kosmologie1

“There is a theory which states that if ever anyone discovers exactly what the Universe is for and why it is here, it will instantly disappear and be replaced by something even more bizarre and inexplicable. There is another theory which states that this has already happened.”
(Douglas Adams in “The Restaurant at the End of the Universe”)

Vorsicht, gaaanz lang und kompliziert! Werner Heisenberg, Albert Einstein, Stephen Hawking, Max Planck, David Bohm, Anton Zeilinger, Erwin Schrödinger, Hugh Everett u. v. a. m. – alles Namen berühmter und hochkompetenter Physiker. Physiker, deren Bestrebungen im Rahmen ihrer Forschung darin bestanden, herauszufinden was die Welt in ihrem Innersten zusammenhält und wie sie funktioniert. Ich bin zwar kein Physiker, aber die Fragen, auf die solche Fachleute Antworten suchten, interessieren auch mich. Ich habe daher im Verlauf vieler Jahre viele Veröffentlichungen aus dem Gebiet der Physik – vorzugsweise die Themenbereiche Quantenphysik und Kosmologie betreffend – gelesen und versucht, auch zu verstehen. Den Formelwerken dieser Koryphäen konnte ich dabei nicht folgen und habe das intensiv auch nur bei Albert Einstein versucht (der war noch halbwegs verständlich), danach dann nicht mehr. Dennoch konnte ich den Hauch eines Eindrucks davon erhaschen, worum es eigentlich geht. Die Quantenphysik befasst sich mit dem Kleinsten. Die Relativitätstheorie befasst sich mit dem Größten. Die Theorie, die seitens der Physik noch gesucht wird, ist eine Theorie, die beides zusammenfasst, kurz TOE (Theory Of Everything) genannt. Es ist fraglich, ob man die jemals finden wird. Und falls doch, dann ist es absolut nicht ausgeschlossen, dass die Antwort auf die große Frage nach dem Leben, dem Universum und dem ganzen Rest 42 lauten wird ;) .

Nein, Spaß beiseite. Ich will nachfolgend einmal versuchen, das, was ich glaube davon begriffen zu haben, ganz laienhaft und allgemeinverständlich ohne Abhandlungen über allgemeine und spezielle Relativitätstheorie, String- und M-Theorie o. ä. darzustellen. Also ohne jeglichen Anspruch auf Wissenschaftlichkeit. Außerdem ist vieles davon ohnehin sehr spekulativ. Ich will folglich versuchen, das Weltbild der modernen Kosmologie zu erläutern – übrigens ein Weltbild, aus dem sich zahllose philosophische Fragen ableiten, die jedoch seitens der Physik eben nicht untersucht werden, weil die Philosophie ein gänzlich anderes Fachgebiet ist: Interdisziplinäre Zusammenarbeit ist und bleibt nun einmal eine Ausnahmeerscheinung. Das zu beagter Erläuterung teilweise enorme Vereinfachungen vonnöten sind ist mir dabei völlig sonnenklar. Trotzdem: Es wird lang und nicht ganz einfach. Man muss schon ein paarmal ganz gewaltig um die Ecke denken. Und man muss bereit sein, von vielen liebgewonnenen Vorstellungen Abschied sowie eine gedankliche Achterbahnfahrt in Kauf zu nehmen. Na, immer noch nicht abgeschreckt? Dann mal los!

Beginnen wir mit den Naturkonstanten. Es existieren in der Natur einige physikalische Größen wie absoluter Nullpunkt, die Lichgeschwindigkeit im Vakuum, die Gravitationskonstante, die elektrischen und magnetischen Feldkonstanten, das Planck’sche Wirkungsquantum, die Ladung des Elektrons, die Ruhemasse des Protons, die Loschmidt-Konstante (auch “Loschmidt’sche Zahl” genannt) usw. Aus ihnen leitet sich ab, wie Wechselwirkungen erfolgen – also bspw. wie welche Moleküle wie miteinander reagieren, wie Fusionsreaktionen ablaufen, das Gesetz von Ursache und Wirkung (d. h. die Kausalität), wann die Phasenübergänge zwischen fest, flüssig und gasförmig auftreten etc. Ohne solche festen Naturkonstanten wäre unser Universum undenkbar und nur vergleichsweise winzige Veränderungen an den jeweiligen Beträgen würden etwas völlig anderes als das, was wir zu kennen glauben, bewirken. In den allermeisten Fällen würden die erwähnten Veränderungen sogar dazu führen, dass ein Universum wie unseres gar nicht stabil sein kann.

Kommen wir danach erst einmal zur Quantenfluktuation. Ein Quant ist vereinfacht ausgedrückt eine Energieportion, also ein Photon, Phonon, Gluon etc., die auch als Teilchen betrachtet werden kann. Die Heisenberg’sche Unschärferelation besagt, dass man entweder den Aufenthaltsort eines Teilchens oder aber dessen Geschwindigkeit bestimmen kann, niemals jedoch beides gleichzeitig. Daraus resultiert, dass auch die Energie des besagten Teilchens niemals exakt definiert ist. Sie fluktuiert mit praktisch beliebigen Werten von ganz klein bis unvorstellbar groß um den Nullpunkt herum, erzeugt winzige (und i. d. R. instabile, d. h. sofort wieder verschwindende) Energieblasen, welche zufällige Beträge für die darin enthaltenen Naturkonstanten aufweisen. Nur manchmal passen diese Beträge so zusammen, dass eine Blase stabil bleibt.

