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AUS DEM SPIEGEL
Ausgabe 30/1999

Titel: Symphonie der Superstrings

In Potsdam traf sich in der letzten Woche die Elite der Physik. Ihr Ziel: all ihr Wissen um die Materie in eine Gleichung zu fassen. Die Umrisse der Weltformel glauben sie bereits erkennen zu können: In ihrem Innersten besteht das Universum demnach aus vibrierenden Superstrings.

"Unglaublich klug", "der brillanteste Denker seit Einstein", "ein einmaliger Unfall der Natur": Wenn die Physiker, die sich letzte Woche in Potsdam versammelten, von Edward Witten sprechen, dann ist ihnen kein Superlativ großartig genug.

Als das Physik-Genie aus Princeton seine sanfte Fistelstimme erhob, da war es, als spreche ein Prophet zur kleinen Schar von Eingeweihten. Leise, eigenartig tonlos, atemraubend schnell sprudelten seine Worte. Jedes von ihnen sog die Gemeinde im Saal begierig auf, um es anschließend deuten und abwägen zu können. Zu oft schon waren es Wittens Gedankenblitze, die den Weg zur Lösung unüberwindlich erscheinender Probleme wiesen, als zu untrüglich erwies sich immer wieder seine Intuition.

Teilnehmer der String-Tagung
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Teilnehmer der String-Tagung

Witten war nach Potsdam gereist, um gemeinsam mit rund 400 seiner Kollegen zu träumen. Der Stoff, aus dem ihre Träume sind, ist die Mathematik. Sie erlaubt es ihnen, unvorstellbar winzige fadenförmige Gebilde zu beschreiben, die in einem verschlungenen 10- oder 11dimensionalen Raum vibrieren. Aus den Klängen dieser "Superstrings", so die Überzeugung der versammelten Physiker-Elite, setzt sich eine Symphonie zusammen, die den Namen "Universum" trägt.

Witten und seine Kollegen träumen von einer einzigen Gleichung, deren Lösung die gesamte Welt beschreibt. Das vermessen klingende Ziel haben die Amerikaner die "Theory of Everything" getauft. Die Deutschen nennen es schlicht die "Weltformel".

Diese Gleichung, so hoffen die String-Forscher, werde die schönste aller denkbaren sein ­ so schön, daß allein ihre Schönheit der Beweis für ihre Wahrheit sei.

Es ist der Glaube an die Existenz dieser Weltformel, der die theoretische Physik beseelt. Genährt wird er durch die spektakulären Erfolge der Vergangenheit. War es nicht dem Briten Isaac Newton schon vor gut 300 Jahren gelungen, alles Wissen über die Planetenbahnen in eine einzige Gleichung zu bannen, die zugleich auch noch den Flug einer Kanonenkugel korrekt vorhersagte? Hatte nicht sein Landsmann James Clerk Maxwell 200 Jahre später sämtliche elektrischen und magnetischen Phänomene in einem einfachen Regelwerk von Formeln vereint, das zudem noch das Wesen des Lichts enträtselte?

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Auch in diesem Jahrhundert stellten die Physiker stets aufs neue fasziniert fest, daß sich die Natur eleganten mathematischen Formeln fügt. Von ihrer Faustschen Neugier getrieben drangen die Forscher tiefer ins Innerste der Materie vor. Auf dem Weg dorthin gebaren sie immer abstraktere, phantastischer anmutende Ideen. Mit ihrer Hilfe gelang es, die Wunder des Mikrokosmos mit immer weniger Gleichungen immer vollständiger zu erklären (siehe Grafik).

Ewig, so glauben viele Physiker, werde dieser Prozeß nicht währen. "Der Fortschritt in Richtung auf Einfachheit muß irgendwann an ein Ende kommen", erklärt der Nobelpreisträger Steven Weinberg (siehe Gespräch Seite 191). Dereinst werde das Urgesetz zum Vorschein kommen, eine Art mathematischer Tiegel, in dem alles Dasein zu einem Ganzen verschmilzt.

Jetzt regt sich die Hoffnung, die Physik könne bald am Ende ihres großen Abenteuers angekommen sein. Viele der in Potsdam Versammelten glauben, am Horizont bereits die Konturen jener Formel erkennen zu können, der ihre Zunft seit mehr als 300 Jahren hinterhergejagt ist. "Die Schrift", meint Witten, "steht an der Wand." Das zur Vollendung benötigte Werkzeug sei die mathematische Beherrschung der Superstrings.

Doch indem sich die Weltformel allmählich der Neugier der Physiker zu entbergen beginnt, offenbart sie sich als so sinnlos wie grandios. Vermutlich wird der Mensch niemals einen praktischen Nutzen aus ihr ziehen können. Manch einer bezweifelt sogar, daß sich ihre Wahrheit mit Experimenten überhaupt wird beweisen lassen. Sicher scheint zudem: Ihre Schönheit wird sich nur einer winzigen Zahl von Experten erschließen.

