Spektrum Highlights 1/2024 - Vom Quant zur Materie

Auf unsicherem Grund Alle zivilisatorischen Errungenschaften benötigen feste Fundamente, im wörtlichen wie im übertragenen Sinn. Jenseits der Belastbarkeitsgrenze des Untergrunds können die Gebäude einer Millionenstadt ebensowenig weiter gen Himmel wachsen, wie die Naturwissenschaft ohne eine hinreichend solide theoretische Basis noch über einen gewissen Punkt hinaus neue Erkenntnisse bringt. Nun scheint es, als beruhe manches allgemein akzeptierte Wissen über die Welt auf unsicheren Konzepten. Gedankengebäude, in denen wir uns routiniert bewegen und erfolgreich alltäglichen Forschungsfragen nachgehen, gründen eigentlich auf Pfeilern, die in einen Sumpf von nur vage ausgeloteter Tiefe getrieben wurden. Beispielsweise hat sich das Standardmodell der Teilchenphysik im Lauf der letzten Jahrzehnte zwar als ein enorm leistungsfähiges Konstrukt dafür erwiesen, Phänomene des Mikrokosmos zu erklären und vorauszusagen. Doch trotz intensiver Bemühungen gelingt es seit geraumer Zeit nicht, manche Erscheinungen stimmig zu integrieren - von subtilen und exotischen Effekten wie der Tatsache, dass Neutrinos sich ineinander umwandeln (S. 62), obwohl sie das als theoretisch masselose Elementarteilchen nicht dürften, bis hin zur auf großen Skalen wirkenden, allgegenwärtigen Schwerkraft, die sich partout nicht in die Ordnung fügt. Die maximale Geschosshöhe des Standardmodells ist erreicht. Der Sumpf, das sind in dieser Analogie die Quantenfeldtheorien und andere komplexe mathematische Ansätze, auf denen physikalische Modelle basieren. Sie führen nur über Vereinfachungen zu praktischen Lösungen, doch es ist alles andere als klar, wie sinnvoll gewisse Annahmen sind oder ob es bessere gäbe (S. 6). Selbst auf vordergründig einfache Fragen wie "Was ist ein Teilchen?" erhält man völlig unterschiedliche Antworten, je nachdem, an wen man sich wendet (S. 40). Manche hoffen, unter der Vielfalt der Erscheinungen neue fundamentale Objekte zu finden, die vielleicht ein besseres System enthüllen (S. 52). Andere wiederum beweisen, wie mächtig bereits das vorhandene Wissen ist, indem sie die bekannte Materie auf eine Weise manipulieren, die früher undenkbar schien, und ihr ganz neues Verhalten entlocken (S. 32). Denn bei allen Klagen über die Tragfähigkeit der Fundamente ist klar: Die darauf errichteten Paläste sind ebenso funktional wie prachtvoll, und das geschäftige Treiben aller, die sich darin bewegen, hat die moderne Physik an den Höhepunkt ihrer Blüte gebracht. Vielleicht wird es irgendwann, wenn sich die Rahmenbedingungen verändert haben, nötig, vieles davon aufzugeben und die moderne Physik auf anderen Fundamenten anzusiedeln. Wie venezianische Paläste werden überholte Forschungsrichtungen dann nur noch historischen Wert für romantische Touristen haben: in staunender Anerkennung der erbrachten Leistungen, aber für moderne Anforderungen nicht mehr zeitgemäß. Noch allerdings pulsiert das Leben im Prachtbau der Stringtheorie und in den Prokuratien des Standardmodells. Gespannt auf die Zukunft ist Ihr Mike Zeitz, Redaktion Spektrum der Wissenschaft

Auf unsicherem GrundAlle zivilisatorischen Errungenschaften benötigen feste Fundamente, im wörtlichen wie im übertragenen Sinn. Jenseits der Belastbarkeitsgrenze des Untergrunds können die Gebäude einer Millionenstadt ebensowenig weiter gen Himmel wachsen, wie die Naturwissenschaft ohne eine hinreichend solide theoretische Basis noch über einen gewissen Punkt hinaus neue Erkenntnisse bringt. Nun scheint es, als beruhe manches allgemein akzeptierte Wissen über die Welt auf unsicheren Konzepten. Gedankengebäude, in denen wir uns routiniert bewegen und erfolgreich alltäglichen Forschungsfragen nachgehen, gründen eigentlich auf Pfeilern, die in einen Sumpf von nur vage ausgeloteter Tiefe getrieben wurden.Beispielsweise hat sich das Standardmodell der Teilchenphysik im Lauf der letzten Jahrzehnte zwar als ein enorm leistungsfähiges Konstrukt dafür erwiesen, Phänomene des Mikrokosmos zu erklären und vorauszusagen. Doch trotz intensiver Bemühungen gelingt es seit geraumer Zeit nicht, manche Erscheinungen stimmig zu integrieren - von subtilen und exotischen Effekten wie der Tatsache, dass Neutrinos sich ineinander umwandeln (S. 62), obwohl sie das als theoretisch masselose Elementarteilchen nicht dürften, bis hin zur auf großen Skalen wirkenden, allgegenwärtigen Schwerkraft, die sich partout nicht in die Ordnung fügt. Die maximale Geschosshöhe des Standardmodells ist erreicht.Der Sumpf, das sind in dieser Analogie die Quantenfeldtheorien und andere komplexe mathematische Ansätze, auf denen physikalische Modelle basieren. Sie führen nur über Vereinfachungen zu praktischen Lösungen, doch es ist alles andere als klar, wie sinnvoll gewisse Annahmen sind oder ob es bessere gäbe (S. 6). Selbst auf vordergründig einfache Fragen wie "Was ist ein Teilchen?" erhält man völlig unterschiedliche Antworten, je nachdem, an wen man sich wendet (S. 40). Manche hoffen, unter der Vielfalt der Erscheinungen neue fundamentale Objekte zu finden, die vielleicht ein besseres System enthüllen (S. 52). Andere wiederum beweisen, wie mächtig bereits das vorhandene Wissen ist, indem sie die bekannte Materie auf eine Weise manipulieren, die früher undenkbar schien, und ihr ganz neues Verhalten entlocken (S. 32).Denn bei allen Klagen über die Tragfähigkeit der Fundamente ist klar: Die darauf errichteten Paläste sind ebenso funktional wie prachtvoll, und das geschäftige Treiben aller, die sich darin bewegen, hat die moderne Physik an den Höhepunkt ihrer Blüte gebracht.Vielleicht wird es irgendwann, wenn sich die Rahmenbedingungen verändert haben, nötig, vieles davon aufzugeben und die moderne Physik auf anderen Fundamenten anzusiedeln. Wie venezianische Paläste werden überholte Forschungsrichtungen dann nur noch historischen Wert für romantische Touristen haben: in staunender Anerkennung der erbrachten Leistungen, aber für moderne Anforderungen nicht mehr zeitgemäß. Noch allerdings pulsiert das Leben im Prachtbau der Stringtheorie und in den Prokuratien des Standardmodells. Gespannt auf die Zukunft ist Ihr Mike Zeitz, Redaktion Spektrum der Wissenschaft