f121

Das Problem des Uruniversums.

...Betrachten wir ein Teilchen zum Zeitpunkt t = 0 oder zu einem Zeitpunkt „nahe t = 0". Nehmen wir an, es sendet ein beliebiges Signal aus, zum Beispiel eine elektromagnetische Strahlung. Diese breitet sich mit der Geschwindigkeit c aus. Nach der Zeit t hat die Kugelwelle einen Radius ct, den man Horizont nennt. Aber das Gesetz der Expansion, der Entfernung zwischen zwei Teilchen, die man als an den „kosmischen Träger" gebunden annimmt (man sagt komobil), hat einen parabolischen Verlauf (diese Entfernung wächst wie t2/3). Geht man in der Zeit zurück, findet man immer eine Epoche t < th, in der die Teilchen materiell unfähig waren, miteinander zu kommunizieren, da sie sich „schneller entfernten, als die zu einem Zeitpunkt t nahe null ausgesandte elektromagnetische Welle vorankam".

...Das folgende Bild beschwört diesen autistischen Zustand des Universums herauf, wobei die weißen Kugeln, die an jedes der Teilchen gebunden sind, die Volumina darstellen, in denen sich eine Nachbarin befinden müsste, damit Kommunikation möglich wäre. Ach, sie durchdringen sich nicht, und werden es erst viel später tun.

...Es wird also schwierig, die bemerkenswerte Homogenität des Uruniversums zu rechtfertigen, deren fossile Spur der kosmologische Strahlungshintergrund bei 2,7° K ist.

...Die gängige Theorie ist die von Linde: die Inflation, und das ist ihre einzige Rechtfertigung. Ohne ins Detail zu gehen, besteht diese Theorie darin, das Uruniversum mit einer Super-Kosmologischen Konstante (die von der Zeit abhängt!) auszustatten, die eine „abstoßende Kraft des Vakuums" zum Ausdruck bringt, die jede Vorstellungskraft übersteigt. Diese führt dann zu einer Expansion um einen Faktor zehn hoch weiß-nicht-wieviel....

Das Problem des Ursprungs.

Was ist eigentlich diese Zeit t = 0? Hat das einen Sinn?

...Geht man in der Zeit zurück, wächst die Temperatur des „kosmischen Fluids". Die Geschwindigkeit der thermischen Bewegung der Teilchen mit einer von null verschiedenen Masse wächst ebenfalls. Es kommt ein Moment, in dem diese Geschwindigkeit relativistisch wird. Tatsächlich, wenn t gegen null und die Temperatur T gegen unendlich strebt, strebt die individuelle Energie der Teilchen gegen unendlich und ihre Geschwindigkeit gegen c. Die Eigenzeit folgt dem Gesetz:

...Wenn v gegen c strebt, „gefriert die Eigenzeit in den Chronometern". Eine Uhr zu definieren wird problematisch, selbst begrifflich.

...Man sieht also, dass das Standardmodell weit davon entfernt ist, perfekt zu sein. Die Liste der erwähnten Probleme ist übrigens nicht erschöpfend. Die Grundlagenphysik kennt ähnliche Probleme. Die Superstringtheorie geht über eine Erweiterung des dimensionalen Kontexts (zehn Dimensionen, für viele). Aber die zehndimensionale Geometrie bleibt ein dunkler Dschungel. Wenn die 2d-Flächen ihr Geheimnis verloren haben, steht die Klassifikation der 3- und 4d-Hyperflächen noch aus.

....Außerdem erscheinen, wenn man dem Kosmos Dimensionen hinzufügt, charakteristische Längen, die mit jeder von ihnen verbunden sind. Und diese sind unveränderlich... die Planck-Länge. Nun, wer Länge sagt, sagt Wellenlänge, welche gemäß der Beziehung mit der Energie verbunden ist:

...Die Planck-Energie ist beträchtlich. Um sie nach klassischen Techniken umzusetzen, müsste man über einen Beschleuniger mit dem Durchmesser einer Galaxie verfügen können. Die Experimentalphysiker heben die Arme zum Himmel.

...Der theoretische Physiker japanischer Herkunft, Michio Kaku („Hyperspace, a scientific odyssey through the 10th dimension", Oxford University Press, 1995), bringt eine köstliche persönliche Interpretation vor: seiner Ansicht nach wäre die Superstringtheorie einfach ihrer Zeit um einige Jahrhunderte voraus. Im gegenwärtigen technischen Stadium wäre sie also nur eine Art, sich unter Freunden zu zerstreuen.

Das Aspen-Kolloquium.

...1996 veröffentlichte die berühmte Zeitschrift Scientific American einen Bericht über ein Kolloquium über Superstrings, das gerade in Aspen, Colorado, stattgefunden hatte, aus der Feder von Madhusree Mukerjee, staff writer. Ein Text, der der Marx Brothers würdig ist:

...Wie vom Autor des Artikels in Erinnerung gerufen, hatte man 1986 Jeffrey A. Harvey von der Universität Chicago gebeten, die Superstringtheorie in sieben Worten zu definieren. Seine Antwort war damals gewesen:

• Oh, Lord, why have you forsaken me? (Gott, warum hast du mich verlassen?)