Eine mittlerweile weitgehend akzeptierte Hypothese besagt, dass für die “Geburt” einer solchen Blase ein Schwarzes Loch (eine Singularität) die unabdingbare Voraussetzung ist. Daraus folgt die Evolution des Universums: Nur dann, wenn dessen Naturgesetze es gestatten, dass sich schwarze Löcher bilden können, kann sich ein solches Universum auch “fortpflanzen”. Alle anderen Blasen zerfallen, ohne dass sie zu neuen Universen geführt haben. Auf diese Weise werden Naturkonstanten (und damit auch Naturgesetze), welche stabile Universen bevorzugen, quasi “vererbt” und selektiert sowie optimiert. Die Anzahl möglicher, stabiler Blasen (also von Paralleluniversen) wird auf 10^500 geschätzt. Jede Blase ist ein eigenständiges Universum. Man spricht in diesem Zusammenhang auch vom Ebene-II-Multiversum, dem “schaumigen Universum”. Eine dieser Blasen bildet unser Universum. Die Bildung dieser Blase wird als Urknall bezeichnet. Sie erfolgte nach allem, was wir heute zu wissen glauben, aus einer beinahe unendlich kleinen Singularität heraus (s. o.).

Besagte Blase blieb stabil – und sie wurde größer: Die Entwicklung unseres Universums begann! Unsere “Blase” wies zufällig Naturkonstanten auf, welche eine Stabilisierung gestatteten. Damit nahm die Entwicklung des Universums ihren Lauf. Die erste Phase dauerte von 0 bis 10^-43 Sekunden. In ihr waren die vier Grundkräfte, nämlich Gravitation, elektromagnetische Kraft, starke Kernkraft und schwache Kernkraft noch vereint. Im Zeitraum zwischen 10^-43 Sekunden und 10^-35 Sekunden spaltete sich die Gravitation ab. Da nach der Einstein’schen Relativitätstheorie die Gravitation “nur” eine Krümmung des Raumes ist, kann man auch sagen, dass sich unsere Raumzeit während dieses Zeitraums erst bildete: Vor der Abspaltung der Gravitationskraft war das Universum zeitlos. Der Urknall erfolgte daher nicht in einen Raum hinein, sondern er ließ den Raum erst entstehen. Deswegen kann man ihn auch überall im Universum zugleich ansiedeln und eben nicht an einem bestimmten Punkt.

Es folgte zwischen 10^-35 Sekunden und 10^-32 Sekunden die sogenannte inflationäre Phase, also die dritte Phase. Dabei dehnte sich das Universum mit Überlichtgeschwindigkeit aus, was nicht im Gegensatz zur Relativitätstheorie steht, da sich ja der Raum selbst ausdehnte, für den die Begrenzung durch die Lichtgeschwindigkeit nicht gilt. Diese Ausdehnung erfolgte minimal um den Faktor 10^50. Ungeklärt ist, was die inflationäre Phase verursacht hat. Aktuelle Hypothesen, bspw. von Alan Guth oder Andrei Linde, machen dafür u. a. gravitionelle Einflüsse der bereits erwähnten Paralleluniversen verantwortlich, wobei diese Einflüsse durch einen “Hyperraum” (vgl. unten) erfolgen bzw. erfolgten. In der vierten Phase, nämlich zwischen 10^-32 Sekunden und 10^-12 Sekunden, trennten sich auch die verbliebenen drei Grundkräfte. Das war die Voraussetzung für die Ausbildung von Elementarteilchen.

Zehn Sekunden nach dem Urknall war die Temperatur auf 10^9 Kelvin gesunken und erst jetzt konnten erste Atomkerne wie Wasserstoff, Helium, Lithium und Beryllium aus der Energie kondensieren, denn lt. Einstein sind Energie und Materie ineinander umwandelbar – wer kennt nicht das berühmte (aber extrem vereinfachte) e=mc²? Jede Atombombe bestätigt diese Umwandlungsmöglichkeit! Nach 380.000 Jahren hatte die Abkühlung 3.000 Kelvin erreicht, was die Bildung von neutralen Atomen gestattete – d. h. erst zu diesem Zeitpunt umgaben sich die Atomkerne mit ihren Elektronenhüllen. Erst von diesem Zeitpunkt an wurde das Universum “durchsichtig” und emittierte die heute noch beobachtbare, kosmische Hintergrundstrahlung. 200 Millionen Jahre nach dem Urknall hatten sich genügende Massen besagter Atome zusammengeballt, um das Entstehen der ersten Sterne zu ermöglichen. Diese “Ursterne” waren noch anders aufgebaut und von sehr viel kürzerer Lebensdauer als unsere heutigen Sterne. Durch Kernfusion erbrüteten sie in vergleichsweise kurzer Zeit die schwereren Elemente, aus denen heute alles aufgebaut ist. Am Ende ihres Lebenszyklus explodierten sie in Form von Supernovae – wobei noch schwerere Elemente entstanden – und setzten diese Elemente in den umgebenden Raum frei, wo sich Gaswolken bildeten. 250 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden Urgalaxien, Quasare und erste schwarze Löcher zzgl. interstellarer Gaswolken. Diese Phase wird als “Reionisierung” bezeichnet. Rund 550 Millionen Jahre nach dem Urknall begann langsam die Bildung moderner Sterne der “zweiten Generation”.

Stark vereinfacht gesagt entstanden aus den Gaswolken die Sterne der “zweiten Generation” oder kurz gesagt unsere heutigen Sterne. Die Wolken bildeten nach und nach einen kollabierenden Kern aus, in dem sich die Materie verdichtete, und zwar um den Faktor 10^18 bis 10^20. Den “Keim” dafür kann durchaus ein Explosionsrest von Sternen der ersten Generation wie bspw. ein Meteor, Asteroid o. ä. gebildet haben. Schließlich zündete im Innern der Verdichtung die erneute Fusion, also bspw. von Wasserstoff zu Helium – wie in unserer Sonne. Sterne dieser Art können bis zum Ende ihres Lebenszyklus Elemente bis zur Ordnungszahl 26 u. d. bis hin zum Eisen bilden. Noch schwerere Elemente wie z. B. Chrom, Kupfer, Silber, Platin, Gold, Uran usw. werden erst anschließend wieder im Rahmen von Supernova-Explosionen erzeugt. Sie ballen – und ballten sich nach den Explosionen der Sterne des ersten Zyklus – an anderen Stellen zusammen und bildeten glutflüssige Gebilde, die vom Schwerefeld des gerade entstandenen Sterns festgehalten werden und ihn auf mehr oder weniger stark elliptischen Bahnen umkreisen.

