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Lisa Randall: Die Vermessung des Universums : Das Teilchen und das Ganze

Bild: Verlag

Higgs-Bosonen sind nur die Vorboten: Die theoretische Physikerin Lisa Randall rechnet noch mit manchen exotischen Partikeln und Antworten auf ungelöste Fragen.

          Es gibt viele Gründe, sich für das Physikstudium zu entscheiden. Für Lisa Randall war es der Wunsch etwas zu tun, das eine bleibende Wirkung hat. Wenn sie schon so viel Zeit, Energie und Engagement für eine Sache investieren würde, dann doch nur für etwas mit dem Anspruch auf Dauer. Und ihr Ansinnen hat offenkundig gefruchtet. Lisa Randall zählt zu den führenden und meist zitierten Wissenschaftlern auf dem Gebiet der theoretischer Teilchenphysik und Kosmologie. Für Aufsehen sorgte sie in der Fachwelt mit einer Theorie, wonach das Universum nicht nur drei sondern weitere Raumdimensionen besitzt.

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Diese Extradimensionen sind allerdings nicht wahrnehmbar, da sie nach Randalls Vorstellung auf einem winzigen Bereich aufgerollt sind und nur unter jenen extremen Bedingungen in Erscheinung treten, wie man sie in einem äußerst leistungsfähigen Teilchenbeschleuniger erzeugen kann. Mit dem theoretischen Ansatz konnte sie erklären, warum die Gravitation im Vergleich zu den übrigen drei Naturkräften, die im Mikrokosmos vorherrschen, in unserer dreidimensionalen Welt so überaus schwach ist, in einer Welt mit Extradimensionen aber um viele Größenordungen stärker wäre.

          Lisa Randall hat noch eine weitere Leidenschaft, die sie mit Stephen Hawking, Brian Green, Alain Guth und anderen prominenten Physikern teilt - das Schreiben. Vor sechs Jahren machte sie mit ihrem Debüt „Verborgene Universen“, in dem sie ihr für Laien schwer fassbares Modell der Extradimensionen allgemeinverständlich erklärte, auf sich aufmerksam. Nun präsentiert sie ihr zweites Buch: „Die Vermessung des Universums“.

          Mit Ausflügen in die Wissenschaftsgeschichte

          An den Erfolg des Erstlings anzuknüpfen dürfte aber nicht einfach werden: Lisa Randall hat eigentlich zwei Bücher in eines gepackt, die grundverschieden sind. Konzentrierte sich die Physikerin von der Harvard University in ihrem Debüt ganz auf die Welt der Elementarteilchen, erörtert sie nun auch philosophische, wissenschaftshistorische und religiöse Fragestellungen. Wie denken und arbeiten Naturwissenschaftler? Wie setzten sich die richtigen naturwissenschaftlichen Ideen letztendlich durch? Warum ist wissenschaftliches Erkenntnisstreben sowie die Beschäftigung mit den Naturwissenschaften notwendig? Was ist das Wesen der Naturwissenschaft und wie unterscheidet die Wissenschaft sich von der Religion?

          Ihre zum Teil recht weitschweifenden Ausführungen versucht sie mit Ausflügen in die Wissenschaftsgeschichte, mit Anekdoten und Berichten von persönlichen Begegnungen und Erlebnissen aufzulockern. Das gelingt ihr nur bedingt und so gerät die Lektüre der ersten hundert Seiten bisweilen zur Fleißarbeit. Richtig in Fahrt kommt Randall erst, wenn sie sich mit Teilchenphysik beschäftigt. Im Zentrum des zweiten Teils steht der Teilchenbeschleuniger des europäischen Forschungszentrums Cern bei Genf, der „Large Hadron Collider“. Mit viel Sachverstand erklärt Randall ausführlich, wie der LHC sowie dessen vier äußerst komplexe Detektoren aufgebaut sind und funktionieren und welche Experimente sich die Physiker mit der drei Milliarden Euro teuren Maschine ausgedacht haben.

          Viele ungelöste Fragen

          Für die Autorin ist der siebenundzwanzig Kilometer lange Speicherring, der hundert Meter unter der Erde zwischen dem Genfer See und dem französischen Jura verläuft, die Erkenntnismaschine schlechthin. Denn bei der Kollision der im LHC umlaufenden energiereichen Protonenstrahlen werden Bedingungen geschaffen, wie sie milliardstel Sekunden nach dem Urknall vor 13,7 Milliarden Jahren geherrscht haben. Da die Physiker dem Urknall noch mit keinem Teilchenbeschleuniger zuvor so „nahe“ gekommen waren, rechnet Randall mit unbekannten Prozessen, die sich womöglich in der frühen Phase des Universums abgespielt haben und exotischen neuen Teilchen, die Antworten auf noch ungelöste Fragen der Teilchenphysik geben könnten.

          So könnte bald klar werden, was sich hinter der mysteriösen dunklen Materie verbirgt, die den Löwenanteil der Materie des Universums ausmacht. Randall erwartet auch eine Antwort darauf, warum es Materie, aber keine Antimaterie im Universum gibt, obwohl nach heutigen Wissensstand Teilchen und Antiteilchen ursprünglich in gleich großer Zahl entstanden waren. Vielleicht werden bei den Teilchenkollisionen auch supersymmetrische Teilchen erzeugt, die eine Verbindung zwischen den bekannten Partikeln wie dem Elektron und den Quarks und den zwischen ihnen wirkenden Kräften herstellt. Randall hofft freilich auch, dass ihre eigene Theorie bestätigt wird, etwa in dem die hypothetischen Kaluza-Klein-Teilchen erzeugt werden. Dabei handelt es sich um Verwandte der Gravitonen, den - noch immer nicht nachgewiesenen - Vermittlern der Schwerkraft.

          Der Originaltitel trifft eher den Kern

          Natürlich spielt auch das Higgs-Boson eine zentrale Rolle in dem Buch. Als Randall ihr Buch schrieb, war am Cern die Suche nach dem letzten Baustein des Standardmodells der Teilchenphysik noch in vollem Gange, so dass sie von der Entdeckung Anfang Juli nichts wissen konnte (F.A.Z. vom 5. Juli). Auch wenn das Buch hier nicht auf dem neuesten Stand ist, hat es durch die jüngsten Entwicklungen doch an Aktualität gewonnen. Man erfährt, wie dank des mit dem Higgs-Boson verknüpften Feldes die übrigen Elementarteilchen ihre Masse erhalten.

          So löst der zweite Teil des Buches die Erwartungen ein, die der Titel suggeriert. Dieser ist allerdings keine gute Wahl gewesen. Das Original („Knocking On Heaven’s Door“) beschreibt die derzeitige Situation der Teilchenphysik und Kosmologie treffender. Dann hätte man vielleicht auch Randalls Exkurs zum Verhältnis von Wissenschaft und Religion bei der Suche nach Wahrheit besser verstanden. Fazit: Ein durchaus lesenswertes und lehrreiches Buch, das allerdings über weite Teile einen roten Faden vermissen lässt.

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