Symmetrie und Vorurteil

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Gedanken eines Experimentalphysikers
Quantenwelt

Kennen sie den Sketsch “Das Bild hängt schief” von Loriot? Asymmetrien können uns Menschen ganz schön stören und wir finden Symmetrien und Strukturen selbst da, wo es keine gibt. Das nennt man dann Vorurteile. Ich halte es für eine spannende Frage, ob wir davon ausgehen können, dass die Natur sich an einfache Symmetrien hält. Oder ist das vielleicht nur ein Vorurteil?

Blume
Symmetrien sehen wir überall. Hier eine Vierersymmetrie aus jeweils spiegelsymmetrischen Blütenblättern

Ein gutes Beispiel, wo das Vorurteil einer symmetrischen Natur erfolgreich war, ist die Kopernikanische Wende. Kopernikus hat nicht zuletzt deshalb ein sonnenzentriertes Modell des Universums entworfen, weil er die perfekte Kreisbahn als symmetrischste aller möglichen Bahnen wiedereinführen wollte. Dass das nicht geklappt hat, wissen wir heute. Die Planetenbahnen sind nur beinahe kreisförmig. Unter Vernachlässigung der Wechselwirkungen der Planeten untereinander1 sind es Ellipsen nach Kepler. Statt dessen hat Kopernikus’ neues Weltbild die Wende zu einer ganz neuen Erkenntnis eingeläutet: Weder Sonne noch Erde befinden sich im Zentrum des Universums. Das Sonnensystem ist eines von vielen.2

Symmetrie gibt es aber auch im unendlichen Universum. Sowohl die allgemeine Relativitätstheorie, die die Struktur des Weltalls im Großen erklärt, also auch das Standardmodell der Elementarteilchenphysik, das die Mikrostruktur der Materie erklärt, beruhen zum erheblichen Teil auf Symmetrien.

Dass wir in der Wissenschaft so viele Symmetrien aufdecken, ist kein Zufall. Wissenschaft ist ohne Symmetrien einfach undenkbar. Ohne räumliche und zeitliche Translationssymmetrie3 können wir nicht von einzelnen Beobachtungen auf grundlegende physikalische Theorien schließen, die wir dann im Experiment überprüfen. Jede Theorie ist darauf angewiesen, dass es viele vergleichbare Anwendungsfälle gibt. Dass die grundlegenden Prinzipien von Ort und Zeit unabhängig sind. Das postuliert Einsteins Relativitätstheorie.

Noch vielfältiger sind die Symmetrien in der Teilchenphysik, auf die ich in meinem Artikel zum Higgs- und Z-Boson eingegangen bin. Hier handelt es sich um abstrakte Symmetrien bezüglich der Vertauschung gewisser Teilcheneigenschaften wie Ladungen oder Rotationssinn. Oder auf die Symmetrie bestimmten Wechselwirkungen, die unabhängig von den beteiligten Teilchenarten immer gleichartig ablaufen. Diese Symmtrien haben zu spannenden Vorhersagen geführt. Viele davon haben sich bestätigt, nach den supersymmetrischen Teilchen wird noch gesucht.

Aber angenommene Symmetrien haben auch oft genug ins Leere geführt. Viele heute als widerlegt geltende Theorien basieren auf Symmetrien, die sich als Vorurteile herausgestellt haben. So gibt es offenbar keine Parallelen zwischen den Positionen von Sternen und dem Lebensweg von Menschen, wie die Astrologie annimmt. Und es besteht auch kein allgemeiner Zusammenhang zwischen Symptomen einer Krankheit und den Reaktionen von Gesunden auf Medikamente, die solche Krankheiten heilen, wie die Theorie der Homöopathie behauptet.

Symmetrien zu finden ist eine wichtige Aufgabe von Wissenschaft, aber es ist vielleicht eine noch wichtigere Aufgabe herauszufinden, welche Symmetrien tatsächlich in der Natur verwirklicht sind und welche nur gut etablierte Vorurteile sind.

