Im Irrgarten von Schöpfungsgeschichten und Weltformeln
Eine kosmologische Bestandesaufnahme von Walter Hess (1994)
"Unaufhörlich rollt das Endlose dem Grundlosen entgegen."
Victor Hugo
Wenn der Mensch keine Tatsachen vor Augen hat oder aber wenn ihm das Verständnis dafür verwehrt ist, wendet er sich religiösen Vorstellungen und Mythen zu. Bei den Fragen rund um die Schöpfung ist das in einem ausgeprägten Mass der Fall. Wissenschaftliche Antworten darauf – soweit sie überhaupt gefunden sind – liegen weit ausserhalb unseres Vorstellungsvermögens. Noch weiss niemand genau, wie unser Universum mit seinen für uns unerträglichen Distanzen entstanden ist, nicht einmal der körperlich schwer behinderte, an den Rollstuhl gebundene, geniale Physikprofessor Stephen W. Hawking (geb. 1942), Cambridge, der sich nur über eine Computerstimme mitteilen kann, dadurch in den Medien enormes Aufsehen erregt hat und als einer der intelligentesten Menschen der Gegenwart gilt. Dieser Denker, der an der amyotropischen Lateralsklerose leidet, will die Schöpfungswahrheit auf eine mathematische Formel reduzieren, die ganze Welt in Zahlen umwandeln.
Die Genesis verstehen
Das rationale Verstehen der Genesis ist ohne die Mitwirkung einer göttlichen Instanz heute weitergehend denn je möglich; selbst der Schöpfergott wird allmählich arbeitslos. Aber irgendwo stösst jedermann an die Grenzen seiner Erkenntnisfähigkeit: Wie kam es zum Urknall? Oder: Wer schuf "Gott"? Jede Grenze provoziert die Frage nach dem Dahinter. Und so hat sich jeder Kulturkreis seine eigenen Mythen geschaffen: nicht mehr zu begründende Erklärungen, Erzählungen, Fabeln. Unsere Vorstellung vom Universum muss unseren Intellekt und auch unsere Gefühle zu befriedigen vermögen. Heutzutage ist mit dem Anwachsen von Wissen über unausweichliche kristallklare Wahrheiten eine Säkularisierung unverkennbar: Es kommt nach einer Phase von Gutgläubigkeit zu einer Selbstständigkeit im Denken, woraus sich ein eigenverantwortliches Handeln ergeben könnte. Vertiefte Naturkenntnisse führen zu Bewunderung, Ehrfurcht und Demut.
Mit dem Unerklärlichen, Geheimnisvollen können und wollen sich viele denkende Menschen nur schwer abfinden. Und doch sind die Erkenntnislücken noch immer riesengross; was logisch zu sein scheint, ist immer begrenzt und durch die sinnliche Wahrnehmung verzerrt. Schon jedes Lebewesen ist ein Geheimnis. Niemand weiss z. B., wie ein Gänseblümchen oder eine Stubenfliege funktionieren, geschweige denn kompliziertere Lebewesen oder ganze Biotope mit den vieldimensionalen Ein- und Auswirkungen. Die Wissenschaft hat die Welt nach ihrem Gutdünken in verschiedene Wissens- und Unterwissensgebiete zerhackt, eine Aufteilung, die es in Wirklichkeit nicht gibt und die ein isoliertes Expertentum hervorgebracht hat, das sich in hoffnungslose Detailfragen verrannt hat.
"Wissenschaft" steht dementsprechend nicht unbedingt für Wahrheit und Exaktheit, und umgekehrt muss der Mythos nicht ausschliesslich ins Reich des (Ammen-)Märchen- und Sagenhaften, des Legendären verbannt werden. Die überlieferten Dichtungen und Erzählungen können durchaus einen gewissen Wahrheitsgehalt, vielleicht sogar einen tieferen Sinn besitzen. Aber man sollte wohl auch sie nicht zu Dogmen machen und sie nicht überbewerten.
Kosmologie
Die Kosmologie (die Lehre vom Weltall als Ganzes) ist eine der Wissenschaften. Sie befasste sich in den 30er-Jahren vor allem mit der Erforschung der Wirkung von kosmischen Einflüssen auf das irdische Leben, wobei unsere Sonne hier der stärkste Einflussfaktor ist. Für die Auslösung von Mutationen im Verlauf von erdgeschichtlichen Zeiträumen kommen alle Strahlenarten von den Wärme-, UV-, Röntgen- über Ra-Gamma-Strahlen bis zu den kürzestwelligen kosmischen Strahlungen in Frage, inbegriffen Elektrizität und Magnetismus.
Der Forscherdrang wandte sich nicht nur dem Naheliegenden, sondern parallel zur technischen Verbesserung der Beobachtungsgeräte auch der Ferne zu. Auf der Grundlage von astronomischen und astrophysikalischen Beobachtungen wurde und wird ferner mit Hilfe von immer leistungsstärkeren Geräten wie Spiegelteleskopen, die 18 Milliarden Lichtjahre und weiter entfernt liegende Galaxien aufspüren, Röntgensatelliten, Parallelcomputern und Pfadintegralen versucht, Aussagen über Entstehung und Entwicklung sowie über Alter, Ausdehnung und Struktur des Weltalls zu machen.
Werkzeuge und Erkenntnisse
Zu Berühmtheit gelangt ist im Dezember 1993 das astronomisch teure, 13 m lange "Hubble"-Weltraumteleskop der Nasa, weil die Riesenlinse wie manch ein fehlsichtiges menschliches Auge eine leichte Fehlkrümmung (Fehlschliff im Hauptspiegel) hatte und deshalb nur getrübt in die Unendlichkeit blicken konnte. Die Linse war um 2 Tausendstelmillimeter zu flach. Das 600 km ausserhalb der Erde kreisende Teleskop, welches Einblicke in die Ausdehnung des Weltraums und damit Angaben über das mutmassliche Alter des Universums liefern sollte, musste also mit Schweizer Präzision repariert werden, womit der Schweizer Astronaut Claude Nicollier zusammen mit 6 weiteren Raumfahrern beauftragt war.
