Alle reden vom Quantensprung, aber kaum jemand weiß, was das ist. Die seltsamen Spielregeln in der Welt der Quanten entziehen sich unserer Vorstellungskraft: Raum und Zeit sind zusammengerührt, Masse wird zu Energie und umgekehrt. Kenneth W. Ford hat einen einmaligen Ansatz entwickelt, um diese Phänomene verständlich und unterhaltsam zu erklären: Anders als alle anderen Bücher zu diesem Thema veranschaulicht Wie klein ist klein? die Gesetze der Quantenphysik durch das Bild der Teilchenfamilie. Wir lernen die Quarks kennen, die Leptonen und Bosonen und den Rest der Sippschaft, und wir erhalten einen Ausblick in die Zukunft der Quantentheorie. Kenneth W. Ford erklärt, warum diese Theorie die Physik des 20. Jahrhunderts revolutionierte. Er stellt die wichtigsten Forscher vor und gewährt faszinierende Einblicke in die Welt "unter der Oberfläche".
Großvater erzählt die Geschichte der Quanten: Im Reich der Physik kennt sich Kenneth W. Ford bestens aus
Der Alte würfelt nicht. Davon war Albert Einstein überzeugt. Was ihn an der Quantentheorie gewaltig störte, war nämlich, dass sie einen Zufallsmechanismus enthält. Jedes Plutoniumatom zerfällt irgendwann, doch der genaue Zeitpunkt lässt sich nicht vorhersagen. Aber wie hat sich Einstein das Universum dann vorgestellt? Vielleicht als eine Art "Go", wo aus den allereinfachsten Regeln sehr komplexe Konstellationen entstehen? Nach den Gesetzen, an die sich der Alte hält, hat Einstein immer gesucht, teilweise erfolgreich.
In dem gerade übersetzten Buch "Wie klein ist klein?" von Kenneth W. Ford gleicht unsere Welt eher einem Kartenspiel. Sie genügt einer Logik, doch vieles kommt einem willkürlich vor. Warum gibt es vier Könige im Blatt, warum gibt es sechs Quarks in der Atomphysik? Man kann aber außer der Frage "Warum?" immer auch die Frage "Wie?" stellen. Beides ist Wissenschaft.
Der amerikanische Untertitel des Buchs lautet "Quantum Physics for Everyone", der deutsche "Eine kurze Geschichte der Quanten". Das sind zwei faustdicke Lügen. "Quantenphysik für Jedermann", das geht nicht. Man darf bezweifeln, dass das Werk je auf Dieter Bohlens Nachttisch liegen wird. Und von "kurz" kann keine Rede sein. Im Rahmen des Möglichen hat Ford aber gute Arbeit geleistet.
Die Quantenphysik ist die Physik des sehr Kleinen. Sie beschäftigt sich - sagen wir vorsichtig: hauptsächlich - mit Molekülen, Atomen und subatomaren Teilchen. Man kann das Thema mehr aus der Sicht des theoretischen Physikers oder aus der des Experimentalphysikers sehen. Der eine würde über allgemeine Prinzipien reden, der andere über das, was konkret passiert. Ford hat die zweite Möglichkeit gewählt. Damit ist sein Buch eine gute Ergänzung zu all den anderen populären Darstellungen, die über die Quanten hauptsächlich philosophieren. Man will es kaum glauben, aber er verschweigt uns sogar Erwin Schrödingers berühmte Parabel von der untoten Katze, die eigentlich in jedes dieser Bücher gehört. Stattdessen streut er lieber ein paar Messwerte ein. Alle Energien werden in Elektronenvolt angegeben, die Bedeutung der diversen Größenordnungen wird immer wieder mit Beispielen aus dem Alltag veranschaulicht. Nicht dass man unter der Stofffülle zusammenbräche, aber jedenfalls hat man das Gefühl, eine Blaupause und keine Karikatur anzuschauen.
Die Didaktik der Physik ist ein Kapitel für sich. Physikstudenten werden offensichtlich gut ausgebildet, sonst könnten sie nicht so viele weltbewegende Theorien aushecken. Dabei entsteht das Wissen in ihrem Gehirn oft aus mehreren Quellen, die für sich allein unvollständig sind, so wie erst drei Quarks zusammen ein Proton bilden. Nichtphysiker hingegen tun sich mit der Physik schwer, weil ihnen immer wieder wichtige Steine des Puzzles fehlen. Physikdozenten neigen dazu, nicht nur wegzulassen, sondern auch noch zu verschweigen, dass und warum sie etwas weglassen. Sie sagen nicht, welche Informationen experimentell begründet sind und welche auf mathematischen Erkenntnissen beruhen. Kenneth W. Ford ist da keine Ausnahme. Dem Buch schadet das aber zum Glück keiner Weise.