Nutzlos, unbeweisbar, unverständlich ­ die Gemeinde der String-Forscher schreckt das nicht. Sie fühlen sich als Speerspitze der Wissenschaft, die fortsetzen, was Newton, Maxwell und Einstein begonnen haben. Und sie halten es für möglich, daß es ihrer Generation vorbehalten ist, die große Expedition ins Innerste des Daseins zu vollenden.

Alljährlich treffen sich die String-Forscher auf einer Konferenz, um sich über ihre Fortschritte auszutauschen. Diesmal durfte das erst vor vier Jahren gegründete Albert-Einstein-Institut in Potsdam die Rolle des Gastgebers übernehmen ­ eine Ehre, die nun auch Deutschland zu einer jener Nationen adelt, die maßgeblich teilnehmen an der Suche nach dem Heiligen Gral der Physik.

Magnet für die Öffentlichkeit war vor allem ein Gast, der den berühmten Lehrstuhl Newtons an der Elite-Universität Cambridge innehat: Stets von Fernsehkameras verfolgt flüchtete Stephen Hawking meist in einen kleinen Raum, in dem er von seiner Frau und einem Assistenten umsorgt wurde. Nur auf der Pressekonferenz war es den TV-Teams gestattet, einige jener Sätze einzufangen, die er mit computergenerierter Stimme über "p-branes", "elfdimensionale Quantengravitation" und "die Weltformel" orakelte.

Den Konferenzteilnehmern indes war der Rummel um das gelähmte Genie zuwider. So sehr sie bewundern, wie ein eiserner Wille und die Leidenschaft für die Physik Hawking am Leben erhalten, so stört es sie doch, wie sehr er alle Aufmerksamkeit auf sich zieht. Denn wissenschaftlich betrachtet zehrt Hawking vom Ruhm vergangener Zeiten. Vor 25 Jahren entdeckte er, daß Schwarze Löcher verdampfen können und dabei die nach ihm benannte Hawking-Strahlung aussenden. Damit sicherte er sich seinen Platz in der Geschichte seines Fachs. In Potsdam hingegen war er kaum mehr als ein Zaungast. Zum Verständnis der Superstrings trug er bisher nichts Wesentliches bei.

Als Priester ihrer elitären Sekte haben die String-Forscher andere auserkoren ­ allen voran Edward Witten. Obwohl er die meisten seiner Kollegen um eine Handbreit überragt, trotz des allmählich ergrauenden Haars geben ihm seine Shorts, das karierte, kurzärmelige Hemd und die schüchternen, wachen und doch stets direkten Kontakt meidenden Augen etwas eigenartig Jungenhaftes.

Das Auffälligste an Witten aber ist seine Stimme, die klingt, als habe sie nie einen Stimmbruch erlebt. Aufmerksam und geduldig hört er sich die Argumente seines Gegenübers an, dann folgt mitunter eine beängstigend lange Stille, während seine Augen sich irgendwo festheften. Schließlich bricht ein Stakkato monotoner Worte aus ihm heraus: leise, gequetscht, aberwitzig schnell und doch keineswegs hastig, nur unterbrochen von kurzem, luftlos hervorgestoßenem Lachen. Er redet, als wolle er keine Sekunde seines Lebens an Unwesentliches verschwenden.

Über nichts spricht Witten so ungern wie über sich selbst. Die Welt abstrakter Gedanken in seinem Kopf bleibt oft auch seinen Kollegen ein Rätsel.

So verblüfft sie, daß er seiner Arbeit mit Vorliebe allein im Kopf nachgeht. Selbst Papier und Bleistift braucht Witten nicht. Während seine Frau, ebenfalls Physikerin, am Schreibtisch ihren Block mit Formeln füllt, liegt er oft stundenlang, die Augen an der Decke, auf dem Bett und denkt.

Schon früh vereinte er Eigenschaften in sich, die dem Klischee eines Wunderkindes entsprechen: unsportlich, sozial ein Außenseiter, von Allergien geplagt und dabei unfaßbar klug.

"Wahrscheinlich wird ja in jeder Schule darüber gesprochen, wer der Intelligenteste in der Klasse ist", erinnerte sich sein Schulkamerad Peter Baida, "wir aber haben uns nur gefragt, ob Edward der Intelligenteste der Welt ist."

Anfangs scheint Witten einer Karriere in der Physik aus dem Weg gegangen zu sein ­ vielleicht weil schon sein Vater Physiker war. Seinen ersten Abschluß machte er in Geschichte, anschließend versuchte er sich zeitweise als Journalist. Seiner wissenschaftlichen Karriere haben diese Umwege nicht geschadet: Mit 28 Jahren wurde er zum Professor an die Eliteschmiede Princeton berufen.

Dort erkannte das US-Nachrichtenmagazin "Time" in ihm bald "den vielleicht brillantesten Physiker, der je gelebt hat". In einer von "Life" veröffentlichten Liste der einflußreichsten US-Amerikaner rangiert er noch vor dem Software-Milliardär Bill Gates. Seine Studenten gaben ihm voller Ehrfurcht den Titel "Marsianer".