Im Uhrmacherland Schweiz wurde die erfolgreiche Installation neuer, 35 m2 grosser Sonnensegel mit rund 25 000 Solarzellen und von neuen Spiegeln, welche dem Teleskop tatsächlich die volle Sehschärfe zurückgegeben haben, wie ein nationales Ereignis gefeiert (Kostenpunkt der Reparatur: 750 Millionen USD; daran hat auch die Schweiz im Rahmen ihrer Zugehörigkeit zur Europäischen Weltraumorganisation ESA bezahlt). Wir sind also dabei, und unserem Nationalstolz wurde wieder einmal Genüge getan.Inzwischen hat aber die Nasa einiges von ihrer ehemaligen Berühmtheit eingebüsst, besonders nach dem Columbia-Absturz (2003), und man muss hier wie dort nach neuen Ruhmestaten Ausschau halten... und zum Wesentlichen zurückfinden.
Ob mit leistungsstarken Forschungsgeräten grundsätzlich neue Antworten auf die alten Fragen eintreffen werden, wird sich weisen; bis heute ist es nicht geschehen. Und wenn weitreichende Beobachtungen, ausgeklügelte Messungen und Zählungen nicht mehr weiterhelfen, wollen die Kosmologen durch die Kraft des Geistes Wissen erschliessen, das sonst verborgen bleiben müsste.
Hawking, einer von ihnen, möchte eine Weltformel finden, falls es eine solche überhaupt gibt, wie angetönt. Sie hätte zu beweisen, dass die Welt gar nicht anders sein kann, als sie ist. Es würde sich um eine mathematisch formulierte, rationale, wissenschaftstaugliche Lösung handeln. Eine Grundlage dafür sind die Relativitätstheorien von Albert Einstein und gewissermassen deren Relativierung bzw. Perfektionierung; Hawking und eine Reihe anderer namhafter Physiker wollen sie ergänzen. Die Probleme auf unserem Erdball würden allerdings dieselben bleiben, Weltformel hin oder her.
Der naturwissenschaftliche Stil
Die westliche Naturwissenschaft hat ihren Stil seit Jahrhunderten nicht geändert: Sie betreibt nach wie vor eine systematische Zusammenfassung und Erklärung von Tatsachen durch eine Reihe von Fragestellungen und Antworten, die eine Theorien-Bildung ermöglichen, aus der sich dann das wissenschaftliche Weltbild herauskristallisiert.
Spätestens seit Francis Bacon (1561 – 1626), René Descartes (1596 – 1650) und Isaac Newton (1643 – 1727) ist die materialistisch-mechanistische und damit reduktionistische Denkweise in Mode; sie führte in die Sackgasse, in der wir uns heutzutage befinden. Dennoch ist der Traum von einer mathematischen Universalwissenschaft nicht überwunden. Durch sie würden Himmelsmechanik, Akustik, Optik, Elektrizität, Magnetismus und praktisch alle anderen Sparten von Naturwissenschaft und Technik erklärt. Dazu müsste ein Maximum von Naturphänomenen bei Ausschaltung der Paradoxe auf ein Minimum von Annahmen reduziert werden. Man will also komplizierte Naturvorgänge auf einfache Weise erklären können, vielleicht auch die Komplexheit wegdiskutieren; diese übersteigt das Leistungsvermögen unseres Gehirns.
In der Kosmologie geht es in diesem Sinne um die Verwirklichung des Traums, in die letzte, vollkommene Einheit der Naturgesetze Einblick zu erhalten. Dieser Traum drängt sich in dieser Branche geradezu auf. Denn wenn man von der Erde aus mit einem Fernrohr ins Universum blickt, erkennt man nämlich immer wieder die gleichen grossräumigen Strukturen. Die Gesetzmässigkeiten des Universums sind überall dieselben, gleichgültig, in welche Richtung man blickt.
Wie kam es zu dieser Gleichmässigkeit? Vielleicht ergab sie sich aus einem ursprünglichen Chaos über Glättungs- und Reibungsvorgänge. Das könnte die These stützen, dass die Welt in ihrem Innersten von blossem Zufall regiert wird (der Harvard-Paläontologe Stephen Jay Gould hat auch die Evolution durch den Zufall ersetzt). Und auch die Quantenmechanik (siehe weiter unten) hat das Element der Unvorhersagbarkeit oder Zufälligkeit in die Wissenschaft eingeführt. Selbst ein Zufall und Chaos können eine normierte Ordnung sein, welche die vermeintlichen Zufälle bestimmt; der Komplexität kann eine elementare Ordnung – eine mathematische Logik – zugrunde liegen. Praktisch die gesamte heutige Wissenschaft (inkl. Chemie und Biologie) und Technologie baut auf Zufalls- und Chaos-Theorien auf, ohne das Ordnende zu vergessen.
Aber auch hier gibt es keine Ruhe: Sogar in der Wirtschaft wurde mit Chaostheorien viel Schlamassel angerichtet, und die Chaosforschung verliert zur Zeit ihren Nimbus an die Komplexitätstheorie. Dabei geht es um komplexe Systeme, zu denen das Weltall ebenso wie das Gehirn, das Auge, ökologische Netze und ebenso die Börse gehören. Es handelt sich um Strukturen, die Muster aufweisen, die man nur am ganzen System erkennen kann und nicht an seinen Teilen. Das Gebiet ist noch im Frühstadium der Entwicklung.
Eine andere Möglichkeit für Forschergehirne: Man könnte eine endlose Rekursion (Zurückfinden zu definierten Grössen) feststellen, was durchaus in ein herkömmliches mathematisches Konzept passen würde.
Der Schöpfungsmythos der Wissenschaft
Bei ihren Forschungen und ihrem Nachdenken kamen die kosmischen Archäologen zur Annahme des folgenden Ablaufes – kurz und populärwissenschaftlich ausgedrückt: Am Anfang war das Nichts, weder Zeit noch Raum, weder Sterne noch Planeten und schon gar keine Steine, Pflanzen, Tiere und Menschen. Nichts. Selbstverständlich ist unser Vorstellungsvermögen bereits damit masslos überfordert.
