Das Buch „Die Wirklichkeit, die nicht so ist, wie sie scheint: Eine Reise in die Welt der Quantengravitation “ entstand auf Anfragen aus Carlo Rovelllis Umfeld, berichtet der Professor für Theoretische Physik in seinen Vorbemerkungen. „Aber ich zögerte mit dem Projekt noch immer, weil ich das Buch im Kopf noch nicht vor mir ‚sah. Wie sollte ich eine Welt ohne Raum und Zeit erklären? Als ich 2012 nachts auf einer langen einsamen Fahrt von Italien nach Frankreich unterwegs war, wurde mir klar, dass sich die gegenwärtigen Veränderungen der Begriffe von Raum und Zeit nur dann verständlich erläutern ließen, wenn man die Geschichte von Anfang an erzählt: beginnend mit Demokrit über den ganzen Weg bis hin zu den Raumquanten.“
Von vier Teilen widmet Rovelli einen den „Wurzeln“. Im zweiten erklärt er die Relativitäts- und Quantentheorie. Den dritten Part nannte er „Quantenraum und relationale Zeit“ und den vierten „Jenseits von Raum und Zeit.“
Auffällig ist, dass die philosophisch-literarischen Texte den Formeln in diesem Physikbuch den Rang ablaufen. Lukrez besingt die Atome ebenso zauberhaft wie Dante das Universum. Rovelli schreibt: „Ich weiß nicht, ob dem jungen Einstein auf den intellektuellen Streifzügen, mit denen er seine Zeit in Italien verbummelte, das Paradies begegnet ist und ob die entfesselte Phantasie des großen Dante seine Intuition, dass das Universum endlich und zugleich unbegrenzt sein könnte, direkt beeinflusst hat. Aber unabhängig davon zeigt dieses Beispiel meiner Ansicht nach, dass große Wissenschaft und große Dichtung ähnlich visionär sind und bisweilen zur selben Intuition gelangen können.“
Wer die Relativitätstheorie endlich einmal verstehen möchte, hat hier gute Chancen. Zuerst erläutert der Autor die ausgedehnte Gegenwart, um den Leser behutsam daran zu gewöhnen, dass Uhren unterschiedlich gehen. „Je weiter diese Gegenwart vom Leser entfernt ist, desto länger dauert sie … Fachlich gesprochen, hat Einstein erkannt, dass eine ‚absolute Gleichzeitigkeit‘, also eine Menge von Ereignissen im Universum, die alle ‚jetzt’ stattfinden, nicht existiert.“
Die Allgemeine Relativitätstheorie erklärt Rovelli unter anderem wie folgt: „Die Sonne krümmt den Raum um sich herum, und die Erde umrundet die Sonne nicht deshalb, weil sie vermittels einer mysteriösen Kraft über eine Entfernung hinweg von ihr angezogen wird, sondern weil sie der Krümmung des Raumes folgt … Aber nicht nur der Raum, sondern auch die Zeit ist gekrümmt. Einstein sagt voraus, dass die Zeit auf der Erde in der Höhe schneller vergeht als weiter unten … Weil Zeit nichts Absolutes und Festes ist. Je nach Masse in ihrer Umgebung dehnt oder verkürzt sie sich: Wie jede Masse verformt die Erde die Raumzeit und lässt Uhren in ihrer Nähe langsamer ticken.“
Max Planck betrat noch vor Albert Einstein im Jahr 1900 die Bühne. „Um seine experimentellen Ergebnisse in eine Formel zu packen, bedient er sich eines Tricks: Er stellt sich vor, dass das elektromagnetische Feld in ‚Quanten‘, also Energiepäckchen oder -bausteinen, unterteilt sei. Planck nimmt an, dass der Zuschnitt, also die Größe der Päckchen, von der Frequenz der elektromagnetischen Wellen (also der Wärme) abhänge. Für Wellen der Frequenz f nimmt Planck an, dass jedes Quantum, also jedes Päckchen, eine Energie habe von: E = hf. In dieser Formel, der ersten der Quantenmechanik, ist h eine neue Konstante. Diese Planck-Konstante oder dieses Planck’sche Wirkungsquantum, wie sie heute heißt, bestimmt, wie viel Energie in jedem ‚Energiepäckchen’ für das Licht mit der Frequenz (Farbe) f steckt.“
Den Entdeckungen von Werner Heisenberg hat Rovelli im Jahr 2021 ein ganzes Buch gewidmet. Es heißt „Helgoland: Wie die Quantentheorie unsere Welt verändert“. Im vorliegenden Werk schreibt er kurz und bündig: „Elektronen existieren nicht dauerhaft, sondern nur dann, wenn sie wechselwirken. Sie materialisieren sich an einem Ort, wenn sie mit etwas anderem zusammenstoßen. Real existieren sie nur als ‚Quantensprünge‘ von einer Umlaufbahn zur anderen: Ein Elektron ist eine Gesamtheit an Sprüngen von einer Wechselwirkung zur nächsten. Wenn es nicht gestört wird, befindet es sich nirgendwo.“
Rovellis Ziel ist eindeutig. Er möchte , möglichst schnell, Relativitäts- und Quantentheorie vereint sehen. Sein Forscherdrang lässt ihn zunächst auf dem Weg von Italien nach Frankreich die zulässige Geschwindigkeit überschreiten. Er wiederholt diesen Fehler, indem er in seinem Buch ethische Einwände überspringt, um rasch seine Vision zu verwirklichen. Der Name Robert Oppenheimer fällt nicht in seinem Werk und dem Abwurf der Atombombe widmet er lediglich zwei Zeilen. Mehrmals erwähnt er das CERN, die Europäische Organisation für Kernforschung in seinen Ausführungen, aber nicht, dass CERN im Jahr 2023 circa 1,27 Milliarden Euro verschlungen hat, während immer noch jeder elfte Mensch auf diesem Planeten hungert.
