In seinem viel beachteten Buch " Abschied von der Weltformel" vertritt der Physik-Nobelpreisträger Robert Laughlin die These, daß mit dem Reduktionismus der heutigen Physik die Welt nicht erklärt werden kann. Reduktionismus ist die Suche nach immer niedrigerenTeileebenen mit immer leistungsfähigeren Teilchen-Beschleunigern - denn nach der Heisenbergschen Unbestimmtheitsrelation muss immer mehr Impulsenergie aufgebracht werden, um immer kleinere Raumgebiete aufzulösen.

Die Welt besteht aber nicht nur aus einzelnen Teilchen ohne jegliche Beziehung untereinander. Sie besteht aus strukturbildenden Ensembles von Teilchen. Die Emergenz, das Entstehen neuer Eigenschaften auf unterschiedlichen Strukturebenen , kann durch den Reduktionsmus nicht erklärt werden. Wie recht Robert Laughlin hat !

Aber müssen wir uns deswegen gleich von der Weltformel verabschieden ?

Die Welt ist voll von Gegensätzen , von Ying und Yang, von Dualitäten. Das ganze 20. Jahrhundert war bestimmt durch den Dualismus von Raum und Zeit und von Welle und Teilchen. Der Welle-Teilchen Dualismus wurde aufgelöst durch den Begriff der Wirkung . Die Beziehung von de Broglie

p= h / Lambda

komprimiert diesen Dualismus in einer prägnanten einfachen Formel.

Das Lehrgebäude der heutigen Physik ist aufgebaut auf der Wirkung, angefangen mit der Newtonschen Mechanik, dem Elektromagnetismus von Maxwell, der Atomtheorie und letztendlich dem Standardmodell der Elementarteilchen. Die Wirkung als das Produkt von Energie und Zeit hat sich als enorm tragfähiger Begriff in der Physik erwiesen. Schon vor 200 Jahren gab es das Prinzip der minimalen Wirkung in der Mechanik. In der Elementarteilchenphysik haben sich die Symmetrieoperationen unter Erhaltung der Wirkung zu einem schlagkräftigen Instrument entwickelt, um Ordnung in den in den Experimenten entstandenen Teilchenzoo zu bringen.

Wenn wir das Yang zur Wirkung finden, eine neue Dualität aufspüren, dann dürfen wir auch wieder an die Weltformel glauben . Und den gegensätzlichen Pol in dieser neuen Dualität finden wir in der Entropie.

So wie die Wirkung den Dualismus von Welle und Teilchen auflöst, so löst die Entropie einen anderen Dualismus, nämlich den von Chaos und Ordnung auf.

Es gibt zwei Gebiete der Physik, die nicht recht zu dem Lehrgebäude der Wirkung passen. Es ist einmal die Thermodynamik und zum anderen die Chaosphysik, die sich mit der Verfügbarkeit der ersten leistungsfähigen Personalcomputer in den 80-iger Jahren entwickelt hat. Einfache rekursive Algorithmen mit komplexen Zahlen haben farbige Bilder auf den Bildschirm gezaubert, die eine Welt mit ganz neuen Dimensionen erschlossen. Es waren neue Dimensionen im wahrsten Sinne des Wortes, Dimensionen mit gebrochenen Zahlen. Küstenlinien hatten die Dimension 1,7 und befanden sich damit zwischen der Dimension der Linie und der Dimension der Fläche.

Die Thermodynamik beschäftigt sich mit den Eigenschaften der Wärme und ihre Nutzung . Vor 300 Jahren glaubte man noch, die Wärme sei ein Fluidum, das den Körpern innewohnt und ihnen entfleucht. Beim Aufbohren von Geschützrohren sah man dann, dass fortwährend Wärme erzeugt wurde. Das führte zu inneren Widersprüchen der Theorie vom Fluidum.

Während der Entwicklung der Dampfmaschinen hat man sich dann systematisch mit der Theorie der Wärme beschäftigt Dampfmaschinen sollten anfangs in England das nachfließende Wasser aus den Kohlebergwerken herauspumpen. Dabei machte man sich die Erfahrung zunutze , daß Wasser beim Erhitzen sich in Dampf umwandelt, der ein Mehrfaches an Raum einnimmt. Umgekehrt kann der Dampf dann wieder beim Abkühlen zu Wasser kondensieren. Wird ein mit Dampf gefülltes, einseitig verschlossenes Rohr ins Wasser getaucht, so entsteht im Rohr beim Abkühlen ein Vakuum und das Wasser steigt im Rohr infolge des äußeren Luftdrucks hoch. Die Steighöhe kann dabei 10 m nicht überschreiten. Durch Schalten von Ventilen und Aufbau einer Kaskade, konnte dann das Wasser aus dem Schacht des Bergwerks nach außen befördert werden.

Im den nächsten Etappen baute man in den Arbeitszylinder einen Arbeitskolben. Der Dampf wurde in einem separaten Kondensator gekühlt. Die Einlaß- und Auslaßventile für den Dampf wurden mit einem Gestänge gesteuert. Der Arbeitskolben setzte die Hubbewegung in eine Rotationsrichtung um . Auf diese Weise entstand die Dampfmaschine, die dann die industrielle Revolution in mechanisierten Werkstätten und Fabriken einleitete,

Der Mensch lernte, den Phasenübergang zwischen Dampf und Wasser zu beherrschen und für seine Arbeit zu nutzen. Er wandelte die chaotische Bewegung der Wärme in eine gerichtete geordnete Rotationsbewegung um.