Aus diesem unvorstellbaren Nichts ist alles entstanden: Zuerst ein sehr heisses Plasma aus Quarks (Grundbausteine der Elementarteilchen), Elektronen und anderen Teilchen, zusammen mit Raum und Zeit. Das lässt sich spielend formulieren; aber es erkläre bitte einmal jemand, wie aus dem Nichts konkret ein heisses Plasma entstehen kann. Bestenfalls könnte da noch die Quantenfeldtheorie weiterhelfen. Sie besagt, dass Elektronen nach Belieben erzeugt werden können, wenn nur genügend Energie vorhanden ist. Diese Theorie ist ein Teil der Quantenmechanik, eine der grossen Erkenntnisse des vergangenen 20. Jahrhunderts. Sie berücksichtigt, dass Energie nicht kontinuierlich auftreten kann, sondern nur in bestimmten Einheiten (Quanten). Erst dieses Quantenkonzept ermöglicht das Verständnis für die Energieaufnahme und -aussendung bei Atomen und für die Entstehung der Spektren. Aber noch immer bleibt die Frage offen: Woher kam sie denn, die Energie?
Das heisse Plasma kühlte sich schnell ab, und es bildeten sich Protonen, Neutronen und andere Bausteine der Atome (zuerst Wasserstoff, dann Helium usw.). Die Schwerkraft zwang die Gase, sich zu Sternen, Planeten und Galaxien (Ansammlungen von Milliarden von Sternen) und zu Galaxienhaufen zusammenzuballen; die Galaxienhaufen ihrerseits formierten sich zu langen, fadenartigen Superhaufen. Es handelt sich um unbeschreibliche Anhäufungen von Materie, Zusammenballungen, die unter der Wirkung der Schwerkraft entstanden sind.
Daneben gibt es auch am Rande der beobachtbaren Welt Quasare (quasistellare Radioquellen); es sind kosmische (und durchaus auch komische) Objekte, die eine extrem starke Radiofrequenzstrahlung aussenden, Energie versprühen. Schliesslich entstand wahrscheinlich in vielen Sonnensystemen des Alls Leben, da ja – wie gesagt – die Bausteine der Materie im ganzen Universum dieselben sind; Wasserstoff ist ein fundamentales Element. Spekulationen über ausserirdisches Leben sind zugelassen; denn noch sind wahrscheinlich über 90 % des Alls unentdeckt. Aber auch das ist Spekulation, kann man doch nicht Unentdecktes auf Prozente genau angeben...
Der erwähnte Vorgang der Bildung von Leben trifft erwiesenermassen auf einen Planeten eines ganz gewöhnlichen Sterns in einem der Spiralarme einer Galaxie zu, die sich zufällig am Rande einer grossen Ansammlung von Galaxien befindet. Aus einfachsten Organismen entwickelten sich dort im Laufe von 4 Milliarden Jahren Pflanzen, Tiere und Menschen. Für besonders Interessierte: Die erwähnte Galaxie heisst "Milchstrasse" (total etwa 200 Milliarden Sterne) – und der Planet Erde gehört dazu. Daraus wird ersichtlich, dass wir Erdenbürger nur ein Fragment des Weltalls sind, räumlich und zeitlich absolut belanglos. Wir leben während des Bruchteils einer kosmischen Sekunde.
Giordano Bruno war der erste Mensch, der die Bedeutungslosigkeit unserer kosmischen Situation erkannt hatte und seine Erkenntnisse auszusprechen wagte.Bruno wurde von seinen Zeitgenossen "wegen theologischem Abweichlertum" in der damals üblichen Art bei lebendigem Leibe verbrannt.
Die "Krone der Schöpfung"
Somit sind wir mit Lichtgeschwindigkeit bei der "Krone der Schöpfung" und ihrem bemerkenswerten Verhalten angelangt, und die Geschichte könnte hier eigentlich beendet werden, falls man nicht der Weiterentwicklung der Menschheit nachspüren wollte:
In Japan ist der Otaku entdeckt worden (so redet man jemanden an, mit dem man nichts zu tun haben möchte): Es sind Menschen, die im Reich der Simulation leben, sich ganz dem Computer verschrieben haben, ins verdichtete Multimediale eingewoben sind und körperlichen Kontakt hassen. Man sieht: Der Mensch ist (nach der Formulierung Hoimar von Ditfurths) "ein unfertiges Wesen des Übergangs".
Die nette Geschichte von Null bis zum heutigen, modernen Menschen, wie sie hier in knapper, rudimentärer Form wiedergegeben worden ist, hat Jugendbuchreife (ab 14 Jahren). Damit sie sich nicht allzu sehr davon entferne, wollen wir uns nicht in den Streit der Astronomen einlassen, ob Galaxien am Ende eher in Form von Schweizer Käse oder von Schwämmen verklumpen (selbstverständlich würden wir uns wegen der ohnehin überquellenden Lager gegen die Käse-Version einsetzen). Und auch die Quarks, eine Substruktur unterhalb von Proton und Neutron, und damit die Quantenchromodynamik, die Ordnung ins Teilchenchaos brachte, sollen hier weitgehend unberücksichtigt bleiben.
Der grosse "Chlapf"
Den Urknall darf man allerdings nicht weglassen, selbst wenn man kein Freund von gigantischen Feuerwerken ist. Nach der heute üblichen Schätzung hat dieses imposante Ereignis, vor dem die gesamte Silvester-Knallerei verblasst, vor 10 bis 20 Milliarden Jahren stattgefunden. Die Urknall-Theorie, die zurzeit als einigermassen gesichert gilt, besagt, dass das Universum anfangs so heiss und dicht war, dass nur Strahlung und Elementarteilchen vorhanden waren. Anschliessend dehnte sich das Universum aus und kühlte ab. Dabei entstanden die Sterne und Galaxien.
In der Wissenschaft gab es auch dazu ein Konkurrenz-Modell; denn Konkurrenz hat auch dort einen belebenden Effekt. Dieses alternative Modell basiert auf dem immerwährenden Universum, das von Albert Einstein 1917, mit dem damaligen Kenntnisstand vereinbar, postuliert wurde. Das Auseinandertreiben der Materie wird in dieser Theorie durch eine kontinuierliche Erzeugung von Materie kompensiert.
Es ist einleuchtend, dass sich in der Wissenschaft der Urknall (schweizerdeutsch: "grosser Chlapf", amerikanisch: "big bang") durchsetzte, zumal das Spektakuläre überall die besseren Absatzchancen hat. Wer würde sich beispielsweise für Autorennen interessieren, wenn es nicht gelegentlich auch dort zu einem "Bang" käme?