Anmerkungen:
1. Weil die Sonne so viel massiver ist als jeder Planet, ist das eine gute Näherung.
2. Vielleicht von unendlich vielen.
3. Die Annahme, dass physikalische Gesetze von Ort und Zeit des Geschehens zumindest näherungsweise unabhängig sind.

Veröffentlicht von

www.quantenwelt.de/

Joachim Schulz ist Gruppenleiter für Probenumgebung an der European XFEL GmbH in Schenefeld bei Hamburg. Seine wissenschaftliche Laufbahn begann in der Quantenoptik, in der er die Wechselwirkung einzelner Atome mit Laserfeldern untersucht hat. Sie führte ihn unter anderem zur Atomphysik mit Synchrotronstrahlung und Clusterphysik mit Freie-Elektronen Lasern. Vier Jahre hat er am Centre for Free-Electron Laser Science (CFEL) in Hamburg Experimente zur kohärenten Röntgenbeugung an Biomolekülen geplant, aufgebaut und durchgeführt. In seiner Freizeit schreibt er zum Beispiel hier im Blog oder an seiner Homepage "Joachims Quantenwelt".

30 Kommentare

  1. Hohe Symmetrie mag schön sein, ist aber auch langweilig. Auch in der Physik bringt erst die Symmetriebrechung, die besipielsweise bei Unterschreiten der Curietemperatur stattfindet, den Ferromagentismus hervor. Interessant, dass der Zustand der Symmetrie (hohe Temperatur) hier auch ein Zustand des Chaos ist, in dem die Elementarmagnete sich wie Gasmoleküle verhalten.Symmetrie mit Ordnung gleichzusetzen ist also falsch. Was wir als Ordnung wahrnehmen, ist mit geringerer Symmetrie verbunden als das Chaos. Die höchste Symmetrie hat das unstrukturierte “Uruniversum” in dem keine Richung ausgezeichnet ist und alle Kräfte zu einer einzigen Kraft verschmelzen. Ganz am Anfang des Universums gab es auch noch kein Higgs-Feld und damit keine massenbehafteten Teilchen. Damit gab es auch keine Massenunterschiede und damit weniger “Differenzierung”. Erst bei Unterschreiten des “Higgs-Curie-Punkts” (Analogie von mir) bildete sich durch den Bruch der Symmtetrie , durch das Herunterrollen in einen tieferen “Grundzustand” das Higgs-Feld aus, womit dann auch das Universum sich in die “Gestalt” entwickelte, die wir heute erleben. Wird dieser Zustand des Universums für immer so bleiben? Die Higgs-Boson Masse von 126GeV deutet darauf hin, dass das Higgsfeld möglicherweise nur in einem lokalen Minimum ist und noch weiter runterrollen könnte. Symmetrien sind also vor allem dann spannend, wenn sie gebrochen werden und sich ein neuer labiler Zustand ausbildet. So einer wie der in dem wir uns gerade befinden.

    Symmetrie ist zudem ein sehr allgemeiner Begriff. Ich würde bei folgendem mehr von angenommener Korrespondenz sprechen als von Symmetrie:

    [Es gibt keine] Parallelen zwischen den Positionen von Sternen und dem Lebensweg von Menschen, wie die Astrologie annimmt. Und es besteht auch kein allgemeiner Zusammenhang zwischen Symptomen einer Krankheit und den Reaktionen von Gesunden auf Medikamente, die solche Krankheiten heilen

    Dabei korrespondieren ganz verschiedene Systeme. Wobei das letztlich natürlich auch wieder etwas mit Symmetrie zu tun hat.

