Zu den Grenzen physikalischer Weltmodelle

Die Astrophysik arbeitet mit einer erfolgreichen kosmologischen Theorie, die so etwas wie einen „Stand der Wissenschaft“ darstellt, eine Übereinkunft unter den führenden Astrophysikerinnen und Astrophysikern. Dieses Modell beschreibt ein expandierendes Universum. Es nimmt an, dass das Universum in einer extrem kurzen Zeit nach dem „Urknall“ mit Über-Lichtgeschwindigkeit expandiert ist, die so genannte Inflationsphase. Danach expandiert es mit deutlich geringerer Geschwindigkeit bis heute.

Warum ist das Universum so wie es ist?

Soweit das vorherrschende Modell in der Kosmologie. Doch unter der Oberfläche lauern tiefgreifende ungelöste Fragen, die an die Grundfeste des erfolgreichen Modells rühren. Zum einen ist vollkommen unklar, warum das Universum zu Beginn des Prozesses in der Inflationsphase so schnell expandiert ist. Nun gibt es eine beliebte „Erklärung“, die beliebte „Multiversentheorie“. Danach existiert nicht nur das uns bekannte Universum, sondern es existiert eine Vielzahl anderer, in denen es keine Inflationsphase gab. Es ist in gewisser Weise Zufall, dass wir in dem Universum leben, in dem es die Inflation gab. Andererseits ist es nicht zufällig, denn in einem Universum ohne Inflation könnten wir nicht existieren. Es ist nicht so erstaunlich, dass auch das uns bekannte Universum existiert. Es ist nur eines unter vielen.

Nun hat diese „Erklärung“ allerdings einen riesigen Nachteil: Um zu erklären, dass die Inflationsphase stattgefunden hat, wird der Bestand der Welt kurzerhand extrem ausgeweitet um eine Vielzahl weiterer Universen. Das Fatale dieser Vorstellung ist: Wir werden niemals die Chance haben, die Behauptung der Multiversen empirisch nachzuprüfen. Denn wir sind auf unser Universum beschränkt. Ist damit aber nicht eine der wichtigsten Grundlagen moderner Physik verlassen, nämlich die Forderung, dass physikalische Modelle auch empirisch überprüfbar sein müssen?

Die Grenzen der bisher bekannten physikalische Theorien

Das Fehlen einer Erklärung für die inflationäre Phase ist nicht das einzige Krisensymptom in der Physik. Lesch weist in dem Gespräch auf noch ein gravierenderes Problem hin: Bislang ist es nicht gelungen, die Relativitätstheorie und die Quantentheorie zu vereinigen. In der Vereinigung der beiden physikalischen Großtheorien gibt es bislang unüberwindbare physikalische und mathematische Hindernisse. Zugleich aber gibt es immer mehr empirische Befunde, die nahe legen, dass jede der beiden Theoriekomplexe in sich richtig und stimmig ist. Welcher Ausweg ist hier denkbar?

Sollte man daraus ableiten, dass es hier etwas gibt, was eine definitive Grenze der wissenschaftlichen Forschung darstellt? Nun hat die Vergangenheit gezeigt, dass fast alle Prognosen, etwas sei wissenschaftlich nicht nachweisbar, irgendwann gefallen sind. Man sollte mit solchen Prognosen äußerst vorsichtig sein. Zunächst einmal ist die Situation eine Herausforderung für die Wissenschaft und kein Mangelsymptom! Doch zugleich ist es eben auch nicht so, dass man angesichts der Lage sagen kann, dass die Welt weitgehend verstanden sei. Auf jeden Fall sollte man vorsichtig sein, von einem festen Bestand des Weltverständnisses auszugehen, dafür sind die Fundamente zu fragil. Sind grundstürzend neue Theorien denkbar?

