Inhalt

Title Page

Impressum

Prolog

Worum geht es?

Wirklichkeit oder Realität

Kurze Geschichte oder Kurzfassung

Großer Knall oder leiser Blubb

Wir machen uns ein buntes Bild

Vielleicht war es ja doch noch anders

Und es expandiert und expandiert …

...und expandiert und …

Konstanten sind auch nicht immer das …

Dunkel ist’s – die MOND scheint helle …

Die merkwürdige Welt der Quanten

Wir sind der Teilchen viele – und schön bunt

Die Physik am dünnen Faden

Die glittigen Tobs wibbeln in der Walle

Raum + Zeit = Raumzeit?

Privatsache Realität

Die Königskinder der Physik

Gesetze oder Bauernregeln

Die Relativität des Absoluten

Das Problem mit der Feinabstimmung

Eine conditio sine qua non?

Hausgemacht?

Ein starkes Stück Wissenschaft

Der Zweite ist der erste Verlierer

Am Ziel – oder am Ende?

Was tun?

Die Physik der Natur und die Natur der Physik

Vorläufiges Fazit

Literaturhinweise

Edition Gamerti EBooks Weltbilder

Edition Gamerti EBooks zum Thema

Edition Gamerti EBooks Relativität

Prolog

„Es wird in Zukunft keine Entdeckungen mehr geben, die in ihrer Tragweite mit den Enthüllungen

Darwins oder Einsteins oder auch Watsons und Cricks vergleichbar wären.”

(J. Horgan)

„Die Wissenschaft steht an der Schwelle einer weiteren Revolution. ... Die Zeit ist reif, die Rätsel und Anomalien aus einer neuen Perspektive zu betrachten.“

(E. Laszlo)

“Physiker verbringen den Großteil ihres Lebens im Zustand der Verwirrung.“

Auf dieses entwaffnende Eingeständnis eines der führenden Naturwissenschaftler der Gegenwart stieß ich völlig unvermutet. Es stand ja auch erst auf Seite 527 des 553 umfassenden Textes über die genialen Theorien und Modelle, die das aktuell vorherrschende physikalische Weltbild dominieren.

(Brian Greene; Der Stoff, aus dem der Kosmos ist; Wilhelm Goldmann Verlag 2008 / Seite 527)

Das ist doppelt erstaunlich. Erstaunlich, dass es mir so weit hinten in einem Buch über die moderne Physik überhaupt noch auffiel. Da bin ich für gewöhnlich geistig längst erschöpft oder wütend, häufig beides. Erstaunlich auch als so offenes Eingeständnis eines Wissenschaftlers. Handelt es sich hier nur um eine spontane Selbsteinschätzung eines genervten Physikers, oder muss man das auch bei anderen Naturwissenschaftlern vermuten?

Wie groß muss unsere Befürchtung sein, solche Leistungen oder Zustände könnten häufig hinter dem stecken, was uns die Naturwissenschaftler darbieten, um dem gesunden Menschenverstand das Sogenannte vorsetzen zu können? Man weiß es eben nicht. Jedenfalls: Nicht unbedingt muss das, was als Wissenschaft daher kommt, wirklich auch solche sein. Es kann auch blanker Unsinn, Irrtum, Missverständnis oder gar Fälschung sein.

In aller Regel verkünden uns die Naturwissenschaftler unserer Tage ihre Erkenntnisse und Theorien, Modelle und Denksysteme allerdings mit ziemlicher Inbrunst, jedenfalls so, als wären sie, die Wissenschaftler, in Bezug auf die Erklärung der Natur völlig Herr der Lage und stünden ziemlich lässig-souverän über den Dingen. Jede kleine wissenschaftliche Vermutung über die Natur klingt mit der üblichen medialen Verstärkung so, als wäre uns da gerade wieder eine göttliche Offenbarung zuteil geworden, verkündet von einem der vielen genialen Propheten, die sich in ihrer Bescheidenheit lediglich Naturwissenschaftler nennen, aber eigentlich wenn nicht die Schöpfer, so doch die Ingenieure des Universums sind.

Es herrschen die Horgans, die Laszlos sind eine kleine und leise Minderheit. Beschäftigt man sich mit dieser oder jener einzelnen Veröffentlichung, so kann man schon ihre Logik, sofern vorhanden, nachvollziehen, die Schlussfolgerungen mit Überzeugung oder mit Ehrfurcht teilen und die Faktenlage muss man in Ermangelung von Möglichkeiten der Überprüfung sowieso akzeptieren.

Das gilt, solange man sich mit einzelnen Werken befasst und nicht dem Bestreben erliegt, allzu breit gefächert das gesammelte Wissen der Naturwissenschaft kennen zu lernen. Je mehr man sich aber in die allgemein zugänglichen Veröffentlichungen unserer Damen und Herren Wissenschaftler vertieft, je mehr man vergleicht und hinterfragt, je mehr man mit Berechtigung be- und an den fachspezifischen Sprachjonglagen ver-zweifelt, umso mehr wird man in die Irrungen und Wirrungen ihrer Ansichten, Auslegungen und Glaubensbekenntnisse verstrickt. In der Gesamtheit zeugt das auch mehr Verwirrung denn Aufklärung. Das kann schon nerven.

Ich bekenne: Der Naturwissenschaft habe ich mich hauptsächlich auf dem Weg der allgemein zugänglichen Literatur genähert. Für die Wissenschaftler mag ich daher ein Amateur sein, der sich unberechtigt auf ihrem Gebiet tummelt; die Personifizierung jener „Touristen“, vor denen sich der große amerikanische Physiker Richard Feynman schon vor Jahren so sehr fürchtete. Man mag mir vorwerfen, meine Zweifel und kritischen Bewertungen, wie ich sie im Folgenden unterbreite, seien Anmaßung und würden einem Nichtwissenschaftler so nicht zustehen.

Ja, sie sind anmaßend. Ich maße mir an, zu fragen und zu hinterfragen, denn ich habe meine Zweifel, die, je mehr ich mich in die Veröffentlichungen der Naturwissenschaftler vertiefe, nicht beseitigt, sondern regelmäßig vervielfacht werden. Das bestärkt mich in der Überzeugung, der Weg der Naturwissenschaft auf den zunächst sehr erfolgreichen, aber immer verschlungeneren Pfaden der reduktionistischen Vereinfachung aller Natur in das Dickicht der mathematischen Abstraktionen könnte an einen Punkt gelangt sein, von dem aus uns die Naturwissenschaft Natur immer weniger erklärt.

Aber die Natur und das Universum sind nicht das Eigentum der Naturwissenschaftler. Wir alle haben Fragen nach der Natur der Natur, nach dem Wie und dem Warum. Antworten erwarten wir von den Naturwissenschaftlern, aber sie gehen uns alle an. Es ist unser Recht, nicht alles ehrfürchtig hinzunehmen, unsere Pflicht, misstrauisch zu zweifeln und kritisch zu hinterfragen. Es darf uns auch ein Vergnügen sein, etwas spaßig zu finden, was ernst zu nehmen schwer fällt.

Die aktuell üblichen Antworten der Naturwissenschaftler darzustellen, auf fehlende Antworten oder Unklares zu verweisen, Widersprüche zu kritisieren und auch Unzufriedenheit zu äußern – das ist mein Anliegen mit diesem Text. Man kann mir vorwerfen, kritisieren könne ja jeder, aber Kritik ohne Lösungsvorschläge sei doch moralisch verwerflich, jedenfalls nicht sehr ernst zu nehmen.

Das ist eine merkwürdige Forderung, die ich schon mehrfach in verschiedenen Zusammenhängen gelesen habe. Wer hat denn diesen Unsinn in die Welt gesetzt? Wenn die Berliner die mitunter katastrophale Unpünktlichkeit der S-Bahn und des Busverkehrs kritisieren, kann man das doch nicht mit der Bemerkung zurückweisen, die Bürger sollten doch erst einmal vormachen, wie man den reibungslosen S-Bahnbetrieb bei Signalausfall organisiert oder selbst mal einen Bus streng nach Fahrplan durch den dichten Stadtverkehr bugsieren.

Und die Kritik am Jahrhundert-Fehl-Bau Flughafen Berlin mit der Aufforderung beantworten zu wollen, der Kritiker könne ja gern selbst einen Flughafen bauen, ginge wohl weit an der Realität des Lebens vorbei. Kritik darf jeder äußern, dem Missstände, Widersprüche, Fehlverhalten oder Unklares auffallen. Für die Lösungen gibt es fachspezifisch Zuständige.

Es wird wohl so sein, dass naturwissenschaftlich intern, also in den Instituten, auf den Symposien und Fachkonferenzen, noch mehr in den Kantinen und Uni-Cafeterias anders geredet wird; mitunter schon Ansichten in Frage gestellt, vielleicht sogar eigene Interpretationen bezweifelt und Verwirrungen zugegeben werden. Das wollen wir doch hoffen, obwohl ich nicht recht daran glaube. In der allgemeinen Öffentlichkeit stellt sich das nämlich regelmäßig anders dar.

Die Oberflächlichkeit der Medien und unsere Ehrfurcht vor Professoren und Doktoren, besonders wenn ihre Namen englisch klingen, werden wohl auch dazu beitragen, dass in der öffentlichen Wahrnehmung ein hauptsächlich problemloses Bild von der Naturwissenschaft der Gegenwart dominiert. Daran mag auch die Unmöglichkeit ihren Anteil haben, die Summe aller Veröffentlichungen und die Vielzahl der Theorien und Modelle zur Kenntnis nehmen oder gar erfassen zu können.

Wir „Touristen“ sind zudem zeitlich überwiegend mit ganz anderen Fragen beschäftigt und die Naturwissenschaft ist für uns tatsächlich nur eine gelegentliche touristische Attraktion.

Wissenschaftler, die mehr oder weniger zufällig in die Nähe dieses Textes geraten, sollten nicht gleich in Aufregung über die Anmaßungen eines Außenstehenden geraten. Der Text kann ihnen durchaus gewissen Aufschluss darüber bieten, was von ihrem Schaffen bei uns „Touristen“ so ankommt und wie wir es bewerten. Das ist für sie auch nicht gerade unwichtig.

Hauptsächlich habe ich den Text aber für alle „Mit-Touristen“ verfasst, um sie in ihren Zweifeln zu bestärken und anzuregen, nicht einfach zu glauben, wo Wissen und Verstehen notwendig sind.

Worum geht es?

Wir leben im 21. Jahrhundert. Seit den Babyloniern, Phöniziern, Ägyptern und den naturphilosophischen Vermutungen der alten Griechen ist also schon viel Wasser durch die Flüsse geflossen.

Große Entdeckungen wurden gemacht, Namen wie Thales und Pythagoras, Archimedes und Galilei, Kopernikus und Kepler, Descartes und Newton, Faraday und Maxwell, Planck und Einstein, Heisenberg und Bohr, Weinberg und Hawking stehen eingemeißelt in den Annalen der Physik. Chemie und Optik, Mechanik und Metallurgie, Astronomie, Kosmologie, Biologie und die anderen Wissenschaftsgebiete haben die Palette der Erkenntnisse und des Wissens um Zehnerpotenzen erweitert. Nun haben wir es – das moderne wissenschaftliche Bild von der Welt außer uns; das Weltbild, das uns die Naturwissenschaft, unter maßgeblicher Prägung durch die Physik, in prächtigen Farben und klaren Konturen, in logischen Strukturen und als beeindruckende mathematische Kompositionen gezeichnet hat.

Eine kurze Geschichte der Zeit, Die kürzeste Geschichte der Zeit, Eine kurze Geschichte von fast allem und sogar Die kürzeste Geschichte allen Lebens (Stephen W. Hawking; St. W. Hawking/L. Mlodinow; Bill Bryson; H.Lesch/H.Zau) – Naturwissenschaftler versuchten in den letzten Jahren, sich gegenseitig mit ihren Kurzgeschichten zu übertreffen, um uns das naturwissenschaftliche Weltbild so nahe wie nur irgend möglich zu bringen. Das waren, so hörte man, recht erfolgreiche Publikationen – die Autoren dieser Bücher sind ja auch namhafte Wissenschaftsexperten.

Wollten sie uns mit der Titelwahl suggerieren, im Gegensatz zum langen Weg der Naturerkenntnis sei es mit dem Verstehen der Natur eine ganz einfache Sache, so schnell geklärt wie schnell erzählt?

Sind es denn so kurze Geschichten? Sind sie schon erzählt? Sind wir am Ziel unserer Suche nach Wissen und Begreifen? Ist alles Wichtige geklärt? Haben wir alles verstanden, was es zu verstehen galt? Hat die Naturwissenschaft alle unsere Fragen an die Natur beantwortet? Oder ist die moderne Erklärung der Natur tatsächlich eine Kurzgeschichte – einfach zu kurz geraten?

Gibt es nicht noch viel Unklares und Unbewiesenes in allen Fragen nach dem Wie? Sind nicht ganz wesentliche Fragen nach dem Warum weitestgehend unbeantwortet und nicht einmal Ansätze in Sicht, wie die Naturwissenschaft sie beantworten will – wenn sie das überhaupt will?

Zur Enttäuschung der Naturwissenschaftler müssen wir es zugeben: Unser Denken und unsere Vorstellungen von der Welt außer uns sind noch immer vor allem auf das Alltägliche gerichtet, denn wir müssen uns zunächst nicht im Universum, sondern im Leben zurecht finden, unseren individuellen Platz bestimmen, mit unseren Mitmenschen auskommen, etwas aus unserem Leben machen, oder schlicht nur ‚überleben’. Wir wollen auch viel erleben, Spaß haben, alles genießen, was Leben und Welt für uns an Genussvollem bereithalten.

Ob wir als Individuen mehr Genuss und Spaß haben oder mehr ums Überleben kämpfen müssen, wird nicht von unserem Verständnis für die Natur der Natur bestimmt, sondern von Ort und Zeit unseres Da- oder Hierseins, von der Gnade unserer Herkunft, der Brutalität der Mächtigen, der Gier der Reichen und anderen Umständen, auf die wir häufig wenig Einfluss haben.

Die Welt außer uns kann bedrohlich, Angst einflößend, grau und kalt, voller Gefahren, Krankheit und unbarmherziger Härte sein. Manchem scheint dagegen jeden Tag die Sonne, bietet die Welt ein farbenprächtiges Bild der Harmonie und Schönheit, der Eleganz und des Überflusses. Wie die Welt dem Menschen begegnet, hängt nicht von der Welt ab, sondern von den Daseinsumständen des Menschen.

Jeder einzelne Mensch, unabhängig seines Alters und seiner Herkunft, seiner Möglichkeiten und seiner Ambitionen, macht sich seine Vorstellungen über die Welt, malt sich selbst sein individuelles Weltbild. Es ist mitunter in erschreckender oder auch nachvollziehbarer Ausschließlichkeit auf Bankkonto und Karriere, den Fußballverein oder das TV-Programm, die Eckkneipe oder das andere Geschlecht fixiert, manchmal schon auf einen ferneren Horizont des Daseins und der Verantwortung dafür gerichtet oder erhebt sich sogar in die unermesslichen Regionen des Wissenschaftlichen und Philosophischen – oder es ist von allem etwas und in nichts wirklich viel.

Es kann von der Naturwissenschaft beeinflusst sein, aber auch von Religion, Philosophie oder Kunst, von den Erfahrungen des alltäglichen Erlebens oder von der Suche nach dem Unüblichen. Es kann orientiert sein an den maßstabsetzenden Werken der großen Denker und den von ihnen propagierten Werten und Verhaltensprämissen oder an den Nachrichten- und Argumentationsschnipseln der Medien. Es kann geprägt sein von der unbändigen Lust auf Neues wie von der Bequemlichkeit der Aneignung des gerade nur Nötigsten.

So oder so oder noch anders: Wir müssen uns ein Bild von der Welt machen, denn wir wollen uns schließlich in ihr zurechtfinden und uns gut mit ihr stellen, damit sie gut zu uns ist.

Wir müssen wissen, wie wir zu Nahrung, Kleidung, Bildung, natürlich auch zu Getränken kommen, wo wir wohnen können – und das Auto parken –, ob unsere Arbeitsplätze noch sicher sind, wie wir überhaupt unsere Lebensbedingungen sichern, möglichst sogar verbessern; wer und was uns dabei hilft, wer und was uns daran hindert, wer unsere Freunde sind, wer nicht; was unser Dasein gefährdet; wie wir gesellschaftliche Entwicklungen und Vorgänge be- oder verurteilen sollen, wie wir das einzuordnen haben, was Politik genannt wird; ob die CDU christlich ist oder diabolisch, die CSU sozial oder bayrisch, die Grünen grün oder farblos und die Linkspartei links oder nur linkisch; was wir von dem zu halten haben, was uns die Medien tagtäglich einhämmern, seit einiger Zeit sogar, ob und wie wir den Unsinn im Internet von dem trennen können, was uns nützliche Information sein kann.

Es ist auch hilfreich zu wissen, wie wir aktuelle und potentielle Sexualpartner beeindrucken und womit wir lästige Konkurrenten ausschalten können, was eine Steuererklärung ist und wie man sie möglichst vorteilhaft – für sich – ausfüllen kann und sich trotzdem so fühlen darf, als wäre man den Kindern noch ein einsam leuchtendes Vorbild.

Jeder von uns weiß aus hinreichend eigener Erfahrung, wie schwierig das alles ist, wie oft wir uns irren, etwas völlig falsch einschätzen, uns tölpelhaft unsinnig verhalten, schweigen, wo wir schreien sollten, uns zu Wort melden, wo wir unseren Denkunsinn besser für uns behalten hätten, und wie schnell wir in Krisen – persönliche, berufliche, landesweite oder gar globale – hinein stolpern können.

Aber ohne irgendein Bild von der Welt ist der Mensch nicht überlebensfähig. Es ist die Basis für Aktivsein, für Orientierung in einer von seinem Willen unabhängigen Außenwelt, für die Bestimmung der Zielrichtungen und der Art seines Handelns.

Über Jahrtausende konnten allerlei Mythen und Märchen verschiedene Bilder von der Welt malen, die für manche Zwecke brauchbar, für viele Menschen auch hilfreich waren oder noch immer sind.

Aber wir sind nun mal Vertreter der stolzen Gattung Homo sapiens sapiens. Als weise Menschen sollten wir die Welt nicht nur empfinden und erleben, nicht unbedingt nur glauben, sondern auch wissend verstehen. Wir wollen daher schon über den Alltags-Tellerrand hinausschauen, wollen unseren Blick weiten und unsere Kenntnisse vertiefen, wollen wissen, wie unsere Welt denn eigentlich beschaffen ist, wie die Dinge außer uns funktionieren, was da in den Tiefen des Universums und der Materie vor sich geht.

Das oben angeführte Bemühen, mit der Welt einfach nur klarzukommen, kennzeichnet im Prinzip ja auch die Tierwelt – Steuererklärung, Internet, CDU/CSU und Linkspartei mal links liegen gelassen. Auch Tiere wollen Nahrung zu sich nehmen, brauchen einen sicheren und warmen Schlafplatz, wollen sich fortpflanzen, lassen Muskeln spielen oder versuchen mit äußeren Attributen zu imponieren, schmieden Allianzen, mobben andere Rudelmitglieder, ordnen sich unter oder wollen Leithirsch oder Silberrücken sein. Da sind Tiere auch nur Menschen – oder umgekehrt.

Aber weiser als Esel oder Affe wollen und sollten wir schon sein. Es ist daher nicht nur Neugier, nicht nur geistiger Übermut, auch nicht nur Luxus, wenn wir uns dafür interessieren, was es außerhalb unseres unmittelbaren Erlebens noch so alles Wichtiges gibt in der Welt. Es kann unseren Blick weiten, uns weiser und reifer machen, einsichtiger und souveräner; es sollte uns nicht gläubiger, wohl aber ehrfürchtiger und bescheidener machen.

Also beschäftigen wir uns auch mit den Fragen, woraus die Welt besteht, wie sie entstanden ist, wie sie sich entwickelt und wohin. Wir wollen das genauer und verlässlicher wissen, verstehen, geistig nachvollziehen können. Wir stellen uns deshalb Fragen nach der Herkunft der Welt, nach den dem Universum zugrunde liegenden Zusammenhängen und Ordnungsprinzipien, nach dem Wie und Warum und danach, warum es überhaupt etwas gibt und nicht nichts – manchmal auch schon, was besser wäre.

Schließlich beschäftigt uns auch die spannende Frage, warum es uns gibt, woher wir kommen und wohin wir gehen. Gut, bezüglich Letzterem wollen einige nur wissen, wie viel Kohle dabei zu machen ist und andere, was sie dazu anziehen sollen. Aber es gibt auch viel ernsthaftes Bemühen, zu verstehen, wie die Natur denn eigentlich beschaffen ist, was die Welt in ihrem Innersten zusammenhält – oder auseinander treibt.

Wirklichkeit oder Realität

Die Wirklichkeit sieht anders aus als die Realität. Dieser Satz wird dem Ex-Kanzler der Deutschen Republik, Helmut Kohl, zugeschrieben. Ob er ihn tatsächlich formuliert hat, entzieht sich meiner Kenntnis. Wahrscheinlich diente der Satz und seine Zuordnung mehr dem Zweck, Intellektuellen und solchen, die es gern sein möchten, Gelegenheit zu geben, sich lustig machen und ihren überlegenen Geist demonstrieren zu können.

