Ist die theoretische Physik in die Sackgasse geraten?
Ist die theoretische Physik in die Sackgasse geraten?
Vor einigen Jahren habe ich das etwas krawallige Buch “Vom Urknall zum Durchknall” von Peter Unzicker gelesen. Krawallig in der Sprache, der Autor ist Gymnasiallehrer. Vor einigen Wochen dann das seriösere Buch “Das hässliche Universum” von Sabine Hossenfelder. Seriöser insofern, als die Autorin selbst als theoretische Physikerin arbeitet und für ihr Buch einige der bekanntesten Physiker der Welt interviewt hat.
Mit dem Standardmodell der Teilchenphysik hat die Theoretische Physik ein Modell aufgestellt, das sich in vielen Messungen und seit vielen Jahren bewährt und mit der Entdeckung des Higgsboson in Cern einen (vorläufigen?) Abschluss gefunden hat. Nachteilig an diesem Modell ist, dass es eine Vielzahl von freien Parametern hat, die sich nicht aus der Theorie ergeben und experimentell bestimmt werden müssen. Also läuft die Suche nach einem weiterführenden Modell, das die konkreten Werte dieser Parameter erklären kann und gleichzeitig eine Vereinigung der Quantenphysik mit der allgemeinen Relativitätstheorie bietet. Es gibt einige Kandidaten dafür, zum Beispiel die Stringtheorie(n).
Mehrere Dinge fallen einem auf, wenn man sich mit der Stringtheorie beschäftigt: Die Energien (und damit Längen und Zeiten), die für die Strings maßgeblich sind, liegen in einer Größenordnung, die unseren Messungen noch sehr lange nicht zugänglich sind. Die Stringtheorie sagt die Existenz von supersymmetrischen Partnern der Teilchen des Standardmodells voraus, die bisher ebenfalls nicht gefunden werden konnten. Das kann an der Masse dieser Teilchen liegen. Ist sie so groß, dass unsere Beschleuniger sie nicht erzeugen können, können wir sie nicht beobachten.
Hier setzt einer der Kritikpunkte von Sabine Hossenfelder an: Die Stringtheorie ist so flexibel, dass sie beliebig angepasst werden kann, wenn auch die nächste Beschleunigergeneration die vorhergesagten Teilchen nicht findet. Dann erhöht man einfach die Masse der Teilchen und verschiebt das Problem so zur nächsten Beschleunigergeneration. Tatsächlich ist die Stringtheorie so flexibel, dass auch sie die Parameterwerte unseres Universums nicht erklären kann, deshalb wird ein Multiversum propagiert, in dem es 10^500 Universen gibt, eines von ihnen ist dann unseres.
Auf der anderen Seite gibt es Beobachtungen, die nicht erklärt werden können: Die zu große Gravitation innerhalb der Galaxien und die beschleunigte Expansion des Universums. Als Platzhalter für diese Phänomene gibt es die Begriffe “dunkle Materie” und “dunkle Energie”. Auch der Urknall stellt eine Erkenntnisgrenze dar.
Weil es keine Experimente gibt, wird in der Theoretischen Physik zunehmend mit dem Begriff der “Schönheit” (Ästhetik) gearbeitet. Eine Theorie ist dann gut, wenn sie schön oder symmetrisch ist. Das kann aber kein empirisch prüfbares Kriterium sein, was eigentlich das Ziel einer Naturwissenschaft sein sollte: Überprüfbare Vorhersagen neuer Experimente und Beobachtungen zu machen. Physik sollte andere Krierien als die Mathematik anwenden.
Deutlich wird das auch an dem Begriff “Multiversum”. Von diesen kennt die Physik inzwischen mindestens drei verschiedene Typen: Das Multiversum der Stringtheorie, das Multiversum einer Deutung der Quantenmechanik und das Multiversum der ewigen Inflation in einer Variante der Urknalldeutungen. Multiversen sind unbeobachtbar - nimmt man den Anspruch der Physik ernst, Erklärungen für beobachtbare Phänomene zu liefern, haben sie in der Physik nichts zu suchen.
Diese Kritikpunkte sind auch die, die Sabine Hossenfelder anspricht. Bei mir kommt noch ein weiterer hinzu: Zwischen der Größenordnung der Quarks und den Strings klafft ein gewaltiger Leerraum von unzähligen Größenordnungen. Warum sollte dort nichts zu finden sein? Bekannt ist nur, dass der Ansatz der Preonen theoretisch widerlegt werden konnte. Aber war das schon alles?
Diesem Auf-der-Stelle-Treten der Theoretischen Physik steht der beispiellose Erfolg der praktisch orientierten Physik gegenüber. Für diese sind aber die Spezielle und die Allgemeine Relativitätstheorie sowie die Quantenmechanik die Grundlage, die allesamt in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts entwickelt und danach nur noch weiter verfeinert wurden, und diese funktionieren auch unabhängig voneinander. Einen weiteren theoretischen Durchbruch gab es nicht.
Eine sarkastische Aussage von Sabine Hossenfelder zum Schluss: Es gibt auf der Welt nur noch so viele Stringtheoretiker, weil ein Stringtheoretiker billiger als ein Experimentalphysiker ist. Ersterer braucht nur Papier und Bleistift, letzterer eine immer teurer werdende Ausrüstung. Vielleicht ist also die Stringtheorie ein totes Pferd, von der die Reiter das nur noch nicht gemerkt haben?