Das rätselhafte Gewebe unserer Wirklichkeit und die Grenzen der Physik

1 Die Zivilisation in der Dunkelwolke

Das vorliegende Buch handelt von der Wirklichkeit - von dem, was wir wissen, dem, was wir nur glauben zu wissen, und dem, was wir nicht wissen. Es ist ein Buch, das den Anspruch der Physik, alles erklären zu können, in Zweifel zieht. Dabei beruht es streng auf den Erkenntnissen wissenschaftlicher Experimente. Gemeint sind die Ergebnisse von Messungen, also Befragungen der Wirklichkeit, die in etablierten Fachzeitschriften der Naturwissenschaften veröffentlicht wurden. Es wird sich zeigen, dass einige dieser Experimente mit den Modellvorstellungen der Physik kaum in Einklang zu bringen sind. Und das bedeutet wiederum, dass unsere Vorstellungen von der Wirklichkeit Lücken aufweisen. Es gibt mehr, als wir uns vorstellen können.

Aktuell ist das Weltbild der Physik streng materialistisch aufgebaut. Demzufolge gleicht das Universum einer gigantischen Maschine, deren Zahnräder in Form von Naturgesetzen den Ablauf bestimmter Prozesse kontrollieren. In der Physik existieren weder Geist noch Sinn noch Bewusstsein - und noch nicht einmal Leben. Dieses Weltbild repräsentiert einen Zeitgeist, der sich vom Gedanken an das "Übernatürliche" abgewandt hat und alles aus einer Maschinenperspektive heraus analysieren will. In seinen Grundzügen ist das Phänomen nicht neu: Auch in der Vergangenheit bestand stets die Gefahr, dass die aktuell vorherrschende Weltanschauung die Modellvorstellungen der Naturwissenschaft verzerrt, wie zu jenen Zeiten, als die Menschen noch davon überzeugt waren, dass die Erde flach und der Mittelpunkt des Universums sei. Ironischerweise haben die jüngeren Erkenntnisse der Naturwissenschaften seitdem erneut ihre Verabsolutierung zur Folge gehabt. Leben und Bewusstsein sind in der aktuellen Vorstellung nur äußerst unwahrscheinliche Zufälle, sozusagen Fehler im automatischen Ablauf eines Maschinenuniversums. Die Welt hat ihren Zauber verloren.

Wenn eine physikalische Modellvorstellung so stark mit dem aktuellen Zeitgeist übereinstimmt, besteht die Möglichkeit, dass sie Beobachtungen, die nicht zu ihr passen, einfach außer Acht lässt. Doch die Wirklichkeit ist fremdartig. Vielleicht verfügt der menschliche Geist auch schlichtweg nicht über die Kapazitäten, sie nur annähernd vollständig zu erfassen. Dann wäre lediglich ein kleiner Teil der Realität unserem Denken überhaupt zugänglich. Wir können hoffen, dass er sich im Laufe der Jahrhunderte langsam vergrößert.

Es stimmt also keinesfalls, dass wir alles Grundlegende bereits herausgefunden haben und nur noch an Verfeinerungen der bisherigen Erkenntnisse arbeiten. Im Gegenteil gibt es sogar Indizien, dass uns in Zukunft große Entdeckungen weit außerhalb der etablierten Physik bevorstehen. Von ihnen handelt dieses Buch. Es entführt den Leser in Räume und Zeiten weit jenseits der vierdimensionalen Raumkugel, auf die wir meinen beschränkt zu sein, und hinein in gedankliche Sphären, in denen die Welt nicht bloß aus Kügelchen und Federn besteht, deren Schwingungen langsam abklingen und dem Kältetod entgegendriften. Stattdessen zeigt es zum Beispiel die Möglichkeit eines informationsbasierten, "geistreichen" Universums auf, dessen Elementarteilchen Bits eines ungeheuren Computers sind.

Grundlage der Naturwissenschaft ist die Übereinstimmung von Theorie und Experiment. Mathematische Formeln gibt es viele, aber nur wenige stimmen mit der Wirklichkeit überein. Die Korrespondenz muss erst im Experiment überprüft werden. Und allein wenn eine Theorie diesen Test besteht, erlangt sie einen gewissen Grad an Wahrheit. Denn dann beschreibt sie zumindest Teile der Wirklichkeit korrekt. Auch in diesem Buch, das sich der Naturwissenschaft verpflichtet sieht, muss immer ein experimenteller Beweis erbracht werden, der die Behauptung, es gäbe mehr als das, was die Physik bisher erkundet hat, bestätigt. Allerdings ist es nicht möglich, das Unbekannte zu beschreiben, denn dann wäre es bekannt. Wir müssen uns daher darauf beschränken, Indizien für die Existenz solcher Bereiche der Realität aufzuzeigen. Freilich gibt es diese zuhauf, weshalb nur die wichtigsten in den folgenden Kapiteln beschrieben werden. Bei diesen Indizien handelt es sich überwiegend um offene Fragen und Unstimmigkeiten im etablierten Weltbild der Physik. Man könnte sie als unwesentliche Kleinigkeiten abtun, die im Laufe der Zeit wahrscheinlich noch geklärt werden, ohne dass wir unsere Vorstellung von der Welt grundlegend verändern müssten. Aber die folgende Fabel veranschaulicht vielleicht, dass offene Fragen und Unstimmigkeiten auf eine beschränkte Anschauung hindeuten können:

Es war einmal eine Zivilisation in einer Dunkelwolke. Diese Ansammlungen aus fein verteiltem kosmischem Staub, der zumindest auf langen Distanzen kein Licht hindurchlässt, finden sich überall in unserer Galaxis. Durch Infrarotaufnahmen weltraumgestützter Teleskope wissen wir, dass sich in ihnen auch Sonnen befinden. Ihre Winde befreien vermutlich die unmittelbare Umgebung um sie herum von Staub, sodass diese Sterne kleine Inseln in einem Meer aus Dunkelheit bilden. Um unsere imaginäre Sonne herum kreisen drei Planeten: ein extrem heißer Gesteinsplanet nahe dem Zentrum, ähnlich unserem Merkur; ein roter Gasriese außen am Rand, ähnlich unserem Jupiter; und schließlich ein blauer Wasserplanet, der im genau richtigen Abstand von der Sonne in der staubfreien Blase seine Bahnen zieht.

