WEBVTT NOTE Podcast: Raumzeit Episode: RZ038 Alpha-Magnet-Spektrometer Publishing Date: 2012-06-01T15:18:03+02:00 Podcast URL: https://raumzeit-podcast.de Episode URL: https://raumzeit-podcast.de/2012/06/01/rz038-alpha-magnet-spektrometer/ 00:00:42.111 --> 00:00:46.111 Herzlich Willkommen zu Raumzeit, dem Podcast von ESA und DLR. 00:00:46.271 --> 00:00:49.951 Mein Name ist Tim Prittlaff und ich begrüße alle zur 38. 00:00:50.511 --> 00:00:52.191 Ausgabe unserer Gesprächsserie. 00:00:52.811 --> 00:01:01.591 Heute hat mich der Weg nach Aachen geführt und ganz anders als das hier in allen anderen, 00:01:01.891 --> 00:01:04.291 oder zumindest in den meisten anderen Sendungen der Fall ist, 00:01:04.331 --> 00:01:09.291 befinde ich mich diesmal weder an einem Standort der ESA noch des DLR, 00:01:09.291 --> 00:01:12.971 sondern der Weg hat mich geführt zum RWTH, 00:01:13.211 --> 00:01:20.131 der Universität in Aachen und dort ganz konkret zum Lehrstuhl der Physik. 00:01:20.211 --> 00:01:22.831 War das die richtige Bezeichnung? Ich werde es gleich erfahren, 00:01:23.091 --> 00:01:24.251 denn mein Gesprächspartner ist Dr. 00:01:24.411 --> 00:01:28.031 Stefan Scheel. Schönen guten Tag, hallo, willkommen zu Raumzeit. 00:01:28.331 --> 00:01:28.651 Hallo. 00:01:29.831 --> 00:01:33.391 Wie ist denn die korrekte Bezeichnung? Ich habe ganz vergessen nachzuschlagen. 00:01:33.391 --> 00:01:39.431 Also korrekte Bezeichnung ist, Sie sind im ersten physikalischen Institut der RWTH Aachen gelandet. 00:01:39.851 --> 00:01:41.151 Wie gibt es denn noch? 00:01:41.551 --> 00:01:47.791 Lehrstuhl für Experimentalphysik. Es gibt drei Institute für Experimentalphysik an der RWTH Aachen. 00:01:47.911 --> 00:01:52.511 Es ist einer der größten Standorte in Deutschland, an der Physikforschung gemacht 00:01:52.511 --> 00:01:54.811 wird und natürlich auch Ausbildung. 00:01:55.071 --> 00:02:00.771 Wir haben etwa 1000 Physikstudenten an der RWTH Aachen, die wir ausbilden. 00:02:00.771 --> 00:02:05.171 Und neben den experimentellen Instituten gibt es natürlich auch noch Lehrstühle 00:02:05.171 --> 00:02:07.611 für Theoretische Physik. 00:02:08.071 --> 00:02:11.691 Und dann rüber hinaus haben wir noch eine enge Zusammenarbeit in der Physik 00:02:11.691 --> 00:02:12.931 mit dem Forschungszentrum Jülich. 00:02:13.111 --> 00:02:17.751 Also es gibt vielfältige Möglichkeiten hier in der Physik zu studieren und zu forschen. 00:02:17.991 --> 00:02:21.551 Das heißt Physik hat auch generell für die Universität eine große Bedeutung. 00:02:21.951 --> 00:02:25.991 Das hat die Physik sicherlich. Zum einen ist es natürlich so, 00:02:26.031 --> 00:02:32.071 dass wir in Aachen insbesondere in den Ingenieurwissenschaften eine der führenden 00:02:32.071 --> 00:02:34.231 Universitäten in Europa sind und weltweit. 00:02:34.511 --> 00:02:38.891 Und die Physikausbildung ist natürlich ein zentraler Punkt in der Ingenieurausbildung. 00:02:39.949 --> 00:02:43.969 Darüber hinaus hat sich die RWTH Aachen im Rahmen der Exzellenzinitiative der 00:02:43.969 --> 00:02:48.729 Bundesregierung vorgenommen, insbesondere auf dem Gebiet der Naturwissenschaften 00:02:48.729 --> 00:02:50.809 an die führenden Universitäten Anschluss zu finden. 00:02:50.889 --> 00:02:55.029 Denn wir haben gesehen, dass wenn man also Universitäten wie ETH Zürich oder 00:02:55.029 --> 00:02:59.589 MIT mit Aachen vergleicht, dass dann im Wesentlichen der Unterschied ist, 00:02:59.669 --> 00:03:02.509 dass wir in den Naturwissenschaften nicht konkurrenzfähig sind. 00:03:02.609 --> 00:03:05.309 Und zwar nicht, weil wir nicht gut genug sind, sondern weil wir nicht groß genug sind. 00:03:06.029 --> 00:03:08.929 Das heißt, es ist eine Frage, wie man Ressourcen verteilt und wir haben die 00:03:08.929 --> 00:03:12.469 Mittel aus der Exzellenzinitiative massiv genutzt, um die Naturwissenschaften 00:03:12.469 --> 00:03:17.169 auszubauen und haben das auch für die nächste Runde der Exzellenzinitiative so vorgeschlagen. 00:03:17.329 --> 00:03:20.709 Das ist allerdings noch nicht entschieden. Die Entscheidung fällt am 15. Juni. 00:03:21.289 --> 00:03:26.629 Dann werden wir sehen, ob RWTH Aachen weiter zu den neuen exzellenten Universitäten 00:03:26.629 --> 00:03:28.329 in Deutschland gehört, wie bisher auch. 00:03:29.529 --> 00:03:32.949 Ja, jetzt ist gerade der Mai 2012. 00:03:33.129 --> 00:03:36.669 Vielleicht auch mal ganz wertvoll hier zu sagen, wann wir die Aufnahme denn 00:03:36.669 --> 00:03:39.789 machen. Auf der Webseite vermerken wir es ohnehin immer wieder. 00:03:40.389 --> 00:03:44.609 Ja, warum bin ich jetzt hierher gekommen? Letzten Endes dreht es sich ja bei 00:03:44.609 --> 00:03:48.109 Raumzeit vor allem um ein Format, was sich der Raumfahrt widmet. 