Ist die Physik impotent?

IST DIE PHYSIK IMPOTENT GEWORDEN?

Es war eine wilde Jagd. Die fast lichtschnellen Geschosse flogen in alle Richtungen. Gegen Mitternacht konnte die Polizei den berüchtigten Verbrecher stellen, wie ein Sprecher des Kriminalamtes auf einer Pressekonferenz berichtete. Die Beweise und Spuren, die zur Ergreifung des lange gesuchten Übeltäters beitrugen, wurden noch in derselben Nacht vernichtet. Für das Gerichtsverfahren archiviert wurde lediglich der Abschlussbericht.

Wenn Sie der Richter wären, würden Sie den Verbrecher aufgrund dieser Beweislage verurteilen? Nein? Ich auch nicht.

Wie verhindert wird …

Genau so hat sich die Jagd auf das Higgs-Boson und viele andere Elementarteilchen am CERN zugetragen. Die Rohdaten werden nur Sekunden, nachdem sie im Teilchenbeschleuniger entstanden sind, gefiltert und zu über 99,9 Prozent vernichtet. Und einen Versuchsaufbau wie den Large Hadron Collider können Sie nicht einfach nachbauen … Die zentralen Voraussetzungen für eine Überprüfung der Behauptung, das Teilchen sei gefunden worden, fehlen. Es ist, als sei das CERN Polizei, Staatsanwalt und Richter in Personalunion und die Welt soll einfach die Hände im Schoß falten und glauben.

„Wie werden Ergebnisse geprüft?“ „Wer überblickt eigentlich das ganze Experiment?“ „Gibt es unabhängige Tests der Software?“ Das CERN hat zu solchen Fragen immer dieselbe Antwort: „Das machen wir intern sehr sorgfältig.“

Ich will den Kollegen am CERN und anderen großen Instituten nicht vorwerfen, dass sie sich keine Mühe geben würden. Ich bin sicher, die meisten arbeiten mit guten Intentionen und nach bestem Wissen. Ein Vergleich drängt sich mir jedoch auf: Diese Diskurspraxis erinnert mich an die Debatten im Zetralkomitee der KPdSU.

… was möglich wäre

Das alles würde mich nicht umtreiben, wenn die Physik so fruchtbar wäre, wie eh und je. Sie hat den technischen Fortschritt befeuert wie keine andere Wissenschaft. Denken Sie nur mal an das Handy, Radio, TV, deren Entwicklung ohne die Entdeckung der elektromagnetischen Wellen durch Heinrich Hertz im Jahre 1886 nicht möglich gewesen wäre. Aber seit längerem tut sich nicht mehr so viel. Die letzten großen technischen Errungenschaften basieren auf Entdeckungen und Theorien, die 100 Jahre und älter sind. Nun, vielleicht entwickelt der Mensch demnächst einen Quantencomputer, der würde dann immerhin auf Theorien fußen, die um die vorletzte Jahrhundertwende herum entwickelt wurden.

Die heutigen Teilchenbeschleuniger, Raumsonden und Präzisionsmessgeräte könnten eine gewaltige Investition in die Zukunft sein, wenn sie Ergebnisse erzeugen, die verwertbar sind. Aber die Physik scheint mehr und mehr in sich abgeschlossen. Ein großer Kreislauf, der Unsummen verschlingt und sagenhafte Geschichten wie die Viele-Welten-Theorie und das Higgs-Boson ausspuckt.

Ist die Physik denn impotent geworden?

Auf dem Weg zu einer „open science“?

Die Entscheidung über diese Frage werden nachfolgende Generationen beantworten müssen. Die Frage für die Physik der Gegenwart kann nur sein, was sie tun muss, damit sie wieder zu reproduzierbaren, überprüfbaren und somit glaubwürdigen Theorien und Ergebnissen kommt. Und die wichtigste Komponente dabei ist ein Konzept, dass die Soziologin und Kulturwissenschaftlerin Caroline Y. Robertson – von Trotha in den 90ern geprägt hat: Die „öffentliche Wissenschaft“ oder englisch „open science“.

