Die Entdeckung des Unteilbaren – Quanten, Quarks und die Entdeckung des Higgs-Teilchens

Jörg Resag
Die Entdeckung des Unteilbaren – Quanten, Quarks und die Entdeckung des Higgs-Teilchens

(sfbentry)
Springer, Berlin
ISBN: 978-3-642-37669-6
Bildung, Sachbuch
2. Auflage 2014 08.11.2013
XII, 377 S. – 23,5 x 15,5 cm
Paperback

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Der Autor

Jörg Resag hat in Bonn Physik und Astronomie studiert und in theoretischer Physik über die Quarkstruktur von Elementarteilchen promoviert. Er arbeitet derzeit in der chemisch-pharmazeutischen Industrie. Im Spektrum-Verlag ist 2012 sein zweites Buch „Zeitpfad — Die Geschichte unseres Universums und unseres Planeten“ erschienen.
(Quelle: Springer Verlag)

Vorbemerkung

In dieser zweiten Auflage wurde laut Vorwort im Wesentlichen das Kapitel 8.2 erweitert, in dem jetzt auch die Ergebnisse um die Entdeckung des Higgs-Bosons im LHC beschrieben werden.

Das Buch

Woraus besteht die Welt um uns herum? Aus verschiedenen Ausprägungen eines oder mehrerer Grundelemente? Von der Antike bis heute hat sich unsere Vorstellung, wie die Materie aufgebaut ist, des Öfteren radikal verändert. Was die meisten noch vom Chemieunterricht her kennen werden, ist die Ehrfurcht einflößende Tafel mit dem Periodensystem der Elemente. Was für die Erklärung chemischer Reaktionen noch ausreichend war und im Wesentlichen auch heute noch ist, ist den Physikern schon lange nicht mehr genug. Sie wollen immer tiefer in diese kleinsten Welten eindringen, mehr über ihre Struktur erfahren und die Vorgänge, die sich dort abspielen. Manchmal sind es Erhaltungssätze, die scheinbar verletzt werden, die die Physiker antreiben, immer weiter zu forschen, manchmal die Vorhersage neuer Teilchen (wie z.B. das Neutrino) oder Regeln (wie das Pauli-Prinzip), die offensichtlich korrekt sind, auch wenn man nicht erklären kann, weshalb.

Nach einem allgemeinen Überblick über die Geschichte der Entwicklung unseres heutigen Verständnisses der Atome als Bausteine der Materie, beginnt Jörg Resag in aller Ausführlichkeit den Einstieg in die Welt der Quantenmechanik. Obwohl sie immerhin schon über hundert Jahre auf dem Buckel hat, gilt sie als eine der erfolgreichsten und am besten bestätigten Theorien. Andererseit haftet ihr, wie auch der Relativitätstheorie, der Nimbus des Geheimnisvollen und Magischen an. Teilchen, die sich wie Wellen verhalten und Lichtwellen, die Eigenschaften von Partikeln haben; die prinzipielle Unmöglichkeit, so genannte komplementäre Größen gleichzeitig mit beliebiger Genauigkeit zu bestimmen, wie z.B. den Ort und den Impuls eines Teilchens; oder das Pauli-Prinzip, das Teilchen mit denselben Eigenschaften am selben Ort nicht zulässt. Dass Der Autor beschreibt diese und andere Besonderheiten der Quantenmechanik und ihre Auswirkungen auf die Struktur der Atome und ihrer Bestandteile so präzise wie möglich, ohne den Grenzbereich zu einem Lehrbuch zu überschreiten. So enthüllt er ein Geheimnis nach dem anderen. Dennoch wird dem naturwissenschaftlich unbedarften Leser dabei einiges an Aufmerksamkeit abverlangt, und ein gewisses Grundverständnis für Mathematik sollte er ebenfalls mitbringen.

Nachdem sich der Autor im dritten Kapitel mit der speziellen Relativitätstheorie und ihren Auswirkungen auf die Atome befasst hat, breitet er im anschließenden Kapitel den Teilchenzoo mit allen bis heute bekannten Elementarteilchen mitsamt ihren Wechselwirkungen vor dem Leser aus. Über die Kombination der Relativitätstheorie mit der Quantenmechanik werden die relativistischen Quantenfeldtheorien erarbeitet und schließlich das Standardmodell der Teilchenphysik erklärt, das drei der insgesamt vier Kräfte vereint: die elektromagnetische, die schwache und die starke Wechselwirkung. Weil es bis zum heutigen Tag nicht gelungen ist, die Gravitation ebenfalls in dieses große vereinheitlichte Gebäude aufzunehmen, ist ihr und den zugehörigen Theorien ein eigenes Kapitel gewidmet. Abschließend bespricht Jörg Resag noch die neuesten Errungenschaften der Teilchenphysik, wie Supersymmetrie, Stringtheorie und die Entdeckung des Higgs-Teilchens.

Das hört sich vor allem für Nicht-Physiker nach viel schwerem Stoff an. Keine Frage, es ist kein Buch, das man in der Hängematte mit einem Caipirinha schnell mal durchliest. Jörg Resag argumentiert klar und auch nachvollziehbar, seine Ausführungen sind gut durchdacht und, das ist eine Folge des komplexen Stoffes, teilweise sehr ausführlich. Einerseits erfordert das vom Leser einen langen Atem, andererseits kann man sich darauf verlassen, dass hinterher keine quälenden Lücken als Folge schludriger Formulierungen oder verstümmelter Argumentationsketten zurückbleiben. Gerade besonders wichtige Punkte, dass beispielsweise die Unschärferelation prinzipiell nichts mit Messungenauigkeiten zu tun hat, werden vom Autor vorbildlich erarbeitet und ganz deutlich gesagt. Trotzdem erklärt er nicht alles in epischer Breite. Zwar sind einige Formeln zu sehen, aber die sind weder richtig garstig, noch gibt es explizite mathematische Herleitungen, man muss also nichts nachrechnen. Und für diejenigen, die partout nichts mit den Formeln anfangen können, sind sie im Text gut erklärt.

Fazit

Für den physikbegeisterten Leser ist “Die Entdeckung des Unteilbaren” ein unbedingtes Muss. Anspruchsvoll, aber didaktisch hervorragend führt Jörg Resag durch die Welt des Allerkleinsten und erklärt dabei die kompliziertesten Zusammenhänge überaus präzise und schlüssig. Keine leichte Kost, aber besser geht es kaum in der gehobenen populärwissenschaftlichen Literatur.

Copyright © 2014 by Michael Bahner

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