Planckton

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Die Wissenschaft ist ein ernstes Geschäft, aber gehört ihr deshalb das letzte Wort?

Heisenberg, Pauli und die Weltformel

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Es klingt unglaublich, und doch ist es wahr: die Beilage „Natur und Wissenschaft" der Frankfurter Allgemeinen Zeitung  feierte kürzlich ihren 50....

Es klingt unglaublich, und doch ist es wahr: die Beilage „Natur und Wissenschaft“ der Frankfurter Allgemeinen Zeitung  feierte kürzlich ihren 50. Geburtstag. Anlässlich dieses Ereignisses habe ich das Archiv obiger Zeitung durchforstet. Gerade 1958, Anno Natur und Wissenschaft 1, war wirklich einiges los in der Physik.

Am ersten März 1958 erschien auf der Titelseite (so ist es!) der F.A.Z. ein Bericht über die Vereinigung von Relativitäts- und Quantentheorie in einer „Weltformel“, die der Nobelpreisträger Werner Heisenberg am Tag zuvor in Göttingen vorgestellt hatte. „Heisenberg fand die Konstante der kleinsten Länge“, titelte die FAZ, Untertitel: „Schon heute stehen einige Folgen der neuen Formel fest“ und natürlich, nach dem Schrägstrich, das obligate „Interesse in Moskau“. Die neue Formel, so wird Heisenberg zitiert, sei außerordentlich einfach, mathematisch schön und erkläre alle physikalischen Vorgänge:

Bild zu: Heisenberg, Pauli und die Weltformel

Im letzten Punkt irrte Heisenberg leider, denn seine Theorie stellte sich schließlich als falsch heraus. Abgesehen von diesem unschönen Detail lag er hingegen richtig, einfach ist seine Weltformel tatsächlich, und Schönheit liegt ja bekanntlich im Auge des Betrachters. Das Feld, das mit dem griechischen Buchstaben Chi bezeichnet wird, steht für die gesamte Materie. Es ist ein Spinorfeld, das heißt, es trägt einen halbzahligen inneren Drehimpuls oder „Spin“. Heisenbergs Ansicht nach sollte es ausreichen, auf diese Weise Teilchen wie Proton, Neutron und Elektron zu beschreiben, die Mesonen, so schrieb er 1962, seien als aus Nukleon und Antinukleon zusammengesetzt aufzufassen. Die schon damals als Bausteine von Nukleonen und Mesonen postulierten Quarks hielt er für gänzlich überflüssig. „Wenn der genannte Rahmen ausreichend ist, so sind bei den Speicherringen keine ganz grundsätzlich neuen Phänomene zu erwarten. Insbesondere wird man dann nicht auf die von manchen Theoretikern gewünschten Quarkteilchen stoßen“, sagte Heisenberg damals. Quarkteilchen, das klingt ja eher nach Kaloriensünden als nach harter Physik, fast verständlich, dass der gestrenge Nobelpreisträger sie nicht ganz ernst nehmen wollte. Aber ihre Existenz wurde entgegen Heisenbergs Annahme 1974 bestätigt. Aus Heisenbergs Hoffnung, seine Formel werde sich in den kommenden Jahren als richtig herausstellen, wurde jedoch nichts. Auch zur Vereinigung von Quantentheorie und Gravitation hat sie nicht geführt.

 Ganz wehmütig kann man angesichts dieser Entwicklung werden, wenn man weiter im Archiv der Frankfurter Allgemeinen blättert. Am 29. April 1958 erschien auf Seite 14 ein Artikel von Hanns Derstroff, in dem zwei Vorträge von Heisenberg zu dessen Formel erwähnt werden. „Immer mehr war [Heisenberg] gezwungen, sich mathematischer Formeln zu bedienen“, schreibt Derstroff, so dass zunehmend begreiflich wurde, „dass das Denkvermögen des Menschen weit hinausgeht über seine Anschauungskraft“. Weiter heißt es in der dramatischen Dynamik vergangener Zeiten: „Heisenberg trägt, während diese Zeilen geschrieben werden, auf der Tagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft in Leipzig seine neue Weltformel vor“. Was wohl geschieht, während die Zeilen dieses Blogs geschrieben werden? Irrelevant, vorbei und veraltet, bis die Autorin es erfährt, hat längst jemand anders darüber gebloggt. Also zurück zu Hanns Derstroff, der in entwaffnender Bescheidenheit orakelt: „Heute jedenfalls kann bereits vorausgesagt werden, dass die Heisenbergschen Formeln zunächst nur einem kleinen Kreis theoretischer Physiker in der Welt zugänglich sein werden und es einiger Zeit bedarf, bis es einem besonders begabten Dolmetscher gelingt, den Inhalt ihrer Aussagen einen größeren Kreis ahnen zu lassen“. Der Dolmetscher kam nie, denn schon am folgenden Tag erscheint in der gleichen Zeitung der Text „Heisenbergs Formel und der dialektische Materialismus“ (das hat sicher ein sehr großer Kreis verstanden), Untertitel: „Einwände auf der Physikertagung in Leipzig“. Von da an ging es vermutlich nur noch abwärts mit der Weltformel.