Es passt mir nicht und viele Intellektuelle wird es entsetzen, aber wenn Kohl den Satz aussprach, könnte das im Sinne der modernen Physik von weisem Durchblick zeugen. Tatsächlich gibt es Wissenschaftler, die die Begriffe Wirklichkeit und Realität unterschiedlich verwenden. Sie definieren die Wirklichkeit als alles das, was der Mensch als seine Lebenswelt wahrzunehmen imstande ist, was ihn als die ihm sinnlich zugängliche Umwelt umgibt, von der er sich klare Vorstellungen machen, vor allem als das wirklich Existierende erleben kann.

Außer dieser, sagen wir mal, „Physischen Zugangswelt“, also der subjektiv zugänglichen, empfundenen und verarbeiteten Welt aber gibt es etwas, was außerhalb dieser Subjektivität existieren muss. Das nennen sie dann Realität.

Diese Differenzierung hat einen in Grenzen nachvollziehbaren Hintergrund. Schließlich gehen wir mit Überzeugung und belegt durch Tatsachen davon aus, dass die Welt schon existierte, bevor der Mensch auftauchte. Auch ist für die meisten von uns die Überzeugung selbstverständlich, dass es auch außer unserer individuellen Existenz ungezählte Objekte und Prozesse der Natur gibt, von denen weder der einzelne Mensch noch die Menschheit in der Gesamtheit ihrer räumlichen und zeitlichen Existenz je auch nur ein Zipfelchen „zu Gesicht“ bekommen werden. Das ist die objektive Außenwelt.

Der Mensch als Subjekt bewegt sich in einer Außenwelt und steht zu ihr in Beziehung. Jeder Mensch sieht, hört, schmeckt, riecht, spürt die Welt außer ihm, macht mit ihr und in ihr seine Erfahrungen, lernt mit ihr umzugehen und leitet daraus Erkenntnisse, Weisheiten, Wahrheiten und Vorstellungen über die Zustände und Zusammenhänge der Außenwelt und seiner Rolle darin ab. Die Summe dessen ist das, was wir als gesunden Menschenverstand ansehen und was wir auch in der Beurteilung einzelner Vorgänge als Maßstab setzen.

Guten Gewissens hält der Mensch das für verlässlich, denn es entspricht ja dem, was er selbst erleben durfte, ertragen musste, beobachten konnte oder von anderen erfahren hat. Und doch ist der Sogenannte, also das, was sich der „gewöhnliche“ Nichtwissenschaftler so vorstellt und für wirklich gegeben oder logisch hält, das muss man anerkennen, schon eine recht trügerische Sicht. Was wir gewöhnlichen Sterblichen so oder anders als Welt wahrnehmen und empfinden, ist nämlich etwas, was die gelehrten Naturerklärer verächtlich, aber nicht unberechtigt, als nur naiven Realismus bezeichnen.

Das deshalb, weil wir die Welt sowieso nur in Falschfarben sehen, etwas empfinden, wo Empfindungen keinerlei Bedeutung haben und nach Sinn suchen, wo die Sinnlosigkeit regiert.

Natürlich liefern uns unsere Sinnesorgane Informationen über unsere Außenwelt. Aber das sind keine originalgetreuen Abbilder der Außenwelt. Die Sinnesorgane wandeln das, was als Information der Außenwelt zu ihnen vordringt und was sie, gefiltert und reduziert durch ihre Beschaffenheit und Empfindlichkeit, aufzunehmen imstande sind, mittels bestimmter sensorischer Zellen in Nervenimpulse um. Diese sind höchst einfacher Natur. Da geschieht nichts weiter, als dass der Ladungszustand der Nervenzellen, lokal und zeitlich stark begrenzt, verändert wird. Man nennt das ein Ladungsumkehrpotential. Dieses pflanzt sich von Zelle zu Zelle fort, jagt durch den Nervenstrang bis zum Gehirn.

Erst das Gehirn macht dann aus den einfachen Folgen von Ladungsumkehrpotentialen Bilder der Außenwelt, Vorstellungen von Vorgängen, Empfindungen von Farben, Gerüchen und Tönen, die uns die Welt erleben und empfinden, fühlen und genießen lassen.

Das müssen wir uns immer mal wieder vor Augen führen: Die Sinnesorgane liefern dem Gehirn keine 1 x 1-Abbilder der Außenwelt, sondern lediglich Erregungszustände in Form einfacher Ladungspotentiale. Diese sind nicht einmal spezieller Natur, also keine Seh-Potentiale oder Geräusch-Potentiale. Alle Sinnesorgane liefern die gleichen eigenschaftsarmen Ladungsumkehrpotentiale. Und daraus macht das Gehirn alles das, was wir als unsere Umwelt wahrzunehmen glauben.

Das Geschehen hat Konsequenzen. Diesen Fakt machen wir uns selten bis nie bewusst: Wir kennen die Welt, in der wir leben, nicht wirklich. Ganz selbstverständlich neigen wir dazu, unsere Außenwelt als eine objektive Welt zu akzeptieren. Die Dinge außer uns sind halt – das ist unser Grundeindruck – so wie sie sind; sie sind es ohne unser Zutun, wir können sie nur zur Kenntnis nehmen.

Aber tatsächlich wissen wir gar nicht genau und verlässlich, wie die Dinge außer uns sind. Es mag und wird eine objektive Außenwelt geben, aber wie diese wirklich beschaffen ist, können wir nicht sinnlich erfahren. Das ist so, weil wir die Welt nicht so wahrnehmen wie sie ist. Die Welt außer uns besitzt keine Farben, produziert keine Geräusche oder Gerüche, ja sie ist sogar – die Ästheten unter uns mögen geschockt sein – gefühllos und geschmacklos.

Alles, was wir von der Welt außer uns sehen, hören, riechen, schmecken oder fühlen, entsteht erst in uns. Die Welt unseres Erlebens, die Wirklichkeit, ist streng genommen keine Außen-, sondern eine Innenwelt. In der Welt außer uns existieren Strahlung ganz verschiedener Wellenlängen, Atome und Moleküle, viele verschiedene chemische Elemente, wirken Kräfte und energetische Felder unterschiedlicher Stärke, vollziehen sich physikalische oder chemische Prozesse. Mehr ist nicht.

Die Welt außer uns hat nichts von all dem, was wir Menschen an ihr im Allgemeinen so schätzen. Sie ist, trotz aller Vielfalt der Erscheinungen in ihrem Innersten eigenschaftsreduziert, verweigert uns allerdings hartnäckig den Zugang zu ihr oder erschwert ihn uns, verwirrt uns und täuscht uns auch manchmal.

Wir leben also in einer Welt, die wir uns lediglich vorstellen können. Man kann auch sagen, wir leben ausschließlich in einer eingebildeten Welt. Das soll nicht die Welt beleidigen und uns nicht erniedrigen, sondern nur unsere objektive Situation unmissverständlich kennzeichnen.

Jeder von uns muss täglich neu seine Welt erfinden. Er macht das in seinem Kopf, eine andere Möglichkeit hat er nicht. Er benutzt dazu Eindrücke und Informationen, Vorstellungen und Phantasien, Einflüsse und Erfahrungen. Er hat – ererbt, erworben und anerzogen – Modelle von der Außenwelt in seinem Kopf. Nach diesen urteilt er über die Welt außer ihm. Das Gehirn vergleicht die aktuellen Informationen der Sinnesorgane mit den Modellen, korrigiert und modifiziert sie und übermittelt uns, wie die Welt außer uns sein könnte. Es macht sich und uns ein Bild von der Welt.

Deshalb ist das, was wir naturwissenschaftliches Weltbild nennen, so wichtig und unverzichtbar für uns und unser Leben und Überleben, denn es beeinflusst die Entwicklung von Vorstellungen, gibt unserer Phantasie Richtungen vor und setzt ihr notwendige Grenzen, ergänzt und vervollständigt vielleicht sogar die Engramme des Gehirns, liefert Daten und Fakten, die unserer Rationalität Halt geben.

Dann aber müssen wir es schon zugeben: Unsere subjektive Welt ist eine Konstruktion unseres Gehirns. Zwar basiert sie mehr oder weniger – wie viel mehr oder weniger wissen wir allerdings auch nicht – auf Informationen der Außenwelt, aber sie ist eine subjektive und individuelle Konstruktion.

Wenn die Wissenschaftler uns Nichtwissenschaftlern freundlich zugeneigt sind, nennen sie es: Modellabhängige Wirklichkeit. Damit drücken sie aus, dass unsere Lebenswirklichkeit lediglich das ist, was unser Gehirn als solche konstruiert bzw. modelliert. Es besteht daher schon eine gewisse Berechtigung, den so genannten gesunden Menschenverstand in die Nähe von Naivität zu rücken. Wir bilden uns ein, die Welt müsse genau so sein, wie wir sie „sehen“. Aber so ist sie nicht wirklich.

Der Naturwissenschaftler tritt anders an die Welt heran. Jedenfalls behauptet er das und glaubt es in aller Regel auch. Er entkleidet sie aller sinnlichen Wahrnehmungen und der von diesen bestimmten Vorstellungen des Menschen. Er untersucht die Natur, wie sie unabhängig von den subjektiven Wahrnehmungen und Konstruktionen des menschlichen Denkens, also auch unabhängig vom so genannten gesunden Menschenverstand in ihren unmittelbarsten Strukturen und Beziehungen existieren mag, lässt er uns wissen. Er beobachtet und misst, seziert und sortiert, vergleicht und ordnet ein, sagt er.

Dann kann es auch nicht überraschen, dass zwischen der erfundenen Welt unserer Wahrnehmung und der Welt in der objektiven Sicht der Naturwissenschaftler häufig Widersprüche aufwallen, da unserer Anspruch auf einen gesunden Menschenverstand mit der nackten Logik wissenschaftlicher Betrachtungsweise kollidiert. Und so würde sich dieser Widerspruch als eine ziemlich natürliche Selbstverständlichkeit erklären und könnte uns versöhnlich und bescheiden stimmen.

Uns schon, die Naturwissenschaftler weniger. Sie beharren sehr häufig darauf, die reale, sozusagen ungeschminkte Welt zu beschreiben und daher die einzig richtige, da objektive Sicht auf die Welt, die einzig vernünftige Einsicht in die Natur der Natur zu besitzen. Nur selten räumen sie die Legitimität anderer Sichten auf die Welt ein. Die Abfälligkeit, mit der sie solche beurteilen, können sie häufig nur schwer verbergen. Außerhalb ihrer Theorien und Laboratorien, wenn sie die Türen der Institute und Akademien hinter sich schließen und sich auf den Weg zu Frau und Kinder machen, bewegen sie sich jedoch auch in unserer eingebildeten Welt, die sie gleich uns nur dank ihrer Einbildungen einigermaßen sicher durchstreifen können.

Wie real und objektiv ist die Welt der Wissenschaftler eigentlich, wie viel ist da auch nur Vorstellung und Erfindung, Vermutung und Behauptung?

Längst schon hat sich für uns naive Träger des Sogenannten die Berechtigung eingestellt, zurückzuschlagen. Was nämlich der Naturwissenschaftler da in der objektiven Außenwelt so alles beobachtet, analysiert, definiert und kategorisiert, ist ja da auch nicht genau so.

Ja schon, der Naturbeobachter ist nicht mehr nur auf seine Sinneswahrnehmungen angewiesen. Er benutzt Geräte oder Untersuchungsmethoden, die ihn tief in das Innere der Materie eindringen lassen, ihm Blicke in die fernste Ferne des Kosmos erlauben, ihm Strahlungen in Frequenzen weit außerhalb des menschlichen Wahrnehmungsvermögens zur Kenntnis geben und Felder, Ladungen, Moleküle und Atome aufspüren lassen.

Aber der Konstruktion der Beobachtungsgeräte, der Technologie und Anlage der Experimente liegen bereits Vorstellungen zu Grunde. Die Experimentatoren führen ihre praktischen Beobachtungen ja nicht auf der Basis reiner Intuition oder göttlicher Eingebung aus – in aller Regel jedenfalls – , sondern benutzen Geräte und Methoden, denen Modelle und Theorien, Interpretationen und Abstraktionen zu Grunde liegen. Felder, Ladungen, Moleküle und Atome sind auch Konstruktionen, Modelle, häufig vor allem mathematische Gleichungen, immer aber Vorstellungen.

Wer den Wellencharakter elementarer Teilchen feststellen will, kann das weder mit Nachdenken noch mit dem Lasso erreichen, sondern muss etwas benutzen, das die Beobachtung von Wellen zulässt. Dem liegt aber das Modell zu Grunde, was eine Welle ist und woran man sie erkennt. Und wer feststellen will, aus welchem Stoff ein bestimmtes kosmisches Objekt besteht, der muss das von ihm ausgehende Licht mit einem Spektrographen aufnehmen und es so analysieren, dass er bestimmten Linien im Spektrum bestimmten Elemente zuordnen kann. Der Spektrograph ist so konstruiert, dass er gemäß den Modellen das Licht in verschiedene Wellenlängen zerlegen kann, denn die Modelle des Lichtes besagen, dass es aus Strahlung verschiedener Wellenlängen besteht.

Natürlich, die Modelle sind in der Regel das Ergebnis akribischer Experimente und Beobachtungen. Das ist vielfach geprüft und gilt als hinreichend gesichert. Aber es handelt sich trotzdem um Modelle. Schon die Theorie entscheide, bemerkte Albert Einstein, was beobachtet werden kann.

Der Naturwissenschaftler sammelt Messergebnisse und Beobachtungstatsachen. Diese stehen jedoch im Einzelnen nur und ausschließlich für sich; es sind Rohdaten, die erst dann etwas aussagen, wenn sie „bearbeitet“ werden.

Der Wissenschaftler muss die Ergebnisse der Beobachtungen immer interpretieren, sie in Denkmodelle einordnen, den theoretischen Vorstellungen zuordnen, um ihre Herkunft erklären, die Zusammenhänge aufzeigen und ihren Charakter definieren zu können. Strahlung, Stoffe, Felder, Energie, Masse, Ladung – das sind Vorstellungen. Es sind Abstraktionen und Interpretationen. Eigentlich sind es sogar nur erfundene Begriffe, deren Beziehung zur Natur eine reine Konstruktion ist. Selbst das Atom ist mehr ein mathematisches Modell, denn eine reale Erscheinung.

Ohne theoretischen Hintergrund, ohne Entwicklung von Vorstellungen und ohne Phantasie kann der Wissenschaftler nur hilflos auf seine Messdaten starren und sich wundern, was es so alles Wunderliches gibt in der objektiven Welt.

Wenn die Naturwissenschaft uns die Realität beschreibt, so ist das ebenfalls nur eine Realität, die vom jeweiligen Modell abhängt, also eine modellabhängige Realität. Das heißt, auch die Naturwissenschaft ist eine Form der subjektiven Betrachtung der Außenwelt. Und auch der Naturwissenschaftler weiß nicht wirklich, wie die Außenwelt, die er da beobachtet, analysiert und interpretiert, objektiv beschaffen ist und funktioniert.

In seinen Interpretationen ist er zudem weitestgehend an Übliches, an die konventionellen Modelle und die herrschenden Lehrmeinungen gebunden; durch Uni-Hierarchien und Autoritätenherrschaft, Anstellungsabhängigkeiten und Forschungsgeldzuteilungen in Denkvorgaben und Ideologien gezwungen. Auch Wissenschaftler sind keine unabhängigen Beobachter einer objektiven Realität, obwohl sie das von sich unablässig behaupten, sondern mehr oder weniger befangene Vertreter einer modellabhängigen Realitätsvorstellung.

Die Beobachtungsfelder, die Wahrnehmungsmethoden und die Art und Weise der Interpretation sind in der Naturwissenschaft andere als bei dem, was das Gehirn dem gesunden Menschenverstand liefert. Ja, die Wissenschaft arbeitet mit konkreten Zahlen und Messwerten, in Kategorien höchster Abstraktion, mit stimmigen mathematischen Algorithmen und logischen Folgen, abseits von Gefühlen. Aber gerade das hat auch Konsequenzen.

Was die Wissenschaftler da mit ihren Theorien und Modellen, mit den komplizierten mathematischen Relationen und unverständlichen Formeln, den fundamentalen Gesetzen und den noch fundamentaleren Naturkonstanten beschreiben, scheint eine Welt zu sein, die mit der Kälte der formalen Logik, der Brutalität unerschütterlicher Gesetze, der Gewalt der mathematischen Abstraktion und der Kaltschnäuzigkeit der Reduzierung des unendlich Verschachtelten auf den einfachsten Zusammenhang in ein geistiges Korsett gezwängt wurde, dem man mehr den Charakter einer Denkblase denn Beschreibung einer lebendigen Realität zubilligen muss.

Wir leben aber nicht in einem Cosmic Comic und Sprech- oder Denkblasen erklären uns das Universum nicht. Wir haben es mit einer vielschichtigen, unendlich komplexen, sich ständig verändernden Welt zu tun. Diese unsere einheitliche, vertraute und doch irgendwie immer wieder neu unbekannte Welt wollen wir geistig nachvollziehen können.

Die Naturwissenschaftler haben keinen Grund, sich über den gesunden Menschenverstand als einen nur Sogenannten zu mokieren. Wo wir die Welt mit Naivität betrachten und die wirklichen Zusammenhänge nicht erkennen, dürfen und müssen sie uns aufklären. Das dulden wir nicht nur, wir verlangen es auch. Aber wir haben andererseits auch das Recht und die Pflicht, den Naturwissenschaftlern „auf die Finger“ zu schauen, ihre Theorien kritisch zu hinterfragen, nicht alles zu glauben und ihre allzu vollmundigen Verkündungen auch mal zurückzuweisen.

Kein Geringerer als Einstein hatte es ihnen schon „ins Stammbuch geschrieben“, als er konstatierte, da wir nur indirekt Kunde von den Dingen der Außenwelt erhalten, können sich die Physiker der Realität nur auf spekulativem Wege nähern und müssten stets bereit sein, ihre Auffassungen auch zu modifizieren. Die Auffassungen vom physikalisch Realen können niemals endgültig sein, betonte Einstein. (Einstein; Mein Weltbild).

Das wird heute von Vielen offensichtlich ziemlich anders gesehen. Wissenschaftler und Medienfuzzis sind eifrig dabei, die moderne Naturwissenschaft überschäumend optimistisch und euphorisch für eigentlich so gut wie am Ziel angekommen darzustellen. Nicht wenige Wissenschaftler sind der festen Überzeugung, die Naturwissenschaft sei nahe ihrer Vollendung, da würde nun nicht mehr viel Neues hinzu kommen, jedenfalls nichts Wesentliches mehr. Sie meinen, man könne nun bald die Naturwissenschaft als ein historisches Kapitel in der Geschichte der Menschheit wegen Vollendung schließen und müsse sich nur noch den Verfeinerungen und den Präzisierungen, vor allem aber den praktischen Anwendungen widmen.

Es sind jene Wissenschaftler, die die Naturwissenschaft in dem Sinne für abgeschlossen halten, dass ihre Grunderkenntnisse und Hauptdenkrichtungen ausgearbeitet und absolut richtig sind. Sie sind der Überzeugung, dass das Bild, das uns die heutige Naturwissenschaft vom Universum, der Materie, vom Leben und auch von der Evolution der Lebewesen und des Menschen zeichnet, im Prinzip richtig ist, wir also im Grundsätzlichen sowieso, aber auch in vielen Details wissen, wie die Natur beschaffen ist und wie sie funktioniert.

Dieses unser Wissen, das propagieren die Vertreter dieser Richtung mehr oder weniger offen, weise da und dort noch kleine Lücken auf, einige Fragen sind noch unvollständig, manche vielleicht auch noch gar nicht beantwortet. Aber das betrifft nicht die Hauptstränge, nicht die Grundprinzipien, sondern einzelne Fragen, Teilgebiete, kleine Lücken im Ensemble der gesicherten Erkenntnisse. Richard Feynman, der große amerikanische Physiker, war beispielsweise überzeugt, in der bevorzugten Zeit der Entdeckung der fundamentalen Naturgesetze zu leben, einer Zeit, die nicht wiederkehren wird.

Ganz offensichtlich sind viele Naturwissenschaftler, vor allem Physiker, der festen Ansicht, ihre Theorien und Modelle würden uns die Welt schon hinreichend umfänglich und nachvollziehbar, vor allem glaubwürdig erklären. Jetzt käme es darauf an, die da und dort noch vorhandenen kleinen Lücken zu schließen, leidige Missverständnisse zu klären und die vereinzelten Ungereimtheiten aus der Welt zu schaffen.

Das wird noch einige Arbeit kosten, es wird schon noch einiges an Zeit darüber vergehen, viel Geld wird auch noch benötigt werden und dieser oder jener Forscher wird noch diese oder jene Idee einbringen müssen, um das noch Ausstehende zu leisten. Aber eigentlich könne man sich schon in Erwartung der Preise und Ehrungen genüsslich zurücklehnen, denn die offenen Fragen würden auch noch gelöst werden, das sei kein großes Problem, da die Grundprinzipien ja erkannt sind und daher das, was jetzt zu leisten ist, sozusagen Fingerübungen seien, verbunden mit notwendiger Ausdauer und ein wenig Geduld.

Die Naturwissenschaft der Neuzeit habe uns, so die Überzeugung, im Wesentlichen und endlich verbindlich erklärt, was die Natur ist, woher sie kommt, wie sie beschaffen ist.

Gegenwart hat wohl immer Züge von Arroganz, denn das hatten wir alles schon einige male. Max Planck wurde, als er sich 1875 zum Studium einschrieb, von einem Professor der Universität zu München geraten, um die Naturwissenschaft doch lieber einen Bogen zu machen, denn da gäbe es nichts mehr herauszufinden. Albert Michelson vermutete 1894, künftige Entdeckungen seien noch in der 6. Stelle nach dem Komma zu erwarten. Womit er sagen wollte, im Prinzip sei nun alles klar, es könne höchstens noch um Verfeinerungen und Präzisierungen gehen.

