The Road to Reality: A Complete Guide to the Physical Universe: A Complete Guide to the Laws of the Universe [Englisch] [Gebundene Ausgabe]

In diesem Buch gibt Penrose einen Überblick über die moderne Physik mit besonderem Schwerpunkt auf Kosmologie, Relativitätstheorie und Quantenmechanik. Die dafür erforderlichen mathematischen Kenntnisse werden auf den ersten fast 400 Seiten des Buches vermittelt.

Ich hatte in der Schule und im Studium (Wirtschaftsinformatik) nur mit "normaler" Mathematik zu tun (einfache Differentialrechnung, Integrale, etwas Statistik und Vektoren, aber keine komplexen Zahlen).Penrose schreibt, dass man die schwierigen Teile im Buch überlesen kann und dann zumindest einen Einblick in die Thematik erhält. Das ist bei mir (nur) zum Teil gelungen.

Die Einführung in die Mathematik fand ich sehr gut, obwohl ich nicht alles verstanden habe (das lag aber nicht an Penrose oder der Tatsache, dass das Buch auf Englisch geschrieben ist). Zumindest kann ich jetzt ein wenig mit komplexen Zahlen umgehen und weiß, was die Begriffe Tensor oder Spinor bedeuten (das wurde in anderen Physikbüchern immer voraus gesetzt). Die Einführung in Gruppen und mehrdimensionale Räume hat mir sehr geholfen. (Es hat also doch einen Sinn gehabt, in der Schule Mengenlehre zu lernen.) Die Konzepte von Hyperfunktionen und die Zusammenhänge von komplexen Zahlen mit Fouriertransformationen waren sehr interessant; eine Fourieranalyse durchführen kann ich aber immer noch nicht. Penrose zeigt stets Verbindungen zur Physik auf: Man liest z. B. in der Literatur häufig, der Spin eines Elektrons sei so zu verstehen, dass erst eine doppelte Drehung um die eigene Achse das Elektron in den Ausgangszustand zurück versetzt. Das war mir unverständlich, bis ich Penroses Erklärung des Spinors gelesen hatte.

Der physikalische Teil des Buches beginnt mit einer Darstellung der Raumzeitkonzepte von Aristoteles, Galilei und Newton, denen nach und nach Einstein'sche Eigenschaften inne wohnen. Durch diese historische Darstellung (in der Grafiken nicht fehlen) gewinnt man einen guten Überblick über Einsteins Raumzeitkontinuum. Weitere Kapitel vertiefen das Thema Relativitätstheorie und gehen auf Minkowskiräume, elektromagnetische Felder sowie Einsteins Feldgleichungen ein. Darauf folgen Quantenmechanik, Elementarteilchen und Kosmologie.

Penrose verschweigt nicht, dass er zu einigen Themen eine abweichende Meinung hat. Das wird besonders bei der Quantenmechanik deutlich (Benötigt der Kollaps der Wellenfunktion wirklich eine unendliche Anzahl von Welten? Überträgt Teleportation Informationen mit Überlichtgeschwindigkeit? Warum verhalten sich Elektronen so, als ob sie aus zwei unterschiedlichen Teilchen zusammen gesetzt wären? Wie geht man mit den Unendlichkeiten in der Quantenfeldtheorie um? Brauchen wir eine quantenmechanische Relativitätstheorie oder eine relativistische Quantenmechanik?). Die derzeitige Theorie der Inflation lehnt Penrose ab. Zur Vereinigung von Quantenmechanik und Gravitation bietet er seine Twistor-Theorie an. Die scheinbar so viel versprechende String- bzw. M-Theorie habe mehr zu mathematischen Fortschritten geführt als zu physikalischen; als mögliche Probleme werden u. a. nicht verschwindende Unendlichkeiten sowie die zusätzlich einzuführenden unsichtbaren Dimensionen und deren mögliche Schrumpfung zu schwarzen Löchern angesprochen. Die im Anschluss daran vorgestellten Ansätze Schleifen-Quantengravitation und Twistor-Theorie sind bodenständiger und näher an der Relativitätstheorie; eine darauf aufbauende Theorie der Quantengravitation erscheint mir deshalb realistischer als die M-Theorie. Noch ist eine "Theorie für alles" aber noch nicht in Sicht. Wo Penrose eine abweichende Meinung hat, wird dies deutlich gemacht und immer ausgiebig (auch grafisch) erläutert. Selbst wenn man mit Penroses Meinung nicht einverstanden ist, bietet die Darstellung stets einen Anlass zum Nachdenken und fördert so das Verständnis.

Der rote Faden des Buches liegt in der Herleitung des Zeitpfeils mit Hilfe des Zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik (= ständig steigende Entropie). Der Zeitpfeil verläuft vom Urknall (niedrigste Entropie) zu endzeitlichen schwarzen Löchern (höchste Entropie). Man benötigt also eine Vereinigung von Relativitätstheorie und Quantenmechanik, welche die niedrige Entropie des Urknalls erklären kann. Demnach verursacht nicht die Messung eines Quantenzustandes den Kollaps der Wellenfunktion, sondern die Schwerkraft.

