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Das hier ist die Rezension eines
Kapitels von “Der Stoff aus dem der Kosmos
ist
” von Brian Greene. Links zu den Rezensionen der anderen Kapitel kann man hier finden.


In den letzten drei Kapiteln über die Zeit hat Greene erklärt, dass wir uns mit Kosmologie beschäftigen müssen, wenn wir verstehen wollen, warum die Zeit gerichtet erscheint; also die Dinge immer nur auf eine bestimmte Art und Weise ablaufen (Eier zerbrechen, “entbrechen” aber nie; wir erinnern uns nur an die Vergangenheit aber nicht an die Zukunft, usw). Das lässt sich nur erklären, wenn wir davon ausgehen, dass kurz nach dem Urknall ein extrem geordneter Zustand niedriger Entropie geherrscht hat. Die nächsten vier Kapitel im Buch stehen deswegen unter dem Thema “Raumzeit und Kosmologie” und beschäftigen sich mit der Entstehung und Entwicklung unseres Universums.


Greene beginnt das Kapitel Nummer 8 mit einem Zitat von Richard Feynman. Gefragt, wie er die Ergebnisse der modernen Naturwissenschaft in einem Satz zusammenfassen würde, meinte dieser: Die Welt besteht aus Atomen. Greene stimmt zu, dass dieser Satz gut ist – meint aber auch, dass, wäre noch ein zweiter Satz erlaubt, dieser wohl heißen müsste:

“Den Gesetzen des Universums liegt Symmetrie zugrunde”

Symmetrien sind in der Physik tatsächlich ein enorm mächtiges Werkzeug zum Verständnis. Die Bedeutung ist hier eng mit der aus unserem Alltag verwandt. Eine Kugel ist zum Beispiel enorm symmetrisch. Es ist vollkommen egal, ob ich sie von oben oder unten, von links oder rechts betrachte oder ob ich sie irgendwie herumdrehe: die Kugel sieht immer absolut gleich aus. Ein Würfel ist nicht ganz so symmetrisch: ihn muss man um 90 Grad bzw. Vielfache davon drehen damit die Manipulation unbemerkt bleibt.

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Der Mensch ist symmetrisch – aber nicht so sehr wie die Physik

In der Physik wird der Begriff “Symmetrie” allgemeiner verwendet. Es geht nicht nur um Operationen, die das Aussehen von Dingen unverändert lassen, sondern um Manipulationen, die die Gesetze der Physik unverändert lassen. Ein Beispiel dafür ist die sogenannte “Translationssymmetrie”: für einen Turmspringer ist es völlig egal, ob er in Berlin oder Tokyo vom Brett ins Wasser springt. Die Gesetze der Gravitation, die seine Bewegung beschreiben gelten da wie dort. Er könnte auch in einem Schwimmbecken am Mond trainieren. Dort würde er zwar einen Unterschied im Bewegungsablauf bemerken – aber die Gesetze die seine Bewegung am Mond beschreiben müssen nicht verändert werden. Sie sind identisch mit denen, die auf der Erde gelten. DieseTranslationssymmetrie gilt nicht nur für Newtons Gravitationsgesetz -sie gilt für so gut wie jedes physikalische Gesetz.

Es scheint zwar intuitiv einleuchtend zu sein, dass überall im Universum die selben Naturgesetze gelten – aber Greene weißt darauf hin, dass dies nicht so sein muss. Man kann sich durchaus ein Universum vorstellen, in dem z.B. in der Andromedagalaxie andere Gesetze herrschen als bei uns. Und eventuell sind die Gesetze irgendwo anders auch anders. Wir können es nicht mit absoluter Sicherheit ausschließen. Wir wissen aber, dass zumindest in den Bereichen des Universums, die wir gut genug beobachten können, die gleichen Gesetze herrschen. Und dieser Bereich ist groß!

Neben der Translationssymmetrie, die im Prinzip besagt, dass kein Ort im Universum besonders ist, gibt es auch noch eine Rotationssymmetrie. Jede Richtung ist mit jeder anderen Richtung gleichgestellt. Auch Einsteins spezieller Relativitätstheorie liegt eine Symmetrie zugrunde: die Lichtgeschwindigkeit ist immer gleich, egal wer sie beobachtet. Symmetrien sind aber auch wichtig, wenn wir die Zeit genauer verstehen wollen. Denn die Zeit selbst ist – zumindest in unserem normalen Verständnis – etwas Asymmetrisches. Wenn die Dinge im Universum sich nicht von einem Augenblick zum anderen verändern würden, dann würde der Begriff “Augenblick” bzw. “Zeit” jegliche Bedeutung verlieren. Wäre das Universum auch in dieser Sicht symmetrisch, d.h. gäbe es eine Symmetrie zwischen dem Zustand, in dem das Universum jetzt ist und dem, in dem es vorher war, dann würde “Zeit” nicht existieren. Die Existenz der Zeit beruht also auf der Abwesenheit einer Symmetrie.