00:03:48.109 --> 00:03:56.689 Hier an diesem Institut wurde ein ganz konkretes Experiment entwickelt und was 00:03:56.689 --> 00:04:01.869 jetzt bereits im Einsatz ist und zum Einsatz gekommen ist auf der ISS, 00:04:02.249 --> 00:04:04.149 allerdings ist die Geschichte ja auch noch ein bisschen länger. 00:04:04.149 --> 00:04:09.089 Konkret möchten wir hier reden über das Alpha-Magnet-Spektrometer und die damit 00:04:09.089 --> 00:04:12.629 verbundene wissenschaftlichen Fragestellungen. 00:04:13.709 --> 00:04:17.629 Was sind denn diese wissenschaftlichen Fragestellungen, die einen in diesen 00:04:17.629 --> 00:04:19.289 Bereich hineintreiben? 00:04:20.529 --> 00:04:25.389 Also die Physik gegenwärtig, wenn man sich das nicht jetzt von der Anwendungsseite 00:04:25.389 --> 00:04:27.549 anguckt, sondern von der Grundlagenforschung anguckt, 00:04:28.647 --> 00:04:32.547 Hat einige Schwierigkeiten, was vielleicht viele zu überraschen wird, 00:04:32.687 --> 00:04:35.287 denn wir benutzen die Physik ja auch im Alltag. 00:04:36.107 --> 00:04:41.127 Aber von der Grundlagenforschung her haben wir eigentlich seit etwa 100 Jahren 00:04:41.127 --> 00:04:44.147 das Dilemma, dass die Überlegungen, die Heisenberg, 00:04:44.287 --> 00:04:54.147 Dirac, Pauli angestellt haben zur Quantenmechanik, sich nicht vertragen mit den Überlegungen, 00:04:54.187 --> 00:04:58.987 die Albert Einstein zur allgemeinen Relativitätstheorie, zur Wechselwirkung 00:04:58.987 --> 00:05:00.567 der Gravitation angestellt haben. 00:05:00.847 --> 00:05:04.447 Das heißt konkret, es gibt Bereiche im Universum, wo unsere Physik nicht funktioniert. 00:05:04.887 --> 00:05:09.487 Also wo unser bisheriges Modell von wie alles zusammenhängt nicht funktioniert. 00:05:09.527 --> 00:05:12.827 Richtig, also wir müssen ja unterscheiden zwischen Realität und dem, 00:05:12.847 --> 00:05:14.067 was wir im Modell beschreiben. 00:05:14.247 --> 00:05:17.567 Also die Physik erhebt nicht den Anspruch, dass sie die Realität beschreibt, 00:05:17.567 --> 00:05:22.687 sondern nur, dass wir ein Modell liefern, was es uns erlaubt in vielen Fällen Vorhersagen zu machen. 00:05:22.807 --> 00:05:25.567 Denn das ist ja eigentlich die Aufgabe der Physik. Sie wollen Physik benutzen, 00:05:25.567 --> 00:05:29.227 um bestimmte Prozesse zu verstehen und dann Vorhersagen zu können. 00:05:29.367 --> 00:05:32.947 Also bei einem Verbrennungsmotor, ich muss den Brennraum so und so auslegen, 00:05:33.067 --> 00:05:36.907 weil die thermodynamischen Prozesse, die da ablaufen, auf der und der Basis 00:05:36.907 --> 00:05:38.407 funktionieren, um ein Beispiel zu sagen. 00:05:40.207 --> 00:05:43.827 Und die Physik hat eigentlich den Anspruch, dass sie sämtliche Phänomene in 00:05:43.827 --> 00:05:44.767 der Natur beschreiben kann. 00:05:46.224 --> 00:05:51.304 Und wir haben wiederholt gemerkt, dass wir dazu nicht in der Lage sind. 00:05:51.924 --> 00:05:56.284 Jetzt werden viele sagen, wenn das in einigen Situationen nicht funktioniert, 00:05:56.384 --> 00:05:57.444 warum beunruhigt euch das so? 00:05:57.924 --> 00:06:01.844 Und das kann man am besten verstehen, wenn man sich da eine Analogie anguckt. 00:06:02.924 --> 00:06:07.924 Vor etwas mehr als 100 Jahren hat Max Planck sich gefragt, ob er Physik studieren soll. 00:06:08.704 --> 00:06:11.784 Und ist an die Uni gegangen, hat mit einem Physikprofessor geredet. 00:06:11.784 --> 00:06:14.024 Und der Physikprofessor hat gesagt, das lohnt sich eigentlich nicht. 00:06:14.084 --> 00:06:17.284 Die Physik ist abgeschlossen. Es gibt noch ein paar kleine Bereiche, 00:06:17.304 --> 00:06:21.164 wo wir das nicht verstehen, aber die sind so peripher, das lohnt sich eigentlich nicht. 00:06:21.824 --> 00:06:22.724 Vor 100 Jahren. 00:06:22.944 --> 00:06:24.284 Vor etwas über 100 Jahren. 00:06:24.424 --> 00:06:24.684 Ja. 00:06:26.344 --> 00:06:29.204 Max Planck hat dann natürlich doch Physik studiert, wie wir heute wissen. 00:06:30.204 --> 00:06:32.464 Und er hat sich mit einem Bereich in der Physik beschäftigt, 00:06:32.464 --> 00:06:36.884 der völlig an der Peripherie liegt und wo überhaupt nicht klar ist, 00:06:36.984 --> 00:06:40.184 dass die Beschäftigung damit wirklich den Durchbruch in der Physik bringt. 00:06:40.304 --> 00:06:43.064 Er hat sich mit der Wärmestrahlung eines schwarzen Körpers beschäftigt. 00:06:43.644 --> 00:06:47.304 Und die Modelle, die man damals hatte, haben das nicht vernünftig beschreiben können. 00:06:48.044 --> 00:06:51.084 Und Planck hat erkannt, dass die einzige Möglichkeit, das zu beschreiben, 00:06:51.124 --> 00:06:54.764 ist, dass er also das, was wir heute Planck'sches Wirkungsquantum einführen, 00:06:55.244 --> 00:07:00.844 dass er also die Energie quantisiert, wie wir sagen, und damit die Grundlagen 00:07:00.844 --> 00:07:02.284 für die Quantenmechanik gelegt hat. 00:07:02.864 --> 00:07:07.424 Und wenn Sie sich heute unsere Welt angucken, also auf dieser Erkenntnis beruht 00:07:07.424 --> 00:07:12.024 unser Verständnis, wie Solarzellen funktionieren, wie ein Transistor funktioniert, 00:07:12.024 --> 00:07:13.204 Wie ein Computer funktioniert. 