TV-Doku: Was bedeuten Gleichung, Lösung und Symmetrie

Hier geht’s zur TV-Doku “Gleichung, Lösung, Symmetrie – Begriffe aus der theoretischen Physik”

Die Quantengravitation ist das große theoretische Ziel der Physik, an deren Lösung sie seit Jahrzehnten erfolglos arbeitet. Sie soll die kaum fassbare gesamte Skala der physikalischen Phänomene in ein großes theoretisches Ganzes zusammenpacken. Auf der einen Seite: die Teilchen mit ihrer Dualität aus Materie und Welle und der daraus resultierenden Unschärferelation. Auf der anderen Seite: Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie mit der durch die geometrische und vierdimensionale Raumzeit beschriebenen Gravitation, die auf die großen Massen in den Weiten des Kosmos wirkt.

Die Fusion dieser beiden historisch gewachsenen und forschend lange voneinander getrennt vorangetriebenen Welten der Physik  –  die gequantelte Raumzeit –  steht im Zentrum meines Schwerpunktthemas über die Quantengravitation. In drei weiteren Sendungen beleuchte ich den Stand der Forschung zu dieser Fundamentaltheorie aus unterschiedlichen Richtungen, meine Gesprächspartner bei den Studiotalks sind der Stringtheoretiker Alexander Westphal und die Astrophysikerin Sabine Hossenfelder. In der Einstiegssendung „Gleichung, Lösung, Symmetrie – Begriffe aus der Welt der physikalischen Fundamentaltheorie“  versuche ich erst einmal, das Rüstzeug des theoretischen Physikers für seine Arbeit darzustellen: mit der Bedeutung der Begriffe Gleichung und Lösung sowie des Symmetrie-Prinzips. Ohne deren Grundverständnis ist es nur schwer möglich, sich mit  solchen Wissenschaftlern über ihr Forschungsgebiet selbst auf einfachster Ebene auszutauschen.

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Ich habe viele Jahre journalistisch im Bereich Wissenschaft und Technologie gearbeitet, später dann mit meiner kleinen Beratungsfirma als Medienexpertin. 2010 erfüllte ich mir meinen großen Traum und gründete den Spartensender HYPERRAUM.TV, für den ich eine medienrechtliche Rundfunklizenz erteilt bekam. Seither mache ich als One-Woman-Show mit meinem „alternativen TV-Sender“ gewollt nicht massentaugliches Fernseh-Programm. Als gelernte Wissenschaftshistorikern habe ich mich gänzlich der Zukunft verschrieben: Denn die Vergangenheit können wir nur erkennen, die Zukunft aber ist für uns gestaltbar. Wir sollten versuchen, nicht blind in sie hinein zu stolpern!

8 Kommentare

  1. Symmetrieüberlegungen haben es also ermöglicht stimmige Quantentheorien mit einfachsten Annahmen aufzustellen. Mit Lie-Gruppen vertraute Physiker konnten mit grundlegenden mathematischen Überlegungen also Theorien wie die Quantenelektrodynamik oder die Quantenchromodynamik hervorzaubern.

    Klar nun, dass man beim Versuch einer Vereinheitlichung, einer gemeinsamen Theorie sowohl der bekannten Elementarteilchen als auch der Gravitation die Symmetrien der Allgemeinen Relativitätstheorie und die Symmetrien der Quantentheorien der bereits bekannten Elementarteilchen unter einen Hut bringen muss. Doch die (Symmetrie-)Abbildungen der Allgemeinen Relativitätstheorie scheinen inkompatibel mit den übrigen Symmetrien, denn bei der ART hat man eine (nicht abbrechende?) Folge von Abbildungen und das lässt sich nicht ohne weiteres in eine Quantentheorie einbauen.

    Das ist ungefähr das, was ich von diesem Video mitgenommen habe.

