Warum Sie Sich Vor Der Wissenschaft Nicht Fürchten Sollten - Auch Der Teilchenphysik

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Die teilchenphysikerin lisa randalls neues buch "knocking on heaven's door" befasst sich mit teilchenphysik, dunkler materie, dem large hadron collider und warum wissenschaft in unserem täglichen leben wichtig ist.

Was ist die Natur von Zeit und Raum? Wie hat das Universum angefangen und wie wird es enden? Für die meisten Menschen sind dies existenzielle Fragen, aber für die Physikerin Lisa Randall sind sie alle eine Tagesarbeit. Der Wissenschaftler der Universität Harvard hat die Teilchenphysik, die Stringtheorie und die Möglichkeit zusätzlicher Dimensionen erforscht.

Ihr neues Buch "An die Tür des Himmels klopfen: Wie Physik und wissenschaftliches Denken das Universum und die moderne Welt beleuchten" (Ecco, September 2011), behandelt einige der größten kosmologischen Rätsel, mit denen Physiker heute konfrontiert sind, und erklärt, warum wir alle etwas gebrauchen könnten mehr Wissenschaft in unserem Leben.

WordsSideKick.com sprach mit Randall über dunkle Energie, die Angst vor der Wissenschaft und den größten Teilchenbeschleuniger der Welt, den Large Hadron Collider in der Schweiz. [Verrückte Physik: Die coolsten kleinen Teilchen der Natur]

WordsSideKick.com: Denken Sie, dass die wissenschaftliche Methode und das rationale Denken außerhalb der Wissenschaft knapp sind? Glauben Sie, dass sie eine größere Rolle in Politik oder Kultur spielen könnten?

Randall: Wenn ich an die Größe und das Ausmaß der Probleme denke, mit denen Gesellschaften heute zu tun haben, ist es offensichtlich, dass Sie alle zur Verfügung stehenden Werkzeuge verwenden möchten, und eines davon ist die wissenschaftliche Methode.

Ich würde gerne glauben, dass wir ein bisschen stolz darauf sein könnten, dass wir gelernt haben, die Dinge etwas wissenschaftlicher zu bewerten und das, was wir in der Welt gelernt haben, besser zu nutzen. Das bedeutet nicht nur, ein einfaches Modell zu erstellen und die Folgen herauszufinden. Ein weiterer kritischer Aspekt des wissenschaftlichen Prozesses, den ich zu betonen versuche, ist das Verständnis Ihrer Annahmen und das Verständnis sowohl der Methoden als auch der Einschränkungen der Methoden in einem bestimmten Kontext. Es ist nicht so, dass ich nicht glaube, dass die Leute die Möglichkeit haben, Wissenschaft zu gebrauchen, aber ich denke, irgendwie haben wir Angst, diese Methoden anzuwenden.

WordsSideKick.com: Sie glauben also, die Leute haben Angst vor der Wissenschaft?

Randall: Das ist eine gute Frage. Ich weiß es nicht, und ich möchte nicht zu generalisieren. Ich glaube, es gibt etwas Angst vor der Wissenschaft. Die Menschen fürchten einige Dinge, die sie nicht unbedingt verstehen.

Wir müssen klarstellen, dass Wissenschaft, wenn sie richtig angewandt wird, viel Gutes bewirken kann. Manchmal denke ich, dass es in dieser Kultur fast ein bisschen peinlich ist, dass es egoistisch ist oder so. Aber viele Menschen nutzen die Wissenschaft wirklich, um die Welt zu verbessern.

In einem großen Teil des Buches geht es darum, wie die Gesellschaft mit diesem sauberen Bild der Wissenschaft dargestellt wird, das heißt, es gibt bestimmte Aussagen mit bestimmten Regeln. Tatsächlich ist dies in vielen Zusammenhängen der Fall, aber diese haben sich im Laufe der Zeit durch sorgfältige Analyse und Bewertung der Ideen entwickelt. Wenn Sie sich gerade mitten in der Forschung befinden und eine Frage stellen, müssen Sie sich darauf verlassen können, dass Sie etwas sehen, aber auch sehr vorsichtig und sehr vorsichtig. Wissenschaftliche Forschung verläuft nicht notwendigerweise auf die saubere lineare Weise, die wir uns vorstellen. Diese Art von Vorsicht ist auch Teil der Wissenschaft, und wir brauchen mehr davon, wenn wir an Fragen der realen Welt denken.

