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«Fenster ins Dunkle des Universums»
Durch den Teilchenbeschleuniger LHC kommen Physik, Kosmologie und Philosophie zusammen, meint der Chef der der Europäischen Organisation für Kernforschung. Was Einstein mit Goethes «Faust» verbindet, erläutert Rolf-Dieter Heuer im Interview.
Am 10. September schießt die größte Maschine der Welt, der Large Hadron Collider (LHC), mit annähernder Lichtgeschwindigkeit Protonen aufeinander. Nichts Geringeres als das Rätsel um die Entstehung des Universums soll gelöst werden.
Rolf-Dieter Heuer, bislang Teilchenphysik-Direktor am Deutschen Elektronen-Synchrotron (Desy) in Hamburg, übernimmt Anfang 2009 das Amt des Generaldirektors der Europäischen Organisation für Kernforschung (Cern). Der «Herr der Teilchen» erklärt das LHC-Projekt, an dem tausende Physiker mitwirken.
Der Teilchenbeschleuniger LHC ist nach Cern-Angaben die größte Maschine, die Menschen je gebaut haben. Wozu ein derartiger Aufwand?
Heuer: «Die Teilchenphysik untersucht, was die Bausteine der Materie sind und welche Kräfte zwischen ihnen wirken. Das sind die beiden Grundfragen. Es geht also um die Faust'sche Frage, was die Welt im Innersten zusammenhält. Das erklärt dann auch alles Folgende, darauf baut das gesamte Wissen der Physik auf. Diese zwei Grundfragen versuchen wir zu beantworten.»
Und wieso benötigt man dazu so große Maschinen?
Heuer: «Dafür gibt es zwei Gründe. Erstens: Wenn Sie kleine Bausteine untersuchen wollen, brauchen Sie große Geräte. Die Sonde, mit der Sie etwas untersuchen wollen, muss stets kleiner sein als die Probe. Je kleiner Ihre Sonde wird, desto höhere Energie müssen Sie aufwenden. So ist man vom Mikroskop zum Elektronenmikroskop gekommen, dann zu den kleinen Beschleunigern und schließlich zu den großen.
Der zweite Grund ist Albert Einsteins berühmte Formel E=mc². E ist die Energie, die proportional ist zur Masse m multipliziert mit dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit c. Wenn Sie etwas Neues finden wollen, müssen Sie die Schwelle der Energie überschreiten, mit der Sie es erzeugen können. Und wenn ich eine große Masse erzeugen will, brauche ich eine hohe Energie. Das sind die beiden Gründe, warum die Maschinen so groß sein müssen.»
Das Bild der Natur ist doch schon ziemlich detailliert, welche entscheidenden Informationen fehlen denn noch, die Sie vom LHC erwarten?
Heuer: «Wir wissen natürlich schon sehr viel. Wir haben in den letzten Jahrzehnten unheimlich viele Fortschritte gemacht. Wir haben ein sehr gutes, sehr tiefes Verständnis der Teilchen und Kräfte, das sogenannte Standardmodell der Teilchenphysik. Es hat aber eine gravierende Lücke: Ein ganz wichtiger Baustein fehlt noch, nämlich der Baustein, der Elementarteilchen ihre Masse gibt. Das ganze mathematische Gerüst dieses Modells ist aber zunächst nur gültig für masselose Teilchen. Wir wissen aber, dass die Teilchen Masse haben. Und da kommt der sogenannte Higgs-Mechanismus ins Spiel, auch ein mathematisches Modell, eingeführt vom Briten Peter Higgs und zwei Belgiern. Wenn man diesen theoretischen Mechanismus kombiniert mit dem Standardmodell, kann man erklären, wie die Elementarteilchen zu ihrer Masse kommen.»
Wie kann man sich diesen Higgs-Mechanismus vorstellen?
Heuer: «Es ist eine Art Feld, das überall existiert, und die Elementarteilchen wechselwirken mit diesem Feld. Wenn ein Teilchen stark wechselwirkt, erhält es eine große Masse, wenn es schwach wechselwirkt, erhält es eine kleine Masse. Dazu gibt es das Beispiel von den Journalisten: Wenn das kalte Buffet abgeräumt ist, sind sie gleichmäßig verteilt im Raum. Jetzt kommt von links jemand Unbekanntes herein und durchquert völlig ungehindert den Raum. Wenn dann jemand Bekanntes hereinkommt, ballen sich sofort Journalisten um diese Person. Bald lassen die ersten wieder los, die nächsten kommen hinzu - die Person wird langsamer und hat praktisch dadurch eine größere «Masse». Je bekannter eine Person ist, desto «schwerer» ist sie.»
Und der LHC wird diesen Higgs-Mechanismus bestätigen?