Und was wurde dann noch alles entdeckt. Die Röntgenstrahlen 1895, die Radioaktivität 1896, das Elektron 1897, das Plancksche Wirkungsquantum 1900 und schließlich noch die Relativitätstheorien und die Quantenphysik, die Expansion und der Urknall, das Quarksmodell und die Strings (na ja, die noch nicht wirklich), die Gene und die Doppelhelix und vieles mehr.

Obwohl das hinreichend bekannt ist, wiederholt es sich schon wieder. Tatsächlich gab es schon lange Konferenzen, in denen Wissenschaftler sehr ernst darüber diskutierten, wie denn die bevorstehende Vollendung der Naturwissenschaft aussehen wird, wie man sie bewältigt und was man danach so treiben könnte.

Es wird schon darüber philosophiert, man habe endlich die Sprache Gottes verstanden und in spätestens 20 Jahren werde die Formel für Alles alles erklären und der Endpunkt des naturwissenschaftlichen Strebens nach Kenntnis von den Gesetzen der Natur sein.

Stephen Hawking hat das schon zweimal im Abstand von 20 Jahren vorausgesagt. Zuletzt verkündet er, die M-Theorie sei der Kandidat für eine vollständige Theorie des Universums. Sie werde der erfolgreiche Abschluss der vor 3000 Jahren begonnenen Suche sein.

Dazu muss man vielleicht mit dem gesunden Menschenverstand einwerfen, dass die M-Theorie gar keine Theorie ist, sondern die Vermutung, die etwa 10^500 möglichen Varianten der Stringgleichungen könnten auf einen gemeinsamen Nenner zurückzuführen sein, eben dem M, was immer das auch sein mag.

(Nicht einmal die Bedeutung dieses „M“ konnte von den Physikern bisher aufgeklärt werden. Man vermutet, es sei ein auf den Kopf gestelltes W und stehe für Witten. Ed Witten war es nämlich, der die M-Theorie als eine mögliche Basis-Theorie der verschiedenen Stringtheorien verkündete. Ein Physiker vermutete, dass M stehe für Masturbation, denn die Stringphysik sei ja wohl nichts anderes.)

Der Abschluss einer 3000jährigen Suche also lediglich eine Vermutung, es könne da etwas geben, was alles erklärt? Da war die Menschheit vor 3000 Jahren auch schon. Das jetzt zur vollständigen und endgültigen Lösung aller Fragen zu erklären, geht am gesunden Menschenverstand tatsächlich weit vorbei.

Aber die Physiker grämt es offensichtlich nicht. Nahezu täglich verkündet irgendwo irgendwer in irgendeinem wissenschaftlichen Zusammenhang irgendeine wichtige Erkenntnis, die uns so nahegebracht wird, als wäre das nun höchstens noch das vorletzte Steinchen zur Vervollständigung des Mosaiks, das uns die wahre Natur der Natur zeigt.

Der amerikanische Wissenschaftsjournalist John Horgan brachte es auf den Punkt:
“Ich vermute, dass diese Geschichte, die die Wissenschaftler aus ihren Erkenntnissen zusammengetragen haben, dieser moderne Schöpfungsmythos, hundert oder sogar tausend Jahre lang unverändert Bestand haben wird. Wieso? Weil er wahr ist. Zudem ist es in Anbetracht der bereits erzielten Fortschritte und der physikalischen, gesellschaftlichen und kognitiven Grenzen, die weiteren Fortschritten entgegenstehen, unwahrscheinlich, dass die Wissenschaft den vorhandenen Fundus an Erkenntnissen noch erheblich erweitern wird. Es wird in Zukunft keine Entdeckungen mehr geben, die in ihrer Tragweite mit den Enthüllungen Darwins oder Einsteins oder auch Watsons und Cricks vergleichbar wären.”

(John Horgan; An den Grenzen des Wissens; Fischer Taschenbuch Verlag 2000 / Seite 35)

Da ist es also wieder mal, das Tausendjährige Reich, hier als das der modernen Naturwissenschaft und ihrer „Schöpfungslehre“. Kann ja sein, dass dieses naturwissenschaftliche Weltbild tausend Jahre Bestand haben wird. Aber wenn, dann nicht weil es wahr ist, sondern weil der Menschheit unglücklicherweise tausend Jahre lang nichts Besseres einfällt oder das Bessere sich nicht durchsetzen kann.

Das Weltbild des Ptolemäus mit der Erde im Mittelpunkt und den verwirrenden Epizykeln herrschte mehr als 2000 Jahre. Warum? Weil es wahr war?

Ja gut, tatsächlich scheint die Naturwissenschaft unserer Tage ein Bild von der Welt zu zeichnen, das sich sehr prinzipiell von dem unterscheidet, was uns in früheren Zeiten über die Welt außer uns dargestellt wurde. Ganz offensichtlich hält sich die Naturwissenschaft nicht mit naturphilosophischen Vermutungen auf, stochert auch nicht mit alchemistischem Eifer im Nebel zufälliger Erkenntnisse herum, verkündet stattdessen stolz, in prinzipieller Distanz zur mystischen Verklärung der Natur als einer göttlichen Ordnung zu sein. (Letztere Feststellungen sind freilich mitunter anzuzweifeln, wie ich noch zeigen werde.)

Sie betreibt die Suche nach den Zusammenhängen und Bedingungen der in der Welt stattfindenden Prozesse, nach der Herkunft und der Rolle von Objekten und Ereignissen in der Natur, nach der Erklärung von Natur systematisch und akribisch. Die moderne Naturwissenschaft, besonders die Physik, macht Eindruck, denn sie scheint ganz auf die objektive Außenwelt gerichtet zu sein, auf die Gesetze der Natur, die alles regeln, die Ursache-Wirkungsfolgen im Griff haben und keine Ausnahmen oder Abweichungen zulassen.

Und wo das offensichtlich nicht der Fall ist, helfen Wahrscheinlichkeitsrechnungen und nichtlineare Mathematik über die schlimmsten Klippen hinweg. Die moderne Naturwissenschaft gibt sich alle Mühe, ihre Erkenntnisse nicht als anwendungsferne Modelle, platonische Gespinste, geistige Trugbilder oder intellektuelle „Wolkenkuckucksheime“ erscheinen zu lassen, sondern als „handliches“ Wissen darzubieten.

Tatsächlich ließ sich vieles von dem, was die Naturwissenschaft uns offenbarte, ganz praktisch anwenden, führte zu völlig neuen technischen Anwendungsmöglichkeiten, zu neuen Technologien und zu neuen Produkten, die das Leben vieler Menschen sehr prinzipiell veränderten. Das machte die Naturwissenschaft so glaubwürdig. Wenn sich Erkenntnisse dermaßen vielfältig und wirksam anwenden lassen, müssen sie bedeutsam und richtig sein. Daher ist es kein Wunder, dass die moderne Naturwissenschaft uns ein Weltbild vorgibt, an dem sich kaum zweifeln lässt.

Nun ja, auch die alten Ägypter hatten ihr Weltbild. Es war zwar stark mythologisch definiert, aber durchaus auch mit geprüftem Wissen und exakten Beobachtungen unterlegt. Vor allem aber waren die Menschen von seiner Richtigkeit überzeugt, so überzeugt, dass sie vielfach bereit waren, ihr Leben dafür hinzugeben.

Und die alten Griechen zweifelten wohl auch nur wenig an dem, was ihre Naturphilosophen ihnen an Welterklärungen lieferten.

Hatte ich das über viele Jahrhunderte unantastbare geozentrische Weltbild des Ptolemäus schon erwähnt?

Und dass sich aus Schöpfungsmythen religiöse Weltbewegungen entwickelten, die nicht nur Gutes taten, ist hinreichend bekannt.

Zu jeder Zeit und in jeder Gesellschaft etabliert sich ein für die jeweilige Gesellschaft und ihre Zeit typisches Bild von der Welt. Es ist für lange Zeit dominierend, häufig durch religiöse Unantastbarkeit geschützt. Die Menschen sind in ihrer Mehrheit von seiner Richtigkeit überzeugt. Erst nachfolgende Gesellschaften und Generationen erkennen dann, nicht selten widerwillig und in einem schmerzlichen Prozess, die Denkirrtümer, Schwächen und Fehler, die dem Weltbild zu Grunde lagen, auch die Gefährlichkeit der Denkrichtungen und Handlungsmotive, die von ihm gestützt oder gefordert wurden.

Aus historischer Sicht ist kein Grund erkennbar, der uns verpflichten sollte anzunehmen, das von der gegenwärtigen Naturwissenschaft verbreitete Weltbild sei nun das vollständige, endgültige und endlich auch richtige. Man muss weder Prophet noch Nörgler sein, um mit Überzeugung verkünden zu können: Auch das Weltbild unserer Zeit, mit dem wir die Natur betrachten, ihre Herkunft und Entwicklung einordnen und uns die Phänomene und Erscheinungen erklären, ist nur ein Weltbild in der Zeit. Es ist keine ewige Wahrheit, es wird korrigiert und gestürzt werden und neuen Sichten und Denkweisen platz machen müssen.

Das mag den derzeitigen Naturwissenschaftlern fremd vorkommen, sie mögen es bestreiten oder weit von sich weisen, aber sie können die Entwicklung von Denken und Wissen nicht verhindern, wohl aber es befördern. Sie müssen sich nur entschließen, was sie diesbezüglich wollen: An Paradigmen festhalten, auch wenn Zweifel angebracht sind, oder ihre eigenen Erkenntnisse, Modelle und Denkmuster immer wieder kritisch prüfen, gegebenenfalls bezweifeln.

Vielleicht aber lag Michelson damals genau richtig und wir interpretieren ihn nur falsch. Röntgenstrahlen, Radioaktivität, Elektron, Plancksches Wirkungsquantum, allgemeine Relativität, Quantenphysik, Urknall, Quarks, Strings, Gene, Doppelhelix, Micro-RNA und noch manches andere in der modernen Naturwissenschaft sind ja tatsächlich Entdeckungen „hinter dem Komma“. Das heißt, es sind Modelle von Objekten und Vorgängen in sehr viel kleineren Dimensionen, als wir sie mit unseren sinnlichen Wahrnehmungen zu erfassen vermögen.

Größenordnungen von 10^-7 bei der magnetischen Feldkonstante des Vakuums, von 10^-10 cm oder 10^-13 cm bei den Comptonwellenlängen von Elektron, Proton und Neutron, 10^-19 bei der Elementarladung, 10^-21 beim Planck‘schen Wirkungsquantum, 10^-33 cm bei der Planck‘schen Elementarlänge sind die schon fast selbstverständlichen Dimensionen, in denen die heutige Physik, vor allem Quantenphysik und Stringtheorien ihre Modelle ansiedeln.

Und die Genetiker jonglieren auch nicht gerade mit fußballgroßen Objekten, wenn sie sich mit Gendrift, Methylierungen oder Proteinfaltung befassen.

Tatsächlich hat sich die Mehrzahl der neueren Erkenntnisse der Wissenschaft über die Natur gerade dann ergeben, wenn die Wissenschaftler mit ihren experimentellen Möglichkeiten und/oder ihren theoretischen Überlegungen in Bereiche des materiellen Seins vordrangen, die weit von unserer Lebenswelt entfernt sind. Kleinste oder größte Distanzen, niedrigste oder höchste Temperaturen, maximaler Druck, große Dichte, starke Strahlung, gigantische Kräfte – das sind die Felder, wo Neues, Unvermutetes und Ungewöhnliches lauert.

Aber ob eine Distanz von 10^-33 Zentimeter oder eine Zeitspanne von 10^-43 Sekunden oder virtuelle Teilchen, mit denen man zwar rechnen kann, die aber niemand zu beobachten vermag, oder Fädchen, die nur in einer Dimension eine Ausdehnung haben, oder punktförmige Teilchen überhaupt noch als etwas Reales angesehen werden können, daran darf man schon zweifeln.

Wenn wir Theorien, die in solchen unwirklichen Dimensionen angesiedelt sind, mehr als mathematische Spielerei und theoretisches Gefasel ansehen, denn als Beschreibung von objektiver Realität, sollte die Wissenschaft das nicht dem Sogenannten zuschreiben dürfen, sondern sich dem Misstrauen stellen.

Modellabhängige Realität ist, auch und möglicherweise gerade, wenn sie in Form höchst komplizierter Theoreme und abstruser mathematischer Formalismen daherkommt, immer noch Konstruktion, Meinung, Vermutung und nicht Abbildung des objektiv Existierenden. Der Begriff ist trügerisch, denn er suggeriert eine selbstverständliche Nähe der Naturwissenschaft zur Realität. Das aber ist nicht immer, speziell in der Physik seit Jahrzehnten sogar immer weniger gegeben.

Die modellabhängige Realität der Naturwissenschaft reduziert Natur auf Einzelnes, auf einfachste Beziehungen, lineare Abhängigkeiten und abstrakte Formalismen. Ihr entgeht damit weitestgehend die Komplexität, die nun mal der Natur eigen ist. Die modellabhängige Wirklichkeit des menschlichen Gehirns ist dagegen mehr auf Ganzheiten, auf komplexes Geschehen, auf Wirkungen, auf das Panorama gerichtet.

Das können wir durchaus als eine gewisse Überlegenheit des gesunden Menschenverstandes relativ zum selektiven Wissenschaftsdenken werten. Der gesunde Menschenverstand betrachtet Natur so, wie sie ihm begegnet, als ein Ensemble von Beziehungen und Ein- oder Unterordnungen, als vielschichtiges Geschehen in Abhängigkeiten und Hierarchien, als etwas, zu dem der Mensch in Beziehung steht und sich in Beziehung setzen muss. Die modellabhängige Wirklichkeit unseres Gehirns ist menschennah, die modellabhängige Realität der Naturwissenschaft ist es nicht.

Selbstverständlich dürfen die Naturwissenschaftler uns belehren, wenn die Weltsicht unseres gesunden Menschenverstandes an der Naivität unserer Denkgewohnheiten zu scheitern droht. Natürlich soll sie unsere naiven Sichten korrigieren, unseren leichtfertigen Glauben kritisieren und unseren Blick auf die Natur weiten und schärfen.

Aber ich will das im Folgenden mal umkehren und die Probleme und Fragen diskutieren, bei denen der gesunde Menschenverstand sich von der Naturwissenschaft im Stich gelassen oder gar hinters Licht geführt (man könnte auch verarscht schreiben) fühlt. Das will ich vorerst auf Physik und Kosmologie beschränken. Es sind Fragen zu stellen. Diese sind in der Regel gar nicht so neu, aber sie wurden von der Physik bisher entweder als nicht relevant zurückgewiesen oder in einer Art beantwortet, die sofort neue Fragen aufwirft.

Der Text hat nicht den Anspruch einer wissenschaftlichen Arbeit, sondern will nur als ein Diskussionsbeitrag verstanden werden. Naturwissenschaft wird man wohl in unserer aufgeklärten Zeit nicht nur immer zur Kenntnis nehmen und bewundern müssen, sondern auch mal wieder diskutieren dürfen. Unter diesen Gesichtspunkten will ich mich im Folgenden mit einigen Modellen der modernen Physik auseinandersetzen, Fragen aufwerfen, Unklares aufzeigen, Probleme diskutieren.

In diesem Zusammenhang noch eine Bemerkung zu dem von mir gebrauchten Begriff der Denkblasen. Ich will damit nicht nur Falsches oder zu kurz Gedachtes verbunden wissen, das auch, aber noch mehr isolierte, aus dem komplexen Zusammenhang gerissenen Modelle, akrobatische Denkvirtuositäten ohne erkennbaren Wirklichkeitsbezug, die reduktionistische Konzentration auf das Einzelne des Einzelnen, bei dem man Zusammenhänge mit komplexen Geschehen nur noch mit abenteuerlichen oder sehr gebrechlichen Konstruktionen behaupten kann.

In Verkürzungen können auch Wahrheiten liegen, keine Frage. So mancher kurze Satz in einer der vielen Sprechblasen in den Comics kann das, was gemeint ist, ausreichend beschreiben, besonders wenn die Handlung ohnehin recht dürftig ist. Aber Schmerz auf „Aua“ zu reduzieren oder Wut auf „Schnauf, schnauf“, das sind Verkürzungen, die dem, der lieber Bildchen ansieht als Dialoge verfolgen zu können, entgegenkommen.

Die Natur der Natur können wir so aber nicht erklären und nicht verstehen. Das Einzelne zu kennen kann nützlich sein, aber um Potenzen wichtiger ist das Verstehen von Zusammenhängen. Deshalb ordne ich Denkmodelle oder naturwissenschaftliche Paradigmen, die mir die größeren Zusammenhänge vorenthalten, sie wenig glaubwürdig erklären und nicht nur künstliche, sondern auch abenteuerliche Konstruktionen sind, der Kategorie der Denkblasen zu. Das mag mitunter ungerecht sein, auch anmaßend erscheinen, aber es ist notwendige Verdeutlichung. Und zur Klarstellung: Mit Denkblasen meine ich nicht nur die der anderen.

Kurze Geschichte oder Kurzfassung

Das Weltbild, das uns die Naturwissenschaftler vor allem des 20. Jahrhunderts offenbart haben, ist zunächst begeisternd einfach, übersichtlich, logisch – und sogar wahr, sagen sie.

Unsere Welt ist das Universum. Es war ursprünglich eine winzige Blase Raum, in der eine Glutofen-Temperatur von etwa 10^32 Grad Kelvin herrschte. Aber das währte nicht lange, nur 10^-43 Sekunden. Der Feuerball von der Größe eines Fußballs oder auch nur einer Kirsche oder einer Erbse oder kleiner als ein Atom oder auch von nur punktförmiger „Größe“ – die Angaben sind da großzügig unterschiedlich – dehnte sich in Form einer mächtigen Explosion und vor allem ganz plötzlich und ohne Vorwarnung, also ohne bisher erkennbaren Grund, aus.

In den folgenden drei Minuten geschah Dramatisches. Zunächst schied die Gravitation aus einer so genannten Urkraft aus und begann, selbständig auf alle folgenden Prozesse entscheidenden Einfluss zu nehmen. Dem folgten schon bald auch die anderen drei Naturkräfte in Form der schwachen und der starken Kernkraft sowie der elektromagnetischen Kraft, indem sie sich ebenfalls voneinander lösten und sich jeweils eigene Betätigungsfelder erschlossen.

Materiell hatte sich zunächst noch nicht viel getan. Abgesehen von den eigensinnigen Kräften bestand das Universum aus einer zwar sehr heißen, aber auch völlig konfusen Suppe aus Quarks, Elektronen, Positronen, Photonen und Neutrinos. Die Physiker sagen dazu natürlich nicht Suppe, sondern nennen es ein im thermischen Gleichgewicht befindliches Hochtemperaturplasma. Klingt ja auch interessanter – und wissender.

Als das Universum immerhin schon lange 10^-7, also 0,0000001 Sekunden alt war – es hatte sich auf 10^11 K, das sind 100 Milliarden Grad Kelvin, “abgekühlt“ – starteten die Quarks erste Versuche, sich zu Protonen und Neutronen zu formieren. Bei dieser Temperatur und einer Dichte der Materie, die der unseres konventionellen Wassers um das 3,8-milliardenfache übertraf, war das noch zum Scheitern verurteilt, denn alle Bestandteile des Plasmas bewegten sich extrem schnell. Sobald sich die Quarks zu irgendetwas formieren wollten, wurden sie wieder auseinander gerissen.

Als das Universum aber etwa 1 Sekunde alt und auf 10^10 K runtergekühlt war, machten sich die Neutrinos frei und führten fortan und wohl bis heute ein Lotterleben als Teilchen, die sich nahezu ungehindert durch alle Materie bewegen können und sich an keinerlei Ordnungsprinzipien halten müssen.

Das war eine Ermunterung für die Quarks, sich nun doch zu Protonen und Neutronen zu formieren. Noch war es ein turbulenter Prozess, Teilchen bildeten sich, zerstrahlten sofort wieder, Protonen trafen auf Antiprotonen, Neutronen auf Antineutronen. Heftige Zerstrahlungsprozesse waren die Folge. Die bei der Annihilation von Teilchen und Antiteilchen frei werdende Energie produzierte sofort neue Versuche der Teilchenbildung.

Das Universum kühlte weiter aus, die Temperatur sank auf nur noch einige Millionen Grad, was noch nicht unbedingt frostig zu nennen ist, aber immerhin nicht mehr gar so heiß war wie beim extremen Beginn. Zwischen dem zehnten- und hundertsten Sekunden-Geburtstag des Universums formierten sich dann tatsächlich Tritium-, Deuterium-, Helium-3 und Helium-4-Kerne, denen allerdings auch nicht unbedingt langes Leben beschieden war.

Drei Minuten nach dem Beginn entstanden endlich die ersten stabilen Kerne und nur 35 Minuten nach der Singularität, wie die Wissenschaftler den Moment des Beginns bezeichnen, betrug die Dichte nur noch schlappe 10 % des Wassers und die Materie bestand hauptsächlich aus Helium-Kernen, freien Protonen, Elektronen und natürlich viel Strahlung.

In nur 35 Minuten war die Dichte von 10^90 g/cm^3 auf eine von weniger als der des Wasser gesunken. Das war schon ein extrem explosiver Prozess. In diesen nicht eben langen, aber ereignisreichen 35 Minuten hatte sich das Universum unentwegt ausgedehnt und behielt diese Expansion auch weiter bei.