WordsSideKick.com: In einer Zeit, in der sich die meisten Menschen im Land mit ihren Jobs und Hypotheken beschäftigen, warum sollten sich Nichtwissenschaftler für Teilchenphysik oder sogar für die Wissenschaft im Allgemeinen interessieren?

Randall: Zunächst einmal möchte ich niemandem sagen, worum es ihm geht. Ich denke, es gibt viele Leute, die sich darum kümmern, und ich denke, dass die Leute, die sich um sie kümmern, Zugang zu Informationen haben sollten. Wissenschaft kann schwierig sein. Es ist in vielerlei Hinsicht von unserer unmittelbaren Realität entfernt, und deshalb versuche ich zu erklären, wie unsere Intuition von dem gebildet wird, was wir sehen. Aber viele Leute möchten wissen, was jenseits des Offensichtlichen liegt, und die detaillierten Vorstellungen, die im Laufe der Zeit durch fortgeschrittene Theorien und Experimente entwickelt wurden, lernen.

Wir können aber auch fragen, warum wir überhaupt Wissenschaft betreiben wollen, insbesondere fortschrittliche Wissenschaft wie die Art, die ich erkläre. Die Antwort ist nicht unbedingt direkt. Wir wissen, dass wir mit fortschrittlicher Wissenschaft viele Fortschritte erzielen, aber der endgültige Nutzen ist nicht immer vorhersehbar. Bei vielen großartigen Entdeckungen in der Wissenschaft konnten Sie die Punkte nicht immer im Voraus verbinden. Aber wenn Sie diese erstaunlichen Dinge tun, die die Technologie bis an die Grenzen ausdehnen und den Einfallsreichtum an ihre Grenzen bringen, endet das oft mit bemerkenswerten Leistungen. Wenn Sie ein gebildetes und interessiertes Publikum haben, machen Sie tendenziell Fortschritte.

WordsSideKick.com: Sie schreiben über den Large Hadron Collider in der Schweiz. Dies ist eines der größten Experimente, die gerade durchgeführt werden. Warum ist der LHC so wichtig?

Randall: Der Large Hadron Collider untersucht die höchsten Energien und die kürzesten Entfernungen, die wir jemals erkunden konnten. Wir können einige bemerkenswerte Fakten über das ultimative Make-up der Welt erfahren. Die erste Frage, die Experimente am LHC beantworten sollten, lautet, wie Elementarteilchen ihre Masse erhalten. Warum bewegt sich nicht alles mit Lichtgeschwindigkeit? Viele der Strukturen im Universum haben sich gebildet, weil die Elementarteilchen Masse haben. [Infografik: kleinste Partikel der Natur zerlegt]

Die zweite Frage ist, warum Massen sind, was sie sind. Wenn Sie tatsächlich nur die Prinzipien der Quantenmechanik und der speziellen Relativitätstheorie anwenden, würden Sie Massen erwarten, die viel größer sind.Dies stellt sich als sehr herausfordernde Frage heraus. Die Antwort könnte tiefgreifende und grundlegende Konsequenzen haben. Die besten Erklärungen, die sich bisher als exotisch erwiesen haben, sind Erweiterungen der Raum-Zeit-Symmetrien oder sogar eine zusätzliche Dimension des Raums.

Drittens könnte uns der LHC dabei helfen, dunkle Materie zu beleuchten. Es gibt einen Grund zu der Annahme, dass zwischen der Energieskala des Large Hadron Collider und der Masse der dunklen Materie ein Zusammenhang besteht. In diesem Experiment werden gerade einige sehr interessante Energiesysteme untersucht. Es könnte tatsächlich einige sehr interessante mögliche Modelle ausschließen. Es gibt wirklich sehr, sehr interessante Fragen, die uns der LHC ansprechen kann.

