Auch das Universum ist symmetrisch... - scinexx | Das Wissensmagazin
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...oder doch nicht?

Auch das Universum ist symmetrisch…

Von den frühesten Tagen der Kosmologie und Physik an waren Naturgelehrte und Philosophen fest davon überzeugt, dass auch der Kosmos und die Gesetze, die in ihm herrschen, eine göttliche Ordnung, eine Symmetrie besitzen.

Katzen gelten als wählerische Esser, ihr Geschmackssinn für Bitteres könnte einen Einfluss darauf haben. © FreeImages.com / Zeeshan Qureshi

Unter dieser Annahme formulierte schon 600 vor Christus Pythagoras einige seiner wichtigsten Gesetzmäßigkeiten, erkannte der Physiker James Clerk Maxwell die fundamentalen – und symmetrischen – Wechselwirkungen im Elektromagnetismus und entwickelte auch Albert Einstein seine Relativitätstheorie. Für Einstein war klar: „Der Sinn der Physik ist es, die Symmetrien des Universums zu erfassen; das bedeutet, dass die Gesetze der Natur an allen Orten und zu allen Zeiten die gleichen sind.“

Auch heute noch ruht fast das gesamte Gebäude der Physik auf dieser Prämisse. Die fundamentalen physikalischen Gesetze, die unsere Welt – und unser Weltbild – bestimmen, sind nach gängiger Ansicht prinzipiell symmetrisch. Sie sind an allen Orten und zu allen Zeiten unverändert gültig. Konkret bedeutet dies, dass ein physikalisches Experiment in Berlin exakt genauso abläuft wie in Tokio und es dabei auch keine Rolle spielen darf, ob der Versuch morgens, abends oder nachts stattfindet.

Doch die Forderung nach Symmetrie geht noch weiter: Gilt sie, müssten alle physikalischen Prozesse sowohl nach einer Spiegelung im Raum, als auch nach einer Umkehr der Ladung oder der Zeitrichtung unverändert bleiben. Doch trifft dies auch zu? Genau diese Frage beschäftigt die Physiker bis heute.

Die Forderung nach einer Umkehrbarkeit der Ladung lässt sich noch leicht erfüllen: Vertauscht man im gesamten Universum die Ladungen aller Teilchen – aus einem negativen Elektron wird dann beispielsweise ein positives Positron – ändert sich eigentlich nichts. Da die Ladungen genau symmetrisch aufeinander wirken, laufen auch alle Reaktionen genauso ab, nur mit verändertem Vorzeichen.

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Albert Einstein © Kornelia Fischer

Schon etwas mehr Kopfzerbrechen bereitet die Umkehrbarkeit der Zeit. Im Alltag vertrauen wir darauf, dass die Uhren nur vorwärts laufen und Zeitsprünge in die Vergangenheit allenfalls in Science-Fiction Romanen vorkommen. Die Richtung der Zeit ist für uns eindeutig nicht umkehrbar. Doch in der Welt der Atome und kleinsten Teilchen sieht die anders aus. Die in der Quantenphysik aufgestellten Grundgleichungen legen keine Zeitrichtung fest. Theoretisch könnten daher atomare Prozesse in der Zeit sowohl vorwärts als auch rückwärts ablaufen. In der Praxis geschieht dies zwar nicht, aber die Physiker gehen dennoch von einer Möglichkeit dieser Umkehrung aus.

Wirkliche Probleme allerdings bereitet die dritte Forderung nach der Spiegelbarkeit im Raum, von den Physikern auch als Parität bezeichnet…

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Stand: 14.11.2001

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Symmetrie
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