Fundamentals: Ten Keys to Reality

Clear discription, and well constructed information, magic! Would recommend to anyone who likes to read about ideas and facts in a clear unbiased way

In keeping with the trend of having seven this or ten that (Carlo Rovelli has a lot to answer for), physicist Frank Wilzek sets out to give us 'ten keys to reality'. As Wilczek explains in his introduction, the aim is to explore two themes: abundance and seeing things differently, with a childlike curiosity and lack of preconceptions. The author also points out that he aims to offer an alternative to religious fundamentalism. As he notes, many of his scientific heroes were devout Christians, and he 'aims to transcend specific dogmas, whether religious or anti-religious'.In essence there are two things going on in this book. On the one hand, each of the ten main sections covers a fairly straightforward aspect of physics and cosmology, though not from the viewpoint of a physical theory so much as context such as space, time, natural laws and so on - in this, it will be familiar ground to anyone who has read a popular science physics primer. But the aspect that lifts Wilczek's book is that in covering the basics he both gives us a more grounded sense of place and adds in details that you rarely see elsewhere.So, for example, we're used to Brian Cox-style popular science that echoes the classic Douglas Adams parody of saying that space is big - really big - so big you are an insignificant little dot. While Wilczek emphasises the scale of the universe compared to a human being, he also points out that, for example, we have more atoms in our bodies than there are estimated to be stars in the visible universe. And as such each of us is also impressively large - the scale works in both directions.Another example of strikingly original way of looking at things is that in talking about physical laws, Wilczek imagines being a conscious being in the world of a computer game character such as Super Mario, in a world where the rules are unpredictable, and takes us through the implications of being in such a different universe. This is brilliant.Some of the ten sections are rather thinner than others. I was a bit disappointed by a section on complexity and emergence - so important in reality (as opposed the often very constrained world of physical models), which only runs to eight pages. Nonetheless, each section is readable and enjoyable. There were one or two slightly odd aspects. He tells us that the visible universe is 13.8 billion years old so the 'limiting distance is... 13.8 billion light years' - which is misleading as it ignores the expansion of the universe that means that the equivalent distance is closer to 50 billion light years. He also can over simply - for example by referring to 'u' and 'd' quarks, missing out or where those letters come from and the interesting story behind quark naming, or speaking about quantum spin as if it involves spinning around like a macro object.Inevitably an overview like this will have masses of simplification and in the end it's a matter of taste what goes and what stays. While I wouldn't agree with all the selections, I found Wilczek's approach genuinely refreshing and this book has so much more going for it that many of these overview titles. It's interesting to compare it with Jim Al-Khalili's World According to Physics. In many ways they're complementary (complementarity is another section in this book, funnily). Al-Khalili gives a far more insightful picture of the physics itself. Wilczek gives us a much more impressive philosophical context for that view of the universe. I think I would recommend reading both - perhaps Wilzeck first to get the context, then Al-Khalili to get the specifics. Together, they provide an ideal physics primer for the curious mind.

Fundamental keys to reality is discussed in key topics. It is enjoyable read affirming the importance of science. I recommend it highly.

Far more elementary and whimsical than I had expected, with a fair amount of pseudo-philosophy thrown in as well. I also find it irritating to be constantly told that a subject mentioned in one chapter will be explored in more detail in another chapter. I like books which are well planned and thought through.

Brilliant explanations of things I thought I understood already.

