Auf der Suche nach der Weltformel: Wie nahe Stephen Hawking und seine Kollegen diesem Ziel schon gekommen sind - wissenschaft.de
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Auf der Suche nach der Weltformel: Wie nahe Stephen Hawking und seine Kollegen diesem Ziel schon gekommen sind

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Auf der Suche nach der „Weltformel“, welche die fundamentalen Theorien der modernen Physik in sich vereint, sind Wissenschaftler einen guten Schritt vorangekommen. Die Forscher – allen voran der weltberühmte Physiker Stephen Hawking – wollen damit erklären, was vor dem Urknall war, ob Zeitreisen möglich sind und was geschieht, wenn Materie in ein Schwarzes Loch fällt.

Angenommen, eine allwissende Fee böte Ihnen an, eine beliebige Frage zu beantworten. Welche Frage würden Sie ihr stellen? Das wollte der Wissenschaftsjournalist und Buchautor Rüdiger Vaas von dem Physiker Stephen Hawking wissen. Die Antwort des nicht zuletzt durch seine fast vollständige Lähmung bekannten, weltberühmten Forschers lautete: „Ist die M-Theorie vollständig?“ Damit brachte Hawking auf den Punkt, wonach seit mehreren Jahrzehnten Wissenschaftler in der ganzen Welt geradezu fieberhaft suchen: nach der „Theorie von Allem“, der „Weltformel“, wie viele sagen – einem Gedankengebäude, das die Theorien vom Allergrößten im Universum mit denen vom Allerkleinsten in sich vereinigt. Ein verheißungsvoller Weg zu diesem Ziel ist die von Hawking entscheidend mitgeprägte M-Theorie.

Das „M“ steht dabei gleich für eine ganze Reihe von Begriffen: „Membranen“, „Master“, „Matrix“, „majestätisch“, „Mysterium“, „Magie“ oder „Mutter aller Theorien“. Diese Begriffe veranschaulichen die beinahe religiöse Dimension, welche die moderne Forschung an ihren Grenzen für viele Wissenschaftler inzwischen längst erreicht hat.

Das Grundelement der M-Theorie ist die so genannte Stringtheorie. Ihr zufolge sind nicht punktförmige Elementarteilchen die Grundbausteine der Natur, sondern Strings – winzige schwingende Saiten und Membranen. Die bekannten Elementarteilchen wie Elektronen, Neutronen oder Protonen sind dabei nichts anderes als die Schwingungen dieser Strings, sozusagen deren Melodie, wie Rüdiger Vaas in seinem jüngst erschienenen Buch „Tunnel durch Raum und Zeit“ schreibt.

Mit der Stringtheorie können die Physiker die beiden wichtigsten und aussagekräftigsten Theorien der modernen Physik vereinigen: Die Quantentheorie, die sich mit der Welt des Allerkleinsten befasst, und die von Albert Einstein geschaffene Allgemeine Relativitätstheorie, die den Zusammenhang von Raum, Zeit, Gravitation und Materie beschreibt. Jede dieser beiden Säulen der Physik für sich ist längst experimentell mit höchster Genauigkeit bestätigt worden. Dennoch vertragen sich beide unter Extrembedingungen nicht ganz: In einem Schwarzen Loch beispielsweise, wo Materie auf unvorstellbar hohe Dichten zusammengepresst ist, kommt es zu Unstimmigkeiten zwischen beiden Theorien, die sich mit der allgemeineren Stringtheorie ausräumen lassen.

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Ursprünglich gab es fünf verschiedene Varianten der Stringtheorie. Diese wurden schließlich zu einer Theorie vereinigt: der M-Theorie. Dieses Denkmodell kommt nicht mit den drei Raumdimensionen aus, wie sie der menschlichen Wahrnehmungswelt entsprechen. Sie arbeitet vielmehr mit zehn Raumdimensionen.

Trotz ihrer mathematischen Eleganz und ihrer erklärenden Kraft: Viele Aspekte der M-Theorie sind noch sehr spekulativ und nur ansatzweise verstanden. Doch mit dem Wissen, was sie im Detail bedeutet und welche Konsequenzen sie mit sich bringt, wollen die Forscher einige der spannendsten Fragen klären, die in der Wissenschaft je gestellt wurden. So könnte die M-Theorie die Antwort auf die Frage liefern, ob Hawkings Idee vom Urknall richtig ist. Nach dessen Modell ist die Zeit mit dem Urknall erst entstanden – Ereignisse vor dem Urknall gab es nicht.

Auch könnte das Modell eine Erklärung von Hawkings so genannter „Vermutung zum Schutz der Zeitordnung“ liefern. Hawking hat sich in dieser Hypothese dafür ausgesprochen, dass grundsätzlich keine Reisen durch die Zeit möglich sind. Die Idee der Zeitreise ist nämlich längst nicht nur Gegenstand von Science-Fiction-Romanen, sondern auch durchaus ernst gemeinter Forschung. Die aus Zeitreisen folgenden Paradoxien würden aber das Fundament von Ursache und Wirkung zerstören. Beispielsweise könnte jemand in die Vergangenheit reisen und sein jüngeres Selbst umbringen. Deshalb glaubt Hawking, dass die Natur solche Zeitreisen grundsätzlich ausgeschlossen hat.

Schließlich könnte die M-Theorie auch erklären, was mit der Materie und Energie geschieht, wenn diese in ein Schwarzes Loch fallen. Bislang rätseln die Wissenschaftler nämlich noch, ob die Materie und die damit verbundene Information vollständig vernichtet werden oder ob sie doch irgendwie und irgendwo wieder zum Vorschein kommen – vielleicht an einem Milliarden von Lichtjahren entfernten Ort oder gar in einem anderen Universum.

Mit der M-Theorie könnten die Wissenschaftler also bereits den Schlüssel zur Erklärung vieler der grundlegendsten Fragen der Wissenschaft in der Hand halten. Das wäre „der endgültige Triumph der menschlichen Vernunft – denn dann würden wir Gottes Plan kennen“, wie es Hawking in seinem Bestseller „Eine kurze Geschichte der Zeit“ formulierte. Ob dieser Schlüssel tatsächlich der richtige ist, das ist bisher allenfalls der guten, allwissenden Fee bekannt.

Rüdiger Vaas: „Tunnel durch Raum und Zeit. Einsteins Erbe – Schwarze
Löcher, Zeitreisen und Überlichtgeschwindigkeit“
. Franckh-Kosmos Stuttgart 2005, ISBN 3440093603, 16,95 Euro.

ddp/wissenschaft.de – Ulrich Dewald
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