Nach der Abkühlung sind das die Planeten inklusive ihrer Monde. Bislang unklar ist jedoch, warum die Sternentstehung vornehmlich in Sternhaufen erfolgt, welche ihrerseits in größeren Strukturen – den Galaxien – und warum die Galaxien in Clustern auftreten: Der Urknall hätte eine gleichmäßige Verteilung zur Folge haben müssen. Die jedoch existiert nicht, was sich nur durch gravitionelle Einflüsse von unbekannter Seite erklären lässt. Da lt. Einstein aber die Materie dem Raum sagt wie er sich krümmen muss und der gekrümmte Raum der Materie sagt, wie sie sich bewegen muss, können die genannten Einflüsse prinzipiell nur auf einer noch unbekannten Form von Materie beruhen. Diese Form von Materie wird als “Dunkle Materie” bezeichnet. Ohne sie gäbe es keine Galaxien. Alle sichtbaren Planeten, Sterne, Galaxien, Gase usw. machen nur 4,9% – also knapp 5% – des uns bekannten Universums aus. Die dunkle Materie muss rein rechnerisch mindestens 26,8% betragen.

Die o. e. inflationäre Phase der Ausdehnung des Universums ging in eine Expansionsphsae – d. h. in eine Phase von sehr viel langsamerer Ausdehnung – über, welche noch heute anhält. Das, was die Expansion antreibt, ist unbekannt und man bezeichnet es mit dem Begriff “Dunkle Energie”. Ihr Anteil wurde auf minimal 68,3% berechnet. Addiert man diese Zahlen – was aufgrund der Umwandelbarkeit von Energie in Materie und umgekehrt ja möglich ist – dann kommt man auf 100%. Aber gut 95% davon sind für uns ein Buch mit sieben Siegeln, da unbekannt.

Wenn wir den bekannten 5%-Sternenhimmel beobachten, dann sehen wir das Licht, das bis zu uns Millionen oder gar Milliarden von Jahren unterwegs gewesen ist. Wir sehen die Sterne folglich NICHT so, wie sie heute sind, sondern vielmehr so, wie sie in ferner Vergangenheit einmal WAREN. Je weiter wir also hinaus schauen, desto weiter blicken wir auch zurück in die Vergangenheit. Das zeitlich am weitesten Entfernte, was wir sehen können, ist die bereits erwähnte Hintergrundstrahlung. Oder, anders ausgedrückt: Wir können die Vergangenheit des Universums bis frühestens 380.000 Jahre nach dem Urknall beobachten, bis zu dem Zeitpunkt, als der “Urnebel” durchsichtig wurde (vgl. oben). Unser Universum ist etwa 13,8 Milliarden Jahre alt (plusminus 300 Millionen Jahre). Aufgrund der Inflationsphase dehnte sich der Raum aber weiter aus, während das Licht schon unterwegs war. Deswegen sind heute die am weitesten entfernten, noch beobachtbaren Objekte 46 Milliarden Lichtjahre weit entfernt und deswegen scheint es auch Galaxien zu geben, die sich von uns mit Überlichtgeschwindigkeit entfernen (was tatsächlich aber gar nicht der Fall ist, sondern auf der Ausdehnung des Raumes beruht). Diese 46 Milliarden Lichtjahre bilden die so genannte prinzipielle Beobachtungsgrenze unseres Universums.

Es existiert allerdings keinerlei Grund anzunehmen, dass dahinter Schluss ist. Vielmehr kann man davon ausgehen, dass auch dahinter Bereiche des Universums vorhanden sind, welche aufgrund der begrenzten Lichtgeschwindigkeit (welche zugleich die Obergrenze für die Kausalität, also für die Folge von Ursache und Wirkung, bildet) nicht mit unserem Teil des Universums interagieren können – und zwar unendlich viele, voneinander mehr oder weniger abgegrenzte Teile. Man nennt das ein Ebene-I-Multiversum. Einer dieser “Flicken”, aus denen das Ebene-I-Multiversum besteht, ist unser beobachtbares Universum. Wir haben an dieser Stelle also bereits zwei Multiversen, nämlich das Ebene-I-Multiversum aus den nicht miteinander interagierenden “Flicken” in ein- und derselben “Blase” sowie das Ebene-II-Multiversum, bestehend aus den o. e. “Schaumblasen”, welche allesamt ihrerseits ein Ebene-I-Multiversum beinhalten. Damit aber noch nicht genug, denn jetzt kommt der Welle-Teilchen-Dualismus aus der Quantenphysik ins Spiel.

Nehmen wir mal ein Elektron aus einer x-beliebigen Atomhülle und dazu die bereits angesprochene Heisenberg’sche Unschärferelation. Das Elektron ist Welle und Teilchen zugleich. Erst die Messung (oder Beobachtung oder Interaktion mit der Umgebung) entscheidet darüber, ob wir besagtes Elektron als Welle oder als Teilchen betrachten können. Vorher befindet es sich in einem undefinierten Überlagerungszustand. Wenn wir also die Geschwindigkeit des Elektrons messen, dann betrachten wir es als Welle und können nichts – aber auch absolut gar nichts! – über seinen Aufenthaltsort sagen. Messen wir hingegen den Aufenthaltsort, dann betrachten wir ein Teilchen und können nichts über dessen Geschwindigkeit berichten. Einzig die Art der Messung entscheidet folglich darüber, ob sich das Elektron als Welle oder als Teilchen präsentiert. Die Messung ist aber im Grunde genommen nichts weiter als die Interaktion mit der Umgebung. Folglich entscheidet die Interaktion mit der Umgebung darüber, inwieweit wir es mit einer Welle oder mit einem Teilchen zu tun haben. Schwer zu glauben, aber der aus dem Physikunterricht in der Schule bekannte Doppelspaltversuch bestätigt eben genau dieses Verhalten, welches sich absolut nicht nur auf Elektronen beschränkt.

