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Sabine Hossenfelder an einer Tafel mit physikalischen Gleichungen im FIAS.

Grundlagenphysik

„Wer sagt uns, dass das Universum schön sein muss?“

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Die Grundlagenphysik hat sich vergaloppiert - die Forschung stagniert, meint Sabine Hossenfelder. 

Frau Hossenfelder, seit 2012, seit der Entdeckung des Higgs-Boson-Teilchens im Large Hadron Collider des Europäischen Kernforschungszentrums Cern, ist dort nichts mehr gefunden worden. Die Forschung stagniert. Schreiben Sie.
Das betrifft nicht nur den Teilchenbeschleuniger. Auch die Experimente, die seit den 80er Jahren nach Dunkler Materie suchten, verliefen alle ergebnislos. Man hat nach Signalen gesucht für eine große vereinheitlichte Kraft. Bisher nicht auch nur eine einzige Spur davon.

Ist die Anlage zu schwach?
Das Cern erreicht jetzt Energien von 13 Teraelektronenvolt. Tera, das ist eine zehn mit zwölf Nullen. Natürlich kann man nicht ausschließen, dass bei 14 oder 15 Teraelektronenvolt sich etwas findet. Aber als man mit den Experimenten begann, rechnete man damit, schon bei Giga-Elektronenvolt, also bei einer zehn mit neun Nullen fündig zu werden.

China will einen größeren Teilchenbeschleuniger bauen.
Die Chinesen überlegen sich das. Aber sie planen, erst 2021 zu entscheiden, ob sie das tun werden. Japan plant auch einen.

Da liegt jetzt überall Ihr Buch und sagt: Lasst die Finger davon!
Es ist ja nicht nur mein Buch. Als ich das Buch vor drei Jahren schrieb, war der zweite Durchlauf der Cern-Experimente noch nicht abgeschlossen. Jetzt aber ist das passiert. Es sind immer noch keine neuen Teilchen aufgetaucht, keine Extradimensionen, keine kleinen Schwarzen Löcher. Dadurch sind uns auch die Argumente ausgegangen, warum wir auf diesem Weg, auch bei höheren Energien, überhaupt etwas finden sollen.

Das Higgs-Teilchen wurde doch immerhin entdeckt.
Mit den neuen Theorien hat das nichts zu tun. Die Voraussagen für es stammen schon aus den 60er Jahren. Damals machte man in der theoretischen Physik noch vernünftige Vorhersagen. In den letzten Jahren hat sich das geändert. Experimente sind teuer, sehr teuer. Theorie ist billig.

Das sieht man hier in Ihrem Büro.
Uns genügt ein Block, ein Bleistift und ein Computer. Als Theoretikerin freue ich mich natürlich, wenn Geld in die Theorie fließt. Aber es ärgert mich, wenn ich sehe, dass es zu einem riesigen Teil in völlig verfehlte Studien geht. Für Theoretiker ist es einfach sehr bequem, wenn sie an Überlegungen arbeiten, die nicht durch Experimente widerlegt werden können. Das ist heute gang und gäbe. Das hat mit Wissenschaft wenig zu tun. Die Wissenschaftler wissen das auch. Aber der Druck, Artikel veröffentlichen zu müssen, ist immens. Wer keine Artikel veröffentlicht, ist ruckzuck weg vom Fenster. Er bekommt keine Stelle, kein Geld. Darum wachsen natürlich die Felder, auf denen sich viele Artikel produzieren lassen, besonders schnell.

Da scheint es auch Moden zu geben. Die String-Theorie zum Beispiel scheint mir vor zehn Jahren noch ein größeres Thema gewesen zu sein.
Es gibt inzwischen Bereiche der String-Theorie, in denen Anwendungen versucht werden zur Physik der kondensierten Materie, zum Beispiel für „Hochtemperatur-Supraleiter“ oder das „Quark Gluon Plasma“. Allerdings wird dort – unter der Maske der Stringtheorie – in Wahrheit Physik gemacht, die mit Strings nichts mehr zu tun hat. Bei der reinen Stringtheorie hat sich tatsächlich so gut wie nichts getan.

