Weltformel
aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Eine Weltformel, oder eine Theorie von Allem (TOE, Theory Of Everything) ist eine Theorie der theoretischen Physik und Mathematik, die zusammen alle bekannten physikalischen Phänomene gänzlich erklärt und verknüpft. Mit der Zeit ist der Begriff in die Popularisierungen der Quantenphysik eingeflossen, die zu einer Theorie erweitert werden soll, welche durch ein einzelnes Modell die Theorien von allen grundlegenden Wechselwirkungen der Natur erklären würde.
Die Vereinheitlichung der drei Theorien ohne die Gravitation wird als große vereinheitlichte Theorie bezeichnet (GUT = Grand Unified Theory). Diese Vereinheitlichung wird aufgrund der Ähnlichkeit in der mathematischen Struktur der drei Theorien angenommen.
Die Einbeziehung der Gravitation wird erwartet, weil eine Extrapolation der Wechselwirkungsstärke der einzelnen Grundkräfte zu hohen Energien darauf hinweist, dass bei etwa 1019 GeV alle Wechselwirkungen vergleichbar stark sind. Viele Physiker sind weiterhin überzeugt, dass alle physikalischen Vorgänge auf ein Grundprinzip zurückzuführen sind (Monismus).
Eine derartige Theorie muss aus heutiger Sicht verschiedene Phänomene enthalten:
- Sie muss supersymmetrisch sein, also Elementarteilchenübergänge zwischen Fermionen und Bosonen enthalten.
- Sie muss die Frage der dunklen Materie sowie ungeklärte Vorgänge im frühen Universum erklären.
Bislang gibt es außerhalb kosmologischer Beobachtungen keinerlei Möglichkeiten, eine derartige Theorie zu überprüfen.
Inhaltsverzeichnis |
Weltformeln in der Geschichte
Eine frühe Theorie, die die elektromagnetische Wechselwirkung und die Gravitation vereinheitlicht beschrieb, war die Kaluza-Klein-Theorie. Sie entstand allerdings, bevor die schwache und starke Wechselwirkung bekannt waren, und war daher unvollständig.
In den 1950er Jahren versuchte Werner Heisenberg eine Weltformel aufzustellen. Auch Albert Einstein versuchte dies bis zum Lebensende, blieb aber erfolglos.
Zwei potentielle Zugänge zur einheitlichen Beschreibung der vier Grundkräfte sind die Stringtheorie und die Loop-Quantengravitation, wobei Vertreter beider Theorien betonen, dass die bestehenden Theorien unvollständig sind, und dass zur Formulierung einer endgültigen Theorie noch wesentliche Probleme gelöst werden müssen.
Außenseiter
Daneben finden sich eine Vielzahl von Vorschlägen außerhalb der etablierten Forschung, weitgehend von Idealisten und Einzelgängern formuliert. Insofern der Charakter solcher Vorschläge oft stark von etablierten Theorien abweicht und diesen sogar in Wesentlichem widerspricht, zeigt sich auf dem Gebiet allumfassender Theorien häufig das Persönlichkeitsbild des Exzentrikers (im englischen Sprachraum: crank). Dabei darf allerdings nicht vergessen werden, dass in Einzelfällen auch hochbedeutende Physiker wie Planck und Einstein sich zunächst dem Vorwurf der Exzentrizität ausgesetzt haben.
Weltformel in den Medien
In der Komödie Die Physiker von Friedrich Dürrenmatt wird die Weltformel von einem Physiker namens J. W. Möbius gefunden. Allerdings versteckt er diese vor der Allgemeinheit, weil er eine Gefährdung der Menschheit befürchtet, wenn diese und seine anderen Arbeiten an die Öffentlichkeit gelangen.
In Darren Aronofskys Film Pi findet der Mathematiker Maximillian Cohen auch eine Art Weltformel, die von verschiedenen Parteien heiß begehrt ist; unter anderem weil man mit ihrer Hilfe die Zukunft vorhersagen könnte.
Begriff
Der Begriff Theory of Everything (dt. Theorie von Allem) meint eine widerspruchsfreie bzw. unzweideutige Beschreibung und Vorhersage der in der Natur beobachtbaren Phänomene im Rahmen eines möglichst einfachen Satzes von Formeln. Die TOE wird demgemäß als Gegensatz zum aktuellen Stand der Physik begriffen, wo man mit jeweils unterschiedlichen Theorien zu verschiedenen Vorhersagen kommt. Dies wird gegenwärtig so gelöst, dass je nach Zusammenhang diejenige Theorie herangezogen wird, welche erfahrungsgemäß die größte Übereinstimmung mit dem Experiment liefert. In den Grenzgebieten zwischen den bestehenden Theorien bzw. deren Gültigkeitsbereichen ergeben sich dadurch zwangsläufig Entscheidungskonflikte und mehr oder weniger große Abweichungen von den Experimenten.
Grundsätzlich bezieht sich der Begriff nur auf (prinzipiell) messbare Größen der Physik. Inwieweit Aspekte außerhalb der Physik, etwa der Psychologie oder der Kunst, auf physikalische Phänomene rückführbar sind, ist nicht direkter Gegenstand einer Theory of Everything. Darüberhinaus stoßen auch die besten gegenwärtigen Theorien mit zunehmender Komplexität des betrachteten Systems auf praktische Grenzen der Berechenbarkeit. Dies ist dennoch keine Einschränkung des umfassenden Erklärungsanspruches dieser Theorien in ihrem jeweiligen Gültigkeitsbereich.
So ist es z.B. auch heute nicht im Ansatz möglich, einen menschlichen Organismus mittels der Quantenelektrodynamik (QED) zu berechnen, weil allein schon die Anzahl der in ihm enthaltenen Materieteilchen die Speicherkapazität gegenwärtiger Computer bei weitem übersteigt. Dennoch besitzt die Physik einen sehr hohen Grad des Vertrauens in die Gültigkeit der Quantenelektrodynamik in diesem Problembereich, da ihre Anwendung auf alle bisher untersuchten praktisch lösbaren Probleme eine außerordentlich gute Übereinstimmung mit den Experimenten gezeigt hat. Somit nimmt man auch an, dass zusammengesetzte aber nicht mehr praktisch lösbare Systeme der QED diesen Grad an Übereinstimmung zeigen werden. Genau in demselben Sinne wird daher auch eine zukünftige TOE Anspruch auf die Erklärung aller vermessbaren Naturphänomene erheben.
Der Ausdruck Weltformel ist nur im figurativen Sinne zu verstehen, da sich eine physikalische Theory of Everything vermutlich nicht auf eine einzige Formel reduzieren ließe. Zudem beinhaltet jede physikalische Theorie eines bestimmten Aspektes der Welt neben den sie tragenden Formeln noch viele weitere erklärende Elemente, ohne die sie nicht anwendbar ist. Zu diesen gehören vor allem die Vorschriften darüber, wie die in den Formeln vorkommenden Größen zu messen sind.
Schritte zur Weltformel
Weblinks
- De theorie van alles Sendung zum Thema (u.a. mit Edward Witten, Michio Kaku) des Wissenschaftprogramms Noorderlicht der VPRO. Video (Breitband) Video
