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Physik : Die ewig Unveränderlichen

An Quasaren (hier PKS 0637-72) lassen sich die Naturkonstanten überprüfen Bild: Nasa

Sie sind in jüngster Zeit ins Gerede gekommen - besonders was ihre Verläßlichkeit betrifft. Dabei gelten sie seit jeher als das Beständigste, was die Physik zu bieten hat: die Naturkonstanten.

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          Sie sind in der jüngsten Zeit ziemlich ins Gerede gekommen - besonders was ihre Verläßlichkeit betrifft. Dabei gelten sie seit jeher als das Beständigste, was die Physik zu bieten hat. Die Rede ist von den Naturkonstanten, die, wie ihr Name schon sagt, bis in alle Ewigkeit unveränderlich sein sollten. Mehr als zwei Dutzend solcher Größen, von der Elementarladung über die Lichtgeschwindigkeit und Newtons Gravitationskonstante bis zum Planckschen Wirkungsquantum, zieren die Grundgleichungen der Physik und garantieren, daß die Welt so ist, wie sie ist. Aber halten die Naturkonstanten auch das, was ihr Name verspricht? Eine Gruppe internationaler Astronomen unter der Leitung des australischen Physikers John Webb bezweifelt das seit einiger Zeit. Andere Forscher halten dagegen - offenbar mit Erfolg, wie die jüngsten Ergebnisse zeigen.

          Manfred Lindinger
          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Den Stein ins Rollen brachten John Webb und seine Kollegen, als sie vor fünf Jahren die Lichtspektren weit entfernter Quasare mit dem Keck-Teleskop auf Hawaii ins Visier nahmen. Eine genaue Analyse lieferte eine seltsame Verschiebung der Absorptionslinien, die sich mit der gewagten Annahme erklären ließ, die Feinstrukturkonstante Alpha - gewissermaßen die Mutter aller Naturkonstanten - sei vor zehn Milliarden Jahren kleiner gewesen als heute. Die Forscher fanden zwar nur eine Abweichung von einem hundertstel Promille. Die Nachricht allein löste aber bereits zum Teil wilde Spekulationen vor allem bei jenen Theoretikern aus, die endlich die Chance witterten, an einem lang gehegten Tabu rütteln zu können. Denn veränderliche Naturkonstanten sind nicht nur eine semantische Kuriosität, sondern bringen auch so manche bewährte Theorie zum Einsturz. Eine schwankende Feinstrukturkonstante wäre besonders dramatisch, da sie die Kraft zwischen den Atomkernen und den Elektronen in der Atomhülle bestimmt. Nähme der Wert von Alpha mit der Zeit zu, stürzten die Atome eines fernen Tages in sich zusammen, und es gäbe keine Materie mehr. Ein Trost: Die Sonne wäre dann allerdings schon längst erloschen.

          Freud und Leid der Physiker

          Man solle doch lieber die Daten der Astronomen anzweifeln als etablierte Theorien stürzen, mahnen dagegen eher besonnene Forscher, die den australischen Messungen skeptisch gegenüberstehen. Die Fehler seien nicht ausreichend berücksichtigt worden. Den Mahnern zum Trotz haben die Forscher um Webb unlängst neue Daten vorgelegt, die ihre These zu erhärten scheinen. Mittlerweile stützen sich die Ergebnisse der Astronomen auf die Daten von mehr als 100 Quasaren („Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“, Bd. 354, S. 609).

          Die Naturkonstanten sind der Physiker Freud und Leid zugleich. Obwohl sie die Größen mit immer größerer Genauigkeit bestimmen können, stehen sie ihren krummen Werten nach wie vor ratlos gegenüber. Besonders der Wert von Alpha ist vielen ein Dorn im Auge. Arnold Sommerfeld hatte die Konstante 1915 eingeführt, um die feine Struktur der sichtbaren Spektrallinien von Wasserstoffatomen erklären zu können. Sie ist eine dimensionslose Größe, deren Wert sich aus drei anderen fundamentalen Naturkonstanten berechnen läßt - aus der Elementarladung, der Lichtgeschwindigkeit und dem Planckschen Wirkungsquantum. Einige Theoretiker mutmaßen bereits darüber, ob die Variation von Alpha eher auf einen schwankenden Wert der Lichtgeschwindigkeit oder auf eine variable Elektronenladung hindeutet. An der Konstanz des Wirkungsquantums wird dagegen selten gezweifelt.

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