Kaum ein Feld der Wissenschaft ist so bestimmt von einer herausragenden Persönlichkeit wie das der Superstrings. Dennoch tummeln sich in Wittens Schatten eine Vielzahl anderer Koryphäen: der charmante und eloquente Brite Michael Green von der University of Cambridge etwa, der einst die Euphorie für die Superstrings entfachte; der schüchterne Argentinier Juan Maldacena von der Harvard University, der noch immer etwas erstaunt darüber wirkt, daß ihn ein Gedanke vor zwei Jahren in die Rolle des Jungstars der Bewegung katapultierte; oder Ashoke Sen, der aus einem kleinen indischen Städtchen, viele Bahnstunden von der nächsten Metropole entfernt, seine zündenden Ideen ins Internet speist.

Durchbrüche auf dem Weg zur Weltformel werden ohnehin längst nicht mehr von einzelnen vollbracht. Die Suche nach dem Urgesetz ist zum Verbundprojekt einer weltweit verstreuten Gemeinde mit rund 3000 Mitgliedern geworden. Die String-Forscher waren unter den ersten, die das Internet gleichsam als zentralen Kreißsaal für ihre Kopfgeburten nutzten.

In keinem menschlichen Kopf ist so viel Wissen über die Strings vereint wie in einem Elektronenhirn, das seinen Sitz in Los Alamos hat. Hier laufen täglich rund zehn Artikel aus Potsdam, Princeton oder Cambridge zusammen und werden, kaum eingetroffen, an Terminals in aller Welt verschlungen.

Oft sind es nur Ideen, Vorschläge, Vermutungen, die, in die Sprache der Mathematik gekleidet, ins Netz eingespeist werden. Damit ist ein "völlig neuer Stil von Wissenschaft" (Green) entstanden. Mußten Forscher einst viele Monate warten, bis ihre Arbeiten von einer Fachzeitschrift angenommen und schließlich gedruckt wurden, vergingen damals weitere bange Wochen, bis Zuspruch oder Kritik von den Kollegen eintrafen, so hat das Internet dazu geführt, daß ein revolutionärer Gedanke oft hastig in den PC getippt und sofort der Fachöffentlichkeit kundgetan wird. Lob oder Tadel finden sich dann mitunter schon am nächsten Tag in der Mailbox.

Das Tempo, mit dem die Physik voranschreitet, hat diese Neuerung allerdings nicht beschleunigt. Denn das Terrain, das die Forscher inzwischen betreten haben, ist von einer aberwitzigen Abstraktion.

Mehr als jeder andere wies Albert Einstein den Weg in diese abstrakte Welt. In seinem Hauptwerk machte er sich daran, Isaac Newton, den Titanen der physikalischen Wissenschaft, vom Sockel zu reißen.

In dessen Theorie der Schwerkraft hatte Einstein einen Schönheitsfehler ausgemacht: Die Gravitationskraft nämlich wirkt Newtons Gesetz zufolge selbst über kosmische Entfernungen hin unendlich schnell. Einstein aber hatte bewiesen, daß eine Wirkung, die sich schneller als das Licht ausbreitet, undenkbar ist.

Im Jahre 1916 veröffentlichte Einstein eine Kur für diesen Widerspruch: die allgemeine Relativitätstheorie. Sie verschweißt Raum, Zeit und Materie untrennbar zu einem Ganzen. Unter dem Einfluß von Massen, so Einstein, verformen sich Raum und Zeit. Die Dellen und Beulen im Raum bestimmen ihrerseits, wie sich Massen bewegen.

Physiker preisen die Relativitätstheorie bis heute als schönstes aller wissenschaftlichen Gedankengebäude. Doch die Schönheit hatte ihren Preis: Einstein sprengte die Grenzen menschlicher Vorstellungskraft. Einzig dank eleganter mathematischer Formeln gelingt es, einen in sich gekrümmten Raum zu begreifen. Sinnlich vorstellen können sich das selbst Physiker nicht.

Trotzdem oder gerade deshalb haben viele String-Forscher Einstein zum großen Vorbild gewählt. Denn mit seiner monumentalen Theorie hatte er nicht nur ein ästhetisches Wunderwerk geschaffen. Er hatte auch mit seiner Art zu denken seinen Nachfolgern ein Beispiel gesetzt.

Nie vor Einstein hatte sich ein Physiker so bedingungslos dem Wunsch nach Schönheit verschrieben. Mit unbestechlichem Instinkt spürte er die Unstimmigkeiten jener Wissenschaft auf, die er vorgefunden hatte. Die Widersprüche konnte er nur reparieren, indem er das einer sorgfältigen Prüfung unterzog, was vor ihm als unabänderlich galt: Raum und Zeit.