Dieses Konzept enthält die zentralen Forderungen nach:
wiederholbaren Experimenten,
Daten, die für jedermann offen und einsehbar sind und
dadurch falsifizierbare, also überprüfbare Ergebnisse und Theorien.

In meinem Buch „Auf dem Holzweg durch’s Universum“ liste ich zehn Vorschläge für die Experimentalphysik auf, die zeigen, wie die Forderung nach einer „open science“ im Internetzeitalter umgesetzt werden könnte (S. 286, http://www.amazon.de/Auf-dem-Holzweg-durchs-Universum/dp/3446432140). Eine solche „open science“ wird dieses Jahr durch die niederländische Präsidentschaft der EU politisch unterstützt. Ob das reicht, um die entsprechenden Arbeitsweisen und Prinzipien durchzusetzen, darf bezweifelt werden – aber es ist ein Anfang.

6 Gedanken zu „IST DIE PHYSIK IMPOTENT GEWORDEN?“

  1. Sehr geehrter Herr Unzicker,
    ich glaube ein „mythologisches“ Phänomen in der Natur, dass zu einer Revolution führen könnte, sind die sogenannten Kugelblitze ! Ich bin selber Zeuge dieses Phänomens geworden und kenne weitere Menschen, die dieses Phänomen auch schon gesehen haben. Sollte es einer Forschergruppe gelingen, Kugelblitze zu erzeugen, wäre dies sicherlich ein Nobelpreis wert.

    1. Hallo, ein nicht uninteressantes Thema, zu dem ich allerdings nicht viel Wissen beisteuern kann. Ich halte es jedoch für denkbar, dass es es noch theoretisch etwas zu verstehen gibt – denn ganz korrekt kann die derzeitige Elektrodynamik noch nicht sein. Es ist nur einen Näherung. Viele Grüße AU

  2. Sehr geehrter Herr Dr. Unzicker,

    bitte beantworten Sie mir diese Frage:
    Weshalb – glauben Sie – kann die derzeitige Elektrodynamik noch nicht ganz korrekt sein?
    Bitte, sehr geehrter Herr Dr. Unzicker, bitte erklären Sie mir das.
    Viele Grüße Arthur Büttgen

  3. Sehr geehrter Herr Dr. Unzicker,

    Sie haben richtig erkannt, dass das Problem der Physik in der Elektrodynamik zu suchen und zu finden ist.

    Was meinen Sie übrigens mit „derzeitige Elektrodynamik“? Es gibt nur eine einzige Elektrodynamik und die hat James Clerk Maxwell Mitte des 19. Jahrhundert durch seine Maxwell“schen Gleichungen ins Leben gerufen. Kennen Sie nicht das elfte göttliche Gebot: „Du sollst nur eine einzige Elektrodynamik haben“?
    (kleiner Scherz – trifft aber den Punkt!)

    Es gibt nur eine einzige Elektrodynamik – und die ist absolut richtig und 100%ig völlig korrekt!

    Wenn man mit dieser Elektrodynamik jedoch nur Näherungen vornimmt, d.h. z.B. sogenannte „Fernfelder“ nur näherungsweise berechnet, indem man vereinfacht und eben nicht exakte Lösungen berechnet, muss man sich nicht wundern, wenn man den Naturgesetzen so nicht auf die Schliche kommen kann!

    Statt „Näherungen“ sollte man exakt rechnen!

    Das wirkliche Problem in der Elektrodynamik ist die Erfindung der sogenannten Punktladung. Wenn man derart das fundamentalste Objekt der Physik, nämlich den „Raum“ nicht nur auf gröbste vergewaltigt, sondern viel schlimmer: Wenn man den „Raum“ ignoriert und aus der Physik eliminiert, kommt man in der Physik natürlich auf keinen grünen Zweig mehr.
    Des Rätsels Lösung ist:
    Es gibt keine Punktladung in dieser Welt – auch nicht im gesamten Universum.

    Die „Ladung“ ist nämlich keine diskrete Größe, sondern eine kontinuierliche Größe.