Heuer: «Wenn wir das Higgs-Teilchen finden - das entspricht den zusammengeballten Journalisten im obigen Beispiel - dann haben wir den Higgs- Mechanismus bestätigt, und dann können wir erklären, wie ein Teilchen zu seiner Masse kommt. Die Messungen an bisherigen Beschleunigern zusammen mit der Theorie sagen ganz klar, dass dieses Higgs-Teilchen im Energiebereich des LHC liegen muss. Wenn es der LHC nicht findet, dann hat das Standardmodell ein Problem. Mit diesem Baustein steht und fällt alles. Das ist extrem spannend. Die ersten Entdeckungen könnten aber Jahre dauern.»
Und wäre damit dann das physikalische Bild der Natur komplett?
Heuer: «Mit dem Higgs-Teilchen hätten wir das Standardmodell zwar im Wesentlichen bestätigt. Aber damit verstehen wir nur vier bis fünf Prozent dessen, was es im Universum gibt, nämlich die sichtbare Welt. Wir verstehen, wie ein Tisch, die Sterne und so weiter aufgebaut sind. Wir wissen aber, dass über 95 Prozent des Universums aus Dunkler Energie und Dunkler Materie bestehen. Die Dunkle Materie - rund ein Viertel des Universums und etwa 80 Prozent der Masse darin - verhält sich nach allen Messungen der Astrophysik wie normale Materie, nur dass wir sie nicht sehen. Wir kennen die Teilchen nicht. Die können nur ganz schwach wechselwirken, deshalb haben wir sie noch nicht gefunden.»
Kann der LHC die Dunkle Materie dingfest machen?
Heuer: «Der LHC wird ein Fenster in dieses Dunkle Universum öffnen, hoffe ich. Das finde ich faszinierend. Die Möglichkeit, den ersten Schritt in das Dunkle Universum zu gehen, finde ich ganz fantastisch. Das ist natürlich nicht garantiert, aber die Wahrscheinlichkeit, Kandidaten für die Dunkle Materie zu finden, ist relativ groß.»
Wie viel Zeit haben Sie dazu?
Heuer: «Der LHC-Vorgänger am Cern, LEP, ist 12 Jahre gelaufen. Ich gehe von mindestens 15 Jahren beim LHC aus. Das ist wirklich das mindeste, das er laufen sollte. Fragen dafür gibt es genug. Ich glaube, wir sind jetzt gerade in einer wissenschaftlich spannenden Phase, wo Teilchenphysik, Astrophysik, Kosmologie und nicht zu vergessen auch Philosophie zusammenkommen, weil wir uns mit dem, was wir untersuchen, immer näher an den Urknall heranbewegen und diese Fragen da sehr stark verkoppelt sind.»
(Till Mundzeck/dpa)
Werden künstlich erzeugte schwarze Löcher (im kleinen Rahmen) nicht schon seit Jahren in diversen Haushalts- und Firmengeräten eingesetzt?
Inwiefern diese Experimente gemacht werden um das Energieproblem zu lösen ist allerdings fraglich. Ich bin kein Fan von Verschwörungstheorien, aber ich bin skeptisch ob solche neue Energiewege wenn sie gefunden wurden zugelassen werden solange die Ölindustrie noch die Vorherrschaft hat. Falls doch will ich aber ne Brennstoffzelle, Schwarzlochzelle (oder wie auch immer man das dann nennt ) im Laptop dann könnte man paar Jahre ohne Laden auskommen.
Da die Dinger recht mächtig sind wird es auch wenn dem so ist Sachen um sich rum verschlucken.
Ich meine von den Dingern gibt es im Weltraum auch einige, die Wahrscheinlichkeit, dass also eins rauskommen könnte ist meiner Meinung nach schon noch da.
Ich denke mal die Wissenschaftler werden da nicht unbedingt ein Risiko eingehen wenn eins bestünde, immerhin wären die Forscher die das beobachten die ersten die verschluckt werden.
Welches Energieproblem? Was haben Teilchenbeschleuniger damit zu tun? Wo hast du das denn her? Kann es sein, dass du hier Fusionsreaktoren mit dem LHC verwechselst?
Aber das "Abfallprodukte" aus Forschungen zu etwas anderem genutzt werden kam ja schon häufiger vor. TEFLON Pfannen aus Raumforschung, Internet aus Militärforschung, usw.
Mir persönlich stellt sich die Frage, welchen Fortschritt die Erschaffung und Beherrschung eines künslichen schwarzen Lochs auf dem Gebiet der Waffentechnik bringen würde.
Das wäre nun wirklich kein Fortschritt. Bei schwarzen Löchern die als Waffe eingesetzt werden sollen(so überhaupt möglich) besteht wirklich Weltuntergangsgefahr. Um als Waffe zu taugen müssten sie nämlich Materie ansaugen und da bestünde die akute Gefahr das es zum Allesfresser wird.
Mir fällt kein sinnvolles Anwendungsgebiet ein.