Aber der Artikel gibt an, dass Gott geantwortet zu haben scheint, durch die Entdeckung einer neuen Symmetrie: der Dualität.

...Witten, der optimistischste der Superstring-men, glaubt, dass diese Dualität nicht nur zur TOE (The theory of everything: der Theorie von Allem) führen wird, sondern auch erklären wird, „warum das Universum so beschaffen ist". Er glaubt, dass man auf eine Erklärung der tiefen Natur der Quantenmechanik zusteuert.

...Wenige Leute greifen tatsächlich diese Superstringtheorie an, die in der Tat auf allen Ebenen, auch mathematisch, so kompliziert ist, dass Physiker und Mathematiker sich scheuen, sich in sie zu vertiefen.

...Der Artikel gibt an, dass diese „Dualität" die Elementarteilchen und die zusammengesetzten Objekte austauschbar machen würde. Die Spezialisten sprechen dann von clumps (Massiven, Büscheln, Büscheln), die sie als „hedgehogs" (Igel) zu visualisieren versuchen. To curl like a hedge-hog: sich zusammenrollen. Andere Bilder: die von „mit Vektoren gespickten Kugeln", die „Solitonen" getauft werden.

...Aber diese Dualität, wenn sie existierte, bliebe, präzisieren die Autoren dieses Konzepts, unmöglich nachzuweisen (unter Dualität ist „doppelte Natur" zu verstehen: englisches Wörterbuch). Im Artikel wird also präzisiert, dass zusammengesetzte Strukturen äquivalent sein könnten, indem sie „tangled up" (verwickelt, verschlungen) sind, und dann zu „elementaren Objekten" werden.

Das Konzept der „mirror symmetry" wird anschließend bemüht, ohne großen Erfolg.

...1986 hatte Duff vom Imperial College in London die Schwingungen einer neuen Entität, „a bubble" (eine Blase), ins Auge gefasst. Während sich die Strings in zehn Dimensionen wanden (wiggle), würden die bubbles in einem elf-dimensionalen Raum schweben. Dann erwog Duff Membranen mit „fünf Dimensionen", alternative Beschreibungen gegenüber den Strings. Anschließend erwog er, dass diese Membranen ihrerseits sich wie „die Haut einer Wurst" aufrollen könnten. Und eine „string-string duality" anzuführen.

...1995 hielt Witten eine Konferenz in Berkeley, in der er vermutete, dass die bubbles von Duff die Solitonen eines besonderen Strings sein könnten, der den zehn Dimensionen entspricht.

Und Schwarz vom Caltech (einer der Pioniere der Theorie) hinzuzufügen:

• Ich hätte LKW-Fahrer werden sollen!

Wie dem auch sei, derzeit erscheinen jeden Tag zehn neue Papiere über Superstrings.

Ein Soliton „sieht aus wie eine haarige Raupe", gespickt mit Vektoren, es ist also „das duale Objekt des Strings".

Duff schlug anschließend eine Dualität der Dualität zwischen Räumen vor. Und Susskind zu kommentieren:

Die Größe und die innere Dimension eines Objekts würden sich „von Ort zu Ort" ändern.

Townsend:

• Die Membranen, die sich in String-Solitonen verwandeln, könnten denselben Status haben wie die Strings. Leider ergeben die mit den Membranen gemachten Berechnungen keinen Sinn.

...Man beschwört dann eine Hochzeit zwischen den Strings und den schwarzen Löchern. Hawking hatte angegeben, dass die schwarzen Löcher, da fähig, Teilchen zu emittieren, dadurch an Masse verlieren und schrumpfen würden. Wenn sie anfänglich aus Strings gemacht wären („stringy black holes"), würde ihre Entwicklung sie in Objekte von null Größe verwandeln: „an extremal black hole looking in fact rather like a particle". Polemik zwischen Susskind und Strominger zu diesem Punkt:

• Die Arbeit von Strominger ist „great", aber diese Dinge schwarze Löcher zu nennen, ist doch ein wenig weit hergeholt.

Als Hinweis sei gesagt, dass der Titel des letzten Papiers von Strominger lautet: „Die Welt als Hologramm konzipiert".

Dieser beschwört dann das Konzept des „schwarzen Lochs mit Nullmasse".

Jeffrey A. Harvey von der Universität Chicago protestiert sofort:

• What does it mean that your black holes with zero mass? Do they move at the speed of the light? (Was heißt das, deine schwarzen Löcher mit Nullmasse? Heißt das, dass sie mit Lichtgeschwindigkeit fliegen?)

Gary T. Horowitz von der Universität Kalifornien:

• Oh, baloney! (was für ein Unsinn!)

Etwas weiter liest man, dass die Strings „sich je nach ihrer Umgebung konfigurieren könnten", indem sie eine dynamisch korrekte Lösung annehmen (...). Und Strominger hinzuzufügen:

• Irgendwo im Universum könnten tröpfchenförmige Raumteile existieren, in denen die schwarzen Löcher, indem sie eindringen, sich in Strings verwandeln würden, und umgekehrt. In unserer Umgebung könnten diese Tröpfchen in virtuellen Universen zu navigieren scheinen, welche für eine unendlich kleine Zeitspanne existieren würden, da sie sogleich verschwänden, bevor man sie beobachten könnte.