00:07:13.924 --> 00:07:19.944 Das heißt, wenn Sie sich angucken, was sind heute die börsennotierten Unternehmen mit dem höchsten Wert? 00:07:20.584 --> 00:07:23.504 Apple, Google, Facebook, Amazon. 00:07:23.624 --> 00:07:25.184 Ebay. 00:07:26.104 --> 00:07:30.964 Das heißt, 100 Jahre später, unser gesamter Wohlstand beruht auf diesen Arbeiten 00:07:30.964 --> 00:07:32.204 in der Grundlagenforschung. 00:07:33.384 --> 00:07:37.484 Und das heißt, für die Physik war es und ist es ein erfolgreiches Modell, 00:07:37.484 --> 00:07:41.644 versuchen zu verstehen, Beispiele zu finden, wo die physikalischen Theorien, 00:07:41.704 --> 00:07:44.024 die wir heute haben, nicht funktionieren. 00:07:44.384 --> 00:07:49.084 Also Popper hat uns gelehrt, wir können nie eine physikalische Theorie beweisen, 00:07:49.204 --> 00:07:51.304 wir können sie immer nur widerlegen. 00:07:51.444 --> 00:07:54.704 Das heißt also, um das einfach zu sagen, die Beobachtung von noch so vielen 00:07:54.704 --> 00:07:58.824 weißen Schwänen berechtigt nicht zu der Aussage, dass alle Schwäne weiß sind. 00:08:00.204 --> 00:08:05.684 Die Physik versucht unendlich viele Phänomene zu beschreiben Also wir sagen 00:08:05.684 --> 00:08:09.264 nicht, das gilt nur für die fünf Atome die wir uns angucken, 00:08:09.384 --> 00:08:11.864 sondern wir sagen, das gilt für alle Atome im Universum Das heißt, 00:08:11.864 --> 00:08:13.564 wir können nie beweisen, dass das richtig ist, 00:08:14.404 --> 00:08:17.884 Aber wenn wir ein einziges Atom finden, für das das nicht funktioniert wie wir 00:08:17.884 --> 00:08:21.184 das vorhersagen, dann wissen wir, dass unsere Theorie nicht in Ordnung ist und 00:08:21.184 --> 00:08:25.444 dann ist das normalerweise ein Hinweis darauf dass es einen Themenkomplex gibt, 00:08:25.664 --> 00:08:30.004 mit dem wir uns besser auseinandersetzen wenn wir Fortschritt haben wollen. 00:08:30.104 --> 00:08:33.124 Ist das nicht hochgradig frustrierend, wenn man weiß, dass man eigentlich nie 00:08:33.124 --> 00:08:34.224 irgendwas beweisen kann? 00:08:35.384 --> 00:08:39.164 Das ist immer die Frage, welchen Anspruch man hat. Also ich bin sehr damit zufrieden, 00:08:39.184 --> 00:08:43.624 dass wir Modelle entwickeln, die, es ist schwierig zu sagen, 00:08:43.684 --> 00:08:47.324 welchen Bruchteil des Universums, aber wenn Sie sich unsere Zivilisation angucken, 00:08:47.404 --> 00:08:49.484 unseren Wohlstand angucken, dann stellen Sie fest, 00:08:49.644 --> 00:08:53.484 dass wir das recht erfolgreich machen seit einigen hundert Jahren. 00:08:53.624 --> 00:08:57.544 Also seitdem wir ernsthaft seit Galileo Newton angefangen haben, 00:08:57.544 --> 00:08:59.704 Wissenschaft zu machen, dass wir das recht erfolgreich machen. 00:08:59.904 --> 00:09:07.424 Also die ganzen Sachen, an die sie heute gewöhnt sind, ob das Laser oder Navigationssystem 00:09:07.424 --> 00:09:09.324 ist, können nehmen, was sie wollen. 00:09:10.264 --> 00:09:13.264 Können sie ohne die moderne Physik, haben sie keine Chance. 00:09:14.064 --> 00:09:19.384 Und wenn wir uns heute angucken, was sind die globalen Herausforderungen, 00:09:19.404 --> 00:09:27.164 mit denen wir zu tun haben, also ob das Erderwärmung ist, alternde Gesellschaft, was auch immer. Also. 00:09:28.644 --> 00:09:30.804 Ist eigentlich die Erkenntnis, wir werden das wahrscheinlich, 00:09:30.904 --> 00:09:35.344 diese Probleme nicht dadurch lösen, dass wir das bestehende Know-how, 00:09:35.344 --> 00:09:39.844 ich sage jetzt mal ein bisschen despektierlich, aber einfach nur ingenieren. 00:09:40.044 --> 00:09:44.784 Also um wieder ein Beispiel zu sagen, Sie können sich noch so lange damit auseinandersetzen, 00:09:44.824 --> 00:09:46.124 wie Sie eine Kerze optimieren. 00:09:46.264 --> 00:09:49.604 Sobald ein Physiker kommt und Ihnen erklärt, wie eine Glühbirne funktioniert, 00:09:49.944 --> 00:09:50.944 haben Sie keine Chance mehr. 00:09:50.944 --> 00:09:55.164 Und sie können noch so lange versuchen als Ingenieur die Glühbirne zu optimieren, 00:09:55.204 --> 00:09:59.344 sobald ein Physiker kommt und ihnen sagt, was eine LED ist, also wie sie Licht 00:09:59.344 --> 00:10:02.044 erzeugen können ohne Wärme über quantenmechanische Prozesse, 00:10:02.044 --> 00:10:03.924 haben sie mit ihrer Glühbirne keine Chance mehr. 00:10:04.784 --> 00:10:10.084 Und man sieht an diesen Sprüngen in der Qualität, dass das was ganz anderes 00:10:10.084 --> 00:10:15.624 ist, als wenn ich also einen bestehenden Prozess nehme und den Prozess immer weiter optimiere. 00:10:16.744 --> 00:10:20.444 Irgendwann in diesem Prozess hoffentlich kommt die Physik wieder. 00:10:20.604 --> 00:10:23.484 Das ist natürlich ein bisschen, also warum mache ich Physik? 