Erst Einstein erkannte, daß diese Begriffe dem Menschen nur deshalb so selbstverständlich scheinen, weil seine Anschauung geprägt von Alltagserfahrungen ist. Die Welt extrem großer Massen oder extrem hoher Geschwindigkeiten ist ihm verschlossen. Diese aber, so Einsteins Lehre, ist von anderen Gesetzen bestimmt. Wäre der Mensch ein intergalaktischer Weltenbummler, so wäre ihm die Krümmung des Raums vermutlich so selbstverständlich wie die Tatsache, daß ein reifer Apfel erdwärts fällt.

Diese Erkenntnis sollte wegweisend für die Wissenschaft des 20. Jahrhunderts sein. Denn die Neugier wandte sich nun zunehmend jenen Bereichen zu, die menschlicher Erfahrung nicht zugänglich sind. Mit Teleskopen loteten Astronomen die Tiefen des Alls aus. Kosmologen drangen fast bis zum Urknall vor, dem Beginn allen Seins. Lichtspektren verrieten, welchen Gesetzen die Atome gehorchen. Teilchenbeschleuniger leuchteten selbst das Innere der Protonen und Neutronen aus.

Angesichts dieser Dimensionen kapituliert der allein auf seine Anschauung angewiesene Geist. Erst die Mathematik machte es möglich, die Geheimnisse des Mikrokosmos zu lüften. Als erster kam ihnen der junge Werner Heisenberg auf die Spur. Mit vom Heuschnupfen geschwollenen Augen floh er im Jahre 1925 für zwei Wochen aus dem von blühenden Wiesen umgebenen Göttingen auf die kargen Felsen Helgolands.

Wie Einstein, so hatte auch Heisenberg den Eindruck, daß er sich von allem befreien müsse, was seine Vorgänger für naturgegeben hielten. Seit Jahren schon hatten sich die Physiker vergeblich bemüht zu begreifen, warum Elektronen den Atomkern nur auf ganz bestimmten Bahnen zu umschwirren schienen. Erst Heisenberg stellte die Frage: Wissen wir überhaupt, ob es wirklich Bahnen sind?

Er beschloß, Gleichungen zu formulieren, in die er nichts einfließen ließ, was er nicht mit Sicherheit wußte. Bald stellte er fest, daß der Begriff einer Bahn seinen Sinn verlor. Die Gegenwart der Elektronen ist gleichsam über den Raum verschmiert.

Helgoland wurde auf diese Weise zum Geburtsort der Quantenmechanik. Sie und die Einsteinsche Relativitätstheorie bilden seither die beiden Säulen der modernen Physik. Erfolgstrunken glaubten die Forscher, nun sei die Zeit reif, diese Pfeiler mit einer Kuppel zu überwölben: Der Begriff "Weltformel" wurde geprägt.

Heisenberg glaubte sich 1958 am Ziel: Vollmundig trat er vor die Weltöffentlichkeit. Ehrfürchtig lauschten vor allem die Deutschen seinen unverständlichen Worten. Schließlich war er der größte Physiker, der ihnen nach dem Kriege geblieben war.

In der Fachwelt jedoch wurde Heisenbergs "Weltformel" zur Blamage. "Niemand bestreitet, daß diese Idee verrückt ist. Die Frage ist nur, ob sie verrückt genug ist", spottete Niels Bohr, die damals angesehenste Autorität auf dem Gebiet der Quantenmechanik.

Auch Einstein widmete sich die letzten drei Jahrzehnte seines Lebens dem großen Vereinigungswerk. Einsam in seine Gedankenwelt eingesponnen, starb er 1955, ohne der Nachwelt die ersehnte Urgleichung hinterlassen zu können.

Die Natur zeigte sich widerspenstig. Je tiefer die Physiker in ihr Innerstes vordrangen, desto komplexer erwies sie sich. Im Innern des Atomkerns tat sich eine neue, verwirrend vielfältige Welt auf. Ständig trafen Meldungen von der Entdeckung neuer winziger Teilchen ein. Willkürlich, ohne erkennbare Ordnung, schien der Schöpfer die Forscher mit diesen "Myonen", "Kaonen" und "Omegateilchen" narren zu wollen. Der nächste Nobelpreis, so spottete seinerzeit der Physiker Robert Oppenheimer, solle demjenigen verliehen werden, der kein neues Teilchen finde.

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Inzwischen ist die Verwirrung über den "Teilchenzoo", wie ihn die Forscher entnervt nannten, gewichen. Anfang der siebziger Jahre ist es gelungen, all der Vielfalt mikroskopischer Phänomene ein Regelwerk von Naturgesetzen überzustülpen, das unter dem Namen "Standardmodell der Materie" bekannt ist (siehe Grafik).

Ihm zufolge gibt es nicht mehr als drei Sorten von Teilchen: die Verwandten der Elektronen, der Quarks und der Photonen. Diese wiederum wechselwirken durch vier verschiedene Kräfte:

  • Die elektromagnetische Kraft; sie bindet Elektronen an den Atomkern; ihr ist das Funktionieren von Fernseher und Computer ebenso zu danken wie die Existenz von Farben und Radiowellen.


