Unsere Welt besteht aus Atomen

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„Die Welt ist fast aus Nichts gemacht“
Ein Gespräch mit dem Physiker Martinus Veltman
beim 58. Nobelpreisträgertreffen in Lindau
Am europäischen Kernforschungszentrum in Genf (CERN) wird in den nächsten Wochen der
Large Hadron Collider (LHC) in Betrieb gehen, ein gigantischer Teilchenbeschleuniger, von
dem sich Physiker in aller Welt enorme Erkenntnisse über die Entstehung der Welt und die
Entdeckung neuer Elementarteilchen versprechen. Martinus Veltman, von 1961 bis 1966 einer
der Forscher der ersten Jahre am CERN, ist mit seinen Erwartungen etwas vorsichtiger als
manche seiner Kollegen aus der Kosmologie, wie er uns beim 58. Nobelpreisträgertreffen in
Lindau erklärte. Zusammen mit seinem ehemaligen Doktoranden Gerardus ´t Hooft ist der
heute 77-jährige Veltman 1999 mit dem Physiknobelpreis ausgezeichnet worden, weil beide
bereits Anfang der siebziger Jahre eine mathematische Grundlage für das Standardmodell der
Teilchenphysik gelegt hatten, das viele (aber nicht alle) Aspekte der Welt präzise erklären
kann. Zwölf Teilchen, vier fundamentale Kräfte und zwölf Austauschteilchen, die diese Kräfte
vermitteln, bestimmen demnach das Geschehen in der Natur. Die Existenz eines 25. Teilchens,
des so genannten Higgs-Bosons, das den anderen Teilchen erst potentielle Energie und damit
ihre Masse geben soll, wird von Theoretikern seit langem postuliert, konnte von den
Experimentalphysikern bisher aber nicht gefunden werden. Die unvorstellbar hohen Energien,
unter denen Teilchen sich im LHC gegenseitig zertrümmern werden, sollen das ändern.
Herr Professor Veltman, unsere Welt besteht aus Atomen. Diese Atome bestehen
aus Quarks, Neutrinos und Elektronen, die alle keine messbare Ausdehnung haben.
Im Raum zwischen Atomkern und Elektronen herrscht vorwiegend Leere. Ist unsere
Welt fast nur aus Nichts gemacht?
Ja, das ist richtig. – Ja!
Das geht Ihnen so einfach von den Lippen. Für die meisten Menschen ist das
unfassbar. Wir sitzen hier, schauen auf den sonnig blinkenden Bodensee und die
Reste des Schnees auf den Schweizer Bergen – und das soll fast nur aus Nichts
gemacht sein?
Wir dürfen uns da nicht missverstehen. Die Elementarteilchen, aus denen
unsere Welt besteht, haben tatsächlich keine Ausdehnung. Aber sie bewegen
sich innerhalb von Feldern. Unsere Welt ist im wesentlichen aus Kraftfeldern
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gemacht. Aus der Schwerkraft. Aus der starken und der schwachen Kraft
innerhalb des Atomkerns. Und aus elektromagnetischen Feldern wie dem
Licht. Und Atome entstehen, weil es Felder von elektrischen
Wechselwirkungen gibt, in die sich Elektronen hineinbewegen. Also sind sie
nicht wirklich leer.
Ist das erschreckend oder erstaunlich für Sie, dass unser Leben im Wesentlichen
von Kraftfeldern bestimmt wird, zwischen denen wenig anderes ist?
Nein, das bedeutet mir nichts. Das sind leere Worte. Als Physiker versuche ich
einfach, die Natur zu studieren. Da ist kein Platz für große Gefühle.
Aber manchmal doch für große Worte. Denn Kraftfelder gibt es ja offenbar auch im
Vakuum. Ihr Kollege David Gross hat deshalb vorhin in seinem Vortrag gesagt:
„Unsere größte Aufgabe ist es, das Nichts zu verstehen. Wenn wir erst einmal das
Vakuum verstanden haben, ist alles andere trivial.“ Stimmen Sie dem zu?
Nein, ich bin kein abstrakter Mensch. Verstehen kann ich eine Sache nur auf
einer praktischen Ebene, wenn ich alles über sie weiß und vorhersagen kann,
wie sie funktioniert. Ich bin Realist und Sie werden mich nicht mit
buddhistischen Begriffen fangen. Natürlich spielt das Vakuum eine große
Rolle, die noch nicht ausreichend verstanden ist. Aber deshalb ist unser
Universum nicht vom Vakuum dominiert. Es ist voll von Partikeln, die
allerdings, wie gesagt, genau genommen keine Ausdehnung haben. Darauf
habe ich schon bei meiner Antrittsvorlesung 1968 in Utrecht Bezug genommen.
Wir könnten uns ja vorstellen, habe ich damals phantasiert, dass alle
Elementarteilchen in Wirklichkeit winzige schwarze Löcher sind. Dann
dürften wir Physiker aber darauf gespannt sein, was die Natur um diese
Löcher herumgestrickt hat.
Nun gibt es in der Physik ja eine besondere Spannung zwischen Theorie und Praxis,
zwischen Experiment und Spekulation. Einerseits sind nur solche Theorien
brauchbar, die sich testen lassen; andererseits kann man nicht immer größere
Experimente unternehmen. Es wäre sinnlos, einen Teilchenbeschleuniger zu bauen,
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der die ganze Erde umrundet, sagten Sie vorhin in Ihrem Vortrag. Wie soll man
diesem Dilemma entgehen?