 Dennoch hielt Heisenberg weiter Vorträge über seine Theorie, mit nicht geringer medialer Aufmerksamkeit. Das ärgerte Wolfgang Pauli, der ursprünglich zusammen mit Heisenberg an der Vereinigungstheorie gearbeitet hatte, aber die Veröffentlichung für voreilig und Heisenbergs Optimismus für unbegründet hielt. Schließlich distanzierte sich Pauli von der gemeinsamen Arbeit. Nachdem Heisenberg sogar im Radio über seine Formel geredet hatte, schickte Pauli diese Postkarte an seinen Kollegen George Gamow:

  Bild zu: Heisenberg, Pauli und die Weltformel

Der Text zu dem leeren Rechteck lautet: „Comment on Heisenberg’s radio advertisement: This is to show the world that I can paint like Titian. Only technical details are missing.“

 Und heute? Auch fünfzig Jahre später wird weiter nach einer Theorie gesucht, wie Heisenberg sie meinte gefunden zu haben, denn die Gravitation widersetzt sich nach wie vor der quantentheoretischen Beschreibung. Möglicherweise wird die Stringtheorie eines Tages Klarheit bringen. Einige technische Details fehlen allerdings noch.

 


5 Lesermeinungen

  1. Zum Thema „WELTFORMEL“ &...
    Zum Thema „WELTFORMEL“ & EVOLUTION im Darwin-Jahr 2009
    Eine Weltformel – Theorie von Allem (TOE, Theory Of Everything) – ist eine hypothetische, eindeutige und widerspruchsfreie Theorie von theoretischer Physik und Mathematik. Alle bekannten physikalischen Phänomene sollen in ihr unzweideutig gänzlich erklärt und verknüpft werden. In einem speziellen ESSAY in Zeit Online Community ist in „Mathematik, Mandelbrot-Menge, Chaologie, Weltformel und EVOLUTION“ ein Fazit formuliert: Die Geometrie ist der Aspekt der Mathematik, der insbesondere anschaulich zur kulturellen Erkenntnis-Erweiterung führt; verknüpft mit KUNST (z. B. in der ars evolutoria) erschließen sich evolutionäre Bild-Welten. (1)
    Schon vor 20 Jahren (1989 / (3)) diskutierte ich in 10.2.1. „Zur ‚Manier’ eines bloß mathematisch-physikalischen Erfassens von Naturwirklichkeit. Heisenbergs ‚Weltformel’ mit Symmetrieforderungen – Abkehr von der Vorstellung einer objektiven Realität von Elementarteilchen“. In Abb. 231 publizierte ich ebenda die WELTFORMEL“ Heisenbergs von 1958 – eine mathematische Gleichung. Zu Heisenbergs Analogie zwischen mathematischen Formen (Formeln, Gleichungen) heutiger Physik als den Grundstrukturen der Natur und Platoschen mathematischen Grundgebilden von hoher Symmetrie siehe a.a.O. S. 97 mehr. C.F. von Weizsäcker hat den mathematischen Ansatz Heisenbergs zur einheitlichen Feldtheorie kritisiert, vermisste „experimentell prüfbare Ergebnisse“.
    Auf der Suche nach der „Einheit der Natur“ erwartete er ein mathematisch formuliertes Grundprinzip (1971). Mathematik sei DAS entscheidende Bindeglied zwischen dem Geist des Menschen und der Wirklichkeit der Natur. Dazu seien mathematische Modellvorstellungen hochabstrakter Natur erforderlich („abstrakte Oberbegriffe und Gesetze“). Biologische Evolution sei von den gleichen Gesetzen determiniert wie die anorganische Natur. Bewusstsein und Materie seien verschiedene Aspekte derselben Wirklichkeit (geistige „Identitätshypothese“). Die Substanz, das Tragende ist für Weizsäcker weder Materie noch Energie, sondern die FORM (Platos „Eidos“, Aristoteles: Morphe, Forma) – heute als Information bezeichnet. KUNST ist dem Naturphilosophen vor allem Wahrnehmungs-Kunst; beseligende Wahrnehmung von Gestalt. Das Problem einer „Weltformel“ der Physik sei es heute, „aus der Einheit den Weg in die bunte unerschöpflich-mannigfaltige Vielgestaltigkeit einer abgeleiteten Fomenwelt zu finden“, konstatierte ich 1989! (S. 98.)