  • Die starke Kraft; sie hält den Atomkern zusammen; sie facht die Glut der Sonne an, wird aber auch bei der Explosion von Atombomben entfesselt.


  • Die schwache Kraft; sie ist eng mit der elektromagnetischen Kraft verwandt, ist aber viel schwächer und äußert sich nur eim radioaktiven Zerfall; sie blieb dem Menschen deshalb lange verborgen, erst mit dem Einsatz von radioaktiven Markern lernte er, sie medizinisch zu nutzen.


  • Die Schwerkraft oder Gravitation; sie hält die Masse der Erde zusammen; ohne sie würde die Sonne, das Planetensystem, ganze Galaxien auseinanderplatzen.

Nachdem sie dieses Regelwerk verfaßt hatten, hätten sich die Physiker eigentlich zur Ruhe setzen können: Sämtliche Phänomene werden durch das Standardmodell beschrieben. Nicht ein einziges Experiment ist bekannt, daß seinen Gleichungen eindeutig widersprechen würde.

Dennoch fehlt ihm eine Eigenschaft, die einer Weltformel nach Überzeugung der Theoretiker zu eigen sein muß: Es entbehrt jener Schönheit, die es zwangsläufig erscheinen ließe. Das Standardmodell strotzt vielmehr von willkürlichen Größen, die einfach nur deshalb ihren Wert haben, weil ihn die Natur eben so gewählt zu haben scheint. Die Massen der Quarks und Elektronen, ihre elektrische Ladung, aber auch die Stärke der vier Kräfte werden durch diese Theorie nicht vorhergesagt. Sie fließen vielmehr in Gestalt naturgegebener Konstanten in sie ein.

Vor allem aber wurmt die Forscher, daß die beiden Pfeiler der Physik ­ die Quantenmechanik und die Einsteinsche Gravitationstheorie ­ nicht miteinander vereinbar sind. "Die Quantenmechanik beschreibt den Mikrokosmos, die Relativitätstheorie den Makrokosmos", so erklärt Hermann Nicolai, der die Konferenz in Potsdam mitorganisiert hat, das Dilemma. "Nur leider paßt beides nicht zusammen."

Denn wenn die Physiker versuchen, die Schwerkraft den Gesetzen der Quantenmechanik zu unterwerfen, geschieht in ihren Gleichungen eine Katastrophe: Raum und Zeit verwandeln sich in einen blasenschlagenden sogenannten Raum-Zeit-Schaum. Jeder Versuch, dieses bizarre Gebilde in ein mathematisches Gewand zu kleiden, scheiterte. Plötzlich spuckten die Formeln nur noch Absurditäten und sinnlose unendliche Größen aus.

Normalerweise macht sich der Widerspruch beider Theorien nicht bemerkbar. Nur im Urknall berührten sich kurzzeitig Mikro- und Makrokosmos. Seine Urgewalt vermag das Standardmodell nicht vollständig zu beschreiben.

Für die Dauer eines winzigen Sekundenbruchteils, nachdem das Universum vor rund 15 Milliarden Jahren in einem Feuerball entstanden war, herrschte eine Gluthitze, bei der bisher jede Theorie versagt. Damals müssen Myriaden von Teilchen existiert haben, die seither ausgestorben sind, weil es ihnen zu kalt wurde.

Geradezu verzweifelt mutet das Bemühen der Physiker an, ein Fenster zu finden, das ihnen einen Blick in diese Brutkammer des Universums erlaubt.

Doch die Sicht ist ihnen verstellt: Etwa 500 000 Jahre nach dem Urknall nämlich schieden sich Licht und Finsternis ­ es entstand die sogenannte Hintergrundstrahlung, die das gesamte All erfüllt. Zwar gibt sie viele interessante Einzelheiten über die Galaxienentstehung preis, zugleich aber versperrt sie als undurchdringlicher Vorhang den Blick auf alles, was in den ersten 500 000 Schöpfungsjahren geschah.

Deshalb ruht die Hoffnung der Forscher darauf, einige der wenigen Signale aufzufangen, die diese Jalousie zu durchdringen vermögen. Ein Kandidat sind die Neutrinos, jene geisterhaften Teilchen, deren Schwirren den Raum erfüllt, fast ohne daß ihr Dasein Spuren hinterließe. Selbst den Erdball können sie durchqueren, ohne sich in ihrem Flug beirren zu lassen. Nur eines von Abermillionen prallt doch mit der Materie zusammen.

Diese seltenen Ereignisse zu registrieren ist die Aufgabe von Physikern, die sich in tiefe Bergstollen zurückgezogen haben, wo keinerlei Strahlung ihre Messungen stört. Doch bisher schätzen sie sich glücklich darüber, daß sie in gewaltigen, mit bis zu 50 000 Tonnen Wasser gefüllten Tanks zumindest einige derjenigen Neutrinos sichtbar machen können, die in der Sonne und in der irdischen Atmosphäre entstehen. Sie wissen: Den Himmel nach den Oldies unter den Neutrinos zu durchforsten, die seit 15 Milliarden Jahren durchs All irren, ist eine viel schwierigere Aufgabe.