    Nebenbei weiss ich, dass nach einer Theorie der Quantengravitation schon Jahrzehnte gesucht wird. Und alle sind gescheitert – ausser die Stringtheoretiker. Nur dass die Stringtheoretiker ein völlig neues Theoriegebäude aufgebaut haben, ein Theoriegebäude, dass eine riesige Zahl von Universen beschreiben kann und in dem man unser Universum bis jetzt noch nicht gefunden hat. Für Stringtheoretiker sieht die Welt wie eine riesige Megamillionenstadt aus und alles was sie zu wissen glauben ist, dass es in dieser Megalopolis irgendwo ein Haus gibt, das unserem Universum entspricht. Nur wo dieses Haus ist, das wissen sie nicht. Und jetzt sind sie zu Fuss unterwegs und schreiben sich hin und wieder Nachrichten, was sie in einem bestimmten Stadtteil gerade für interessante Gebäude gesehen haben.

    Und wenn sie nicht gestorben sind, dann sind sie immer noch unterwegs.

  2. Mir fiel dazu das ein (nicht pejorativierend gemeint – die “Stringlandschaft” ist interessant):

    Irrespective of how many universes are out there, in this one I have a pair of kids that need a bath now.

    Das ist, gewissermaßen, Einsteins (bzw. hier notwendiger/wichtiger mütterlicher) “lokaler Realismus” … 😉

    • Denn muss ich mir merken solange er noch aktuell ist. Das heisst solange Sabine Hossenfelder sich nicht durchgesetzt hat mit ihrer Meinung, über Paralleluniversen zu reden sei Pseudowissenschaft.

  3. Ja, sehr interessant, werte Frau Dr. Päch, gut investierte 14, nun, 15 Minuten, Dank auch an Herrn Dr. Westphal.
    Bei der ‘Symmetrie’ bleibe ich skeptisch, denn sie meint ja Theorie-, also Sichtenübertragung von erkennenden Subjekten (die theoretisieren basierend auf Datenerfassung (weltlicher) Datenlage, um idF passend auch zu mathematisieren), die nicht im “Weltsystem” “überall” funktionieren muss, aber vielleicht war diese Erkenntnis ja auch gerade das, was im dankenswerterweise bereit gestellten audiovisuellen Dokument gemeint ist.

    Mit freundlichen Grüßen und weiterhin viel Erfolg!
    Dr. Webbaer

  4. Martin Holzherr
    Was haben wir jetzt gelernt?
    Paritätsverletzung (war bekannt)
    Symmetriebrechung (die verlangt ein Umdenken)

    Mir fehlen konkrete Beispiele, wo sich der Leser etwas vorstellen kann.
    Z.B. bekommt man alle Möglichkeiten von Sudokus erst, wenn man einen Symmetriebruch vornimmt. Sudokus sind ja nicht nur eine Matrix aus Zahlen , sondern die haben eine Struktur, man kann ja antatt Zahlen auch Farben nehmen.

    Wie ist es mit dem Triple-Punkt des Wasser? Seine Umgebung hat keine Symmetrie.

    • @hwied (Zitat): Symmetriebrechung (die verlangt ein Umdenken). Wie ist es mit dem Triple-Punkt des Wasser? Seine Umgebung hat keine Symmetrie.
      Bei Übergängen plötzlich verschwindende Rotationssymmetrien sind einfache Beispiele einer Symmetriebrechung. Beispiel: Ein Stück Eisen zeigt oberhalb von 738 Celsius (Curie-Temperatur) in alle Richtungen dasselbe magnetische Verhalten – nämlich fast unmagnetisches Verhalten. Unterhalb dieser Temperatur beobachtet man nun, dass magnetische Bereiche entstanden sind, die beispielsweise eine Kompassnadel, die man um das Eisenstück herumführt, an vielen Stellen jeweils in eine andere Richtung auslenken lassen. Die Symmetrie ist gebrochen in Bezug auf das magnetische Verhalten.
      Wenn sich ein Kristall aus einer Lösung bildet wird die Symmetrie in Bezug auf die Anordnung der Atome gebrochen.

      Symmetriebrechung ist in der Physik vor allem deshalb wichtig, weil existierende Symmetrien sich auch in den Formeln und Differentialgleichungen, die ein physikalisches System beschreiben, wieder auftauchen müssen. Beim Suchen nach einer mathematischen Beschreibung eines physikalischen Phänomens kann man von vornherein Ansätze ausschliessen, die die benötigte Symmetrie nicht besitzen.

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