Bücher mit dem Tag "quarks"

Es gibt sicherlich nicht sehr viele Menschen, die das Buch auch nach mehrmaligen Lesen vollständig verstanden haben. Selbst wenn keine mathematische Formeln darin vorkommen. Der "Kampf zwischen der Allgemeinen Relativitätstheorie" und der Quantenphysik. Die Einbindung der Gravitationskraft, leichte und schwere anthropologische Kraft, eine vorwärts und eine rückwärtsgerichtete Zeit, drei oder mehr Dimensionen und vieles mehr. 

Welchen (physikalischen) EInfluss hat Gott, warum macht es keinen SInn sich aus physikalischer Sicht zu Fragen was vor dem Urknall und der SIngularität war, welche Rolle spielt die Gravitation für eine Denken aus mehr als Drei Dimensionen.

Das Buch fasziniert nicht nur "Trekkis" und Star Wars-Fans. Es erkennt aber auch seine Grenzen, da sich theoretische Physik sehr viel nur im Kopf abspielt. Was ist wichtiger Theorien oder Beobachtungen, oder ist es die berühmte Frage nach der Henne und dem Ei.

Das Universum, das Sonnensystem, unser Planet Erde; die Beschaffenheit und Geschichte der Erde, die Vorgänge in und auf ihr; die Entwicklung der Naturwissenschaften, die Geschichte der Chemie und die grossen Erkenntnisse der Physik; der Ursprung des Lebens und dessen Bausteine, Mikroorganismen und die Evolution des Lebendigen; rätselhafte Zweibeiner und unermüdliche Affen. Bill Bryson erzählt nicht nur, was wir wissen. Vor allem erzählt er, weshalb wir es wissen, wer es unter welchen Umständen - oder durch welche Zufälle - herausgefunden hat. Vor allem aber auch, wie wir es wissen können. Oder eben nicht.

Das hört sich nach viel an. Und das ist es auch. Und nein, merken kann ich mir das nicht alles. Nicht in einem einzigen Durchgang. Deshalb lese ich das Buch auch schon seit Jahren immer mal wieder - und habe es mir letztlich als Audiobook angeschafft. Dank Brysons unterhaltsamen Stil und vieler spannender und witziger Anekdoten ist die Lektüre jedes Mal wieder sowohl interessant als auch unterhaltsam. Für mich ist es nicht nur lehrreich, sondern hält immer wieder Anhaltspunkte bereit, um mich mit Themen, die mich interessieren, weiter auseinanderzusetzen. Schon oft war dieses Buch für mich Sprungbrett in ein spezifisches Fachgebiet, auch dank der relevanten Literaturverweise.  

In “Eine kurze Geschichte von fast allem” erzählt Bill Bryson genau das, was er mit dem Titel verspricht. Da das Buch aber bereits etwas älter ist, 2003 erschienen, schliesst es natürlich die Entdeckungen und Entwicklungen der letzten beiden Dekaden aus. Die Aktualität ist also nicht durchgehend gewährleistet und mit jedem weiteren Jahr steigt die Möglichkeit, dass gewisse Informationen nicht mehr ganz stimmen.

Hier bekomme ich Antworten auf Fragen, von denen ich noch gar nicht wusste, dass ich sie hatte und das ist nicht negativ gemeint. Die Erklärungen sind kurz gehalten und sympathisch eingebunden, also populärwissenschaftlich gehalten, aber dagegen ist ja per se nichts einzuwenden. Plötzlich fühlt man sich wieder wie ein Kind und fragt: wieso, weshalb, warum. Mir hat's Spaß gemacht.

Um es kurz zu machen, wer es in der Schule nicht erwarten konnte, den Physikunterricht in der Oberstufe abzuwählen, der wird mit diesem Buch keine Freude haben. Wer aber noch in kindliches Staunen über die Welt geraten kann und Interesse an modernster theoretischer Physik hat, der findet in diesem Buch wunderbar die neusten sich durchaus widersprechende Theorien. Neben der Allgemeinen Relativitätstheorie, welche die Gravitation durch die Krümmung der Raumzeit erklärt, wird auch die Quantenmechanik, also die Theorie nach der alle Materie aus Elementarteilchen (mit denen Wellenfunktionen assoziiert sind) besteht, sowie die Quantenfeldtheorie nach der sich Feldfluktuationen selbst in Teilchen (virtuelle oder reelle) manifestieren , kurz abgehandelt, bevor es dann ernst wird. Die Autorin betritt das Reich der Stringtheorie. Wer schon bei der bei der Quanten- bzw. der Quantenfeldtheorie aus dem Staunen nicht mehr heraus kam, dem wird hier vollends klargemacht, dass Physiker keine trockene und langweilige Leute sind, sondern mit extrem viel Phantasie ausgestattet sind. Strings sind kurzgesagt extrem dünne Fäden, die entweder unendlich lang sein können, extrem winzig oder in sich selbst geschlossen auftreten. Eine Theorie besagt nun, dass alle Teilchen, wie wir sie kennen aus der Schwingung der String resultieren, also ein String oszilliert und es entsteht ein Elektron etc. Problematisch sind die Schwingungen, die Teilchen hervorbringen, die man noch nicht nachgewiesen hat. Und als wäre das noch nicht verrückt genug, soll es auch noch Branen geben. Wenn Strings Fäden sind, dann sind Branen so etwas wie Bettlaken, die fest gespannt oder auch schlaf sein können. Diese Branen können dreidimensional sein oder noch weit mehr Dimensionen haben. Auf die Branen können dann theoretisch die uns bekannten Kräfte (elektromagnetische, starke Wechselwirkung und schwache Wechselwirkung) beschränkt sein, während die Gravitation sich auch in höhere Dimensionen ausbreiten kann. N-Dimensionalität ist anscheinend ein gerade beliebtes Thema bei den Physikern. Das n bei einer Dimension gibt an, wie viel Richtungsgrößen man braucht, um die Position eines Objektes in diesem n-dimensionalen Raum genau zu beschreiben. Das wir uns keinen 5 oder 6 dimensionalen Raum vorstellen können, besagt in diesem Zusammenhang nichts. Anhand der Methodik des Dualismus rechnen Physiker öfter in höher dimensionalen Räumen, da die Mathematik hier einfacher wird. Physiker sprechen unter anderem von aufgerollten Dimensionen, die dann in unseren täglichen Weltbild keine realen Auswirkungen mehr haben. Die Autorin befasst sich mehrere Kapitel mit dem sogenannten Hierachieproblem: Warum ist die Gravitation so viel schwächer als alle anderen Kräfte. Lassen sie eine Eisenkugel los wird sie durch die Gravitation auf die Erde hin beschleunigt (die ganze Erdmasse zieht an der Kugel) Bringen sie nun einen Magneten in die Flugbahn, kann die gesamte Erdmasse nicht die Magnetkraft aufheben. Das ist wirklich sehr erstaunlich, wenn man die Erdmasse mit der Masse des Magneten vergleicht. Physiker haben sich bisher mit einer sogenannten Feinabstimmung beholfen, was allerdings so unwahrscheinlich ist, wie die Wahrscheinlichkeit mit einem 10seitigen Würfel eine 23stellige Zahl mit nur einem Versuch richtig zu erwürfeln. Diese Problematik lässt sich in n- dimensionalen Räumen umgehen, wobei die Zusatzdimensionen auch wie beschrieben aufgerollt oder unendlich sein können. Es werden viele Teilchen vorgestellt, von denen ich zuvor noch nie gehört habe, das Higgsteilchen, das an der Übermittlung der Gravitationswirkung beteiligt ist, das Gaugino, das (S)Elektron (einen theoretischen Superpartner des Elektrons in einem Supersymmetrischen System) und viele weitere. Beruhigend an den ganzen wilden Theorien ist, das es Auswirkungen in unserer Welt geben muss, die man nachweisen kann und damit die Theorie überprüfen kann. So werden in Kürze Ergebnisse durch den neuen Teilchenbeschleuniger LHL der durch CERN betrieben wird, erwartet. Fragt man sich jetzt, was dem Ottonormalbürger diese ganze Theorie nutzen soll, so lassen Sie sich vergewissern, das ohne die Erkenntnisse und die Berücksichtigung der Allgemeinen Relativitätstheorie Ihr Navigationssystem sich jeden Tag um 10 Kilometer in der Genauigkeit verschlechtern würde!! Ihr Ferrari oder mein BMW mögen nicht schnell genug sein, um eine relativistische Berechnung zu rechtfertigen, aber Ihr GPS Signal ist es. So kann man gespannt sein, was für technische Errungenschaften sich aus diesen Theorien entwickeln. Wer also sich in die spannenden und durchaus märchenhaften Theorien und Phänomenen a la Alice im Wunderland begeben möchte, der wird mit diesem Buch seine helle Freude haben.

Mitreißende Fluchten durch Sprachlandschaften, hinreißende Worttänze: Lübben präsentiert formal virtuos sowie sinnlich sensibel seinen poetischen „lebtag“: „werkstattzeitlebens“!