    Einzig in der Thomsonschen Schwingungsgleichung wird diesem Sachverhalt Rechnung getragen, überall sonst in der Physik geht es nur um Punktladungen und damit befindet man sich überall sonst in der Physik eben auf dem Holzweg.
    Nicht umsonst heißt die zugehörige physikalische Größe „Raumladungsdichte“, das impliziert doch, dass mit „Ladung“ immer ein gewisser „Raum“ einhergeht. Und diese Tatsache schließt dann „Punktladungen“ und „Punktteilchen“ aus.

    „Ladung“ ist ebenfalls eine Welle, also eine kontinuierliche Größe.

    Sehr geehrter Herr Dr. Unzicker, denken Sie darüber nach, das ist höchst empfehlenswert.
    Von der „Punktladung“ zur kontinuierlichen Ladung (genauer: zur räumlich und zeitlich harmonisch verteilten Ladung) umzudenken, das ist der Schlüssel zu „Real physics“, zu der Physik, die Sie meinen, sehr geehrter Herr Dr. Unzicker.

    In der Elektrodynamik spricht man von „retardiertem Potential“, aber das ist falsch, dasjenige, was „retardiert“ („verspätet“) ist, ist nicht das „Potential“, sondern vielmehr die „Ladung“ beziehungsweise die „Raumladungsdichte“.
    Denken Sie mal darüber nach!

  4. Sehr geehrter Herr Dr. Unzicker,

    apropos „größte Perlen der Physik“: Die weitaus größte Perle der Physik ist mit Abstand die – Elektrodynamik von James Clerk Maxwell in Form der bekannten vier Maxwellschen Gleichungen. Maxwell hat hier ganze Arbeit geleistet.
    Ludwig Boltzmann: „War es ein Gott, der diese Zeichen schrieb…?“
    Diese Frage muss man wohl uneingeschränkt mit „Ja“ beantworten.
    Warum ist die Elektrodynamik so großartig?
    Die Elektrodynamik bzw. die Maxwellschen Gleichungen beschreiben die elektromagnetischen Felder, die die Grundlage für alles Seiende in diesem Universum darstellen.
    Doch Vorsicht: Um zu dieser Erkenntnis zu gelangen, muss man die vollständigen Maxwellschen Gleichungen als Grundlage wählen und darf sich nicht mit – unzulässigen – Vernachlässigungen und Näherungen zufrieden geben.
    Nach Fourier – die Fourier-Transformation ist sicherlich auch in der Physik ein Begriff – ist jede beliebige Funktion darstellbar als Überlagerung von sinusförmigen – harmonischen – Funktionen.
    Wenn wir uns also für die elementaren Naturvorgänge interessieren – und nur, indem wir dies tuen, können wir „real physics“ auf die Spur kommen, müssen wir uns also mit den elementaren – also den harmonischen – Funktionen befassen. Denn die Natur kennt nur und ausschließlich diese Art von Funktionen.
    Die von den Maxwellschen Gleichungen beschriebenen elektromagnetischen Felder werden in der Elektrodynamik in die folgenden Felder unterteilt:
    Erstens „Elektrostatische Felder“, zweitens „Magnetostatische Felder“, drittens „Stationäre Felder“, viertens „Quasistationäre Felder“ und fünftens „Schnell veränderliche Felder“.
    Diejenigen Funktionen, die uns interessieren, die die elementaren Naturvorgänge beschreiben, sind die harmonischen Funktionen und diese sind den „Schnell veränderlichen Feldern“ zuzuordnen, also den vollständigen Maxwellschen Gleichungen, bei denen sämtliche differentiellen Elektro- und Magnet-Feldgrößen wie „rot E“ und „rot H“ nicht Null sind.
    Diese Größen willkürlich zu Null zu setzen, also zu vernachlässigen, ist unzulässig, da man in diesem Falle die harmonischen Funktionen außer Acht lässt.
    Nur unter Berücksichtigung der „Schnell veränderlichen Felder“, also der vollständigen Maxwellschen Gleichungen und hier speziell der (zeitlich und räumlich) harmonischen Vorgänge lassen sich die elementaren Naturvorgänge beschreiben.
    Für zeitlich und räumlich harmonische Vorgänge – und nur für diese – lassen sich aus dem Differentialgleichungssystem der Maxwell-Gleichungen die Helmholtz-Gleichungen ableiten.
    Die Helmholtz-Gleichungen sind die absoluten Grundgleichungen des Universums. Sie beschreiben alles – und wirklich restlos alles – , was im Universum vorhanden ist.
    Was alles ist im Universum vorhanden?
    Antwort: Im Universum sind alle elektromagnetischen Felder vorhanden, die von den Helmholtz-Gleichungen (und ursprünglich von den Maxwellschen Gleichungen für harmonische Vorgänge) beschrieben werden.
    Insgesamt gibt es genau drei Arten von elektromagnetischen Feldern in unserem Universum: Da sind zunächst die Materiefelder (Louis de Broglie lässt grüßen). Jedes Materiefeld ist umgeben von einem Gravitationsfeld (Entdeckung von Isaac Newton).
    Die dritte Art von elektromagnetischem Feld ist das Strahlungsfeld, welches Heinrich Hertz experimentell erzeugt und nachgewiesen hat.
    Die Theorie zu den Strahlungsfeldern hat natürlich Maxwell geliefert, nur ist es bis heute in der Physik nicht bekannt, dass das Maxwellsche Gleichungssystem wesentlich mehr beschreibt, als nur „Strahlungsfelder“. Wie gesagt, beschreiben die Maxwellschen Gleichungen auch die Materiefelder und deren Gravitationsfelder auch noch dazu.
    Die Maxwellschen Gleichungen sind eben so fundamental, fundamentaler geht es nicht mehr.
    Nur die Maxwellschen Gleichungen für harmonische Vorgängen bilden das Fundament für unser Universum, alle anderen Vorgänge sind lediglich Näherungen und Vernachlässigungen.
    Die Maxwellschen Gleichungen für harmonische Vorgänge münden in kompakterer Form in den Helmholtz-Gleichungen.
    Die inhomogenen Helmholtz-Gleichungen beschreiben die Materiefelder (Elementarteilchen) und deren Gravitationsfelder, während die homogenen Helmholtz-Gleichungen die Strahlungsfelder (Licht, jede Art von elektromagnetischer Strahlung) beschreiben.

