★★★★★ Dr. T. 06.03.2024 amazon.de

Frank Wilczek ist theoretischer Physiker am MIT, 2004 erhielt er gemeinsam mit David Gross und David Politzer den Nobelpreis für seine Arbeiten zum Verständnis der asymptotischen Freiheit von stark wechselwirkenden Teilchen. Über diese Entdeckungen auf dem Hintergrund der Grundlagen und Entwicklungen der Theorie der Elementarteilchen, hat Wilczek bereits in allgemein verständlicher Weise in „A Beautiful Question“ (2015) berichtet.Sein neues Buch ist den Fundamenten gewidmet, die der physikalische Realität innewohnen und die Entwicklung des Universums bestimmen. In zehn Essays geht der Autor auf die großen Zusammenhänge ein und beleuchtet diese aus unterschiedlichen Perspektiven. Es wird jeweils ein Konzept oder ein Aspekt der modernen theoretischen Physik näher erörtert, dem Autor kommt es dabei wesentlich darauf an, die Gründen, Beobachtungen und Experimenten, auf denen diese Erkenntnissen beruhen, aufzuzeigen. Entsprechende Fragen von Freunden und Bekannten, regten Wilczek zu dem Buch an. Während der Arbeit am Exposee verwandelte sich die Sichtung des Materials in einen Prozess der Kontemplation, im Laufe dessen sich die Themen mit einer Klarheit und Tiefe zu entwickeln begannen, die den Autor überraschten, wie er im Vorwort bekennt.Das Unverständlichste am Universum ist im Grunde, dass wir es verstehen können, formulierte Einstein. Es sind folgende trügerisch einfache, allgemeine Prinzipien, die die Welt regeln: danach beschreiben die grundlegenden Gesetze Veränderungen. d.h. Übergänge von Zustand zu Zustand, diese Gesetze sind universell, lokal und präzise. Die Prinzipien der Universalität und Lokalität ermöglichen u.a. die Beweisführung auf Grund von Experimenten. Dabei sind diese Prinzipien keineswegs selbstverständlich – Wilczek erwähnt, dass in Laufe der menschlichen Geschichte, Begründungen nur zu einem geringen Teil auf Grund von exakten Gesetzen gefällt wurden, weit häufiger basierten sie auf Mythologie, Astrologie, Hellsehen oder Magie; der Autor diskutiert sogar virtuelle Welten, a la Matrix, in denen jedes Prinzip außer Kraft gesetzt werden könnte, in solchen Welten wären dann tatsächlich Wunder möglich.Die erwähnten Prinzipien kommen in den Basisbausteinen der physikalischen Realität, die wir Elementarteilchen nennen, zum Ausdruck. Diese erlauben nur sehr wenige Eigenschaften: Masse, Ladung und Spin – so dass nur wenige Arten von ihnen existieren. Konkret sind das die Partikel und Kräfte des Core Modells, wie der Autor das Standardmodell lieber bezeichnet. Bis auf die Gravitation werden diese durch Quantenfelder beschrieben – dabei trägt der Feldaspekt dem Lokalitätsprinzip Rechnung, andererseits sind Teilchen gerade die (diskreten) Anregungszustände dieser Felder; der Ursache, wieso Elementarteilchen in großer Zahl als identische Entitäten existieren, denn sie sind Anregungen des selben zugrundeliegenden Quantenfeldes.Obwohl also nur wenige Bausteine und Regeln im Spiel sind, ist das Universum unermesslich groß – sowohl in Raum und Zeit, als auch hinsichtlich Materie und Energie, ist es gewaltig. Das gilt erstaunlicher Weise sowohl in Großen wie im Kleinen, so dass, obwohl die menschlichen Ressourcen winzig im Vergleich zum Kosmos sind, sind sie doch bei weitem noch nicht ausgeschöpft. Diese Fülle wird noch überboten durch die gigantischen Kombinationsmöglichkeiten, mit den sich z.B. Atome zu Molekülen formen können – sie beutet nichts anderes als die Emergenz von Komplexität aus der Einfachheit der Fundamente.Nach den Basis- Ingredienzien der physikalischen Realität, wendet sich der Autor dem Universum, in seine tatsächlichen Erscheinungsform und Entwicklung, zu. Schon Einstein musste, nachdem er seine gerade geschaffene Allgemeine Relativitätstheorie auf das Universum als Ganzes angewandt hatte, eingestehen – wenn auch widerwillig und erst nachdem von Edwin Hubbles Entdeckungen erfuhr --, dass der Kosmos expandiert, also auch einen Anfang haben musste. Alan Guths Inflationstheorie konnte einige Schwierigkeiten dieses Modells, wie etwa Horizont- und Flachheitsproblem, beheben, nicht aber ohne neue Schwierigkeiten aufzuwerfen. Gravitation, die als einzige Kraft nicht abgeschirmt werden kann, wirkt der allgemeinen Expansion