    • Sie haben Recht. Symmetrie ist ein sehr allgemeiner Begriff. Die Symmtetriebrechung, die Sie ansprechen, ist tatsächlich ein sehr wichtiger Prozess, den ich vielleicht auch mal zum Thema machen sollte. Beim Symmetriebruch geht die Natur aber nicht unbedingt in einen nicht symmetrischen Zustand über. Ein Ferromagnetischer Kristall ist ja immer noch ein hoch symmetrisches System: Er sieht überall gleich aus, hat also eine gewisse Translationssymmetrie. Das System ist invariant gegenüber Verschiebungen um Vielfache der Gittervektoren. Es fehlt dem System aber die vollständige Translationssysmmetrie um beliebige Längen und die Rotationssymmetrie. Das System “Kristall” hat spontan eine Vorzugsrichtung gebildet, obwohl die zugrundeliegenden Naturgesetze keine Raumrichtung bevorzugen.

      Das vollständige Chaos spiegelt dagegen, wenn wir genügend große Raumbereiche betrachten, die vollständige Symmetrie wieder. Es hat überall dieselbe Temperatur, Druck und andere Zustandsgrößen. Mikroskopisch sieht es dagegen überall unterschiedlich aus, es ist also nicht unbedingt, was sich ein Mathematiker unter perfekter Symmetrie vorstellen würde.

  2. Nein, Symmetrien sind nicht naturgegeben. Im Gegenteil.

    Man findet leicht die Bildbeispiele menschlicher Gesichter, die man links/rechts oder umgekehrt symmetrisch gespiegelt hat. Die sehen grausig aus, unnatürlich und fremd.

    Ammoniten, Schnecken, Quallen, oder auch organische Moleküle: Asymmetrie überall (manchmal sogar funktionsrelevant).

    Auch die an sich nette Idee der weißen Löcher, die alles ausspucken, was die Schwarzen Löcher verschlungen haben, hat sich als falsch erwiesen, wäre aber schön symmetrisch gewesen.

    Und wenn man das oben abgebildete Beispielbild genau betrachtet … die Blütenblätter stehen einander zwar symmetrisch gegenüber, sind aber unterschiedlich groß. Vielleicht sind es die leichten Abweichungen, die das Leben ausmachen?

    • Ja, eine sehr interessante Beobachtung. Obwohl zweifellos jede Zelle dieser Blume dieselbe Erbinformation hat und sich nach denselben physikalischen Gesetzmäßigkeiten verhält, ist die Symmetrie nicht perfekt. Die von Herrn Holzherr ins Spiel gebrachten Symmetriebrüche gibt es überall.

      Aber dennoch: Gibt die die Symmetrie in den Naturgesetzen? Oder sind das auch nur Konstrukte des menschlichen Ordungswahns?

      • Herr Dr. Schulz:

        Gibt [es, vs ‘die’] die Symmetrie in den Naturgesetzen? Oder sind das auch nur Konstrukte des menschlichen Ordungswahns?

        Die Naturgesetzmäßigkeit -es wird ja nicht im Chaos gelebt, schon deshalb nicht, weil es dort nicht ginge- leitet zum Empfinden von Symmetrien seitens des Erkenntnissubjekts an. Der ‘Ordnungswahn’ meint wohl die systematische Beschäftigung mit diesen Gesetzesmäßigkeiten durch das Subjekt: ja es gibt diesen und es gibt Grund hierfür.

        MFG
        Dr. W

    • Symmetrie ist oft im “Bauplan” angelegt wird aber durch die “Realität” (Einflüsse und Kräfte, die bei der Realisation des Bauplans wirken) teilweise wieder vernichtet. Sie existiert dann oft noch als Ideal, deshalb ist auch der Titel “Symmetrie und Vorurteil” sinnvoll, denn wir suchen nach dem Ideal Symmetrie, welches in der Realität nur geahnt werden kann. Attraktiv ist, wer

      Die wahrgenommene Attraktivität kann auch durch künstliche geschaffene Symmetrie zwischen den Gesichtshälften erhöht werden.

      Im Tierreich gibt es Belege dafür, dass äußerliche Merkmale und deren Symmetrie bestimmend für die sexuelle Attraktivität sind.

