Die Physik ist ein riesiges Gebiet, das aus einem breiten Spektrum von Spezialgebieten und Unter-Spezialgebieten besteht. Leonard Mlodinow konkretisiert: „Einige Forscher beschäftigen sich damit, die fundamentalten Naturgesetze zu enthüllen. Andere konzentrieren sich darauf, diese Gesetzte aus spezifische Phänomene oder Systeme anzuwenden.“ So werden in der Optik, beispielsweise, die Grundgesetze des Elektromagnetismus angewandt, um das Verhalten von Licht und seine Wechselwirkung mit Materie zu untersuchen. In der Kernphysik geht es darum, das Wechselspiel von Protonen und Neutronen innerhalb des Atomkerns zu verstehen. In der Quanteninformation setzt man die Grundgesetze der Quantentheorie ein, um Hochleistungscomputer zu schaffen. Die Erforschung der fundamentalen Naturgesetze ruht hingegen allein auf zwei Hauptsäulen. Leonard Mlodinow, Physiker und Autor, lehrte am California Institut of Technology in Pasadena.
Es gibt vier Grundkräfte in der Natur
Eine, die Allgemeine Relativitätstheorie, beschäftigt sich ausschließlich mit der Gravitation und beschreibt, wie sich Materie unter ihrem Einfluss bewegt. Aber neben der Schwerkraft gibt es noch drei andere Kräfte in der Natur. Nämlich die elektromagnetische Kraft sowie die starke und die schwache Kernkraft. Diese Kräfte haben in der Allgemeinen Relativitätstheorie keinen Platz. Sie und ihre Effekte beschreibt vielmehr eine Theorie, die man als Standardmodell bezeichnet. Es handelt sich dabei um die zweite Säule der fundamentalen Naturgesetze.
Das Standardmodell ist eine Quantentheorie, also ein Art Theorie, welche die von Max Planck im Jahr 1900 entdeckte Quantenhypothese einbezieht. Leonard Mlodinow erläutert: „Diese Hypothese besagt, dass gewissen Größen, wie Energie, nur diskrete Werte annehmen können.“ Während Energie in Isaac Newtons Theorie eine kontinuierliche Größe war, trat sie in Max Plancks Theorie in diskreten Portionen auf. Vergleichbar den winzigen Teilchen, aus denen Mehl besteht.
Die Theorie der „Quantengravitation“ gibt es noch nicht
In der Quantentheorie sind alle Eigenschaften von Teilchen, Feldern, Universen „unscharf“ und probabilistisch. Theorien, die diese nicht berücksichtigen, bezeichnet man als klassische Theorie. Dies ist selbst dann der Fall, wenn sie wie die Allgemeine Relativitätstheorie von den ursprünglichen klassischen Theorien, die Isaac Newton entwickelte, weit entfernt sind. Das Standardmodell ist aber nicht nur eine Quantentheorie. Es ist eine Quantentheorie ganz bestimmten Typs, den man als „Quantenfeldtheorie“ bezeichnet. Die Felder der Quantenfeldtheorie durchdringen Raum und Zeit vollständig.
Insofern die Allgemeine Relativitätstheorie eine klassische Theorie ist, sind sie und eine Quantentheorie wie das Standardmodell nicht kompatibel. Viele Physiker bemühen sich inzwischen darum, eine Quantenversion der Allgemeinen Relativitätstheorie zu finden, eine Theorie der „Quantengravitation“. Leonard Mlodinow erklärt: „Das Ziel besteht letztlich darin, eine einzige Quantentheorie zu entwickeln, welche die Quantentheorie wie auch das Standardmodell umfasst.“ Diese bislang noch unentdeckte Theorie würde dann alle vier Grundkräfte der Natur beschreiben. Aus diesem Grund sprach Albert Einstein von einer einheitlichen Feldtheorie, und darum bezeichnen Physiker sie heute als eine Theorie von Allem. Quelle: „Stephen Hawking“ von Leonard Mlodinow