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Ratlose Physiker

Mangels empirischer Daten stützen sich theoretische Physiker auf vage Kriterien wie Schönheit und Natürlichkeit.

Schon die englische Originalausgabe unter dem Titel »Lost in Math« (sinngemäß: in der Mathematik gestrandet) hat für einiges Aufsehen gesorgt. Darin zeichnet die deutsche Physikerin Sabine Hossenfelder, derzeit am Frankfurt Institute for Advanced Studies tätig, ein kritisches Porträt der gegenwärtigen Grundlagenphysik. Der deutsche Titel »Das hässliche Universum« spielt ironisch auf »Das elegante Universum« an, ein Buch des amerikanischen Theoretikers Brian Greene von 2000, das die Stringtheorie als Königsweg zur »Theorie von Allem« vorstellte.

Es geht um das Problem, aus zwei fundamentalen, ungemein erfolgreichen, aber höchst unterschiedlichen Naturbeschreibungen – nämlich Quantenmechanik und Gravitationstheorie – eine einheitliche Theorie namens Quantengravitation zu zimmern. Die von Greene und anderen propagierte Stringtheorie sieht die Lösung in winzigen Fäden, den Strings, die in einem abstrakten Raum von elf Dimensionen Quantenschwingungen ausführen.

Das große Hoffen auf den Monsterbeschleuniger

Abgesehen davon, dass die Stringtheorie Konkurrenz bekommen hat, unter anderem von der Schleifenquantengravitation, folgen aus solchen Vereinigungsansätzen keine Vorhersagen, die sich mit heutigen Mitteln empirisch prüfen ließen. Die Theoretiker hoffen auf den künftigen Bau riesiger Beschleuniger, die den heute größten, den Large Hadron Collider (LHC), noch weit in den Schatten stellen müssten – sowie auf gigantische Teleskopverbände, die Teilchenprozesse tief im All aufspüren und analysieren sollen, deren Energien keine irdische Maschine je zu erreichen vermag.

Das Vertrösten auf den Sankt-Nimmerleins-Tag hat aber Grenzen. Wie lange will man warten? Was wird, wenn auch bei immer höheren Energien keine Indizien für Quantengravitation auftauchen? Allmählich wachsen die Zweifel.

Der Knackpunkt heißt Supersymmetrie. Sie gilt als Meilenstein auf dem Weg zur Theorie von Allem. Empirische Belege für sie werden mit dem LHC dringend gesucht, lassen sich aber bisher nicht blicken. Der hypothetischen Symmetrie zufolge hält die Natur bei sehr hohen Energien, die aber mit dem LHC noch erreichbar sein sollten, zu jedem fundamentalen Partikel ein schweres Partnerteilchen parat. Diese mathematische Symmetrie ist ganz besonders »schön«, denn sie erlaubt es, die Quantenteilchen der Gravitation mit den übrigen Partikeltypen in ein erweitertes Standardmodell der Teilchenphysik zu integrieren. Ohne Supersymmetrie keine Strings oder Schleifen – und nach heutigem Verständnis auch keine Theorie von Allem.

Fragwürdiger Bezug zur Wirklichkeit

Das ist die missliche Lage, in der Hossenfelder sich auf den Weg macht, um prominente Theoretiker in aller Welt nach deren Meinung zum Stand der Physik zu fragen. Aus den dabei gewonnenen Einsichten entsteht ein äußerst informatives, kluges und unterhaltsames Stimmungsbild. Es besagt: Die Theoretiker basteln emsig an verschiedenen mathematischen Modellen, die zwar alle mehr oder weniger »schön« – elegant, symmetrisch und ausgefuchst – sind, deren Bezug zur Wirklichkeit aber mangels empirischer Daten fragwürdig bleibt.

Gewiss verbieten sich vorschnelle Schlüsse wie der, jetzt sei die Physik am Ende oder habe völlig den Bezug zur Wirklichkeit verloren. Das Buch beschreibt aber plastisch die aktuelle Phase, in der die Theorie hypertrophiert, während sie sich in einen Energiebereich vorwagt, wo sie (noch) keine Datenbasis findet.

Als Ersatzkriterium für den Wert einer Theorie dient neben mathematischer Schönheit der Begriff Natürlichkeit. Er drückt das Problem aus, dass wichtige Zahlengrößen des Standardmodells unerklärlich monströs oder grotesk winzig sind. So etwas finden die Physiker unnatürlich und versuchen es durch Zusatzhypothesen plausibler zu machen. Ein unter Theoretikern populäres Argument beruft sich auf das anthropische Prinzip. Da die Stringtheorien eine unermesslich große »Landschaft« von Universen mit allen möglichen Zahlenwerten ergeben, erklärt man unser Universum einfach als dasjenige, in dem die Naturkonstanten halt diejenigen Zahlenwerte annehmen, die Sterne, Planeten, intelligentes Leben und somit Theoretiker zulassen.

Manche Physiker sehen in der Berufung auf mathematische Schönheit und zahlenmäßige Natürlichkeit freilich bloß einen verzweifelten Trick, hinter dem sich theoretischer Katzenjammer verbirgt. Diesen Standpunkt teilt auch Hossenfelder. Wohlgemerkt, sie kritisiert nicht von außen oder von oben herab. Sie lässt keinen Zweifel daran, dass auch sie Teil des dargestellten Zustands ist: Sie forscht selbst auf dem Gebiet der Quantengravitation und ist, wie sie bekennt, dabei in eine persönliche Krise geraten. Das vorliegende Buch dient der Krisenbewältigung.

Unterwegs erfährt der Leser viel über die prekäre Lage der meisten heutigen Akademiker, die – wie die Autorin, als sie die Koryphäen interviewte – mangels Festanstellung einen erheblichen Teil ihrer Arbeit mit dem Schreiben von Anträgen für befristete Forschungsaufträge zubringen müssen. Aus dieser Position resultiert ein aufschlussreicher Blickwinkel von schräg unten, dessen ironische Schärfe wohl nicht zuletzt daher rührt, dass hier eine Frau lauter arrivierte Herrschaften aufsucht. Denn die theoretische Physik ist noch immer Männersache.

Über diesen Umstand verliert Hossenfelder kein direktes Wort. Nur einmal, als sie anlässlich einer Stringtheorie-Tagung das pompöse Hauptgebäude der Münchener Universität beschreibt, leistet sie sich den witzigen Satz: »Im Konferenzraum starren tote Männer aus goldgerahmten Ölgemälden auf uns herab.«

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