Nun aber, da die stürmische Geburt im Kreißsaal des Urknalls vorbei war, ging es sehr viel ruhiger zu. Das Universum wuchs permanent heran, sprich es expandierte und kam langsam in die Jahre. Als derer etwa geschätzte 380 000 vergangen waren, entkoppelten Strahlung und Materie und beide konnten sich von da an selbstständig entwickeln.

Der Begriff des Entkoppelns bedeutet, dass das Universum durchsichtig wurde. Bis dahin bestand es aus einem einzigen Feuerball, jetzt trennten sich Strahlung und Materie. Letztere bestand fast ausschließlich aus Helium und Wasserstoff.

Damit hatte das Universum den Urknall beendet und die lange Epoche der Entwicklung der materiellen Strukturen begann. Sterne wurden geboren und Galaxien – oder umgekehrt. Die Kernfusionsprozesse in den Sternen sorgten für die Entstehung schwerer Elemente wie zum Beispiel Kohlenstoff und Eisen, die Explosionen von Sternen in Nova und Supernova verteilten die schwereren Elemente im Raum, wo sie zu Bauteilen wieder neuer Sterne und auch Planeten, Asteroiden, Kometen wurden.

Das Universum formierte sich zu jenem Anblick, den es uns im Wesentlichen auch heute noch, einige Milliarden Jahre nach der Singularität, bietet. Das ist das auf dem Standardmodell der Teilchenphysik beruhende Standardmodell der Kosmologie, das inzwischen von vielen für unantastbar gehaltene kosmologische Paradigma der modernen Physik.

Obwohl Supernovae, Quasare, Neutronensterne, Gammabursts und einige andere spektakuläre Ereignisse im weiten Rund des sich immer weiter ausdehnenden Universums gelegentlich für erhebliche Turbulenzen sorgten, nahm die weitere Entwicklung des Universums, gemessen an dem überaus stürmischen Urknall, einen eher geruhsamen Verlauf. Daran änderte sich auch nichts, als in der Nähe eines wenig auffälligen Sterns in einem äußeren Arm einer unscheinbaren Spiralgalaxie ein Planet entstand, der zunächst auch nur ein Feuerball war, aber sich dann zu einem kosmischen Körper mit viel Wasser, einer Atmosphäre, festen Landmassen und einem ziemlich stabilen und engen Temperaturspektrum mauserte.

Und genau auf diesem Planeten geschah das eigentliche Wunder des universalen Geschehens – es entstand Materie, die sich prinzipiell von aller das Universum eigentlich ausmachenden Materie unterschied: Leben.

Zunächst waren da nur primitive Formen lebender Strukturen, einzellige Organismen, kernlose Prokarionten, Archaea und Bakterien, die merkwürdigerweise Algen – Blaualgen – getitelt wurden und sich in den Ozeanen munter tummelten und unablässig vervielfältigten. Das brauchte Milliarden Jahre. Aber dann tauchten recht plötzlich Organismen mit einem Zellkern auf, Eukarionten. Mit ihnen wurde die Evolution des Lebens vielseitiger und stürmischer. Die Organismen, die zunächst Sauerstoff als Stoffwechsel-Abfallprodukt produziert hatten, mussten lernen, Sauerstoff zu atmen, ihn als Energielieferant zu verarbeiten.

Dann waren da die ersten Wesen, die aus mehreren Zellen bestanden. Diese Mehrzeller waren flexibel, sie konnten sich nun zu den verschiedensten Formen, schließlich zu Vielzellern großer Komplexität entwickeln. In den Ozeanen wimmelte es alsbald von allerlei Wassergetier. Das förderte die Entstehung ganz verschiedener Arten, von denen einige das Wasser verließen und kühn das Land zu erobern begannen.

Die Welt der lebenden Materie teilte sich nun in eine bunte Mischung aus Bakterien, Protista (Mikroorganismen mit Zellkern, z.B. Amöben, Grünalgen u.a.), Pilzen, Pflanzen und Tieren. Diese fünf Grundarten, Reiche, des Lebens gibt es bis heute, es ist trotz vielfältiger Evolution keine weitere hinzugekommen, allerdings auch noch keine wieder verschwunden – noch nicht. Aus dem ehemals für unsere heutigen Verhältnisse und Bedürfnisse eher unwirtlichen Planeten wurde ein freundlicher, grüner, bewohnbarer und bewohnter Planet.

Das Leben hatte auch schon jene geniale Konstruktion hervorgebracht, die wir als Gene kennen. Die Gene scheinen das Programm der Organismen zu sein, sie steuern die Lebensvorgänge im Organismus, sorgen dafür, dass seine Eigenschaften an nachfolgende Generationen weitergegeben werden. Die Gene waren und sind so etwas wie die eigentlichen Schöpfer der Organismen.

Zudem haben sie die Eigenschaft, selten zwar, aber doch manchmal nachlässig zu sein, also ab und zu bei der Steuerung der Lebensvorgänge oder bei der Produktion von Nachwuchs Fehler zu machen. Es entwickelt sich nicht genau das, was sich entwickeln soll, sondern eine Abweichung, eine Mutation. Mutierte Organismen sind meist nur Unglücksfälle, Entartungen, die nicht lebens-, mindestens nicht reproduktionsfähig sind. Aber winzige Mutationen in den Genen, Veränderungen nur in einzelnen, dafür aber sehr wichtigen Bausteinen können zu Variationen eines Organismus führen.

Und manchmal kann eine solche Variation mit den gegebenen Lebensbedingungen besser zu Recht kommen als die Standardausführung des jeweiligen Organismus. Im ständigen Überlebenskampf, im Kampf aller gegen alle, der auf dem ansonsten ganz friedlichen Planeten herrschen soll, sind dann solche veränderte Organismen den anderen überlegen. Die Variation wird sich durchsetzen. Es findet so eine Auslese dergestalt statt, dass die Geeignetsten überleben, die Ungeeigneten wieder von der Bildfläche des Lebens verschwinden.

Alle Arten von Lebewesen existieren unter dem ständigen Druck, sich an die Gegebenheiten anpassen oder das Feld des Lebens widerspruchslos räumen zu müssen. Mutation und Variation, Selektion und Adaption – das sind die Zauberworte, die die Entwicklung des Lebens erklären. Und das ist das Standardmodell der Biologie, wie es von Darwin entworfen und mit der Entdeckung der Gene sowie der Entwicklung der Genetik zum Neo-Darwinismus weiterentwickelt wurde und uns unablässig erzählt wird.

So soll es schließlich geschehen sein, dass irgendwann vor etwa 2,5 Millionen Jahren die Evolution ein Geschöpf hervorbrachte, das noch starke Ähnlichkeiten mit einem Affen hatte, aber doch etwas anderes war. Besonders geeignet muss das Geschöpf nicht gewesen sein, denn es bedurfte noch einiger Mutationen, langer Wanderungen und sehr vieler Winter, bis etwas Brauchbares daraus wurde.

Aber dann war er da, der weise Mensch, der Homo sapiens, der Höhepunkt der Evolution. Der Mensch war nicht das Ziel der Evolution, betonen die Evolutionsbiologen fortwährend, aber ihre Krönung ist er mit seinen außergewöhnlichen Fertigkeiten, seinen beeindruckenden geistigen Fähigkeiten, seiner wechselhaften Vergangenheit, seiner großartigen Zukunft und seinen Wissenschaftlern schon – bildet er sich ein.

Das ist – zugegeben in einer noch besonders kurzen Fassung – die kurze Geschichte des Universums, wie sie durch die moderne Wissenschaft geschaffen wurde und von ihr lauthals und unbeirrt vertreten wird, weil sie von ihrer Richtigkeit überzeugt ist. Sie ist so kurz, dass man sie sogar auf nur knapp 5 schmalen Buchseiten erzählen kann. Diese Geschichte scheint eine einfache zeitliche Folge von Prozessen zu sein, die uns in den Darstellungen der Naturwissenschaftler logisch erscheint und uns deshalb selbst in kurzen Kurzfassungen glaubwürdig ist.

Aber ist die Geschichte so einfach und auch so kurz erzählbar? Oder ist das nicht doch zu kurz gegriffen, erscheint sie uns nur so kurz, weil wir es uns zu einfach machen? Ist denn das, was die Wissenschaftler uns davon erzählen, schon alles? Und ist es so auch richtig und wahr?

Ich habe das allgemein gültige Weltbild der modernen Naturwissenschaft im Vorstehenden etwas locker-flockig dargelegt. Das nicht, weil ich gegenüber den anzuerkennenden Mühen der Wissenschaftler respektlos sein will. Man kann und darf die verschiedenen Theorien der modernen Naturwissenschaft über die Entwicklung des Universums und der Materie im Einzelnen angesichts ihrer Logik, der akribischen Detailkenntnis und der mathematischen Präzision bewundern. Aber das ist keine Pflicht. Man kann auch genauer hinschauen.

Wenn man das tut, bemerkt man da und dort Unbeantwortetes, Widersprüchliches, nicht hinreichend Bewiesenes. Mit noch mehr Mühe und Distanz kann man auch auf Behauptung stoßen, wo Beweis sein sollte, auf Glauben, wo Wissen notwendig wäre und auf so manche künstliche Denkkonstruktion, die den intellektuellen Fähigkeiten ihrer Schöpfer gut zu Gesicht steht, nicht aber der Natur, die sie eigentlich erklären soll.

Und wenn man sich die Mühe macht, alle Theorien und Modelle der modernen Wissenschaft in einen Zusammenhang zu stellen, so als würden sie einen einheitlichen Prozess beschreiben wollen, kann man den Anspruch der modernen Naturwissenschaft, uns das Universum zu erklären, noch nicht so ganz ernst nehmen. Wenn sich die Entwicklung des Universums so vollzogen hätte, wie es uns die moderne Naturwissenschaft bisher beschreibt, sind starke Zweifel angebracht, ob es dann den Menschen oder überhaupt das Universum gäbe.

Auch die moderne Physik ist erst auf dem Weg. Das darf sie auch. Aber sie darf nicht so tun, als hätte sie uns alles erklärt. Die Physiker sollten bescheidener auftreten, Irrtümer auch mal zugeben, offene Fragen benennen, Widersprüche offenlegen und uns nicht das Gefühl geben, unser intellektuelles Niveau sei halt nicht ausreichend, die genialen Theorien der Wissenschaftler zu verstehen.

Da es die Physiker höchst selten machen, will ich im Folgenden versuchen, den Finger auf die offenen Wunden der modernen Physik zu legen, vielleicht sogar ein wenig darin herum zu bohren. Schmerzensschreie erwarte ich nicht, höchsten mild-überlegenes Lächeln.

Aber sei's drum.

Großer Knall oder leiser Blubb

Bei allen philosophischen und erkenntnistheoretischen Abwägungen oder metaphysischen Zweifeln, eines steht zweifelsfrei fest: Das Universum ist Realität.

Diese einfache Selbstverständlichkeit ist aber mit der wohl prinzipiellsten Frage verbunden, die sich der Mensch stellen kann: Warum?

Warum gibt es das Universum? Warum gibt es überhaupt etwas und nicht nichts? Woher kommt dieses Etwas? Wie gelangte es in die Existenz?

Wenn man nichts vom Universum und seiner Geschichte weiß, vom Urknall hat bestimmt jeder schon gehört. Er gehört inzwischen ganz selbstverständlich zu unserer Vorstellung von der Welt. Die Kosmologen reden von ihm, als wären sie dabei gewesen und hätten ihn mit eigenen Augen gesehen oder doch glaubwürdige Augenzeugenberichte gelesen. Jedenfalls sei er, der Urknall, hinreichend bewiesen und daher kaum in Frage zu stellen, wird gesagt.

Dabei war der Urknall zunächst nur ein lockerer Scherz, eine Blödelei. Fred Hoyle, der große britische Physiker, hatte ihn geprägt, als er sich in einer Rundfunksendung über die sich gerade verfestigende Vorstellung vom explosiven Beginn des Universums lustig machte.

Wenn die Wissenschaftler heute über den Urknall oder den Beginn des Universums reden oder schreiben, machen sie das allerdings mit einem solchen Ernst, als wäre das schon lange kein Modell mehr und keine Theorie, sondern ein vom Allwissenden persönlich beglaubigter Eintrag im Grundbuch des Universums.

Aber man muss das schon mal wieder sagen: Die Vorstellung vom Urknall ist ein Modell. Es gibt 2 bis 3 kosmologische Beobachtungen, die man als Indizien für einen stattgefundenen Urknall werten kann, aber, auch wenn das immer wieder behauptet wird, zweifelsfreie Beweise sind sie nicht. Und es gibt eine Anzahl von Theorien, die die Epoche des Urknalls beschreiben; aber Beschreibungen sind – auch wenn sie mit zahlreichen Tatsachen und glaubhaften Faktoren operieren – keine Beweise.

Der Urknall ist noch immer keine historische Tatsache, sondern eine Konstruktion.

Das Problem mit dem Urknall beginnt schon mit dem Begriff. Ein Knall ist in der allgemeinen Konvention der Begriffsbedeutung ein Geräusch, das ein Beobachter wahrnimmt; also etwas, was im Gehirn eines Beobachters realisiert wird. Das Gehirn übersetzt eine von den körpereigenen Sensoren aufgenommene Druckwelle in eine spezifische Form der Wahrnehmung, den wir als Knall bezeichnen. Ein Beobachter kann die Druckwelle auch anders wahrnehmen, als Druckempfindung der Haut etwa. Ein Gehörloser Beobachter würde keinen Knall wahrnehmen, trotzdem aber eine Druckwelle spüren.

Ich möchte hier keine Krümelkackerei veranstalten, sondern lediglich darauf aufmerksam machen, dass wir mit dem Begriff Urknall vorsichtig umgehen sollten. Er ist jedenfalls nicht das, was wir uns unter einer Explosion im Allgemeinen so vorstellen. Ein Vorgang, der zu einer Zeit oder an einem Ort ohne Beobachter stattfindet, kann Druckwellen erzeugen, aber keinen Knall. Und wenn da in einer Frühphase des Universums etwas stattfand, was Druckwellen auslöste, Beobachter, die diese als Knall wahrnehmen konnten, gab es bestimmt nicht.

Und mit den Druckwellen ist es auch so eine Sache. Eine Explosion setzt Druckgradienten voraus und schließt sie ein. Etwas kann nur explodieren, wenn es zwischen innen und außen Druckunterschiede gibt. Aber wo war beim Urknall außen? Wenn der Urknall der Beginn des Universums war, dann gab es für dieses kein außen; jedenfalls keines in dem Sinn, den wir für gewöhnlich etwas außerhalb Stehendem zubilligen würden. Wollte man gehässig-konsequent sein, könnte man nun rigoros sagen: Liebe Wissenschaftler, hört bitte auf, uns dieses Zeugs zu erzählen. Einen Urknall gab es nicht, fertig.

Würde ich es aber dabei belassen, ließe ich mir eine ganze Anzahl interessanter und spannender Überlegungen entgehen. Das möchte ich dann doch nicht. Deshalb sage ich mir, gut, es muss da etwas gegeben haben, einen Beginn von allem, einen besonderen Prozess der ursprünglichen Entstehung dessen, was wir als Universum bezeichnen. Wenn das in einem allgemeinen Konsens als Urknall bezeichnet wird, gut, dann soll es halt so sein. Ich werde mich nicht querstellen und den Begriff, zunächst nur als solchen, akzeptieren; wohl wissend, dass alle Vorstellungen, die wir mit einem Knall oder einer Explosion verbinden, für diese frühe Phase des Universums nicht zutreffen.

Aber dann beginnt schon das nächste Problem. Was meinen wir genau, wenn wir vom Urknall sprechen? Das ist nämlich keineswegs so eindeutig definiert, dass darüber sofort Einigkeit herrschen würde. Der Begriff wird verschiedentlich auf sehr verschiedene Perioden oder Vorgänge bezogen, je nachdem, worüber man gerade referiert.

Der Urknall kann so die Periode sein, in der sich aus einer extrem heißen und dichten Ursuppe die materielle Basis für das uns bekannte Universum entwickelte. Eine Periode, die etwas 380 000 Jahre dauerte und endete, als sich Strahlung und Materie entkoppelten und die Materie beginnen konnte, sich großräumig zu strukturieren. 380 000 Jahre sehen nicht gerade nach einem kurzzeitigen Ereignis aus, wie es ein Knall für gewöhnlich ist. Aber gemessen am Gesamtalter des Universums sind sie auch nur ein Wimpernschlag.

Das kann man zeitlich noch einengen, indem man den Urknall als jene Periode betrachtet, in der sich im Chaos der ursprünglichen Quarks, Elektronen, Positronen, Photonen und Neutrinos die ersten stabilen Atomkerne formieren konnten. Das dauerte etwa 3 Minuten, was auch nicht eben nach einem Knall, also einem plötzlichen Ereignis aussieht. Aber immerhin war es schon eine überaus turbulente Periode, in der sich in extrem kurzen Zeitabständen vielfältiges Geschehen abspielte.

Noch mehr Knall-Fall wäre dann die Periode der Inflation. In ihr vergrößerte sich das Universum in einer Zeit zwischen 10^-38 und 10^-35 Sekunden auf das 10^100fache oder das 10^50fache, kann auch sein nur um das 10^30fache; die Angaben der Fachleute variieren. In jedem Fall wäre es jedoch ohne jeden Zweifel ein, auf die Zeit bezogen, außerordentlich explosiver Beginn.

Am Häufigsten wird freilich mit dem Urknall noch etwas anderes gemeint; keine mehr oder weniger lange oder kurze Periode, sondern ein räumlich und zeitlich punktuelles, plötzliches und extrem kurzzeitiges Ereignis: Der Beginn des Universums, der Moment, da es in seine Existenz trat, der absolute Anfang von allem.

Und da gehen die Probleme mit dem Urknall erst richtig los.

Wenn uns die Wissenschaftler erklären wollen, was es mit diesem Beginn auf sich hat, geraten sie – ohne es sich sonderlich anmerken zu lassen – in ziemliche Not. Es sei darauf verwiesen, warum die Idee, das Universum habe einen Anfang gehabt, überhaupt auftauchte. Das war den Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie Einsteins, nein eigentlich denen von Alexander Friedmann und den Überlegungen des Priesters Georges Lemaître, schließlich den Beobachtungen der galaktischen Rotverschiebungen durch Edwin Hubble zu verdanken.

Die Gleichungen, ihre Interpretationen und die Beobachtungen zeigten ein dynamisches Universum, das entweder in sich zusammen fällt oder sich ausdehnt. Einstein hätte lieber ein statisches, schon immer existierendes Universum konstruiert. Aber das gelang dem „Ingenieur des Universums“ nicht, weshalb er es mit der künstlichen Einführung eines zusätzlichen Terms, der unnatürlichen kosmologischen Konstante versuchte. Auch das war erfolglos, denn auch mit ihr war das Universum nicht statisch.

Als Friedmann nachwies, Einsteins Allgemeine Relativität würde zwangsläufig zu einem instabilen Universum führen, unterstellte Einstein ihm zunächst mathematische und logische Fehler. Das musste er wenig später etwas kleinlaut zurücknehmen.

Dann kam Lemaître und machte Einstein ebenfalls darauf aufmerksam, seine, Einsteins, Gleichungen würden zu einem Universum führen, dass expandiert oder kontrahiert, aber einfach nicht stabil sein kann. Zur Abwechslung bestätigte Einstein Lemaître eine exakte Mathematik, bezichtigte ihn aber, eine abscheuliche Physik zu betreiben. Nicht dass Einstein der störrische Alte war, der den jungen Leuten einfach nicht recht geben wollte. Er war gefangen in einem damals von nahezu allen Physikern mit Überzeugung vertretenen Paradigma des schon immer existierenden Universums. Das verteidigte er, obwohl er in diesem Fall besser seinen eigenen Gleichungen hätte vertrauen sollen.

Als endlich klar war, dass Friedmanns Gleichungen, Lemaîtres Überlegungen und Hubbles Galaxien-Beobachtungen gut zusammenpassen, wurde die Auffassung vom ewig existierenden Universum aufgegeben. Die Vorstellung von der Expansion des Universums war etabliert.

Deshalb sah Einstein sich nun gezwungen, die Kosmologische Konstante als seine größte Eselei zu bezeichnen und zurückzunehmen. Das hätte man so stehen lassen können. Da hat er sich halt mal geirrt, der Meister. Aber er hat es ja noch rechtzeitig eingesehen und korrigiert.

Damit war nur leider ein neues Problem entstanden. Wenn das Universum nicht schon ewig existiert, muss es also eine Geschichte haben; es muss irgendwann und irgendwie einen Anfang genommen haben. Und da drängte sich den Physikern eine nahe liegende und einfache Konstruktion auf: Aktuell wird beobachtet, dass sich fast alle Galaxien voneinander entfernen. Wir sehen das Geschehen wie in einem Film ablaufen; von Jahr zu Jahr, besser von Jahrmillion zu Jahrmillion, werden die Entfernungen zwischen den Galaxien größer.

Wenn man sich nun vorstellen will, wie dieser Prozess begonnen haben könnte, muss man das, was wir aktuell beobachten, nur umkehren. Gedanklich kann man ja den Film auch rückwärts laufen lassen, also so tun, als würde man sich von der Gegenwart in die Vergangenheit begeben. Die Galaxien nähern sich im Verlauf dieses jetzt rückwärts laufenden Films einander an, kommen sich immer näher, verschmelzen miteinander. Die Sterne in ihnen rücken immer näher zusammen. Da sich der Raum permanent zusammen zieht, wird aus dem heute vielfältig strukturierten materiellen Universum schließlich ein einziger großer Materiebrei.