Es gibt viele offene Fragen, für deren Beantwortung wir noch kein
experimentelles Werkzeug haben. Aber es gibt interessante Fragen, von denen
wir noch nicht einmal wissen, wie wir sie formulieren sollen, damit wir sie
beantworten können. Wäre es für Sie nicht interessant herauszufinden, warum
Sie existieren? Wie wollen Sie das herausfinden?
Aber das ist eine philosophische und keine wissenschaftliche Frage.
Das hängt davon ab, auf welchem Level Sie diese Frage stellen. Warum
existiert dieses Elementarteilchen? Warum existiert dieses Kraftfeld? Was
machen die hier? Und warum? Es sind solche Fragen nach der Existenz des
Elementaren, die mich am meisten bewegen.
Das gleicht dennoch dem philosophischen Staunen darüber, dass wir hier sind. Das
Wunder aller Wunder, dass die Welt überhaupt existiert.
Das mag sein. Aber als Physiker suche ich darauf keine tiefe philosophische
Antwort. Ich frage auf einer relativ einfachen Ebene: Warum sind die zwölf
Elementarteilchen in drei Familien zu je vier Mitgliedern unterteilt,
wenngleich in unserer Alltagswelt nur eine dieser Familien eine Rolle spielt.
Was steht dahinter? Wir sind da in einem ähnlichen Stadium wie die
Wissenschaft des 19. Jahrhunderts, als Mendeljew das Periodensystem mit 92
Elementen aufstellte, ohne zu wissen, was hinter dieser Einteilung steht. Denn
der Aufbau der Atome aus Kern und Elektronenhülle wurde erst später
entdeckt. Vielleicht verhält es sich mit den Elementarteilchen genauso. Wenn
wir theoretisch richtig fragen, könnten wir das herausbekommen.
Aber das Standardmodell ist doch schon heute tauglich, um zu erklären, wie sich
die ungeheure Energie des Urknalls teilweise in Materie verwandeln konnte?
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Das weiß ich nicht, dazu habe ich keinen Zugang, ich habe keine Mittel, das zu
prüfen, da müssen Sie die Kosmologen fragen. Ich bin nicht so dumm, meine
Forschung mit Fragen zu beginnen, die ich praktisch nicht beantworten kann.
Aber verschmelzen die Kosmologie und die Teilchenphysik nicht immer mehr zu
einer Disziplin? Zeigt sich das nicht daran, dass im LHC am CERN die Entstehung
der Welt durch den Zusammenstoss hochenergetischer Teilchen simuliert werden
soll?
Diese Konvergenz gibt es nur in den Köpfen der Kosmologen, die gerne das
große Wort über die Entstehung der Welt führen. Sie irren sich oft, aber
zweifeln nie. Wir Partikelphysiker sind da bescheidener.
Seit Einstein wissen wir, dass Energie und Materie identisch beziehungsweise zwei
Seiten derselben Medaille sind. Aber wir wissen weder genau, was Materie noch
was Energie ist. Sind beide nicht nur Kopfgeburten und Konzepte der Physiker?
Sie hören nicht auf, nach dem Warum zu fragen. Das ist gefährlich. Physiker
dürfen sich diese Art von Fragen nicht stellen, sonst enden Sie auf dem
Scheiterhaufen. Es gibt für mich deshalb eine klare Demarkationslinie, die ich
als Physiker in unserer Unterhaltung nicht überschreiten möchte, auch wenn
ich als Mensch manchmal nachts wach liege und mich frage, welchen Sinn
mein Leben hat. Als Physiker müssen wir aber eine scharfe Trennlinie
zwischen unserer Wissenschaft und der Religion ziehen. Sonst beginnen wir an
Spekulationen über Supersymmetrien oder Superstrings zu glauben statt mit
Theorien zu arbeiten, die wir wirklich überprüfen können.
Außerhalb Ihres Berufs und jenseits der Demarkationslinie: Glauben Sie an Gott?
Nein. Aber immer wieder durchdringt mich dieses Warum, warum, warum?
Und dann scheint mir oft, dass wir Menschen doch viel zu komplizierte Wesen
sind, als dass wir durch die Evolution alleine hätten entstehen können.
Schauen Sie sich doch um, sehen Sie die vielen hundert Studierenden aus aller
Welt, die hier nach Lindau gekommen sind, um mit uns Nobelpreisträgern zu
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diskutieren und ihren Weg in die Zukunft zu suchen. Die blinden Gesetze des
Zufalls allein können deren Vielfalt und Intelligenz nicht erzeugt haben. Das
wäre ja so, als entstünde aus einem Haufen alten Eisens auf Dauer wie von
selbst ein moderner Computer.
Was geben Sie diesen jungen Wissenschaftlern mit auf ihren Weg?
Vielleicht ist in der Art, wie Quarks und Leptonen am Anfang unserer Welt
entstanden sind, ein Muster ausgelegt, aus dem sich ablesen ließe, was uns
Menschen möglich macht. Vielleicht ist einer genial genug, das
herauszufinden. Aber wissen Sie, das ist jetzt pure Phantasie und noch lange
nicht Physik.
Das Gespräch führte Joachim Pietzsch
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