Neues aus der Quantenphysik: Unser Universum ist ewig

Der Physiker und Mathematiker Garrett Lisi, Verfasser der "besonders einfachen Theorie von Allem", im Interview: "Die Natur ist letztlich ein konsequentes Ganzes"

Antony Garrett Lisi entwickelte 2007 eine "Weltformel", die mit einigen eleganten Formeln alle Vorgänge und Zustände im Universum beschreibt und von beeindruckender Einfachheit und Schönheit ist. Diese Theorie nennt sich "Eine besonders einfache Theorie von Allem" und verbindet Einsteins Relativitätstheorie mit der Teilchenphysik. Mit ihrer Hilfe kann die gesamte Wirklichkeit erklärt werden, vom immens Kleinen im Quantenbereich bis zu den größten kosmischen Strukturen, den Galaxienhaufen und Superhaufen.

Garrett Lisi stützt seine Theorie auf der größten exzeptionellen Lie-Gruppe E8, wobei er die bekannten Elementarteilchen entsprechend der Lie-Algebra anordnet. Obwohl in der Forschergemeinde die Meinung vorherrscht, Lisis Prinzip sei - neben der Stringtheorie - ein möglicher Weg das Standardmodell mit der Gravitation in Einklang zu bringen, ist seine Arbeit noch sehr umstritten. Wenn der Physiker und Mathematiker nicht gerade mit dem Nachdenken über das Universums beschäftigt ist, geht er seiner zweiten Leidenschaft nach, dem Surfen.

Theoretische Physik ist für mich das größte existierende Puzzle

Weshalb haben Sie theoretische Physik studiert? Warum insbesondere die E8-Theorie? Gab es dafür ein auslösendes Erlebnis in Ihrer Kindheit oder Jugend?

Antony Garrett Lisi: Ich konnte Leute nicht wirklich leiden. Ich wollte meine Zeit damit verbringen, über die Natur nachzudenken - über Dinge, die nicht vom Menschen gemacht wurden - und ich war gut in Mathematik. Theoretische Physik ist für mich das größte existierende Puzzle. Besonders interessierte ich mich für die Beziehung zwischen Einsteins Gravitationstheorie und der aktuellen Beschreibung der Teilchenphysik.

Einsteins Schwerkraft ist schön und rein geometrisch, also muss es eine ähnliche geometrische Beschreibung für Elementarteilchen geben. Nachdem ich 10 Jahre lang unterschiedliche Ansätze getestet habe, fand ich eine geometrische Übereinstimmung zwischen den mathematischen Strukturen der Schwerkraft, den Elementarteilchen und der E8-Lie-Gruppe.

Könnten Sie Ihre "Theorie von Allem" so erklären, als ob Sie ein 5-jähriges Kind vor sich hätten?

Antony Garrett Lisi: Man kann sich die vielen Hunderte verschiedene Arten von Elementarteilchen wie verschiedene Farben und Formen von Legosteinen vorstellen. Was ich herausgefunden habe, ist, dass diese Gruppe von Stücken, Teile eines sehr komplexen und schönen Gebildes zu sein scheinen, wenn sie in einer bestimmten Weise zusammengebaut werden.

Gibt es relevante Updates in Ihrer Theorie?

Antony Garrett Lisi: Vor ein paar Jahren gelangte ich zu einem neuen Verständnis von Raumzeit in der Theorie - indem ich unsere vierdimensionale Raumzeit in eine deformierende E8-Lie-Gruppe von unendlichem Ausmaß einbaute. Eine Implikation ist, dass unser Universum ewig ist - es dehnt sich zeitlich unendlich vor dem Urknall aus und für immer in die Zukunft.

Symmetrie und Einfachheit scheinen zwei Hauptinstanzen Ihrer Theorie zu sein. Auch in der Natur scheinen Symmetrie und Einfachheit allgegenwärtig zu sein. Wir beobachten, dass selbst die komplexesten Phänomene sich auf sehr einfache Erklärungen zurückführen lassen. Das gibt den Eindruck von Wahrhaftigkeit. Warum denken Sie, kann Komplexität in der Natur letztlich durch sehr "einfache" Formeln erklärt werden? Gibt es eine Formel hinter den Formeln?

Antony Garrett Lisi: Es ist ein Rätsel, warum Mathematik unsere physikalische Realität so effektiv beschreibt - aber es ist so. Einige Zweige der Mathematik sind besonders wichtig. Es ist seit langem bekannt, dass Symmetrie, die überwiegend durch mathematische Strukturen namens "Lie-Gruppen" beschrieben wird, eine sehr wichtige Rolle in der Teilchenphysik spielt.

Diese Lie-Gruppen verbinden sich ganz natürlich mit größeren Lie-Gruppen, und das in einer Weise, die der Teilchenphysik entspricht ... so ist es denkbar, dass unser ganzes Universum von einer einzigen, vorübergehend in viele verschiedene Stücke aufgeteilten Lie-Gruppe beschrieben werden kann; Komplexität entsteht sowohl durch die vielfältige Struktur der fundamentalen Lie-Gruppe als auch durch ihre Erregungen, wenn ihre Symmetrie unterbrochen wird; so wird die chaotische, aber auch subtil geordnete Welt geschaffen, die wir um uns sehen. Warum das Universum die physische Instanziierung einer relativ einfachen geometrischen Mathematik zu sein scheint ... darüber kann man nur spekulieren.

Hat die geometrische Form Sie anfänglich inspiriert? Ist die Geometrie die Ursache oder die Wirkung (der Ankunftspunkt) in Ihrer Theorie? Mit anderen Worten: haben sie mit der Geometrie begonnen, um zur mathematischen Formel zu gelangen oder umgekehrt?

Antony Garrett Lisi: Ich begann mit geometrischer Mathematik, Teilchenphysik und der Schwerkraft - im Wesentlichen eine reiche Ansammlung von Algebra-Rechnungen, die durch Matrizen ausgedrückt wurden. Erst nach einer langen Zeit habe ich entdeckt, dass die von mir zusammengestellte Mathematik einem rein geometrischen Bild entspricht - und dass es ... hübsch war. Es war tatsächlich ein wenig schockierend.