Eine Theorie von allem (TOE) ist ein hypothetischer Rahmen, der alle bekannten physikalischen Phänomene im Universum erklärt. Seit der Entwicklung der Quantenmechanik und Albert Einsteins Relativitätstheorie im frühen 20.Jahrhundert suchen Forscher nach einem solchen Modell.
Jede dieser Säulen der modernen Physik beschreibt ihr jeweiliges Untersuchungsgebiet — die kleinsten und massereichsten Dinge im Kosmos — mit erstaunlicher Genauigkeit, aber sowohl die Quantenmechanik als auch die Relativitätstheorie versagen, wenn sie auf das jeweilige Thema des anderen angewendet werden. Bisher ist eine übergreifende Theorie von allem den Wissenschaftlern entgangen, und einige glauben, dass das ultimative Ziel unrealistisch ist.
Einsteins tapfere Bemühungen
Laut der American Physical Society (APS)begann Einstein in den 1920er Jahren nach einer vereinheitlichenden Theorie zu suchen. Er hatte die seltsamen Paradoxien der Quantenmechanik nie vollständig akzeptiert, und er glaubte, dass die Mathematik, die Elektromagnetismus und Schwerkraft beschreibt, die einzigen beiden damals bekannten Kräfte, zu einem einzigen Rahmen kombiniert werden könnten.
„Ich möchte wissen, wie Gott diese Welt erschaffen hat“, sagte Einstein 1925 zu einer jungen Physikstudentin namens Esther Salaman. „Ich interessiere mich nicht für dieses oder jenes Phänomen, für das Spektrum dieses oder jenes Elements. Ich möchte seine Gedanken wissen; der Rest sind nur Details.“
Aber Einsteins Suche erwies sich zu Lebzeiten als quixotisch. „Die meisten meiner intellektuellen Nachkommen landen sehr jung auf dem Friedhof enttäuschter Hoffnungen“, schrieb er 1938 in einem Brief. Doch er gab nicht auf, und während er auf seinem Sterbebett lag, bat er darum, seine neuesten Notizen über die Theorie von allem zu ihm bringen zu lassen, so die APS.
Potenzielle Kandidaten
Mitte des 20.Jahrhunderts entwickelten Physiker das Standardmodell, das als „Theorie von fast allem“ bezeichnet wurde.“ Es beschreibt die Wechselwirkungen aller bekannten subatomaren Teilchen und drei der vier Grundkräfte: Elektromagnetismus und die starken und schwachen Kernkräfte, aber nicht die Schwerkraft.
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Ein Modell, das auch die Schwerkraft enthielt, wäre als Quantengravitationstheorie bekannt. Einige Forscher glauben, dass die Stringtheorie ein solcher Rahmen ist und die Rechnung für eine Theorie von allem passt. Die Stringtheorie postuliert, dass Partikel tatsächlich eindimensionale, stringähnliche Entitäten sind, die in einer 11-dimensionalen Realität vibrieren. Die Schwingungen bestimmen die Eigenschaften der verschiedenen Teilchen wie Masse und Ladung.
Oder vielleicht existiert es nicht
Aber andere Wissenschaftler betrachten die Idee der Stringtheorie als eine intellektuelle Sackgasse. Peter Woit, ein theoretischer Physiker an der Columbia University, hat seine Kollegen wiederholt dafür beschimpft, dass sie einem imaginären Traum nachgejagt haben.
„Das Grundproblem der Stringtheorie und -forschung ist nicht, dass der Fortschritt in den letzten 30 Jahren langsam war“, schrieb Woit in seinem Blog, „sondern dass er negativ war, wobei alles Gelernte klarer zeigt, warum die Idee nicht funktioniert.“
In seinem Bestseller „A Brief History of Time“ (Bantam Books, 1988) diskutierte der Physiker Stephen Hawking seinen Wunsch, eine Theorie von allem zu schaffen (was auch der Titel seiner Biografie von 2014 war). Aber der berühmte Gelehrte änderte seine Meinung später im Leben; Er dachte, eine solche Theorie wäre für immer unerreichbar, weil menschliche Beschreibungen der Realität immer unvollständig sind, so ein Vortrag von 2002 auf einer Website, die dem verstorbenen Physiker gewidmet ist.
Diese Tatsache machte ihn nicht traurig, sondern gab ihm Hoffnung. „Ich bin jetzt froh, dass unsere Suche nach Verständnis nie zu einem Ende kommen wird und dass wir immer die Herausforderung haben werden, neue Entdeckungen zu machen“, sagte Hawking. „Ohne sie würden wir stagnieren.“