Die Natur ging diesen Weg zwischen Chaos und Ordnung schon seit über 3 Milliarden Jahren mit der Entwicklung des Lebens. Wasser , Licht und Wärme und chirale organische Substanzen sind die Essenzen für das Entstehen des Lebens. Wasser hat im flüssigen Zustand bei unterschiedlichen Temperaturen mehrere Phasen. So gibt es bei 37 °C eine Phasengrenze zwischen einer flüssigen und einer flüssig-kristallinen Phase.

Auch beim Vakuum spricht man von einzelnen Phasen. Die 3 bekannten Phasengrenzen werden dabei mit der Abspaltung der Kräfte in Zusammenhang gebracht. Seit die kosmische Hintergrundstrahlung entdeckt worden ist, hat sich das Urknallmodell gegenüber dem steady-state-Modell durchgesetzt. Am Anfang der Welt war ein kosmisches Feuer bei unvorstellbar hoher Temperatur. Allgemein spricht man dabei von der Plancktemperatur von 10^32 °K . Das Universum kühlte sich ab und spaltete dabei die 3 bekannten Kräfte ab, die Gravitationskraft, die starke Kraft und die schwache Kraft. Die 4. Kraft ist die elektromagnetische Kraft.

Am Anfang war die Wärme und aus der Wärme ist alles entstanden. Die Wärme kann als die Urladung aufgefasst werden und sie wird nach neuen didaktischen Konzepten mit der Entropie gleichgesetzt. An der ersten Phasengrenze spaltet sich die Wärmeladung ( = Entropie) auf in eine positiven und einen negativen Ast. Man sagt auch, die Entropie fängt an zu disproportinieren. Die Gravitationskraft spaltet sich ab und mit ihr die Antigravitation. Es entsteht ein Bereich mit positiver Raumzeitkrümmung , in dem später die Materie entstehen wird , die sich gegenseitig anziehen wird und ein Bereich mit negativer Raumzeitkrümmung, der Sitz der dunklen Energie. Die dunkle Energie treibt das Universum auseinander.

Noch gibt es keine Zeit, noch gibt es noch keinen Raum. Es gilt das Prinzip der Unbestimmtheit und das Prinzip der Ununterscheidbarkeit.

An der zweiten Phasengrenze scheidet sich die starke Kernkraft aus. Die Reichweite der starken Kernkraft ist begrenzt. Unter irdischen Verhältnissen ist die Reichweite 10^-13 m . Innerhalb der Reichweite der starken Kernkraft entsteht dann die Materie. Materie entsteht aus Strahlung.

Strahlung besteht aus Materie und Antimaterie . Mesonen, die Quanten der Kernstrahlung, bestehen aus Quarks und Antiquarks. Wie kann dann aus Strahlung Materie entstehen ? Und wie entsteht die Zeit ?

Ein winziges Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie ist hierfür die Voraussetzung . Nach dem berühmten Physiker Feynman ist Antimaterie Materie , die in der Zeit zurückläuft. Bei einem exakten Gleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie kann sich keine Zeit herausbilden. Zeit benötigt einen Zeitpfeil. Sie muß irreversibel sein. Dann kann sie auch wahrgenommen werden.

An der 3. Phasengrenze spaltet sich die schwache Kernkraft ab. Sie unterscheidet zwischen rechts und links. Als in einem Experiment 1954 die Paritätsverletzung nachgewiesen wurde, war das zuerst ein Schock. Eine der als unumstößlich angesehenen Symmetrien, die Symmetrie des Raums, war gebrochen. Bild und Spiegelbild fielen auseinander. Doch nach heutigem Verständnis entsteht an der 3. Phasengrenze die Masse der Elementarteilchen. Oberhalb der Phasengrenze sind die Elementarteilchen masselos und bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit , unterhalb der Phasengrenze haben sie die im Experiment gemessenen Massen und v < c . Die Natur unterscheidet dann zwischen rechts und links.

Berühmt sind die Gedankenexperimente von Albert Einstein bei der Entwicklung seiner Speziellen Relativitätstheorie. Reitet jemand auf einem Lichtstrahl, dann kann er von niemanden eingeholt oder überholt werden. Wird ein Propellerflugzeug von einem Düsenflugzeug überholt , dann sieht der Düsenjägerpilot beim Herannahen , wie sich der Propeller rechts dreht, beim Überholen sieht er dann beim Zurückblicken, wie sich die Drehbewegung des Propellers umgedreht hat. Die Raumsymmetrie ist gebrochen.

Bekannt ist die Asymmetrie des Raums bei der lebenden Materie. Proteine bestehen aus Aminosäuren. In der lebenden Materie sind die Aminosäuren nahezu ausnahmslos linksdrehend. Die Aminosäuren in der gesamten Nahrungskette sind linksdrehend. Bei der Herstellung von Medikamenten hat man diese Tatsache erst spät erkannt und ernst genommen. Beim Schlafmittel Contergan hatte man in den 60-iger Jahren eine rechts drehende Aminosäure übersehen , mit den bekannten schrecklichen Folgen. Erst in der neuesten Zeit ist man dabei mit großem Aufwand linksdrehende und rechtsdrehende Aminosäuren zu trennen. Bei der großtechnischen Herstellung entstehen immer Racemere, d.h linksdrehende und rechtsdrehende Aminosäuren zugleich.

Das Massenspektrum der Quarks und Leptonen ist immer noch unverstanden . Besonders die Massenhierarchie gibt Rätsel auf. Ordnet man die Massenverhältnisse auf der logarithmischen Zahlengerade an, dann läßt sich eine Struktur erkennen.