Glossar

Wähle eines der Schlüsselwörter auf der linken Seite…

Abbildungen und SymmetrieSymmetrie in der Physik

Lesezeit: ~10 min

Bisher waren alle Symmetrien, die wir betrachteten, in gewisser Weise visuell: sichtbare Formen, Bilder oder Muster. Tatsächlich kann Symmetrie ein viel weitreichenderes Konzept sein: Widerstandsfähigkeit gegen Veränderungen.

Wenn du zum Beispiel Apfelsaft genauso magst wie Orangensaft, dann ist deine Vorliebe "symmetrisch" in Bezug auf die Abbildung, die Äpfel und Orangen tauscht.

1915 stellte die deutsche Mathematikerin Emmy Noether fest, dass etwas Ähnliches für die Naturgesetze gilt.

Zum Beispiel sagt uns unsere Erfahrung, dass die Gesetze der Physik überall im Universum die gleichen sind. Es spielt keine Rolle, ob man ein Experiment in London, New York oder auf dem Mars durchführt - die Gesetze der Physik sollten immer die gleichen sein. In gewisser Weise haben sie .

Ebenso sollte es egal sein, ob wir ein Experiment mit Blick auf den Norden oder Süden, den Osten oder den Westen durchführen: Die Naturgesetze haben .

Und schließlich sollte es keine Rolle spielen, ob wir heute, morgen oder in einem Jahr ein Experiment durchführen. Die Naturgesetze sind "zeitsymmetrisch".

F =GMmr2 F =GMmr2

Diese "Symmetrien" mögen zunächst recht bedeutungslos erscheinen, aber sie können uns tatsächlich viel über unser Universum erzählen. Emmy Noether gelang es zu beweisen, dass jede Symmetrie einer bestimmten physikalischen Größe entspricht, die erhalten bleibt.

Zum Beispiel bedeutet Zeitsymmetrie, dass Energie in unserem Universum erhalten bleiben muss: Man kann Energie von einem Typ in einen anderen umwandeln (z.B. Licht, oder Wärme oder Elektrizität), aber man kann niemals Energie erzeugen oder zerstören. Die Gesamtenergiemenge im Universum wird immer konstant bleiben.

CERN ist der weltweit größte Partikelbeschleuniger. Wissenschaftler zerschlagen Elementarteilchen mit enormen Geschwindigkeiten, um mehr über ihre Eigenschaften zu erfahren. Kannst du die Person unten sehen, zum Größenvergleich?

Die Wege, die die Teilchenfragmente nach einer Kollision zurücklegen

Es stellt sich heraus, dass Physiker allein durch das Wissen um die Symmetrie die meisten Naturgesetze ableiten können, die das Universum bestimmen - ohne jemals ein Experiment oder eine Beobachtung durchführen zu müssen.

Symmetrie kann sogar die Existenz von Elementarteilchen vorhersagen. Ein Beispiel ist das berühmte Higgs-Boson: Es wurde in den 1960er Jahren von theoretischen Physikern vorhergesagt, aber erst 2012 in der realen Welt beobachtet.