Die Wissensreihe vom C.H. Beck-Verlag hat den Anspruch, auch Laien konzentrierte Informationen über die wichtigsten naturwissenschaftlichen Themen zu vermitteln. Knapp und kompetent, anspruchsvoll und dennoch verständlich. Dies ist ein hoch gestecktes Ziel, das Harald Fritzsch hier leider nur teilweise erreicht hat.

Ein wahrhaft interessantes Buch, das Erkenntnisse und Experimente der Wissenschaft beschreibt und teilweise in Bildern auch zeigt, welche nicht zum allgemeinen Lehrstoff in öffentlichen Schulen gehören. Das Buch ist fließend geschrieben und der Leser gerät in keinen Fachwort-Dschungel, sondern wird sanft und anregend über Forschungsergebnisse von Andersdenkenden informiert. Ob es sich nun um einen Mann namens Wilhelm Reich handelt, der glaubte, dass der Orgasmus die Lösung für alle menschlichen Probleme sei, oder um Nicola Tesla, dessen Charme und Geist selbst im Buch noch fühlbar sind - fast jedes Kapital in dem Buch ist so geschrieben, dass der Lesende sich um Wissen bereichert fühlt. Faszinierend ist auch ein Kapitel in diesem Buch, in dem es um die Macht der Gedanken und Worte geht. Es werden Beispiele von schriftstellerischen Werken angeführt, welche Katastrophen fiktiv beschrieben, die Jahre später in der Welt dann tatsächlich eintraten.

Dies Buch hatte ich 1984 erstmalig in Händen. Für mich war es die Basis, um das Standardmodell mit 6 Quarks und 6 Leptonen (die damals noch nicht alle entdeckt waren) in meine Vorstellung zu integrieren. Besonders tief geht das Werk auf die Feinstruktur des Atomkerns und die Quantenchromodynamik ein und erklärt, wie der Zusammenhalt der subatomaren Bestandteile funktioniert (Schlagworte: Gluonen, Farbladung, Quarktripletts/Bosonen, Pauli-Prinzip bei der Elektronenhülle)

Vier Sterne deshalb, weil vieles darin mittlerweile natürlich überholt ist. Dennoch gerade auch für das Verständnis der Problematiken des Standardmodells (Erforderlichkeit der Störungsrechnung, CP- und CPT-Symmetrie) gut geeignet und populärwissenschaftlich genug für den interessierten Laien.

Zunächst einmal mag es einen Laien erstaunen, dass im Titel Quanten, also die kleinsten Teilchen, mit dem Kosmos, also dem ganz Grossen, in einem Wort verbunden werden. Tatsächlich verbinden sich in der Kosmologie zwei scheinbar völlig unterschiedliche Teilgebiete: Die Frage nach der Dynamik des Universums, die durch die allgemeine Relativitätstheorie beschrieben wird, und die Teilchenphysik, in der Quanteneffekte eine grosse Rolle spielen. Von der Expansion des frühen Universums hängt ab, welche Teilchen in der heissen Frühzeit entstehen konnten. Immer mehr zeigt sich aber, dass es wohl Quantenverschränkungen sind, welche die Raumzeit zusammen halten. Dies sind also die Themen, über die sich Kiefer auslässt. Sein Kerngebiet ist die Frage, wie Zeit entsteht. Über den Begriff der inneren Zeit in der kanonischen Quantentheorie der Gravitation hat er promoviert.

Auf den ersten 60 S. schildert Kiefer unter dem Titel ‚Raum, Zeit, Relativitätstheorie’ die Entwicklung der Gravitationstheorie von den alten Griechen über Kepler, Galilei und Newton bis zu Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie. Auf weiteren 60 S. erklärt er die Grundbegriffe der Quantentheorie. Dabei pflückt er eine ganze Reihe bemerkenswerter Phänomene heraus, erwähnt z. B., dass die Teilchenzahl in einem Laser nicht eindeutig definiert ist oder dass heute Interferenzexperimente mit Riesenmolekülen durchgeführt werden, ja dass sogar über Interferenzexperimente mit Viren spekuliert wird. Er zeigt auch, was ich bei Audretsch, ‚Verschränkte Welt’ vermisst habe, nämlich wie die berühmte Hawking-Strahlung entsteht: Zwei verschränkte Teilchen werden durch einen Horizont, etwa am Rand eines schwarzen Lochs, getrennt. Dadurch wird das eine Teilchen real und kann als Hawking-Strahlung entweichen.