    Über Ihr Feedback, sehr geehrter Herr Dr. Unzicker, würde ich mich freuen.

    Viele Grüße
    Arthur Büttgen

  5. In der Elektrodynamik – so, wie sie in Schulen und Universitäten gelehrt wird – werden heutzutage in aller Regel elektrostatische Felder von homogenen und isotropen Ladungskugeln berechnet – mit Hilfe der Poisson-Gleichung. Dabei stellen diese Ladungskugeln selber ein elektrostatisches Feld dar, welches mit dem Rand der Ladungskugel jedoch nicht erlischt, sondern noch in den ladungsfreien Raum hinauswirkt.
    Wenn man hier anstatt der Poisson-Gleichung (Elektrostatisches Feld und damit Näherung bzw. Vernachlässigung) die Helmholtz-Gleichung (vollständige Maxwell-Gleichungen für harmonische Vorgänge) und außerdem statt der homogenen und isotropen Raumladungsverteilung die harmonische, wellenartige Ladungsverteilung annimmt, so erhält man als Ergebnis für die Raumladungskugel – oh Wunder – das Elementarteilchen.
    In diesem Fall stellt das oben erwähnte – elektromagnetische – Feld, welches das Elementarteilchen umgibt, nichts anderes dar, als – das Gravitationsfeld des Elementarteilchens.
    Berechnet man aus der so gewonnen Formel der Energiedichte des Gravitationsfeldes die zu dieser Energiedichte gehörende Gravitationskraft, so erhält man das wirkliche, wahre Gravitationsgesetz, wobei man feststellt, dass das Newtonsche Gravitationsgesetz lediglich ein Teil bzw. eine Näherung des wirklichen Gravitationsgesetzes ist.
    Und dieses Gravitationsgesetz, welches für Elementarteilchen gilt, kann als nächster Schritt auch auf Himmelskörper übertragen werden, womit physikalisch die Vereinigung von Mikro- und Makrokosmos gelungen ist.
    Ist das nicht wirklich richtiggehend großartig?

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