Die Urknall-Vorstellung stammt aus den 30er-Jahren. Der amerikanische Astronom Edwin P. Hubble, Erfinder des oben beschriebenen Teleskops, hat nachweisen können, dass Galaxien voneinander wegstreben. Sie tun dies umso schneller, je weiter sie von uns entfernt sind. Das bedeutet: Das Universum dehnt sich aus. Zum Urknall aber kommt man, wenn man sich die Sache rückwärts ablaufend vorstellt. Man landet nach dem Einschalten des Rückwärtsgangs im Gehirn beim Denkmodell einer konzentrierten Masse von äusserst kleinem Volumen.
Schwarze Löcher
In diesem Universum gab und gibt es Abläufe von ungeheuren Dimensionen. So bewies 1965 der Mathematiker und Physiker Roger Penrose laut Hawking, „dass ein Stern, der unter dem Einfluss der eigenen Schwerkraft in sich zusammenstürzt, in eine Region eingeschlossen ist, deren Oberfläche und damit zwangsläufig auch deren Volumen schliesslich auf Null schrumpfen. Die Materie des Sterns wird also auf ein Volumen von der Grösse Null komprimiert, so dass die Dichte der Materie und die Krümmung der Raumzeit unendlich werden. Mit anderen Worten: Es liegt nach einem solchen Prozess in einer Region der Raumzeit eine Singularität vor. Sie wird als Schwarzes Loch bezeichnet.“
Schon ein Stern von vierfacher Sonnenmasse fällt irgendwann unter dem eigenen Gewicht in sich zusammen. Druck und Hitze beschleunigen den Kollaps, und die Raumzeit schnurrt auf einen einzigen Punkt zusammen. Masse und Energie gehen gegen ein nach unserem Verständnis sinnloses Unendlich. Die bekannten Naturgesetze sind hier ausser Kraft gesetzt, und es beginnen die physikalischen Ungeheuerlichkeiten.
Die so zusammengestürzten Sterne bleiben unsichtbar, weil ihre Gravitation (Schwerkraft) so gewaltig ist, dass ihr nicht einmal ein Lichtstrahl entkommt. Aber auch hier gibt es Ausnahmen: 1974 berechnete Hawking, dass schwarze Löcher unter bestimmten Umständen auch explodieren können, so dass sich eine neue Sternengeneration bilden kann. Das ist Recycling auf höchster Ebene: ausgedientes Sternmaterial wird für die Erschaffung neuer Sterne verwendet, zumal ja die Natur keine Abfälle kennt.
Neben verschiedenen Feinheiten wie der Angelegenheit mit der gekrümmten Raumzeit (die Krümmung wird durch die Materieverteilung im Raum bestimmt) drängen sich noch u. a. die folgenden Fragen auf: Steckte vor 10 bis 20 Milliarden Jahren der gesamte Kosmos in einem einzigen Schwarzen Loch, das beim Urknall explodierte? Werden die Galaxien (inkl. Erde) wieder von Schwarzen Löchern gefressen, bis es zu einem neuen Urknall kommt, so dass die Frage nach Anfang und Ende illusorisch wird?
Mit solchen Problemen vertreiben sich jetzt die Kosmologen die Zeit. Wir indessen beschränken uns auf Abwarten und Teetrinken.
Dimension 4 und folgende
Die Sache wird für denjenigen, der sich mit solchen Aspekten befasst, immer komplizierter. Man gerät innerhalb der wissenschaftlichen Argumentationskette nämlich unversehens in die 4. Dimension, die man auch als Zeitachse bezeichnen könnte. Unser Gehirn ist kaum imstande, mit dieser zeitlichen Dimension umzugehen. Es ist im Geometrieunterricht strikt auf 3 räumliche Dimensionen (Länge, Breite und Höhe) getrimmt worden, weil man damit die Lage jedes Punktes bezeichnen kann, und das genügte damals. Daraus erklärt sich auch unsere Mühe mit dem vernetzten Denken. Die Weiterentwicklung der Geometrie drängt sich auf; sie wird gewissermassen zur Theorie praktischer Objektivierung.
Wir sind jetzt eigentlich dort, wo (in der klassischen Erzählung "Flatland" von Edwin A. Abbott) die zweidimensionalen Wesen waren, als sie erstmals einer Kugel begegneten, die sich durch ihr Reich bewegte – allerdings immerhin eine Dimension weiter.
Unsere Lage ist noch verzwickter: Inzwischen haben Physiker ihre hochdimensionalen Welten noch mit vielen weiteren (bis total 32) Dimensionen ausgestattet. Der äussere Raum besitzt so viele Dimensionen als es voneinander unabhängige Komponenten der Weltbeschreibung gibt. Trotz alledem ist die Frage nach den Grenzen des Weltalls weiterhin unbeantwortet. Man kann im einfachsten Fall unter folgenden Varianten der Krümmung in der 4. Dimension auswählen: positiv gekrümmt (kugelförmig), negativ gekrümmt (sattelförmig) und nicht gekrümmt (flach). Der Wissenschaftszirkus bietet immer neue Kapriolen; man kann sich seine eigene technologische „Wirklichkeit“ selber zusammenbasteln. Schliesslich ist wissenschaftliche "Objektivität" auch nur eine scheinbare, keine unumstössliche Wahrheit.
Raum und Zeit
Wer gedanklich in den Kosmos vordringen möchte, kommt um Raum und Zeit als Fundamente der Physik nicht herum. Die Raumzeit ist die Verbindung des Raumes mit der Zeit über die Lichtgeschwindigkeit. Raum und Zeit spielten auch in Einsteins Relativitätstheorie, einem physikalischen Grundgesetz, eine Hauptrolle, und zwar in Form der Lichtgeschwindigkeit, dieser, wie man bisher annahm, höchsten überhaupt zu erreichenden Geschwindigkeit, einer festen Grösse. Es ist eine Geschwindigkeitsgrenze wie die Schallmauer für die Töne. Ein Objekt oder Signal, das die Lichtgeschwindigkeit zu überschreiten imstande wäre, müsste in die Vergangenheit enteilen, die Zeit umkehren. Aber auch an dieser Höchstgeschwindigkeitstafel nehmen Befürworter der Aktion "freie Fahrt" Anstoss.
