Warum ist Physik schön?

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Wenn wir physikalische Gesetze als „schön“ bezeichnen, meinen wir in erster Linie zwei Dinge: Sie sind wunderbar symmetrisch und wunderbar produktiv. Und die Schönheit der Gesetze ist für den wissenschaftlichen Fortschritt in letzter Zeit wichtiger denn je.

CAMBRIDGE - Der Physiker Heinrich Hertz aus dem neunzehnten Jahrhundert beschrieb einmal sein Gefühl, dass James Clerk Maxwells Gleichungen, die die Grundlagen von Elektrizität und Magnetismus darstellen, „eine unabhängige Existenz und eine eigene Intelligenz haben, dass sie klüger sind als ihre Entdecker. dass wir mehr aus ihnen herausholen, als ursprünglich in sie hineingesteckt worden war. “Nicht lange danach nannte Albert Einstein Niels Bohrs Atommodell„ die höchste Form der Musikalität im Bereich des Denkens “ Seine Entdeckung neuer physikalischer Gesetze erklärte: „Man kann Wahrheit an ihrer Schönheit und Einfachheit erkennen.“ Ähnliche Gefühle sind unter modernen Physikern alles andere als universell.

Wunschdenken könnte niemals funktionierende Telefone, Fotografien von Pluto oder Atombomben hervorbringen. Die Physik, zusammengefasst in einer Handvoll mathematisch präziser Gesetze, funktioniert unbestreitbar. Doch viele Dinge, die „funktionieren“, wecken nicht die Bewunderung, die die fundamentalen Naturgesetze hervorrufen.

Ihre Schönheit wurzelt zum einen in der Gesetzessymmetrie, wobei hier die Möglichkeit der Veränderung ohne Veränderung gemeint ist - ein präzises, aber fast mystisches Konzept. So wie ein Kreis in einem beliebigen Winkel um seinen Mittelpunkt gedreht werden kann und die Position jedes seiner Punkte ändert, ohne seine Form zu ändern, gelten für geänderte Situationen symmetrische Gesetze, ohne die Gültigkeit zu ändern oder zu verlieren. Zum Beispiel behauptet die spezielle Relativitätstheorie, dass die fundamentalen Gesetze der Physik dieselben bleiben, wenn wir die Welt von einer Plattform aus betrachten, die sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. In ähnlicher Weise kodiert die sogenannte Zeitübersetzungssymmetrie die Einheitlichkeit des physikalischen Gesetzes in der Zeit: Auch wenn das Universum altert, bleiben die Gesetze dieselben.