  3. @Karsten Kruschel, Joachim Schulz
    Eine Erklärung für die Häufigkeit von Symmetrie wäre eine rein ökonomische. Es “kostet” schlicht und einfach weniger, etwas auf eine einfache Art zu duplizieren, als jedesmal etwas komplett neues optimal an die Situation angepasstes zu erfinden. Die Einpassung des Duplikats in das Gesamtsystem kann dann automatisch zu Symmetrien führen. Symmetrie kann sich also aus ökonomischen Prinzipien ergeben. Nehmen wir das Wachstum einer Pflanze. Eine Strategie gegen Konkurrenten um das Licht zu kämpfen ist in die Höhe zu wachsen. Damit erhalten wir den Stengel. Es ist nun naheliegend, dass Blätter sich axialsymmetrisch um diesen Stengel herum anordnen. In gewissen Fällen ergibt sich “zufälligerweise” eine perfekte Axialsymmetrie und in andern nur in etwa.

    • Wie brauchen doch gar keine Erklärung für die Häufigkeit von Symmetrie – weil es sie nicht gibt. Es gibt sie nicht in der Biologie – oberflächlich betrachtet symmetrische Strukturen sind genau betrachtet unterschiedlich (linke Gesichtshälfte, rechte Gesichtshälfte; oberes Blütenblatt, unteres Blütenblatt).

      Es gibt sie auch nicht in der Physik, jedenfalls nicht als Prinzip – Antimaterie wäre das Symmetrischste zu unserer Materie, was man sich vorstellen kann, und dennoch hat das Universum das Zeug aussortiert.

      Rätselhaft ist allerdings das menschliche Bestreben, überall Symmetrien zu entdecken, wo es gar keine gibt. Joachim Schulz hat ein paar davon ja selbst aufgeführt – nachdem er ein paar tatsächliche mit bloß gedachten Symmetrien durcheinander geworfen hat.

      Quod erat demonstrandum.
      😉

      • @ Kruschel: Wenn man Symmetrie nur eng im Sinne der theoretischen Mathematik betrachtet, als identische Kopie, dann ist sie natürlich unmöglich.
        Betrachtet man Symmetrie aber als gemeinsame Grundstruktur (Bauweise), so ist sie häufig anzutreffen, obwohl die Ergebnisse nicht mathematisch identisch sind.

  4. Der ´ökonomie´-Faktor, von @Holzherr angesprochen, dürfte der wichtigste Grund für Symmetrie sein. Denn Symmetrie ist wiederum nur ein Überbegiff für Strukturen/Muster.
    Wenn einzelne Ereignisse nach gleichartigen Strukturen/Mustern ablaufen, so führen sie zu gleichartigen Ergebnissen; welche dann oft symmetrisch sind – da sie auf gleichartiger Grundlage beruhen.
    Es ist auf jeden Fall ökonomischer, mit einer geringen Anzahl – einem Baukasten – zu arbeiten, als für jede Anwendung ein komplett neues System zu entwickeln.
    Ein schönes Beispiel für ökonomisches Arbeiten ist die Erbsubstanz, welche nur aus einer geringen Anzahl von Bausteinen aufgebaut ist.

    • Meines Erachtens ist weniger die Notwendigkeit von Ökonomie als der gemeinsame entwicklungsgeschichtliche Ursprung der Grund für große Symmetrien in der Biologie. Die Blütenformen heutiger Pflanzen haben sich aus denen ihrer Vorfahren durch Vervielfachung und Modifikation bestehender Formen entwickelt. Außer in Viren ist Erbgut meines Wissens keine knappe Ressource.

      • Erbgut selbst ist keine knappe Ressource, aber “sinnvolles” Erbgut ist eine knappe Ressource. Sinnvoll bedeutet, dass das Erbgut durch den evolutionären Prozess geformt wird. Das bedeutet aber Reproduktion und Selektion und damit eine recht lange Zeitspanne. Allzuviel Erbgut kann durch diesen Prozess nicht “veredelt” werden.
        Der gemeinsame entwicklungsgeschichtliche Ursprung hängt mit der Ökonomie zusammen. Es bedeutet, dass es “billiger” ist etwas zu vererben als es neu zu erfinden.

