Auf der Suche nach einer schönen Formel

Austin genießt nicht gerade einen Weltruf als Wissenschaftsmetropole. Die Hauptstadt des US-Bundesstaates Texas rühmt sich vielmehr, das Weltzentrum der Livemusik zu sein. In Austins sechster Straße findet man hinter fast jeder Fassade einen Konzertclub für Musik à la Country & Western, Rhythm & Blues oder US-Rock Marke "Springsteen".Nur ein paar Kilometer von der Musikmeile entfernt, in einem Büroturm der Universität von Texas, residiert der vielleicht einflußreichste theoretische Physiker unserer Zeit: Steven Weinberg. Er hat einen Nobelpreis gewonnen, in Regierungsausschüssen Politik gemacht und große Dinge für das Verständnis der kleinsten, der elementaren Materieteilchen geleistet. Es gibt kaum eine Koryphäe der Teilchenphysik, für die Weinberg nicht einen guten Rat oder gar einen entscheidenden Anstoß parat gehabt hätte. Auch in der Kosmologie, der Lehre von der Entstehung des Universums, mischt das Forschergenie kräftig mit. Weinberg ist ein Berufspendler zwischen Mikro- und Makrokosmos.Der 65jährige erscheint zum Interview in seinem Büro mit Hut ein schwarzes, breitkrempiges Exemplar mit dezentem Western-Einschlag, bei dessen Anblick Europäer an Cowboys und Countrybarden denken. Ohne Hut macht der Physiker durch seine blonden Locken fast einen jungenhaften Eindruck. "Die Elementarteilchenphysik ist nicht sehr relevant für den Alltag", sagt er. "Denn bei dieser Disziplin geht es um außerordentlich hohe Energien und Temperaturen, und mit solchen Bedingungen hat unser Alltag normalerweise nichts zu tun. Aber die Teilchenphysik ist zum Beispiel dann unverzichtbar, wenn wir den Urknall untersuchen und die allerersten Sekundenbruchteile des Universums verstehen wollen."Vor etwa 15 Milliarden Jahren soll das Weltall in einer gewaltigen Explosion entstanden sein dem Big bang. Davor war der Kosmos auf einen winzigen Punkt konzentriert, ein Zustand, über den die Physiker nicht viel wissen. Kurz nach dem Urknall gab es Materie in der heutigen Form noch nicht weder Sterne noch Galaxien, nicht einmal Atome. Statt dessen bestand das junge Universum aus einem dichten, heißen Plasma aus Elementarteilchen. Den Anfang verstehenWie man sich diesen furiosen Anfang der Welt vorstellen kann, hat Weinberg bereits in den siebziger Jahren in seinem Bestseller "Die ersten drei Minuten" beschrieben. Doch das Bild ist bis heute unvollständig geblieben: "Um wirklich zu verstehen, was in den allerersten Augenblicken des Universums geschah, müssen wir mehr über die Physik der Elementarteilchen herausbekommen." Mit diesen Worten spielt Weinberg auf ein intellektuelles Megaprojekt an: Die Physiker fahnden nach der "Allumfassenden Theorie" einem Regelwerk, das das Treiben sämtlicher Elementarteilchen ein für allemal beschreibt und im Idealfall sogar in einer einzigen "Weltformel" zusammenfaßt. "Ich nehme den Ausdruck Allumfassende Theorie nicht gerne in den Mund", sagt der Physiker. "Denn jemand, der das hört, könnte denken, daß wir damit wirklich alles erklären können, etwa wie Wasser in Stromschnellen fließt oder wie der Verstand funktioniert." Es gehe aber vielmehr um die definitive Beschreibung der physikalischen Fundamente im Mikrokosmos: Welches sind die Urteilchen der Materie? Und was hält diese Teilchen zusammen?Weinberg spricht lieber von der "endgültigen Theorie", einer Theorie, die die Suche nach den Grundprinzipien der Physik beendet. "Ich hoffe, daß wir diese Grundprinzipien eines Tages finden werden. Aber damit wären längst nicht alle