Bleiben wir bei der Welle. Hinsichtlich ihrer Eigenschaften lassen sich lediglich Wahrscheinlichkeiten dafür angeben, an welchem Ort sich das Teilchen befinden könnte. Man spricht daher in der Quantenphysik auch von der Wahrscheinlichkeitswelle. Nehmen wir jetzt ein zweites Teilchen u. d. h. eine weitere Wahrscheinlichkeitswelle hinzu. Wellen können einander überlagern. Sie interferieren, können sich gegenseitig verstärken oder aber auch auslöschen. Bestimmt man nun den Aufenthaltsort eines Teilchens, dann ist die Wahrscheinlichkeit, es an einem anderen Ort zu finden, gleich null. Man sagt in diesem Fall, dass die Wahrscheinlichkeitswelle kollabiert: Die Wellenfunktion bricht zusammen. Aufgrund der erwähnten Interferenzen von Wellen – alles interagiert miteinander; wir atmen bspw. Sauerstoff ein, verstoffwechseln den und geben Kohlendioxid ab – werden durch den Zusammenbruch der einen Wellenfunktion auch die interagierenden u. d. h. interferierenden Wellen mit beeinflusst. Oder, anders ausgedrückt: Realität entsteht erst durch Beobachtung. Das ist die Kernaussage der Quantentheorie, die so genannte “Kopenhagener Deutung”. Bevor etwas beobachtet wird, existiert es nur als Möglichkeit, nur als Wahrscheinlichkeit. Erst die Beobachtung macht daraus das, was wir zu kennen glauben.

Zugegeben: Das ist nur sehr schwer vorstellbar. Dennoch gibt es etwas, was darauf hinweist, dass es sich tatsächliche so verhalten könnte – nämlich unsere Wahrnehmung. Wie ist das nun zu verstehen? Dazu ein kurzer Ausflug in die Psychologie: Das Bild, das wir uns von der Welt machen, entspricht unserer Denkweise und die ist durch unsere Wahrnehmung geprägt, also durch Sehen, Hören, Geruch, Geschmack, Fühlen. Wir Menschen sind vorwiegend optisch und akustisch orientiert und das, was unsere Augen detektieren (nämlich Photonen) oder unsere Ohren aufnehmen (nämlich Druckschwankungen) wird erst im Rahmen einer bewertenden Gehirnleistung in “unser” Bild der Welt umgesetzt. Das ist das menschliche Weltbild. Bei einem Hund würde anstelle der Augen die Nase im Vordergrund stehen und der akustischen Detektion käme ein höherer Stellenwert zu. Sein Bild der Welt wird damit zwangsläufig völlig anders als unser Weltbild sein und dennoch genauso korrekt. Bei einer Biene mit ihrer UV-Sicht wieder und bei einem Delfin mit seinem Sonar noch einmal anders. Jedes dieser Weltbilder wäre aber absolut korrekt – und jede dieser Realitäten wäre individuell unterschiedlich und dennoch “richtig”. Was jedoch auch bedeutet: Die eine, absolute Realität kann es gar nicht geben!

Es ist der rein qualitative Unterschied in der Wahrnehmung, der ein Lebewesen dazu befähigt, in geeigneter Form mit seiner Umwelt interagieren zu können – also den Hund, der das Stück Wild aufspürt, welches wir längst aus den Augen verloren haben, während unsere Augen uns eine bessere Orientierung ermöglichen. Daraus lassen sich zwei logische Schlüsse ableiten: Keiner nimmt die Welt so wahr, wie sie wirklich ist (sondern stattdessen immer nur so, wie wir selbst sind) und die verschiedenen Arten der Weltsicht ergänzen sich gegenseitig. Behindernd wirkt dabei lediglich die Kommunikationsbarriere. Der Hund kann seinem Herrchen nicht klarmachen, was er riecht und hört und umgekehrt kann das Herrchen (oder Frauchen) dem Hund nur schwerlich mitteilen, was gesehen wird. An diesem Punkt ersetzt Vertrauen die fehlende Kommunikation: Herrchen vertraut auf Hund und Hund vertraut auf Herrchen.

So weit, so gut – aber dennoch bleiben bei der Kopenhagener Deutung gravierende Fragen ungeklärt. So soll Albert Einstein einmal David Bohm gefragt haben: “Steht der Mond auch am Himmel wenn keiner hinsieht?” Und David Bohm soll darauf geantwortet haben: “Nein!” Erwin Schrödinger hat versucht, die Unverständlichkeit der Quantenphysik mit seinem Gedankenexperiment von “Schrödingers Katze” deutlich zu machen, denn die Katze aus dem Experiment müsste gleichzeitig lebendig und tot sein – unvorstellbar! Es war Hugh Everett, der einen Ausweg aus diesem Dilemma vorschlug. Seiner Ansicht nach spaltet sich das Universum nämlich immer dann, wenn zwischen zwei Möglichkeiten eine Entscheidung getroffen werden muss, in zwei alternative Universen – jedes mit unterschiedlichen Möglichkeiten – auf. Das ist die so genannte Viele-Welten-Interpretation, auch Ebene-III-Multiversum genannt. Jedes dieser Ebene-III-Multiversen würde eine eigene, unabhängige Entwicklung durchlaufen: Im einen wären die Dinosaurier eben nicht ausgestorben (und die Menschen folglich auch nicht entstanden), im anderen hätte Hitler den Zweiten Weltkrieg gewonnen usw.