Was sind die Ursachen der Stagnation?
Das starke Gruppendenken. Die Leute erzählen sich immer wieder selbst, wie richtig und wichtig das ist, was sie machen. So setzen sich dann auch erfolglose Methoden fest. Das gibt es ja nicht nur in der Physik.

Der Untertitel Ihres Buches lautet: „Warum unsere Suche nach Schönheit die Physik in die Sackgasse führt“.
In dem Buch sind Interviews mit Forschern abgedruckt, die zugeben, dass sie der Schönheit einer Formel folgen, obwohl sie wissen, dass die nichts über die Richtigkeit der Theorie sagt. Es besteht übrigens eine gewisse Einigkeit darüber, was unter „schön“ zu verstehen sei. Mehr Symmetrie zum Beispiel ist immer besser als weniger. So kommt dann die Idee von der großen vereinheitlichenden Kraft oder die von der Supersymmetrie auf. In den Grundlagen der theoretischen Physik beharrt man sehr auf diesem Schönheitsideal. Dagegen brachte mir schon meine Mutter bei: „Symmetrie ist die Kunst der Dummen.“

„Natürlichkeit“ ist ein anderer Begriff, der eine zentrale Rolle spielt. Was ist damit gemeint?
Wenn Sie Ihre Theorie aufschreiben, wenn Sie sie in Zahlen fassen, sollen diese Zahlen möglichst nahe an Eins sein.

Ist 10.000 noch nahe an Eins?
Zehntausend ist nicht so gut. Aber niemand wird Ihnen sagen, wo genau die Sache eher unnatürlich wird.

Mit Natur hat diese „Natürlichkeit“ nichts zu tun?
Definitiv nicht. Das ist ja gerade die Ironie der Geschichte. Bei der „Natürlichkeit“ geht es gerade nicht um Natur, sondern wieder um etwas, das als schön empfunden wird: die Nähe zu Eins.

Die theoretische Physik beschäftigt sich mit dem Allerkleinsten und dem Allergrößten. Da ist doch keine Zahl nahe bei Eins. Um welche Zahlen soll es denn gehen?
Zum Beispiel das Verhältnis der Masse des Higgs-Teilchens zur Plankmasse. Das liegt bei 10 hoch Minus 15.

Ist das Nahe an eins?
Nein. Darum kann man auch nur zu einem Schluss kommen: Das Standardmodell der Teilchenphysik ist nicht natürlich. Das mögen die theoretischen Physiker ganz und gar nicht. Dass das Standardmodell unnatürlich ist, wird als unschön empfunden, und es soll daher durch eine schöne, natürliche Theorie ersetzt werden.

Aber warum?
Es ist nichts falsch an der Zahl. Man kann alles damit ausrechnen. Man findet sie nur unschön. Ich sehe darin kein Problem. Wer sagt uns, dass das Universum schön sein muss? Um ein schönes Universum zu erhalten, werden Theorien konstruiert, die die Existenz supersymmetrischer Teilchen und zusätzlicher Raumdimensionen vorhersagen. Keine Spur hat man von ihnen entdeckt.

Wie wird denn in der Community auf Ihr Buch reagiert?
Die meisten Physiker verteidigen das Schönheitsargument.

Wundert Sie das?
Aber sicher. Dass Schönheit ein unwissenschaftliches Argument ist, räumen sie ein. Aber sie halten fest daran.