Aber wo stoppt denn nun der rückwärts laufende Film? Die Kontraktion geht immer weiter, die Moleküle und Atome werden zerquetscht, auch die Teilchen, die die Atome bildeten, werden zu Opfern des Prozesses. Der gewaltigen Kraft der Gravitation, die eigentlich die mit Abstand schwächste Kraft im Universum ist, aber mit immer kleiner werdenden Distanzen und wachsender Materiedichte allen anderen Kräften zeigt, wer im Universum eigentlich das Sagen hat, widersteht bei einer solchen Materiekonzentration nichts mehr. Selbst die anderen drei Grundkräfte werden gezwungen, sich wieder mit der Gravitation zu einer einheitlichen Kraft zu vereinen.

Die gesamte Materie des Universums wird auf immer kleineren Raum zusammengequetscht; da ist nur noch eine Kugel mit einer gigantischen Dichte von etwa 10^94 Gramm pro Kubikzentimeter, einer Temperatur von circa 10^32 Grad. Diese Materiekugel, die – wenn wir den Film wieder vorwärts laufen lassen wollen – das Anfangsstadium des Universums repräsentieren soll, wäre winzig. Über ihre Größe kann man Verschiedenes lesen. Sie sei von der Größe eines Fußballs oder einer Melone oder einer Pampelmuse oder einer Kirsche oder einer Erbse gewesen, steht geschrieben. Andere Wissenschaftler machen es spannender und taxieren die Größe des ursprünglichen Feuerballs auf kleiner als ein Atom.

Die Idee, das Universum habe seine Existenz aus einer extrem dichten und heißen Materiekugel heraus begonnen, wurde erstmals vom Pater Lemaître in die Welt gesetzt. Er bezeichnete den ursprünglichen Zustand als Uratom, verstand darunter aber kein extremst kleines Gebilde, sondern ein „Atom“ mit gewissen stattlichen Ausmaßen.

Heute wird dem ursprünglichen Zustand nur wenig räumliche Ausbreitung zugebilligt. Und hier beginnen die eigentlichen Probleme, die die Wissenschaftler mit dem Urknallmodell haben. Warum sollen wir denn den rückwärts laufenden Film gerade an dieser Stelle anhalten und wieder umkehren? Klar, so würde sich der Beginn beschreiben lassen und so wird er ja auch häufig beschrieben. Da war am Anfang alle Materie auf kleinsten Raum konzentriert und dieses Gebilde begann sich plötzlich und wie bei einer Explosion auszudehnen. Das kann sich sogar unser so genannter gesunder Menschenverstand gut vorstellen. Etwas wird so gewaltig komprimiert, dass es dem so entstehenden Druck nicht mehr standhält und explodiert.

An dieser Stelle zum Beispiel kollidiert der so genannte gesunde Verstand auf ganz andere Weise mit der Physik. Was wir uns so einfach vorstellen, können wir uns mit der Physik plötzlich nicht erklären. Warum sollte sich ein Gebilde mit dieser gigantischen Dichte und der daraus resultierenden gigantischen Schwerkraftwirkung oder auch Raumzeitkrümmung plötzlich ausdehnen? Wer oder was hat das ausgelöst? Sollte das superschwere und superheiße Materiebällchen unter der Wirkung der Schwerkraft nicht besser noch weiter zusammenfallen und schließlich im Nichts verschwinden? Wenn wir den Film erst wirklich ganz am Schluss stoppen, um ihn wieder normal laufen zu lassen, haben wir einen sehr präzise definierten Beginn des Universums festgelegt: Das Universum begann seine Existenz – aus dem Nichts!

Das Universum begann seine Existenz aus dem Nichts?

Wie kann das ganze Universum mit all seinen Sternen und Galaxien, mit diesen gewaltigen Materieansammlungen und diesem bombastischen energetischen Inhalt aus dem Nichts entstanden sein? Und vor allem: Warum? Wenn es so begann, dann begann es ohne jede Ursache. Im Nichts hat nämlich nichts Platz, nicht einmal etwas, das man als Ursache für Folgendes ansehen könnte.

Hier möchte ich einen Einschub machen. Kürzlich sah ich einem dieser amerikanischen TV-Wissenschafts-Filme, in denen Wissenschaftler – amerikanische oder solche, die früher mal sowjetische waren, jetzt aber amerikanische sind – der staunenden Öffentlichkeit das Universum erklären wollen. Ein Physiker, jedenfalls wurde er im Film im Untertitel so bezeichnet, wollte die Macht des Nichts demonstrieren. Dazu nahm er ein Blechfass, schloss eine Pumpe an, pumpte Luft heraus und siehe da, das Blech gab nach und das Fass verformte sich.

Was das mit dem Nichts zu tun hat? Nichts, gar nichts! Das Fass gab nach, als der äußere Luftdruck so viel größer war als der Druck im Innern, dass das Blech dem nicht mehr standhalten konnte. Im Inneren war gewiss nicht einmal ein Vakuum, das ist nämlich so einfach auch nicht herstellbar. Und das Nichts war weder im Fass noch außen herum. Erstaunlich, dass Physiker – und Medienverantwortliche – uns solchen Unsinn zumuten.

Aber auch bei vielen anderen Physikern und ihren Modellen kann man seit Jahren kopfschüttelnd einen lockeren Umgang mit den Begriffen der Leere und des Nichts beobachten. Das Universum sei aus dem Nichts entstanden, da die Quantenfelder des leeren Raumes ein turbulentes Energiefeld repräsentieren, aus dem heraus Fluktuationen entstehen, die schließlich zum Urknall führten, wird häufig gesagt.

Das ist ebenfalls Unsinn. Ein leerer Raum ist nicht das Nichts, sondern ein leerer Raum.

Eine Vermischung der Begriffe Nichts und Leere ist unzulässig. Leere oder Vakuum ist die Abwesenheit von Raumerfüllenden. Ein Gefäß, ein Behältnis, ein Raum ist leer, wenn sich in ihm keinerlei Substanz, nichts Gegenständliches befindet. Wenn sich in einem solchen Raum Felder befinden, kann man ihn schon nicht mehr als leer betrachten. Das ist dann eine Frage der Konvention. Akzeptiere ich Raumerfüllendes nur in Gestalt gegenständlicher Stofflichkeit, dann ist er leer, wenn sich in ihm keine Materiepartikel, also Partikel mit Masse befinden. Aber es ist dann immer noch ein Gefäß, ein Behältnis oder ein Raum und nicht das Nichts.

Wenn das Universum aus dem Nichts, also der Abwesenheit von allem, entstanden sein soll, dann muss sich das Nichts in ein Etwas gewandelt haben. Und das ist die große Schwierigkeit, zu erklären, warum und wie ein solcher Wandel stattgefunden haben könnte. Quantenfluktuationen scheiden aus, denn sie benötigen bereits Raum und Zeit. Also könnte der allererste Schritt vom Nichts in ein Etwas darin bestanden haben, dass sich Raum und Zeit aus dem Nichts heraus entfalteten.

Die Quantenphysik sieht den „leeren“ Raum als an- und ausgefüllt von virtuellen Partikeln, die einen wilden Tanz aufführen, indem sie extrem kurzzeitig auftauchen und wieder verschwinden. Das kann man als Quantenvakuum definieren, als einen leeren Raum in dem Sinne, dass er ohne Partikel mit Masse ist, Aber das Nichts wäre er auf keinen Fall. Das Nichts ist die Abwesenheit von allem. Es ist also nicht nur ohne Raumerfüllendes, sondern es ist auch ohne Raum und sogar ohne Zeit.

Man könnte vielleicht definieren, die Quantenfelder würden einem leeren Raum jene physikalischen Eigenschaften verleihen, die notwendig sind, damit sich der leere Raum vom Nichts unterscheidet. Felder gleich welcher Art repräsentieren physikalische Eigenschaften, sind also ein Etwas. Und sie verleihen dem Raum physikalische Eigenschaften. Ein solcher Raum aber wäre dann nicht Nichts, sondern schon ein Etwas.

Der leere Raum aber kann und muss über mindestens eine physikalische Eigenschaft verfügen. Und diese muss sich herstellen, wenn der leere Raum aus dem Nichts hervorgehen soll. Wie aber soll das Nichts ein wie auch immer geartetes Etwas hervorbringen, wenn es in ihm nichts gibt, was sich in Etwas wandeln könnte? Die Frage ist unbeantwortet und niemand vermag zu sagen, ob sie überhaupt beantwortbar ist. Es ist leicht gesagt, das Universum sei aus dem Nichts entstanden. Das ist ein bloße Behauptung, die nichts erklärt.

Einige Denker neigten zu der Haltung, es sei halt so, dass das Universum aus dem Nichts entstand. Es existiert doch, also hat es auch einen Beginn gehabt. Wer will daran zweifeln oder es gar bestreiten? Wie genau der Beginn von statten ging und warum? Wen interessiert das schon. Von uns war niemand dabei, nachträgliche Beobachtungen des Vorgangs sind uns versagt, also was soll’s; es hatte einen Anfang, einfach so, es konnte gar nicht anders, freut euch und gebt Ruhe!

Also, so sagen die Wissenschaftler das natürlich nicht, sondern ihre Haltung in dieser Frage wird sehr viel wissender, vor allem wissenschaftlicher ausgedrückt. Der Anfang sei etwas ganz Unbeschreibliches, Besonderes, Einmaliges, gewesen, nämlich eine Singularität.

Das mit der Singularität ist eine sehr clevere Begriffswahl, mit der dem Anfang ein ganz besonderer, aber auch ganz selbstverständlicher Status zugebilligt wird.

Was hat es mit der Singularität auf sich? Was meint der Begriff genau? Er ist aus dem lateinischen singulus abgeleitet, was nichts weiter als einzeln bedeutet. Im Englischen hat der Begriff singular auch die Bedeutung von ungewöhnlich, sonderbar oder eigentümlich. Das bringt uns der Sache näher.

Besonders die Mathematik ist den Umgang mit Singularitäten gewöhnt. Immer wenn Division durch Null notwendig wird, handelt es sich um eine Singularität; wenn eine Gleichung eine Kurve liefert, die einen Punkt aufweist, an dem sich keine Tangente anlegen lässt, ist das eine Singularität; überhaupt wenn eine Gleichung oder eine andere mathematische Prozedur irgendetwas Sonderbares liefert, ist es bestimmt eine Singularität.

So wundert es nicht, dass es die Mathematik auch schon mit einem kleinen Arsenal verschiedener Singularitäten zu tun hat. Es gibt wesentliche und unwesentliche Singularitäten, hebbare Singularitäten, reguläre und irreguläre singuläre Punkte, Koordinatensingularitäten und Krümmungssingularitäten und bestimmt auch noch andere. Singularitäten grämen die Mathematiker kaum. Eine Gleichung versagt gewissermaßen an einem Punkt, obwohl sie ansonsten differenzierbar ist. Solche Formeln gibt es halt und solche Punkte in Kurven auch. Da kann man nichts machen. Das ist ja auch nicht weiter schlimm, damit kann man leben – als Mathematiker.

Natürlich entdeckten auch die Physiker die Singularitäten. Im populärwissenschaftlichen Alltag wird häufig auf die Singularität verwiesen, wenn der Beginn des Universums beschrieben werden soll. Viel seltener wird näher erläutert, was das genau sein soll. Am Anfang war halt das Singulare, das Einzelne, das werden die mit dem nur so genannten gesunden Menschenverstand schon akzeptieren, denn was soll denn sonst den Anfang gebildet haben, wenn nicht das absolut Einzelne, das Alleinige, außer dem es nichts gab.

Wenn sie doch erläutern, wie sie auf die Singularität kamen, dann so: Wenn man den Universum-Film bis zu Ende rückwärts laufen lässt, gelangt man in einen Zustand, da die Dichte der Materie unendlich groß, die Temperatur unendlich hoch und der Raum unendlich klein gewesen sein müssen.

Ein unendlich kleiner Raum, also ein Raum ohne Ausdehnung, ist als Raum nicht mehr existent. Eine unendlich große Dichte verliert als Dichte ihren Sinn, ebenso eine unendlich hohe Temperatur, bei der sich die Teilchen mit unendlich großer Geschwindigkeit bewegen, also still stehen müssten. Das ist ohne jeden Zweifel ein ganz außergewöhnlicher Zustand, so ungewöhnlich, dass man es als eine Singularität ansehen kann.

Manche Physiker sprechen davon, am Anfang sei das Universum ein punktförmiges Etwas gewesen. Mit dem Begriff der Punktförmigkeit muss man vorsichtig umgehen. Ein Punkt ist eigentlich etwas Ausdehnungsloses. Ein solcher aber existiert nicht als physikalischer Raum, sondern nur als eine mathematische Vorstellung bzw. als Abstraktion. Objekte, die keine räumliche Ausdehnung haben, sind keine Objekte einer physikalischen Realität, sondern in der Physik mathematische Konstruktionen, in den nichtmathematischen Vorstellungen Phantome und in der Realität nicht vorhanden.

Mit dem punktförmigen Raum ist hier kein ausdehnungsloses Etwas, sondern ein Etwas ohne innere Struktur gemeint. Das löst das Problem jedoch auch nicht so richtig. Wenn der Ausgangspunkt der Evolution des Universums ein solches strukturloses Etwas gewesen sein soll, dann muss es trotzdem etwas physikalisch Reales gewesen sein. Aber ohne Raum und Zeit und ohne jede Struktur?. Eine solche Vorstellung würde voraussetzen und einschließen, diesen Punkt als etwas zu denken, was mit unseren Vorstellungen von einem Etwas nicht zu identifizieren geht. Er passt jedoch gut zu den Vorstellung vom Nichts und der Singularität. Das Nichts wird mit einer Singularität zu einem Etwas, aber dann schon in Raum und Zeit.

Natürlich wirft das sofort wieder Fragen auf. Ist diese Etwas schon in Raum und Zeit? Dann muss es auch etwas Substanzielles sein. Wie aber konnte die Singularität aus dem Nichts etwas Substanzielles schaffen? Was löste die Singularität aus? Ging vielleicht dem Nichts schon etwas voraus, das ihm eine gewisse Potentialität verlieh, die sich in Form einer Singularität hervor drängte?

Die Physiker müssten ohnehin die Singularität besser meiden wie der Teufel das Weihwasser. Singularitäten sind nämlich gewissermaßen „Krankheits-Symptome“. Wenn in einem physikalischen Modell der Gasdruck an einem bestimmten Punkt eines Prozesses unendlich groß werden muss oder die Temperatur unendlich hoch oder ähnliche Unendlichkeiten auftreten, was im Verlauf mathematischer Prozeduren gar nicht so selten ist, so sind solche Singularitäten doch ziemlich störend. Sie deuten nämlich darauf hin, dass mit dem Modell etwas nicht stimmen kann, es jedenfalls nicht für sich in Anspruch nehmen kann, Wirkliches vollständig zu beschreiben.

Und um das klar zu sagen: Die Allgemeine Relativitätstheorie führt im reziprok laufenden Film zwangsläufig in eine Singularität. Das aber heißt, sie ist eine Theorie, die sich selbst tötet, denn in der Singularität verliert die Theorie ihre Gültigkeit. Singularitäten würden pathologisches Verhalten eines Modells definieren, schrieb Claes Uggla.

(Claes Uggla, Raumzeitsingularitäten in: Einstein Online Vol. 02; 2006)

Wenn die Physiker das wissen, warum operieren sie trotzdem mit der Singularität? Ist die Urknallvorstellung womöglich pathologisch oder gar das Universum selbst? Oder noch schlimmer – die Physiker?

Einen solchen Verdacht nehmen die Physiker mit Gelassenheit hin. Und das aus gutem Grund. Eine Singularität ist etwas so Ungewöhnliches, Seltsames und Einmaliges, dass in ihr die uns bekannten Naturgesetze keine Gültigkeit haben. Dort müssen und können ganz andere Regeln das Geschehen bestimmt haben. Von diesen haben wir leider keine Kenntnis und können solche auch objektiv nicht erlangen. Die Singularität ist durch uns nicht erforschbar, nicht beschreibbar und daher auch nicht erklärbar. Deshalb müssen wir sie hinnehmen und akzeptieren.

Das ist zunächst nachzuvollziehen. Die Naturgesetze, mit denen wir umgehen, sind alle in einem bestimmten Rahmen definiert. Sie beziehen sich immer auf Räumliches und/oder Zeitliches, sind also an Raum und Zeit gebunden. In der Singularität sind aber Raum und Zeit nicht definiert, es gibt sie nicht. Deshalb können in ihr auch die Naturgesetze unserer Art nicht wirken. Eine Singularität ist darum auch kosmologisch eine Singularität, eine Eigentümlichkeit, ein Punkt, in dem nicht etwa die Physiker versagen, sondern ihre Formeln, sprich Naturgesetze.

Mehr ist dazu nicht zu sagen. Vor der Singularität war nichts, nicht einmal Raum und Zeit. Die wurden erst mit und nach der Singularität. Alles was nach ihr kam, können wir erforschen, beschreiben und irgendwann vielleicht sogar irgendwie erklären. Nur die Singularität nicht. Schade, aber wir wären dann soweit erst einmal am Ende – mit dem Anfang.

Das hätte tatsächlich eine saubere Lösung des Problems sein können.

Die Verkündung, das Universum sei aus einer Singularität heraus in die Existenz getreten und in dieser hätten die uns bekannten Naturgesetze keine Gültigkeit gehabt, da sie in ihr versagen, ist jedoch gefährlich. Das Universum versagte nämlich nicht, sondern trat in die Existenz, was noch heute nicht übersehen werden kann.

Die Berufung auf die Singularität ist so eine sich aufdrängende und manchem sehr willkommene Möglichkeit, einen noch anderen und ganz besonderen Vorgang ins Spiel zu bringen. Der mag uns unbehaglich stimmen, wir können ihn weit von uns weisen, ihn auch mit Gelächter quittieren, aber er zwingt sich uns notwendig auf:

Wenn das Universum im Sinne der Naturwissenschaft ohne jede Ursache, also ohne eine natürliche Ursache aus dem Nichts heraus seine Existenz begann, dann müsste es dafür eine außer- oder übernatürliche Ursache gegeben haben.

Die nahe liegende übernatürliche Verursachung, die wir uns dann, ob wir es wollen oder eher nicht, denken müssen, ist die einzigartige Kraft und Macht einer Schöpfung. Nur eine Schöpfung konnte das alles in Gang gesetzt haben. Das brauchte keine Substanzen oder Energien oder Gesetze, die schon existiert haben müssten, als die Schöpfung den Beginn setzte. Sie hatte die Macht, alles zu erschaffen. Vor dem Akt der Schöpfung gab es nichts, keine Materie, keine Energie, auch keinen Raum und nicht einmal die Zeit. Alles wurde erst durch die Schöpfung. Und diese war mit dann ziemlicher Wahrscheinlichkeit der Wille und die Tat einer ganz besonderen, allmächtigen Persönlichkeit, eines Schöpfers.

Unversehens lief die Wissenschaft Gefahr, zur Religion zu werden. Mehr noch, der wissenschaftliche Rückgriff auf die geheimnisvolle Singularität bewegt sich auf der gleichen mythologischen Unerklärbarkeitsebene wie die Schöpfungslehren der Religionen.

Und schon trat ein Vertreter der modernen Naturwissenschaft, der Physiker Frank Tipler, am 09. Mai 2007 vor die Kameras und Mikrophone eines amerikanischen Fernsehsenders und verkündete, die kosmologische Singularität – das sei Gott. Die Wissenschaft würde die Lehren der Religion überprüfen und herausfinden, dass Gott existiere.

(Nachzulesen auch in Frank J. Tipler: Die Physik des Christentums)

Nicht, dass nun alle Naturwissenschaft die Entstehung des Universums als die grandiose Tat eines allmächtigen Schöpfers propagierte, aber indem sie sie als wissenschaftlich nicht erklärbar definierte, machte sie den Weg frei für übernatürliche Erklärungen. Wenn die Naturwissenschaft nicht erklären kann, aus welchem Zustand heraus das Universum seine Existenz begann und warum das geschah, dann muss die Erklärung dafür außerhalb der Kompetenz der Naturwissenschaft liegen. Und wenn die Kompetenz der Naturwissenschaft die Natur ist, dann muss also die Erklärung auch außerhalb des Natürlichen liegen. Diese Logik ist nur schwer vermeidbar.

Die Physiker wollten das nicht so einfach hinnehmen. Also dachten sie darüber nach, wie man die Singularität doch noch vermeiden und den Anfang anders erklären könne.

Wenn der rückwärts laufende Film, so nun die Überlegung, dank Einsteins allgemeiner Relativität in einen solchen speziellen, allgemein viel zu speziellen Zustand führt, in dem die Allgemeine Relativität nicht mehr gilt, vielleicht hilft der andere Teil der Physik des 20. Jahrhunderts, die Quantenmechanik, den Film wieder vorwärts laufen zu lassen, ohne Gott bemühen zu müssen. Die beiden großen Theorien der modernen Physik passen zwar nicht zueinander, aber wenn beide zusammen nichts erklären können und einander widersprechen, vielleicht konnten sie sich wenigstens mal gegenseitig aus der Patsche helfen.

Also überlegten sie, die Physiker, wie der Anfang aus der Sicht der Quantenphysik erklärt werden könnte. Und die findigen Wissenschaftler wurden auch schnell fündig. Es fiel ihnen die Unschärferelation ein, die Werner Heisenberg schon so ziemlich am Anfang der Quantenphysik, also vor längerer Zeit, beschrieben und plausibel begründet hatte.