00:10:23.484 --> 00:10:26.884 Ja, weil mich diese Themen interessieren, kommt die Physik wieder mit einer 00:10:26.884 --> 00:10:31.124 grundlegenden neuen Idee und das revolutioniert das gesamte Gebiet. 00:10:31.444 --> 00:10:34.784 Das ist mein Verständnis von Grundlagenforschung und warum man Grundlagenforschung machen muss. 00:10:35.284 --> 00:10:38.084 Wir werden die Probleme, die wir heute haben, nicht dadurch lösen, 00:10:38.104 --> 00:10:40.764 dass wir also Engineering machen von den bekannten Lösungen, 00:10:40.804 --> 00:10:43.044 sondern wir brauchen grundsätzlich neue Ansätze. 00:10:43.324 --> 00:10:45.124 Und dann ist die Frage, wo bekomme ich die her? 00:10:46.582 --> 00:10:50.062 Im Nachhinein ist das einfach zu sagen, Planck mit seinem Wirkungsquantum, 00:10:50.062 --> 00:10:50.962 das war ja die richtige Idee. 00:10:51.462 --> 00:10:54.742 Die ganzen anderen tausend Physiker, die zu der Zeit an verschiedenen Fragen 00:10:54.742 --> 00:10:56.882 gearbeitet haben, über die reden wir heute nicht mehr. 00:10:57.622 --> 00:11:01.262 Und genau so ist das heute. Wir arbeiten an Grundlagenforschung, 00:11:01.282 --> 00:11:05.102 wir versuchen Themenkomplexe zu verstehen, die uns aufzeigen, 00:11:05.142 --> 00:11:06.842 dass unsere Physik unvollständig ist. 00:11:07.682 --> 00:11:11.302 Welche von diesen Ansätzen am Ende zum Erfolg führen und zu dem Durchbruch führen, 00:11:11.522 --> 00:11:13.722 das werden wir in 100 Jahren diskutieren. 00:11:13.862 --> 00:11:17.502 Also wir nicht, also unsere Nachfolger werden dann bei solch einem Interview 00:11:17.502 --> 00:11:22.622 sitzen und dann werden sie sagen, ja, damals AMS, das war das Schlüsselexperiment, vielleicht. 00:11:22.622 --> 00:11:27.382 Wie wir heute sagen, Michelson-Morley, Messung der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit 00:11:27.382 --> 00:11:35.622 vor 100 Jahren, das war das entscheidende Experiment, um die Relativitätstheorie zu begründen. 00:11:35.782 --> 00:11:38.842 Oder die Messung der Wärmestrahlung eines schwarzen Körpers, 00:11:38.982 --> 00:11:41.662 das war das entscheidende Experiment, um die Quantenmechanik zu begründen. 00:11:41.842 --> 00:11:46.662 Was für sich genommen erstmal total banal und gegebenenfalls vollständig unwichtig klingt. 00:11:46.662 --> 00:11:54.202 Was für den, selbst für den Experten auf dem Gebiet schwer einzuschätzen ist, 00:11:54.262 --> 00:11:56.282 was die Bedeutung solch einer Messung ist. 00:11:56.902 --> 00:12:01.962 Weil es dann noch zusätzlich halt solcher Köpfe wie Heisenberg oder Einstein 00:12:01.962 --> 00:12:07.442 bedarf, um aus diesen Messungen, diesen Erkenntnissen dann die passende Theorie zu machen. 00:12:08.302 --> 00:12:13.222 Wobei man auch sagen muss, die experimentellen Ergebnisse, die haben sich eigentlich nie geändert. 00:12:13.422 --> 00:12:17.442 Also die werden präziser, die decken andere Bereiche ab. Das, 00:12:17.542 --> 00:12:19.042 was sich ändert, sind unsere Theorien. 00:12:19.142 --> 00:12:22.542 Das heißt, dass unsere Modelle, wie wir diese experimentellen Daten zusammennehmen 00:12:22.542 --> 00:12:25.622 und damit Vorhersagen machen, die sind variabel. 00:12:26.162 --> 00:12:29.142 Und vielleicht versteht man dann, warum ich also sage, dass Experimentalphysik 00:12:29.142 --> 00:12:32.882 das Spannende ist, weil wir liefern die Grundlagen dafür, die sozusagen, 00:12:33.042 --> 00:12:36.242 wenn wir es richtig gemacht haben, in Stein gemeißelt sind und die Theoretiker 00:12:36.242 --> 00:12:40.442 dazu zwingen, ihre Modelle so anzupassen, dass sie diese Daten beschreiben können. 00:12:40.542 --> 00:12:44.202 Und dann mit diesen Modellen Vorhersagen zu machen in Bereichen, 00:12:44.242 --> 00:12:49.122 in denen wir nicht gemessen haben, die dann für die Anwendung relevant sind oder sein können. 00:12:50.963 --> 00:12:53.983 Da stellt sich natürlich jetzt vor allem die Frage, was sind denn jetzt die 00:12:53.983 --> 00:13:00.563 paar Experimente und paar Betrachtungsorte, die noch Fragen aufwerfen, 00:13:00.563 --> 00:13:03.543 beziehungsweise die vielleicht auch noch gar nicht durchgeführt worden sind. 00:13:03.603 --> 00:13:07.203 Wenn man sich heute den Stand der Physik anschaut und wie auch eigentlich wie 00:13:07.203 --> 00:13:11.623 vor 100 Jahren das Gefühl hat, naja, vielleicht sollte ich doch was anderes 00:13:11.623 --> 00:13:14.943 studieren, ist ja eigentlich nichts mehr zu erfinden. 00:13:16.563 --> 00:13:19.723 Was antwortet denn da der Mensch mit Einblick? 00:13:19.783 --> 00:13:23.663 Was sind denn so gerade die großen Fragestellungen, die Lücken, 00:13:23.723 --> 00:13:25.083 die gefüllt werden müssen? 