An den Universitäten Köln und Berkeley ist bereits Überlichtgeschwindigkeit von Atomkernen und Leitungselektronen registriert worden. Dann wurde darüber diskutiert, ob es sich nur um eine "spukhafte Fernwirkung" handelte.
Wie jeder Läufer und Velofahrer weiss, sind die meisten Geschwindigkeiten relativ, d. h. sie beruhen einerseits auf dem Beobachter und anderseits auf dem beobachteten Objekt. So kann beispielsweise die relative Geschwindigkeit des Windes erhöht oder vermindert werden, wenn man sich gegen ihn oder mit ihm fortbewegt. Ein guter Rückenwind erleichtert manches, auch im Alltag. Überraschenderweise verhält es sich jedoch mit der Lichtgeschwindigkeit grundlegend anders: Ob man sich auf das Licht zu- oder von ihm wegbewegt, seine Geschwindigkeit bleibt exakt dieselbe (1,08 Milliarden km/h oder rund 300 000 km pro Sekunde). Die Lichtgeschwindigkeit ist folglich nicht relativ, sondern absolut, weil Licht eine elektromagnetische Schwingung ist. Und genau diese festbleibende Geschwindigkeit muss in unseren Vorstellungen von Raum und Zeit berücksichtigt werden. Alle Phänomene der Relativitätstheorie lassen sich aus der konstanten Lichtgeschwindigkeit ableiten.
Die 1916 von Einstein entwickelte weltberühmte Formel, die als allgemeine Relativitätstheorie in die Geschichte eingegangen ist, lautet: E = mc2 In Worten ausgedrückt bedeutet die Gleichung: Energie (Formelzeichen: E) ist gleich Masse (m) multipliziert mit dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit (c).
Das ist laut dem Physiker Max Born "die grösste Leistung menschlichen Denkens über die Natur, die erstaunlichste Vereinigung von philosophischer Tiefe, physikalischer Intuition und mathematischer Kunst".
Es gibt also eine Beziehung zwischen Masse[1] und Energie, d. h. im Speziellen: jeder Masse muss eine gewisse Energie zugeordnet werden – und umgekehrt. Anders formuliert: Jede Masse ist mit einer Energie verbunden, welche gegeben ist durch die Masse mal das Quadrat der Lichtgeschwindigkeit.
Gemäss dieser Beziehung ist es möglich, Masse in Energie umzuwandeln – und umgekehrt. Diese so genannte Masse-Energie-Äquivalenz bedeutet, dass theoretisch eine winzige Masse in einer riesigen Energiemenge zerstrahlen und umgekehrt eine riesige Energiemenge zu einer winzigen Masse "kondensieren" könnte. Die Gleichung lieferte den Schlüssel zur Erklärung der scheinbar unerschöpflichen Energievorräte der kosmischen Körper, und sie hievte zudem die Energiegewinnung durch Umwandlung von Atomkernen auf die Stufe des prinzipiell Möglichen.
Von beidem konnte Einstein nichts ahnen. Bald nach dem Auftauchen dieser Erkenntnis begann der gewaltige Aufschwung der Kernphysik, mit dem die Auffindung der Kernspaltung durch die deutschen Naturforscher Otto Hahn und Fritz Strassmann (1938) einherging. Darauf beruht die Wirkungsweise der Uran-Atombombe und der Kernreaktoren. Inzwischen betreiben wir unsere Computer mit Elektrizität aus Kernkraftwerken.
In Einsteins Jahrhundertwerk wird auch die Schwerkraft erklärt: Jeder Körper verformt Raum und Zeit in seiner Umgebung. Andere Körper spüren diese Delle im Raum und reagieren darauf wie eine Matratze auf das Gewicht eines menschlichen Körpers.
Die geniale Entdeckung Einsteins war überdies die, dass es im Universum weder absolute Längen noch fixe Zeiten oder Gleichzeitigkeiten gibt: Alle Grössen sind vom jeweiligen Bewegungszustand abhängig, also relativ. Hawking führte diesen Gedanken 1983 weiter, weil der Raum, in dem wir leben, noch viel komplizierter ist als Einstein annehmen konnte: In Hawkings Denkmodell eines Universums verliert sich der Unterschied zwischen Raum und Zeit vollständig, und der Urknall wird zum Missverständnis . . .
Das All ist hier ein in sich geschlossenes Universum, das keine Grenzen hat, weder im Raum noch in der Zeit. Alles klar?
Die Raum-Zeit-Beziehung
Es sei hier versucht, die Raum-Zeit-Korrelation einigermassen anschaulich zu beschreiben: Jeder von uns rast ununterbrochen mit der gleichen Lichtgeschwindigkeit durch die vierdimensionale Raumzeit, wobei nur die Richtung verschieden ist. Schlafen wir in unserem Bett und drücken wir die bekannte Delle in die Matratze, dann rasen wir mit Höchstgeschwindigkeit der Zeitachse entlang; dabei ist 1 Sekunde genau 1 Sekunde, wie Sie jederzeit selber überprüfen können, falls Sie nicht gerade schlafen bzw. beim Lesen dieses Artikels eingeschlafen sind. Der Raum jedoch steht still. Besteigen Sie aber tags darauf ein schnelles Raumschiff, was etwas umständlicher ist, dann wird ein Teil dieser Bewegung für die Fortbewegung im Raum abgezweigt. Folglich nimmt die Zeitgeschwindigkeit ab (unser Alterungsprozess verlangsamt sich). Die Zeit vergeht langsamer, d. h. wir kommen auf der Zeitachse nicht mehr so schnell voran.
Während einer Raumreise können wir wieder umkehren; es ist erlaubt, sich in allen Raumrichtungen zu bewegen. Aber das ist bei einer Reise durch die Zeit unmöglich. Die Zeit ist eine Einbahnstrasse. Bei der Zeit gibt es seit Einstein kein Zurück mehr. Viele Science-fiction-Autoren haben sich solche Gesetzmässigkeiten zunutze gemacht, sie umgekehrt und sich in spektakulären Übertreibungen geübt und phantastische Welten erschlossen. Das liest sich gut.