entgegen und ist somit in der Lage, kleinste Dichteschwankungen zu verstärken, aus denen komplexe Strukturen entstehen können: Filamente und Voids, Galaxien, Sterne und Planetensysteme; deren relative dynamische Stabilität wiederum die Voraussetzung für Entstehung noch komplexerer Einheiten, wie organischer Materie, ist.Ein Großteil der Erkenntnisse über das Universum, seine Entwicklung und die Art seiner Expansion, stammen aus der genauen Analyse der kosmischen Hintergrundstrahlung, die in den letzten Jahrzehnten dank präziser Messungen mit Hilfe von Satelliten möglich wurden. Am anderen Ende der Skala, sind die riesigen Teilchenbeschleunigen Fenster zur Beobachtung von Prozessen, die bei Energien stattfinden, die es kurz nach dem Big Bang gab. So konnte Experimente am LHC (CERN) 2012 das lang gesuchte Higgs Boson nachweisen, das für die Konsistenz des Core Modells unabdingbar ist. Dank fortschrittlichster Technologie erschließen sich immer wieder neue solche Fenster – erst 2015 konnte LIGO erstmals Gravitationswellen direkt registrieren, fast 100 Jahre nachdem Einstein sie als Folge seiner Feldgleichungen vorhergesagt hatte. Damit eröffnet sich sogar ein völlig neues Beobachtungsfenster, jenseits der elektromagnetischen Strahlung, das es vielleicht auch einst ermöglicht, hinter die Hintergrund- Barriere zu ‘schauen‘. Neuerdings erlauben global vernetze Sensoren zudem, Teleskope von Größe der Erde zu emulieren. Mit einem solchen Netz von Radioteleskopen gelang es bereits der Schatten eines Schwarzen Loches auf seiner Akkretionsscheibe sichtbar zu machen. Künftig könnten mit ähnlichen Anordnungen auch Monde von Exoplaneten entdeckt werden.Der Erforschung der physikalischen Realität und die Suchen nach den ihre zugrundeliegenden Prinzipien zeigt immer wieder, dass die Welt zugleich einfach und komplex, logisch und verflochten, gesetzmäßig und chaotisch ist – selbst eine fundamentale Theorie, würde diese Dualitäten nicht auflösen. Aus diesem Grund ist Komplementarität eine der wichtigsten Lektionen, die das Studium der Realität lehrt; ursprünglich wurde sie von Bohr als erkenntnistheoretischer Rahmen im Diskurs um die Grundlagen und Interpretation der Quantenmechanik verwendet – Wilczek “übersetzt“ Komplementarität allgemeiner und weniger nebulös als Methode, komplexe Probleme auf verschiedene, gelegentlich sich zum Teil widersprechende Weise anzugehen, zu durchdenken, mit der Fähigkeit, auch Argumentationsketten anderer zu folgen – selbst wenn deren Ansichten nicht die eigenen sind. Der Autor nennt diesen Ansatz im wahrsten Sinne bewusstseinserweiternd (mind-expanding).Dem Autor ist mit seinem neuen Buch sicher etwas Grandioses gelungen; allerdings unterscheidet es sich auch von vielen anderen allgemein verständlichen Darstellungen der neueren Physik, die die einzelnen Themen systematisch entwickeln, oft mit einer historischen Einleitung, beginnend bei Galilei oder gar bei den antiken Vorläufern – leider bleiben dann für die spannenden neuen Dinge oft nur noch wenige Seiten übrig. Demgegenüber lädt Wilczek seine Leser auf zehn Gedankenreisen ein, in denen er die Prinzipen der modernen Physik für sich und seine Leser neu überdenkt. Er vergleicht seine Meditationen mit den tastenden Schritten, mit denen sein Enkel versucht die Welt zu erkunden und zu begreifen. Der Text enthält neben den zehn Grundmotiven auch persönliche Geschichten, dabei streift der Autor auch einige seiner Lieblingsthemen, wie Ayonen und neuerdings auch Künstliche Intelligenz, wie er in einem Video- Interview zum Buch berichtet. Phaszinierend aber wird die Darstellung, durch die zahlreichen, oft überraschenden Querverbindungen, die Wilczek immer wieder einstreut und verfolgt. Das wird dem Leser gelegentlich Geduld abverlangen, eine gewisse Vertrautheit mit den Gebieten der modernen Physik – jedenfalls auf informeller Ebene – wird auch nicht schaden – aber sie lohnt sich.Das Buch ist leider etwa mager ausgestattet, neben dem obligatorischen Index, gibt es einige Anhänge, darunter mit Erläuterungen zu Masse, Ladung und einer Übersicht über Elementarteichen. Einige wenige Anmerkung sind lediglich als Fußnoten über den Text verteilt, eine Bibliographie oder Hinweise zur weiteren Lektüre fehlen gänzlich.