theoriebuchDieser Artikel ist Teil einer fortlaufenden Besprechung des Buchs “Die perfekte Theorie: Das Jahrhundert der Genies und der Kampf um die Relativitätstheorie”* (im Original “The Perfect Theory: A Century of Geniuses and the Battle over General Relativity”* von Pedro Ferreira. Jeder Artikel dieser Serie beschäftigt sich mit einem anderen Kapitel des Buchs. Eine Übersicht über alle bisher erschienenen Artikel findet man hier
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Im ersten Kapitel des Buchs haben wir erfahren, was eigentlich das allgemeine an der Allgemeinen Relativitätstheorie ist und wie Albert Einstein überhaupt auf die Idee kam, sie zu entwickeln. Im zweiten Kapitel hat Einstein dann mühsamer Rechnerei endlich herausgefunden, wie er diese Theorie formulieren kann. Das dritte Kapitel hat gezeigt, dass wir aus der allgemeinen Relativitätstheorie überraschend viel über die Entstehung des Universums lernen können. Kapitel 4 hat erklärt, dass man aus ihr auch faszinierende Erkenntnisse über sterbende Sterne erhalten kann. Kapitel 5 beschäftigt sich nun damit, wie die restliche Welt in den folgenden Jahrzehnten auf Einsteins Arbeit reagiert hat.

In den ersten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts hat nicht nur Einsteins Relativitätstheorie die Wissenschaft revolutioniert. Während Albert Einstein sich Gedanken über die Entwicklung des gesamten Universums machte, arbeiteten andere daran, die Welt der allerkleinsten Atome und Teilchen zu verstehen. Die Quantenmechanik wurde zum neuen Hit in der Physik und lief der Relativitätstheorie den Rang ab…

Außerdem gab es politische Gründe, die dazu führten, dass Einstein in den 1930er und 1940er Jahren nicht mehr so prominent war, wie zu Beginn seiner Karriere. In Europa übernahmen die Nazis die Macht und Einstein floh, gemeinsam mit so gut wie allen anderen jüdischen Wissenschaftler nach Amerika. In Deutschland bemühte man sich, die Erkenntnisse des unerwünschten Genies nach Möglichkeit zu ignorieren oder diskreditieren. Es wurde eine “Arbeitsgemeinschaft deutscher Naturforscher zur Erhaltung reiner Wissenschaft” gegründet und Physiker wie der Nobelpreisträger Philip Lenard verkündeten eine “Deutsche Physik” ohne “jüdische” Erkenntnisse, zu der auch die Relativitätstheorie gezählt wurde. Auch in der Sowjetunion war man von der Relativitätstheorie nicht sonderlich begeistert. Sie war zu abstrakt und zu weit entfernt vom staatlich verordneten dialektischen Materialismus und es half auch nicht, dass das aus Einsteins Arbeit resultierende Urknallmodell von Lemâitre, einem Jesuitepater, entwickelt wurde.

Die "Deutsche Physik". Das komplette Werk hab ich damals noch während meines Studiums in der Institutsbibliothek gefunden. Im Vorwort wird noch spezifiziert, was damit gemeint ist: Die "Physik der nordisch gearteten Menschen"...

Die “Deutsche Physik”. Das komplette Werk hab ich damals noch während meines Studiums in der Institutsbibliothek gefunden. Im Vorwort wird noch spezifiziert, was damit gemeint ist: Die “Physik der nordisch gearteten Menschen”…

Und Einstein selbst konnte mit seiner Forschungsarbeit, die er nun in Princeton in den USA durchführte, auch nicht mehr an seine früheren Erfolge anschließen. Nachdem er mit seiner Relativitätstheorie eine einheitliche Beschreibung von Newtons Mechanik und der Gravitationskraft gefunden hatte, wollte er nun noch einen Schritt weiter gehen und alle bekannten Kräfte des Universums vereinheitlichen. Er hatte vor, seine Feldgleichungen so zu erweitern, dass sich damit neben der Gravitation auch die elektromagnetische Kraft beschreiben lässt und hoffte, auch die neuen Erkenntnisse der Quantenmechanik irgendwie unterbringen zu können. Dabei war er auch bereit, völlig radikale Ideen auszuprobieren. Zum Beispiel die Einführung einer zusätzlichen Raumdimension, die neben den drei bekannten Dimensionen des Raums und der einen Dimension der Zeit existieren sollte und mit deren Geometrie er das elektromagnetische Feld beschreiben wollte.