Irgendwann wird das Universum im rückwärts laufenden Film soweit geschrumpft sein, dass es nur noch einen Raum einnimmt, dessen Durchmesser sich in der Größenordnung von vielleicht einigen 10-33 cm, somit in der Region der Plancklänge, bewegt. Das ist natürlich ein sehr winziger Raum, kaum noch von einem Punkt zu unterscheiden und damit dem Nichts sehr nahe. Aber ein solcher Raum ist eben nicht ganz Nichts, sondern ein eindrucksvolles Etwas: die Spielwiese der unbändigen Quanteneffekte. Das war die Lösung.

Wie das? Die aus der Unschärferelation resultierenden Quantenfluktuationen müssen die Evolution des Universums in seiner ganz ersten Anfangsphase maßgeblich bestimmt haben. Mit der berühmten Unschärferelation hatte Heisenberg nicht etwa die ungenaue Betrachtung der Natur durch die Wissenschaft gemeint, auch nicht eine unvollständige Beschreibung der Natur, wie es Einstein der Ältere, also der in die nörgelnden Jahre gekommene Miterfinder der Quantenphysik genau dieser dann vorwarf.

Die Unschärferelation besagt eigentlich nur, dass wir – ich in Ermangelung der notwendigen Mittel, Geräte und Fähigkeiten sowieso nicht, aber auch nicht die Wissenschaftler – objektiv nicht in der Lage sind, Ort und Geschwindigkeit eines subatomaren Teilchens zu gleicher Zeit genau zu bestimmen. Wenn man die eine Komponente genau bestimmt, wird die andere unscharf sein – und umgekehrt.

Bestimmt man also die Geschwindigkeit, mit der sich ein Teilchen bewegt, oder den sich aus Masse und Geschwindigkeit ergebenden Impuls, kann man nicht genau sagen, an welchem Ort sich das Teilchen bei der Messung befindet.

Bestimmt man den Ort eines Teilchens zu einem bestimmten Zeitpunkt exakt, scheitert man glanzlos bei dem Versuch, Geschwindigkeit bzw. Impuls genau zu bestimmen. Das wird immer so sein. Der Umstand lässt sich auch mit den präzisesten Messgeräten, den akribischsten Untersuchungsmethoden und von den cleversten Wissenschaftlern nicht aus der Welt schaffen, denn er haftet den Dingen an, nicht den Messmethoden und auch nicht den Physikern. Die Quanten können spontan zwischen den Werten hin und her springen, sie sind irgendwie in Raum und Zeit verschmiert, weshalb man das Phänomen auch Unbestimmtheit nennt.

Dieser Charakter der Quantenobjekte ist verantwortlich für einige merkwürdige Erscheinungen, die die Quantenphysik beschreibt. Eine davon ist eben die so genannte Quantenfluktuation. Sie definiert die Quantenwelt als ein Feld turbulenten Geschehens. Teilchen können spontan auftauchen, sich verwandeln, wieder verschwinden.

Es ist vorstellbar, dass das Universum aus einem solchen brodelnden Etwas, nur wenig verschieden vom Nichts, hervorging. Das ist natürlich ein reichlich anderes Bild als die unendliche Dichte der zu einem Punkt zusammengequetschten gesamten Materie des Universums. Andererseits – so prinzipiell verschieden sind die beiden Vorstellungen auch wieder nicht. Das turbulente energetische Geschehen der unablässigen und spontanen Quantenfluktuationen hat schon auch etwas von einem schier unendlich ergiebigen Energiemeer auf kleinstem Raum.

Die Unschärfe hängt mit dem Planck’schen Wirkungsquantum zusammen. Sie könnte durchaus eine Eigenschaft des Raumes oder besser der Raumzeit sein. Diese könnte als solche unscharf sein, irgendwie verschwommen, nicht unbedingt im Sinne einer recht schwammigen Idee, das vielleicht auch, sondern in dem Sinne, dass Raum und Zeit nicht klar getrennt voneinander betrachtet werden können.

Die Vorstellung hat nur einen Haken: Wie können denn Quantenfluktuationen auftreten, wenn es Raum und Zeit gar nicht gibt. Das plötzliche Auftauchen eines Teilchens führt notwendig zu der Frage, wo es denn auftaucht? In einem nicht vorhandenen Raum? Wie das? Indem es den Raum schafft und die für das Auftauchen notwendige Zeit gleich mit. Und wenn das Teilchen gleich wieder verschwindet, sind dann Raum und Zeit auch wieder weg? Ist das frühe Universum ein Gewirr aus Raum- und Zeit- Blitzen. Wie werden dann der Raum und die Zeit, wie wir sie kennen?

James Hartle und Stephen Hawking haben da, aus einer ganz anderen Richtung kommend, eine Theorie entwickelt, nach der der ursprüngliche Raum vierdimensional war; nicht in Form der Raumzeit, sondern räumlich vierdimensional. Die Zeit erscheint nach dieser Theorie nicht plötzlich, als wäre sie gerade aufgezogen, sprich geschaffen worden oder ebenso unvermittelt entstanden, sondern sie trennt sich allmählich, zögerlich nur, sozusagen in einem unscharfen Prozess vom Raum.

Der allererste Beginn ist daher nicht in einem Punkt zu sehen, sondern in einer Art sanfter Wölbung. Das Universum hatte nach diesem Modell gar keinen bestimmten Anfang. Damit entfällt die Singularität. Das heißt aber noch lange nicht, das Universum habe schon immer existiert. Es hatte keinen bestimmten zeitlichen Anfang, keinen Punkt, an dem es begann, aber seine Existenz begonnen hat es schon, verkündeten Hartle und Hawking der inzwischen schon nur noch wenig verblüfften Menschheit.

Es kam aus dem Nichts – das Universum – und setzte sich selbst in Gang. Nicht mit dem gewaltigen Explosions-Knall einer extrem dichten Feuerkugel, sondern mit einem leisen und breiten, auch nicht sehr klar auszumachendem „Blubb“. Damit entfallen die Notwendigkeit des Schöpfers und der Antworten auf die Fragen, was davor war. Davor war eben nichts. Ohne Zeit kein Davor, sondern einfach nichts. Erst mit Entstehung der Zeit gibt es etwas und nicht mehr nichts. Das einzige etwas, das uns da einfällt, ist halt das Universum. Was denn auch sonst?

Diese als Quantenkosmologie bezeichnete Erklärung der Entstehung des Universums zeichne sich durch Eleganz der Logik und Brillanz der Denkweise aus, wird gesagt. Ja? Der Anfang des Universums bestand darin, dass es keinen Anfang hatte, sondern nur begann? Soll das eine wirklich akzeptable Erklärung sein? Oder ist das den Wissenschaffenden gerade noch eingefallen, um den Schöpfer in letzter Sekunde und höchster Not auszubremsen, als der auch noch die Wissenschaft zu (er-)schöpfen drohte?

Aber keine Frage, die Singularität kann so umgangen werden, der Urknall als der Anfang von allem aber erhalten bleiben. Er wäre dann aber schon anders als er bisher propagiert wurde.

Wir machen uns ein buntes Bild

Das Urknall-Modell beruht auf Allgemeiner Relativitätstheorie und Quantenphysik. Bei aller Wertschätzung beider Theorien: Gerade in Bezug auf den Urknall sind beide höchst unsichere Kandidaten, das Geschehen erklären zu können.

Das Urknall-Modell hat noch andere auffällige Schwächen, die seiner Glaubwürdigkeit nicht gut zu Gesicht stehen.

Alle bisherigen Beobachtungstatsachen und Messfakten zwingen zu der Erkenntnis, dass unser Universum flach ist. Nach der allgemeinen Relativitätstheorie sollte der Raum eigentlich gekrümmt sein. Aber im gesamten, durch uns beobachtbaren Bereich lassen sich keine Raumkrümmungen feststellen. Die kinetische Energie der Expansion muss ziemlich exakt gleich der Gravitationsenergie des gesamten Universums sein. Das muss von Beginn an so gewesen sein.

Wäre da ein winziges Übergewicht der einen über die andere Energieart in der Größenordnung von nur etwa 10^-18 gewesen, wäre das Universum so schnell expandiert, dass es schon lange verschwunden wäre oder die Gravitation hätte es schon vor langer Zeit kollabieren lassen. Die Größe Omega, die für das Verhältnis von kinetischer zu Gravitationsenergie steht, muss von Beginn an 1 betragen haben. Das Urknallmodell der modernen Physik hat dafür keine Erklärung.

Obwohl in relativ kleinen Raumbereichen mit Sternen, Galaxien oder Galaxiengruppen unterschiedliche Strukturen und eine unterschiedliche Verteilung der materiellen Strukturen zu verzeichnen sind, bietet das Universum großräumig eine sehr gleichförmige Materieverteilung. Man sagt, das Universum sei homogen und isotrop. Warum aber sind entgegengesetzte Gebiete des Universums in einem solchen Maße einander gleich. Quasare in etwa 12 Milliarden Lichtjahren Distanz sind, wenn sie sich in entgegen gesetzten Regionen befinden, 24 Milliarden Lichtjahre voneinander entfernt. Zwischen solchen Regionen konnte zu keinem Zeitpunkt ein Austausch stattfinden, da die jeweilige Distanz immer größer war, als das Licht sie hätte überbrücken können.

Welcher Prozess hat also für die Homogenität gesorgt? Das Urknallmodell hat darauf keine Antwort.

Ebenso wenig kann es Auskunft geben auf die Frage, woher denn die winzigen Inhomogenitäten stammen, die es schon sehr früh gegeben haben muss, da es sonst keine Galaxien und Sterne geben würde.

Mit großem finanziellen, materiellen und intellektuellem Aufwand haben die Forscher die so genannte Hintergrundstrahlung, die den sehr frühen Zustand des Universums repräsentieren soll, vermessen. Der Satellit Cosmic Background Explorer – COBE – hatte dazu erste Messungen vorgenommen. Die Euphorie war groß, waren doch in den Daten tatsächlich Inhomogenitäten in Form von Temperaturunterschieden aufgetaucht. Sie hatten eine Winkelauflösung von etwa 10 Grad bei einer mit COBE maximal möglichen Auflösung von etwa 7 Grad.

Obwohl die gesuchten Fluktuationen erst bei einer Winkelauflösung von 2 Grad auffindbar sein sollten, meinten die Forscher, die für die großräumige Strukturbildung notwendigen Inhomogenitäten gefunden und mit der aus den COBE-Daten abgeleiteten bunten Grafik der staunenden Welt ein Bild vom sehr frühen Universum gezeichnet zu haben.

Die berühmte Grafik, die die Wissenschaftler mit den Daten der COBE-Mission gestaltet haben wollen, findet man im Original beim NASA Goddard Space Flight Center unter https://science.nasa.gov/missions/cobe

Offensichtlich hatten die Forscher dabei schon kräftig „in die Farbkiste greifen“ müssen, um die Dinge überhaupt anschaulich machen zu können.

„Eigentlich grenzte die Präsentation des Originalbildes für die Medien fast schon an Betrug. Diese Karten sahen eindrucksvoller aus als die dahinter stehenden Ergebnisse. Die meisten Schwankungen in dem Bild, die diese einzigartigen Kleckse und Fransen hervorbrachten, stammen nämlich von der Zufallsstrahlung des Mikrowellendetektors selbst.“

(Brian Clegg, Vor dem Urknall; rowohlt digitalbuch)

Wäre dies durch Vergleiche bei unterschiedlichen Wellenlängen und durch statistische Analyse ausgeglichen worden, schreibt Clegg weiter, wäre nicht mehr viel übrig geblieben von den Inhomogenitäten. Die Reaktion der Medien auf die COBE-Ergebnisse seien angeheizt worden „… durch die Kommentare von Wissenschaftlern, die es eigentlich besser hätten wissen müssen.“ (a. a. O.) Clegg lastet das in besonderem Maße Stephen W. Hawking an, der damals die COBE-Resultate als die größte Entdeckung des Jahrhunderts, wenn nicht gar aller Zeiten definiert haben soll.

Eine ziemlich flache Bemerkung, wenn man an Entdeckungen wie die der Relativität, der Quantenphysik, der Galaxien außerhalb der Milchstraße, der Expansion, der Schwarzen Löcher, der großräumigen Strukturen im Universum oder gar der DNS oder der Gene denkt, von der Gravitation, der Evolution, der Elementensystematik und der Radioaktivität ganz zu schweigen, um nur einige zu nennen.

Fast muss man wohl tatsächlich angesichts der Qualität der COBE-Daten und der Kühnheit ihrer Interpretationen von Betrug sprechen. Wer es nicht gar so hart möchte, kann es ja gern als Täuschung bezeichnen. Für Ehrlichkeit und wissenschaftliche Akribie würde das trotzdem nicht sprechen. Immerhin gab es dafür ‘nen Nobelpreis. Schon merkwürdig, wofür man alles diesen Preis erhalten kann. Das sollte Mut machen.

Mit den Höhenballons Boomerang und Maxima wurden dann genauere Messungen der Hintergrundstrahlung vorgenommen. Deren Messgeräte hatten mit 0,3 Grad (Boomerang) und 1/6 Grad (Maxima) eine weitaus höhere Auflösung. Aber Boomerang erfasste gerade mal 3 Prozent des Hintergrundes, Maxima gar nur 3 Promille. Die dabei festgestellten Inhomogenitäten hatten eine Ausdehnung von erfreulichen 1 Grad.

2001 startete die amerikanische Raumsonde WMAP zu ihrer Vermessungsmission. Aus deren Daten entstand dann ein schon wesentlich filigraneres Bild der Hintergrundstrahlung mit Temperaturunterschieden von 20 Millionstel Grad.

Das NASA/WMAP Science Team fertigte daraus eine Grafik, die man im Original unter https://map.gsfc.nasa.gov besichtigen kann.

Da wussten die Physiker aber schon, dass diese von ihnen „gemessenen“ Inhomogenitäten nur dann zu einem möglichen zeitlichen Ablauf der Strukturbildung und überhaupt zu den zu beobachtenden Strukturen der Galaxien und Sternen passen, wenn es die Dunkle Materie, die Dunkle Energie und den exotischen Prozess der kosmischen Inflation gegeben hat.

Das sind aber vorläufig noch immer Annahmen, Konstruktionen, Erfindungen und keine Beobachtungsfakten. Sie scheinen dringend notwendig zu sein, um einige kosmologische Beobachtungen erklären zu können. Aber sie sind noch mehr Wunschvorstellungen, es möge sie doch bitte, bitte geben, weil – ohne sie ist die moderne Kosmologie ziemlich hilflos.

Die Dunkle Materie sorgte, da sie nicht mit elektromagnetischer Strahlung reagiert, aber Schwerkraft ausübt, dafür, dass sich die Materie um die Inhomogenitäten schneller zusammenballen konnte und so die Entstehung der Galaxien ermöglichte. Die Dunkle Energie hält mit ihrer abstoßenden Wirkung die Galaxien auf notwendigen Abstand und lässt den Raum trotz Gravitation expandieren. Die Inflation, also die plötzliche exponentiellen Aufblähung des Raumes auf das 10^x-fache in der Frühphase der Expansion, macht das Universum flach und sorgt auch mit Hilfe von Quantenfluktuationen für Anfangs-Inhomogenitäten der notwendigen Größe.

Sie macht jedoch auch die Einführung eines speziellen Quantenfeldes notwendig. Die Teilchen des Feldes heißen Inflatonen. Die existierten ausschließlich in dieser ganz frühen Phase des Universums und wurden seitdem nie wieder gesehen. Das heißt, sie wurden noch nie gesichtet und werden das auch nie. Muss ich noch ausdrücklich erwähnen, dass die Herkunft des Feldes unklar ist, wie seine Existenz auch nicht nachgewiesen, es also eine reine Konstruktion ist?

Im März 2014 schien aus der Konstruktion Inflation ziemlich plötzlich doch Realität zu werden. Da wurde nämlich verkündet, es sei nunmehr erstmals ein Beweis für diesen außerordentlich stürmischen Prozess gefunden worden. Wissenschaftler des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysik hätten mit der am Südpol stationierten BICEP2-Anlage die Polarisierung der Hintergrundstrahlung untersucht. Dabei sei man auf einen deutlich höheren Wert der so genannten B-Modi gestoßen. B-Modi sind bestimmte Polarisationsmuster, die von starken Turbulenzen stammen könnten, die ihrerseits von der Inflation im frühen Kosmos zeugen würden. Man sei sehr sorgfältig vorgegangen, habe, um Fehler zu vermeiden, die Messungen wiederholt und die Ergebnisse drei Jahre lang überprüft.

Die Euphorie war groß. Da war ja nicht nur ein Beweis für die Inflation gefunden worden, sondern auch gleich mal Bilder von Gravitationswellen, die man bis dato auch nur vom “Hörensagen” kannte, gemacht worden und die enge Beziehung von Quantenphysik und Relativitätstheorie sei nun auch bewiesen. Eilfertig gratulierten beispielsweise die Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik und sprachen schon öffentlich vom Nobelpreis.

(nach M. Holland; Urknall: Erster direkten Beweis für kosmologische Inflation; heise online; 17. 03. 2014)

Ein Jahr später verschwand die große Entdeckung im Staub der Geschichte. Skeptische Forscher hatten sich daran gemacht, mit dem gleichen Gerät BICEP2, den Daten des Planck-Satelliten und des Keck-Teleskops auf Hawaii die Polarisationsmuster der Hintergrundstrahlung noch einmal, aber etwas anders zu untersuchen. Sie nahmen sich den selben Himmelsabschnitt vor, in dem die B-Modi festgestellt worden sein sollten. Sie zogen nun allerdings von den hier registrierten Signalen alle Signale ab, die in dieser Region von galaktischem Staub stammen. Das macht Sinn, denn B-Modi müssen nicht von der Inflation stammen, sie können auch von gewöhnlichem Staub erzeugt werden. Und schon hatte sich die große Entdeckung erledigt.

"Unsere Arbeit zeigt, dass der Nachweis von primordialen B-Modi nicht länger robust ist, wenn diese vom Staub stammenden Signale von den BICEP2-Daten abgezogen werden. Daher können wir leider nicht bestätigten, dass dieses Signal von der kosmischen Inflation stammt."

(Jean-Loup Puget; Universität Paris; in SCINEXX.de; ESA 02. 02. 2015)

Und so haben wir jetzt ein zwar farbenfrohes, aber ziemlich unstimmiges Bild vom frühen Universum. Um irgendeine Bestätigung dafür, dass es die Inflationsphase tatsächlich gab, bemühen sich die Physiker noch, von der Natur der Dunklen Materie haben sie keine Ahnung, von der der Dunklen Energie aber – auch nicht.

Ach ja, die Europäer durften auch mal ran – an die Hintergrundstrahlung. Und selbstverständlich lieferte deren Satellit Planck nach langen 15 ½ Monaten Messzeit ein noch genaueres Bild. Aus den WMAP-Daten war ein Weltalter von 13,7 Milliarden Jahren abgeleitet worden. Die Planck-Daten korrigierten das auf 13,81. Der Wert der Hubble-Konstante H sollte nun auch nicht mehr um die 70 betragen, sondern nur noch 67,15.

Hatte man davor den Anteil der “normalen“ Materie mit 4,5 %, den der Dunklen Materie mit 22,7 und den der Dunklen Energie mit 72,8 % beziffert, hieß es nach Planck, bei der uns bekannte Materie müsse man nun mit 4,9, bei der Dunklen Materie mit 26,8 bei der Dunklen Energie jedoch nur noch mit 68,3 % rechnen.

Nun gut, das mag für die Spezialisten wichtig sein, für uns sind solcherart Korrekturen wenig aufregend. Sie ändern ja nichts daran, dass wir nur einen kleinen Teil des Universum kennen. Ob unser Unwissen 95,5 oder 95,1 % des Universums umfasst, ändert am Maß des Unwissens nur wenig. Planck hatte es so aber immerhin doch bestätigt, das Unwissen.

Die bunte Grafik der Planck-Daten liefert die ESA and the Planck Collaboration unter

http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2013/03/Planck_CMD

Aber plötzlich war die Reaktion der Forscher nicht mehr gar so euphorisch. Ja schon, meinten sie, das Universum ist wohl so, wie wir es uns gedacht haben, aber vielleicht doch nicht ganz so. Und der Urknall muss da auch vielleicht etwas anders verlaufen sein, als gedacht.

Woher diese Unsicherheiten plötzlich herkamen? Nun, die Planck-Daten verwiesen auf Unregelmäßigkeiten und Anomalien, die man zwar schon bei WMAP gesehen, aber noch nicht sehr ernst genommen hatte. Bei der Präzision, mit der Planck gemessen haben soll, konnte man darüber nun aber nicht einfach hinwegsehen oder sie als zufällige Messfehler wegschieben. Jetzt waren sie in Form konkreter Daten da:

Es gibt zwischen dem nördlichen und dem südlichen Himmel Unterschiede. Die Temperaturfluktuationen im südlichen Himmel sind größer als in der Nordhälfte, es gibt also eine Asymmetrie in den Temperaturschwankungen zwischen Süd und Nord. (ESA / Bild der Wissenschaft / Welt der Physik / Max Planck Gesellschaft u. a. ; 2013)

Das sollte es eigentlich nicht geben, wenn die Annahme richtig ist, das Universum würde in großen Maßstäben überall und in allen Richtungen gleich aussehen. Zu allem Überfluss scheint die Vorzugsrichtung auch noch gekoppelt zu sein mit der Bahnebene der Erde. Das würde das kosmologischen Prinzip, dass wir nichts Besonderes sind, irgendwie nicht mehr so richtig stützen. Zudem wurde festgestellt, dass auf großen Winkelskalen die Temperaturschwankungen geringer sind, als sie es nach dem Standardmodell sein müssten.