I found this book overly simple and written in a somewhat clunky style far removed from the elegant prose of a Rovelli or a Greene or a Smolin for exampleI was also somewhat irritated by promises to explain things in more detail in a later chapter that never seemed to materialiseWild and rather silly speculation seem to be common among a certain type of theorist. The author seems to be one of them along with David Deutch for example. Musing about how humans or their offspring such as AI may exist in millions of years time is futile. Who knows what there will be in such a mind bogglingly distant future and who really caresI have read a lot of layman science books and this one offered nothing newI ploughed through to the end and binned itBy contrast I have read and reread many of the other works I have bought

Frank Wilczek, winner of the Nobel Prize in Physics, has written a marvellous, accessible book which gives an overview of the workings of the physical world.After an illuminating preface and introduction there are 10 engrossing chapters titled: 'There's Plenty of Space'; 'There's Plenty of Time'; 'There Are Very Few Ingredients'; ' There Are Very Few Laws'; 'There's Plenty of Matter and Energy'; 'Cosmic History Is an Open Book'; 'Complexity Emerges'; 'There's Plenty More to See'; 'Mysteries Remain' & 'Complementarity Is Mind-Expanding'.The book concludes with an Afterword: The Long Voyage Home' and an Appendix.'Fundamentals: Ten Keys To Reality' is a mind-expanding guide which should be read by anyone wishing to gain some understanding of our extraordinary physical universe.

10/10.

