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Genauigkeit der aktuellen physikalischen Theorien

 
 
Die derzeit aktuellen, durch viele Experimente gut bestätigten physikalischen Theoren des 20. Jahrhunderts sind
     
  • Quantenthorie (QT),
     
  • Spezielle Relativitätstheorie (SRT)
     
  • Allgemeine Relativitätstheorie (ART) und
     
  • Quantenfeldtheorie (QFT), welche QT und SRT zusammenführt zum Standardmodell der Elementarteilchen.


Roger Penrose schreibt ( 1996 ):
 
Manche behaupten, die QFT sei mit ihrer Genauigkeit von etwa 1 : 1011 die bisher genaueste physikalische Theorie.
 
Ich jedoch möchte darauf hinweisen, dass sich die ART inzwischen in einem wohldefinierten Sinne mit einer Genauigleit von sogar 1 : 1014 als korrekt erwiesen hat und dass die i.W. nur die entsprechend beschränkte Präzision der Uhren auf der Erde zu dieser Grenze führt.
     
    Ich rede da vom Binärpulsar PSR 1913 + 16, d.h. von zwei sich umkreisender Neutronensterne, von denen einer ein Pulsar ist.
     
    Der ART nach sollte die Umlaufbahn allmählich enger (und die Periode entsprechend kürzer) werden, da wegen der Aussendung von Gravitationswellen Energie verloren geht.
     
    Und genau das hat man beobachtet; die gesamte Beschreibung der Bewegung, welche von den Newtonschen Bahnen an einem Ende der ART-Korrekturen in der Mitte bis hin zu der Beschleunigung der Bahnbewegung durch Gravitationswellen am anderen Ende führt, stimmt mit der Vorhersage der ART (in welche ich Newtons Theorie mit einbeziehe) überein — und zwar mit der eben erwähnten Genauigkeit.
     
    Dies hat sich aus Beobachtungen über einen Zeitraum von 20 Jahren hinweg ergeben.
     
    Den Entdeckern dieses Systems wurde völlig zu Recht der Nobelpreis verliehen.

 
Quantentheoretiker haben immer wieder verlangt, man solle wegen der Genauigkeit ihrer Theorie die ART ändern, um sie in den Rahmen der QT einzufassen. Ich aber glaube, dass es jetzt an der QFT ist, ein wenig auzuholen.
 
Obgleich diese Theorien ganz bemerkenswert erfolgreich sind, haben sie doch auch Probleme:
     
  • Das der QFT besteht darin, dass man bei der Berchnung der Amplitude eines mehrfach zusammenhängenden Feynman-Diagramms zunächst stets eine nach unendlich divergierende Antwort bekommt. Diese Unendlichkeiten müssen als Teil des Renormierungsprozesses der Theorie subtrahiert und wegskaliert werden (ein mathematisch fragwürdiges Vorgehen).
     
  • Die ART sagt die Existenz raumzeitlicher Singularitäten voraus.
     
  • In der QT schließlich gibt es das » sog. Messproblem «.

Vielleicht liegt die Lösung dieser Probleme in der Beseitigung möglicher Ungenauigkeiten dieser Theorien.
     
  • Viele gehen z.B. davon aus, dass die QFT die Singularitäten der ART irgendwie » ausschmieren « könnte.
     
  • Die Divergenzprobleme der QFT könnten — tweilweise wenigstens — durch ein ultraviolettes Cutoff aus der ART gelöst werden.
     
  • Das Messproblem der QT, so denke ich, wird letztlich dadurch gelöst werden, dass man ART und QT sinnvoll zu einer neuen Theorie vereinigt.

 


 
Quelle: Hawking und Penrose: Raum und Zeit, Rowohlt 1998, Seite 87-89
 
Titel der Originalausgabe: The Nature of Space and Time, Princeton University Press (1996)


 


aus Notizen zu:

Objekt vs Modell (in der Physik)


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