In der Regel sind unsere Bewegungen so langsam, dass sich der Einfluss unserer Geschwindigkeit auf die Zeit nicht bemerkbar macht. 2 US-Wissenschaftler haben aber 1972 bewiesen, dass bereits durch die Geschwindigkeit eines Düsenflugzeuges eine Zeitdilatation (Dehnung) eintritt. Sie umflogen die Erde mit 2 absolut genau gehenden Atomuhren an Bord. Schon nach der ersten Erdumrundung zeigte es sich, dass die mitgeführten Uhren gegenüber fest verankerten auf der Erde 50 Nanosekunden langsamer liefen; eine Nanosekunde ist der milliardste Teil einer Sekunde. Die Differenz war also ausserordentlich klein. Das ist darauf zurückzuführen, dass alles relativ ist. Falls sich ein Raumschiff mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen könnte (was nach der Relativitätstheorie unmöglich ist), würde die Zeit für die Astronauten stillstehen: Sie wären augenblicklich am Zielort, wo immer sich dieser befände.
Ein Quantum Quantenmechanik
Mit der allgemeinen Relativitätstheorie allein gibt sich beim heutigen Wissen über die Quantenmechanik (auch Quantenphysik oder Wellenmechanik) niemand mehr zufrieden; diese Erkenntnisse gehen auf Max Planck zurück. Hawking kommt im Wesentlichen das Verdienst zu, einen ersten Schritt getan zu haben, um die beiden Wissensgebiete (Relativitätstheorie und Quantenmechanik) zu verbinden (es ging im Speziellen um die Frage, wie sich Quantenfelder verhalten, die sich in einer klassischen Raum-Zeit-Krümmung befinden). Die "Hawking-Strahlung" (Teilchen, die sich aus dem Schwarzen Loch lösen können) hat diese Frage weitgehend geklärt.
Ein Kapitel Quantenmechanik (auch Quantenphysik oder Wellenmechanik genannt) wird hier fällig: Diese Theorie aus der Atomphysik erfasst die Teilchen- und die Welleneigenschaften der mikrophysikalischen Teilchen: Wenn Körper erhitzt werden, senden sie Wärmestrahlen aus, die wie die Sonnenstrahlen aus verschiedenen Frequenzen (Schwingungen) zusammengesetzt sind, und jeder Frequenz entspricht eine bestimmte Energiemenge. Die Energie ist "gequantelt"; sie tritt mengenmässig nur in ganzzahligen Vielfachen auf (in Energiequanten). Nach diesem strengen inneren Rhythmus wird der Bau der Atome und der Kerne geregelt.
Die Artenvielfalt der aus Atomkernen isolierten Elementarteilchen[2] füllt inzwischen einen ganzen Physik-Zoo. In ihm ist laut neuesten Forschungen ein elementarer galaktischer Kannibalismus gang und gäbe. Erst dieser soll die Bildung von Masse ermöglichen. Zum Aufbau von Materie dienen nur wenige Elementarteilchen: die Leptonen und die Quarks. Die allermeisten Teilchen existieren nur sehr kurze Zeit, bevor sie in andere Formen übergehen.
Die Quantenmechanik erklärt u. a. den Schalenaufbau der Elektronenhülle der Atome, die Molekularstruktur, die chemischen Bindungen und die physikalischen Eigenschaften der Festkörper. Dabei ergeben sich alle physikalisch wichtigen Grössen im Rahmen von Wahrscheinlichkeitsaussagen.
Sobald die Geschwindigkeiten der Teilchen im Verhältnis zur Lichtgeschwindigkeit nicht mehr klein sind, wird die relativistische Behandlung dieser Bewegungen nötig. Exakte Messungen der sich bewegenden Elektronen erwiesen sich lange Zeit als praktisch unmöglich. Aber heute vermag die Nanotechnik mit extrem miniaturisierten, nur Millionstelmillimeter kleinen Halbleiter-Strukturen einzelne Elektronen punktgenau zu fixieren; damit ist auch ein neues Gebiet der Grundlagenphysik und -chemie eröffnet worden. Es sind neue Werkstoffe für optische und elektronische Anwendungen entstanden: Nebenprodukte, die eigentlich niemand wollte, mit denen man sich aber herumschlagen muss oder darf.
Ob im Bereich der Elementarteilchen der Zufall in Reinkultur regiert oder ob es auch dort – was eher anzunehmen ist – eine strenge Ordnung gibt, wird die Zukunft weisen. Wenn die Sache mit dieser Ordnung in Ordnung gehen sollte, dann könnte mit der Zeit der Aufbau von Materie und ihr physikalisches Verhalten widerspruchsfreier erklärt werden, und dann wäre die "Weltformel" wohl in Griffnähe. Die Welt wäre dann zum Stoff totaler Verwaltung geworden. Und ihre Verwalter wüssten dann nach logischem Nachdenken vielleicht, dass sie am Schluss ins Schwarze Loch gerissen und verschlungen werden... trostlose Zukunftsaussichten.
Gelöst und befriedigend erklärt wäre aber selbst dann noch gar nichts. Denn es handelt sich um physikalische Abstraktionen, die eine mathematisch-logische Form angenommen haben, die wiederum zur Abstraktion zurückführen und wohl deshalb so schwer- bis unverständlich sind. Tatsächlich ist die Natur immer wahr, und sie wirkt nach Gesetzen, die sich stets gleich bleiben. Dennoch lässt sie sich nicht vollumfänglich in die Zwangsjacke mathematischer Gesetze einsperren; sie lässt sich nicht allein starren Prinzipien unterordnen, wenn man sie in einem vertieften Ausmass verstehen will.
Der deutsche Physiker Werner Heisenberg erkannte das Problem: "Es gelingt uns zwar schliesslich, diese Welt zu verstehen, indem wir ihre Ordnungsstrukturen in mathematischen Formeln darstellen; aber wenn wir über sie sprechen wollen, müssen wir uns mit Bildern und Gleichnissen begnügen, fast wie in der religiösen Sprache" – und in der Sprache überhaupt, wie man beifügen muss. Wird die Religion zum wissenschaftlichen Lückenbüsser? Ursprünglich war sie Literatur, Philosophie, Ethik, Soziologie, Anthropologie und Psychologie in einem.