  5. Ja, “Ordnung” ist scheinbar arg subjektiv erkannt. Das geht sogar auch in die empirische Wisenschaft hinein, diese Verwechslung von Ordnung entgegen seinem Bezug zur konkreten Funktion. Und selbst die konkrete Funktion ist oft erkannt im Bewusstsein einer primärvision über den Gegenstand – die sich je nach Perspektive anders beschreiben liesse..

    Bei Asstrologie verkennt man unbewusst Ursache und Wirkung. Denn ein fest an astrologische Thesen glaubender erhöht die Wahrhscheinlichkeit, dass die Thesen in seinem Leben zukünftig Realität werden. Horoskope fördern beim Subjekt das Richten der Aufmerksamkeit auf Vorkommnisse in seinem Alltagserlaben, die das Horoskop vorher angesprochen hat – und da finden wir eben immer irgendetwas vergleichbares, wenn es auch noch so entfernt vom Ursprung sei. Man entscheidet sich auch zu einem Studium (aufgestelltes Glaubenskonstrukt), woraufhin eine höhere Wahrscheinlichkeit, die daran anschliessende Berufslaufbahn Realität werden zu lassen, existiert. (Erfüllung der These im Glaubenskontrukt). Im Grunde aber ist es also auch widerspruchsfrei möglich, die aufgestellte These als Ursache zu bezeichnen. Denn auch hierbei besteht eine gewisse “Gesetzmäßigkeit” – weil ohne Studium/Ausbildung die Berufslaufbahn nicht so wahrscheinlich bis gar nicht möglich ist.
    Nämlich: Mit der Auswahl der Ausbildungsdisziplin determinieren wir zu einem erheblichenTeil uunsere Zukunft. Das ist bei der Astrologie auch so, wenn das “Konstrukt” ein kulturel anerkannter (virtueller) Gegenstand ist. Das Hochgkulturen solche Systeme haben entwickelt, darf heute keinen Menschen (vor allem keinen evidenzbasierten Wissenschaftler) wundern. “Kultur” besteht schliesslich aus solchen Konstrukten und Verfolgung/Einhaltung derer Inhaltssystematik.

  6. Die supersymetrischen Teilchen dürften angesichts der Unzuschreibbarkeit von “Ordnung” und “Symetrie” (System) in einem Zustand eine absoluten Eigenschaftslosigkeit befinden. Oder alle möglichen Eigenschaften aufweisen. Das Konstrukt der Quantenmechnanikphänomenologie wundert mich angesichts überhaupt nicht – sucht man damit doch die Ursache und findet trotzdem immer nur Wirkung.
    Das muß am “Messvorgang” liegen, der selbst “Wirkung” ist, anstatt sie zu messen. Denn was “ist”, ist schon Wirkung und kann nicht Ursache sein. Ist dann schon ein Gedanke Wirkung oder kann der Ursache sein?

  7. Die Symmetrieidee hat etwas betörendes, weil sie eine “göttliche Ordnung” nahelegt in der die Dinge geordnet sind. Deshalb auch die “Vorurteile”, die Erwartungen, die von der Realität nicht immer erfüllt werden. Eine solche Erwartung, eine Idee, die viele fasziniert ist die, dass die gleichen Ordnungsprinzipien auf allen Grössenordnungen wirksam seien, etwas was man als Skalensymmetrie bezeichnet und was man beispielsweise in der Fraktalgeometrie findet. In der Wikipedia liest man dazu:

    Scale symmetry refers to the idea that if an object is expanded or reduced in size, the new object has the same properties as the original. Scale symmetry is notable for the fact that it does not exist for most physical systems, a point that was first discerned by Galileo. Simple examples of the lack of scale symmetry in the physical world include the difference in the strength and size of the legs of elephants versus mice (so-called allometric scaling), and the observation that if a candle made of soft wax was enlarged to the size of a tall tree, it would immediately collapse under its own weight.