Eine Alternative wäre der Nachweis von Schwerkraftwellen, die, wie die Neutrinos, den Strahlungsvorhang unbeschadet durchdringen. Sie entstehen, wenn sich massive Körper bewegen.

Auch der Urknall muß derartige Schockwellen ausgesandt haben, die, zumindest theoretisch, noch heute nachweisbar sind. Doch es ist ein extrem kleiner Effekt. Zwar soll im nächsten Jahr, auf einem Ackergelände bei Hannover, erstmals weltweit ein großes Schwerkraftwellen-Interferometer in Betrieb gehen. Doch bis ein Gerät gebaut wird, das empfindlich genug ist, auch das Gravitations-Echo des Urknalls aufzuspüren, werden noch Jahrzehnte vergehen.

Deshalb setzen die meisten Forscher darauf, mit der Hilfe von großen Beschleunigern auf Erden das Feuer eines Mini-Urknalls zu schüren, um so die Teilchen-Fossile des Frühuniversums wiederzubeleben.

Am Cern bei Genf, am Fermilab bei Chicago und am Desy in Hamburg lassen sie Protonen, Elektronen oder andere Teilchen mit immer größerer Wucht aufeinanderkrachen. Dann durchforsten sie die Trümmer, die nach diesen Kollisionen entstanden sind. Für den Bruchteil einer Sekunde, manchmal so kurz, daß selbst Licht in dieser Zeitspanne nicht einmal ein Atom zu durchqueren vermöchte, könnten diese Karambolagen einen Blick auf jene Welt erlauben, die seit dem Urknall für immer untergegangen ist.

Doch die Arbeit der Elementarteilchenphysiker ist frustrierend. Oft prangt über einem der Forschungsberichte des Cern oder des Fermilab eine Namensliste von genug hochkarätigen Wissenschaftlern, um einen ganzen Hörsaal zu füllen. Das Fazit, das sie nach langjähriger Arbeit schließlich ziehen, lautet nicht selten: nichts Neues.

Und wenn es in den letzten Jahrzehnten ­ selten genug ­ doch einmal gelang, etwas zuvor Unbekanntes zu entdecken, so entlockte dies den Kollegen an den theoretischen Instituten kaum mehr als ein Gähnen: Sie hatten es längst vorhergesagt. Es ist, als wolle die Natur die Physiker verhöhnen. Bisher antwortet sie auf all ihre Fragen stets: Das Standardmodell stimmt.

Und doch beharren die Theoretiker darauf: Dies kann die letzte, die endgültige Wahrheit nicht sein. Wie Weinkenner, die am Bouquet eines kostbaren Tropfens herumnörgeln, so hadern die Theoretiker mit dem Standardmodell.

So raffiniert auch die Kunstgriffe waren, mit denen die Gelehrten versuchten, die Vermählung von Quanten- und Gravitationstheorie zu erzwingen, stets mündeten ihre Rechnungen im Nichts. Wie bei der mythischen Hydra tauchten, kaum war eine Absurdität gebändigt, an anderer Stelle neue Widersprüche auf.

Das änderte sich erst, als in den siebziger Jahren zwei Querdenker einen völlig anderen Pfad beschritten. Michael Green gelangte, gemeinsam mit John Schwarz vom California Institute of Technology (Caltech), zu der Überzeugung, daß die Gleichungen deshalb kollabieren, weil darin Teilchen als unendlich kleine Punkte betrachtet werden. Was, wenn die Teilchen eine Ausdehnung hätten? Wenn sie nicht Punkte, sondern Fäden mit einer endlichen Länge wären?

Die beiden Gedankenpioniere machten sich daran, eine Quantentheorie winziger vibrierender Fäden zu schmieden. Das hatten zwar früher schon andere versucht. Doch die waren bei der Behandlung der Strings in einer Sackgasse gelandet. Die Physiker verloren das Interesse.

Die größte Hürde war, daß sich die Strings weigerten, im dreidimensionalen Raum zu vibrieren. Schwarz und Green waren deshalb gezwungen, mit Gleichungen zu rechnen, in denen Zeit und Raum noch sechs weitere Raumrichtungen hinzugefügt sind ­ so entstand eine zehndimensionale Raumzeit.

Natürlich war fraglich, ob derartig kühne Akrobatik irgend etwas mit der Wirklichkeit zu tun hat. Aber war nicht auch Einstein erst zum Ziel gelangt, nachdem er die alte Vorstellung von Raum und Zeit über Bord geworfen hatte? Vielleicht war dies ein zweitesmal nötig.