Und zu allem Überfluss stieß man auf einen Cold Spot einen mysteriösen kalten Fleck. Die üblichen Temperaturschwankungen in der Hintergrundstrahlung betragen nach den „Berechnungen“ etwa 18 Millionstel Grad. In der Region des Cold Spot ist die Strahlung jedoch 70 Millionstel (!) Grad kühler. Zwar ist das auch kein so gewaltiger Unterschied, reichte aber als eine Abweichung von den Vorstellungen aus, die Physiker unruhig zu machen.

Warum sollte sich aus einem homogenen Zustand heraus, der zudem von der Inflation glatt gebügelt wurde, plötzlich ein Raumgebiet entwickelt haben, das sich doch deutlich vom allgemeinen Geschehen in der frühen Struktur abhob.

Die entsprechende Grafik veröffentlichte die ESA unter www.esa.int/spaceinimages/Images/2013/03/Planck_enhanced_anomalies

Trotz dieser unvermutet aufgetauchten Anomalien sind die Physiker überzeugt, mit den bunten Ostereiern präzise Abbildungen des frühen Universums geliefert und zugleich ihre eigenen Theorien und Modelle überzeugend bestätigt zu haben. Das heißt, so durchgängig überzeugt waren sie wohl nicht.

Unter Berufung auf das Journal of Cosmology and Astroparticle Physics meldete die Online-Seite Welt der Physik (Bundesministerium für Forschung und Bildung / Deutsche Physikalische Gesellschaft) 2014, Schweizer Physiker hätten sich die Planck-Daten noch einmal vorgenommen. Sie verzichteten bei der neuen Interpretation auf das so genannte Masking, mit dem alle für das erhoffte Ergebnis unerwünschten Daten „wegradiert“ werden. Bei Verwendung alternativer Datenverarbeitungstechniken – welche, wurde nicht ausgeführt – verschwanden die Anomalien. Selbst der Cold Spot war plötzlich weg.

Bei der extrem komplexen Analyse der Strahlung wäre es möglich, wurde mitgeteilt, dass die Anomalien auf fehlerhafte Datenauswertung zurückzuführen seien. Es müsse sich gar nicht um unerklärliche Abweichungen vom Standardmodell handeln, sondern schlicht um Fehler in der Interpretation von Daten oder um „statistische Ausreißer“, aber als Hinweise auf ein neue Physik könne man die Anomalien trotzdem noch nicht ganz ausschließen.

Das lässt alle Möglichkeiten offen. Kräht der Hahn auf dem Mist, ändert sich das Wetter, oder es bleibt wie es ist.

Noch einmal zum Genießen: Bei den Anomalien könnte es sich um Interpretationsfehler handeln oder um statistische Abweichungen, weshalb die gültige Physik nicht in Frage gestellt wäre; vielleicht handelt es sich aber doch um neue Physik. Die Hintergrundstrahlung lässt sich also hinbiegen, wie sie gerade gebraucht wird. Geht ja auch!

2015 war der Cold Spot wieder da. Jedenfalls berichtete Welt der Physik ganz selbstverständlich darüber. Die größte Struktur, die die Astronomen im Kosmos bisher beobachten konnten, sei ein Gebiet von 1,4 Milliarden Lichtjahre Ausdehnung im Sternbild Eridanus in der südliche Hemissphäre mit einer auffälligen Materiearmut.

Leerräume, so genannte Voids, sind in der großräumigen Struktur des Kosmos allerdings keine Seltenheit. Die Galaxien sitzen mehrheitlich in den Randgebieten blasenartiger Strukturen, dazwischen ist der Raum zwar nicht leer, enthält aber auffällig weniger Galaxien als die Ränder der Voids. Dieser Supervoid im Eridanus ist nicht nur sehr viel größer als die üblicherweise etwa 100 Millionen Lichtjahre umfassenden Voids, er enthält auch 15 % weniger Materie als der Raum im kosmische Durchschnitt.

Da der Supervoid in der Position am Himmel mit der des Cold Spot übereinzustimmen scheint, vermuten die Wissenschaftler, er könnte seine Quelle im Cold Spot haben. Ohne Zweifel würde sich hier eine heute zu beobachtende Tatsache mit einem Zustand im frühen Universum erklären lassen. Das wäre für das Verständnis der universalen Entwicklungsprozesse von hohem Stellenwert. Allerdings wäre es noch immer und noch stärker eine Abweichung vom Standardmodell, denn eine Anomalie wäre es auf jeden Fall, ob nun als Cold Spot oder als Supervoid.

Angesichts der bunten Baby-Bilder des Universums und der kategorischen Verkündungen sollte man nur noch den Kopf schütteln. Es ist schon sehr erstaunlich, was die Physiker daraus alles ablesen wollen. Das Alter des Universums, die exakten Anteile normaler und dunkler Materie wie auch der Dunklen Energie, die Quellen der Galaxien und Sterne, wie wir sie heute beobachten, sogar den Beweis für die Inflation, für ein oszillierendes Universum und anderes mehr.

Beispiel: Alter des Universums. Früher genügten den Astronomen bei den Angaben zum Alter des Universums grobe Zeitspannen. Man definierte es zwischen 10 und 15 oder auch zwischen 15 und 20 Milliarden Jahre. Damit konnten alle ganz gut leben. Mit den Messungen der Hintergrundstrahlung wurden die Altersangaben erstaunlich präzise. Eine Zeitlang überschlugen sich die Angaben dazu förmlich: 13,7; 13,73; 13,78; 13,8; 13,81. Es schien sich ein Wettbewerb entwickelt zu haben, das Alter immer noch ein wenig genauer bestimmt zu haben, als die zuvor veröffentlichte Zahl. Einmal las ich im Internet sogar diese Altersangabe: 13 Milliarden 780 Millionen 807 Tausend 626 Jahre. Schade, dass der Künstler auf die Angabe der Monate und Tage verzichtet hatte. (Ist nur Spaß.)

Obwohl alle diese präzisen Angaben im ”Brustton der Überzeugung” verkündet wurden, sucht man nach der konkreten Erläuterung, wie genau sie aus den Daten der Strahlungsmessungen eigentlich abgeleitet werden, vergeblich. Gibt es dafür irgendeine geheime Formel? Steht in den bunten Bildchen irgendwo etwas, was die Physiker als Altersangabe erkennen können? Und was muss ich mir da vorstellen?

Einen allgemeinen Hinweis liefern die Physiker dazu schon. Die Ableitung des Alters aus den Daten der Hintergrundstrahlung erfolge auf der Basis des Lambda-CDM-Modells. Das klingt erst einmal gut, wer will dann noch an der Exaktheit der Altersangaben zweifeln, wenn ihnen doch das bedeutende Lambda-CDM zu grunde liegt.

Nur muss man dazu wissen: Lambda steht für eine kosmologische Konstante, die auch in direkter Beziehung zur Dunkle Energie stehen soll; und CDM heißt ausgeschrieben cold dark matter, was nichts anderes als kalte Dunkle Materie bedeutet. Da haben sie ja nun was gekonnt. Die tatsächliche Größe der kosmologischen Konstante ist noch immer relativ unsicher, gibt es bei ihr doch die bisher größte Differenz zwischen einem theoretisch zu bestimmenden Wert und dem aus Beobachtungen abzuleitenden. Und über die Dunkle Energie wissen sie nur, dass es sie geben könnte, mehr aber nicht. Und die Dunkle Materie ist den Physikern in der kalten ebenso komplett unbekannt wie in einer eventuell heißen Version.

Das heißt, aus Komponenten, über die sie absolut nichts Konkretes wissen, wollen sie ernsthaft etwas so Konkretes wie die Altersangabe für das ganze Universum ableiten. Bewundernswert, dieser Mut. Oder sollte ich besser von Unverfrorenheit schreiben?

Das Problem beginnt schon bei der Form der Grafik. Welche Form hat das Universum? Ist es eine Kugel, oder vielleicht ein Ellipsoid, oder ein Torus oder doch ein Dodekaeder, wie es manche Forscher kühn vermuten?

Sollte es eine Kugel sein, kommt die Ellipse als 2-dimensionalen Darstellung dem 3-dimensionalen Innenraum einer Kugel schon nahe; würde ihn aber trotzdem erheblich verfälschen. Hat das Universum aber andere Formen, wären die Grafiken wohl recht weit weg von der Möglichkeit, die Temperaturverteilung im Frühstadium des Universums in elliptischere Form so zu erfassen, dass man daraus alles das ableiten kann, was man vorgibt, ableiten zu können. Es würde zu völlig falschen Vorstellungen führen, wenn die Ellipse einer Innenansicht des Universums nicht sehr nahe wäre.

Dabei muss man sich einmal vor das nur wenig kritische Auge halten, wie die Daten der Hintergrundstrahlung-Messungen zu Stande kommen. Sicher, an Bord der Raumsonden und Höhenballons waren bestimmt hochempfindliche Geräte. Aber die zu untersuchende Strahlung stammt aus der Frühzeit des Universums, genauer aus der frühesten Zeit, aus der wir Informationen ergattern können. Ein noch früherer Informationsträger steht uns nicht zur Verfügung.

In den Milliarden Jahren seit ihrer Entstehung ist die Strahlung aber den verschiedensten Einflüssen ausgesetzt gewesen. Wenn die Standardmodelle der Teilchenphysik und der Kosmologie zutreffen, entstand sie, als sich Strahlung und die noch immer superheiße Materie voneinander trennten. Es folgte eine Phase, da die Galaxien und Sterne erst entstehen mussten. Darüber wissen wir nur wenig.

Dann noch die schon Milliarden Jahre andauernde Entwicklungsphase mit dem teils sehr turbulentem Geschehen um Quasare, Schwarze Löcher, Galaxien, Sternentstehung, Sternenzyklen und Supernovae. Das alles überlagert die nur noch schwach strahlende Hintergrundstrahlung und erzeugte und erzeugt eine allgegenwärtige und sehr viel stärkere Vordergrundstrahlung. Das filigran auseinanderzuhalten dürfte eine Aufgabe gigantischen Ausmaßes sein.

Um mal die "Größenordnung" anzudeuten: Es geht hier um Inhomogenitäten in einer Differenz von 2,7281 zu 2,7280 Kelvin oder -270,4219 zu -270,422 Grad Celsius. Um die aufzuspüren, muss man alle Vordergrund-Strahlungsquellen sauber eliminieren. Das mag ja bei der Sonne und den bekannten Galaxien und Quasaren vielleicht noch einigermaßen möglich sein, obwohl selbst da schon Zweifel angebracht sind, ob das vollständig oder nur sehr grob gelingt. Aber da sind ja auch schwach leuchtende Sterne, Braune Zwerge, Galaxien mit geringer Helligkeit, Wasserstoffwolken, interstellarer Staub, deren Lage und Stärke man gar nicht oder nicht genau kennt und zudem unbekannte Strahlungsquellen, mit denen man immer rechnen muss.

Bei der Interpretation der WMAP-Daten sollen 700 extra-galaktische Punktquellen maskiert, also ausgeblendet worden sein. Warum 700, warum nicht 2000? Wurde das geschätzt? Und dann emittiert unsere Galaxie ja auch noch eine Eigenstrahlung, die herausgerechnet werden muss. Die Bewegung der Erde durch den Mikrowellenhintergrund sorgt zudem für Verzerrungen.

In der ersten Phase nach der Entkopplung von Materie und Strahlung soll es eine Ära der Monstersterne gegeben haben; massereiche – 300- bis 1000- fache Sonnenmasse – helle Sterne mit Strahlung im Ultravioletten und starker Neigung zu Supernova-Explosionen. Diese Riesensterne hatten nur eine kurze Existenzzeit. Es muss sich also um eine Etappe recht turbulenten Geschehens und zahlreichen Strahlungsausbrüchen in Folge von Supernovae gehandelt haben. Über diese Periode wissen wir nichts Genaues, wir nehmen nur an, dass es sie gegeben haben muss, da anders die Metallizität der heute zu beobachtenden ältesten Sterne nicht erklärbar wäre.

Alle diese Faktoren fügen sich zu einer recht diffusen Vordergrund-"Verunreinigung" des Strahlungshintergrundes zusammen. Um aus den Messdaten, in die das alles eingeht, dann ein Bild von der Hintergrundstrahlung, ihren Inhomogenitäten und deren Lage und Größe zu machen, sind komplizierte Umrechnungen und eine stattliche Anzahl von Annahmen notwendig. Annahmen und Umrechnungen, die von Theorien und Modellen, Vorstellungen und Vermutungen ausgehen.

Es ist doch entschieden zu bezweifeln, dass das mit gebührender Sicherheit gelingen kann. Hilfreich war es in diesem komplexen und komplizierten Prozess bestimmt, zu wissen, wonach genau man sucht und wie das Bild aussehen muss, wenn es die Paradigmen bestätigen soll. Obwohl viele Physiker die Ostereier ernst nehmen, müssen wir ihr Triumphgeheul nicht teilen.

Die häufigen Mitteilungen, man hätte nun noch Dieses und Jenes aus der Hintergrundstrahlung ablesen können, was eindeutig jene und diese Annahme, Vorstellung oder Theorie bestätige, können wir mit dem müden Lächeln eines wissend Ungläubigen in den sich füllenden Korb neben dem Schreibtisch schieben. All die Grafiken vom Baby-Universum und die Verkündungen von aus den Daten der Hintergrundstrahlung gewonnenen Erkenntnisse muss man wohl nicht sonderlich ernst nehmen.

Vielleicht war es ja doch noch anders

Die Urknallvorstellung ist eine eindrucksvolle Theorie, kein Zweifel. Sie hatte sich schnell bei der überwiegenden Mehrheit der Naturwissenschaftler durchgesetzt; notgedrungen auch bei der Mehrheit von uns Gläubigen. In den Medien wird sie nach wie vor propagiert. Aber deshalb muss diese Vorstellung noch lange nicht auch das tatsächliche Geschehen richtig beschreiben. Wie man den Film auch laufen lässt, ob vorwärts oder rückwärts oder kreuz und quer, ein überzeugendes Bild vom Anfang des Universums will sich nicht so recht herstellen.

Im Mai 2004 veröffentlichten 33 Wissenschaftler aus den USA, Großbritannien, Deutschland, Frankreich, Polen, Brasilien und Indien einen offenen Brief, in dem sie sich gegen die Urknalltheorie wandten. Sie bezeichneten sie als eine Theorie, die von „zurechtgepfuschten Faktoren“ und jederzeit rückwirkend „verstellbaren Parametern“ lebt. Diese Praxis sei vergleichbar mit jener der alten Kosmologie, die eine Vielzahl von Epizykeln benötigte, um die Position der Erde im Mittelpunkt des Universums erhalten zu können, kritisierten die Wissenschaftler. (New Scientist Mai 2004)

Das Urknallmodell mit den Epizykeln des Ptolemäus zu vergleichen, ist schon ein starkes Stück, aber möglicherweise ein sehr treffender Vergleich. Die 33 Briefunterzeichner kann man noch, wenn man das will, in eine Ecke der Missachtung stellen, indem man behauptet, zu den Unterzeichnern hätten ja gar keine international besonders renommierte Wissenschaftler gehört. Man kann es auch bei einer Veröffentlichung in New Scientist belassen und so weitestgehend totschweigen. Aber aus der Welt sind die Zweifel so noch keineswegs.

John Maddox, langjähriger Herausgeber der international renommierten Wissenschaftszeitschrift Nature, hatte schon 2002 die Urknalltheorie als ein Rahmenmodell bezeichnet, das der Kosmologie 25 Jahre Frieden und Ruhe brachte. Die Tage der Ruhe seien nun aber, da die Widersprüche zwischen Erwartung und Wirklichkeit auftreten, gezählt.

(John Maddox in: Was zu entdecken bleibt; 2002)

Heute sind viele Physiker von der Urknalltheorie nicht mehr so sehr überzeugt. Und aus den Zweifeln resultieren Versuche, andere Erklärungen für die Herkunft des Universums zu finden. Deshalb könnte die Urknalltheorie tatsächlich in absehbarer Zeit dort sein, wo tatsächlich Ruhe und Frieden in Ewigkeit herrschen.

In jüngerer Zeit argumentieren Physiker, den Urknall dürfe man sich ja auch nicht als eine Explosion vorstellen. Er sei vielmehr der Beginn von Raum und Zeit und der Expansion des Raumes. Da sei nichts explodiert. Am Begriff Urknall könne man festhalten, da er sich eingebürgert hat, aber man müsse mit ihm mehr die Entstehung und Entwicklung des Raumes verbinden.

Das entkrampft die Sache mit dem Knall etwas. Aber auch ein so verstandener Urknall-Prozess steht für den Beginn von Raum und Zeit und Materie und allem. Ob es nun knallte oder nur blubbte, wie der Anfang geschehen konnte, ist trotzdem nicht geklärt.

Aber so einfach ist es ja nicht, eine plausible Erklärung für den absoluten Beginn zu finden. Einige Physiker, die inzwischen mehr oder weniger konsequent vom Glauben an das herkömmliche Urknall-Modell abgefallen sind, mühen sich um neue Szenarien, Denkmodelle und Hypothesen. Einige seien hier angeführt.

Einige Abtrünnige postulieren eine Big-Bounce-Hypothese. Danach soll es die Raum-Zeit schon seit ewigen Zeiten und in einer unendlichen Ausdehnung gegeben haben. Es soll sich dabei aber um einen absolut materiefreien Raum als hoch energetisches Quantenvakuum gehandelt haben. (Leere, nicht Nichts!)

Diese Raum-Zeit war instabil und begann irgendwann, sich zusammenzuziehen. Das konnte aber nur bis zu einer minimalen Größe, mit einem Radius von cirka 10^-25 cm, erfolgen. Als diese erreicht war, entstand bei dann hohem Druck und Dichte der Vakuumenergie die Materie. Die Raum-Zeit dehnte sich wieder aus und die Materie nahm ihren eigenen Evolutionslauf. Der „Große Rückprall“ vermeidet die Singularität, behält aber den Urknall bei. Der ist hier ein Phasenübergang in Form einer Symmetriebrechung als Übergang von einem vakuumdominierten zu einem materiedominierten Universum. Die Raum-Zeit bedarf dann keiner Entstehungs-Erklärung; es gab sie schon seit ewigen Zeiten.

Es gibt noch andere Weltenstehungs-Szenarien. Ich möchte hier aber nur noch zwei aus der jüngeren Zeit kurz erläutern.

Der Begriff Universum ist die Bezeichnung für alles Existierende. So verstanden soll das Universum alles umfassen, was je existierte, aktuell existiert und in aller Zukunft noch existieren wird. Aber ein solches Universum muss ja nicht nur alles das umfassen, was uns bekannt und zugänglich ist. Vielleicht ist das, was wir als Universum ansehen, nur eine an den uns erfahrbaren Raum gebundene, zeitlich begrenzte Existenzweise des Allumfassenden, eine spezifische Welt der Materie, der Galaxien, Sterne, Planeten und Strahlung, wie wir sie beobachten.

Es ist dann durchaus denkbar, dass diese uns erfahrbare Welt eine Vorgängerwelt hatte, aus der sie hervorging. Die Singularität kann dann gedacht werden als Übergang zwischen verschiedenen Seinsweisen des Universums, die miteinander in Beziehung stehen. Dann aber muss das Universum, in dem wir leben, die Fortsetzung von Vorausgehendem sein und sich aus diesem ergeben. Die Singularität wäre so nur eine Phase, in dem sich der Zusammenbruch des Vorausgehenden und die Geburt des Nachfolgenden repräsentiert.

Ein solches Modell stellt hohe Anforderungen an unsere Vorstellungen von Raum und Zeit. Eine Seinsweise des Allumfassenden, die sich von der uns bekannten unterscheidet, kann sich nicht nur in den gegenständlichen Inhalten unterscheiden, sondern vor allem in dem, was wir Raum und Zeit nennen. Tatsächlich sind auch Physiker schon auf diese Idee gekommen.

Paul Steinhardt von der Universität Princeton, sein Doktorand Justin Khoury, Burt Ovrut von der Universität von Pennsylvania in Philadelphia und Neil Turok von der Universität Cambridge haben 2002 ein Modell in die Öffentlichkeit gebracht, das sie Ekpyrotisches Universum tauften. Der sperrige Name ist an das griechische Wort ekpyrosis angelehnt, mit dem man in der Antike einen Weltenbrand bezeichnete. In der modernen Fassung geht das Modell des „Weltenbrandes“ aus der Stringtheorie, genauer aus der heterotischen M-Theorie hervor.

Strings sind bekanntlich jene unwirklichen 1-dimensionale Fäden unbekannten Natur, die aus unbekanntem Grund in verschiedenen Modi schwingen sollen und so in einer unbekannten Systematik die Teilchen und Kräfte hervorbringen sollen. Über die M-Theorie ist auch nicht viel mehr bekannt, als dass sie 10 Raumdimensionen erfordert. Von diesen sollen 6 zu winzigen Gebilden in der Dimension von etwa der Planck-Länge eingerollt sein.

Dieses 10+1(zuzüglich einer Zeitdimension)-dimensionale Universum soll sich ursprünglich in einem materie- und strukturlosen Primärzustand befunden haben. Quantenfluktuationen sollen dann dafür gesorgt haben, dass Strukturen entstanden. Dabei spielen 3-Branen die Hauptrolle. Unser Universum, wohl besser Welt, soll eine 3-Bran sein.

Was Branen sind?

