Vorwort

Die letzten dreißig Jahre seines Lebens hat Albert Einstein damit verbracht, unablässig nach einer sogenannten einheitlichen Feldtheorie zu suchen – einer Theorie, die in der Lage sein sollte, die Naturkräfte in einem einzigen umfassenden und schlüssigen System zu beschreiben. Dabei ging es Einstein durchaus nicht um die Dinge, die wir häufig mit wissenschaftlichen Bemühungen verbinden, etwa den Versuch, dieses oder jenes experimentelle Ergebnis zu erklären. Vielmehr beseelte ihn die leidenschaftliche Überzeugung, das Universum werde, richtig verstanden, am Ende seine tiefste und wunderbarste Wahrheit offenbaren: die Einfachheit und Kraft der Prinzipien, auf denen es beruht. Einstein wollte die Gesetzmäßigkeit des Universums mit nie zuvor erreichter Klarheit beschreiben, damit es sich der staunenden Menschheit in seiner ganzen Schönheit und Eleganz erschließe.

Diesen Traum hat sich Einstein nicht erfüllen können, vor allem, weil er unter höchst ungünstigen Bedingungen antreten mußte: Damals wurden viele wichtige Eigenschaften der Materie und der Naturkräfte noch gar nicht oder bestenfalls unzulänglich verstanden. Doch in den letzten fünfzig Jahren hat jede neue Physikergeneration – über viele Umwege und Sackgassen – Entdeckung um Entdeckung zusammengetragen, die Arbeit der Vorgänger ergänzt und auf diese Weise die Voraussetzung zu einem immer vollständigeren Bild des Universums geschaffen. Heute, lange nachdem Einstein sich auf seine vergebliche Suche nach einer einheitlichen Theorie begeben hat, glauben Physiker, endlich ein System gefunden zu haben, mit dem sie diese Entdeckungen und Erkenntnisse zu einem bruchlosen Ganzen zusammenfügen können – einer einzigen Theorie, die im Prinzip fähig sein müßte, alle physikalischen Phänomene zu beschreiben. Um diese Theorie, die Superstringtheorie, geht es im vorliegenden Buch.

Ich habe Das elegante Universum geschrieben, um einer größeren Zahl von Lesern, vor allem solchen ohne mathematische oder physikalische Vorbildung, die Erkenntnisse zugänglich zu machen, die in jüngerer Zeit an vorderster Front der physikalischen Forschung gewonnen worden sind. Bei populärwissenschaftlichen Vorträgen über die Superstringtheorie ist mir in den letzten Jahren aufgefallen, wie groß das Interesse der Öffentlichkeit an vielen aktuellen Forschungsergebnissen ist – an den fundamentalen Gesetzmäßigkeiten des Universums, an den enormen Veränderungen, die wir aufgrund der neu entdeckten Gesetze in Hinblick auf unsere kosmologischen Vorstellungen vornehmen müssen, und an den Aufgaben, die bei der längst nicht abgeschlossenen Suche nach der letztgültigen Theorie noch auf uns warten. Ich hoffe, daß ich dieses Interesse beleben und befriedigen kann, wenn ich, mit Einstein und Heisenberg beginnend, die großen Entdeckungen der Physik erkläre und wenn ich beschreibe, wie sich der rote Faden ihrer Erkenntnisse durch die bahnbrechenden Forschungsergebnisse der heutigen Physik zieht.

Weiter hoffe ich, daß das Elegante Universum auch für Leser mit naturwissenschaftlichen Vorkenntnissen interessant ist. Physiklehrer und ihre Schüler können sich in dem Buch, denke ich, über Grundlagen der modernen Physik informieren, etwa die spezielle Relativitätstheorie, die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechanik. Gleichzeitig vermittelt es einen Eindruck von der ansteckenden Begeisterung, die die Forscher beseelt, während sich ihnen die lange gesuchte einheitliche Theorie allmählich offenbart. Dem begierigen Leser populärwissenschaftlicher Bücher versuche ich viele der aufregenden Entdeckungen zu erklären, die im Laufe der letzten zehn Jahre unser Verständnis des Kosmos vorangebracht haben. Den Kollegen anderer wissenschaftlicher Disziplinen wird das Buch, so hoffe ich, zutreffend und ohne Voreingenommenheit vor Augen führen, warum die Stringtheoretiker so begeistert über die Fortschritte sind, die bei der Suche nach der Weltformel erreicht worden sind.

Die Superstringtheorie wirft ihre Netze weit aus und zieht viele der Entdeckungen heran, die für die Physik von zentraler Bedeutung sind. Da die Theorie die Gesetze des Großen und des Kleinen in sich vereinigt, Gesetze, die die Physik an den äußersten Rändern des Kosmos ebenso bestimmen wie das Verhalten der kleinsten Materieteilchen, kann man sich ihr auf vielen Wegen nähern. Ich habe mich für unser sich entwickelndes Verständnis von Zeit und Raum entschieden. Hier bietet sich, wie ich finde, eine besonders faszinierende Perspektive, die alle wichtigen neueren Erkenntnisse erfaßt. Einstein hat gezeigt, daß sich Raum und Zeit erstaunlich merkwürdig verhalten. Die neueste Forschung hat diese Entdeckungen in ein Quantenuniversum eingefügt, dessen zahlreiche verborgene Dimensionen im Gefüge des Kosmos aufgewickelt sind – Dimensionen, deren kompliziert verflochtene Geometrie die Antwort auf einige der wichtigsten Fragen überhaupt enthalten könnte. Obwohl einige dieser Konzepte sehr abstrakt sind, lassen sie sich, wie wir sehen werden, durch sehr konkrete Beispiele veranschaulichen. Haben wir diese Ideen erst einmal verstanden, zeigen sie uns ein verblüffendes und revolutionäres Bild des Universums.