Mich wundert das nicht. Sie sind so auf ihre Ergebnisse gekommen. Das waren ihre Glückserlebnisse.
Da ist sicher etwas dran. Im Buch erzähle ich ja auch von Wissenschaftlern, die mir sagten: Warum soll ich daran arbeiten, wenn es nicht schön ist? Aber das ist doch verstörend. Man ist doch Physiker, weil man die Natur beschreiben, nicht weil man schöne Mathematik betreiben möchte. Ich studierte ja ursprünglich Mathematik. Aber ich bin genau darum Physikerin geworden. Es gibt so viel Mathematik, aber nur eine Wirklichkeit. Unter den theoretischen Physikern gibt es kaum jemanden, der ernsthaft darüber nachdenkt und bereit ist, seine Arbeit in Frage zu stellen. Dabei widerspricht mir keiner, wenn ich davon rede, dass wir uns in einer Sackgasse befinden. Die Stagnation ist unübersehbar. Jeder weiß es. Seit den siebziger Jahren haben wir keinen Fortschritt gemacht in der Theorieentwicklung.

Nichts Neues unter der Sonne?
Man hat in den vergangenen vierzig Jahren jede Menge neuer Theorien entwickelt. Aber die waren alle falsch. Sie sind bei den entsprechenden Tests ausnahmslos durchgefallen. Die Theoretiker machen seit Jahrzehnten falsche Vorhersagen, denken aber nicht im Traum daran, ihre Methoden zu ändern.

Das ärgert Sie?
Der Prozess der Selbstkorrektur, den man doch in einer wissenschaftlichen Gemeinschaft erwartet, findet nicht statt. Da läuft etwas grundsätzlich schief.

Das ist ja auch eine soziologische Frage.
Ich wäre in meinem Buch gerne auf diesen Aspekt näher eingegangen. Aber mein amerikanischer Agent riet mir davon ab. Ich sollte, meinte er, als Physikerin bei der Physik bleiben. Ich bin aber tatsächlich der Auffassung, dass wir es hier mit dem Phänomen des Gruppendenkens zu tun haben. Reden Sie mal mit theoretischen Physikern. Die bestreiten, dass ihre Überlegungen irgendetwas zu tun haben könnten mit der Umgebung, in der sie sich bewegen. Sie wissen nichts von Ludwik Flecks auch schon mehr als 80-jähriger Einsicht, dass Erkenntnis ein soziales Phänomen ist und nicht allein zwischen dem einzelnen Forscher-Subjekt und dem erforschten Objekt produziert wird. Sie haben nie etwas gehört von Gruppenpsychologie. Sie sind in einem erschreckenden Umfang naiv. Je weniger ihnen ihre Lage bewusst ist, desto mehr bleiben sie in ihr stecken, desto mächtiger wird der vorherrschende Trend. Dann machen alle nur noch dasselbe. Das Geld, die Stellen gehen alle in eine Richtung. Alles ist gleichgeschaltet. So sieht es aus.

Wenn Bill Gates käme…
Ich würde ihm ein Dutzend Vorschläge machen für Arbeiten, die in Experimente münden könnten, durch die sie überprüft würden. Zum Beispiel das berühmte Messproblem der Quantenmechanik.

Berühmt wie Bill Gates!
Es geht dabei darum, dass man in der Quantenmechanik bei der Messung mit Hilfe der Wellenfunktion zwar die Wahrscheinlichkeit einer bestimmten Verteilung der Elektronen, niemals aber die konkrete Lage eines einzelnen Elektrons voraussagen kann. Wenn Sie dann gemessen haben, können Sie mit Sicherheit sagen, wo ein einzelnes Elektron war. Die Verteilungsvoraussage für ein einzelnes Teilchen aber lässt sich nicht durch eine Messung überprüfen. Wo kommt diese spontane Änderung der Wahrscheinlichkeitsverteilung her? Das ist das sogenannte Messproblem. Jeder kennt es, aber es scheint niemanden zu interessieren. Mit einer Reihe von Experimenten könnte man ihm zu Leibe rücken. Die macht aber keiner.