Ausführlich schildert Kiefer auch die Dekohärenztheorie. Diese erklärt, weshalb wir im Alltag keine überlagerte Zustände beobachten, obwohl sie gemäss Quantentheorie allgegenwärtig sind. Eigentlich ist die Dekohärenztheorie nur die konsequente Anwendung der in der Quantentheorie üblichen Rechenmethoden. Die philosophische Konsequenz dieser Theorie ist aber brisant: Entweder muss die Quatentheorie durch einen zusätzlich, bisher nicht beobachteten Kollaps der Wellenfunktion ergänzt werden. Dann würden die Superpositionen, irgendwann aus der Beschreibung verschwinden, was theoretisch beobachtbar wäre. Oder die Quantentheorie beschreibt die Welt, wie sie tatsächlich ist, und die Superpositionen bleiben tatsächlich. Wir sehen sie nur nicht, aus Gründen, die die Dekohärenztheorie im Detail erklärt. Dies ist die sogenannte Everett- oder Viele-Welten Interpretation. Auf wenigen Seiten beschreibt Kiefer die Grundhaltung der Begründer der Quantentheorie in der Interpreationsfrage.

Das kürzere dritte Kapitel widmet sich dem dritten grossen Bereich, der in der Kosmologie eine Rolle spielt: Der Thermodynamik, insbesondere dem Begriff der Entropie und der Frage, ob mit diesem Begriff der Zeitpfeil erklärt werden kann. Die Entropie nimmt stets zu, was z. B. zur Folge hat, dass heisser Kaffee in einem kühleren Zimmer stets abkühlt. Reicht dies, um den Begriff der Zeit zu erklären? Zukunft wäre einfach da, wo der Kaffee kalt ist, Vergangenheit da, wo er warm war. Allerdings stellt sich bei dieser Erklärung sogleich eine neue Frage: Weshalb war der Kaffee am Anfang warm, wenn es im Zimmer kalt ist? Natürlich, jemand hat ihn aufgewärmt. Aber dazu hat dieser jemand eine Energiequelle gebraucht, z. B. eine heisse Sonne in einem kalten Universum. Weshalb gibt es heisse Dinge in einem kalten Universum?

Die Antwort darauf könnte mit der Expansion des Universums zusammen hängen. Dieser vierte Teil ist sehr ausführlich und gelungen. Kiefer erklärt, woran man die verschiedenen kosmologischen Modelle durch Beobachtung unterscheiden könnte und welche Beobachtungen gemacht werden. Er stellt fest: „Realistische Alternativen zur Inflation sind zur Zeit nicht in Sicht.“ In ‚Spektrum der Wissenschaft’ vom Juni 2017 äusserten allerdings Anna Ijjas, Paul J. Steinhardt und Abraham Loeb Kritik am Inflationsmodell, weil es den Beobachtungen widerspreche. Meines Wissens teilen aber die meisten Kosmologen Kiefers Ansicht.

Der fünfte Teil befasst sich schliesslich mit dem viel diskutierten Rätsel der Kosmologie, wie die zwei grossen Theorien, die Quantentheorie und die Relativitätstheorie, zusammen geführt werden können. Die Frage drängt sich schon beim Begriff der Zeit auf. Während die Quantenmechanik Newtons absoluten Zeitbegriff übernommen hat, ist in der Relativitätstheorie die Zeit dynamisch. Während die Quantenphysik sich auf der vorgegebenen Bühne Raumzeit abspielt, beschreibt die allgemeine Relativitätstheorie die Dynamik der Bühne selbst.

Kiefer schildert die Problematik, dass nämlich die Kombination der zwei Theorien zu Unendlichkeiten führt. Und er stellt auch die wichtigsten Lösungsansätze vor, die Schleifen-Quantengravitation (Loop-Theorie) und die String-Theorie.

Der sechste Teil widmet sich der Klärung des Zeitbegriffs, – also Kiefers Fachgebiet. Allerding kann der Autor hierzu nicht mehr als eine vage Ahnung vermitteln, in welche Richtung die Überlegungen gehen. Wenn er schreibt: „Der entscheidende Punkt ist nun, dass die Wheeler-DeWitt Gleichung in bezug auf die „innere“ Zeit (im wesentlichen die Grösse des Universums, siehe Kapitel 5) asymmetrisch ist.“ Und dann weiter diese Asymmetrie diskutiert, dann müsste ich die Gleichungen vor mir sehen, um etwas damit anfangen zu können. Sie aber hinzuschreiben, vermeidet Kiefer aus verständlichen Gründen.

Insgesamt würde ich’s so sagen: Claus Kiefer ist ein spannender Autor, was im Buch immer mal wieder aufblitzt. Um das Buch aber zu einem wirklich grossen Werk zu machen, hätte er einen aufsässigen Lektor gebraucht, der die spannenden Themen aus ihm rauslockt. So ist das Buch zu einer recht schönen Lektüre geworden, der aber eine charakteristische, bewegende Aussage fehlt.