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Die Wirklichkeit, die nicht so ist, wie sie scheint: Eine Reise in die Welt der Quantengravitation

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Wissenschaftsgeschichte

Was ist Wirklichkeit? Existieren Raum und Zeit tatsächlich, wenn wir uns anschicken, die elementarsten Grundlagen unserer Existenz zu erforschen? Wie viel davon können wir überhaupt verstehen? Carlo Rovelli beschäftigt sich seit vielen Jahren damit, die Grenzen unseres Verstehens zu erweitern. In diesem Buch nimmt er uns mit auf eine Reise, die von dem Realitätsverständnis der griechischen Klassik bis zur Schleifenquantengravitation führt.
Ein großer Physiker unserer Zeit macht sich auf, uns ein neues Welt-Bild zu zeichnen: mit einem physikalischen Universum ohne Zeit, einer Raumzeit, die aus Schleifen und Körnchen besteht und in der Unendlichkeit nicht existiert. Einer Kosmologie, die ohne Urknall und Paralleluniversen auskommt und hier zum ersten Mal von einem ihrer «Erfinder» für ein breites Publikum einfach und ausführlich erklärt wird. Ein Buch über «die großen Herausforderungen der gegenwärtigen Naturwissenschaften, die all unser Wissen über die Natur in Frage stellen» (Rovelli).


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Die Wirklichkeit, die nicht so ist, wie sie scheint: Eine Reise in die Welt der Quantengravitation

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Autor: Martin Osman Hamann »

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  1. 5.0 von 5 Sternen
    Raum, Zeit und ein Quantum Twin Peaks, 26. November 2016
    Von 
    Dr. T. – Alle meine Rezensionen ansehen

    Verifizierter Kauf(Was ist das?)
    Rezension bezieht sich auf: Die Wirklichkeit, die nicht so ist, wie sie scheint: Eine Reise in die Welt der Quantengravitation (Kindle Edition)

    Carlo Rovelli, Professor für Theoretische Physik an der Universität Marseille, leistete grundlegende Beiträge auf dem Gebiet der Schleifen Quanten Gravitationstheorie, seine Monographie ‚Covariant Loop Quantum Gravity‘ ist eine relativ elementare Einführung in dieses Thema, und wurde bereits zu einem Standardwerk. Während dessen wurde der Autor, wie er in den ‚Vorbemerkungen‘ feststellt, immer wieder gebeten, auch eine populäre Darstellung zu verfassen, und in der Tat gibt es etliche allgemein verständliche Bücher zur Kosmologie und String Theorie, aber eines, zum Stand der Forschung über die Quantennatur von Raum und Zeit, fehlte bisher. Wiewohl sich Rovelli auf die Forschung konzentrieren wollte, fand er schließlich, als die Monographie abgeschlossen war, dass sein Gebiet nun eine gewisse Reife erreicht hat, die es erlaubt, das Thema einem breiteren Publikum vorzutragen.

    Auf einer langen Fahrt nach Frankreich, reifte schließlich eine Idee, wie er eine so komplexe Materie entwickeln könnte – er beschloss, das Verständnis von Raum und Zeit in ihrer historischen Entwicklung zu schildern, beginnend bei den griechischen Philosophen. Das Buch erschien Anfang 2014 auf Italienisch; als ein Ableger davon, wurden einige Artikel in der Sonntagsausgabe einer Zeitung gedruckt, in etwas erweiterter Form zusammengefasst– entstand daraus ein schales Bändchen ‚Seven Brief Lessons on Physics‘, dieses wurde bereits in verschiedenen Sprachen (dt. ‚Sieben kurze Lektionen über Physik‘) zu einem Bestseller, noch bevor das vorliegende Buch in Englisch vorlag.

    Der historische Exkurs beginnt bei Demokrit und anderen Atomisten, die sich bereits mit der Frage befassten, ob die Dinge beliebig oft teilbar seien und wie es mit dem Raum dazwischen aussehe, Überlegungen, die Zenon zur Formulierung seiner berühmten Aporien veranlasste. In der Neuzeit greift Newton Ideen von Galilei und Kepler auf, und formuliert Gesetze für die Bewegung von Massepunkten bzw. Partikeln, damit diese mathematisch sinnvoll formuliert werden können, postuliert er, als ‚playground‘ seiner Dynamik, einen absoluten, unveränderlichen und homogenen Raum und eine absolute, gleichförmige Zeit. Faraday und Maxwell fügen noch Felder als Konstituenten der Elektrodynamik hinzu.

    Zu Beginn des 20. Jahrhunderts erkennt Einstein, dass man die Elektrodynamik bewegter Körper konsistent mit der Mechanik vereinigen kann, wenn man die Newtonschen absoluten Begriffe zur Raumzeit der Speziellen Relativitätstheorie vereinigt. Schließlich gelingt es Einstein 1915 die Newtonsche Gravitationstheorie und die SRT zur Allgemeinen Relativitätstheorie zu verbinden, dass gelang ihm, in dem die starre Raumzeit der SRT durch eine flexible, variable Struktur ersetzte, dabei entspricht die Gravitation gerade Krümmung dieser Raumzeit — mit anderen Worten, in der ART entspricht die Raumzeit einem Feld.

    Die zweite Revolution des 20. Jahrhunderts, die Quantenmechanik, führte zu noch weiterführenden Umwälzungen in der Vorstellungswelt der theoretischen Physik – Messgrößen, wie Energien, Frequenzen etc., können diskrete Werte annehmen, für die Resultate von Interaktionen lassen sich nur Wahrscheinlichkeiten ermitteln. Die Quantentheorie konnte aber auch die Begriffe von Teilchen und Feldern vereinheitlichen – beides lassen sich als Quantenfelder beschreiben, das gelang zunächst für das elektromagnetische Feld und das Elektron, in den 1970igern dann auch für die Konstituenten der schwachen und starken Wechselwirkung, die gemeinsam zu dem äußerst erfolgreichen Standardmodel der Elementarteilchen Theorie vereinigt werden konnten.

    Mit Teil III lässt die Darstellung die etablierte Physik hinter sich und wendet sich der aktuellen Forschung, und damit auch dem Arbeitsgebiet des Autors, also auch dem eigentlichen Anliegen des Buch, zu – den Quanten des Raumes und der relationalen Zeit. Der Erfolg der Quantenfeldtheorie beruhte darauf, dass man die Unendlichkeiten, die bei ihren Berechnungen auftreten, beseitigen kann – G. t‘ Hooft und M. Veltman bewiesen, dass Eichfeldtheorie ‚renormiert‘ werden können – bei der Quantisierung von Gravitationsfeldern traten jedoch unüberwindliche Schwierigkeiten auf, wie schon M. Bronstejn auffiel. Dann gelang es Wheeler und de Witt, eine Gleichung für den Raumzeit- Schaum der Quanten Gravitation aufzustellen, allerdings war diese nicht leicht zu interpretieren, nur eine ihrer Merkwürdigkeiten ist, dass sie keine Zeit Variable enthält. Ted Jacobson und Lee Smolin konnten die Wheeler – de Witt Gleichung umformulieren und zeigen, dass jedem Loop, d.h. jeder geschlossene Linie, eine exakte Lösung entspricht. Jorge Pullin und Jerzy…

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