Überall in diesem Buch habe ich versucht, mich eng an die wissenschaftlichen Fakten zu halten und dem Leser gleichzeitig – oft durch Vergleiche und Metaphern – ein intuitives Verständnis zu ermöglichen. Obwohl ich auf wissenschaftliche Begriffe und Gleichungen verzichte, werden dem Leser viele Konzepte so neu und unvertraut sein, daß er hin und wieder wird innehalten müssen. Hier wird er über einen Abschnitt nachzudenken und sich dort eine Erklärung zu vergegenwärtigen haben, um dem weiteren Gedankengang folgen zu können. Einige Abschnitte in Teil IV (die sich mit den neuesten Entwicklungen befassen) sind etwas abstrakter als der Rest. Ich habe mich bemüht, den Leser auf diese Abschnitte hinzuweisen und den Text so anzulegen, daß er ohne Folgen für das weitere Verständnis des Buches überflogen oder ausgelassen werden kann. Außerdem habe ich ein Glossar der wissenschaftlichen Begriffe angefügt, in dem die wichtigsten Termini leicht verständlich erklärt werden. Die Anmerkungen sind zum Verständnis des Textes nicht erforderlich, doch der interessierte Leser findet hier genauere Ausführungen zu einigen Punkten des Textes, Erläuterungen zu Ideen, die im Text vereinfacht dargestellt werden, und ein paar Hinweise, die mathematische Vorkenntnisse voraussetzen.

Vielen Menschen schulde ich Dank für die Hilfe, die sie mir bei der Abfassung dieses Buchs zuteil werden ließen. David Steinhardt hat das Manuskript sorgsam gelesen, wußte klugen Rat und hat mich immer wieder ermutigt. David Morrison, Ken Vineberg, Raphael Kasper, Nicholas Boles, Steven Carlip, Arthur Greenspoon, David Mermin, Michael Popowits und Shani Offen haben das Manuskript aufmerksam durchgesehen und detaillierte Vorschläge gemacht, die der endgültigen Fassung sehr zugute gekommen sind. Zu denen, die das Manuskript ganz oder teilweise gelesen haben, denen ich wertvolle Ratschläge verdanke und die mich ermutigt und unterstützt haben, gehören außerdem Paul Aspinwall, Persis Drell, Michael Duff, Kurt Gottfried, Joshua Greene, Teddy Jefferson, Marc Kamionkowski, Yakov Kanter, Andras Kovacs, David Lee, Megan McEwen, Nari Mistry, Hasan Padamsee, Ronen Plesser, Massimo Poratti, Fred Sherry, Lars Straeter, Steven Strogatz, Andrew Strominger, Henry Tye, Cumrun Vafa und Gabriele Veneziano. Besonder Dank gebührt Raphael Gunner (neben vielen anderen Dingen) für die verständnisvolle Kritik, die er zu einem frühen Zeitpunkt vorgebracht und die daher ganz wesentlich die Konzeption des Buches mitbestimmt hat, sowie Robert Malley für die unaufdringliche, aber hartnäckige Aufforderung, endlich damit aufzuhören, über das Buch nachzudenken, und es zu Papier zu bringen. Rat und Hilfe verdanke ich auch Steven Weinberg und Sidney Coleman. Mit Freude und Dankbarkeit denke ich an den regen Gedankenaustausch mit Carol Archer, Vicky Carstens, David Cassel, Anne Coyle, Michael Duncan, Jane Forman, Wendy Greene, Susan Greene, Erik Jendresen, Gary Kass, Shiva Kumar, Robert Mawhinney, Pam Morehouse, Pierre Ramond, Amanda Salles und Eero Simoncelli. Costas Efthimiou danke ich für die Hilfe bei der Überprüfung von Fakten und Literaturangaben sowie dafür, daß er meine flüchtigen Skizzen in Zeichnungen übersetzte, aus denen dann Tom Rockwell – mit übermenschlicher Geduld und meisterhaftem Kunstverstand – die Abbildungen des vorliegenden Buches schuf. Ferner habe ich Andrew Hanson und Jim Sethna für ihre Hilfe bei einigen Spezialabbildungen zu danken.

Für die Bereitschaft, sich interviewen zu lassen und ihre Auffassung zu einigen der behandelten Themen zu erläutern, danke ich Howard Georgi, Sheldon Glashow, Michael Green, John Schwarz, John Wheeler, Edward Witten und noch einmal Andrew Strominger, Cumrun Vafa und Gabriele Veneziano.

Sehr dankbar bin ich auch meinen Lektorinnen bei W.W. Norton, die beide entscheidend zur Klarheit der endgültigen Fassung beigetragen haben: Angela Von der Lippe durch ihre klugen und wertvollen Vorschläge und Traci Nagle durch ihr unbestechliches Auge fürs Detail. Meinen Literaturagenten John Brockman und Katinka Matson danke ich für die kenntnisreiche Betreuung des Buchs vom ersten Entwurf bis zur Veröffentlichung. Außerdem möchte ich meiner Lektorin bei Siedler, Andrea Böltken, meinem Übersetzer Hainer Kober und Markus Pössel, der die deutsche Übersetzung wissenschaftlich betreut hat, meinen Dank ausdrücken. Sie alle haben dafür gesorgt, daß die deutsche Ausgabe auf hervorragende Weise sowohl den Ton des englischen Originals trifft als auch dem wissenschaftlichen Gehalt gerecht wird.