Da Schwarz und Green nicht in Zweifel ziehen wollten, daß die Welt, die sie vor sich sahen, dreidimensional ist, nahmen sie an, die Zusatzdimensionen seien eben zu so winziger Größe zusammengeknäult, daß sie der Wahrnehmung verborgen bleiben. An jeden Punkt des Raumes sei gleichsam ein sechsdimensionales, unsichtbar kleines Gebilde geheftet. Ähnlich wie ein Schlauch, aus hinlänglich großer Entfernung betrachtet, wie eine eindimensionale Linie aussieht, so löse das menschliche Auge die Feinstruktur des Raumes nicht auf.

Nach dem Urknall entfalteten sich dem Weltbild der String-Forscher gemäß nur vier Dimensionen, Raum und Zeit, um sich zu kosmischer Größe aufzublähen. Die übrigen sechs verharrten, wie nie erblühte Knospen, in ihrer Ursprungsgestalt.

So befremdlich dies klingen mag, Schwarz und Green ließen sich davon nicht beirren. "Die Gleichungen, die sich ergaben, hatten magische Eigenschaften", erinnert sich Green. "Ich hatte das Gefühl, daß sie uns etwas sagen wollten."

Denn die Superstrings zeigten ein außerordentlich reichhaltiges Schwingungsspektrum. Und als die Physiker dieses genauer untersuchten, da stellten sie fest, daß die verschiedenen Vibrationsmoden aussehen wie Teilchen, die auf verblüffende Weise den Quarks, Neutrinos oder Elektronen gleichen.

Ja mehr noch: Ihr spezielles Interesse wandten Schwarz und Green einem ganz besonderen Teilchen zu: Es hatte eben jene Eigenschaften, welche die Physiker immer dem rätselhaften Überträger der Schwerkraft zugeschrieben hatten ­ war damit endlich die seit Jahrzehnten verzweifelt gesuchte Brücke zwischen Gravitation und Quantentheorie geschlagen?

Trotz dieses Erfolges schlug den String-Propheten in der Fachwelt noch Skepsis entgegen. Vielen schien es als allzu bizarr, Probleme mit dem scheinbar willkürlichen Erfinden neuer Dimensionen zu vermeiden. "Na, in wie vielen Dimensionen lebst du heute?" pflegte der Nobelpreisträger Richard Feynman seinen Kollegen John Schwarz zu hänseln, wenn der ihm auf den Gängen des Caltech über den Weg lief.

Noch hatten Schwarz und sein Mitstreiter Green nicht bewiesen, daß ihre Theorie frei von dem Virus war, das alle Konkurrenzvorschläge zu befallen schien: von den Absurditäten und Unendlichkeiten, die selbst die schönste Idee sinnlos erscheinen lassen.

Green entsinnt sich, daß ihnen der entscheidende Durchbruch in den Rocky Mountains gelang, wo sich die beiden String-Visionäre 1984 auf einem Workshop in Aspen trafen. Am Rande dieses mondänen Wintersportortes trifft sich allsommerlich eine kleine Schar hochkarätiger Physiker, um in der idyllischen Gebirgslandschaft Ideen auszutauschen.

Diesmal hatten sich Schwarz und Green vorgenommen, das ungelöste Problem der Unendlichkeiten anzugehen. Und tatsächlich ­ Green stand an der Tafel, während Schwarz ihm Ratschläge erteilte ­ hoben sich auf magische Weise alle lästigen Terme in der Rechnung gegenseitig auf. Die Theorie war frei von Widersprüchen.

Wichtiger als dieser Triumph war aber möglicherweise ein anderer Faktor. "Damals", erzählt Schwarz, "fing Ed Witten Feuer." Binnen kurzem hatte "der einflußreichste Physiker und Mathematiker der Welt" (Schwarz) die String-Theorie durchdrungen und wurde zu ihrem lautstärksten Fürsprecher. Er selbst erklärt, der Moment, als er die Schönheit der Superstrings begriffen habe, sei "der intellektuell aufregendste meines Lebens" gewesen.

Die Fistelstimme aus Princeton fand Gehör. Witten rief die "String-Revolution" aus und verkündete, die Physik der nächsten 50 Jahre werde von dieser Theorie so sehr bestimmt sein wie die letzten 50 Jahre von der Quantentheorie.

Wie kein anderer verschrieb sich Witten dem neuen Forschungsfeld. Er sprach der Gemeinde Mut zu, wenn sie angesichts der enormen mathematischen Hürden verzagen wollte. "Er wies dem Rest von uns den Weg", erklärt Nathan Seiberg, der eigentlich selbst Anspruch darauf erheben könnte, einer der bedeutendsten Forscher auf diesem Gebiet zu sein.

Die Superstrings nennt Witten "wundersam", "magisch", "majestätisch" oder auch "seltsam" ­ und es klingt nicht wie Schwärmerei, sondern wie das Bemühen, ihr Wesen so gut in Worte zu fassen, wie es die Sprache erlaubt.

