Читать книгу Fakten Wissen Denkblasen? - D. G. Berlin - Страница 9

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.