Zusätzliche Dimensionen sind heute ein weit verbreitetes Forschungsgebiet und vor allem in der Stringtheorie verbreitet. Damals war es aber ziemlich ungewöhnlich, sich damit zu beschäftigen und es ist kein Wunder, dass Einsteins Kollegen etwas befremdlich auf seine Arbeit reagierten, die noch dazu keine brauchbaren Ergebnisse lieferte. “Einstein ist komplett durchgeknallt”, lautete das nicht sehr schmeichelhafte Urteil des Physikers Robert Oppenheimer nach einem Besuch des Institute for Advanced Studies, an dem Einstein arbeitete und dessen Direktor Oppenheimer später werden sollte.

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Kommentare (25)

  1. #1 badhofer
    steyr
    2. Mai 2014

    Alle genialen Geister waren komplett durchgeknallte Typen.
    Das Paradoxa in Gödl`s Theorie ist keines. Das Gesetz der Ausnahmen (für alles gibt es eine Ausnahme) löst das Rätzel. Eine Reise in die Vergangenheit ermöglicht alles (bis auf eine Ausnahme) Man kann die Vergangenheit nicht verändern.

    So wie Gott keinen Stein erschaffen kann, der so schwer ist, dass er ihn selbst nicht heben kann. Gott ist allmächtig (bis auf eine Ausnahme) Gott kann nichts machen, das ihm seine Göttlichkeit rauben würde. Gott kann nicht machen, dass er nicht Gott ist.
    Siehe http://www.physik.as Seite 34

  2. #2 Florian Freistetter
    2. Mai 2014

    @badhofer: ” Das Gesetz der Ausnahmen (für alles gibt es eine Ausnahme) löst das Rätzel. “

    Das “Gesetz der Ausnahme” ist kein mathematisches Gesetz. Was soll das in dem Kontext überhaupt bedeuten? Hier geht es um exakte Mathematik. Gott hat damit übrigens auch nichts zu tun.

    Gödl’s Theorem ist mathematisch bewiesen. Da braucht man jetzt nicht mehr groß diskutieren ob das korrekt ist oder nicht. Und Sorry, aber das was auf physik.as steht, ist bestenfalls eine unbelegte Privatphysik die mit echter Wissenschaft nicht viel zu tun hat.

  3. #3 badhofer
    steyr
    2. Mai 2014

    Na ja, das Leben besteht nicht nur aus Wissenschaft sondern auch aus Privatansichten.

  4. #4 rolak
    2. Mai 2014

    Gödl’s Theorem

    Das ist doch Leichenschändung! Der Mann hieß Gödel.

    Leben besteht nicht nur aus Wissenschaft

    Hat auch keiner behauptet, badhofer, nur geht es hier um Wissenschaft – und die besteht tatsächlich ausschließlich aus Wissenschaft.

  5. #5 badhofer
    steyr
    2. Mai 2014

    Einer der bedeutendsten Wissenschaftler der Gegenwart hat mir vor einiger Zeit geschrieben, der Text auf http://www.physik.as ist der größte Fetzenflieger, den er jemals gelesen hat, aber er fliegt. Schaun ma mal, was draus wird.

    Aber, ich weiß, ich bin hier fehl am Platz. Entschuldigung.

  6. #6 Florian Freistetter
    2. Mai 2014

    @badhofer: So, und jetzt haben sie auch wieder Mal genug Werbung für ihre Physik-Seite gemacht. Das reicht dann jetzt wieder.

  7. #7 Andreas P
    2. Mai 2014

    Hofstadter’s “Gödel Escher Bach” müsste man auch mal wieder lesen

  8. #8 nautilu
    2. Mai 2014

    Alle genialen Geister waren komplett durchgeknallte Typen

    Ich bin komplett durchgeknallt, also bin ich genial. 🙂 🙂 🙂

    Typischer Fehlschluss.
    Der Umkehrschluss gilt nähmlich nicht.

  9. #9 Captain E.
    2. Mai 2014

    Sicherlich nicht! Die allermeisten komplett durchgeknallten Typen sind nämlich nur eines: Komplett durchgeknallt! Von Genie ist da aber keine Spur…

  10. #10 Chemiker
    2. Mai 2014

    Gödel bewies, dass man in einem Universum dieser Art durch die Zeit reisen konnte und war besorgt wegen der Paradoxa (seinen eigenen Großvater umbringen, etc), die für ihn ein Zeichen waren, dass mit der ganzen Theorie etwas nicht stimmen konnte.