Frank Wilczek ist theoretischer Physiker am MIT, 2004 erhielt er gemeinsam mit David Gross und David Politzer den Nobelpreis für seine Arbeiten zum Verständnis der asymptotischen Freiheit von stark wechselwirkenden Teilchen. Über diese Entdeckungen auf dem Hintergrund der Grundlagen und Entwicklungen der Theorie der Elementarteilchen, hat Wilczek bereits in allgemein verständlicher Weise in „A Beautiful Question“ (2015) berichtet.Sein neues Buch ist den Fundamenten gewidmet, die der physikalische Realität innewohnen und die Entwicklung des Universums bestimmen. In zehn Essays geht der Autor auf die großen Zusammenhänge ein und beleuchtet diese aus unterschiedlichen Perspektiven. Es wird jeweils ein Konzept oder ein Aspekt der modernen theoretischen Physik näher erörtert, dem Autor kommt es dabei wesentlich darauf an, die Gründen, Beobachtungen und Experimenten, auf denen diese Erkenntnissen beruhen, aufzuzeigen. Entsprechende Fragen von Freunden und Bekannten, regten Wilczek zu dem Buch an. Während der Arbeit am Exposee verwandelte sich die Sichtung des Materials in einen Prozess der Kontemplation, im Laufe dessen sich die Themen mit einer Klarheit und Tiefe zu entwickeln begannen, die den Autor überraschten, wie er im Vorwort bekennt.Das Unverständlichste am Universum ist im Grunde, dass wir es verstehen können, formulierte Einstein. Es sind folgende trügerisch einfache, allgemeine Prinzipien, die die Welt regeln: danach beschreiben die grundlegenden Gesetze Veränderungen. d.h. Übergänge von Zustand zu Zustand, diese Gesetze sind universell, lokal und präzise. Die Prinzipien der Universalität und Lokalität ermöglichen u.a. die Beweisführung auf Grund von Experimenten. Dabei sind diese Prinzipien keineswegs selbstverständlich – Wilczek erwähnt, dass in Laufe der menschlichen Geschichte, Begründungen nur zu einem geringen Teil auf Grund von exakten Gesetzen gefällt wurden, weit häufiger basierten sie auf Mythologie, Astrologie, Hellsehen oder Magie; der Autor diskutiert sogar virtuelle Welten, a la Matrix, in denen jedes Prinzip außer Kraft gesetzt werden könnte, in solchen Welten wären dann tatsächlich Wunder möglich.Die erwähnten Prinzipien kommen in den Basisbausteinen der physikalischen Realität, die wir Elementarteilchen nennen, zum Ausdruck. Diese erlauben nur sehr wenige Eigenschaften: Masse, Ladung und Spin – so dass nur wenige Arten von ihnen existieren. Konkret sind das die Partikel und Kräfte des Core Modells, wie der Autor das Standardmodell lieber bezeichnet. Bis auf die Gravitation werden diese durch Quantenfelder beschrieben – dabei trägt der Feldaspekt dem Lokalitätsprinzip Rechnung, andererseits sind Teilchen gerade die (diskreten) Anregungszustände dieser Felder; der Ursache, wieso Elementarteilchen in großer Zahl als identische Entitäten existieren, denn sie sind Anregungen des selben zugrundeliegenden Quantenfeldes.Obwohl also nur wenige Bausteine und Regeln im Spiel sind, ist das Universum unermesslich groß – sowohl in Raum und Zeit, als auch hinsichtlich Materie und Energie, ist es gewaltig. Das gilt erstaunlicher Weise sowohl in Großen wie im Kleinen, so dass, obwohl die menschlichen Ressourcen winzig im Vergleich zum Kosmos sind, sind sie doch bei weitem noch nicht ausgeschöpft. Diese Fülle wird noch überboten durch die gigantischen Kombinationsmöglichkeiten, mit den sich z.B. Atome zu Molekülen formen können – sie beutet nichts anderes als die Emergenz von Komplexität aus der Einfachheit der Fundamente.Nach den Basis- Ingredienzien der physikalischen Realität, wendet sich der Autor dem Universum, in seine tatsächlichen Erscheinungsform und Entwicklung, zu. Schon Einstein musste, nachdem er seine gerade geschaffene Allgemeine Relativitätstheorie auf das Universum als Ganzes angewandt hatte, eingestehen – wenn auch widerwillig und erst nachdem von Edwin Hubbles Entdeckungen erfuhr --, dass der Kosmos expandiert, also auch einen Anfang haben musste. Alan Guths Inflationstheorie konnte einige Schwierigkeiten dieses Modells, wie etwa Horizont- und Flachheitsproblem, beheben, nicht aber ohne neue Schwierigkeiten aufzuwerfen. Gravitation, die als einzige Kraft nicht abgeschirmt werden kann, wirkt der allgemeinen Expansion entgegen und ist somit in der Lage, kleinste Dichteschwankungen zu verstärken, aus denen komplexe Strukturen entstehen können: Filamente und Voids, Galaxien, Sterne und Planetensysteme; deren relative dynamische Stabilität wiederum die Voraussetzung für Entstehung noch komplexerer Einheiten, wie organischer Materie, ist.Ein Großteil der Erkenntnisse über das Universum, seine Entwicklung und die Art seiner Expansion, stammen aus der genauen Analyse der kosmischen Hintergrundstrahlung, die in den letzten Jahrzehnten dank präziser Messungen mit Hilfe von Satelliten möglich wurden. Am anderen Ende der Skala, sind die riesigen Teilchenbeschleunigen Fenster zur Beobachtung von Prozessen, die bei Energien stattfinden, die es kurz nach dem Big Bang gab. So konnte Experimente am LHC (CERN) 2012 das lang gesuchte Higgs Boson nachweisen, das für die Konsistenz des Core Modells unabdingbar ist. Dank fortschrittlichster Technologie erschließen sich immer wieder neue solche Fenster – erst 2015 konnte LIGO erstmals Gravitationswellen direkt registrieren, fast 100 Jahre nachdem Einstein sie als Folge seiner Feldgleichungen vorhergesagt hatte. Damit eröffnet sich sogar ein völlig neues Beobachtungsfenster, jenseits der elektromagnetischen Strahlung, das es vielleicht auch einst ermöglicht, hinter die Hintergrund- Barriere zu ‘schauen‘. Neuerdings erlauben global vernetze Sensoren zudem, Teleskope von Größe der Erde zu emulieren. Mit einem solchen Netz von Radioteleskopen gelang es bereits der Schatten eines Schwarzen Loches auf seiner Akkretionsscheibe sichtbar zu machen. Künftig könnten mit ähnlichen Anordnungen auch Monde von Exoplaneten entdeckt werden.Der Erforschung der physikalischen Realität und die Suchen nach den ihre zugrundeliegenden Prinzipien zeigt immer wieder, dass die Welt zugleich einfach und komplex, logisch und verflochten, gesetzmäßig und chaotisch ist – selbst eine fundamentale Theorie, würde diese Dualitäten nicht auflösen. Aus diesem Grund ist Komplementarität eine der wichtigsten Lektionen, die das Studium der Realität lehrt; ursprünglich wurde sie von Bohr als erkenntnistheoretischer Rahmen im Diskurs um die Grundlagen und Interpretation der Quantenmechanik verwendet – Wilczek “übersetzt“ Komplementarität allgemeiner und weniger nebulös als Methode, komplexe Probleme auf verschiedene, gelegentlich sich zum Teil widersprechende Weise anzugehen, zu durchdenken, mit der Fähigkeit, auch Argumentationsketten anderer zu folgen – selbst wenn deren Ansichten nicht die eigenen sind. Der Autor nennt diesen Ansatz im wahrsten Sinne bewusstseinserweiternd (mind-expanding).Dem Autor ist mit seinem neuen Buch sicher etwas Grandioses gelungen; allerdings unterscheidet es sich auch von vielen anderen allgemein verständlichen Darstellungen der neueren Physik, die die einzelnen Themen systematisch entwickeln, oft mit einer historischen Einleitung, beginnend bei Galilei oder gar bei den antiken Vorläufern – leider bleiben dann für die spannenden neuen Dinge oft nur noch wenige Seiten übrig. Demgegenüber lädt Wilczek seine Leser auf zehn Gedankenreisen ein, in denen er die Prinzipen der modernen Physik für sich und seine Leser neu überdenkt. Er vergleicht seine Meditationen mit den tastenden Schritten, mit denen sein Enkel versucht die Welt zu erkunden und zu begreifen. Der Text enthält neben den zehn Grundmotiven auch persönliche Geschichten, dabei streift der Autor auch einige seiner Lieblingsthemen, wie Ayonen und neuerdings auch Künstliche Intelligenz, wie er in einem Video- Interview zum Buch berichtet. Phaszinierend aber wird die Darstellung, durch die zahlreichen, oft überraschenden Querverbindungen, die Wilczek immer wieder einstreut und verfolgt. Das wird dem Leser gelegentlich Geduld abverlangen, eine gewisse Vertrautheit mit den Gebieten der modernen Physik – jedenfalls auf informeller Ebene – wird auch nicht schaden – aber sie lohnt sich.Das Buch ist leider etwa mager ausgestattet, neben dem obligatorischen Index, gibt es einige Anhänge, darunter mit Erläuterungen zu Masse, Ladung und einer Übersicht über Elementarteichen. Einige wenige Anmerkung sind lediglich als Fußnoten über den Text verteilt, eine Bibliographie oder Hinweise zur weiteren Lektüre fehlen gänzlich.