Fragen der Wissenschaft beantwortet. Wir müßten noch herausfinden, wie man diese Prinzipien anwenden muß, um den menschlichen Verstand oder die Turbulenz in einem Fluß zu verstehen."Viele Jahre lang hatten Weinberg und seine Fachkollegen nicht die geringste Ahnung, wie die endgültige Theorie aussehen könnte. Bislang müssen die Forscher mit dem "Standardmodell" der Teilchenphysik vorliebnehmen. Dieses geht davon aus, daß unsere Welt im wesentlichen aus den Elementarteilchen Elektronen und Quarks besteht. Zwar hat sich das Modell in einer Unzahl von Experimenten in Teilchenbeschleunigern bestens bewährt. Die Wissenschaftler haben dabei Elementarteilchen mit enormen Geschwindigkeiten aufeinanderprallen lassen. Dennoch besitzt das Standardmodell zu viele Makel, um als die ersehnte endgültige Theorie durchzugehen: Es vermag weder die unterschiedlichen Massen der insgesamt zwölf Quark- und Elektronensorten zu erklären noch berücksichtigt es alle vier bekannten Naturkräfte. Ausgerechnet die Gravitation, also die wohlvertraute Schwerkraft, bleibt außen vor. Der Grund: Den Physikern ist es bisher nicht gelungen, die Gravitation mit den Prinzipien der Quantenmechanik zu vereinbaren. Letztere beschreibt die Wechselwirkung zwischen atomaren Teilchen.Eine Welt aus Schlaufen"Lange Zeit sah es nicht danach aus, daß wir eine Quantengravitation, also eine Quantentheorie der Schwerkraft, jemals konstruieren könnten", erinnert sich Weinberg. "Und ohne diese Quantengravitation könnten wir niemals den Anspruch erheben, auch nur in die Nähe einer endgültigen Theorie zu kommen. Heute aber haben wir einen Kandidaten für die Quantengravitation. Aus dieser Theorie läßt sich sogar ableiten, warum es die Schwerkraft überhaupt gibt. Und das ist eine sehr schöne Sache!" Weinbergs "Kandidat" für die endgültige Lösung ist die "Superstringtheorie". In diesem Modell bestehen die Urteilchen aller Materie im Kosmos aus unvorstellbar kleinen, heftig vibrierenden Schlaufen aus purer Energie den Strings. Gleich einer Violinensaite können diese Strings auf unterschiedliche Weise schwingen. Jeder "Quantenton" soll einem beobachtbaren Teilchen entsprechen, etwa einem Elektron oder einem Quark."Die Stringtheorie ist mathematisch sehr profund", lobt Weinberg. "Und sie zeigt auch, wie sich die Schwerkraft mit der Quantenmechanik vereinbaren ließe." Um jedoch als definitive Theorie der Teilchenphysik gelten zu können, fehlt ihr noch eine Menge. "Die Gleichungen der Stringtheorie sind extrem schwer zu berechnen. Die Lösungen, die wir bis jetzt ausrechnen konnten, gelten nur für ganz spezielle Bedingungen, die nichts mit der realen Welt zu tun haben", beschreibt Weinberg das Problem. Diese Berechnungen würden selbst die Fähigkeiten der talentiertesten jungen Physiker übersteigen, die er derzeit in den Studierstuben der akademischen Welt auszumachen weiß.Was aber, wenn sich eines Tages die Strings tatsächlich als der Stein der Weisen herausstellen sollte welche Auswirkungen hätte das auf den Alltag? "Ich weiß es nicht", gibt Weinberg zu. "Es wären sicherlich keine sofortigen Auswirkungen, irgendwelche neuen Apparate oder etwas für die Medizin." Niemand könne jedoch wissen, wie es langfristig aussehe. Weinberg glaubt, daß die endgültige Physik-Theorie sich am meisten auf Kultur und Philosophie auswirken wird: "Wir werden erkennen, daß wir in einem Universum leben, das von ganz und gar unpersönlichen Regeln bestimmt wird. Regeln, die uns zeigen, daß der Mensch keine besondere Rolle im Universum spielt!"Keine