Reden wir von den wesentlichen Grundlagen der Welt.
Die moderne Physik ist von zwei wesentlichen Theorien bestimmt: der Allgemeinen Relativitätstheorie (nach Einstein et al.) und der Quantentheorie (nach Planck et al.). Die eine beschreibt die wirklich großen Dinge und die Schwerkraft / Gravitation, die andere die sehr kleinen Dinge. Beide Theorien sind sehr erfolgreich in ihrer Anwendung. Vieles an modernen Geräten, die unser Leben bestimmen, wäre ohne diese Theorien nicht denkbar. Beide Theorien „funktionieren“ in der Praxis sehr gut.
Problem: die beiden Theorien widersprechen einander. Sie lassen sich (noch) nicht vereinheitlichen, „auf einen Nenner bringen“.
Die Kräfte
Es gibt noch andere Bestrebungen der Vereinheitlichung. Die moderne Physik kennt vier elementare „Kräfte“: die starke Wechselwirkung, die schwache Wechselwirkung, die elektromagnetische Wechselwirkung und die Gravitation. Viele Physiker:innen würden gerne diese 4 Kräfte „vereinheitlichen“, also als Ausprägungen ein und derselben „Grundkraft“ betrachten. Mit dem Denkansatz einer „Großen vereinheitlichten Theorie“ gelingt das auch im Großen und Ganzen für 3 der 4 Grundkräfte; nur die Gravitation passt da immer noch nicht hinein. Die Vereinheitlichung von Quantenphysik und Relativitätstheorie bzw. die Vereinheitlichung der 4 Grundkräfte wäre so etwas wie eine „Weltformel“: eine Erklärung (ein Erklärungsmodell) „für alles“.
string-Theorien
Um das zu schaffen, hat man seit den 60er-Jahren des 20. Jahrhunderts „string“-Theorien entwickelt und verfolgt, die das alles lösen könnten (oder lösen sollen). Problem: string-Theorien brauchen mehr als 3 Raum-Dimensionen. Die gehen sich mit 3 Raum-Dimensionen nicht mehr aus. Je nach Theorie-Ausprägung braucht man 6 oder mehr Dimensionen zusätzlich. Wo sind die aber?
Man hat sich damit beholfen, sich die zusätzlich nötigen Dimensionen als „eingerollt“, nur in winzigen Bereichen messbar vorzustellen. (Oder sie sich gar nicht mehr „vorzustellen“. Ein Teil der modernen Physik ist so etwas wie Mathematik und arbeitet ohne „naive“ / konkrete Vorstellungen.)
Problem dabei: Man kann „beweisen“, dass unsere Welt nur aus 3 Raumdimensionen besteht. Manche Leute nehmen noch eine 4. Dimension dazu: die Zeit – dazu weiter unten. Es entsteht dann ein 4-dimensionales „Raum-Zeit-Kontinuum“. Wir leben dann in einem 3- bzw. 4-dimensionalen Universum; also stimmen die string-Theorien nicht. Das sagt letztlich auch ein gestern erschienener Artikel in Spektrum.de: „Das Ende der Stringtheorie?„ Dieser Artikel ist der Anlass für meinen Text hier.
Brauchen wir eine Vereinheitlichung?
Also ich brauche keine Vereinheitlichung. Von mir aus können Quantenphysik und Relativitätstheorie friedlich nebeneinander koexistieren. Man braucht halt eine Art „Fallunterscheidung“: Geht es um Großes oder um Kleines? Wenn Großes, dann Relativität. Wenn Kleines, dann Quanten. Das funktioniert auch jetzt schon ganz gut.
Ich brauche auch keine Vereinheitlichung der Grundkräfte; ich kann gut damit leben, dass es vier Grundkräfte gibt. Es gibt keinerlei Notwendigkeit für „eine einzige Kraft für alles“. Das wäre ein „Luxus“, den man sich als Physiker:in wünschen kann, aber für den es kein „Recht“ gibt. Es gibt auch vier Aggregatzustände: fest, flüssig, gasförmig, plasmatisch. (Bei den „Alten Griechen“: Erde, Wasser, Luft, Feuer.) Na und? Sinds halt 4.
Ich habe den Eindruck, dass viele Physiker:innen gern nur eine „Grundkraft“ hätten, weil das physikalische Modell der Welt dann „schöner“ oder „symmetrischer“ wäre. Aber ich kann damit leben, dass die Grundlagen der Physik nicht so „schön“ oder „symmetrisch“ sind. Das muss nicht sein.
Andere Probleme
Die moderne Physik, besonders die Astrophysik, hat noch weitere wesentliche Probleme. Es gibt anscheinend im Weltall „Dunkle Materie“, die man nicht sehen kann, die sich nur über die Gravitation äußert: Elektromagnetismus, schwache und starke Kernkraft sind der Dunklen Materie egal. Es gibt außerdem „Dunkle Energie“, die man errechnen kann und die sich in einer hohen und steigenden Geschwindigkeit der Ausdehnung des Universums äußert. Beides: Dunkle Materie und Dunkle Energie müsste es in rauen Mengen geben: viel mehr als das, was wir so als herkömmliche Materie kennen. Aber man sieht sie nicht, man hört sie nicht, man riecht sie nicht. Sie ist nur „schwer“. Und bloß, weil etwas berechenbar ist, ist es noch nicht Realität – vgl. „Berechenbarkeit und Wirklichkeit“.