    A more subtle form of scale symmetry is demonstrated by fractals. As conceived by Benoît Mandelbrot, fractals are a mathematical concept in which the structure of a complex form looks similar or even exactly the same no matter what degree of magnification is used to examine it. A coast is an example of a naturally occurring fractal, since it retains roughly comparable and similar-appearing complexity at every level from the view of a satellite to a microscopic examination of how the water laps up against individual grains of sand.

    Fraktale Gebilde üben eine starke Faszination auf viele selbst kritische Geister aus. So kursierte lange Zeit die Idee des Fraktalen Universums, die Idee also, es gäbe Strukturen im Universum, die sich auf allen Grössenskalen wiederholten. Heute weiss man ziemlich sicher, dass das nicht zutrifft.

  8. Apropo Vorurteil: solange ein Vorurteil so verstanden und angewendet wird, wie die Semantik es nahelegt – nämlich als ein VORLÄUFIGES Urteil – ist daran wenig zu kritisieren. Problematisch wird ein Vorurteil dann, wenn es als VORAB gefälltes ENDGÜLTIGES Urteil eingesetzt wird – als Urteil also, dass vermeintlich keiner Überprüfung bedarf, weil es doch richtig sei (Zirkelschluss). Klassisches und aktuelles Beispiel für ein vorab gefälltes endgültiges Urteil ist die CO2-Klimaerwärmungsthese.

    Doch Naturwissenschaft ist die Kultur des Zweifels, nicht der Gewissheit!

    Vorurteile erhöhen die Gefahr, dass ein – scheinbar oder behauptet – wasserdichter naturwissenschaftlicher Kenntnisstand durch nicht auf Dauer zurückzuhaltende Erkenntnisse komplett über den Haufen geworfen wird. Ein ernstzunehmender Wissenschaftler wird sich daher 1) vor falschen Vorurteilen hüten und 2) niemals behaupten, er wüsste, wohin die Reise geht und lediglich bei der Genauigkeit des Wissens wären in Zukunft Veränderungen möglich.

    So wie einst Alfred Wegner mit seiner Kontinentalverschiebungstheorie das geologische Fachwissen auf den Kopf stellte oder Albert Einstein mit seiner Relativitätstheorie die Vorstellung eines Weltenäthers pulverisierte, so ist auch heutiges angeblich felsenfestes Wissen in der Zukunft “bedroht”. Umso eher, je mehr dieses “Wissen” auf Vorurteilen ruht.

    • Schön dass Sie verstanden haben was ein Vorurteil ist.
      Haben Sie noch mehr inhaltslose Gemeinplätze auf Lager?
      Die Gültigkeit der Relativitätstheorie oder die Klimasensitivität von Treibhausgasen kann man durch Experiment und Beobachtung bestätigen, oder widerlegen. Nicht durch Propaganda.

      • Sicherlich kann man “die Gültigkeit der Relativitätstheorie oder die Klimasensitivität von Treibhausgasen

        durch Experiment und Beobachtung bestätigen oder widerlegen”. Das ist doch gar keine Frage und auch nicht

        Gegenstand meines Postings gewesen.

        Doch zuweilen ist eben erst ein völlig andersartiger (naturwissenschaftlicher) Denkansatz notwendig, um

        natürlichen Phänomenen auf die Spur zu kommen. Derartige Paradigmenwechsel wurden leider immer wieder durch —

        Vorurteile — erschwert. DARAUF habe ich mit Verweis auf die Kontinentalverschiebungstheorie und die ART/SRT

        hingewiesen. Gegenwärtig (= in diesen Jahrzehnten) sehe ich eine Neuauflage solch eines Paradigmenwechsels, und zwar bei der Klimaforschung. Sie scheinen das nicht verstanden zu haben.

        Mit freundlichen Grüßen

        • nicht überraschend. Eine weitere Leerformel.
          “Derartige Paradigmenwechsel Derartige Paradigmenwechsel wurden leider immer wieder durch —
          Vorurteile — erschwert”
          Super, wer hätte das gedacht.