Ganz konnte allerdings auch er die Skeptiker nicht zum Verstummen bringen. Mehr noch als die eigentümlichen Dimensionsklimmzüge ist ihnen die Tatsache suspekt, daß sich die Existenz der Strings jeder experimentellen Beweisbarkeit zu entziehen scheint.

Denn die Superstrings sind kürzer als kurz. Unter einem Mikroskop, das sie so groß wie diesen Buchstaben "o" erscheinen ließe, gliche ein Atom einer ganzen Galaxie. Um sie sichtbar zu machen, müßte man den Energieinhalt eines gefüllten Autotanks auf ein einziges Teilchen konzentrieren. Ein Beschleuniger, der dazu fähig wäre, müßte selbst nach optimistischen Schätzungen Elektronen um die gesamte Milchstraße schleudern.

Aber nicht nur Zweifler machten den Stringforschern zu schaffen. Auch theoretische Schwierigkeiten bereiteten ihnen Kopfzerbrechen. Denn bald hatten sie nicht nur eine, sondern fünf verschiedene Stringtheorien gefunden. "Wenn eine davon unsere Welt beschreibt", so grübelte Witten in der ihm eigenen Weise, "wer lebt dann in den anderen?"

Es blieb ihm selbst überlassen, die Antwort auf diese Frage zu geben. Vor vier Jahren, auf der String-Konferenz in Los Angeles, hatte er seinen vielleicht spektakulärsten Auftritt. Drei Stunden lang dozierte er. Dann war angebrochen, was den Eingeweihten inzwischen als die "zweite String-Revolution" bekannt ist.

Witten war es gelungen, Licht in das Dickicht der fünf String-Theorien zu bringen. Sie alle, so verkündete er, seien nichts anderes als spezielle Erscheinungsformen eines einzigen Urgesetzes von noch größerer Schönheit und Eleganz. Und dieses müsse nicht in zehn, sondern in elf Dimensionen formuliert werden.

Die Lieblingsmetapher der String-Forscher ist seither der Elefant. Bis 1995, so erklären sie, hätten sie nur einzelne Teile des ganzen Tiers erblickt. Diejenigen, die sich dem Ohr zugewandt hatten, hätten eine lederne Membran zu erkennen geglaubt. Andere, die ihre Aufmerksamkeit auf den Schwanz gerichtet hatten, hätten das Ganze für eine Art Strick gehalten. Wieder andere hätten erklärt, es handele sich um ein Rohr ­ sie hatten den Rüssel unter die Lupe genommen.

Erst Witten gelang es, die Umrisse des ganzen Elefanten zu erkennen: ein großes Theoriegebäude, das alle anderen überwölbt und das er "M-Theorie" taufte. Wofür der Buchstabe "M" stehen solle, überließ er dem Publikum. Beliebt unter String-Forschern sind vor allem zwei Alternativen: "Mysterium" und "Magie".

Noch allerdings ist nicht einmal gewiß, ob sich dieses "Mysterium" je wird in mathematische Formeln fassen lassen. Denn Witten hatte nicht mehr als seine Existenz postuliert. Niederzuschreiben vermochte auch er diese Theorie bisher nicht. Nur eines sei jetzt schon gewiß: Es werde gewaltiger Anstrengungen bedürfen: "Es könnte noch Jahrzehnte dauern. Und wir Menschen neigen leider dazu, ungeduldig zu sein."

Die in Potsdam versammelten Forscher verdroß die Aussicht auf den steinigen Weg vor ihnen nicht. Eifrig diskutierten sie über komplexe mathematische Gebilde namens "Branes", die in einer zukünftigen M-Theorie eine zentrale Rolle spielen dürften. Oder sie erörterten, ob die elfte Dimension möglicherweise aufgequollener als die sechs anderen eingerollten Dimensionen ist, so daß sie sich bei raffinierten Experimenten vielleicht offenbaren könnte.

Ihre größte Hoffnung aber gilt einer bestimmten Art von Teilchen, die ihre Theorie vorhersagen. Jedes Teilchen, ob Elektron, Quark oder Neutrino, müßte ihr zufolge nämlich noch einen Partner haben. "Diese Partnerteilchen werden vermutlich schon im nächsten Jahrzehnt sichtbar werden, wenn der nächste Beschleuniger am Cern seinen Betrieb aufnimmt", prophezeit Witten frohgemut. Dann endlich werde jene Ära anbrechen, in der sich auch experimentell die Welt jenseits des Standardmodells ausloten lasse.

Daß bis dahin die M-Weltformel vollendet ist, mag er nicht versprechen. Ob sich dann ein letztesmal erweisen wird, daß sich die Natur ins Korsett mathematischer Gleichungen zwingen läßt, die vom menschlichen Geist ersonnen wurden, bleibt ungewiß.

Ein Rätsel aber, das Albert Einstein, den geistigen Ahnen der String-Forscher, umtrieb, würde auch eine Weltformel nicht lösen helfen: "Das Unbegreifbarste des Universums ist, daß es begreifbar ist."

JOHANN GROLLE

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