„Waves in an Impossible Sea“
von Matt Strassler, Theoretischer Physiker, Harvard
Dieses Buch ist derzeit in aller Munde. Viele Reviews. Einerseits
fast zu leicht verständlich, dann wieder mit einem Fachjargon gespickt, dass man nachlesen muss, kommt es wie ein Lehrbuch daher, fast ohne Mathematik allerdings. Inspirierend!
Harvard Review:
www.harvard.com/book/waves_in_an_impossible_sea/
Das Buch gefällt mir gut. Wie das Higgsfeld Masse verleiht, ist natürlich ein tolles Thema!
Seit 2012 wissen wir, dass das Universum vom Higgsfeld durchdrungen ist. (Von Feldern) Manche Autoren beschreiben das Higgsfeld/Higgsboson als eine Art
Melasse oder eine Art
Meer…
In Wahrheit hat das Higgs-Feld nichts mit Bewegung oder Verlangsamung zu tun. Stattdessen dreht es sich bei ihm um Schwingungen. Schreibt Strassler. Die Quantenfeldtheorie besagt, dass das Universum voller Felder ist - das elektromagnetische Feld, das Gravitationsfeld und das Higgs-Feld selbst. Für jedes Feld gibt es einen entsprechenden Teilchentyp, der am besten als kleine Kräuselung in diesem Feld verstanden wird. Die Kräuselungen des elektromagnetischen Felds sind Lichtwellen, und seine sanftesten Kräuselungen sind die Photonen. Ebenso sind Elektronen Kräuselungen im Elektronenfeld, und das Higgs-Boson ist eine minimale Kräuselung im Higgs-Feld. Ein stationäres Elektron ist, ähnlich wie die Vibration einer Gitarrensaite, eine stehende Welle, die mit einer bevorzugten Frequenz vibriert, die als Resonanzfrequenz bezeichnet wird. Eine solche Resonanzschwingung ist üblich und vertraut. Da eine gezupfte Gitarrensaite konstant mit ihrer Resonanzfrequenz klingt, erzeugt sie immer denselben Ton. Ebenso ist es die feste Frequenz eines schwingenden Pendels, die es zu einer effektiven Uhr macht. Nach demselben Prinzip vibriert jedes stationäre Elektron mit der Resonanzfrequenz des Elektronenfelds.
Die meisten Felder des Universums haben Resonanzfrequenzen. In gewisser Weise ähnelt der Kosmos einem Musikinstrument; beide haben charakteristische Frequenzen, bei denen sie am ehesten schwingen.
Das erinnert an „Strings“, ist mir „sympathisch“.
Doch diese geheime Musikalität unseres Kosmos wäre ohne das Higgs-Feld unmöglich. In der Quantenfeldtheorie führt eine Kombination aus Quantenphysik und Einsteins Relativitätstheorie zu einer entscheidenden Beziehung zwischen einer Resonanzfrequenz und der Masse eines Elementarteilchens: Je schneller ein stationäres Teilchen schwingt, desto größer ist seine Masse. Felder ohne Resonanzfrequenz entsprechen Teilchen ohne Masse; solche Teilchen, einschließlich der Photonen des elektromagnetischen Felds, können niemals stationär sein.
Während die einen suggerieren, dass Masse durch die Verlangsamung von Elementarteilchen durch eine melasseartige (Higgs-)Substanz entsteht, oder-oder-oder - ist die Wahrheit, dass ein stärkeres Higgs-Feld die Elementarteilchen bei höheren Frequenzen vibrieren lässt und so ihre Masse erhöht. Man könnte das Higgs-Feld daher als eine Art kosmisches Versteifungsmittel (
stiffening agent) betrachten, dessen Rolle es ist, die Resonanzfrequenzen anderer Felder zu erhöhen.
Wie ist es möglich, dass ein Feld die Frequenz eines anderen ändert?
Strassler führt ein Beispiel an, umfangreich, muss ich noch scannen oder fotografieren, wenn ich Zeit habe, auf Anhieb klappte es nicht so wie ich es mir dachte.
Analog (zum Beispiel Pendel) erzeugt das Higgs-Feld einen Rückstelleffekt (restoring effect) auf andere Elementarfelder, der deren Schwingung verändert. Obwohl jedes Feld wandernde Wellen haben kann, wie sie über einen Teich laufen, ermöglicht ein Rückstelleffekt einem Feld stationäre Wellen, stehende Wellen, die denen auf einer Gitarrensaite ähneln.
Strassler wiederholt, diese stehenden Wellen sind nichts Anderes als bewegungslose Elementarteilchen, die in ihren jeweiligen Feldern kräuseln; und das fand auch Peter Higgs, dass ein Feld andere Felder verstärken kann, wodurch ihre Wellen an Ort und Stelle mit einer Resonanzfrequenz schwingen können und ihren Teilchen so Masse verleihen.
Experimentelle Studien des Higgs-Bosons am Large Hadron Collider bestätigen, dass das Higgs-Feld tatsächlich genau dies tut. Mithilfe der Mathematik des Standardmodells der Teilchenphysik – der Quantenfeldtheorie, die alle bekannten Elementarteilchen und die Wechselwirkungen zwischen den Feldern des Universums beschreibt – machen Wissenschaftler Vorhersagen für das Verhalten des Higgs-Bosons, die genau mit den Experimenten übereinstimmen. Es besteht kein Zweifel: Das Higgs-Feld hat eine wiederherstellende Wirkung (
restoring effect) auf viele andere Felder.
Das Universum ein Orchester?
PS
Der Autor schreibt auch über
unseren Platz im Orchester, für mich sehr spannend! Nur ein paar Worte dazu: Das Elektroenzephalogramm (EEG) ist im gesunden Zustand unstrukturiert, bei einer Epilepsie wächst die Amplitude des Signals dramatisch an, ausgedehnte Neuronenverbände scheinen sich in einem hochkohärenten Zustand zu befinden, und die dabei auftretende, oftmals nahezu periodische Aktivität lässt sich klar vom normalen EEG unterscheiden. Bei den Herzrhythmen ist es umgekehrt, sie befinden sich in einer periodischen Ordnung und wenn die
kippt, kann es schnell lebensbedrohlich werden…und-oder wir krampfen.
So ist es nicht verwunderlich, dass sich auch die Medizin mit der Chaosforschung, eines meiner Lieblingsthemen - neuester Erkenntnisse aus der Theorie der nichtlinearen Dynamik, beschäftigt, die Diagnostik und Therapie der Epilepsie verbessern sollen.
Liebe Grüße,
Mondlicht
„Waves in an Impossible Sea“
Autor
