Wenn experimentelle Ergebnisse sich nicht mehr mit der herkömmlichen Theorie erklären lassen, wenn die herkömmliche Theorie sich in Widersprüche verstrickt, wenn sich mathematische Unendlichkeiten nicht mehr beseitigen lassen, dann ist ein neues Prinzip gefragt.

Am Ende des 19. Jahrhunderts waren wir zweimal mit dieser Situation konfrontiert. Zweimal wurde das Problem mit einem neuen Prinzip gelöst und zweimal eine neue Naturkonstante in die Physik eingeführt.

Ein Prinzip wurde von Albert Einstein formuliert :

" Das Licht bewegt sich im Vakuum mit der Lichtgeschwindigkeit c fort unabhängig vom Bewegungszustand, und c ist eine Naturkonstante."

Dieses Prinzip führte zur Speziellen Relativitätstheorie und löste eine Revolution aus.

Einstein beschäftigte sich im Berner Patentamt zwangsläufig mit dem Wesen des Lichts und mit der Gleichzeitigkeit. Am Ende des 19. Jahrhunderts war Deutschland mit einem Netz von Eisenbahnlinien überzogen. Die Menschen erlebten ein neues Gefühl von Raum und Zeit. Fahrpläne in ganz Deutschland mussten aufeinander abgestimmt werden. Der Telegraf überzog Deutschland parallel dazu mit einem ultraschnellen Kommunikationsnetz. Patente zur Zeitmessung mussten geprüft und erteilt werden. Und Einstein erkannte beim Nachdenken die Widersprüche, die sich durch das nebeneinander Existieren von der Newtonschen Mechanik von Maxwells Elektromagnetismus auftaten. Beide Theorien gehorchten unterschiedlichen Symmetrien von Raum und Zeit.

Die Bewegungsgesetze Newtons basierten auf der Galilei-Transformation, die Gesetze Maxwells auf der Lorentz-Transformation.

Die geniale Idee von Einstein bestand nun darin, die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit bei unterschiedlichen Bewegungszuständen als Prinzip zu fordern und die Newtonsche Mechanik bei hohen Geschwindigkeiten anzupassen. Bei Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit gehorchen die Newtonschen Gesetze der Lorentz-Transformation. Und damit wurden zwangsläufig die gemessenen Raum - und Zeitabstände abhängig vom Bewegungszustand. Es wurde damals als eine Ungeheuerlichkeit empfunden, Newton vom Thron zu stürzen, den er 300 Jahre innehatte. Die absolute Zeit Newtons hörte auf zu existieren. Zeit und Raum wurden relativ.

Mit dieser Schlußfolgerung war der Äther als Trägermedium des Lichts nicht mehr notwendig. Nach der Auffassung der damaligen Zeit musste der Äther als Trägermedium für das Licht eine enorme Dichte und einen hohen Elastizitätsmodul haben und gleichzeitig musste er gewährleisten, dass er die Planeten nicht abbremste, damit sie Milliarden Jahre lang ihre gleiche Bahn ziehen können.

Die 2. Revolution am Anfang des 20. Jahrhunderts wurde ausgelöst durch das Prinzip des Wirkungsquantums .

Es besagt : Die Wirkung = Energie x Zeit kann nicht kleiner werden als die Konstante h. h ist eine Naturkonstante . Die Wirkung existiert nur als Vielfache der Naturkonstanten h. Hiermit wird im Mikrokosmos eine untere Grenze gesetzt. Die Physik meidet die 0 .

Als Max Planck im Jahre 1900 eine Rechenmethode fand, um beim Schwarzen Körper die durch das Experiment genau ermittelten Werte der Strahlungsintensitäten in Abhängigkeit von der Frequenz bei einer definierten Temperatur durch eine Kurve genau abzubilden, konnte er sich nicht vorstellen, dass er ein neues Prinzip entdecken sollte.

Das Prinzip des Wirkungsquantums h wurde in den folgenden Jahren auf bislang ungelöste Probleme der Physik angewandt. Einstein erklärte damit den Photoeffekt und bekam dafür 24 Jahre ! später den Nobelpreis. So lange hat es gedauert, bis sich die neue Betrachtungsweise vom Lichtteilchen, dem Photon, durchsetzte. Entscheidend war dabei die Entdeckung des Comptoneffekts, mit dem die Wechselwirkung von Elektronen mit harten Röntgenstrahlen nachgewiesen und berechnet werden konnte.

