Rezension zu Rovelli Die Wirklichkeit, die nicht so ist, wie sie scheint II

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9783644052512Wieder geht es um Universum, Raumzeit, Quanten – dies ist der zweite Teil der Rovelli-Rezension. "Carlo Rovelli rockt die Physikwelt", lautet ein netter Kommentar dazu. Bisher waren die Grundlagen dran, jetzt kommt der Teil, wo Rovelli den Kern seiner Quantentheologie – pardon, Quantentheorie vorstellt. Weitere Aufklärung über Zeit und Raum und Wirklichkeit, wie die Physik sie heute sieht.

Die Rede ist von QED, Quantenelektrodynamik und QCD, Quantenchromodynamik. Beide erweisen sich nach Rovelli als Spezialfälle der allgemeinen Quantengravitation, bzw. seiner Auslegung davon als Schleifenquantengravitation LQG (loop quantum gravity).

Dritter Teil II

Auf das abgebildete Kleidungsstück ist Rovelli besonders stolz, deshalb wird es hier wiedergegeben. Verständnis der Formeln wird nicht erwartet, es geht nur um die schlichte Erhabenheit der drei Formeln:

tshirtrovelli(Bild: Rovelli, Abbildung 7 – Die Gleichungen der Schleifen-Quantengravitation, zusammengefasst auf einem T-Shirt)

In Worten beschreibt Rovelli den Raum als ein Spin-Netzwerk, in dem die Knoten die elementaren Körnchen des Raums darstellen und die Links ihre Beziehung zur Umgebung. Die Spin-Netzwerke verwandeln sich in jeweils andere, und aus diesen Prozessen geht die Raumzeit hervor. Die Prozesse werden von Summen über die Spinschäume ausgedrückt, wobei ein Spinschaum einen ideellen Pfad eines Spin-Netzwerks darstellt. Das Ganze ist ein mikroskopisches Wimmeln von Quanten in unvorstellbar kleiner Dimension, das Raum und Zeit erschafft.

Wir nehmen es in der Makrowelt als Ruhezustand wahr, während jeder Kubikzentimeter Raum und jede vergehende Sekunde das Ergebnis des wabernden Schaums sind. Damit ist die Beschreibung der Welt-Bestandteile bei der untersten Zeile in Rovellis Darstellung angelangt (siehe erster Artikel, zweiter Teil, durch Strich abgetrennt).

Die Welt besteht aus Teilchen, die Quanten von Quantenfeldern sind, und die Zeit entsteht aus den Prozessen dieses Feldes – die Welt besteht vollständig aus Quantenfeldern. Teilchen, Energie, Raum und Zeit sind nur Manifestationen eines einzigen Typs von Sein: den kovarianten Quantenfeldern.

Rovelli findet diese Vorstellung selber nicht ganz einfach, weil der Mensch von Natur aus ein ganz anderes Verständnis von Raum und Zeit hat. Aber die Beschreibung der Natur wird immer feiner, und nach Rovelli auch "einfacher".

Vierter Teil

Der vierte Teil befasst sich mit Konsequenzen aus diesem Weltverständnis – mit Dingen jenseits von Raum und Zeit. Zum einen ist die Rede von der Zeit "vor dem Urknall", sprich, wie die Urknalltheorie zustandekam. Wieder war Einstein beteiligt, und der Papst Pius XII vereinnahmte die Urknalltheorie als Bestätigung der biblischen Schöpfungsgeschichte. Aber wenn das der Schöpfungsakt sein sollte, wie wäre dann ein evtl. früheres Universum unterzubringen?  "Es werde wieder Licht?" Die katholische Kirche rückte von der Vereinnahmung wieder ab.

Der Urknall wurde zunächst von Spöttern so benannt, die sich über "diese Absonderlichkeit" lustig machten. Er ist aber längst wissenschaftlich etabliert. Die Schleifenquantengravitation verspricht noch mehr Aufschluss darüber. Dazu bringt Rovelli Spekulationen über andere Universen, aber er sieht die entsprechenden Theorien noch in der Erkundungsphase.

Die Theorie der Quantengravitation steckt noch in den Kinderschuhen, empirische Beweise sind noch nicht zu haben. Dasselbe gilt ja auch für die Stringtheorien. Rovelli sieht den Impetus darauf, nicht mehr von neuen Feldern und exotischen Teilchen zu träumen, von zusätzlichen Dimensionen, weiteren Symmetrien und Paralleluniversen. Mit den vorhandenen Theorien sei die Grundlage da: Allgemeine Relativitätstheorie, Quantenmechanik und Standardmodell – und das ist auch die Grundlage der Schleifenquantengravitation (LQG, genauer: Vereinbarkeit mit dem Standardmodell).

Rovelli sieht die Hintergrundstrahlung als Fenster in die LQG. In diesen "feinen Kräuselungen" des Weltraums seien die Spuren zu suchen, die zu einer Bestätigung der LQG-Schlussfolgerungen über das Wesen von Zeit und Raum führen können.

Der anschließende Abschnitt über Schwarze Löcher ergeht sich in ein wenig Spekulation, was die LQG dazu zu sagen hätte. Einmal natürlich, dass die Singularitäten verschwinden, die in der Allgemeinen Relativitätstheorie beim Übergang zu infinitesimalen Größen entstehen. Dem wirkt die LQG durch ihre Körnung entgegen; es gibt nichts unendlich Kleines mehr. Eine Konsequenz der LQG könnte sein, dass die Schwarzen Löcher letztlich instabil sein könnten. Sehr alte Schwarze Löcher könnten explodieren, und der Nachweis davon wäre ein phantastisches Signal eines quantengravitativen Phänomens.