Abwehr von Geschossen aus dem All ?
Ja, eine Waffe die ein schwarzes Loch erzeugt wäre wirklich nützlich für den Weltfrieden.
Atombomben sind eigendlich schon zuviel des Guten .
und reichen ersma als "machs du mich platt, mach ich dich platt" Waffe um ne Pattsituation zu erreichen(und selbst da krieselt es).
Noch üblere Waffen würden einfach nur das Vernichtungslevel auf ein apokalyptischeres Level heben. .
Wenn die Länder dieser Welt mal die hälfte ihrer Millitärausgaben in einen Topf werfen und Probleme wie Hunger und Umweltverschmutzung usw. angehen würden wäre der Menschheit weit mehr gedient. Aber Egoismus und Gier sei dank wird das niemals geschehen.
Das funktioniert nicht.
Ein Schwarzes Loch hat eine Masse, nämlich die Masse der Materie, welche es vor seiner Entstehung schon hatte und natürlich alles an Masse, welches es aufnimmt.
Gelänge es uns, ein hinreichend stabiles(1) Schwarzes Loch in die Richtung eines Planetkillers zu schiessen(2), dann würde dieser zwar im Schwarzen Loch verschwinden, aber die gesamte Masse würde trotzdem auf unsere Erde draufklatschen. Und wie du sicherlich weißt, ist eine Punktbelastung noch wesentlich verheerender, als eine Flächenbelastung.
Aber:
(1) Erstens gibt es in unserem gesamten Sonnensystem nicht genug Masse, damit ein stabiles Schwarzes Loch zustande kommen kann.
(2) Zweitens dürfte es recht schwierig werden, ein Schwarzes Loch von außen zu bewegen, ohne in selbes hineinzugeraten.
Wo wäre der Unterschied, ob man die Welt mit Atomwaffen 45mal vernichten könnte, oder mit einem künstlichen schwarzen Loch einmal ?
(2), dann würde dieser zwar im Schwarzen Loch verschwinden, aber die gesamte Masse würde trotzdem auf unsere Erde draufklatschen.
Jedihammer schrieb:Meister Moe schrieb:Wenn die Länder dieser Welt mal die hälfte ihrer Millitärausgaben in einen Topf werfen und Probleme wie Hunger und Umweltverschmutzung usw. angehen würden wäre der Menschheit weit mehr gedient. Aber Egoismus und Gier sei dank wird das niemals geschehen.
Die Frage ist, was wichtiger ist.
Einen Staat Verteidigungsbereit zu halten oder den Hunger in einem anderen Staat zu bekämpfen.
Ich persönlich wäre eher dafür, meinen Staat Verteidigungsbereit zu halten.
Solange die Sicherheit meines Staates und meiner bevölkerung gewährleistet ist, geht es mich nichts an, was in einem anderen Staat passiert.
Wie soll etwas auf die Erde aufklatschen, wenn der Gesteinsbrocken im schwarzen Loch klebt?
Da isser, der Egoismus. Was is Sicherheit ohne Versorgung? Auch wir Deutschen sind nicht unabhängig weshalb das "die anderen könn mich mal" ziemlich kurzsichtig ist.Die Frage ist, was wichtiger ist.
Einen Staat Verteidigungsbereit zu halten oder den Hunger in einem anderen Staat zu bekämpfen.
Ich persönlich wäre eher dafür, meinen Staat Verteidigungsbereit zu halten.
Solaqnge die Sicherheit meines Staates und meiner bevölkerung gewährleistet ist, geht es mich nichts an, was in einem anderen Staat passiert.
Nunja, Die Gravitation lässt sich nicht anschirmen, aber was wäre mit einer Gegenkraft? Komplett ausschließen kann man negative Gravitation nicht. Sie fällt zwar in den bereich der exotischen Materie aber is eine durchaus interesante Theorie.
Naja, wenn man bedenkt das das Universum wohl auch nur aus 2 kleinen Teilchen entstanden ist und die freigewordene Energie des Urknalls nach wie vor dafür sorgt, dass es sich ausdehnt, dann könnte es beim Teilchenbeschleuniger ja durchaus auch passieren, dass mit einer geringerfügigen zugeführten Energie um die Teilchen zu beschleunigen am ende ein großes Resultat an Energie als "abfallprodukt" entsteht.
Und was macht ein Schwarzes Loch zu einem Schwarzen Loch? Wahnsinnige Mengen an Materie, die dafür sorgen, dass die Gravitationskraft in einem räumlich begrenzten Bezugssystem alle anderen Kräfte überlagern kann. Da die Gravitationskraft aber die Schwächste der vier Grundkräfte ist, gibt es eine Mindestgrenze (liegt bei 1,4 Sonnenmassen, wobei die Sonne alleine schon 99% der Gesamtmasse unseres Sonnensystems ausmacht) für diesen "Materiekollaps".