Physik in einer offenen Wirklichkeit

Das wirft uns auf die Frage zurück, ob es überhaupt denkbar sein kann, dass es DIE eine und umfassende physikalische Theorie über die Welt geben kann. Möglicherweise müssen wir Menschen uns damit begnügen, dass wir nur kontextabhängige Modelle mit beschränkter Reichweite haben und kein umfassendes Wissen von der Welt. Es gibt gute philosophische Argumente, die diese Interpretation stützen. Als leibliche Wesen sind wir immer schon mit der Welt verbunden. Ein Überblickswissen ist uns verwehrt. (weitere Informationen zum Konzept einer offenen Wirklichkeit: http://www.mensch-welt-gott.de/offene-wirklichkeit-1574.php)

Wir mögen dank wissenschaftlicher Forschung die Welt immer besser verstehen können, doch die Erwartung einer letztgültigen Theorie, der TOE, der Theory of Everything, zielt dann ins Leere. Das entwertet die Wissenschaft nicht, wer könnte mit Verstand all das Wissen, das wir erlangt haben, gering schätzen! Aber das Argument zielt kritisch auf eine bestimmte philosophische Haltung, die dem Menschen zuspricht, ein letztgültiges und umfassendes Wissen über die Welt erlangen zu können. In einer offenen Wirklichkeit bleiben immer offene Fragen, immer neuer Ansporn für den Versuch, sie zu bearbeiten!

Dahinter steht ein grundlegendes philosophisches Problem: Diejenigen, die Physik betreiben, sind endliche Menschen. Kein Mensch aber kann „die Welt“ als Ganze zum Objekt machen.  Die Welt ist kein Objekt, weil wir uns nicht genügend distanzieren können. Wir sind Teil der Welt, die wir betrachten wollen. Diese Grundbedingung für alle Erkenntnis können wir nicht aufheben. Wenn wir die Welt als Ganze betrachten wollen, müssen wir zur Kenntnis nehmen, dass wir immer schon verbunden sind. Wir können durch Distanzierung manches aufhellen, aber nicht alles!

Ist der Urknall der Anfang des Universums?

Zum Gespräch mit Harald Lesch

Vor fast einem Jahr hatte ich die Gelegenheit, mit dem Astrophysiker Harald Lesch ein längeres Interview führen zu können. Das Interview, wie auch einzelne Teile daraus kann man finden unter: www.mensch-welt-gott.de. Wir haben über sehr unterschiedliche Themen gesprochen, die sich aber alle um Fragen des Verhältnisses von Naturwissenschaften und Theologie drehten, unter anderem über die Krise in der Physik, über die Wichtigkeit alltäglicher Erfahrungen für das Verständnis der Welt, über die Rolle der Mathematik in der physikalischen Beschreibung und so weiter. Ich hatte schon vorher Harald Lesch in kleineren Veranstaltungen kennen gelernt und immer wieder erlebt, wie offen er sich darum bemüht, seine persönliche Haltung als evangelischer Christ mit seiner Arbeit als Astrophysiker in ein konstruktives Verhältnis zu setzen. Das kommt auch in dem Interview zur Geltung.

Wir haben über Themen geredet, die alle im Grenzbereich zwischen der Physik und der Philosophie bzw. der Theologie liegen. Es ging beispielsweise um die Frage, ob die Physik einen absoluten Anfang beschreiben kann, unter welche Bedingungen eine Vorstellung von dem Großen und Ganzen möglich ist, ob die Beschreibung des Universums sich mit einem Bedürfnis nach Sinn verbinden lässt, welche Rolle die Alltagssprache in der Vermittlung der physikalischen Erkenntnis spielt. Harald Lesch hat aber auch Grundfragen der Physik skizziert, die heute virulent sind, insbesondere die Frage, wie die beiden großen Theoriezusammenhänge Quantenphysik und Relativitätstheorie miteinander verbunden werden können. Lesch macht in dem Gespräch auch seine persönliche Glaubenshaltung als evangelischer Christ deutlich.

Was ist ein Anfang?