Nehmen wir an, auf diesem Planeten sind die Bedingungen so günstig für das Leben wie auf unserer Erde. So kommt dieses auch zustande und durchläuft vergleichbare Entwicklungsstadien, wie wir sie von hier kennen. Die Naturgesetze sind - soweit wir heute wissen - überall im Universum die gleichen, weshalb ein solcher Verlauf zumindest nicht ausgeschlossen ist. Das gilt für die uns zugängliche Raumkugel mit 13,7 Milliarden Lichtjahren Durchmesser, also auf jeden Fall auch innerhalb unserer nur wenige hunderttausend Lichtjahre großen Galaxis. Unser gedachter Planet entstand zunächst als glühende Lavakugel, die allmählich abkühlte. Dann regnete es Zigtausende von Jahren und es bildeten sich die Ozeane. In ihnen entstand einfaches, einzelliges Leben. Für zwei oder drei Milliarden Jahre blieb es dabei. Im Laufe der Zeit führte die Photosynthese der Atmosphäre des Planeten immer mehr Sauerstoff zu. Damit beschleunigte sich die Evolution gewaltig. Das Leben eroberte die Kontinente, weil es durch die aus dem Sauerstoff neu gebildete Ozonschicht vor der UV-Strahlung geschützt war. Landpflanzen und -Tiere erreichten immer höhere Entwicklungsstufen, bis schließlich intelligentes Leben die Bühne betrat. Wie dieses genau aussah, sollte für unsere Fabel nicht relevant sein. Wichtig ist nur, dass es Werkzeuge benutzte, Maschinen baute und über die Frage nachdachte, in was für einer Welt es lebte und wie seine Heimat im Kosmos entstanden sein könnte.

Abb. 1: Illustration der gedachten Zivilisation in einer kosmischen Dunkelwolke. In ihrer Mitte befindet sich das Sonnensystem mit den drei Planeten. Die intelligenten Bewohner des zweiten Gestirns haben kein Wissen von anderen Sonnen oder Galaxien, es sei denn sie entwickeln interstellare Raumfahrt und schaffen es, in den freien Raum vorzustoßen. Sicher wären sie über den Anblick sehr überrascht.

Bis zu diesem Punkt lief also alles genau so ab, wie auf unserer Erde, mit nur einem wichtigen Unterschied: Die intelligenten Lebewesen wussten nichts von anderen Sonnen, anderen Galaxien und der kosmischen Hintergrundstrahlung, dem Nachglühen des Urknalls. Ihr Kenntnisstand über das Universum war durch ihr Dasein in einer kosmischen Dunkelwolke stark eingeschränkt.

Die Wissenschaftlerinnen und -wissenschaftler entdeckten dort ähnlich wie auf der Erde die vielfältigen Naturgesetze und entwickelten eine ausgeklügelte Biologie, Chemie und Physik. Sie wussten, dass die Materie aus Atomen aufgebaut ist, die ihrerseits aus Elementarteilchen bestehen. Sie waren den Quarks und den vier Naturkräften auf die Spur gekommen. Doch obwohl sie die Fusionsprozesse im Innern ihrer Sonne mathematisch zu beschreiben vermochten, hatten sie keine Vorstellung davon, wie sie entstanden sein könnte. Man untersuchte den umliegenden Weltraum, sah aber nur die gewaltigen Mengen an kosmischem Staub, der sich in scheinbar endlose Weiten erstreckt. Sonden drangen viele Milliarden Kilometer weit in die Dunkelwolke ein, doch fanden stets nichts als Finsternis. Die Forschenden konnten nicht wissen, dass es nur eine Dunkelwolke - ihrerseits lediglich ein winziger Teil der größeren galaktischen Struktur - war, in der sie sich befanden. Aus ihrer Perspektive schien das ganze Universum aus Staub zu bestehen. Aber woher kam er und wieso gab es darin eine Sonne mit drei Planeten?

Ihre Physikerinnen und Physiker überlegten lange und entwickelten schließlich die "Urloch-Theorie". Demnach entstand vor undenkbar langer Zeit - grobe Schätzungen anhand der Staubmenge gingen von mindestens 10 000 Milliarden Jahren aus - spontan ein Loch in der Raumzeit. Durch dieses drang ein konstanter Fluss von Wasserstoffatomen in das normale Raum-Zeit-Kontinuum ein. Um das Loch herum bildete sich eine stetig anschwellende Gas-Blase, die durch ihre Eigengravitation zusammengehalten wurde. Letztere stieg mit zunehmender Masse immer weiter an, bis das Gebilde schließlich kontrahierte und die Wasserstoffatome in seinem Zentrum miteinander zu verschmelzen begannen. Fiat Lux - damit war ihre Sonne geboren. Mit dem konstanten Zustrom an frischem Fusionsbrennstoff durch das Urloch brannte ihr Stern fürderhin Tausende von Milliarden Jahren. Der viele Staub im beobachtbaren Universum - so jedenfalls die Theorie - sei einfach ein...