Er führte die naturwissenschaftliche Methode in die Physik ein: Ein Experiment wird aufgebaut, zwei Parameter werden gemessen, die beiden Zahlenreihen werden durch eine Formel miteinander verknüpft und das Denkmodell wird überprüft und notfalls weiterentwickelt.
Mit seiner schiefen Ebene und den Fallexperimenten vom schiefen Turm von Pisa entdeckte er die ersten Bewegungsgesetze der Mechanik, auf die Newton aufbauen konnte.

Die Physik wird so mit der Mathematik verknüpft und diese Methode hat in den letzten 3 Jahrhunderten so gut funktioniert, daß daraus eine Fülle von Produkten für das alltägliche Leben entstanden sind. Sie erleichtern uns das Leben auf vielfältige Art und Weise.

Die Mathematik geht bei den Zahlen mit der Null und der Unendlichkeit problemlos um, während die Null und die Unendlichkeit den Physikern Kopfschmerzen bereitet. Sie fürchten die Unendlichkeit wie der Teufel das Weihwasser. Das Auftauchen von Unendlichkeiten weist auf Unvollkommenheiten in der Theorie hin. Bekannt ist die Ultraviolettkatastrophe bei der Schwarzkörperstrahlung. Jetzt kämpfen die Physiker mit Unendlichkeiten, wenn sie das Standardmodell bei Energien von 1 TeV.

Eine interessante Geschichte ist die Einführung der Lichtgeschwindigkeit c als Naturkonstante. Maxwell entdeckte, daß das Produkt aus der Dielektrizitätskonstante und der Permeabilitätskonstante des Vakuums gleich 1/c² ist . Das war ein erster Hinweis, daß das Licht eine elektromagnetische Welle ist.

Albert Einstein fand am Anfang des 20. Jahrhunderts beim Licht eine Situation voller Widersprüche vor. Licht breitete sich nach damaliger Meinung ähnlich wie Schall in einem elastischen Medium aus, genannt der Äther . Bei der bekannt hohen Lichtgeschwindigkeit musste die Steifigkeit des Äthers unendlich groß sein. Dann aber mußte der Äther die Bewegung der Planeten behindern.

Albert Einstein löste das Problem dadurch, daß er den Äther einfach abschaffte. Er postulierte die Lichtgeschwindigkeit c als Naturkonstante unabhängig vom Bewegungszustand. Das zog revolutionäre Konsequenzen nach sich.

Zeitintervalle und Raumabstände sind abhängig vom Bewegungszustand. Bewegte Uhren gehen langsamer und bewegte Maßstäbe werden kürzer. Die Satelliten des GPS-Systems bewegen sich mit 40000 km / h . Sie senden wie eine bewegte Uhr Zeitsignale, die dann im GPS- Empfänger zur Feststellung der Position verrechnet werden. Werden dabei die Korrekturen durch die Spezielle und die Allgemeine Relativitätstheorie außer acht gelassen, entstehen Abweichungen von über 10 Metern, die die Orientierung mit Hilfe des GPS massiv beeinträchtigen.

Die Naturkonstante c vereinigt Raum und Zeit zur vierdimensionalen Raumzeit. Hinsichtlich der Bewegung ist das Raumzeitintervall dabei invariant. In der Nähe der Lichtgeschwindigkeit wird Raum in Zeit und Zeit in Raum verwandelt. Das geschieht nach einer einfachen Vorschrift:

In der komplexen Zahlenebene wird der Raumvektor r auf der reellen Abszisse und die Zeit ct auf der imaginären Koordinate aufgetragen. Das Raumzeitintervall s schneidet dann die Achsen und bildet die Hypothenuse eines rechtwinkligen Dreiecks. Wird der Koordinatenursprung dann auf dem Thaleskreis der Hypothenuse bewegt, erhält man die Grundgleichung der Speziellen Relativitätstheorie :

s² = r² + (ict)²

Neben dem Wirkungsquantum h und der Lichtgeschwindigkeit c ist eine weitere wichtige Naturkonstante die elektrische Ladung e- . 1998 wurde von Thompson das Elektron, das die Elementarladung trägt, als Bestandteil der Kanalstrahlen in der Kathodenstrahlröhre entdeckt. Schon wenige Jahrzehnte später baute sich auf dem Elektron eine neue schnellwachsende Industrie auf, die Elektronik. An ein Gitter im Inneren der Kathodenstrahlröhre wurde eine Spannung angelegt, die den Elektronenstrom steuerte. Daraus entwickelte sich die Radioröhre. Später wurde der Elektronenstrahl durch ein Magentfeld gezielt abgelenkt und die erste Fernsehbildröhre konnte 1936 zu den Olympischen Spielen von deutschen Ingenieuren stolz der Weltöffentlichkeit vorgeführt werden.