Zurück zu unserem Hier-Und-Jetzt-Universum und auch zurück zu Albert Einstein. Der hat festgestellt, dass Zeit relativ ist – was mittlerweile auch durch den Vergleich zwischen Atomuhren, die sich hier unten auf der Erdoberfläche und in der Umlaufbahn in einem Satelliten oder Raumschiff befinden, bewiesen worden ist. Wenn Zeit aber relativ ist, dann sind Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft im Grunde genommen auch nur Illusionen. Diese drei Zeitformen existieren simultan inklusive aller dadurch determinierten Varianten: Das ist das Ebene-IV-Multiversum. Der uns geläufige “Zeitpfeil” von der Vergangenheit in die Zukunft ergibt sich eigentlich nur dadurch, dass gemäß des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik die Entropie (d. h. die Unordnung) im Universum ansteigt. Dieser Vorgang ist nicht umkehrbar und eines der elementarsten Naturgesetze. Oder, anders gesagt: Die runtergefallene und zu Scherben zersprungene Vase wird sich nie im Leben wieder von selbst zusammensetzen! Dieses Ebene-IV-Multiversum wird auch als “Blockuniversum” bezeichnet, weil man sich vorstellen kann, dass dort Möglichkeit auf Möglichkeit wie bei den Schichten eines Glimmerkristalls übereinander gelagert ist und wir uns nur einen Weg durch die verschiedenen Varianten “ertasten”.

War’s das jetzt? Mitnichten! Denn vom ganz Großen (den vier verschiedenen Versionen der Multiversen) geht’s jetzt so achterbahnmäßig wieder zum ganz Kleinen, nämlich hin zu den Quanten. Quanten sind extrem winzig. Sie kommen aus dem Nichts und gehen wieder ins Nichts – das ist die eingangs angeführte Quantenfluktuation. Was aber ist “Nichts”? “Nichts” ist etwas, was kleiner sein muss als alles, was unser Universum aufzubieten hat. Daraus folgt logischerweise auch, dass hinsichtlich der kleinstmöglichen Bestandteile bestimmte Beträge vorliegen müssen. Die gibt es und die wurden errechnet, denn messtechnisch erfassbar sind sie nicht. Man bezeichnet diese kleinstmöglichen Beträge als Planck-Länge von 1,6*10^-35m und als Planck-Zeit von 5,4*10^-44Sek. Diese Größen können folglich auch nur in der ersten Phase der Entstehung unseres Universums gebildet worden sein. Die Planck-Länge fächert sich in die drei Raumdimensionen Höhe, Breite, Tiefe und die Planck-Zeit in die drei Zeitdimensionen Vergangenheit, Gegenwart, Zukunft auf. Planck-Länge und Planck-Zeit bilden die Grenzen unseres Universums, weswegen sie auch “Raumzeitatome” genannt werden. Sie bilden die Raumzeit unseres Universums wie die Maschen in einem Gewebe und dazwischen ist “Nichts”. D. h. für die Zwischenräume gelten auch unsere bekannten Naturgesetze und Gesetzmäßigkeiten nicht mehr. Deswegen kann es überhaupt erst zur Quantenfluktuation kommen.

Einher damit geht aber auch noch etwas gänzlich anderes. Vereinfacht gesagt kann man diese Raumzeitatome wie die Pixel auf einem Bildschirm betrachten. Oder wie die Knotenpunkte in einem Maschengewebe. Oder wie die Punkte in einem Hologramm, weswegen auch vom “Holografischen Universum” gesprochen wird, in dem wir selbst die 3D-Projektionen sind. Bleiben wir bei dem Hologramm und bei den Pixeln auf dem Bildschirm. Bei den Pixeln auf dem Bildschirm wird die gerade aktuelle Realität abzüglich einer Dimension abgebildet. D. h. die Akteure sind nicht in der Flimmerkiste vorhanden und werden auch nur zweidimensional abgebildet, obgleich sie sich an anderer Stelle (und dort viel größer) befinden. Das Hologramm, selbst zweidimensional, fügt dem zwar eine Dimension hinzu – nämlich die dreidimensionale Ansicht – aber es vermag die Größendifferenz nicht zu korrigieren. Bei einem pixeligen (auch: “körnigen”) Universum wie dem unsrigen wären damit wir selbst nur die Abbildungen von etwas viel Größerem, was sich dahinter – also hinter den “Raumzeitatomen” – befindet. Soweit die Theorie. Man hat auf Basis dieser Theorie errechnet, dass sich das “viel Größere dahinter” als Rauschen in Gravitationswellendetektoren bemerkbar machen müsste. Tatsächlich hat der GEO600 i. d. Nähe von Hannover besagtes prognostiziertes Rauschen auch detektieren können – womit einiges auf die Richtigkeit dieser Theorie hinweist.