Das metaphysische Weltbild
Die Frage nach "Gott", der von der Neugier der Forscher bedrängt worden ist und eine Zuschauerrolle erhalten hat, wird dementsprechend offen bleiben: Wer hat denn dem Ganzen diese Regeln, Formeln und Verhaltensweisen eingeblasen? Oder anders: Wie soll sich der Mensch "Gott" in einer vieldimensionalen Wirklichkeit denken? In seiner "Geschichte der Natur" (Göttingen 1962) hat der Gelehrte und Politiker Carl Freiherr von Weizsäcker diese Diskrepanzen wie folgt formuliert: "Die Natur ist nicht subjektiv geistig; sie denkt nicht mathematisch. Aber sie ist objektiv geistig. Sie kann mathematisch gedacht werden."
Es wird also mit dem philosophischen gleichermassen wie mit dem wissenschaftlichen Denken eine eigenständige "Wahrheit" geschaffen, indem die Welt durch Symbole verkleidet wird. Interessen-Koalitionen und Manipulationen durch die Auftraggeber der wissenschaftlichen Forschung biegen diese noch einmal in einer schwer durchschaubaren Art zurecht.
Dem wissenschaftlichen Denken steht allenthalben ein vieldeutiges metaphysisches, ausserlogisches, mythisches Denken gegenüber. Schon das 2. Vatikanische Konzil hat herausgefunden, dass es "2 verschiedene Erkenntnisordnungen gibt: die des Glaubens und die der Vernunft." Die erstere passt zwar nicht mehr so gut in die technologische Wirklichkeit, aber sie entspricht dem Menschen in seiner momentanen Ausprägung wahrscheinlich besser. Ein Glaube irgendwelcher Art muss nicht unbedingt naturwissenschaftlich verifizierbar sein oder einer wissenschaftlichen Analyse standhalten. Entweder man glaubt seine Verkündigungen, oder man glaubt sie eben nicht. Und wenn es gelingt, das kritische Denken zu unterbinden, kann man den meisten Leuten sozusagen alles – auch Unglaubliches – weismachen.
Der Zauber der Sonne
Sonne, Mond und Sterne galten in den alten Kulturen als göttliche Mächte, bevor sie z. B. durch die jüdisch-christliche Phantasie entzaubert und wie Lampen an den Himmel gehängt worden sind. Nicht zu Unrecht wurde daher der Schöpfungsbericht der Genesis als ein Stück "atheistischer Propaganda" bezeichnet. Mit der Entmythisierung der Natur begann die verhängnisvolle menschliche Herrschaft über diese Natur. So etwas musste von frommen "Heiden", welche den Boden als "Mutter" verehrten, als brutale Vergewaltigung empfunden werden.
Eine einfache Erklärung für all das Unerklärliche finden gläubige Christen im allmächtigen, allwissenden anthropomorphen Bibel-Gott, einem personifizierten Wesen, das in zorniger oder barmherziger Stimmung Natur schafft und die Geschichte nach völligem Belieben lenkt, Wunder inbegriffen.
Solch ein archaisch-naives Bild wurde in der klassischen griechischen und später in der mittelalterlichen Metaphysik hochgehalten, bis dann in neuerer Zeit der Gottesbegriff in die diesseitige Welt eingebaut wurde: Gott ist in dieser Welt – und diese Welt ist Gott.
Ähnlich wie in der Wissenschaft, nur eben auf der Ebene phantasievoller Vorstellungen und ausschmückender Überlieferungen, wurde auch hier eine eigenständige "Wahrheit" geschaffen und dem Zeitgeist und dem jeweiligen Erkenntnisstand laufend angepasst.
So haben nicht nur alle Kulturkreise, sondern auch alle Menschen das Universum, jene Weltbilder und Geschichtlichkeiten, die sie verdienen. Es kommt immer darauf an, was aus der Fülle von Informationen und Phantasien gemacht wird, und für eigene Hypothesen bleibt allenthalben noch genügend Raum (und Zeit). Einstein z. B. plädierte entschieden für eine kosmische Religiosität, der "kein menschenartiger Gottesbegriff entspricht". Das Kausalitätsgesetz schliesst einen göttlichen Eingriff ins Weltgeschehen aus, womit vielen schönen Geschichten und Mythen sozusagen die Grundlage entzogen wäre.
Mythen, Mythen . . .
Der älteste Schöpfungsmythos ist wohl das babylonische Epos "Enuma elisch". Darin wird in sich schlüssig erzählt, wie das Universum entstand: Den Höhepunkt des Geschehens bildet der Kampf zwischen dem höchsten Gott Marduk und dem Urwesen Tiamat mit seinen Ungeheuern, das zugleich Mutter vieler Götter ist. Marduk gewinnt diesen Kampf, wie zu erwarten war, und schneidet Tiamats Körper in 2 Teile. Aus der einen Hälfte erschafft er die Erde, aus der anderen den Himmel. Später befestigten die Götter die Sterne am Firmament, um die Menschen an ihre religiösen Pflichten zu erinnern.
Nach dem Mythos der Hopi, einem der letzten noch auf die früheren Pueblos zurückreichenden Indianerstämme, ist der Ursprung des Daseins im Gesang zu sehen, im rhythmisierten Klang zweier Stimmen, die wie Wind und Wasser zu einem einzigen Sausen verschmelzen, und daraus entsteht das Neue. Ursprung der Welt ist das Lied – eine poetische Variante: Zweiheit in melodischer Harmonie (wie beim asiatischen Yin und Yang, wohltuend in diesen Zeiten des Geschlechter-Kampfes.
Der Lauf der Sonne ist für alle Völker das Hauptereignis; es ist dies ja auch das Spektakulärste, was von blossem Auge wahrzunehmen ist, und dadurch wird das Leben auf unserer Erde am stärksten beeinflusst. Der Sonnenlauf, wie wir ihn beobachten, wurde häufig als Fahrt eines Sonnengottes in seinem Wagen dargestellt. Ein diesbezüglich grossartiges Kulturdokument ist der Sonnentempel von Konarak (Orissa, Indien), eines der bedeutendsten Bauwerke der Hindu-Architektur, das auch als "Schwarze Pagode" bezeichnet wird: der Wagen des Sonnengottes Surya, der durch die Lüfte saust. An diesem 70 m hohen Tempel aus dem 13. Jh. gibt es 24 Räder von 3 m Durchmesser, feinfühlig ausgestaltet.
