Physik: Abschied von der Weltformel

Wissenschaftler kritzeln ständig herum. Sie zeichnen, um sich Dinge klar zu machen, die mit Worten schwer zu beschreiben sind. Der Physik-Nobelpreisträger Robert Laughlin zeichnet Cartoons, um Formeln zu vermeiden und seine Studenten bei Laune zu halten. Mit seiner unkonventionellen Art, Forschungsergebnisse zu präsentieren, steckte er an der Freien Universität vergangene Woche auch das Berliner Publikum an.

Seine erste Karikatur zeigte einen großen Denker unter einem Berg von Äpfeln begraben: Isaac Newton, dem ein einzelner herunterfallender Apfel zur Entdeckung des Schwerkraftgesetzes verholfen haben soll. Laughlin dagegen schüttete eine ganze Wagenladung Äpfel über ihm aus. „Bob’s apples“ rutschten zunächst von der Pritsche eines Lkw und bildeten dann einen Hügel, von dessen steilem Hang ein paar kleine Lawinen abgingen.

Zu all diesen Phänomenen, zu Böschungswinkeln und selbstorganisierter Kritikalität, hat Newton offensichtlich nichts zu sagen. Seine Gesetze beschreiben zwar den Fall eines einzelnen Apfels, geben aber keine Auskunft darüber, zu welcher Ordnung sich Äpfel, Kies oder Sand in einem Haufen zusammenfinden. Darum aber ging es Laughlin bei der Vorstellung seines Buchs „Abschied von der Weltformel“: um Struktur und Ordnung in der Natur. Der 57-jährige Physikprofessor von der Universität Stanford in Kalifornien warf zum Beispiel die Zeichnung eines halb zugefrorenen Sees an die Wand. Für den plötzlichen Übergang von einer Flüssigkeit zu einem Kristall gebe es bis heute keine überzeugende Erklärung. Wenn sich Wassermoleküle zu einem Eiskristall ordnen, nehmen alle Atome bevorzugte Positionen ein, „obwohl diese Positionen vor der Ausbildung des Kristalls keine Präferenzen besessen haben“. Spontan bildet sich eine Struktur mit einer neuen Symmetrie. Zu neuen Ordnungsprinzipien kommt es auch bei einem Magneten. Wenn viele Eisenatome beieinander liegen, richten sie sich wie winzige Kompassnadeln gemeinschaftlich aus. Seit seiner Nobelpreisarbeit hat ihm diese Selbstorganisation der Materie keine Ruhe mehr gelassen. Damals grübelte Laughlin darüber, warum sich winzige Elektronen in einer bestimmten Versuchsanordnung zu einem Kollektiv zusammenschließen. Sie kondensieren zu einer Quantenflüssigkeit und verhalten sich gemeinsam wie ein einziges Objekt, teilen zum Beispiel ihre elektrische Ladung. Ähnlich wie Elektronen, haben auch Atome quantenmechanischen Charakter. Ihr Ort und ihre Geschwindigkeit lassen sich nicht präzise angeben. Erst die Zusammenballung sehr vieler Atome zu großen Objekten gibt der newtonschen Beschreibung einen Sinn.

Laughlin wendete sich gegen eine Wissenschaft, deren höchstes Ziel die Erforschung der kleinsten Bausteine der Materie ist. Teilt man die Materie immer weiter und betrachtet nur die Kräfte zwischen einzelnen Komponenten, vernachlässigt man seiner Ansicht nach jene Eigenschaften, die sich erst aus dem Kollektiv ergeben. Neben den „fundamentalen“ physikalischen Gesetzen harrten noch viele andere Gesetzmäßigkeiten ihrer Entdeckung. Die Jagd nach einer „Weltformel“ hält er für ebenso verfehlt wie eine Stringtheorie, die bis heute keinerlei überprüfbare Vorhersagen mache. Laughlin zufolge werden Regelmäßigkeiten und Muster in der Natur von bisher wenig erforschten Prinzipien gesteuert. Die größten Geheimnisse lägen auch nicht Lichtjahre entfernt – sondern direkt vor unseren Augen. Thomas de Padova

Robert Laughlin, „Abschied von der Weltformel“, Piper Verlag 2007, 336 Seiten, 19 Euro 90.