Branen sind Gebilde, die die Stringtheoretiker erfunden haben, um die 1-dimensionalen Strings in mehrdimensionale Strukturen zwingen zu können. Eine 2-Bran ist nichts anderes als ein uns als Membran bekanntes 2-dimensionales Gebilde; eine 3-Bran ein 3-dimensionaler Raum.

Wenn Sie mitgezählt haben, dann fehlt hier nun aber eine Dimension, die nicht zur 3-Bran gehört und offensichtlich auch nicht eingerollt ist. (10 - 6 - 3 = 1) Dieser haben die kühnen Weltenbrand-Konstrukteure einen besonderen Status zugebilligt. Sie soll ein extrem dünner, eben 1-dimensionaler Faden in der Länge von 10^-29 bis 10^-35 m sein, der durch zwei Raumpunkte begrenzt ist. Die Funktion der Raumpunkte kommt zwei 3-Branen zu,

Fragen Sie jetzt, wo denn nun zwei 3-Branen herkommen? Wir bewegen uns hier in einem mehrdimensionalen Gebilde. Nach Abzug der 6 eingerollten Dimensionen ist der Raum immer noch 4-dimensional. Und in diesem sollen die 3-Branen die Ränder bilden.

Die 3-Branen sind nur über die 4. Dimension miteinander in Beziehung und nur die Gravitation kann den Raum zwischen ihnen überbrücken. Die Gravitation aber sorgt dafür, dass sich die 3-Branen einander annähern und schließlich zusammenstoßen. Der Zusammenstoß ist ein energetisches Ereignis, dass dem Urknall durchaus ähnlich ist. Er sorgt jedenfalls dafür, dass die kinetische Energie in Elektronen, Photonen und Quarks umgewandelt wird und in dem so entstandenen heißen Materiebrei vollziehen sich schließlich die Evolution der Materie und die Expansion des Universums, wie sie uns von der Physik geschildert werden.

In einer Version des Modells sollen die kollidierenden Branen miteinander verschmelzen. In einer anderen Version soll noch eine 11te Dimension und eine dritte 3-Bran hinzukommen. Und auch diese Version gibt es inzwischen: Zwei 3-Branen existieren in einem Bulk, nähern sich einander an, kollidieren und lösen so den Urknall aus; entfernen sich dann voneinander bis zu einer maximalen Distanz, um sich danach wieder anzunähern.

Während der Expansion verringert sich die Materiedichte mehr und mehr, die 3-Bran gerät wieder in einen niedrigstenergetischen Zustand. Annäherung und Kollision sind hochenergetisch. Das wiederholt sich wieder und wieder und so werden aus einem energetischen Minimalzustand Welten reichen energetischen Inhalts.

So exotisch das alles klingt, das Modell löst auf wunderbare, man kann auch sagen wundersame Weise eine Anzahl schwerwiegender Probleme, die die Physik mit dem Urknall hat. Die flache Geometrie und die Homogenität von Materie und Strahlung ergeben sich ganz selbstverständlich aus den Zuständen minimaler Energie der Branen. Sie sind ja so gut wie leer.

Eine Singularität ist nicht mehr nötig, denn die Branen besitzen räumliche Ausdehnung und kollidieren nicht in einem Punkt. Exotische Teilchen, wie magnetische Monopole, die es nach der Physik des konventionellen Urknallmodells geben müsste, müssen nun nicht mehr gesucht und auch nicht vermisst werden, denn das Ekpyrotische Modell sieht die Prozesse, in denen sie entstehen können, gar nicht vor. Und für die Inhomogenitäten steht ja immer noch die Wunderwelt der Quantenfluktuationen zur willigen Verfügung.

Aber was ist unter einem Grundzustand minimaler Energie zu verstehen, aus dem heraus das alles begonnen haben soll? Wie minimal war die Energie, vielleicht doch null? Und warum sollen sich dann daraus 3-Branen entwickelt und Dimensionen eingerollt haben? Oder waren alle Dimensionen eingerollt und aus irgendeinem Grund haben sich dann vier oder auch fünf entrollt? Aber warum, wodurch wurde das ausgelöst? Und warum sollen sich die 3-Branen, die am Ende des Expansionsprozesses wieder struktur- und materielos sein müssten, wieder annähern? Durch die Wirkung der Gravitation? Ohne Materie und Struktur?

Die Erfindung des Expyrotischen Universums ist nun immerhin auch schon 15 Jahre her. Durchgesetzt hat sie sich offensichtlich nicht wirklich. Das Expyrotische Universum steht so auch nur in einer Reihe mit dem Urknall-Universum, dem holographischen Universum (ein Modell, das ich hier nur erwähnen möchte), verschiedenen Modellen des Zyklischen Universums und einem Universum, das der Schleifen-Quanten-Gravitation unterliegt. Zur Letzteren sind noch einige Sätze notwendig.

Es existiert eine maßgeblich von Martin Bojowald entwickelte Version der Schleifen-Quanten-Gravitation, eine Art Schleifen-Quanten-Kosmologie. Bojowald war sich offensichtlich im Klaren darüber, dass weder Allgemeine Relativitätstheorie noch Quantenphysik eine Erklärung für den Beginn des Universums liefern können. Vor allem muss die Singularität vermieden werden. Singularitäten würden, so schrieb er, die Grenzen einer Theorie aufzeigen. Wenn man also den Expansions-Film rückwärts laufen, das Universum kollabieren lässt, und dabei nicht in einer Singularität landen will, muss man den Prozess der Kontraktion stoppen, bevor er im Kollaps der Singularität endet.

Eine Lösung wäre es, wenn es eine Kraft gäbe, die der Gravitation entgegenwirken würde. Bojowald meint nun, die Vorstellung der Schleifen-Quanten-Gravitation biete sich hervorragend an, dafür eine Idee zu liefern. Nach der SQG sind Raum und Zeit nicht kontinuierlich, sondern diskret. Räumliche und zeitliche Abstände werden durch Schleifen erzeugt. Schleifen heißen im Englischen Loops. Deshalb heißt die Theorie auch eigentlich Loop-Quanten-Gravitation, kurz LQG (dazu später noch mehr). Diese Loops bilden ein Gewirr von nebeneinander befindlichen, aber sich auch überlagernden Gebilden, ein nicht unbedingt regelmäßiges Raum-Zeit-Netz.

Und genau dieses setzt der Gravitation Widerstand entgegen. Es kann nicht unbegrenzt Energie aufnehmen, also können auch Dichte und Temperatur nicht unendlich groß werden. Die Kontraktion wird zunächst abgebremst und schließlich ganz zum Stillstand gebracht. Dieser geht dann per Urknall in Expansion über.

Das aber heißt: Vor unserem Universum, das mit dem Übergang von Stillstand in Expansion begann, muss es schon ein Universum gegeben haben, eines, das in der Zeit vor unserem kontrahierte. Nun ist das in diesem Szenario aber kein einfacher Rückprall, also ein Wechsel von Kontraktion und Expansion. In der Schleifen-Quanten-Kosmologie ist das Vorgänger-Universum zwar mit unserem vergleichbar, muss aber in einer Anzahl von Parametern anderer Natur gewesen sein.

Martin Bojowald behauptet, die Zeit vor dem Urknall ginge einher mit einer anderen räumlichen Orientierung. Im Urknall hat sich der Raum gewissermaßen in sich selbst umgestülpt, das Innere nach außen gekehrt und umgekehrt. Muss ich mir das so vorstellen, als würde die Oberfläche einer Kugel dann von ihrem Volumen umschlossen werden?

Es versteht sich, dass dieses Szenario, hier in einer eigentlich leicht makabren Kurzfassung dargestellt, aus formal-mathematischen Ableitungen mit einem starken Hang zur Philosophiererei resultiert. Die Raum-Zeit-Schleifen hat noch niemand gesehen; ob Raum und Zeit diskret sind, ist nicht erwiesen; was eine Raum-Umstülpung praktisch für den Raum bedeutet, wissen wir nicht; und ein Blick vor den Urknall ist uns noch konsequenter verschlossen als es der Blick in den Urknall ohnehin schon ist.

Aber selbst wenn die Mathematik der Schleifen-Quantengravitation Natur beschreiben sollte, selbst wenn die darauf beruhende Kosmologie mit der Vermeidung der Singularität zu einem besseren Verständnis der Herkunft unseres Universums führen sollte – es führt nur zu einer Modifikation einer dann noch immer unbeantworteten Fragestellung. Diese lautet nun: Woher kommt dann aber das unserem Universum vorausgegangene Universum?

Die schon etwas ältere Vorstellung, das Universum sei aus einer Art Ur-Atom hervorgegangen, wird aber noch immer gepflegt, wenn auch inzwischen in präzisierter und leicht modifizierter Vorstellung. Nach der soll alles aus einer Blase mit einer „Ausdehnung“ von 10^-33 cm, angefüllt mit einer primären Materie in einer Dichte von 10^93 Gramm pro cm^3, hervorgegangen sein. Das Modell vermeidet die Singularität. Der Urknall ist – sieh an – noch immer eine Explosion der Blase. Was zur Explosion führte, wird nicht erklärt. Dass Raum und Zeit nicht erst mit diesem Urknall entstanden, sondern seine Voraussetzung waren, liegt auf der Hand. Woher sie aber stammten, bleibt ungeklärt.

Alle diese physikalischen Modelle, die ihrem Wesen nach, trotz brillanter mathematischer Formalismen und gelegentlicher Beobachtungsfakten, eigentlich Meta-Physik sind, beantworten die Frage, warum es nicht nichts, sondern etwas gibt, nicht. Die Frage nach dem Ursprung des Universums wird durch die Physik, wie intellektuell, mathematisch, kompliziert-unverständlich, wortreich und exotisch sie sich auch gibt, noch beantwortet mit:

Wir haben keine Ahnung, aber davon viel, denn es fällt uns immer etwas zur Begründung ein. Welchem Modell man auch den Vorzug geben mag, es ist immer nur Glaube und führt in einen solchen.

Und damit bin ich schon bei der nächsten, oben schon einmal kurz erwähnten Version der Weltenentstehungserklärungen, der religiösen. Mit der will ich mich nicht lange aufhalten. Sie ist unmissverständlich und einfach. Das Universum ist das Ergebnis einer Schöpfung. Es ist eine Creatio ex nihilo, eine Erschaffung aus dem Nichts. Irgendeine übernatürliche und durch uns nicht erforschbare Macht hat das Universum geschaffen.

Und wenn es ein Schöpfer war, dann wurde es nach seinem Willen und seinen Vorstellungen, die zu ergründen uns prinzipiell verschlossen ist. Vielleicht gelingt es uns, die Regeln zu erforschen und zu verstehen, nach denen es sich nach der Schöpfung entwickelt. Das wäre doch schon sehr viel und damit sollten wir zufrieden sein.

Was der Schöpfer vor der Schöpfung tat, geht uns nichts an. Warum er ein Universum schuf, können wir nicht verstehen. Ob er das Universum auch in anderer Form hätte schaffen können? Ja, er ist schließlich allmächtig. Aber für uns ist gerade dieses Universum gut geeignet, deshalb sollten wir mit dem zufrieden sein, was wir haben.

Für Atheisten ergibt sich so eine unbehagliche Situation. Die Schöpfungsvorstellung ist nahezu ideal, denn sie erklärt die Entstehung des Universums streng genommen schlüssiger und nachvollziehbarer, als die komplizierten Szenarien mit den Unwirklichkeiten der Singularität, der Branen und der Schleifen-Quanten.

Gut, für Theisten ist die Schöpfung auch recht unwirklich. Sie ist jedoch mit weniger künstlichen Annahmen und Konstruktionen verbunden. Es gab den Schöpfer, der setzte alles in Gang, fertig. Warum er das machte, wissen wir nicht; aber die göttliche Motivation ist ja auch nicht unsere Sache. Die Schöpfung erlässt uns alle Überlegungen und Spekulationen, warum es das Universum gibt und wie es entstand. Das macht es einfach, seine Existenz zu akzeptieren.

Schließlich will ich die spekulativ-humorigen Versionen der Weltenentstehung auch nicht unerwähnt lassen. Nicht das ich ihnen anhängen würde. Aber so ganz neben der Sache, wie man vielleicht vermuten könnte, sind sie nun auch nicht.

Einige Wissenschaftler haben sich intensiv mit den Turing- und von-Neumann-Maschinen – das sind theoretische Universalcomputer –, mit der Theorie vom Universalcomputer überhaupt und ähnlich gelagerten Fragen befasst. Sie stießen auf die Möglichkeit, das Universum könne möglicherweise nichts weiter als eine Simulation sein, die von einer gigantischen Rechenmaschine betrieben wird. Gigantisch steht hier nicht unbedingt für räumliche Größe, wohl aber für Komplexität.

Jemand könnte einen perfekten Universalcomputer mit einer ausgeklügelten Software gestartet haben und würde nun gespannt und gelegentlich eingreifend verfolgen, was seine Hard- und Software so alles fabriziert.

Aber woher kommt der Computer, wer konstruierte ihn, wer programmierte die Software und wer ist der Jemand. Verfolgt der irgendeinen seriösen Plan damit oder ist er ein Freak, der nur herumspielt. Sind das Universum und auch wir nur Produkte einer ausgeklügelten Unterhaltungssoftware, mit der sich ein gelangweilter Unnatürlicher die Zeit vertreibt?

In eine ähnliche Richtung geht die Vorstellung, eine weit fortgeschrittene, hochintelligente Zivilisation könnte das Universum gezielt, wohlüberlegt und exakt durchgerechnet geschaffen haben. Möglicherweise, weil ihre eigene Welt einem absehbaren Untergang geweiht war und die Intelligenz sich eine „Auswanderungs-Welt“ sichern wollte, perfekter, bunter und langlebiger als ihr Heimatuniversum.

Vielleicht wollten sie es aber auch einfach mal probieren, mal sehen, wie sich so ein Universum nach ihren Vorgaben entwickelt, etwas Abwechslung haben vom vielleicht eintönigen, da ihnen längst in allen Einzelheiten bekannten Alltag ihres Heimat-Universums. Und woher kam das Heimat-Universum?

Solcherart Vorstellungen klingen exotisch und extrem spekulativ. Wissenschaftler, die mit solchen Vorstellungen spielen, möchte man gern die berüchtigte Frage nach den Tassen im Schrank stellen. Aber es ist gar nicht so weit weg von dem, was die Physik für möglich hält.

Alan Guth hatte, nachdem er das Inflationsmodell präsentiert hatte, in aller Öffentlichkeit darauf aufmerksam gemacht, jemand könne unser Universum in seinem Keller erzeugt haben. Alan Guth, Edward H. Fahri vom Massachusetts Institute of Technology und Jemal Guven von der Universität Mexiko haben in einem ausführlichen Fachartikel beschrieben, wie man mittels Quantentunneleffekt aus einer auf eine Dichte von 10^80 Gramm pro cm^3 verdichteten Masse von lediglich 10 Kilogramm Materie ein Schwarzes Loch erzeugen kann. Eine denkbare Quelle einer Singularität.

In anderen Berechnungen meinte Guth, wenn es jemand gelänge, lediglich 25 Gramm Materie zu einem nur 10^-25 cm kleinen Klumpen zu verdichten, dann wäre schon ein Zustand erreicht, bei dem falsches Vakuum als Ausgangspunkt eines inflationären Prozesses entstehen könne. Und der würde zu einem Universum ähnlich dem unsrigen führen, aber völlig eigenständig, getrennt von jener Welt, in der sich der Keller des Erzeugers befindet. Das könnte durchaus unser Universum sein und wir hätten keine Ahnung von dem Keller, in dem es gezeugt wurde.

Alles in allem: Herkunft und Startgrund unseres Universums liegen nach wie vor im Dunkeln. Keines der zur Beantwortung dieser Frage entwickelten Vorstellungen und Modelle der Physik liefert eine akzeptable Erklärung dafür.

Der Rückgriff auf die Singularität muss sowohl physikalisch wie auch philosophisch in Frage gestellt werden. Wenn in der Singularität alle uns bekannten und uns zugänglichen Naturgesetze keine Gültigkeit haben, können wir die Singularität auch nicht ohne Weiteres als jenen Zustand ansehen, aus dem sich alles uns Zugängliche entwickeln konnte. Dass in der Singularität die uns bekannten Naturgesetze keine Gültigkeit haben, ist nicht automatisch identisch mit dem Beginn des Universums oder mit dem Ende des rückwärts laufenden Films.

Diese Annahme zeugt von einer ziemlichen anthropischen Arroganz. Das Universum kann auch ohne unser Verständnis von seinen Gesetzen begonnen haben. Und das muss nicht aus einer Singularität heraus erfolgt sein. Aus welchem Zustand heraus unser Universum seine Existenz auch begonnen hat, zwischen den Gesetzen unseres Universums und denen des Anfangszustandes müssen Beziehungen und Zusammenhänge bestehen. Bei unserem derzeitigen Verständnis von einer Singularität scheint das nicht der Fall zu sein. Dann jedoch hätte eine solche Singularität keinerlei Beziehung zu unserem Universum, nichts würde das Universum mit der Singularität verbinden – wie könnte dann das Universum aus einer solchen, von dem uns bekannten Universum völlig getrennten Singularität entstanden sein?

Der Rückgriff auf die Singularität ist keine sich aus Beobachtungen ergebene Konsequenz, sondern eine aus den gängigen Urknall-Vorstellungen abgeleitete Denkweise mit einem starken Hang zur Notbremse. Man kann das auch übersetzen mit:

Wir haben keine Ahnung, was da war, wie es war und warum.

Wäre es nicht einfacher, ehrlicher, zeitsparender und atheistischer, das einfach zuzugeben?

Und es expandiert und expandiert …

Mit dem Modell von einem vor endlicher Zeit erfolgten Beginn des Universums eng verbunden ist das Modell von der Expansion. Das ist auch so ein Kapitel moderne Wissenschaft mit einem starken Hang, Frage statt Antwort zu sein. Vor allem ergibt sich eine nahe liegende Frage:

Was expandiert denn da?

Und da wird es spannend. Sie werden doch bestimmt auch noch die Worte von Galaxienflucht und von Fluchtgeschwindigkeiten gut „im Ohr haben“. Damit bezeichneten die Wissenschaftler anfangs das, was aus den Beobachtungen abzuleiten nahe lag.

1845 war nachgewiesen worden, dass die Schallwellen, die von einem sich entfernenden Objekt ausgesendet werden, in den längerwelligen Bereich verschoben sind, der Ton daher etwas tiefer klingt, als bei Schallquellen, die sich einem Beobachter nähern. Dieser Effekt wurde kurzerhand, als man die Spektren der Sterne untersuchen und interpretieren musste, auch auf das Licht übertragen, wie es Christian Doppler bereits 1842, allerdings am falschen Objekt, behauptet hatte.

Die beim Licht ferner kosmischer Strahlungsquellen zu beobachtende Verschiebung der Linien des Lichtspektrum hin zum roten Bereich wurde so bewertet, als würden die Sterne, vor allem die Galaxien wie nach einer Explosion auseinander fliegen. Ein Stern, dessen Licht rotverschoben ist, muss sich also von uns entfernen. Je größer die Rotverschiebung, umso größer auch die Geschwindigkeit, mit der er sich entfernt. Die Vorstellung von einem ursächlichen Urknall passte sehr gut dazu.

Schon bald gerieten die Astronomen jedoch mit dieser Vorstellung in einige Schwierigkeiten. Der Grad der Verschiebung der Spektrallinien wird durch den Buchstaben z ausgedrückt und errechnet, indem die beobachtete Wellenlänge ins Verhältnis zu jener Wellenlänge gesetzt wird, die man im Labor messen kann. Und das harmlose z sorgte für Unruhe, als die Astronomen bemerkten, dass es bei der Beobachtung ferner Galaxien und Quasare mit z immer mehr gegen 1 ging, und z schließlich sogar größer 1 wurde. Das würde bedeuten, jene fernen Systeme würden sich mit einer Geschwindigkeit größer der des Lichtes von uns weg bewegen. Und das konnte nun wirklich nicht sein, denn das war durch die Relativitätstheorie Einsteins strengstens verboten. Also musste eine Formel her, die das verhinderte. Diese sah dann so aus:

v = (((1+z)^2)-1 / ((1+z)^2)+1)) * c

Die Relativität war damit gerettet, denn wie groß z auch immer werden würde, v wäre immer kleiner c.

Aber es gab zwei Probleme. Diese Formel war ein rein mathematisches Konstrukt; aus der Natur war sie nicht abzuleiten; das war passend gemachte Mathematik, um eine Theorie zu retten.

Und wenn die Relativitätstheorie gerettet war, stellte sich die Frage, was man nun mit ihr anfangen sollte. Wenn große z-Werte zu Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit führen, muss das ja nach den „Buchstaben“ der Relativität zu Raumkontraktionen und Zeitdilatationen führen. Das würde die Interpretation der astronomischen Beobachtungen und ihrer kosmologischen Konsequenzen außerordentlich schwierig machen. Man hätte beispielsweise keine einheitliche Zeit mehr für das Alter des Universums angeben können und überhaupt würden Entfernungsangaben und solche zu Zeitverläufen ziemlich ungenau und verwirrend werden. Es schien doch besser zu sein, von der Interpretation der Rotverschiebung als Konsequenz des Doppler-Effektes wieder abzukommen.

Impressum

Texte © Copyright by
Dieter Gluschke Leipziger Straße 43/1704 10117 Berlin d-gluschke@t-online.de

Bildmaterialien © Copyright by
Dieter Gluschke

Alle Rechte vorbehalten.

http://www.neobooks.com/ebooks/d-g--berlin-fakten-wissen-denkblasen--ebook-neobooks-AXLMtn4PCrirnid1mZaK