00:13:25.543 --> 00:13:28.803 Heute würde die Antwort wahrscheinlich anders aussehen. Also zum einen mit der 00:13:28.803 --> 00:13:32.223 Erfahrung aus der Vergangenheit, aber man muss auch sehen, dass sich in den 00:13:32.223 --> 00:13:36.063 letzten zehn Jahren eigentlich eine Revolution weitgehend unbemerkt von der 00:13:36.063 --> 00:13:37.763 Öffentlichkeit in der Physik abgespielt hat. 00:13:38.623 --> 00:13:41.563 Unser Verständnis dessen, wie unser Universum entstanden ist, 00:13:41.583 --> 00:13:43.683 hat sich grundlegend geändert in den letzten zehn Jahren. 00:13:43.843 --> 00:13:46.983 Und zwar im Wesentlichen durch Messungen von Satellitenexperimenten, 00:13:46.983 --> 00:13:51.443 also Weltraum-Experimenten, nicht durch Beobachtungen hier auf der Erde. 00:13:51.503 --> 00:13:56.483 Die Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung durch das COBE-Experiment, 00:13:56.783 --> 00:14:01.103 durch das WMAP-Experiment und jetzt durch das Planck-Experiment, 00:14:01.743 --> 00:14:08.103 das Hubble Space Telescope, die entdeckt haben, dass also nicht nur das Universum 00:14:08.103 --> 00:14:12.663 nicht schrumpft, wie man das eigentlich auf der Basis der Urknalltheorie erwarten 00:14:12.663 --> 00:14:15.303 würde, sondern dass es anfängt, sich beschleunigt, wieder auszudehnen. 00:14:17.383 --> 00:14:22.923 Die Erkenntnis, dass ein wesentlicher Teil des Universums aus einer Energieform 00:14:22.923 --> 00:14:27.003 besteht, die wir nicht beschreiben können, mit der gegenwärtigen Physik, 00:14:27.043 --> 00:14:28.963 was also die dunkle Energie ist. 00:14:28.963 --> 00:14:34.503 Die Erkenntnis, dass der größte Teil der Materie im Universum dunkle Materie 00:14:34.503 --> 00:14:36.683 ist, die wir mit der heutigen Physik nicht beschreiben können, 00:14:36.763 --> 00:14:38.123 von der wir nicht wissen, was es ist. 00:14:38.923 --> 00:14:43.523 Eigentlich ist die ernüchternde Erkenntnis der letzten zehn Jahre von vier Prozent 00:14:43.523 --> 00:14:47.043 dessen, was das Universum ist, wissen wir halbwegs, wie es funktioniert. 00:14:47.303 --> 00:14:50.343 Und das ist die normale Materie, aus der wir aufgebaut sind. 00:14:50.403 --> 00:14:51.963 Das ist das, was die Physik heute kann. 00:14:52.703 --> 00:14:57.043 96 Prozent verstehen wir nicht. Und wir sind eigentlich jetzt in der Lage oder 00:14:57.043 --> 00:15:00.063 haben das Gefühl, in der Lage zu sein, die richtigen Fragen zu stellen. 00:15:00.143 --> 00:15:03.843 Wir haben nicht die Antworten, aber wir sind in der Lage, die richtigen Fragen zu stellen. 00:15:04.543 --> 00:15:09.343 Und die Aufgabe für die nächsten 10 Jahre, 15 Jahre wird es sein, 00:15:09.803 --> 00:15:12.403 zu versuchen, auf diese Fragen eine Antwort zu finden. 00:15:12.603 --> 00:15:17.163 Und diese Fragen sind sehr komplex, sehr schwierig, haben wenig mit unserer 00:15:17.163 --> 00:15:18.503 Alltagsanschauung zu tun. 00:15:18.603 --> 00:15:23.743 Es ist mehr und mehr so, dass die Grundlagenforschung in der Physik sich von den... 00:15:24.964 --> 00:15:28.404 Ja, von den Alltagserfahrungen mehr und mehr löst. Also wenn wir in den ganz 00:15:28.404 --> 00:15:32.664 kleinen Längenskalen gehen zur Quantenmechanik oder zu ganz großen Längenskalen 00:15:32.664 --> 00:15:35.324 zur Astrophysik und Kosmologie, 00:15:35.484 --> 00:15:39.264 dass das nichts mit dem zu tun hat, was wir über die Evolution eigentlich gelernt 00:15:39.264 --> 00:15:40.644 haben, um überleben zu können. 00:15:40.644 --> 00:15:46.244 Und das macht das sehr schwierig für uns Menschen mit unserem begrenzten Verstand, 00:15:46.924 --> 00:15:49.404 diese Phänomene überhaupt zu durchdringen. 00:15:49.724 --> 00:15:54.164 Und ich gehe davon aus, dass wir dafür, genauso wie Einstein eine neue Mathematik 00:15:54.164 --> 00:15:59.944 brauchte, um seine Relativitätstheorie aufzustellen, dass wir auch neue mathematische 00:15:59.944 --> 00:16:03.244 Verfahren brauchen werden, um diese Probleme zu lösen. 00:16:03.564 --> 00:16:05.644 Das heißt, es lohnt sich sogar noch, Mathematik zu studieren, 00:16:05.704 --> 00:16:07.644 weil sogar da wäre noch was zu holen. 00:16:07.644 --> 00:16:11.284 Genauso wie Riemann zum Glück Mathematik studiert hat und damit die Grundlagen 00:16:11.284 --> 00:16:14.024 für Einsteins Relativitätstheorie mathematisch gelegt haben, 00:16:14.164 --> 00:16:19.184 bin ich der Meinung, dass, also ja, selbstverständlich, Mathematik sollte man 00:16:19.184 --> 00:16:21.144 studieren, Physik sollte man studieren. 00:16:21.244 --> 00:16:25.444 In der Physik ist es so, dass es eigentlich extrem spannend ist zurzeit und 00:16:25.444 --> 00:16:29.084 für die nächsten Jahre sein wird, auf diese Fragestellungen eine Antwort zu kriegen. 00:16:29.084 --> 00:16:31.924 Und wenn ich mir mal überlege, ich weiß nur von 4% des Universums, 00:16:31.924 --> 00:16:35.924 was es ist, von 96% habe ich keine Idee, dann habe ich nicht das Problem, 00:16:36.084 --> 00:16:38.644 dass ich mich mit kleinen Problemen beschäftige. 