Betrachten wir das “viel Größere dahinter” einmal genauer. Wir dürfen dabei getrost von einer zusätzlichen Dimension – neben Höhe, Breite, Tiefe und Zeit also von einer fünften Dimension – ausgehen. Da die aber außerhalb unserer Raumzeit liegt und weil “etwas” von dort hierher projiziert wird und “uns” erst bildet, gelten raumzeitliche Beschränkungen dort nicht. Das bedeutet, dass an der Stelle Zeit keine Rolle mehr spielt. Es bedeutet auch, dass an der Stelle Anfang und Ende unseres Universums zugleich gegeben sind. Am Anfang unseres Universums – nämlich im Moment der Quantenfluktuation und vor der Ausbildung der (Raum-) Zeit war aber noch alles miteinander verbunden. Ohne die Zeit als Dimension muss also in dieser fünften Dimension noch immer alles miteinander verbunden sein – und zwar vom Anfang bis zum Ende. Ohne Zeit gibt es dort auch keine Beschränkung durch die Lichtgeschwindigkeit, denn Geschwindigkeit ist ja immer als Strecke pro Zeiteinheit definiert. Auch die Kausalität würde ohne die Lichtgeschwindigkeit dort nicht existieren – es wäre einfach alles zugleich da, inklusive aller Varianten und Möglichkeiten. Überlichtgeschwindigkeit oder gar die Informationsübertragung in Nullzeit wären folglich im “Nichts” zwischen den Maschenknoten unseres Universums gang und gäbe, denn besagtes “Nichts” wäre das Tor zur fünften Dimension, zu einer Art von “Hyperraum”.

Könnte man dann nicht vielleicht besagten Hyperraum dadurch nachweisen, dass man Überlichtgeschwindigkeit oder gar Nullzeit nachweist? Vielleicht. Angenommen, eine Welle bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit in das o. e. “Nichts”, durchquert das in Nullzeit und tritt durch das “Nichts” wieder in unsere Raumzeit ein. Dann hätte sie sich im Durchschnitt mit Überlichtgeschwindigkeit bewegt. Die sehr umstrittenen (aber nichtsdestotrotz verfizierten) photonischen Tunnelexperimente des Kölner Physikers Prof. Günther Niemtz aus dem Jahr 1995 lassen sich so (allerdings auch anders) interpretieren und könnten auf eine Informationsübertragung mit einem Vielfachen der Lichtgeschwindigkeit hinweisen. Allerdings bestehen dabei massive Interpretationsprobleme. Lassen wir die Überlichtgeschwindigkeit also Überlichtgeschindigkeit sein. Aber was ist mit der Informationsübertragung in Nullzeit? Die gilt als gesichert, womit im Grunde genommen auch die Existenz des Hyperraums als belegt betrachtet werden kann. Einstein bezeichnete die Informationsübertragung in Nullzeit als “spukhafte Fernwirkung” und heute sprechen wir in diesem Zusammenhang von “Nichtlokalität” sowie von “(Quanten)Verschränkung”. Die betrifft Photonen ebenso wie Elementarteilchen und sogar auch Moleküle.

Die Verschränkung beschreibt nicht das Teilchen selbst – also bspw. Welle oder Teilchen – sondern lediglich die im Teilchen enthaltene bzw. von ihm transportierte Information. Die ist im Rahmen dr Verschränkung noch unbekannt. Verschränkt man zwei Teilchen miteinander, dann interferieren zwei Wahrscheinlichkeitswellen. Eine zeigt bspw. die eine Schwingungsebene (nennen wir sie 0) und eine die andere Schwingungsebene (nennen wir sie 1). Was davon was ist wissen wir nicht. Wir wissen nicht einmal, ob wir es mit einer Welle oder mit einem Teilchen zu tun haben. Splitten wir die beiden Wellen jetzt auf, isolieren sie räumlich unglaublich weit voneinander und führen an nur einer davon die Messung durch, dann erhält auch die andere Welle umgehend u. d. h. in Nullzeit die der Messung des Partners entsprechenden Eigenschaften. Die Verschränkung setzt allerdings voraus, dass etwas miteinander verbunden ist. Im o. e. “Hyperraum” wäre alles miteinander verbunden u. d. h. es wäre auch alles miteinander verschränkt.

Null und Eins sind aber auch die Schaltzustände der Boole’schen Algebra, sind die Grundlagen eines jeden Computers. Die Wahrscheinlichkeitswelle u. d. h. der verschränkte Zustand wird dabei als Qubit bezeichnet. Dessen Interaktion (Messung, Beobachtung) bewirkt die Zustandsausbildung (0 oder 1). Man kann damit Gatter und Register aufbauen; Quantencomputer mit wenigen Qubits konnten bereits realisiert werden, bspw. seitens IBM. Da aber unser gesamtes Universum letztlich auf einer ursprünglichen Verschränkung und somit irgendwo auch auf Qubits basiert, lässt es sich als ein gigantischer Quantencomputer betrachten – allerdings, das sei zur Abgrenzung gesagt, nicht als ein Computer, in dem ein vorgegebenes Programm abläuft, sondern vielmehr als ein Computer, der sich selbst berechnet. Die Physiker Seth Lloyd und Jack Ng drückten das so aus: “Berechnung ist Existenz.” Und der Physiker John Wheeler sagte einmal: “It from the bit” (es – das Universums – kommt vom Bit). Von Anton Zeilinger, dem wohl bekanntesten Quantenphysiker unserer Zeit, stammt der Ausspruch: “Information ist der Urstoff des Universums.”

Der Computer, der sich selbst berechnet: Das bedeutet im Endeffekt nichts anderes, als dass wir unsere Realität dadurch selbst gestalten, indem wir mit unserer Umwelt interagieren. Aus einem Meer ungezählter Wahrscheinlichkeiten wählen wir durch unsere Handlungen eine ganz bestimmte Möglichkeit aus. Besagtes Meer ungezählter (aber eben nicht umgesetzter) Wahrscheinlichkeiten – das universelle Informationsfeld bzw. Hintergrundfeld – muss sich, wenn denn eine Projektion stattfindet, in der übergeordneten Dimension befinden. Rein spekulativ ist die Auffassung, dass alles was im Universum jemals geschah und geschehen könnte, dort bereits abgebildet ist. Von dem Physiker Erwin Schrödinger stammt in diesem Kontext das Zitat: “Es gibt nur ein Bewusstsein und wir alle sind ein Teil dieses Bewusstseins.” Und der Nobelpreisträger Eugene Paul Wigner stzte gewissermaßen noch einen drauf, indem er bemerkte: “Die Quantentheorie beweist die Existenz eines universellen Bewusstseins im Universum.”