Im Fokus des Buchs steht das sogenannte Standardmodell, in dem die subatomaren Teilchen klassifiziert werden. Typische Vertreter sind erstens: das Elektron und das Elektron-Neutrino. Das Paar Elektron/Elektron-Neutrino wiederholt sich noch in zwei anderen Geschmacksrichtungen (amerikanisch "flavor"). Warum gerade insgesamt drei "Flavors"? Wir wissen es nicht, aber es gibt Indizien dafür, dass es nur drei gibt. Zweitens: die sechs Quarks. Diese treten nie einzeln auf, sondern immer nur in Kombinationen. Deshalb weiß man auch nicht genau, wie schwer die einzelnen Quarks sind.
So eine Kombination enthält viel Energie, und nach der Relativitätstheorie sind Masse und Energie äquivalent. Wie setzt sich nun die Masse eines Protons aus den Massen der Quarks und der Energie zusammen? Man hat es noch nicht herausbekommen. Die Quarks sind so verborgen wie der Mittelpunkt der Erde. Drittens: "Austauschteilchen" wie das Photon. Diese beschreiben Wechselwirkungen zwischen den anderen Teilchen. Das Photon zum Beispiel gehört zum Elektromagnetismus. Das ist alles von der Infrarotlampe über die Leuchtstoffröhre und das Kofferradio bis zum Röntgenapparat von Dr. Seitz. Unterschiedliche Strahlungsfrequenzen entsprechen dabei unterschiedlichen Energien der Photonen.
Myriaden dieser Teilchen wuseln im Vakuum herum, kollidieren mit anderen Teilchen oder zerfallen. Dabei sind viele Ereignisse nur in diskreten Schritten möglich, und das sind ebendie Quanten. Um das Standardmodell zu begründen, benötigt man den ganzen aufwendigen Apparat der Theorie. Da kann Ford aber nur Hinweise geben. Zum Glück hat er auch keine übertriebenen Ambitionen und beschränkt sich auf Andeutungen. Schon sein Eingeständnis, dass man immer mit komplexen Zahlen rechnet, ist sehr zaghaft. Er will keinen Leser verprellen, und das gelingt. Am Schluss kommt dann noch ein Ausblick auf aktuelle Schlagwörter wie Quantencomputer, Stringtheorien, Dunkle Materie und Dunkle Energie. Ungewöhnlich für so ein Buch ist ein Anhang von etwa fünfzig Seiten mit Verständnisfragen und Antworten.
Fords Zugang zum Thema ist durchaus historisch. Das Buch ist aber weniger eine "Geschichte der Quanten" als eine populäre Einführung in die Quantenphysik der Gegenwart. Die vielen Irrwege und Sackgassen muss man nicht alle schildern, man darf den Leser ja nicht verwirren. Ford wurde 1953 promoviert. In seinem Wissenschaftlerleben hat er viele wichtige Physiker kennengelernt. Das hilft ihm, den tendenziell trockenen Stoff immer wieder einmal mit biographischen Bemerkungen aufzulockern.
Das Buch ist kein Feuerwerk von brillanten Einfällen und Formulierungen. Es gehört in die Kategorie "Großvater erzählt vom Krieg". Aber wenn der Großvater das interessant tut, ist dagegen ja nichts einzuwenden. Auf jeden Fall wird es noch manches Scharmützel setzen, ehe wir besser beurteilen können, ob der Alte würfelt oder nicht. Schließen wir deshalb mit einem weiteren Einstein-Wort, das sie in Princeton in Stein gemeißelt haben: "Raffiniert ist der Herrgott, aber boshaft ist Er nicht."
ERNST HORST
Kenneth W. Ford: "Wie klein ist klein?" Eine kurze Geschichte der Quanten. Aus dem Amerikanischen von Michael Schmidt. Ullstein Verlag, Berlin 2008. 397 S., Abb., geb., 19,90 [Euro].
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Perlentaucher-Notiz zur F.A.Z.-Rezension
Wohlwollend äußert sich Ernst Horst zu diesem Buch zum Thema Quantenphysik. In die Kategorie "für Jedermann" will er Kenneth W. Fords Darstellung lieber nicht stecken. Dieter Bohlen, erklärt er, wird es bestimmt nicht lesen. Dennoch oder gerade darum freut sich Horst an diesem Band als einer datenseligen "guten Ergänzung" populärer Vergleichswerke und einer zurückhaltenden "durchaus historischen" Präsentation der Quantenwelt, ohne "übertriebene Ambitionen", doch mit Ausblicken (Quantencomputer) und reichem Anhang. Dass Ford den Stoff mit "biografischen Bemerkungen" aus der Highsociety der Physiker auflockert, erleichtert dem Rezensenten die Lektüre eines, wie er zu bedenken gibt, nicht eben durch stilistische Brillanz auffallenden Textes.
© Perlentaucher Medien GmbH
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