    Dass Werner Heisenberg in den fünfziger Jahren schon versucht hat, die vier bekannten Urkräfte der Natur in einer „Weltformel“ zu einer URKRAFT zu vereinigen, spielte bei meinen Überlegungen zur hypothetischen Urformtheorie („Materie/Antimaterie-Urform“ und „Energie-Urform“) eine Rolle. Als 4 Urkräfte kennt man die magnetische Kraft, die schwache Kraft, die Kernkraft (= starke Kraft) und die Gravitation. Auf der Suche nach der Symmetrie der Welt versuchen Physiker alle Grundkräfte der Natur zu vereinheitlichen: Theorie der sog. Supersymmetrie. (Vgl. (3) ZEIT Online.)
    Unsere Kenntnis von der Natur hat Werner Heisenberg in einer „Weltformel“ (Heisenbergsche mathematische Gleichung von 1958) dargestellt (s.o.). Den eigentlichen Kern der Gleichung bilden mathematische SYMMETRIE-Forderungen. Heisenberg formulierte und begründete die beiden sich scheinbar widersprechenden Behauptungen: „Die Materie ist unendlich teilbar“ und „Es gibt kleinste Einheiten der Materie“. (Mehr in (2) 9.1.5.)
    Seit Heisenbergs teilweise „vorschnell und übertrieben in der Presse bejubelten Versuchen“ werde der Begriff „Weltformel“ auch „in einem abwertenden, spöttischen Sinn für ähnliche Kraftakte“ benutzt, lesen wir bei Wikipedia. Der Ausdruck Weltformel sei nur im figurativen Sinne zu verstehen, da sich eine physikalische Theory of Everything vermutlich nicht auf eine einzige Formel reduzieren ließe, heißt es.
    Über die Frage: „Kann es überhaupt eine Formel geben, die die ganze Welt erklärt?“ wird in der Physikergemeinde kontrovers diskutiert. Besonders seitdem das Buch „Der Abschied von der Weltformel: Die Neuerfindung der Physik“ des US-Physikers Robert Laughlin von der Universität Stanford publiziert wurde. Der Autor polemisierte als Theoretiker gegen die „ideologische Ausrichtung“ der Physik. Zu TOE & EVOLUTION siehe auch (4).
    Literatur
    (1) HAHN, Werner (2008): Mathematik, Mandelbrot-Menge, Chaologie, Weltformel und EVOLUTION. In: ZEIT Online – Community v. 17.11.08.
    (2) HAHN, Werner (1989): Symmetrie als Entwicklungsprinzip in Natur und Kunst. Königstein. Gladenbach: Art & Science, 1995.
    (HAHN, Werner (1998): Symmetry as a developmental principle in nature and art. Singapore. (Übersetzung des Originalwerkes von 1989, ergänzt durch ein 13. Kapitel – mit erweitertem Sach- und Personenregister sowie Literatur- und Abbildungsverzeichnis.))
    (3) HAHN, Werner (2008): Gottes-Teilchen: LHC-Antworten auf Fragen nach Ursprung, Aufbau und Evolution der Welt? (Warum die unanschauliche Teilchen-Physik der Anschauung bedarf (L-M/A-E-U-Modell)). ZEIT Online – Community v. 12.09.08.
    (4) HAHN, Werner (2008): Weltformel von Allem (TOE) und EVOLUTION? JA: Aber … – Ein Beitrag zum Darwinjahr 2009. ZEIT Online – Community v. 19.11.2008.