Die elektrische Elementarladung e- wird durch die Ladung des Protons mit höchster Präzision kompensiert. Da die elektrische Kraft 10^40 so stark ist wie die Gravitationskraft würde sich die kleinste Abweichung vom Ladungserhaltungssatz bemerkbar machen. Grundlage der Ladungserhaltung ist die Eichsymmetrie.

Bei der Eichsymmetrie wird die Elektronen-Wellenfunktion der Schrödingergleichung mit einem globalen Phasenfaktor multipliziert, ohne daß sich die Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Elektrons ändert. Später wurde entdeckt, daß alle vier Wechselwirkungen, die elektromagnetische, die schwache, die starke und die gravitative Wechselwirkung, diesem Eichprinzip unterworfen sind.

Eine der fundamentalen Naturkonstanten in der Planckwelt-Theorie ist die Boltzmannkonstante k. In vielen populärwissenschaftlichen Büchern wird sie überhaupt nicht erwähnt. Manche Autoren bezeichnen sie als den Umrechnungsfaktor von der Temperatur in Energie. Die Konstante k wurde 1865 von Boltzmann in die Thermodynamik, der Lehre von der Wärme eingeführt. k ist das Entropiequantum und da der schwer verständliche Begriff Entropie mit Wärme gleichgesetzt werden kann, kann k auch als Wärmequantum oder auch als Wärmeladung bezeichnet werden. Die Temperatur ist dann das dazugehörige Potential und ein Temperaturunterschied setzt einen Wärmestrom ( = Entropiestrom) in Gang.

Die Thermodynamik wird von vielen angehenden Physikern als eine abgeschlossene Theorie des vorletzten Jahrhunderts betrachtet. Sie beschäftigen sich lieber mit modernen Theorien, wie die Superstringtheorie oder M-Theorie oder mit der Theorie von Higgs und seinem Higgs-Teilchen. Die M-Theorie ist für sie interessant, weil sie ein Teilchen mit dem Spin 2h beinhaltet, das mit dem Graviton gleichgesetzt wird , wobei es bis jetzt keine Anzeichen für die Existenz des Gravitons gibt. Die Jagd nach dem Higgs-Boson beginnt im März 2007. Es ist zu hoffen, das sich der Milliarden Euro Aufwand lohnen wird.

Die Entropie ist brandaktuell geworden nach der Entdeckung, daß Information negative Entropie (= Negentropie ) ist. Ein Entropiequant k ln2 wird benötigt, um 1 bit Information zu erzeugen. Und umgekehrt wird 1 Entropiequant ( = Wärmequant) benötigt , um 1 bit Information wieder aus dem Speicher zu löschen, und um Platz zu machen für das nächste Bit. Der Energieaufwand , um 1 bit Information zu erzeugen, steigt mit dem Temperaturunterschied nach Gleichung E= k ln2 * T .

Durch das Internet werden PCs auf der ganzen Welt wie Neuronen in einem Gehirn miteinander verknüpft. Die Ware Information hat in den letzten 10 Jahren einen so hohen Stellenwert bekommen, daß Suchmaschinenbetreiber innerhalb von wenigen Jahren zu Milliardären aufgestiegen sind. Sie haben die Macht durch ihren Algorithmus Goethes Werke auf der ganzen Welt publik zu machen oder im Orkus des Vergessens wie in einem Schwarzen Loch verschwinden zu lassen.

Eine weitere Entdeckung hat der Entropie ihre heutige Bedeutung in der Physik gegeben : Die Schwarzen Löcher lassen sich durch thermodynamische Gesetze beschreiben . Schwarze Löcher sind Objekte reinster Gravitation. In der Allgemeinen Relativitätstheorie sind Schwarze Löcher Singularitäten und können nicht berechnet werden. Nach Bekenstein ist die Fläche des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs gleich seiner Entropie. Der Ereignishorizont ist Sitz der Schwere. Die Flächenelemente entsprechen dem Quadrat der Plancklänge und sind äquvivalent mit dem Entropiequantum. Die schwere Ladung ist gleich der Wärmeladung. Das Quantenprinzip wird so in die Gravitationstheorie der Schwarzen Löcher eingeführt. Schwarze Löcher sind die Objekte im Universum mit der größten Entropie. Die Information der verschlungenen Materie ist hinter dem Ereignishorizont verschwunden und nicht mehr verfügbar.

