Das absolut Unveränderliche - Fritzsch, Harald
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Unser naturwissenschaftliches Weltbild ist entscheidend geprägt von den Naturkonstanten. Da ist zum Beispiel die Lichtgeschwindigkeit, die überall im Universum gilt, die Feinstrukturkonstante, die die elektrische Kraft beschreibt, oder die Gravitationskonstante. Woher kommen diese und die anderen Konstanten? Sind sie wirklich unveränderlich und überall gültig? Wie hängen sie zusammen? Diese Fragen stellen sich heutige Physiker, wenn sie versuchen, dieses Mysterium der Natur zu erklären. Keiner kann besser und verständlicher über die Naturkonstanten schreiben als der Teilchenphysiker und…mehr

Produktbeschreibung
Unser naturwissenschaftliches Weltbild ist entscheidend geprägt von den Naturkonstanten. Da ist zum Beispiel die Lichtgeschwindigkeit, die überall im Universum gilt, die Feinstrukturkonstante, die die elektrische Kraft beschreibt, oder die Gravitationskonstante. Woher kommen diese und die anderen Konstanten? Sind sie wirklich unveränderlich und überall gültig? Wie hängen sie zusammen? Diese Fragen stellen sich heutige Physiker, wenn sie versuchen, dieses Mysterium der Natur zu erklären. Keiner kann besser und verständlicher über die Naturkonstanten schreiben als der Teilchenphysiker und Bestsellerautor Harald Fritzsch. Erneut holt er sich Newton und Einstein zu Hilfe und läßt sie mit einem modernen Physiker diskutieren. Staunend folgt man den Gesprächen und versteht, warum die Physiker diese letzten Rätsel mit aller Macht lösen wollen.
  • Produktdetails
  • Verlag: Piper
  • Seitenzahl: 309
  • Deutsch
  • Abmessung: 31mm x 145mm x 220mm
  • Gewicht: 530g
  • ISBN-13: 9783492046848
  • ISBN-10: 3492046843
  • Artikelnr.: 14084426
Autorenporträt
Harald Fritzsch, geboren 1943 in Zwickau, ist seit 1980 Professor für Theoretische Physik an der Universität München. Er arbeitete bei Werner Heisenberg und forschte am California Institute of Technology zusammen mit Richard P. Feynman und Murray Gell-Mann. Er ist ein herausragender theoretischer Physiker und zugleich wie einst Feynman ein großer Vermittler moderner Physik.
Rezensionen
Besprechung von 21.07.2006
137 und die große Vereinigung
Harald Fritzsch über das Geheimnis der Naturkonstanten, die zugleich das tiefe Wissen und das Unwissen der Physik über das Universum zeigen
In dem Buch „Das absolut Unveränderliche” des Physikers Harald Fritzsch geht es um Naturkonstanten. Es gibt kein Problem in den Naturwissenschaften, bei dem sich tiefe Einsicht in die Naturprozesse und Ignoranz so eng begegnen wie bei diesem Problem. Zwar haben die Physiker im Laufe der Zeit die grundlegenden Naturgesetze herausgefunden, aber es stellte sich heraus, dass diese Gesetze von seltsamen Konstanten abhängen, von den Natur-Konstanten. Diese Konstanten können leider nur durch Experimente bestimmt werden. Theoretische Einsichten gibt es bislang nicht.
Die Naturkonstanten drücken ein tiefes Wissen über unser Universum aus. Sie kennzeichnen unser Universum. Bereiche des Universums, die weit von uns entfernt sind, könnten allerdings andere Naturkonstanten haben.