Der Naturfreund Heisenberg plädierte bei seiner Forschung immer für den Blick auf das Ganze. Jenen gilt es nicht zu verlieren, wenn im Folgenden die Schleifen-Quantengravitation untersucht wird.
Die Welt wird jetzt mit einem Spinnennetz durchzogen. Die Knoten der Fäden bilden den Raum, die Linien verbinden die einzelnen Rauminhalte. „Als wichtigste Vorhersage prognostiziert die Loop-Theorie, dass der Raum kein Kontinuum und damit auch nicht unendliche Male teilbar ist, sondern aus ‚Raumatomen‘ besteht … Zwischen Photonen, also den Quanten des elektromagnetischen Feldes, und den Knoten des Graphen, also den ‚Raumquanten‘, besteht ein entscheidender Unterschied. Photonen existieren im Raum, während Raumquanten den Raum selbst ausmachen … Im kleinsten Maßstab ist der Raum ein waberndes Gewimmel aus Gravitationsquanten, die wechselseitig aufeinander einwirken, alle gemeinsam auf die Dinge einwirken und sich in diesen Wechselwirkungen als Spin-Netzwerke, als Quantenkörnchen in wechselseitiger Beziehung, manifestieren …“
Folgerichtig gibt es keine Prozesse in der Zeit, sondern die Prozesse, genauer die Erzeugung von Wärme, bringen die Zeit hervor. Es gibt nur noch „eine quantisierte ‚Wolke‘, in der alle möglichen Raumzeiten und alle möglichen Wege ‚zusammen existieren‘.“
Nachdem die Welt vollständig auf Quantenfelder reduziert ist, begibt sich Rovelli im vierten Teil gänzlich ins Jenseits von Raum und Zeit. In der Nähe des Urknalls schwelgt er in der „wimmelnde Wolke aus Wahrscheinlichkeiten“, schaut sich die Fluktuationen der kosmischen Hintergrundstrahlung an, begeistert sich an den Gravitationswellen der Schwarzen Löcher, lässt die Uhr zunächst am Ereignishorizont immer langsamer gehen, wirft sie dann in den Schlund des Ungeheuers, um sich daran zu erfreuen, wie sie in einer fernen Zukunft wieder ausgespien wird, ohne dass merklich Zeit vergangen ist. So in Fahrt geraten schafft er schließlich die Unendlichkeit ab.
In den letzten Kapiteln seines Werkes wendet sich der Autor der Information zu, unter der „das Maß für die Anzahl der Auswahlmöglichkeiten einer Gegebenheit“ zu verstehen ist. Er berichtet von Ludwig Boltzmann, der den Zusammenhang zwischen zunehmender Entropie und abnehmendem Informationsgehalt aufgedeckt hatte. „Dank Boltzmanns Genie wissen wir: Der Begriff der Wärme ergibt sich aus der Tatsache, dass wir nur mit Mittelwerten zahlreicher Variablen wechselwirken. Das Konzept der thermodynamischen Zeit besteht darin: Auch der Zeitbegriff entspringt der Tatsache, dass wir nur mit
‚makroskopischen’ Variablen, also den Mittelwerten vieler mikroskopischer Variablen, interagieren … Die Zeit ist eine Auswirkung der Tatsache, dass wir die physikalischen Mikrozustände der Dinge außer Acht lassen. Die Zeit ist die uns fehlende Information. Sie ist unser Unwissen.“
Die Bedeutung der Information habe zuerst John Wheeler erkannt, den Rovelli als Vater der Quantengravitation bezeichnet. Den Titel seines Buches „It from bit“ übersetzt er zunächst wörtlich: „‚Das Es aus dem Bit‘, wobei ein Bit die minimale Informationseinheit bildet, also die kleinste Auswahlmöglichkeit, bestehend aus der Alternative zwischen einem Ja und einem Nein. Dabei steht das ‚It‘ für ‚jedes beliebige Ding‘. Der Slogan bedeutet also ungefähr: ‚Alles ist Information‘.“
Weniger informiert zeigt sich der Naturwissenschaf(f)tler im letzten Kapitel, in welchem er den Glauben und die Religionen auf die Variablen Unkenntnis, Angst und Beruhigung im marxistisch-leninistischen Sinne reduziert und dabei nicht nur den Pantheismus eines Baruch Spinoza übersieht, sondern auch die Wechselwirkung zwischen dem Glaubenden und dem Geglaubten, was mit moralischen Konsequenzen einhergeht.
Was ist dem noch hinzuzufügen? Ein Dank für ein äußerst verständliches Physikbuch.
Vera Seidl