Gibt es andere mögliche Experimente?
Es gibt jede Menge Tests zu den Grundlagen der Quantenmechanik. Aber die meisten von ihnen verwenden die Bellsche Ungleichung. Ihr liegen bestimmte Annahmen zugrunde. Darum können sie mit ihr nur die Theorien testen, die diese Annahmen erfüllen. Trotzdem sind das die einzigen Tests, die gemacht werden. Seit 2011 versuche ich jemanden zu finden, der einmal andere Tests macht. Es ist mir nicht gelungen. Die Leute, die die erforderlichen Kenntnisse und die entsprechenden Labors haben, machen die Tests nicht. Das sind keine wirklich weltbewegenden Kosten, aber ein bis zwei Millionen wären schon erforderlich. Ich weiß nicht, was dabei herauskommt. Aber ich finde, man sollte es mal so herum probieren.

Herzlichen Dank…
Nein, nein. Es gibt noch etwas, das man unbedingt machen sollte. Man vermutet eine Dunkle Materie, weil sich unter anderem aus der bisher bekannten Gravitation nicht erklären lässt, warum besonders in den Außenbereichen die sichtbaren Sterne mit einer weit höheren Geschwindigkeit das Zentrum der Galaxien umkreisen. Die Dunkle Materie soll aus Teilchen bestehen. Man hat jede Menge Detektoren gebaut, um sie aufzuspüren, aber nichts gefunden. Man könnte aber eine andere Überlegung anstellen. Zum Beispiel, dass die Gravitation bei großen Abständen stärker ist als wir annehmen. Das ist die bekannte, aber eher missachtete, weil für hässlich gehaltene Theorie der modifizierten Gravitation. An der Teilchen-Idee arbeiten Tausende, an der von der modifizierten Gravitation ein paar Dutzend. Aus den bereits vorhandenen Daten hätte man wohl schon vor einigen Jahren eine Theorie extrahieren können, welche für Tests praktikabel gewesen wäre. Wie die aussehen sollte, weiß ich nicht, weiß niemand, denn man hat bis heute die Datenanalyse nicht gemacht.

Wurden überhaupt keine Tests gemacht?
Die Astrophysiker haben entweder alle Daten nach der Teilchenthese analysiert oder aber nach der modifizierten Gravitation. Das Ergebnis war: nichts funktionierte. Ich glaube, man sollte herausfinden, wann die eine Erklärung und wann die andere klappt. Vielleicht wechselt die Gravitation unter bestimmten Umständen ihren Aggregatzustand. Vielleicht gibt es einen Phasenübergang. Man käme ja auch nicht auf die Idee, dass Wasser und Eis denselben Gesetzen folgten. Wir haben es hier mit kosmischen, extrem komplexen Größen zu tun. Werfen Sie einmal einen Blick auf ein Bild der kosmischen Hintergrundstrahlung. Um dort die Strukturen wahrzunehmen, brauchen sie die besten Computercluster. Ohne Geld und ohne viel Geld und ohne die besten Spezialisten der unterschiedlichsten Disziplinen kommen sie da keinen Schritt voran. Ich kann nur eines: Herumlaufen und sagen: Bitte, bitte, bitte, fangt doch endlich einmal damit an, bitte, bitte!

Interview: Arno Widmann 

Zur Person

Sabine Hossenfelder erforscht die theoretischen Grundlagen der Physik. Geboren 1976 in Frankfurt am Main, wurde sie 2003 mit dem Thema „Schwarze Löcher in Extra-Dimensionen“ an der dortigen Johann Wolfgang Goethe Universität promoviert. Danach arbeitete sie unter anderem an der University of Arizona, an der University of California Santa Barbara, am Perimeter Institute for Theoretical Physics im kanadischen Waterloo. Heute ist sie Research Fellow am Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS).

In ihrem Buch „Das hässliche Universum – Warum unsere Suche nach Schönheit die Physik in die Sackgasse führt“(S. Fischer, 362 Seiten, 22 Euro) kritisiert Hossenfelder den aktuellen Zustand ihres Faches. Ich befragte sie in ihrem kleinen Büro auf dem Wissenschaftscampus der Goethe Universität, draußen im neu entstehenden Stadtteil Riedberg.

Die Physikerin hat einen viel gelesenen englischen Blog: http://backreaction.blogspot.com/.

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