Die Naturkonstanten kennzeichnen zum einen unser tiefes Wissen über die Natur, aber gleichzeitig drücken sie auch unser Nichtwissen aus. Sind die Naturkonstanten kosmische Zufälle, etwa fixiert zufällig im Urknall? Oder sind sie bestimmt durch Naturgesetze, die wir bis heute nicht kennen? Wir wissen es nicht. Die Festlegung der Naturkonstanten ist bis heute ein Geheimnis. Zudem stellt sich die Frage: Sind sie wirklich konstant, oder gibt es eine kleine zeitliche Veränderung? Albert Einstein glaubte, dass die Naturkonstanten durch die Wechselwirkungen in der Natur fixiert sind. Wäre dies so, dann gäbe es keine Freiheit in diesen Konstanten. Die Physik zweifelt jedoch heute an dieser Sicht.
Seit der Zeit Isaac Newtons sind uns Naturkonstanten bekannt. Newton führte im 17. Jahrhundert die erste Konstante in die Physik ein, die Konstante der Gravitation. Im heutigen Standardmodell der Teilchenphysik gibt es jedoch eine ganze Reihe von Konstanten, nämlich 25. Darunter befindet sich auch die Konstante, die im Jahre 1916 von Arnold Sommerfeld in München eingeführt wurde, die Feinstrukturkonstante. Sommerfeld brachte mit seiner Feinstrukturkonstanten die Theorie der elektromagnetischen Wechselwirkungen, die Quantentheorie und die Relativitätstheorie zusammen. Die Konstante ist eine dimensionslose Zahl, genannt Alpha, und 1/Alpha ist etwa 137.
Die Zimmernummer im Spital
Seither hat keine Zahl die Physiker so sehr beschäftigt wie Alpha. Der berühmte Physiker Wolfgang Pauli hat sich Jahrzehnte bemüht, die Zahl Alpha zu verstehen. Als er im Jahre 1958 im Züricher Kantonsspital starb, bemerkte man, dass er im Zimmer 137 des Spitals gestorben war. Richard Feynman, der berühmte Quantenphysiker, sagte einmal zu Fritzsch: Jeder Theoretiker sollte an seine Wandtafel im Büro schreiben: „137 - wie wenig wir doch wissen.”
Da Alpha relativ klein ist, etwa 0,07, kann man mit Hilfe der Störungstheorie Quantenkorrekturen zu den grundlegenden elektromagnetischen Prozessen berechnen. Auf diese Weise hat man eine Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment erhalten, die man geradezu als phänomenal bezeichnen kann. Experiment und Theorie stimmen bis zu einem Milliardstel überein. Damit ist die Theorie, die Quantenelektrodynamik, kurz QED, die erfolgreichste Theorie in der Physik.
Fritzsch beschreibt in seinem Buch neben der QED die Atomphysik, die Antiteilchen und die Grundzüge der modernen Teilchenphysik, insbesondere die Quarks. Dabei kommt es zu einer grundlegenden Diskussion über die Eichtheorien. Ein Kapitel ist der Beschreibung der Quantenchromodynamik (QCD) gewidmet, der Theorie, die die Dynamik der Quarks beschreibt. Fritzsch hat diese Theorie zu Anfang der siebziger Jahre zusammen mit Murray Gell-Mann in den USA entwickelt.
Danach kommt es zu einer Diskussion über das heutige Standardmodell, das auch die schwachen und elektromagnetischen Wechselwirkungen einschließt. Die schwachen Wechselwirkungen werden durch massive Kraftteilchen übertragen, die sogenannten W- und Z-Bosonen. Sie wurden in den achtziger Jahren mit Hilfe des großen Beschleunigers am CERN bei Genf entdeckt.
Ein großer Teil der 25 Naturkonstanten des Standardmodells betrifft die Massen der Elektronen und anderer Teilchen, insbesondere auch die Massen der Quarks. Wie diese Massen zustande kommen, weiß bis heute niemand genau. Es gibt ein theoretisches Modell, das nach dem englischen Physiker Higgs benannte Higgs-Modell, bei dem die Massen durch Wechselwirkung mit einem sogenannten Higgs-Teilchen zustande kommen. Dieses Teilchen könnte man bei den Teilchenkollisionen am Beschleuniger LHC des CERN, der 2007 fertig gestellt wird, beobachten.
