27.12.2004
Nichts als das Nichts
Genz
Nichts als das Nichts
In der modernen Physik ist das "Nichts" einerseits der leere Raum, aus dem alle Gegenstände entfernt wurden, andererseits das Vakuum, der energetisch tiefste Zustand der Quantentheorie. Wie sind die Konzepte des leeren Raums und des Vakuumzustands miteinander verknüpft? Dies ist gegenwärtig noch nicht klar, denn es gibt noch keine umfassende Theorie der Quantenprozesse und der Allgemeinen Relativitätstheorie, die Raum und Zeit beschreibt. In seinem lesenswerten Buch "Nichts als das Nichts" spannt Henning Genz einen weiten Bogen von den Überlegungen zur Unmöglichkeit des leeren Raums bei Aristoteles bis zum Higgs-Teilchen, das in modernen Feldtheorien zu finden ist, als Konsequenz einer Symmetrie, die zwar in den Bewegungsgleichungen auftritt, aber die der Vakuumzustand nicht aufweist. Der Grundzustand, das Vakuum, ist nach diesen Ideen nicht wirklich leer, denn er ist energieärmer, wenn er Higgs-Felder enthält, als ohne sie. Dieses verblüffende Argument zeigt, dass das Nichts, selbst wenn man alles so leer fegt, wie es mit den physikalischen Gesetzen verträglich ist, immer noch eine komplexe Struktur hat. Den schwierigen Überlegungen zu den mathematischen Strukturen der Feldtheorie nähert sich der Autor Schritt für Schritt. Er beginnt historisch mit dem Experiment Torricellis im Jahre 1644 und den Demonstrationen des Luftdrucks durch Otto von Guericke. Die schrittweise Entschlüsselung des Aufbaus der Atome und der Elementarteilchen führte zur Überzeugung, dass fast alles leerer Raum ist, angefüllt mit Feldern. Schließlich folgte die Quantenfeldtheorie, in der alle Dinge aus dem Vakuum stammen.
Die Astronomen fanden in den letzten Jahren Evidenz für eine Beschleunigung der Expansion des Universums. Dies muss durch eine nahezu konstante, positive Energiedichte verursacht sein, die man als potentielle Energie eines Feldes verstehen kann. Auch der leere Raum der Einsteinschen Theorie ist also nicht wirklich leer, sondern eingenäht in seine geometrische Struktur ist eine kosmische "Dunkle Energie" (wie man sagt). Wie diese mit dem Vakuum der Quantentheorie zusammenhängt, das liegt noch im Dunkeln.
Das Buch führt den Leser an die neuesten und wichtigsten physikalischen Fragestellungen heran, im Kosmos, wie im Bereich der kleinsten Teilchen. Es ist allerdings -naturgemäß -kein leichter Lesestoff und meiner Meinung nach nicht ohne eine gewisse physikalische Vorbildung -dann aber mit großem Gewinn -zu lesen.
In der modernen Physik ist das "Nichts" einerseits der leere Raum, aus dem alle Gegenstände entfernt wurden, andererseits das Vakuum, der energetisch tiefste Zustand der Quantentheorie. Wie sind die Konzepte des leeren Raums und des Vakuumzustands miteinander verknüpft? Dies ist gegenwärtig noch nicht klar, denn es gibt noch keine umfassende Theorie der Quantenprozesse und der Allgemeinen Relativitätstheorie, die Raum und Zeit beschreibt. In seinem lesenswerten Buch "Nichts als das Nichts" spannt Henning Genz einen weiten Bogen von den Überlegungen zur Unmöglichkeit des leeren Raums bei Aristoteles bis zum Higgs-Teilchen, das in modernen Feldtheorien zu finden ist, als Konsequenz einer Symmetrie, die zwar in den Bewegungsgleichungen auftritt, aber die der Vakuumzustand nicht aufweist. Der Grundzustand, das Vakuum, ist nach diesen Ideen nicht wirklich leer, denn er ist energieärmer, wenn er Higgs-Felder enthält, als ohne sie. Dieses verblüffende Argument zeigt, dass das Nichts, selbst wenn man alles so leer fegt, wie es mit den physikalischen Gesetzen verträglich ist, immer noch eine komplexe Struktur hat. Den schwierigen Überlegungen zu den mathematischen Strukturen der Feldtheorie nähert sich der Autor Schritt für Schritt. Er beginnt historisch mit dem Experiment Torricellis im Jahre 1644 und den Demonstrationen des Luftdrucks durch Otto von Guericke. Die schrittweise Entschlüsselung des Aufbaus der Atome und der Elementarteilchen führte zur Überzeugung, dass fast alles leerer Raum ist, angefüllt mit Feldern. Schließlich folgte die Quantenfeldtheorie, in der alle Dinge aus dem Vakuum stammen.
Die Astronomen fanden in den letzten Jahren Evidenz für eine Beschleunigung der Expansion des Universums. Dies muss durch eine nahezu konstante, positive Energiedichte verursacht sein, die man als potentielle Energie eines Feldes verstehen kann. Auch der leere Raum der Einsteinschen Theorie ist also nicht wirklich leer, sondern eingenäht in seine geometrische Struktur ist eine kosmische "Dunkle Energie" (wie man sagt). Wie diese mit dem Vakuum der Quantentheorie zusammenhängt, das liegt noch im Dunkeln.
Das Buch führt den Leser an die neuesten und wichtigsten physikalischen Fragestellungen heran, im Kosmos, wie im Bereich der kleinsten Teilchen. Es ist allerdings -naturgemäß -kein leichter Lesestoff und meiner Meinung nach nicht ohne eine gewisse physikalische Vorbildung -dann aber mit großem Gewinn -zu lesen.
Prof. Dr. Gerhard Börner, MPI für Astrophysik, Garching