Was ist der Anfang von allem? Aller Anfang ist schwer sagt der Volksmund – das trifft auch schon auf den Versuch zu, erst einmal genau zu bestimmen, was überhaupt mit einem Anfang gemeint ist! Im Alltag ist das klar: wir setzen einen Anfang, wir beginnen etwas. Aber wir können ein Spiel beginnen, der Schiedsrichter pfeift das Spiel an. Er setzt damit einen Anfang. Anfänge sind in diesem Zusammenhang mit menschlichen Handlungen verbunden. Menschen setzen durch ihr Handeln einen Anfang.

Gibt es dann auch einen Anfang in der Physik? Kennt die Natur, so wie sie die Physik beschreibt, einen Anfang? Natürlich spielt auch in der Physik das menschliche Handeln eine große Rolle. Das gilt etwa für Experimente. Hier kann man einen Anfangspunkt t0 definieren, an dem das Experiment startet. Doch kann man auch solch einen ausgezeichneten Zeitpunkt t0 in der Natur beobachten? Es gilt offenkundig: einen Anfangspunkt setzt man, man findet ihn aber nicht. In der Beschreibung der physikalischen Zeit ist jeder Zeitpunkt gleich berechtigt. Deshalb gibt es keine ausgezeichneten Zeitpunkte. Wenn man einen Zeitpunkt t0 als Anfang definiert, dann kann man stets fragen: Und was geschah davor, also zu einem Zeitpunkt (t0 –t)?!

Es ist also nicht abwegig, davon zu reden, dass die Rede vom Anfang aus dem Alltag in die Physik importiert wird. Wir setzen als Menschen einen Anfang, aber es gibt in der wissenschaftlichen Beschreibung der Natur keine Zeitpunkte, die als Anfang ausgezeichnet wären. Auch biologisch sind Anfänge schwer zu bestimmen. So scheint es nahezu unmöglich zu bestimmen, wann genau etwa Leben anfängt. Das, was man biologisch beschreiben kann, zeigt sich als kontinuierlicher Prozess, da ist nirgendwo wo eine Zäsur, ein klarer Ausgangspunkt.

Aber redet nicht die Kosmologie von einem Anfang, dem Urknall? Dieser Anfang ist zudem ein besonderer Anfang, weil er der Anfang von allem ist. Doch was ist mit dem Urknall als dem Anfang von allem genau gemeint? Dieser Zeitpunkt erfasst zunächst einmal eine so genannte Singularität – eine physikalische Größe nimmt zu einem bestimmten Zeitpunkt beliebig große Werte an: Die Massedichte des Universums war vor etwa 13,7 Mrd Jahren beliebig groß. Das scheint ein ausgezeichneter Zeitpunkt der Physik zu sein. Aber ist es auch ein Anfang? Dieser Anfang nicht so eindeutig wie jene, die wir im Alltag setzen. Auch hier gilt, dass man durchaus fragen kann, was davor war. So gibt es kosmologische Theorien, die gehen davon aus, dass sich das Universum immer wieder ausdehnt und zusammenzieht und wieder ausdehnt…

Die entscheidende Frage ist, ob mit dem Anfang nicht etwas in die Physik eingetragen worden ist, was hier aber keinen Ort hat. Die Rede von einem Anfang der Welt stammt aus mythischen Erzählungen. Erzählungen haben einen Anfang. Sie berichten von einem Anfang, weil sie von Wesen berichten, die handeln. So auch der biblische Schöpfungsbericht: Er redet von einem Anfang, hier setzt Gott einen Anfang. „Am Anfang schuf Gott Himmel und Erde“. Das ist nah bei unserem Alltagsverständnis. Ein Akteur setzt einen Anfang. Vermenschlichen wir da Gott? Oder ist es nicht vielmehr so, dass aus Gottes Vermögen, einen Anfang zu setzen, sich das menschliche Vermögen ableitet? Das letztere wäre die theologische Deutung. Offenkundig hängt auf jeden Fall die Rede vom Anfang mit einer Handlung zusammen. Wie steht es dann von der Rede eines Anfangs in der Physik? In der physikalischen Welt handelt keiner. Insofern ist die Rede von einem Anfang des Universums heikel.