00:16:39.424 --> 00:16:43.324 Das hört sich nach einem großen Problem an. Und wenn wir das verstanden haben, 00:16:43.464 --> 00:16:46.544 ist dann die Frage, mit den Hilfsmitteln, die wir entwickeln müssen, 00:16:46.624 --> 00:16:49.884 um das zu verstehen und mit den Erkenntnissen, die wir gewinnen, 00:16:49.924 --> 00:16:53.864 wenn wir das verstanden haben, welche Auswirkungen wird das in anderen Bereichen haben? 00:16:54.464 --> 00:16:57.804 Ich würde da ganz gerne mal konkret drauf eingehen, weil ich denke, 00:16:57.844 --> 00:17:00.364 dass es auch nicht unbedingt so vielen Leuten so klar geworden ist, 00:17:00.504 --> 00:17:05.564 wie grundlegend die Veränderungen der letzten zehn Jahre waren. 00:17:07.324 --> 00:17:10.364 Es sind ja schon ein paar Experimente genannt worden, 00:17:10.524 --> 00:17:14.544 also vor allem natürlich die Weltraumteleskope, die Systeme, 00:17:14.544 --> 00:17:18.064 die halt weit ins All und damit auch in die Zeit hineinschauen, 00:17:18.104 --> 00:17:22.484 haben viele Ergebnisse geliefert, die überrascht haben. 00:17:22.484 --> 00:17:26.124 Ich meine, die Entdeckung der Hintergrundstrahlung ist ja schon ein bisschen 00:17:26.124 --> 00:17:31.144 länger her, aber gerade dieses Experiment, 00:17:31.544 --> 00:17:34.524 ich weiß jetzt nicht ganz genau von wem das war, der festgestellt hat, 00:17:34.564 --> 00:17:40.504 dass das Weltall sich weiter ausdehnt und die Geschwindigkeit noch weiter zunimmt. 00:17:44.484 --> 00:17:47.364 Was fühlt man denn da so als Physiker, wenn man dann morgens aufwacht, 00:17:47.384 --> 00:17:51.144 Zeitung aufschlägt und man sagt, liest die Nachricht, alles ist anders? 00:17:53.544 --> 00:17:55.604 Also erstmal ist es so, dass wir…, 00:17:59.980 --> 00:18:02.160 immer wieder Beobachtungsdaten haben, die wir nicht verstehen. 00:18:02.480 --> 00:18:06.260 Also eine der Erkenntnisse zum Beispiel, dass es so etwas wie dunkle Materie geben muss, 00:18:06.780 --> 00:18:09.860 wenn man die Ergebnisse nur richtig interpretiert hätte, hätte man da schon 00:18:09.860 --> 00:18:16.700 in den 1930er Jahren drauf kommen können, als Zwicky sich die Bewegung von größeren 00:18:16.700 --> 00:18:19.760 Strukturen im Kosmos angeguckt hat und festgestellt hat, 00:18:20.500 --> 00:18:24.160 dass man das aufgrund des Gravitationsgesetzes nur verstehen kann, 00:18:24.280 --> 00:18:26.080 wenn es eine zusätzliche Materieform gibt. 00:18:26.080 --> 00:18:29.940 Wenn Sie solche Beobachtungen isoliert haben, dann ist immer die Frage, 00:18:30.020 --> 00:18:33.080 es stimmt was mit der Beobachtung nicht, stimmt was mit dem Modell nicht. 00:18:34.360 --> 00:18:38.480 Die Frage ist, wie gut ist unser Verständnis der Gravitationswechselwirkung 00:18:38.480 --> 00:18:42.140 bei den Skalen, auf denen wir arbeiten, denn wir testen das ja immer nur auf der Erde. 00:18:42.320 --> 00:18:45.020 Dann können wir das im Sonnensystem testen mit einiger Präzision. 00:18:45.740 --> 00:18:49.780 Jetzt gehen sie damit hin und beschreiben Galaxienhaufen oder Rotationskurven von Galaxien. 00:18:49.860 --> 00:18:54.300 Das heißt, wie schnell dreht sich ein Stern um das Zentrum dieser Galaxie, 00:18:54.320 --> 00:18:58.480 verstehe ich, dass der nicht aus der Galaxie rausfliegt, aufgrund der Materieverteilung. 00:19:00.380 --> 00:19:04.500 Und dann stellt sich halt bei einigen dieser Beobachtungen raus, 00:19:04.620 --> 00:19:07.680 das sind keine Beobachtungsfehler oder Fehler in der Theorie, 00:19:07.780 --> 00:19:10.000 sondern da steckt wirklich was hinter. 00:19:11.020 --> 00:19:19.180 Und wir haben durch die Beobachtung der kosmischen Hintergrundstrahlung, 00:19:19.240 --> 00:19:23.720 was wir uns eigentlich angeguckt haben, ist, hat das Universum die gleiche Temperatur, 00:19:23.720 --> 00:19:24.900 egal in welche Richtung ich gucke? 00:19:25.500 --> 00:19:28.900 Was ja eigentlich eine interessante Frage ist. Also wenn das Universum ohne 00:19:28.900 --> 00:19:32.640 Vorzugsrichtung erzeugt worden ist, würde man ja sagen, ja, das müsste eigentlich 00:19:32.640 --> 00:19:34.200 überall ungefähr gleich aussehen. 00:19:35.080 --> 00:19:39.240 Dann stellt sich natürlich die spannende Frage, wenn das gleich aussieht, 00:19:39.240 --> 00:19:42.280 wie können Bereiche, die also keinen kausalen Zusammenhang haben, 00:19:42.380 --> 00:19:46.380 das heißt, die so weit voneinander entfernt sind, dass sie über Lichtgeschwindigkeit 00:19:46.380 --> 00:19:49.680 keine Informationen austauschen können, wie können die eine gleiche Temperatur haben? 00:19:51.472 --> 00:19:54.872 Und das ist normalerweise eine Frage, da finden Sie keine Antwort drauf. 00:19:54.972 --> 00:19:58.932 Die Idee, die dann vor 20 Jahren aufkam, 30 Jahren aufkam, war, 00:19:59.052 --> 00:20:01.652 dass es also eine Inflationsphase am Anfang gab. 00:20:01.772 --> 00:20:04.832 Das heißt, das Universum hat sich also exponentiell ausgedehnt aus einem sehr 00:20:04.832 --> 00:20:07.632 kleinen Raumzeitgebiet. In 00:20:07.632 --> 00:20:10.412 dem kleinen Raumzeitgebiet können Sie dann homogene Bedingungen schaffen. 