Aufsätze zur Philosophie der Naturwissenschaften

Instinktsicherheit und überzeitliche Werte im Teilchenzoo: Erhaltungsgrößen und Symmetrien 

Paul Natterer
2008 [2004]
6 Seiten
Sprache: Deutsch
Reihe: Aufsätze zur Philosophie der Naturwissenschaften
Ausgabe: PDF-Datei
Format: DIN A4

 

Datenübertragung:

Überzeitliche Werte im Teilchenzoo: Erhaltungsgrößen und Symmetrien

Artikelbeschreibung

Aus der Schulmathematik ist die Unveränderlichkeit oder Invarianz einer spiegelsymmetrischen Figur (Quadrat, Dreieck, Kreis) gegenüber Spiegelung an Spiegelachsen bekannt. Ebenso die Invarianz solcher Figuren gegenüber Drehung (Rotationssymmetrie). Symmetrie hat also mit der Erhaltung von Merkmalen von Gegenständen bei Bewegungen oder Änderungen zu tun, hier der Merkmale einer bestimmten geometrischen Figur.
In der modernen Physik wird der Begriff Symmetrie auf sogenannte Erhaltungssätze in der Natur angewandt. Die mathematische Berechenbarkeit des konkreten Gewimmels von Kraftfeldern, Teilchen und ruheloser Quantenaktivität des realen Raums kommt schnell an ihre Grenzen. Daher interessieren sich Physiker für unveränderliche Werte in diesem Gewimmel, auf die man sich gewissermaßen verlassen und auf die man Gesetze gründen kann. Diese unveränderlichen Werte nennen sie Symmetrien. [Foto oben, GNU FDL: Edward Witten (Princeton), der gegenwärtig bekannteste Vordenker spekulativer Supersymmetrien und Superstringmodelle]

Dazu Herwig Schopper, 1980-2000 Generaldirektor der Europäischen Organisation für Kernforschung (CERN) in Genf, dem weltgrößten Forschungszentrum auf dem Gebiet der Teilchenphysik: "Wir glauben heute, daß wir ein noch tieferes Prinzip als die Kräfte haben: Das sind Symmetrien, Symmetrien unserer Raum- und Zeitstruktur. Letzten Endes sollen es also die Eigenschaften von Raum und Zeit sein, die die Eigenschaften der Kräfte bestimmen, und weiterführend bestimmen dann die Kräfte die Eigenschaften der Elementarteilchen [...] Wenn Sie aber fragen, was letztlich das Wesen der Materie ist, dann muß ich antworten, daß es keine letzten harten Bausteine gibt, sondern daß sich alles auflöst in ideale Begriffe wie Symmetrien." (Was heißt Materie? Beiträge der Elementarteilchenphysik zum Weltverständnis. In: Thomas (Hrsg.): Naturherrschaft, Herford 1991, 21-22).

Symmetrien sind Ordnungsprinzipien, die auf die Raumzeit oder das physikalische Raumzeit-Kontinuum angewandt werden. Physiker stellen sich Letzteres als erfüllt von dem undifferenzierten, chaotischen Prozess eines n-dimensionalen Vakuumschaums vor, der die physikalischen Kraftfelder bestimmt, welche Zustände des Vakuums sind: "Das Vakuum in der Physik ist nach der Quantenmechanik ... erfüllt von sehr vielen Phänomenen [...] Die Struktur von Raum und Zeit ist in der Quantenmechanik nichts Leeres, sondern hat sehr viele Eigenschaften. Die Struktur des Vakuums ist einer der Träger für die Vereinigung der Kräfte." (Schopper, a.a.O. 47)

Es werden dabei drei Klassen von Symmetrien unterschieden, die in dem vorliegenden Überblick vorgestellt werden.