    Ich vermute, daß er damit auch recht hat. Das ist natürlich mutig, wenn man gleich­zeitig zugeben muß, von ART keine Ahnung zu haben, aber ich kann trotz­dem ein Argument per Analogie vorbringen.

    Die ART erlaubt offenbar sehr skurrile Lösungen, die wir aus der Natur nicht kennen. Das erlaubt nur zwei mög­liche Er­klärun­gen: Ent­weder kann die Natur viel mehr, als wir von ihr sehen. Oder die Theorie hat einen Haken, und es fehlt in ihr ein ein­gebau­tes Prinzip, das die Ent­schei­dung zwischen realisti­schen und un­realisti­schen Lösungen ermöglicht.

    Und da fällt mir ein historisches Beispiel ein: Die Schrödinger­gleichung. Einteilchen­zustände kommen da ganz richtig raus (für nicht­relativi­sche Ener­gien), aber bei Mehrteilchen­zuständen hakt es.

    Man kann innerhalb der SG einen Zweiteilchen­zustand (z.B. zwei Elek­tronen) mit unter­scheid­baren Teil­chen basteln. Das funktioniert wunder­bar, man bekommt eine Energie heraus, aber so etwas gibt es in der Natur nicht.

    Man kann auch einen Zustand mit zwei un­unter­scheid­baren Elektronen basteln. Da hat man sogar zwei Mög­lich­keiten (sym­metrisch und anti­symmetrisch). Der sym­metrische existiert in der Natur nicht. Nur der anti­symmetri­sche (*) stimmt, und die Schrödinger­gleichung sagt uns nicht, warum.

    Der Grund ist eine spezielle Form von Un­­vollständig­­keit. Ge­wöhn­lich erwartet man von einer un­voll­ständi­gen Theorie, daß sie in ihrer Domäne korrekt funk­tioniert. Nicht­relativisti­sche QM funk­tioniert aber selbst in ihrer Domäne nur dann, wenn man noch ein paar will­kür­lich aus­sehende Regeln befolgt, die sich aus der Theorie über­haupt nicht er­klären lassen. Diese Regeln werden in dem Moment transparent, wenn man zur QFT geht. Der Spin und das Spin-Statistik-Theorem sind relativisti­sche Aspekte, die auch bei bei beliebig geringen Energien be­rück­sich­tigt werden müssen.

    Und ich vermute, daß das bei einer zukünftigen Super­Gravi­Quanto­Theorie ähnlich sein wird. Irgendein heute un­bekann­ter QM-Effekt wird auch bei beliebig großen Systemen einen quali­tativen Unter­schied machen.

    Können die ART-Experten diesem Gedanken­gang etwas abgewinnen?

    (*) Hmm, ja, wenn man den Spin dazu­nimmt. Den muß man dazu­nehmen, weil — hmm, die Schrödinger­gleichung weiß es nicht.

  11. #11 Captain E.
    2. Mai 2014

    Willst du uns jetzt sagen, dass die ART völliger Quatsch ist oder dass sie Lücken aufweist? Falls du ersteres gemeint hast, dann bedenke bitte, dass die ART (und SRT) einige sehr skurrile Sachen vorhergesagt haben, die sich nach unseren derzeitigen Wissensstand als wahr herausgestellt haben.

  12. #12 Chemiker
    2. Mai 2014

    @ Captain E

    Sie übersieht irgendetwas Drastisches, so daß nicht zwischen realistischen und unrealistischen Lösungen unterschieden wird.

    Eben so, wie die Schrödinger­gleichung nichts vom Spin weiß und deshalb bei Viel­elektronen­systemen noch mit etwas anderem kombiniert werden muß. Das heißt ja nicht, daß sie nutzlos ist. Chemiker verwenden routinemäßig die SG für ziemlich komplizierte Moleküle, und das klappt hervorragend (weil der Spin­teil der Wellen­funktion knochen­trocken in den Ansatz integriert wird). Und das hat man als „Pauli-Prinzip“ empirisch raus­gefunden, noch bevor die QFT erjklärt hat, warum das so ist.