  9. hallo joachim,

    ich bin nicht ganz deiner meinung. symmetrie ist wichtig für unser verständnis, aber symmetriebrechung ist entscheidend für die vielfalt der natur. ohne symmetriebrechung wäre alles öd. erlaube mir dies an deinem satz

    *Ohne räumliche und zeitliche Translationssymmetrie3 können wir nicht von einzelnen Beobachtungen auf grundlegende physikalische Theorien schließen, die wir dann im Experiment überprüfen.*

    darzulegen. dahinter verbirgt sich ja das noethersche theorem: invarianz himsichtlich der zeitlichen translationen hat energierhaltung zur folge, invarianz hinsichtlich räumlichen translationen hat impulserhaltung zur folge.

    in einer spezialausgabe des spektrums der wissenschaft wurde kürzlich berichtet, das zumindest ersteres für unser all nicht gilt, wenn man an etwas ähnliches wie den urknall glaubt, denn das all als ganzes ist dann zeitlich nicht konstant und die energieerhaltung gilt nicht.

    ich spekuliere nun, aber wäre unser all zeitlich konstant, wäre es langweilig, wenig würde sich ändern. symmetriebrechung ist das salz in der suppe. ähnlich wie in den ersten millisekunden nach dem urknall. alle kräfte und teilchen waren gleich. es herrschte chaos und erst durch das brechen der symmetrie enstanden interessante strukturen. oder noch fundamentaler: gäbe es völlig symmetrish genauso viel materie wie antimaterie, dann gäbe es nichts. es die unverstandene brechung dieser symmetrie, die unsere welt möglich gemacht hat.

    • Hallo albert,

      der von dir zitierte Satz ist, das muss ich zugeben, nicht ganz eindeutig. Ich spezifiziere ihn etwa später mit diesem Satz: “Dass die grundlegenden Prinzipien von Ort und Zeit unabhängig sind.” Es geht mir also nicht um die zeitliche und räumliche Homogenität der Materie- und Energieverteilung. Die ist in der Tat zumindest zeitlich inhomogen, weil das Universum expandiert. Es geht mir um die Homogenität der Naturgesetze. Es ist bemerkenswert, dass die Naturkonstanten in der Tat konstant zu sein scheinen. So weit die Astronomen auch in die Vergangenheit und in die Ferne schauen, es lässt sich stets mit den physikalischen Gesetzen beschreiben, mit denen wir auch in irdischen Laboren arbeiten.

    • Hallo Joachim,

      was ich ausdrücken wollte, deckt sich zumindest teilweise mit Deiner Vorstellung. Die Einsicht über die (lokale) Äquivalenz, eine Art von Symmetrie, von Beschleunigung und Gravitation, hat Einstein ermöglicht seine Feldgleichungen zu formulieren. Ähnlich sehe ich das mit der elektroschwachen Wechselwirkung – ich bin kein Experte – bei hohen Energien sind elektromagnetische und schwache Kraft irgendwie gleich oder symmetrisch. Spannend wird es immer wenn die Symmetrie gebrochen wird, also Gravitation nicht mehr global gleich zur Beschleunigung ist und die schwache und elektromagnetische Kraft sehr unterschiedliche Gestalten annehmen. Erst Dadurch wird es möglich komplexere und vielfältigere Strukturen zu bilden, als wenn alles gleich wäre.

      Du kennst sicher das Bild des parabellförmigen Potentialtopfs der im tiefsten Punkt hochgedrückt wird. Das Potential ist immer noch rotationssymmetrisch, aber eine Kugel die im (indifferenten) Minimum liegen bleibt bricht diese Symmetrie. Mir gefällt dieses Bild.

      Also Symmetrie braucht man für das Verständnis der Welt, Symmetriebrechung um die Welt bunt und interessant zu machen.