Hilfe von Philosophen Dann fügt der Physiker hinzu: "Es muß wohl gesagt werden, daß uns diese endgültige Theorie nicht absolut befriedigen wird. Denn wie sie auch aussehen mag irgend jemand wird immer fragen, warum ausgerechnet sie die richtige Theorie sein soll. Und dann kommen wir an einen Punkt, an dem wir keine Antwort mehr wissen."Also ein Fall für die Philosophen? Diese Frage trifft bei Weinberg einen wunden Punkt. Von den Kollegen aus den entsprechenden Fakultäten hält er nämlich herzlich wenig. "Bis zum 18. Jahrhundert gab es keinen Unterschied zwischen Naturwissenschaftlern und Philosophen. Das Wort Naturwissenschaftler wurde im Englischen jedenfalls erst zu dieser Zeit erfunden." Heute dagegen gebe es eine strikte Trennung zwischen Forschern und Denkern. "Ich kann mich an keinen wesentlichen Beitrag erinnern, den wir Naturwissenschaftler von den professionellen Philosophen je erhalten hätten, jedenfalls nicht in den letzten 50 Jahren", so der Physiker. Die meisten Philosophen behaupteten auch gar nicht, etwas zur Naturwissenschaft beitragen zu können. "Sie ziehen es vor, sich mit interessanten, aber für uns nicht sehr relevanten Fragen zu beschäftigen, wie zum Beispiel: Was ist überhaupt eine naturwissenschaftliche Entdeckung? Was ist ein Naturgesetz? Was ist die Natur der Mathematik?"Plädoyer für schöne TheorienKlar und deutlich sind auch die ironischen Worte, die Weinberg den Philosophen in seinem letzten Buch "Der Traum von der Einheit des Universums" widmet. "Wir Physiker gleichen auf unserer Jagd nach der endgültigen Theorie eher Hunden als Falken; wir haben gelernt, am Boden nach Spuren jener Schönheit zu schnuppern, die wir in den Naturgesetzen zu finden hoffen. Doch scheint es uns nicht gegeben zu sein, von den Höhen der Philosophie aus den Weg der Wahrheit zu erkennen."In diesem Zitat steckt ein weiterer Kernbegriff des Gedankenkosmos von Steven Weinberg. "Eine wissenschaftliche Theorie sollte schön sein", so sein Credo. Der so sachlich wirkende Mann überrascht mit seinem Sinn fürs Ästhetische auch wenn dieser ziemlich abstrakt sein mag: "Es ist eine historische Tatsache, daß der Sinn für Schönheit auf dem Weg zu einer brauchbaren Theorie ein guter Führer ist." Ein Paradebeispiel dafür sei Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie. Als Einstein sie aufstellte, gab es kaum experimentelle Hinweise für diese Theorie. Aber ihre logische Geschlossenheit, ihre Einfachheit und Eleganz überzeugte die Physiker und veranlaßte sie, das Modell mit aufwendigen Experimenten zu überprüfen Experimente, die die Allgemeine Relativität dann auch wirklich bewiesen haben."Der Sinn für die Schönheit einer Theorie ist eine sehr nützliche Sache bei der Entscheidung, welche Theorien man ernst nehmen sollte und welche man besser links liegenläßt", so Weinberg weiter. Woher aber kommt dieser "siebte Sinn" der Forscher? Auf diese Fragen weiß der Nobelpreisträger gleich zwei Antworten. Die eine: "Wir haben die kosmische Bühne nicht mit eingebautem Schönheitssinn betreten, sondern haben ihn im Laufe der Jahrhunderte, in denen wir die Natur zu verstehen versuchen, erst erworben. Wir haben gelernt, was wir für schön zu halten haben ebenso wie ein Pferdetrainer im Laufe der Zeit lernt, welches Pferd ein Gewinnertyp ist. Das ist dann für ihn ein schönes Pferd!" Und die zweite: "Wir suchen nicht nach Theorien, die sehr kompliziert sind. Was wir suchen, sind elegante und knappe Theorien. So gesehen ist es gar nicht so überraschend, daß wir sie auch tatsächlich finden."