Heinz R. Pagels Cosmic Code - Globale-Evolution TV

diese Symmetrien genau die Wechselwirkungen erforderten, die sie bei den Feldern und
den mit ihnen zusammenhängenden Quanten beobachtet hatten. Die Feststellung, dass die
Symmetrie selbst die Existenz der Gluonen bedingt, die die Wechselwirkungen zwischen
Quarks und Leptonen herstellen, ist das Thema dieses Kapitels. Sie ist ein Beispiel für
einfache und schöne Symmetrievorstellungen als Grundlage der komplexen Quantenwechselwirkungen.
Weil diese Vorstellungen einfach und schön waren, konnte sie der
Verstand erfassen und würdigen.
Nach der Erfindung der relativistischen Quantenfeldtheorie in den frühen dreißiger
Jahren konzentrierten sich einige mathematische Physiker darauf, sie als eigene, neue
mathematische Disziplin zu entwickeln, während andere die Feldtheorie in der Realität
anwandten, im 3-D-Film der Quarks, Leptonen und Gluonen. Diese Physiker suchten
nach bestimmten Theorien zur Beschreibung der Quantenteilchen, mit denen sie auch
Berechnungen durchführen konnten, die sich dann mit experimentellen Beobachtungen
vergleichen ließen. Auf der Grundlage von Versuchen, die vorwiegend in den großen
Beschleunigerlaboratorien durchgeführt wurden, entdeckten diese theoretischen Physiker
schließlich die Feldtheorien, wie z. B. die Quantenelektrodynamik, die die Wechselwirkung
zwischen Photonen und Elektronen bzw. die Quantenchromodynamik, die die
quarkbindende starke Wechselwirkung beschrieben. An der Konstruktion dieser Feldtheorien
hat man bisher fünf Jahrzehnte gearbeitet. Heute sind sich die Physiker darin
einig, dass die Feldtheorie ein großer Triumph in dem Bemühen ist, die materielle Welt zu
erfassen. Die Physiker können jetzt in der Sprache der Mathematik die Wechselwirkungen
von Quarks, Leptonen und Gluonen genau beschreiben. Mit Hilfe mathematischer
Überlegungen kann der menschliche Geist auf der Reise in die Materie nun auch das
fernste Ufer erkennen. Wie ist dieser erstaunliche Triumph der Physik zustande gekommen?
Welche entscheidenden Gedanken haben der Feldtheorie zum Durchbruch
verholfen?
Die moderne Feldtheorie verdankt ihre Entstehung dem Versuch, die Quantenmechanik
und die Relativität in einer einzigen Theorie zusammenzufassen. Die theoretischen Physiker
wandten sich damals in den dreißiger Jahren diesem Problem zuerst bei der Untersuchung
der Photonen und Elektronen zu. Wie ein Berg stand vor ihnen die Aufgabe, eine
mathematisch konsistente und experimentell richtige relativistische Quantenfeldtheorie
zu entwickeln, die die Wechselwirkung dieser beiden Quanten beschrieb.
Beim ersten Versuch, die Wechselwirkung zwischen Photonen und Elektronen zu berechnen,
merkten die Physiker, dass die errechneten Zahlen unendlich waren, also keinen
Sinn ergaben. Wo lag der Fehler? Der Grund für diese unendlichen Zahlen lässt sich aus
unserem Bild vom Quantenfeld als einer Art dreidimensionaler Federmatratze ableiten.
Wir erinnern uns, dass die Federn unendlich klein sein und den Raum ganz ausfüllen
sollten. Gleichgültig, wie klein ein Raumbereich ist, den wir untersuchen: es gibt dort
immer eine unendliche Anzahl von schwingungsfähigen Federn. Ihre Schwingungen
entsprechen den virtuellen Quanten; die Existenz aller dieser Quanten auch auf den
kleinsten Abständen bedeutet, dass wir bei der Berechnung des Einflusses solcher virtuellen
Quanten auf die Elektronenmasse eine unendliche Antwort für die Masse herausbekommen,
und das ist völliger Unsinn.
Manche Physiker hielten die Quantenfeldtheorie wegen dieses Problems mit den unendlichen
Größen für sinnlos. Aber andere blieben fest bei ihrer Ansicht, mit den
Grundgedanken der Feldtheorie sei etwas anzufangen. Schließlich konnten sie diese unendlichen
Werte in einem mathematischen Kraftakt bändigen, den man Renormierungs-
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