A great book. Written in lucid style as usual

It is one of the better popular science books i have read. . The fact that the writer has a deep understanding of the subject comes out in the clarity of the sentences. Read it to better appreciate the beauty and wonder thar is nature.

This is a beautifully written book, though more elementary than I expected. No math! No math at all! The author does a good job of presenting the standard model and the Big Bang model as simply as can be done, and highlights how elegantly they, together, explain much of what we know about the universe. If you've never read anything at all about quantum mechanics or the origin of the universe, this would be a good place to get the big picture. But the book was flawed, for me, by occasional forays into philosophy. Wilczek is a proponent of strict materialism. This means that for him, physics explains not just the physical world, but all that exists. So, humans are nothing more than random collections of elementary particles obeying the laws of quantum mechanics. When you think, "I'm going to move my hand," the "I" is just an illusion. There is no "you," there are just atoms, energy, and time. The writings of Shakespeare? Just the accidental output of random clicks on a keyboard, if you keep pecking at the keyboard long enough. There are enormous philosophical and mathematical problems to this viewpoint, but they are simply ignored, and the author's strict materialism presented as the mature, adult viewpoint. It is a little condescending. Nevertheless, I enjoyed the read, especially the view of the atom that replaces protons and neutrons with quarks and gluons. Science has come a long way from my high school and college days! It's fun to look back at the journey.