Bohr wandte dann das Wirkungsquantum auf die Berechnung der diskreten Elektronenbahnen bei seinem Atommodell an. Es stellte sich heraus, dass der Bahndrehimpuls der einzelnen Elektronenbahnen gerade dem Vielfachen des Wirkungsquantums h entsprach.

Ein nächster Schritt war die Welle-Teilchen-Beziehung von De Broglie, die den Impuls eines Teilchens mit seiner Materiewelle über das Wirkungsquantum h gleichsetzte. Die Elektronwellen wurden entdeckt, die zum Elektronen-Mikroskop führten. Schrödinger kam dann durch diese Erkenntnis zu seiner berühmten Elektronen-Wellengleichung des Wasserstoffatoms.

Höhepunkt in der Entwicklung zum Prinzip des Wirkungsquantums war dann die Formulierung der Unschärfe - bzw. Unbestimmtheitsrelation von Heisenberg im Jahre 1927 mit ihren schwerwiegenden philosophischen Konsequenzen. Seitdem war es nicht möglich , die Bewegung von Teilchen im Raum und Zeit mit unendlich hoher Genauigkeit zu bestimmen. Das Wirkungsquantum h setzt eine untere Grenze.

Vor der Anwendung des Prinzips des Wirkungsquantums gab es unüberwindbare Probleme. Die Energie in Verbindung mit der Zeit wurde damals als Kontinuum gesehen . Niemand dachte daran, dass Energie in von der Zeitdauer abhängigen Portionen auftreten sollte. Das Spektrum der Strahlungsintensitäten beim Schwarzen Körper führte nach der damaligen Theorie zu Unendlichkeiten bei hohen Frequenzen. Gemessen wurde damals ein Abfall der Strahlungsintensität bei hohen Frequenzen. Das Problem wurde damals UV-Katastrophe genannt.

Beim Photoeffekt konnte man sich nicht erklären, das hochfrequentes UV-Licht Elektronen aus einem Metall herauslösen sollte und niedrigfequentes Licht dazu nicht in der Lage war.

Beim Atommodell konnte man sich damals nicht erklären, warum das Elektron nicht unter Abgabe von Strahlung in einer Spiralkurve in den positiv geladenen Atomkern stürzte.

Einen berechenbaren Zusammenhang der Fraunhofer-Spektrallinien mit den diskreten Elektronenbahnen des Wasserstoffatoms kannte man noch nicht.

Das Prinzip des Wirkungsquantums hatte damals mit der Lösung des Widerspruchs zwischen Welle und Teilchen für Klarheit und Ordnung gesorgt.

Könnte ein Abiturient von heute, der das Wirkungsquntum kennt in einer Zeitreise an den Anfang des 20. Jahrhunderts zurück, dann hätte man sich mit seiner Botschaft einen entbehrungsreichen Weg durch mühselige Experimente sparen können. Die Experimente waren Gottlob damals weniger aufwendig als heute.

Stehen wir nicht heute am Anfang des 21. Jahrhunderts wieder vor ähnlichen Problen wie am Anfang des 20. Jahrhunderts, nur auf einer tieferen Ebene ?

Wir können uns nicht das Massenspektrum der Elementarteilchen, der Quarks und Leptonen, erklären. Es gibt keine mathematische Herleitung. Die Zahlenwerte erscheinen willkürlich.

Die Massen-Werte der Elementarteilchen sind in einer Massenhierarchie angeordnet, die mehrere Größenordnungen umfasst. Eine Erklärung , wie diese Massenhierarchie mit der herkömmlichen Theorie stabilisiert wird , steht aus.

Der Ursprung der Masse ist nicht hinreichend erklärt. Was verschafft den Teilchen ihre Trägheit, damit sie sich mit einer Geschwindigkeit kleiner als der Lichtgeschwindigkeit bewegen ? Nach heutiger Auffassung existiert ein Higgs-Feld, das mit dem damaligen Äther verglichen werden kann. Nur für das Photon der elektromagnetischen Wechselwirkung ist dieser Äther transparent.

Der Nachweis des Higgs-Bosons als Anregung deses Higgs-Feldes hat derzeit höchste Priorität in der Physik. Sein experimenteller Nachweis ab Mai 2008 verschlingt Milliarden Euros und fordert Tausende von Physikern rund um die Welt.