In einer ägyptischen Version fährt der Sonnengott täglich über den Himmel. Abends steigt er in die Unterwelt hinab, um die Schlacht mit dem König der Dunkelheit zu schlagen. Das dabei fliessende Blut erscheint, wie jedermann mit eigenen Augen sehen kann, als Abend- oder Morgenrot. In den Hochtälern der Anden hatten die Sonnengötter einmal Hochkonjunktur.
Bei den Griechen bildete die Erde den Mittelpunkt aller Dinge (Geozentrismus), und die himmlischen Bewegungen verliefen in Kreisen; Kreise haben auf Menschen schon immer eine seltsame Anziehungskraft ausgeübt.
Allerdings kannten die Astronomen seit Aristarchos von Samos (3. Jh. v. u. Z.) das sonnenzentrische Weltbild immerhin als Denkmodell. Der Frauenburger Domherr Kopernikus (1473–1543) und der Florentiner Hofmathematiker Galileo Galilei (1564-1642) räumten dann mit dem geozentrischen Weltbild endgültig auf. Die Sonne rückte ins Zentrum; um sie dreht sich alles, obschon das im Widerspruch zu den naturwissenschaftlichen Auskünften des Alten Testamentes steht. Gleichwohl reden wir noch immer von Sonnenauf- und -untergang...
Der in ein eigenes Weltbild gefangene Vatikan brauchte fast 400 Jahre, um den neuen Erkenntnissen folgen zu können. Galilei hatte damals vor der gereizten heiligen römischen Inquisition seinen "Irrtum" abschwören müssen, um nicht auf dem Scheiterhaufen, dieser millionenfach bewährten Ausprägung religiöser Intoleranz, zu landen. Im Prinzip ging es um die Verteidigung des griechisch-mittelalterlichen Weltbildes, die rechtlich abgesicherte Oberhoheit der Theologie und schlicht um die blinde, gehorsame Unterwerfung unter das kirchliche Lehrsystem, wie Hans Küng schrieb. Ende 1992 hat sich Papst Johannes Paul II. endlich zu einer Art Entschuldigung an Galileis Adresse durchringen können – es sei ein "gegenseitiges Missverständnis" gewesen, stellte der Unfehlbare fest.
Entthronungen
Zuerst wurde die Erde entthront, und in diesem Jahrhundert gerade auch noch die Sonne. Unser strahlendes Tagesgestirn entpuppte sich bei kosmologisch-relativierender Betrachtungsweise als nichts Besonderes. Sie ist ein ganz gewöhnlicher Stern, vergleichsweise nicht einmal besonders hell und nicht besonders gross. Zum Vergleich: Der deutsche Satellit "Rosat" ortete vor einigen Jahren einen der heissesten Sterne der Milchstrasse, dessen Oberflächen-Temperatur 30 000-mal höher als die der Sonne ist, so dass aus Kohlenstoff gleich Diamanten gebacken werden – Diamanten sind die kubische Modifikation des reinen Kohlenstoffs.
Die Entthronungen gingen weiter: Die Evolutionstheorie von Charles Robert Darwin, die ursprünglich als Produkt menschlichen Aufbegehrens gegen Gott gedeutet worden war, entzog der biblischen Sündenfallgeschichte die Grundlage, so dass der Mensch seine Rolle als Hauptschurke des Weltgeschehens jetzt anderweitig legitimieren muss. Und selbst der beliebte, leicht verständliche und dogmatische Darwinismus wird gelegentlich wohl zu Recht angezweifelt, unter anderem weil sich Materie, sich selbst überlassen, selbst nicht organisiert; jedenfalls glauben das die Kritiker. So blieb kein Stein auf dem anderen – abgesehen von der noch fragmentarisch erhaltenen Kultstätte in Delphi.
Über dem Apollo-Tempel des Orakels zu Delphi im alten Griechenland stand: "Erkenne dich selbst!" Wenn wir die ungeheuren Dimensionen von Raum und Zeit auf uns einwirken lassen, dann messen wir diese Dimensionen unwillkürlich an uns selber. Und da müssen wir uns nichtig klein, ja bedeutungslos vorkommen.
Minderwertigkeitsgefühle, die sich daraus entwickeln könnten, würden allerdings auch wieder keinen Sinn ergeben. Obschon wir in der Lage sind, uns in weitschweifenden Gedanken zu ergehen und Unfassbares zu ahnen, müssen wir uns einfach mit unserem erdgebundenen Zustand abfinden, gelegentliche Ausflüge ins nähere Weltall sind nur wenigen Menschen vorbehalten, auch wenn dieses zu einem neuen Ausflugsziel zu avancieren scheint. Auf der Erde ist unser Platz, hier finden wir uns angemessene Dimensionen, und hier haben wir unsere Aufgaben. Für viel mehr reicht unser Verständnis nicht aus.
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[1] Bei den Bewegungsvorgängen hat der Begriff Masse als fundamentale Eigenschaft der Körper eine wesentliche Bedeutung. Isaac Newton hatte Masse als „Menge der Materie“ bezeichnet. Diese Masse spielt bei der Schwere- und Gravitationswirkung eine Rolle, ebenso bei den durch einwirkende Kräfte hervorgerufenen Beschleunigungen. Ein Körper reagiert um so träger, je mehr Masse er besitzt: Der doppelt so schwere Körper reagiert also doppelt so träge. Wer da Bezüge zur menschlichen Fettleibigkeit herstellen will, mag das tun. Aber im Bereich der subatomaren Elementarteilchen ist das Problem der Massen laut dem Physiker Lawrence Hall von der Universität Berkeley, Kalifornien, „eine der wichtigsten ungelösten Fragen.
[2] Zu den Bausteinen des Atoms gehören unter anderem Elektronen, Protonen, Neutronen, Neutrinos und verschiedene Arten von Mesonen sowie eine Gruppe von Teilchen, die schwerer als Protonen sind. Zu diesen so genannten Hyperonen gehören 3 Gruppen, die man Lambda-, Sigma- und Xi-Teilchen nennt. Jedes Teilchen hat sein Antiteilchen. Hinzu kommen noch einige Dutzend so genannter Resonanzen, die nur den 100. Teil einer so genannten Quintillionstelssekunde (= 0,000'000'000'000'000'000'000’01 Sekunden) leben. Alle Teilchen erfüllen im Atomkern wichtige Funktionen.
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