WordsSideKick.com: Der LHC ist 2008 online gegangen. Ist es überraschend, dass noch keine neue Physik entdeckt wurde?

Randall: Es ist absolut nicht überraschend. Es läuft noch nicht mit voller Energie und nicht mit voller Intensität. Es ist noch nicht der Punkt, an dem wir unbedingt etwas entdecken wollen.

Die Ausnahme ist das Higgs-Boson, das mit Partikeln zu tun hat, die ihre Masse erhalten. Wir gehen davon aus, dass das Higgs-Boson leicht genug ist, um im nächsten Jahr erreichbar zu sein. Die wahrscheinlichste Masse dieses Partikels ist so, dass es auf eine Weise zerfallen würde, die wir noch nicht gesehen hätten. Im kommenden Jahr sollte es jedoch genügend Kollisionen geben, um Beweise zu finden.

Auf der anderen Seite, wenn Sie mich gefragt hätten, erwarten wir die Beweise für andere Theorien, beispielsweise solche, die erklären, warum die Massen so leicht sind. In diesem speziellen Lauf hätte ich nein gesagt. Diese Teilchen und Phänomene, die mit ihnen in Verbindung stehen, treten wahrscheinlich nur bei höherer Energie auf.

WordsSideKick.com: Was sind neben dem LHC einige der aufregendsten Experimente, die derzeit in der Physik durchgeführt werden?

Randall: Experimente mit dunkler Materie sind im Moment sehr interessant, und es gibt einige davon. Das XENON-Experiment wird in diesem Jahr einige sehr interessante Ergebnisse zeigen.

Interessant ist auch der Planck-Satellit, der die Strahlung des Urknalls aus der Vergangenheit erforscht, als sich geladene Teilchen zu neutralen Atomen vereinigten. So können wir sehr genaue Informationen über die frühe Geschichte des Universums erhalten.

WordsSideKick.com: Wie vollständig ist unser aktuelles Bild des Universums? Sind allgemeine Relativitätstheorie und Quantenmechanik ein echtes Modell dafür, was vorgeht?

Randall: Die Theorien, die wir jetzt haben, die Sie gerade erwähnt haben, sie funktionieren. Sie sind definitiv erfolgreiche Theorien. Es kann jedoch eine Menge tiefer liegender Strukturen geben.

Als Quantenmechanik und Relativitätstheorie entdeckt wurden, bedeutete das, dass Newtons Gesetze falsch waren? Es bedeutete nur, dass sie nicht die ultimative zugrunde liegende Theorie waren. Sie können zu Regimen gehen, Sie können zu sehr hohen Geschwindigkeiten oder zu einer Atomgröße gehen und sehen, dass Sie Newtons Gesetze auf diesen Skalen wirklich nicht anwenden können. In diesen Maßstäben sind Newtons Gesetze nicht richtig. Aber wenn Sie einen Ball durch die Luft werfen, sind die Newton'schen Gesetze vollkommen in Ordnung.

Ja, ich glaube, es könnte durchaus ultimative Theorien geben. Wir glauben immer, dass wir die endgültige Antwort auf einer bestimmten Ebene haben, aber wir haben nie recht. Wahrscheinlich gibt es tiefere Theorien, aber das bedeutet nicht notwendigerweise, dass die Dinge, an denen wir gerade arbeiten, falsch sind.

WordsSideKick.com: Wenn Sie in einer wissenschaftlichen Ära geboren werden könnten, für welche würden Sie sich entscheiden?

Randall: Wahrscheinlich heute, da es als Frau wahrscheinlich leichter ist, ein Teil der Wissenschaftsgemeinschaft zu sein, als jemals zuvor.

WordsSideKick.com: Woran arbeiten Sie derzeit, wenn Sie selbst nachforschen?