Werner Heisenberg formulierte 1927 das Fundamentalprinzip der Quantenmechanik , die Unbestimmtheitsrelation. Sie ist eine Unschärfe und besagt, daß sich Ort und Zeit eines Teilchens, das den Gesetzen der Quantenmechanik unterliegt, nicht mit unendlicher Genauigkeit bestimmen lassen. Es muß beim Meßprozess mindestens ein Wirkungsquant h erzeugt werden.

Es gilt : E * t > h und p * x > h

Dieses Unschärfeprinzip folgt direkt aus der Materiewellengleichung von de Broglie

In der Planckwelt-Theorie wird eine weitere Unschärfe formuliert :
Es ist das Prinzip der Ununterscheidbarkeit : Beim Meßprozess muß mindestens ein Entropiequant erzeugt werden, damit die Teilchen und ihre Quantenzustände voneinander unterscheidbar sind.

Es gilt : E / T > k

Daraus folgt, daß beim Meßprozess immer ein Temperaturunterschied gegeben sein muß und daß dieser Prozeß irreversibel ist. Ist die erzeugte Entropie < k, können die Teilchen nicht unterschieden werden. Fermionen , z.B. Elektronen , können immer nur einen Quantenzustand besetzen. Sie unterliegen dem Pauliprinzip, das damit eine philosophische Grundlage bekommt.

Photonen sind Bosonen. Sie sind ununterscheidbar. Viele Bosonen können einen Quantenzustand besetzen. Da sich die Photonen von einer heißen Quelle zu einer kühleren Senke bewegen, ist auch dieser Prozess reversibel . Photonen laufen nie zu ihrer Quelle zurück, im Widerspruch zu den Maxwell-Gleichungen, die zeitlich reversibel sind.

Eine weitere Unschärfe, die wenig beachtet wird setzt die Lichtgeschwindigkeit als maximale Grenzgeschwindigkeit.

s / t < c

Daraus folgt, daß keine Länge und kein Zeitintervall kleiner als die Plancklänge und die Planckzeit sein kann. In der Sprache der Stringtheorie kann kein Lichtfaden kleiner als l (Pl) sein. Der Zeitpunkt 0 verschwindet in der Unschärfe der Raumzeit, und es hat keinen Sinn über den Anfang der Zeit nachzudenken.

Naturkonstanten setzen Grenzen der Erkenntnis , weil sie Unschärfen erzeugen. Jedes physikalische Gebiet ruht auf einer Naturkonstante.

Interessant wird es , wenn in Formeln Naturkonstanten miteinander verknüpft werden und damit bisher getrennte Gebiete der Physik vereinigt werden.
Das Beispiel der Lichtgeschwindigkeit c² als reziprokes Produkt der Elektizitätskonstante und der magnetischen Permeabilitätskonstante wurde schon genannt. Die Feinstrukturkonstante der elektromagnetischen Wechselwirkung alpha , die in der Quantenelektrodynamik eine große Rolle spielt ist e²/h c mit der Elementarladung e .

Wenn es bei den Naturkonstanten eine Hierarchie gibt, dann hat man den Leitfaden für das Auffinden der Weltformel. Die Weltformel muss die fundamentale Konstante der Quantenmechanik h mit der fundamentalen Konstanten der Gravitation verknüpfen, und sie muß die beiden fundamentalen Parameter Zeit t und Temperatur T beinhalten. Wenn die schwere Ladung mit der Wärmeladung gleichgesetzt werden kann, wie es in der Theorie der Schwarzen Löcher geschieht, dann hat man auch den Schlüssel zum Ursprung der Masse.

Was wird von der Weltformel erwartet ?

Die Weltformel ist einfach und kompakt wie E=m c². - Die Weltformel erklärt das Massenspektrum der Elementarteilchen. - Die Weltformel zeigt auf den Ursprung der Masse. - Die Weltformel vereinigt die zwei fundamentalen Prinzipien. - Die Weltformel brint eine neue Unschärfe. - Die Weltformel bringt den neuen Dualismus von Ordnung und Chaos . - Die Weltformel bringt die logarithmische Skaleninvarianz.