00:20:10.592 --> 00:20:13.572 Das ist klein genug, dass Sie über Lichtgeschwindigkeit Informationen austauschen 00:20:13.572 --> 00:20:17.312 können. Dann blähen Sie das exponentiell auf. Wir verstehen heute nicht, warum. 00:20:18.492 --> 00:20:22.972 Das nimmt eine bestimmte Größe an. Dieser exponentielle Wachstum hört auf. 00:20:23.472 --> 00:20:28.732 Auch da wissen wir nicht, warum es aufhört. Dann dehnt es sich langsam weiter 00:20:28.732 --> 00:20:31.872 aus, beziehungsweise Gravitationskraft gewinnt die Überhand und dann sollte 00:20:31.872 --> 00:20:34.952 es sich wieder zusammenziehen, je nachdem, wie viel Materie in dem Universum 00:20:34.952 --> 00:20:37.352 ist. Die Anfangsbedingungen kennen wir ja nicht genau. 00:20:38.252 --> 00:20:43.572 Und dieses Modell, was wir heute haben, das sieht recht plausibel aus. 00:20:44.212 --> 00:20:47.772 Und wenn Sie das in der Relativitätstheorie angucken, dann hat Einstein eigentlich 00:20:47.772 --> 00:20:49.212 alle Zutaten schon geliefert. 00:20:49.212 --> 00:20:54.612 Er hat das kosmologische Konstante genannt, also diese Vakuumenergie, 00:20:54.692 --> 00:21:00.632 die notwendig ist, um solche Expansionen vorher zu verursachen. 00:21:01.872 --> 00:21:05.712 Und Einstein hat damals gesagt, diese Einführung dieser kosmologischen Konstante 00:21:05.712 --> 00:21:08.852 in meine Relativitätstheorie, das war der größte Unfug, den ich gemacht habe, 00:21:08.952 --> 00:21:13.332 als Hubble entdeckt hat, dass das Universum sich tatsächlich ausdehnt, 00:21:13.332 --> 00:21:15.892 also dass unsere Nachbargalaxien von uns wegfliegen. 00:21:17.288 --> 00:21:20.928 Und Einstein hat dann gedacht, naja, das ist also ein mathematisches Kuriosum, 00:21:20.928 --> 00:21:22.888 dass ich da eine Konstante habe, die hat keine Bedeutung. 00:21:23.728 --> 00:21:32.068 Und dann kam die Messung von dem Hubble-Weltraumteleskop, das also festgestellt 00:21:32.068 --> 00:21:34.928 hat, dass das Universum sich beschleunigt, ausdehnt. 00:21:34.948 --> 00:21:38.348 Dann kam die Messung der kosmischen Hintergrundstrahlung, was auch festgestellt 00:21:38.348 --> 00:21:41.268 hat, dass wir die Messergebnisse nur verstehen können, wenn wir annehmen, 00:21:41.308 --> 00:21:43.148 dass das Universum sich beschleunigt, ausdehnt. 00:21:43.848 --> 00:21:46.568 Und wenn man das dann zusammennimmt, dann hat man das Gefühl, 00:21:46.708 --> 00:21:47.988 das Bild wird wieder konsistent. 00:21:48.208 --> 00:21:51.868 Also die Ergebnisse passen zusammen. Wir haben eigentlich die Bausteine schon in der Theorie. 00:21:52.868 --> 00:21:55.688 Unser Problem ist mehr, dass wir nicht verstehen, wo die herkommen. 00:21:55.888 --> 00:21:58.788 Also diese kosmologische Konstante, die Einstein eingeführt hat, 00:21:58.868 --> 00:22:01.568 das ist zunächst einmal eine dimensionslose Zahl. Warum ist die da? 00:22:03.328 --> 00:22:06.148 Warum hat die den Wert? Warum ist die nicht null? 00:22:08.508 --> 00:22:13.768 Und dann versuchen sie zu verstehen, wie kann ich sowas auf mikroskopischer 00:22:13.768 --> 00:22:17.168 Skala erzeugen und das ist Quantenfeldtheorie, das ist Heisenberg, 00:22:17.868 --> 00:22:21.608 und dann stellen sie fest, das passt alles nicht zusammen und dann haben sie 00:22:21.608 --> 00:22:25.168 eigentlich ein Bild, was sich entwickelt in eine Richtung, dass sie das Gefühl 00:22:25.168 --> 00:22:26.508 haben, das wird alles konsistent, 00:22:27.128 --> 00:22:30.568 wenn ich gewisse Annahmen mache, aber die Grundlagen für die Annahmen fehlen mir. 00:22:31.328 --> 00:22:35.288 Also müssen wir verstehen, welche Grundlagen brauchen wir, um diese Annahmen zu rechtfertigen. 00:22:36.228 --> 00:22:38.948 Denn man sollte ja auch wieder, wenn man in der Geschichte zurückgeht, 00:22:39.048 --> 00:22:42.708 als Michelson und Morley die Konstante der Lichtgeschwindigkeit gemessen hatten, 00:22:42.848 --> 00:22:48.168 da haben die das gemessen, weil wir davon ausgingen, dass das Licht, 00:22:48.388 --> 00:22:52.308 also elektromagnetische Wellen, ein Medium brauchen, um sich auszudehnen. 00:22:52.428 --> 00:22:53.528 Und das haben wir Äther genannt. 00:22:55.268 --> 00:22:59.288 Und wenn es diesen Äther tatsächlich geben würde und die Lichtwellen sich in 00:22:59.288 --> 00:23:01.848 diesem Äther ausbreiten, dann müsste es einen Unterschied machen, 00:23:02.008 --> 00:23:05.408 ob ich das Licht also in Richtung der Flugbahn der Erde um die Sonne aussende 00:23:05.408 --> 00:23:06.528 oder entgegengesetzt dazu. 00:23:06.968 --> 00:23:10.888 Und Michelson und Morley haben gezeigt, das macht keinen Unterschied, den Äther gibt es nicht. 