  10. noch einmal Philosophie:

    Wir können zwischen der Einheit und der Vielheit unterscheiden. Diese Unterscheidung beinhaltet dabei nur eine scheinbare Symmetrie, denn sie ist vielmehr eine Korrespondenz oder eine Komplementarität. Auf der materiellen Ebene sprechen wir einerseits von der Singularität aber auch von Vielheit; ein nur scheinbarer Widerspruch. Denn das Wesen der Vielheit ist eben die Unverbundenheit der einzelnen Singularitäten; die Physis ist keine Bestimmung des Einen sondern des Vielen. Im Gegensatz hierzu steht die verbundene Einheit. Wie bei einer Diffenrentialrechnung, bei der die Ergebnisse als singuläre Punkte in ihrer Vielheit dieser einen differentiellen Beziehung in einer Formel entsprechen.

    Du, mein Memmius, leih ein still aufmerkendes Ohr mir! —
    Keine Materie hängt ganz unzertrennbar zusammen:
    Denn wir sehen es ja, wie alle die Dinge sich mindern,
    Gleichsam schwinden dahin vom langaufzehrenden Alter,
    70
    Bis sie endlich die Zeit den Augen gänzlich entrückt hat.
    Aber die Summe selbst scheint unverändert zu bleiben;
    Denn die Teilchen, die stets den Körpern entweichen, vermindern
    Hier die Masse, vergrößern sie dort: wann jenes veraltet,
    Dränget sich dieses hervor zu neuer Jugend und Blüte,
    75
    Bleibt nicht dauernd auch da. So wird die Summe des Ganzen
    Immer wieder erneut, so borgt man das Leben von andern.

    – Lukrez – Von der Natur der Dinge; Buch I –

    Leibniz nennt die Singularitäten Monaden. Sie besitzen eine Struktur, eine Serialisierung und einen Sinn untereinander, ohne wirklich miteinander verbunden zu sein, sie werden nur verknüpft. Die Glieder einer Serie determinieren auf komplexe Weise die Glieder einer anderen Serie. So sind Naturprodukte von einer ihnen wesentlichen Verschiedenartigkeit nicht zu trennen und so entstehen Symmetrien in der Natur aus der losen Verknüpfung der Singularitäten, die sich gegenseitig beeinflussen. Die Komplementarität ist dagegen eher ein paradoxes Element, das man wie folgt zusammenfassen kann: 1. beides kann nicht gleichzeitig sein 2. die Komplementäreigenschaft lässt das eine unvollständig zurück 3. Das Streben nach Vollständigkeit (oder Entropie) erzeugt einen Wechsel (der das Leben ermöglicht)

  11. Hallo Hr. J. Schulz, wie Sie ja wissen bin ich kein Spezialist auf irgendein Gebiet, lese und denke aber gerne mit.
    Habe mal eine Frage:
    Gibt es denn eine PERFEKTE Symmetrie,? Teilchen sind ständig in Bewegung und verändern sich, wie kann es da eine “perfekte Symmetrie” geben, wenn es Sie gibt?
    Ich glaube das es nichts zweimal gibt was zu 100% identisch ist bzw. sein kann, durch die ständigen Bewegungen und damit verbundenen Veränderung…?
    Würde mich über eine Antwort freuen… Liebe Grüße Kerstin Nädler

    • Hallo Frau Nädler,
      in der Physik suchen wir ja ganz konkret nach Symmetrien, weil nur mit ihnen allgemeine Gesetzmäßigkeiten formuliert werden können und weil diese Suche in der Vergangenheit sehr erfolgreich war. Aber die meisten Symmetrien sind tatsächlich nur in der Vereinfachung vorhanden. Prozesse des täglichen Lebens laufen meist gerade deshalb ab, weil die Symmetrie gebrochen ist. Ein völlig symmetrisches System hat keine Grund, sich in irgendeine Richtung zu entwickeln.

  12. Pingback:Zeit und Symmetrie physikalischer Gesetze » Quantenwelt » SciLogs - Wissenschaftsblogs

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