    Nur haben wir bei der ART keine Faust­regel (mehr war das Pauli-Prinzip am Anfang ja auch nicht), die uns sagt, welchen Lösungen wir trauen können und welchen nicht. Auch allgemein als physikalisch akzeptierte Lösungen sind reichlich bizarr (FLWR, allgemein ak­zeptiert: Wenn A relativ zu B ruht, und B relativ zu C, dann können sich A und C relativ zueinander bewegen). Im Gödel-Universum (wahr­schein­lich un­physika­lisch) tanzt alles um jeden Beobachter herum, aber keiner spürt Flieh­kräfte (AFAIU).

    Und das interpretiere ich als eine Un­voll­ständig­keit in der Theorie, die erst durch eine drunter­liegende auf­gelöst werden kann (außer, jemand findet eine simple Faust­regel).

  13. #13 Florian Freistetter
    2. Mai 2014

    “Sie übersieht irgendetwas Drastisches, so daß nicht zwischen realistischen und unrealistischen Lösungen unterschieden wird. “

    Wie das Buch das hier besprochen wird ja eindrucksvoll zeigt, ist die Geschichte voll von Leuten (inkl. Einstein selbst) die der Meinung waren, bestimmte Lösungen wären “unrealistisch”. Und jedesmal hat sich gezeigt, dass die Lösungen zwar absurd erschienen – aber dann doch reale Objekte und Eigenschaften des Universums beschrieben haben…

  14. #14 Chemiker
    2. Mai 2014

    @FF

    Das ist sicherlich auch eine Möglichkeit, wie man es sehen kann. Im ersten Post habe ich es am Rande erwähnt, und im zweiten habe ich ja auch darauf hin­gewiesen, das die FLRW-Metrik auch nicht besonders intuitiv ist und trotzdem für real gehalten wird.

    Aber Zeitreisen? Ge­schlos­sene zeit­artige Kurven? Muß man das wirklich glauben? Wer das für möglich hält, der muß sich fragen lassen, warum man sowas niemals beobachtet. Und wie man dann überhaupt noch auf eine de­terministi­sche Natur­beschrei­bung kommen kann.

  15. #15 Sven
    2. Mai 2014

    @Chemiker:
    Lösungen mit geschlossenen zeitartigen Kurven sind in der ART (soweit ich weiß) immer mit “seltsamen” Materiekonfigurationen verbunden. Ob das ein rotierendes Universum ist wie bei Gödel, ein kosmischer String oder ein Tipler-Zylinder. Vielleicht gibt es sowas in unserem Universum einfach nicht (wobei das dann auch erklärungsbedürftig ist).
    Auch ist das Vorhersagen der Zukunft aus der Vergangenheit in der ART auch ohne Zeitreisen nicht besonders schön. Ja, man kann viele Raumzeiten entsprechend zerlegen, aber die Gleichungen werden dadurch eigentlich immer deutlich hässlicher, weil man die zugrundelegende Symmetrie ignoriert. Das kann man schon als HInweis darauf verstehen, dass möglicherweise auf größeren Skalen das Universum nicht in diesem extrem engen Sinn deterministisch ist (d.h. dass es eine Vergangenheit gibt, aus der man prinzipiell die Zukunft berechnen kann). Und dann sind Zeitreisen auch kein so großes Problem mehr.
    Interessant wird es meiner Ansicht nach im Zusammenspiel mit der Quantenmechanik. In einem Universum mit geschlossenen zeitartigen Kurven könnte man vielleicht sogar zwischen verschiedenen Interpretationen unterscheiden. (Extrem vereinfacht ausgedrückt: Wenn ich in der Zeit zurück reise, kollabiert die Wellenfunktion dann wieder genauso?)

  16. #16 Florian Freistetter
    2. Mai 2014

    Über den ganzen Zeitreisekram und dessen Realität (oder eben nicht) hat Greene in seinem Buch viel geschrieben: http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2010/05/31/der-stoff-aus-dem-der-kosmos-ist-die-komplette-rezension/

  17. #17 PDP10
    2. Mai 2014

    @Chemiker:

    Zum Thema abgefahrene Konsequenzen abgefahrener Theorien:

    “Sie [die ART] übersieht irgendetwas Drastisches, so daß nicht zwischen realistischen und unrealistischen Lösungen unterschieden wird. “

    Wie oben schon von Florian angemerkt haben sich ja viele der merkwürdigen Konsequenzen aus der ART als beobachtbare Bestandteile des Universums herausgestellt.