  2. Die elegante kompakte...
    Die elegante kompakte Weltformel auf dem Bierdeckel: das geht meistens schief.
    Warum eigentlich ?
    Die glatte schöne mathematische Form von eleganter Schlichtheit solcher Versuche schmeichelt dem Intellekt und fasst auch immer den Wissenstand der jeweiligen Epoche schön synthetisch zusammen.
    Aber vielleicht ist dies Vertrauen in ein mathematisches Weltkonzept, das man auf einem Bierdeckel unterbringen kann, trügerisch.So wie die Partitur eines Musikstückes nur die praktische Eindampfung der wichtigsten Eckpunkte der Musik sind, um diese herumzutragen und sie zu reproduzieren, und nicht etwa das, was der Musiker unter „Musik“ versteht, so ist die mathematisch-physikalische Formel in ihrer Kargheit nur die Kurz – Notation der Grundzüge eines Bauplan der Welt, und erst recht ist sie nicht der vollständige Bauplan. Schon alleine die Annahme, dass ein Elektron auf dem Mond und eines in meinem Auge genau das gleiche sind, bloß an verschiedenen Orten,und dass sie überall gleich sind, auch z.B. auf der Wega Lichtjahre entfernt, setzt ungeheuren Glaubensvorschuß in das philosophische System voraus, der nicht weniger irrational, naiv und unbeweisbar ist als z.B. ein konventionell religiöser, „vorwissenschaftlicher“ Gedanke.
    Der Job des wahren Physikers und sein Ansporn wird es weiterhin bleiben, zu den verfügbaren Beobachtungen das jeweils griffigste „einfachste“ Arrangement an Formeln anzugeben, das zu Beschreibung nötig und gerade ausreichend ist; so wie es z.B. die Newtonschen Axiome für die Himmelsmechanik sind.
    Im Lauf der Geschichte stellte sich dann immer heraus, dass das, was da so scheinbar einfach und elegant ist, in Wirklichkeit Teil eines komplizierteren „Planes“ ist, der sich offenbart, wenn man einen Schritt zurück tritt und ein größeres Faktenwissen durch Experimente erlangt hat. So geht es wohl immer weiter. Bei der Mehrung des Wissens, oft durch Zufallsentdeckungen bedingt, helfen Geduld und Denken in Zeiträumen, die oft ein Forscherleben übertreffen.
    Er macht seine Aussagen udn Hypothesen immer bloß in dem „kleinen“ Rahmen, der zu seiner Zeit gerade zur Verfügung steht.
    Aber die Hoffnung , dass das, was sich bei Gesamtbetrachtung des „Ganzen“ ( des viel Komplexeren), dann als Essenz präsentiert, irgendwie unseren Ansprüche an Einfachheit und Eleganz genügen soll, ist, wie die „Eleganz“ überhaupt, wohl eher eine Sache der Schuster und Schneider, der Ästheten und des Feuilletons. So viel Spaß die Jagd nach der Weltformel auf dem Bierdeckel, gerne auch nach dem dritten Weißbier, auch macht.

  3. <p>Sehr schöner Artikel...
    Sehr schöner Artikel !
    Ironie der Wissenschaftsgeschichte: Zuvor war es Einstein, der bis ins hohe Alter nicht von der Möglichkeit einer im Grunde deterministischen Erklärung der Welt abrücken wollte („Der Herrgott würfelt nicht“) … nur um darin von Heisenbergs nichtdeterministischer Quantentheorie eindrucksvoll wiederlegt zu werden.
    Es scheint mir dies wieder eine anekdotische Bestätigung mehr für das unerbittliche Gesetz der mit dem Alter nachlassenden „kreativen Kraft“ in den Wissenschaften:
    dass selbst den größten Genies wie Einstein und Heisenberg, die (ebenso wie Newton, Darwin und viele andere) bereits mit Mitte Zwanzig die ihrem Hauptwerk zugrunde liegenden Ideen im wesentlichen herausgearbeitet hatten, im mittleren und höheren Alter der geistige Wechsel zu neuen Paradigmen so schwer zu fallen scheint…

  4. @ henrynold:
    ob sich die...

    @ henrynold:
    ob sich die Wahrheit wohl dafür interessiert, was uns spontan als einfach erscheint? Da verlasse ich mich lieber auf Experimente. Solange die Relativitätstheorie richtige Vorhersagen macht, ist man mit ihr als „Dogma“ gar nicht schlecht bedient, finde ich. Ganz abgesehen davon, dass sie an Einfachheit und Eleganz durchaus mit Russellscher Metaphysik mithalten kann.

  5. Walter Russell, 1871-1963,...
    Walter Russell, 1871-1963, USA, war laut (dem Erfinder u.a. des Wechselstroms) Nikola Tesla seiner Zeit um Tausend Jahre voraus. Auf der Suche zur „Weltformel“, die nach Russell auch weniger mathematisch komplex/unverständlich formuliert ist, finden sich Antworten bei diesem wissenschaftlichen Aussenseiter, der Einsteins Thesen nicht als Dogma auffasste – dies ist wohl heute der Fall. Laut Walter Russell ist der Kosmos einfach – wohl so wie alle Wahrheit einfach sein muss (auch nach Einsteins Aussage).

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