Ich finde Theorien, die sich prinzipiell nicht erkennbarer Phänomene bedienen, sehr problematisch. Dann kann man gleich Religion betreiben. Unter Umständen muss man sich also mit den Grundansätzen der Physik auseinander setzen:
Ein fehlerhafter Grundansatz?
Was ist „Zeit“? Zeit ist in der modernen Physik so etwas wie eine vierte Dimension zu Länge, Breite und Höhe: also zu dem, was man zur Beschreibung des Raums braucht. Wenn man aber „beweisen“ kann, dass unser „Raum“ nicht mehr als 3 Dimensionen hat, dann ist die Zeit keine vierte Dimension. Sie wäre – wenn, dann – sowieso eine ganz andere. Man misst sie nicht in Metern, sondern in Sekunden. Man kann in ihr auch nicht vor und zurück, sondern immer nur vor. Was ist das für eine „Dimension“? Meines Erachtens: keine! (Wenn es nur darum geht, dass man für eine Beschreibung eines Ereignisses seinen Platz im Raum und seinen Zeitpunkt braucht: das ist keine Rechtfertigung von Dimensionen. Man kann auch die Farbe, den Geruch, den Geschmack, die Sympathie des Ereignisses beschreiben wollen und kommt dann nicht mit 4 Koordinaten aus. So what?)
Vielleicht liegen ein paar Probleme der modernen Physik in einem fehlerhaften Grundansatz.
Was ist Zeit?
Ich habe meine eigene Theorie zur Zeit. Zeit gibt es offensichtlich nur, wenn es einen Raum gibt, in dem sich Materie bzw. Energie befindet. Materie und Energie sind i.W. zwei Erscheinungsformen desselben. Wir wissen ja:
E = m c²
Ist ein Raum leer, also ohne Energie und Masse, gibt es auch keine Zeit. (Völlig leere Räume sind aber uninteressant: „fad“.) Zeit ist die Tatsache, dass sich Materie / Energie im Raum verändert. Ist der Raum nicht leer, aber die Materie unterliegt keinerlei Änderungen, ist also starr, „eingefroren“, immer gleich, dann „steht“ die Zeit.
Die momentane Änderungsrate – mathematisch: die Ableitung – der Materie im Raum ist Zeit. Nicht: „Die Veränderung von Materie im Raum braucht Zeit“, sondern: „sie ist Zeit“. Genauer: der Betrag dieser Ableitung ist das, was wir als die fortschreitende Zeit erleben: deswegen hat Zeit nur eine Richtung (und die ist immer „positiv“) und man kann nicht „zurück“. (Plötzlich werden auch ein physikalischer und ein psychologischer Zeitbegriff sehr ähnlich.)
Materielle Objekte, die eine besonders regelhafte, sich wiederholende Veränderung von Materie im Raum zeigen, kann man „Kalender“ nennen oder „Uhren“. Mit ihnen kann man dann Zeit messen. Dass sich die Erde um die Sonne dreht, macht einen Jahreskalender. Dass sich die Erde um sich selbst dreht, macht unsere Uhr.
(Radikaler: der Begriff Jahr ist erst sinnvoll, seit sich die Erde um die Sonne dreht. Der Begriff Tag ist erst sinnvoll, seit die Erde rotiert. Es hat also wenig Sinn, das Alter des Universums mit 15 Milliarden Jahren anzugeben. Die Erde hat die Sonne noch lange nicht 15 Milliarden mal umrundet.)
Die Essenz
Wichtig ist: Wir haben nur die 3 Dimensionen des Raumes. Zeit ist eine aus Masse bzw. Energie und Raum (im wahrsten Sinn!) abgeleitete Größe – und keine eigenständige Dimension. Zeit ist nicht „primär“; Zeit ist eine „sekundäre“, abgeleitete Größe. Primär sind Raum und Materie / Energie.
Es ist falsch, das Universum auf 4 Dimensionen aufzubauen. Ich könnte mir vorstellen, dass eine streng 3-dimensionale Physik, die den heute gängigen „schlampigen“ Zeit-Begriff als „4. Dimension“ meidet, manche der heute auftretenden Probleme nicht mehr hätte. Die Schul-Physik wäre davon nicht unbedingt betroffen.
Das sind meine Überlegungen zur physikalischen Basis unserer Welt. Ich bin aber nicht Physiker; ich bin nur Mathematiker – und dazu auch noch in Pension. Ich habe meine Zeit-Theorie vor Jahren einmal einem „richtigen“ Physiker unterbreitet und er hat nicht detailliert dazu Stellung bezogen. Er hat nur gemeint, man könne das so sehen.
Ich freue mich also wieder einmal sehr auf und über Diskussionsbeiträge …
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