Mir hat das Buch sehr gut gefallen, obwohl ich nicht die gesamte Mathematik verstanden habe. Penrose erklärt beinahe alles auch in Form einer Zeichnung (besonders bei Themen, die irgendwie Geometrie betreffen, sind diese genial); so kann eigentlich jeder einen Einblick in die moderne Physik und deren mathematische Grundlagen erhalten. Allerdings ist das Buch natürlich nicht so einfach zu lesen wie Hawkings populärwissenschaftliche Bücher ("Die illustrierte kurze Geschichte der Zeit" oder "Das Universum in der Nussschale"). Wenn ich zukünftig in anderen Büchern etwas nicht verstanden habe oder eine tiefer gehende Darstellung benötige, werde ich den Penrose gern wieder hervor holen. Dies ist das informativste Physikbuch, das ich bisher gelesen habe.

The road to reality ist ein einzigartiges Werk.
Es stellt den Leser zwar teilweise vor harte Aufgaben(v.a. der mathematische Teil), die jedoch mit Matura(Abitur-)niveau überwindbar sind. Auch ohne Matura ist es mit Sicherheit kein Ding der Unmöglichkeit dieses Buch zu lesen und zu verstehen, da es auch in die notwendige Mathematik einführt. Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass Penrose' Stil mit dem von Hawking nichts gemeinsam hat. Im gesamten Buch gibt es kein Bild, aber dafür viele erklärende Skizzen. Die sprachlichen Vorraussetzungen sind weit unter den Naturwissenschaftlichen. Ein Wörterbuch ist allerdings empfehlenswert, jedoch bleibt dem Leser wohl kaum eine andere Möglichkeit als die Sprachbarriere zu überwinden, da es im deutschen Raum nichts vergleichbares gibt. Ich kann dieses Buch v.a. den Lesern empfehlen, denen normale populärwiss. Bücher zu oberflächlich sind und Lehrbücher zu anstrengend. Bevor man dieses Buch ließt sollte man schon andere populärwiss. Bücher gelesen haben. In Punkten wie Vollständigkeit und Sachlichkeit kenne ich kein besseres. Trotz seiner 1100 Seiten erweckt es keineswegs den Eindruck eines Nachschlagewerks, sondern den einer zusammenhängenden und aufbauenden Einführung in die vielfältigen Aspekte der modernen Physik.
Abschließend ist zu sagen, dass es sich lohnt etwas Zeit und Anstrengung in dieses beinahe konkurrenzlose Meisterwerk der Physik zu investieren. Daher 5 Sterne von mir für Penrose' Mut die Dinge beim Namen zu nennen und nicht um den heißen Brei zu reden.

It's a delicate balance for book: Encyclopedic vs well focused on a unifying theme!

Penrose succeeds admirably. It's not boring! Books like this are few and far between. Indeed, there are preciously few authors who manage to successfully guide beginning students into serious scientific topics; and even fewer who can see the big picture, and do it all. And then keeping our attention through more than 1000 pages! Penrose's book is inspiring, informative, exciting; and at the same time it's honest about what math and physics are. It is modest when modesty is called for. You are not cheated. You do get the equations (not just hand waving!), but you are gently prepared in advance, so you will want the mathematical formulae. Penrose's book is likely to help high school students getting started in science; and to inspire and inform us all. There is something for everyone: for the beginning student in math or in physics, for the educated layman/woman (perhaps the students' parents), for graduate students, for teachers, for scientists, for researchers; and the list goes on.
It is one of the very few books of this scope that is not intimidating. Not in the least!
I can't begin to do justice to this terrific book. Get it, and judge for yourself. I will also not give away the ending, other than saying that the title of the book is a good hint. And you will be able to form your own take, and your own ideas on the conclusion. Like with all good and subtle endings, they can be understood and appreciated at several levels.

I came across Penrose's book in my bookstore by accident, and I was at first apprehensive: The more than 1000 pages, and the 3.3 pounds are enough to intimidate anyone. But when I started to read, I found myself unable to put it down. And I didn't: Bought it; and I had several days of enjoyable reading. I am not likely to put it away to collect dust either. It is the kind of book you will want to keep using, and to return to.

It will not surprise that one of Penrose's unifying themes is the compelling and pleasing geometric images that underlie both the mathematics (roughly one third of the book: modern geometry, Riemann surfaces, complex functions, Fourier analysis, visions of infinity), and the physics: Cosmology (the big bang, black holes), gravity, thermodynamics, relativity (classical and modern: loop quantum gravity, twisters), and quantum theory (wave-particle duality, atomic spectra, coherence, measurements).

The pictures: In fact, this semester, I was just teaching a graduate course, and I had a hard time presenting of Riemann surfaces in an attractive way. It's a subject that typically comes across as intimidating in many of the classical books: Take Herman Weyl's book, for example. I also found it refreshing to see that Roger Penrose gave the many illustrations his own personal and artistic touch; as opposed to having flashy pictures generated by the latest in color-graphics and special effects. I think readers will relate better to Penrose's own illustrations: They isolate and highlight the core ideas and they are not intimidating: We sense that we ourselves would have been able to make similar pencil sketches. Or at least we are encouraged to try!

The common theme in the pictures serves to bring to life the underlying and fundamental ideas;--- another attractive feature of the book! It is otherwise easy to get lost in some of the equations, and in the encyclopedic panorama of topics. Review by Palle Jorgensen, February 2005.