Wie kann man so ein Bewusstsein, wenn es denn existiert, nachweisen? Zumindest ein Indiz dafür gäbe es, wenn rein statisch-zufällige Abläufe wie etwa der radioaktive Zerfall eines Atomkerns urplötzlich bei bestimmten Gegebenheiten gravierende Ausreißer von der Statistik zeigen würden. Ein solches Experiment auf wissenschaftlicher Basis läuft seit 1998. Es handelt sich um das Global Consciousness Project an der Princeton University. Und siehe da: Seit zwanzig Jahren zeigen die Ergebnisse u. d. h. die Ausreißer aus der Statistik eine signifikante zeitliche Übereinstimmung mit Ereignissen, welche die Menschen emotional stark bewegen, also bspw. der Anschlag vom elften September 2001, der Tsunami von 2004, die Geiselnahme in einer russischen Schule im Jahr 2004, der Tod von Nelson Mandela 2013 usw. Die Ähnlichkeit des universellen Bewusstseins mit den seitens des Biologen Rupert Sheldrake postulierten “morphogenetischen Feldern” drängt sich dabei ganz von selbst auf.

Was haben wir dann? Wir haben eine Art von “Hyperraum” außerhalb der uns geläufigen Raumzeit, in dem alle Möglichkeiten und Wahrscheinlichkeiten zeitlos gespeichert und miteinander verbunden sind. Das wird vermutlich eine wie auch immer geartete Energieform sein. Diese Energie ist nicht statisch, sie fluktuiert. Dabei kann es durchaus zum Symmetriebruch kommen, an dem sich gegensätzliche Ladungen nicht vollständig aufheben. Die nach der Aufhebung übrig gebliebenen Energien werden ausgeschieden oder ausgeschüttet. Sie bilden eine Singularität, aus welcher der Urknall hervorgeht. Dabei kommt es zur Expansion und zur Abkühlung und erst in dieser Phase entsteht die uns bekannte Raumzeit. Bleibt als naheliegende Frage noch offen, warum sich dann Galaxien, Sonnen, Planeten Lebewesen usw. in mehr oder weniger geordneter Form bilden können. Die Antwort darauf lautet Selbstorganisation.

Was versteht man unter Selbstorganisation? Das lässt sich am besten anhand eines Beispiels erläutern. Nehmen wir mal den Verkehr auf der freien Autobahn – ohne Baustellen und so, versteht sich. Jeder hat Platz; jeder kann fahren so schnell er will. Das ist unkritisch. Nun aber setzt der Feierabendverkehr ein. Jeder Fahrer ist gezwungen, auf das Verhalten der anderen Verkehrsteilnehmer zu reagieren. Der Verkehrsfluss wird dichter und die Fahrzeuge bewegen sich langsamer. Schließlich fließt eine große Masse zwar mehr oder weniger zäh dahin, aber sie fließt geordnet und dieser Zustand des Systems “Verkehr” hat sich durch Interaktion von selbst organisiert. Interaktion bewirkt folglich Selbstorganisation. Und: Selbstorganisation kann die Entropie (s. o.) sehr viel effektiver in die Höhe treiben als dies unorganisiert möglich wäre. Je größer aber die Entropie ist, desto höher ist auch die Informationsmenge, die zur Beschreibung eines Zustandes erforderlich ist.

Klingt kompliziert? Ist aber im Grunde genommen ganz einfach. Nehme wir als Beispiel einfach mal Otto Waalkes legendären “Schssst-Bumm”-Effekt mit der schiefen Ebene. Stell’ dir eine würfelförmige Vase aus Porzellan vor. Um das Volumen oder die Fläche dieses Würfels zu beschreiben, reichen einfachste mathematische Formeln aus: Geordneter Zustand, kein sonderlich hoher Informationsgehalt. Sie fällt dir runter und zerschellt auf den Fliesen. Tausend Teile, tausend Scherben: Die Entropie hat sich schlagartig beträchtlich erhöht. Die Scherben haben unterschiedliche Größen und Formen und liegen zu den umgebenden Scherben in unterschiedlichen Abständen und Winkeln. Um die Vase in diesem Zustand mathematisch beschreiben zu können brauchst du einen riesigen Informationspool! Macht keiner, weswegen auch gesagt wird: Das wa’ se’! Doch genau dieses Generieren von Information scheint tatsächlich der Zweck des Universums zu sein. Vielleicht bringt das ja dem o. e. universellen Bewusstsein neue Erkenntnisse. Vielleicht ist es ja auch alles nur ein Spiel, geboren aus Langweile. Eins ist jedenfalls sehr wahrscheinlich: Irgendwann wird sich so ziemlich alles, was um uns herum vorgeht, in irgendwelche mathematischen Formeln (und seien sie auch noch so komplex) fassen lassen. Dann bleibt die philosophische Frage: Wer oder was hat eben diese Formeln generiert und mit Leben erfüllt?

Angemerkt sei noch, dass wir Menschen mit Sicherheit nicht die einzige Spezies sind, welche das Universum berechnen, indem sie es mit Leben erfüllen. Wären wir die einzigen, dann wäre das derart ineffizient, dass es des Universums gar nicht bedürfte. Es wird heute davon ausgegangen, dass es alleine in der Milchstraße Milliarden von Planeten in der bewohnbaren (habitablen) Zone um ihre Sonnen herum gibt. Wenn auch nur ein Millionstel davon Bedingungen aufweist, welche zur Bildung von Leben geführt haben, dann können wir getrost von mehrtausendfachem, extraterrestrischem Leben ausgehen: Keine gute Nachricht für Religionen mit Anspruch auf alleinige Allgemeingültigkeit. Erst recht keine gute Nachricht für Religionen, welche den Menschen in den Mittelpunkt des Seins stellen. Aber lassen wir die heutigen Religionen ruhig heutige Religionen sein, auch wenn die Mathematik gegen sie spricht.