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Kommentare (9)

  1. #1 Peter
    21. Mai 2010

    “Ein flaches Universum kann man sich als “Gummituch” vorstellen, dass in alle Richtungen gleichzeitig gedehnt wird.”

    Wie flach ist eigentlich flach? Könnte man das in irgendwie messen?

  2. #2 Florian Freistetter
    21. Mai 2010

    @Peter: Naja – prinzipiell schon. Wenn du auf der Erdoberfläche ein Dreieck malst und dann die Winkle misst und dabei extrem genau bist wirst du merken, dass die Winkelsumme größer als 180 Grad ist. Eben weil die Erdoberfläche nicht flach sondern positiv gekrümmt (Erde ist ja ne Kugel) ist. Das könnte man prinzipiell auch im Weltall machen – da ist es allerdings nicht wirklich einfach 😉

  3. #3 Ronny
    21. Mai 2010

    Bin schon gespannt aufs nächste Kapitel wenns vermutlich um die Symmetriebrechungen geht. Ich denke mal, dass ich schon einiges verstanden hab wenns um Physik geht, aber diese Symmetriebrechung will sich mir nicht offenbarenb 😀

  4. #4 klauszwingenberger
    21. Mai 2010

    Eine Raumkrümmung wollte übrigens schon Karl Friedrich Gauß messen. Allerdings waren die Basislängen des Dreiecks – drei weit voneinander entfernte Landmarken in Harz, die füreinander gerade noch sichtbar waren – viel zu klein, wie wir heute wissen. Immerhin: ganz neu ist die Vorstellung von einem nicht-euklidischen Raum nicht. Auch wenn Immanuel Kant prinzipiell ganz anderer Meinung war.

    Übrigens, eine süperbe Zusammenfassung wieder einmal!

  5. #5 Florian Mayer
    21. Mai 2010

    Hat Fenyman nicht gesagt: “Die Welt ist körnig, und sie zittert?” oder so…?

  6. #6 nihil jie
    21. Mai 2010

    das erinnert mich an eine folge von star trek-next generation, in der sie sich in irgend einer raumanomalie befinden die immer kleiner wird, und den computer fragen wo sie sich gegenwärtig befinden… das führt zu nix und dann fällt die frage an den computer… was ist das universum… und der rechner antwortet… “das universum ist eine sphärische region mit der ausdehnung von 720 metern” *ggg oder jedenfalls so was in der art kommt dann 🙂
    keine ahnung wie ich jetzt drauf komme… vielleicht deswegen weil diese folge bei mir für andauernde lachkrämpfe gesorgt hat 🙂

  7. #7 nihil jie
    21. Mai 2010

    *lach

    Star Trek TNG-Remember Me (5 of 5)

    ich habe es sogar bei youtube gefunden 😉

  8. #8 xconroy
    21. Mai 2010

    Mal ne Doofi-Verständnisfrage:

    wenn sich das Universum analog zu einer Kugeloberfläche verhält (also nicht unendlich, aber unbegrenzt ist) – dann würde ein hypothetisches Raumschiff, das die Erde zb. genau in Richtung “Norden” (auf den Polarstern zu) verläßt und immer weiter in diese Richtung fliegt bis ganz nach 14 Mrd. Lichtjahre hin (oder wo sich die entferntesten bekannten Gebilde eben befinden) und dann darüber hinaus, doch schlußendlich wieder von “Süden” her auf die Erde zufliegen (jetzt mal diverse Drehbewegungen von Körpern um andere Körper herum vernachlässigt) – oder?

  9. #9 perk
    22. Mai 2010

    wenn sich das Universum analog zu einer Kugeloberfläche verhält (also nicht unendlich, aber unbegrenzt ist) – dann würde ein hypothetisches Raumschiff, das die Erde zb. genau in Richtung “Norden” (auf den Polarstern zu) verläßt und immer weiter in diese Richtung fliegt bis ganz nach 14 Mrd. Lichtjahre hin (oder wo sich die entferntesten bekannten Gebilde eben befinden) und dann darüber hinaus, doch schlußendlich wieder von “Süden” her auf die Erde zufliegen (jetzt mal diverse Drehbewegungen von Körpern um andere Körper herum vernachlässigt) – oder?

    ja
    allerdings ist 14 mrd lichtjahre in dem kontext recht irrelevant, da es den radius des sichtbaren universums als luminositätsabstand angibt, diese grenze ist jetzt schon 46 mrd lichtjahre entfernt und die grenze des sichtbaren universums sagt nichts über die größe des universums an sich aus, da es wohl eine phase der inflation gab