    Und dein Beispiel mit der Quantenmechanik ist da ein ganz unpassendes.

    Ausgerechnet Einstein hat in seinem Paper von 1934 über das Verhalten von verschränkten Systemen, dass er zusammen mit Boris Podolsky und Adam Rosen geschrieben hat, eine der abgedrehtesten Konsequenzen aus der QM beschrieben – und sie für Unsinn erklärt.

    Es hat dann 30 Jahre gedauert, bis John S. Bell einen Test theoretisch formuliert hat, mit dem man prüfen könnte, ob die Welt wirklich so verrückt ist, wie Einstein nie glauben wollte.

    Und nochmal 20 Jahre später gab es dann erste Experimente, die diese Merkwürdigkeit voll bestätigt haben.

    Wer weiss, welche seltsamen Vorhersagen der ART in Zukunft noch bestätigt werden …

  18. #18 DasKleineTeilchen
    3. Mai 2014

    btw ist’s der fluxKONDENSATOR, nicht kompensator (immer diese grottige dtsch. syncro) *SCNR*

  19. #19 PDP10
    3. Mai 2014

    @DasKleineTeilchen:

    Guten Morgen!

    Auf Doc Browns Zeichnung (die er auf’m Klo gemacht hat) steht aber “flux compression” …

    Und nu Klugscheisser?

    😉

  20. #20 DasKleineTeilchen
    3. Mai 2014

    @PDP10:

    guten nachmittach!

    “Der Begriff „Fluxkompensator“ ist eine falsche Übersetzung; der englische Originalbegriff flux capacitor…”

    http://de.wikipedia.org/wiki/Back_to_the_Future#Der_Fluxkompensator

    sowie

    http://en.wikipedia.org/wiki/Flux_capacitor

    und nu oberklugscheisser?

    😉

  21. #21 Chemiker
    3. Mai 2014

    @ PDP10

    Stimmt schon, EPR ist auch super-unituitiv. Allerdings war schon lange vor den Experimenten klar, daß man damit nichts wirklich Perverses anstellen kann (z.B. die Ermordung des Großvaters in Auftrag geben).

    Das ist bei den ART-Zeitreisen nicht so klar.

    @ Sven

    Ich glaube, das Gödel-Universum („Alles Walzer!“) braucht keine komischen Materie­­konfigura­tionen, sondern nur komische Anfangs­bedingungen.

    Aber es stimmt natürlich, viele komische Lösungen brauchen negative Masse (Wurm­löcher) oder unendlich große Objekte (Tipler-Cylinder). Letzeres zumindest sollte man aber approximativ hinkriegen.

    Was die Rückwirkung auf die QM betrifft: Stimmt, das könnte sehr inter­essante Aus­sichten eröffnen. Ich ver­mute aller­dings eher, daß es genau die Quanten­natur sein wird, die solche Lösungen von vorne­herein aus­schließt. In Wahrheit haben sich doch alle Natur­gesetze verschworen und arbeiten raffiniert so auf allen Ebenen zu­sam­men, daß wir nie drauf­kommen können, welche Inter­pretation die richtige ist. 😉

  22. #22 Sven
    4. Mai 2014

    @Chemiker:
    Stimmt schon. Aber ein Universum in dem sich alles um alles dreht (stark vereinfacht), würde ich schon als “komisch” definieren 😉

  23. #23 badhofer
    steyr
    4. Mai 2014

    @nautilu
    Kannst du deinen oberen Beitrag (Nr.8) mit dem Umkehrschluss, der nicht gilt und deshalb ein Fehlschluss ist, an einem anderen Beispiel näher erklären?

    Alle Pferde habe 4 Beine!
    Sind alle Vierbeiner Pferde?

  24. #24 nautilu
    4. Mai 2014

    Nein das erklär ich jetzt nicht.
    Aber wer es genau wissen kann ja Mathematik oder Philosophe ( oder Wikipedia 🙂 ) studieren.

    http://de.wikipedia.org/wiki/Fehlschluss

  25. #25 badhofer
    steyr
    4. Mai 2014

    Richtig ist:
    Alle Pferde haben 4 Beine!
    Wenn etwas nicht 4 Beine hat, kann es kein Pferd sein!