Randall: Es gibt verschiedene Richtungen. Man hat mit dunkler Materie zu tun, der Materie im ganzen Universum, die nicht mit Licht interagiert. Für mich ist die faszinierendste Frage in Bezug auf dunkle Materie, warum die Energie in dunkler Materie etwa sechsmal so groß ist wie in normaler Materie. Im Prinzip hätte es völlig anders sein können. Wenn es nicht auf die gleiche Weise wie gewöhnliche Materie interagiert, könnte es hundert oder eine Billion Mal die Energie enthalten haben. Die Tatsache, dass die Energien in dunkler und gewöhnlicher Materie so nahe beieinander liegen, scheint wirklich darauf hinzuweisen, dass etwas tiefes und grundlegendes vor sich geht, und das möchte ich wirklich gerne wissen.

Die andere Richtung, an der ich arbeite, hat mit der Physik zu tun, die am Large Hadron Collider studiert wird. Wir haben die allgemeine Vorstellung, dass der Large Hadron Collider die richtige Energie hat, um nach neuen physikalischen Phänomenen zu suchen. Es ist aber auch wahr, dass Massen schwerer und für ihre Energien unzugänglich sein können. Eine der Herausforderungen besteht darin, sowohl leichte als auch schwere Materie unterzubringen, die beide für ein erfolgreiches Modell unerlässlich erscheinen. Zusammen mit Mitarbeitern erforsche ich ein sehr interessantes Kandidatenmodell, das aktuelle experimentelle Ergebnisse auf natürliche Weise berücksichtigt.

Sie können WordsSideKick.com-Autorin Clara Moskowitz auf Twitter @ClaraMoskowitz folgen. Weitere wissenschaftliche Nachrichten finden Sie auf Twitter @wordssidekick unter WordsSideKick.com.

Warum Sie Sich Vor Der Wissenschaft Nicht Fürchten Sollten - Auch Der Teilchenphysik

FAQ - 💬

❓ Was versteht man unter Teilchenphysik?

👉 Die Teilchenphysik beschäftigt sich mit den fundamentalen Fragen, aus was Materie letztlich beschaffen ist und welche grundsätzliche Arten von Materie überhaupt im subatomaren Bereich existieren.

❓ Was macht ein Teilchenphysiker?

👉 Ein Teilchenphysiker studiert, wie Elementarteilchen existieren und wie sie miteinander wechselwirken. Bekannte Elementarteilchen sind zum Beispiel die Photonen, die Elektronen oder die Quarks. Auch das mysteriöse Higgsboson, das allen Elementarteilchen ihre Masse verleiht, ist ein Elementarteilchen.

❓ Ist Teilchenphysik Quantenphysik?

👉 Die aktuelle Elementarteilchentheorie, das sogenannte "Standardmodell", basiert auf der Quantenphysik und erklärt die Massen der Elementarteilchen durch den "Higgs-Mechanismus". Es beschreibt auch, wie Protonen und Neutronen durch die "starke Wechselwirkung" aus Quarks entstehen.

❓ Was ist das kleinste Teilchenphysik?

👉 Nach dem heutigen Wissensstand sind die Quarks – aus denen zum Beispiel ein Proton besteht – und die Leptonen – wie zum Beispiel das Elektron – die kleinsten und somit nicht weiter teilbaren Bausteine unserer Welt. Zwölf solcher Elementarteilchen gibt es in dem Standardmodell der Teilchenphysik.

❓ Welche Teilchen gibt es in der Physik?

👉 Wie viele Teilchen gibt es?

  • sechs Quarks.
  • drei Leptonen.
  • drei Neutrinos.
  • Bosonen, die Teilchen der Wechselwirkung.

❓ Sind Teilchen Materie?

👉 durch das Kriterium einer nichtverschwindenden Masse, dann zählen auch Teilchen wie die W- und Z-Bosonen zur Materie.


Videoergänzungsan: Was soll Wissenschaft (heute)? Diskussion.




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