Eine Möglichkeit, die Anzahl der Naturkonstanten etwas zu reduzieren, ist die Hypothese, dass die starken, die schwachen und die elektromagnetischen Wechselwirkungen bei sehr hohen Energien vereinigt werden. Es kommt zur „Großen Vereinigung”. Die genauen Messungen der Stärken der drei Wechselwirkungen mit Hilfe des LEP-Beschleunigers am CERN unterstützen diese Idee.
Gegen Ende des Buches kommt es zu Diskussionen über eine zeitliche Varianz der Naturkonstanten. Kann es sein, dass die Naturkonstanten gar nicht konstant sind? Astrophysiker haben Spektrallinien im Licht ferner Quasare genau vermessen und glauben, Anzeichen dafür zu sehen, dass die Feinstrukturkonstante sich im Lauf der Milliarden von Jahren seit dem Urknall etwas verändert haben könnte. Entsprechend den Ideen der Großen Vereinigung würde dies zur Folge haben, dass sich auch die Stärke der starken Wechselwirkung etwas ändern würde, und damit die Massen der Atomkerne. Dies könnte man durch genaue Untersuchungen mit Hilfe der Laserphysik prüfen. Solche Experimente wurden in den letzten Jahren insbesondere am Münchner Max-Planck-Institut für Quantenoptik durchgeführt, durch die Arbeitsgruppe des Rezensenten. Mittlerweile haben unsere Experimente eine Präzision erreicht, die einfachste theoretische Modelle in Schwierigkeiten bringen. Eine zeitliche Varianz der Naturkonstanten wurde bislang nicht gefunden.
Das Buch von Fritzsch ist in Dialogform geschrieben. Es beschreibt virtuelle Diskussionen zwischen Isaac Newton, Albert Einstein und einem modernen Physiker, dem Theoretiker Adrian Haller von der Universität Bern. Fritzsch geht dabei einen ähnlichen Weg wie Galileo Galilei, der seine Ideen in seinen „Discorsi” niederschrieb. Die Dialoge, die Fritzsch beschreibt, finden in Kalifornien statt, zum großen Teil am California Institute of Technology in Pasadena, wo Fritzsch früher tätig war.
Das Buch von Fritzsch führt den Leser an die Probleme der modernen Physik heran. Es ist leicht und unterhaltsam zu lesen. Ich kann das Buch jedem empfehlen, der sich für die Belange der Naturwissenschaften interessiert.
THEODOR W. HÄNSCH
HARALD FRITZSCH: Das absolut Unveränderliche. Die letzten Rätsel der Physik. Piper Verlag, München 2005. 320 Seiten, 19,90 Euro.
Der Rezensent erhielt im vergangenen Jahr den Nobelpreis für Physik.
Lösen die hier, am CERN in Genf, das Rätsel der Materie?
Foto: dpa
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Perlentaucher-Notiz zur Süddeutsche Zeitung-Rezension

Dass ein Physik-Nobelpreisträger wie Theodor W. Hänsch eine Buchbesprechung schreibt, passiert nicht alle Tage. Aber schließlich geht es in diesem Buch des Physikers Harald Fritzsch um Naturkonstanten und da kennt Hänsch sich aus. "Sie kennzeichnen unser Universum", schreibt er hin, für alle die es nicht wussten. Und erzählt von QCD (Quantenchromodynamik), Higgs-Teilchen, Quarks und heißen Diskussionen über die tatsächliche Konstanz der Naturkonstanten. Mehr darüber gibt es in diesem Band, versichert er. Und nennt noch ein paar harte Fakten, die wir alle verstehen: Über die von Fritzsch gewählte, unterhaltsame Form des fiktiven Dialogs (mit Newton und Einstein etwa) und über die Eignung des Buches für jeden, der sich für die Probleme der modernen Physik interessiert.

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