Die LQG räumt also mit den unendlichen Werten auf und hilft damit der Allgemeinen Relativitätstheorie. Umgekehrt verschwinden bei Berücksichtigung der Gravitation in der Quantenfeldtheorie deren Divergenzen. So löst die LQG den Widerspruch zwischen Relativitätstheorie und Quantenmechanik auf. Beide Theorien lösen gegenseitig ihre Probleme.

Zur Veranschaulichung werden die grundlegenden Beschränkungen zusammengestellt:

  1. Die Spezielle Relativitätstheorie lässt sich in die Entdeckung fassen, dass es eine Maximalgeschwindigkeit c (Lichtgeschwindigkeit) gibt.
  2. Die Quantenmechanik lässt sich durch die Entdeckung beschreiben, dass es in jedem System eine maximale Information (=Wirkung, mit dem Wirkungsquantum ) gibt.
  3. Die Quantengravitation läuft darauf hinaus, dass es eine miniale Länge P gibt.

Im letzten Abschnitt geht Rovelli auf die Information ein. Der mathematische Aufbau der Quantenmechanik eignet sich gut dazu, in Begriffen der Informationstheorie ausgedrückt zu werden. Der Informationsbegriff ist für das Verständnis der Quantenrealität grundlegend, daher der Slogan "it from bit", was zu übersetzen ist mit "alles ist Information". In der Quantengravitaion werden Prozesse beschrieben, wobei ein Prozess eine Region in der Raumzeit ist. Dazu werden immer Wahrscheinlichkeiten berechnet.

Die Realität ist eingebunden in ein Beziehungsgeflecht von wechselseitigen Informationen, aus denen die Welt gewoben ist. Im Grunde ist immer nur davon die Rede. Die Welt besteht nicht aus Gegenständen, wie wir sie sehen. Sie ist ein kontinuierlicher und stets sich verändender Strom. Eine Welle im Meer hat keinen definierten Anfang und kein definiertes Ende. So ist es auch mit einem Berg.

Die Frage nach Anfang und Ende ist sinnlos, weil Welle und Berg keine Objekte an sich sind, sondern bloß unsere Weise, die Welt zu untergliedern. Mit solchen Begriffen bringen wir die uns verfügbare Information in eine Form – und das gilt für jedes Objekt und jedes lebende Wesen. Der Begriff eines physikalischen Systems wird damit zu einer Idealisierung. Deshalb spielt der Begriff der Information beim Versuch, die Welt zu verstehen, so eine große Rolle.

Nur sind wir uns solcher Ergebnisse aus der LQG längst nicht sicher. Die wissenschaftlichen Erkenntnisse sind nicht endgültig, sondern die besten derzeit verfügbaren. Rovelli spricht von Vertrauenswürdigkeiten statt Gewissheiten, und man möge nicht auf die Verkünder von letztgültigen Antworten hereinfallen. Die Welt ist voll von selbsternannten Hütern der Wahrheit und sonstigen Märchenerzählern.

Was dem Leben wirklich Sinn gibt, ist aber der Blick nach vorne, das Weitergehen, das Ergründen des geheimnssvollen Universuns. Das stellt Rovelli als das Schönste dar, und sein schönster Traum ist, dass einer seiner Leser auf diesen Entdeckungskurs geht, um die Mysterien der Welt zu erhellen und Neues zu entdecken.

(Zusammengefasst vom wissenbloggt-Allzweck-Rezensenten Wilfried Müller)

 

Carlo Rovelli, Die Wirklichkeit, die nicht so ist, wie sie scheint, Eine Reise in die Welt der Quantengravitation, Rowohlt Verlag, Reinbek bei Hamburg 2016, ISBN 9783498058067, Gebunden, 320 Seiten, 22,95 EUR

Erster Teil: Rezension zu Rovelli Die Wirklichkeit, die nicht so ist, wie sie scheint I

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2 Antworten auf Rezension zu Rovelli Die Wirklichkeit, die nicht so ist, wie sie scheint II

  1. Wolfgang Goethe sagt:

    Kann es vielleicht auch sein, dass die erstellten Theorien über Raum, Zeit und das gesamte Universum nur reine Illusion sind?

    JWG

  2. Wilfried Müller sagt:

    Alles nur Spekulation? Das habe ich auch gefragt, und die Antwort meiner Physiker-Freunde war: Die Allgemeine Relativitätstheorie, die Quantenmechanik, das dazugehörige Standardmodell und die zugehörige Quantenchromodynamik sowie die Quantenelektrodynamik sind sehr gut fundiert und gelten als akzeptierte und überprüfte Theorien. Die Stringtheorien, die Supersymmetrie und Rovellis Schleifenquantengravitation sind dagegen unbewiesene Theorien bzw. Hypothesen, die den Weg zur Quantengravitation schaffen sollen. Diese Vereinigung von Allgemeiner Relativitätstheorie und Quantenmechanik dürfte allerdings so unanschaulich werden, wie Rovelli es beschreibt. Es ist also nicht damit zu rechnen, dass irgendwer kommt und das alles ganz einfach macht, so dass es jeder verstehen kann.

     

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