atomkern, besteht aus den Protonen, positiv geladenen Teilchen, und Neutronen, die ungeladen (neutral) sind. Wir bezeichnen Elektronen, Protonen und Neutronen als Elementarteilchen. Tatsächlich bilden diese Teilchen nicht den fundamentalen Baustein der Materie. Es gibt nämlich noch kleinere Elemente, die Quarks. Jedes unserer Elementarteilchen besteht also wiederum aus noch kleineren Teilchen 3 . Quarks sind in vielerlei Hinsicht ziemlich seltsame Teilchen. So konnte man zwar beweisen, dass die Elementarteilchen aus verschiedenen Quarks bestehen. Es scheint aber, als wenn Quarks ausserhalb von Elementarteilchen nicht existieren würden. Auf die Analogie mit dem Sonnensystem übertragen, bedeutet das etwa, dass die Erde aus Felsbrocken und Gesteinen besteht, diese aber nicht ausserhalb unseres Planeten existieren. Es sei denn, in oder auf einem anderen Planeten. Zumindest konnten bisher keine isolierten Quarks beobachtet werden. Dem ist auch besser so. Einige Wissenschaftler befürchten, dass das so genannte „Strange-Quark“ ausserhalb von jeder Bindung extrem gefährlich ist. So könnte es Materie absorbieren und in seltsame Materie verwandeln, die wiederum andere Materie scheinbar im Nichts auflöst. Eine Art Schwarzes Loch in Teilchenform.
    Vielleicht fragen Sie sich, ob die Quarks nun die kleinsten Bestandteile unserer Welt sind oder ob diese wiederum aus noch kleineren Elementen bestehen?
    Ende der 60er Jahre veränderten die Amerikaner die Welt, in dem sie mit der Mondlandung den ersten Menschen auf einen fremden Himmelskörper brachten. In Vietnam tobte ein erbarmungsloser Krieg. In Woodstock formierten die Hippies zum Zenit von Sex, Drugs & Rock’n’Roll. Derweilen entdeckte der italienische Physiker Gabriel Veneziano aus einer Formel heraus die kleinsten Bausteine der Welt, die Strings. Eine Entdeckung, die die Grundlage der Weltformel werden sollte. Bereits zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts haben Forscher begonnen, eine Brücke zwischen den Mysterien der Physik zu schlagen und alle Probleme und Fragen unter dem Dach einer einzigen Theorie zu vereinen. In einer dieser Theorien – der Weltformel – bestehen die Quarks und alle Teilchen überhaupt aus noch kleineren Elementen, den Strings. Die Mathematik dieser Stringtheorie ist hoch kompliziert und die Theorie an und für sich derart fundamental, dass wir bis heute mit keinem Experiment der Welt prüfen können, ob sie stimmt. Die Weltformel hat sich zum Ziel gesetzt, was Einstein sein ganzes Leben nicht gelungen ist: Die Quanten- und Relativitätstheorie unter dem Dach einer einzigen Theorie zu vereinen. Was sich wie akademisches Geplänkel anhört, entpuppt sich als das Jahrhundertproblem der Physik. Edward Witten bezeichnete die Stringtheorie sogar als Forschungsgebiet des 22. Jahrhunderts, das rein zufällig in unsere Gegenwart gerutscht ist.
    3 Genau genommen gilt dies nur für die Protonen und Neutronen, da Elektronen zu den so genannten „Leptonen“ gehören, die zusammen mit Quarks und Kraftübertragungsteilchen (Eichbosonen) die Grundbausteine der Materie formen.
    Die Quantenphysik ist einer der Eckpfeiler der modernen Physik und befasst sich mit dem Mikrokosmos und den Elementarteilchen. Hierzu gehört als Faustregel alles, was so klein ist, dass man es mit den besten Mikroskopen nicht sehen kann, sich grössenmässig also im Atombereich bewegt. Die Relativitätstheorie ist der zweite Eckpfeiler der modernen Physik und wurde massgeblich von Albert Einstein begründet. Die Relativitätstheorie beschäftigt sich mit dem Wesen von Raum, Zeit und der Gravitation, also dem Makrokosmos. Die Quanten- und Relativitätstheorie haben unser Verständnis der Natur innerhalb des vergangenen Jahrhunderts grundlegend verändert. Einsteins Relativitätstheorie besagt unter anderem, dass es in unserem Universum vier Dimensionen gibt, die