Nein, ich will auf etwas gänzlich anderes raus: Unser Universum entstand vor rund 13,8 Milliarden Jahren. Die ersten Sterne der zweiten Generation bildeten sich vor ungefähr 13,2 Milliarden Jahren. Unsere Sonne ist ein Stern der zweiten Generation. Sie zündete vor etwa 4,6 Milliarden Jahren durch den gravitativen Kollaps einer interstellaren Gaswolke. Unsere Erde entstand simultan aus den Resten der Gaswolke. Erstes Leben entstand vor ca. 3,9 Milliarden Jahren. Das flüssige Wasser unseres blauen Planeten bildete sich vor schätzungsweise 3,8 Milliarden Jahren und vor 2,7 Milliarden Jahren erhoben sich die Landmassen aus dem Meer. Vor 2,5 Milliarden Jahren hatten die bis dato existenten Urlebewesen es geschafft, ihre Umwelt gründlich zu beeinflussen und es entstand nach und nach die uns bekannte Sauerstoffatmosphäre. Die kambrische Explosion vor 0,55 Milliarden Jahren führte zur massenhaften Entstehung neuer Arten. Sie führte zur Evolution der Dinosaurier. Die starben vor rund 65 Millionen Jahren aus und das erst ebnete den Weg für die Entwicklung der Säugetiere, an deren Ende seit knapp 3 Millionen Jahren die Gattung Homo steht – also wir.

Hätte es seinerzeit den Einschlag des Yucatan-Meteoriten nicht gegeben, dann gäbe es auch uns heute nicht. Vielmehr wäre die Erde dann wahrscheinlich von einer reptiloiden Rasse – den Nachfahren der Dinosaurier – bewohnt, welche uns um zig Millionen von Jahren voraus sein müsste. Möglicherweise existiert ja auch eben dieses Szenerio in einer der vielen Everett-Parallelwelten. Daneben könnte es durchaus noch Rassen geben, welche uns um Milliarden von Jahren voraus sind. Und jede einzelne dieser Rassen täte genau das, was wir auch machen: Durch Interaktion mit ihrer Umwelt die Existenz berechnen. Erst dann wäre der “Computer Universum” wirklich effektiv – und Mutter Natur strebt nach Effektivität, denn die entspricht wieder dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, nämlich der Vergrößerung der Entropie und damit dem Informationsgewinn.

Das, was nun folgt, ist eine reine Vermutung meinerseits: Leben ist irgendwann mal irgendwo vor Urzeiten auf einem fernen Planeten entstanden. Es war die Verschränkung, welche dazu geführt hat, dass auch bei uns Leben entstehen konnte, selbst wenn es – wie die Panspermietheorie besagt – in Form von Meteoriten zu uns gekommen sein sollte. Warum? Weil es rechts- und linksdrehende Aminosäuren gibt. Sie sind chemisch gleichberechigt, zeigen aber völlig konträre Wirkungen bzw. Reaktionen. Rein statistisch betrachtet müsste es auf der Erde, wenn das Leben hier eigenständig entstanden sein sollte, also Lebewesen sowohl auf der Grundlage von rechtsdrehenden wie auch von linksdrehenden Aminosäuren geben. Gibt es aber nicht – es existiert ausschließlich linksdrehendes Leben! Das aber ist nur dadurch erklärbar, dass die Erde in irgendeiner Form von bereits zuvor existenten Lebensformen “geimpft” worden ist. Sollte uns das nicht vielleicht zu denken geben und kleinliches Gewinnstreben, Hunger, Kriege, Umweltzerstörung usw. vielleicht im letzten Moment besiegen lassen? Oder, um es mit den Worten von Stephen Hawking auszudrücken:

“I am very aware of the preciousness of time. Seize the moment.
Act now.
I have spent my life travelling across the universe inside my mind.
Through theoretical physics I have sought to answer some of the great questions but there are other challenges, other big questions which must be answered, and these will also need a new generation who are interested, engaged and with an understanding of science.

How will we feed an ever-growing population, provide clean water, generate renewable energy, prevent and cure disease and slow down global climate change?
I hope that science and technology will provide the answers to these questions, but it will take people, human beings with knowledge and understanding to implement the solution.
One of the great revelations of the space age has been a perspective that has given humanity on ourselves.

When we see the earth from space we see ourselves as a whole; we see the unity and not the divisions.
It is such a simple image, with a compelling message: one planet, one human race.
We are here together, and we need to live together with tolerance and respect.
We must become global citizens.

I have been enormously privileged through my work to be able to contribute to our understanding of the universe.
But it would be an empty universe indeed, if it were not for the people I love and who love me.
We are all time travellers journeying together into the future.
But let us work together to make that future a place we want to visit.
Be brave, be determined, overcome the odds.

It can be done.
It can be done.”

(Hinweis: “Vangelis – The Stephen Hawking Tribute: Seize the Moment” wurde am 31. März 2018 als Radiosendung ins Weltall von der ESA mit der Cebreros-Antenne in Spanien quasi als “himmlische Botschaft” zum 3.500 Lichtjahre entfernten System 1A0620-00/ V616 Monocerotis, dem Sonnen-nächsten Black Hole, anlässlich der Trauerfeier zum Tode von Stephen Hawking abgestrahlt.)

kosmologie2

(Hinweis: Dieser Beitrag ist auch unter “Quergedacht! v4.0” erschienen.)

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