00:23:12.698 --> 00:23:15.938 Das heißt, wenn wir jetzt ein Modell des Universums machen und sagen, 00:23:16.058 --> 00:23:24.218 dafür brauchen wir aber Inflation, Vakuumenergie, also dunkle Energie, dunkle Materie, 00:23:25.398 --> 00:23:28.858 dann ist ja die Frage, sind das Hilfskonstrukte, die wir einführen, 00:23:28.938 --> 00:23:30.898 weil wir nicht verstanden haben, wie es wirklich funktioniert? 00:23:31.678 --> 00:23:35.778 Oder gibt es diese Sachen wirklich? Also ist die Aufgabe der Experimentalphysik, 00:23:35.818 --> 00:23:39.518 das kann ja sonst keiner machen, also Experimentalphysiker müssen versuchen 00:23:39.518 --> 00:23:40.718 zu verstehen, was ist das? 00:23:41.298 --> 00:23:44.098 Was sind das neue Elementarteilchen bei der dunklen Materie? 00:23:45.058 --> 00:23:46.658 Was ist das? Sind das schwarze Löcher? 00:23:47.838 --> 00:23:54.478 Sind das braune Zwerge? Also sowas wie der Jupiter, also was massiv genug ist, 00:23:54.558 --> 00:23:58.938 um Masse zu haben, also viel Masse zu haben, aber nicht massiv genug, um zu leuchten. 00:23:59.698 --> 00:24:04.818 Sind das weiße Zwerge, also Überbleibsel von, nicht von Supernova-Explosionen, 00:24:04.818 --> 00:24:07.578 aber von Nova-Explosionen, Endstadium von Sternenentwicklung, 00:24:07.698 --> 00:24:11.098 die wir nicht sehen, weil die halt nicht leuchten. 00:24:11.998 --> 00:24:14.878 Ist es interstellares Medium, was wir nicht richtig verstehen. 00:24:15.098 --> 00:24:19.278 Das heißt, sie gehen dann durch die Physikprozesse durch, versuchen das zu verstehen 00:24:19.278 --> 00:24:21.778 und dann kommen wir zu dem Ergebnis, nichts von dem, was wir können, 00:24:21.918 --> 00:24:23.178 ist in der Lage, das zu beschreiben. 00:24:23.818 --> 00:24:26.838 Also die Neutrinos als Elementarteilchen sind nicht in der Lage, 00:24:26.878 --> 00:24:28.518 dunkle Materie vernünftig zu beschreiben. 00:24:28.938 --> 00:24:34.638 Wir können ausschließen, dass weiße Zwerge, braune Zwerge, schwarze Löcher die dunkle Materie sind. 00:24:34.838 --> 00:24:37.178 Weil die nicht genug Materie darstellen könnten? 00:24:37.478 --> 00:24:42.438 Nein, weil wir verstehen, dass die bekannten Materieformen, also ich nenne da, 00:24:42.458 --> 00:24:45.338 also der Fachbegriff ist baryonische Materie. Was ist das? 00:24:45.418 --> 00:24:50.338 Das sind also, das ist Materie, die aus Atomkernen aufgebaut sind. 00:24:50.358 --> 00:24:52.718 Also wir bestehen alle aus Atomen. 00:24:52.798 --> 00:24:55.858 Das Atom besteht aus Atomkernen und Elektronen, was da drum herum fliegt. 00:24:55.958 --> 00:24:58.618 Oder Elektronen, je nach Ladung des Kerns. 00:24:58.938 --> 00:25:03.178 Der Kern selber besteht aus Protonen und Neutronen. So einen Protonen und Neutronen 00:25:03.178 --> 00:25:06.258 bezeichnen wir als Baryonen. Alle chemischen Elemente sind aus Baryonen. 00:25:07.153 --> 00:25:08.333 Protonen und Neutronen. 00:25:08.413 --> 00:25:11.513 Und bis vor kurzer Zeit war das eigentlich so die Sicht auf die Welt, 00:25:11.613 --> 00:25:13.013 dass alles daraus besteht? 00:25:13.713 --> 00:25:17.093 Die Sicht auf die Welt ist immer noch, dass alle Materie daraus besteht. 00:25:17.773 --> 00:25:21.633 Wir können aufgrund der Häufigkeit der chemischen Elemente im Universum heute 00:25:21.633 --> 00:25:26.673 ausrechnen, dass nicht mehr baryonische Materie produziert worden ist am Anfang. 00:25:27.053 --> 00:25:31.193 Das heißt, selbst wenn die dann in braunen Zwergen, weißen Zwergen oder schwarzen 00:25:31.193 --> 00:25:34.653 Löcher als Endstadium von Sternen jetzt drin ist, dann reicht das nicht aus, 00:25:35.233 --> 00:25:39.113 dass wir damit die dunkle Materie hinkriegen. Das heißt, wir brauchen neue Elementarteilchen. 00:25:39.253 --> 00:25:42.493 Und von der dunklen Materie weiß man eigentlich nur deshalb oder meint zu wissen, 00:25:42.673 --> 00:25:47.673 weil sonst die ganzen Zusammenhänge mit Gravitation etc. keinen Sinn mehr ergeben. 00:25:47.773 --> 00:25:51.613 Genau, wir haben das Gravitationsgesetz getestet. Also wir sind in der Lage 00:25:51.613 --> 00:25:54.113 zu beschreiben, wie die Erde um die Sonne kreist, wie Jupiter, 00:25:54.433 --> 00:25:59.953 Saturn, Venus, Merkur, selbst Merkur im Detail, der durch ein sehr starkes Gravitationsfeld 00:25:59.953 --> 00:26:03.893 durch muss und deshalb einige Eigenheiten hat, die wir beobachten können. 00:26:04.933 --> 00:26:09.893 Es hat einen Nobelpreis gegeben für die Beobachtung von einem Pulsar, 00:26:09.973 --> 00:26:14.313 bei dem man also beobachtet hat, wie die Periode, die Rotationsperiode von diesem 00:26:14.313 --> 00:26:15.613 Neutronenstern sich verändert. 00:26:16.033 --> 00:26:19.013 Das passt hervorragend zur Relativitätstheorie. Das heißt also, 00:26:19.073 --> 00:26:22.653 in den letzten 50 Jahren haben wir die einsteinische Gravitationstheorie im 00:26:22.653 --> 00:26:25.153 Detail mit immer größerer Präzision getestet. 00:26:26.053 --> 00:26:29.613 Ihr Navigationssystem, was ich am Anfang gesandt habe, wäre jedes Mal um 20 00:26:29.613 --> 00:26:32.753