Die Gesetze der Newtonschen Gravitationstheorie und der Einsteinschen Allgemeinen Relativitätstheorie können die Bewegungskurven der Sterne am Rande der Galaxien nicht erklären. Man fordert Dunkle Materie, die die zusätzlich benötigte Gravitation erklären soll.

Es gibt Fragen über Fragen, Probleme über Probleme in der heutigen Physik. Kann ein neues Prinzip für Klarheit schaffen ?

Wie kommen wir zum neuen Prinzip ?

Wir benötigen eine wichtige, vielseitig verwendete physikalische Größe . Das ist die Entropie.

Wir benötigen eine Konstante, die das Potenzial für eine Naturkonstante hat . Das ist die Boltzmankonstante k

Wir benötigen ein einsehbare und nachvollziehbare und noch nicht entdeckte Quantisierung . Das ist das Entropiequantum bzw. die Entropiequanten.

Wir benötigen eine mathematische Beziehung, die die lineare Zahlengerade mit der logarithmischen Zahlengerade verknüpft. Das ist die Boltzmanngleichung S = k ln W

Wir benötigen eine moderne didaktische Interpretation des schwerverständlichen Begriffs Entropie . Das die Wärmeladung.

Ludwig Boltzmann führte dann 1860 die Entropie auf die Gesetze der statistischen Mechanik zurück mit seiner berühmten Formel S= k lnW . Die Entropie als makroskopische Größe wird mit der Anzahl der möglichen Mikrozustände in Verbindung gebracht. Max Planck hat dann den Gleichverteilungssatz von Boltzmann als Basis für seine Strahlungsformel des Schwarzen Körpers verwandt.

In der Elementarteilchenphysik gibt es zwei Phasengrenzen, einmal bei der Energie von 250 GeV, der Vereinigungsenergie der elektroschwachen Wechselwirkung, und zum anderen bei der Energie von 10^15 GeV , der Energie der GUT-Wechselwirkung. Nach der herrschenden Lehre gibt es an den beiden Phasengrenzen Higgs-Felder . Die Unterschiede der zugehörigen sind gigantisch. Die Massen unterscheiden sich in 13 Größenordnungen.

Damit die Higgsfelder nebeneinander bestehen können, muss das Standardmodell der Elementarteilchen auf 13 Stellen hinter dem Komma fein abgestimmt werden. Das ist als das Problem der Stabilität der Massenhierarchie bekannt, das von vielen Physikern als das derzeit brisanteste Problem der Physik angesehen wird. Im Prinzip dürften bei der Berücksichtigung der virtuellen Quantenbeiträge Higgsbosonen der elektroschwachen Vereinigung bei 250 GeV überhaupt nicht existieren. Die Quantenbeiträge, die mit der Pfadintegralmethode nach Feynman über alle Massen berechnet werden sind in der Summe in der Größenordnung von 10^15 GeV . In dieser Größenordnung müssten auch die Quarkmqassen und Leptonenmassen des Standardmodells der Elementarteilchenphysik sein.

Die amerikanische Physikerin Lisa Randall bezeichnet in in Ihrem viel beachteten Buch " Verborgene Universen" diesen Effekt als Durchsickertheorie. Wie bei einer Reichtumspyramide sickern von oben nach unten unmerklich kleine Cent-Münzen durch und mehren das Vermögen der armen Schichten.

Wie kann das neue Prinzip das Durchsickern von oben nach unten verhindern und und die Reichtumspryramide stabilisieren ? Wie kann die Massenhierarchie gegen das Durchsickern der virtuellen Quantenbeiträge stabilisiert werden ? "

Durch Einführung des Quantenprinzips und der logarithmischen Zahlengerade !

So wie in der Reichtumspyramide zu den Cents Euroscheine immer größeren Wertes eingeführt werden, die gegen Statussymbole eingetauscht werden, so führt die Einführung der Entropiequanten, die wir auch als Wärmequanten bezeichnen können, zu den diskreten Massenwerten der Elementarteilchen, der Quarks und Leptonen auf der untersten Ebene. Wenn die Massenverhältnisse gebildet werden und die erhaltenen Werte auf der logarithmischen Zahlengeraden aufgetragen werden, und ein Faktor e berücksichtigt wird , dann wird das Quantenprinzip ersichtlich, so wie das Quantenprinzip beim Bohrschen Atommodell ersichtlich wurde.