...Aber niemand scheint mehr zu glauben, dass „die Lösung gleich um die Ecke liegt", trotz der Behauptung von Witten, der eine Eistüte darauf gewettet hatte, dass die Theorie bis Ende des Jahrhunderts reif sein würde.

Und t'Hoff entgegnet mit Schärfe:

• Wenn die String-Leute Bilanz ziehen, neigen sie immer dazu, ihre Ergebnisse aufzublähen. Sie glauben einfach blind an ihre Theorie.

In dieser Arena der Superstrings drängen sich Junge und weniger Junge.

Sidney R. Coleman von Harvard:

• At my age you tend to emit a lot of gas. I'd rather not (in meinem Alter neigt man dazu, viel Wind abzulassen. Ich schweige lieber.).

Sheldon L. Glashow räumt ein, dass „sich in dieser Theorie nichts bewegt hat":

Ende des Kolloquiums. Die Nacht bricht herein, sagt der Autor des Artikels, und Susskind lässt fallen:

• I personnaly think it's a lot of crap! (ich persönlich denke, es ist ein Haufen Scheiße!)

Trotz dieser Krise denken einige, dass sich alles zum Guten wenden wird. Die dunkle Materie wird entdeckt werden. Die Theorie von Allem (the theory of everything) wird schließlich auftauchen, auf dem Hintergrund zehndimensionaler Superstrings.

...In Erwartung dieser gesegneten Epoche, dieses goldenen Zeitalters der Erkenntnis, sind die folgenden theoretischen Entwicklungen alles in allem weder besser noch schlechter als alles, was mit dunkler Materie und Superstrings zu tun hat.

Bevor wir die Darstellung unserer Arbeiten angehen, ein Bericht über eine Diskussion mit J.M. Souriau (4.1.98).

(vielleicht ein Ansatz zur Erklärung der aktuellen Situation).

• Du denkst, dass wir eine Stagnationsperiode in der Grundlagenphysik erleben?

• Seit den fünfziger Jahren, Feynman und die Quantenelektrodynamik, ist es flau. Die Quantenelektrodynamik funktioniert, aber ehrlich gesagt weiß man nicht recht warum. Das bleibt zu finden. Abgesehen davon hat man nichts wirklich Bemerkenswertes gefunden.

• Aber hat die Welt der Wissenschaft im vorigen Jahrhundert Perioden der Stagnation des Fundamentalen gekannt, derselben Art?

• Es scheint eine Art Wechsel von Vorwärtssprüngen zu geben, im fundamentalen Bereich und in der technologischen Nutzung, als ob die Leute nicht beides gleichzeitig tun könnten. Die Erfindung des Jacquard-Webstuhls (1752-1834) zum Beispiel bringt ein mechanisiertes Relais zwischen Handarbeit und Produktion der Objekte zum Ausdruck (es ist auch der Anfang.... der Informatik). In der Physik hast du 1788 die Analytische Mechanik von Lagrange. Um die Jahrhundertwende erfindet Navier die Strömungsmechanik, Fourier die Wärmetheorie, die harmonische Analyse, Fresnel bringt die fundamentale Optik voran.

Zwischen 1815 und, sagen wir, 1870 ist es eine Techno-Periode. Dampfmaschine, also Inbewegungsetzung der Maschinen durch eine chemische und nicht mehr menschliche oder tierische Energie. Es gibt auch die Elektrizität. Gramme erfindet 1845 die Dynamomaschine. Jules Verne macht sich um 1870 zum Sänger dieser technologischen Anwendungen. Es gibt auch die Entwicklung der Chemie, der Eisenbahn, des Telefons, der elektrischen Lichterzeugung. Aber zwischen 1815 und 1870 ist es eher eine Epoche technologischer Anwendungen.

• Und wann geht es wieder los?

• Um 1870 ist es die Geburt der Kristallographie und der Beginn der Atomtheorie, die zu dieser Zeit als spekulative Hypothese gilt. Es gibt auch Maxwell.

• Und die Gruppen?

• Die Gruppen entstehen mit der Kristallographie. Sophus Lie, Klein, das ist um 1870. Der Ausgangspunkt der Gruppentheorie ist die Kristallographie. Um die Jahrhundertwende ist es das Atom.

• Und deiner Meinung nach geht das bis 1950 weiter?

• Danach ist es vor allem Techno, angewandte Forschung. In der Physik ist der große Sprung nach vorn die Informatik, deren Explosion übrigens niemand vorherzusehen imstande gewesen war.

• Und seit 1950 hat sich alles wieder auf die Technologie konzentriert. Und das Fundamentale zahlt die Zeche.

Ende dieser Abschweifung. .

Sommaire
article Sommaire
Science Page
d'Accueil

Page précédente Page
suivante

Retour vers
Guide-Sciences

Nombre de consultations de cette page depuis le 1° juillet 2004
: