Notizen 125

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Gibt es Schwarze Löcher?

Vor einiger Zeit ging eine Meldung durch alle Medien: Wissenschaftler hätten Gravitationswellen auf Grund des Zusammenstoßes zweier Schwarzer Löcher entdeckt. Ist die Entdeckung nobelpreisverdächtig oder physikalischer Unsinn? Oder gar beides?  Den ganzen Beitrag finden Sie hier.

Wer findet das Higgs-Boson?

Der diesjährige Physik-Nobelpreis ging unter anderem an den schottischen Physiker Peter Higgs, der vor fast 50 Jahren ein Teilchen postulierte, welches erklären sollte, wie die Elementarteilchen zu ihren Massen kommen. Was hat es mit dem als " Gottesteilchen" bezeichneten Gebilde auf sich?

Philosophen und Physiker suchten schon immer nach dem "Urstoff", der allem zugrunde liegt, oder nach der "Weltformel", die alles erklärt. Die alten Griechen fingen damit an. Für sie war der Urstoff der Welt (wahlweise) Wasser, die vier Elemente, oder unteilbare Elementarbestandteile namens "Atome". Chemiker und Physiker des Abendlands griffen die Ideen auf, erkannten zunächst die Ordnung der chemischen Elemente, entdeckten dann Atome, fanden heraus, dass diese nicht unteilbar waren, sondern gespalten werden konnten, und klassifizierten dann deren Bestandteile: Elektronen (außen, in der "Schale"), Protonen und Neutronen (innen, im Kern).

Damit wäre die Welt in Ordnung gewesen, denn drei Grundbestandteile der Welt sind nicht schlecht. Aber dann entdeckten die Forscher weitere Teilchen, meist höchst instabil und kurzlebig, aber doch eindeutig vorhanden, da in der Nebelkammer nachweisbar. Und die neuen Teilchen - Neutrinos, Myonen, usw. - konnten nicht aus den drei Grundbestandteilen zusammengebastelt werden. Schlimmer noch: Es kamen immer mehr Teilchen dazu, bis man von einem "Teilchenzoo" sprach. Also dachte sich ein Physiker und Literaturkenner neue Ur-Teilchen aus, die er "Quarks" nannte. Aber auch die vermehrten sich wie Erdmännchen im Zoo, bis die Suche nach weiteren Ur-Teilchen begann, die anscheinend niemals enden wird.

Soweit so schlecht. Was die Physiker aber wirklich fuchste, war die Tatsache, dass man nach der Theorie der Elementarteilchen zwar alles Mögliche voraussagen konnte, nicht aber deren Masse. Die Masse eines jeden Teilchens musste vorher experimentell bestimmt und als Zahl in die Gleichungen eingegeben werden. Und "Masse" ist schließlich eine universelle Eigenschaft, die jedem Objekt dieser Welt zukommt.

Beispiel Himmelskörper: Allein aus der Masse eines Kometen können wir berechnen, ob er in den Jupiter stürzt oder in die Sonne oder mit der Erde zusammenprallt. Sogar Energie hat Masse nach der Einsteinschen Formel "E = mc²". Dreht man sie um, erhält man m = E/c², was bedeutet, dass jede Form von Energie (E) auch Masse besitzt (m). Also auch Licht, das in einem Schwerefeld wegen der Masse seiner Energie abgelenkt werden kann.

Auftritt Peter Higgs. Bereits 1964 hatte er sich ein "Feld" ausgedacht (jetzt nach ihm benannt), also eine Art unsichtbaren Stoff, der das ganze Weltall ausfüllt und dafür sorgt, dass Elementarteilchen ihre Masse bekommen. Wie das funktioniert, hat der Physiker David J. Miller anschaulich so beschrieben: Stellt euch vor, auf einer Party taucht ein Star auf, der in der Physik immer "Alice" heißt (weil angelsächsische Physiker gerne Lewis Carroll lesen). Bevor Alice den Saal betritt, stehen die Partygäste gleichmäßig verteilt im Raum.

Sobald sie jedoch ihren Auftritt hat, laufen zahlreiche Gäste auf sie zu, wollen Autogramme oder Small-Talk. So kommt Alice in dieser Menge viel langsamer voran als sie eigentlich könnte. Das "Alice-Feld" macht sie träger, sie wird damit auch schwerer. Sie hat Masse angesammelt - so funktioniert auch das Higgs-Feld. Und wie jedes Feld sich so verdichten kann, dass daraus ein Teilchen entsteht, muss es auch das Higgs-Teilchen geben, denn das Feld alleine kann man nicht nachweisen. Was die Leute im Kernforschungszentrum CERN 2012 auch getan haben.

Alles passt wunderbar, der Fortschritt der Menschheit feiert wieder mal Triumphe, wir können beruhigt schlafen gehen. Doch leider sind da ein paar Unstimmigkeiten, die einen die Freude ganz leicht vermiesen. So steht in einem Wikipedia-Artikel über Higgs-Teilchen und Higgs-Feld: "In vereinfachten Darstellungen wird häufig das Higgs-Boson pauschal als Ursache von Masse dargestellt. Dies ist aus mehreren Gründen falsch." Was dann? "Die (durch das Higgs-Teilchen) entstandenen Massenwerte der übrigen Teilchen tragen zur wägbaren Masse der gewohnten Materie, letztlich also der Masse der Atome, kaum bei." Nur 1%. Wozu ist dann das Nobelpreisteilchen da?

Damit die "Eichbosonen" Masse kriegen. Und diese braucht man wiederum, um - aber das geht zu weit. Jedenfalls ist alles viel komplizierter. Und was die "Entdeckung" des Teilchens betrifft: So einfach geht das auch nicht. Man kann die Dinger ja nicht wirklich sehen. Sie existieren ein Milliardstel von einem Milliardstel einer Milliardstelsekunde und haben kaum einen Effekt auf irgendwas. In Millionen und Abermillionen Ereignissen (Zusammenstößen) tritt einmal etwas auf, was ein gütiges Computerprogramm dann als "unter Umständen Higgs" deklariert.

Der Artikel (mit Bildern und Kommentaren) erschien hier.

 -Peter Ripota-

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Schwarze Löcher wurden von Karl Schwarzschild 1916 theoretisch aus den Formeln der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein abgeleitet. 1967 schuf John Archibald Wheeler den begriff "Schwarzes Loch" für diese Gebilde. Schwarze Löcher verschlucken alles für immer, Materie, Energie, Strahlung und Information. 1974 publizierte Stephen Hawking eine Hypothese, wonach Schwarze Löcher auch verdampfen können ("Hawking-Strahlung"), und in seinem Buch "Das Universum in der Nussschale" äußerte er die Annahme, dass Schwarze Löcher bei ihrem Ableben die gesammelte Information wieder ausspucken.

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