Sonntag, 11. Dezember 2016

Vor und nach dem Urknall – eine Welt voller Theorien

Über die Entstehung der Welt zu spekulieren, reizte Menschen immer. Zuerst versuchten Theologen überzeugende Antworten zu geben. Nach ihrem Rückzug übernahmen theoretische Physiker diese Aufgabe. Die spezielle Branche heißt Kosmologie. Der englische Wissenschaftsjournalist Brian Clegg (*1955) hat sich auch dieses Themas angenommen, Sein Buch Vor dem Urknall, das 2013 erschien, geht im lockeren Stil allen erklärenden Theorien nach, die Menschen bisher in die Welt setzten. Der Untertitel heißt: Eine Reise hinter den Anfang der Zeit. Das Buch selbst zu lesen, würde ich nur empfehlen, wenn Sie Unterhaltung durch Bücher suchen, Sie aber für Kriminal- oder Liebesgeschichten wenig übrig haben.

Fremde Heranführungen

Auf dem Buchrückdeckel äußerte sich der Verlag wie folgt:

Wenn das Universum aus dem Urknall hervorging – woher kam er dann, und was war davor? Die Idee des «Big Bang» hat mehr Fragen aufgeworfen als beantwortet, aber noch ist sie die favorisierte Theorie über den Beginn des Universums – möglicherweise nicht mehr lange. In «Vor dem Urknall» setzt sich der gefeierte Autor Brian Clegg mit dieser bemerkenswerten Theorie auseinander und gibt einen einzigartigen Überblick über die Ursprünge des Universums: von den frühesten Schöpfungsmythen über die Erkenntnis, dass die Milchstraße nur eine von vielen Galaxien ist, bis hin zu den anhaltenden Diskussionen über Schwarze Löcher und Dunkle Materie. Dabei gelingt es dem Autor, den Leser unterhaltsam und verständlich durch einen ganzen Parcours verblüffender kosmologischer Phänomene zu führen. Aber dann stellt Clegg das Konzept des Urknalls selbst auf den Prüfstand und wirft auch die philosophische Frage auf, warum wir nicht aufhören können, den Ursprung des Universums immer wieder neu zu überdenken. Populärwissenschaft vom Feinsten, informativ, kontrovers, ungeheuer fesselnd – und eine Reise hinter den Anfang der Zeit.

‚Gottes letzter Schlupfwinkel‘ so war 2012 eine Rezension im Bild der Wissenschaft von Wolfgang Steinicke überschrieben. Als Physiker hob er die Schwächen und diverse Fehler des Buches hervor. Am Schluss schrieb er:

Keine Frage, es muss erlaubt sein, über den Tellerrand hinaus zu denken, so wie es einst die Bewohner der "Erdscheibe" vorgemacht haben. Die Sache endet für mich aber da, wo nur noch mit mathematischen Tricks gearbeitet wird. Diesen unseligen Pfad beschreitet seit geraumer Zeit die Stringtheorie, und jüngst hat sogar der angesehene Roger Penrose in seinem Buch "Zyklen der Zeit" ein Beispiel geliefert. … Dann kann man gleich mit Max Tegmark darüber spekulieren, ob nicht ein "mathematisches Multiversum" die oberste Stufe der Schöpfung sei. In dessen Parallelwelten sind alle möglichen Formeln Realität – also auch "Kraft = Masse mal Beschleunigung hoch Zehn". Was würde wohl der alte Newton dazu sagen? Was dagegen wirklich gefragt wäre, sind substanzielle Gedanken über das Wesen von Raum, Zeit und Materie im Hier und Jetzt. Theoretiker, für die das Wort "Experiment" ein Fremdwort ist, sollten aus den theoretischen Sackgassen lernen und sich lieber auf die vielen physikalischen Baustellen unseres Heimatuniversums konzentrieren. Brian Clegg gibt schmerzfrei zu, dass die Theorie des "Big Bang" mehr Fragen aufgeworfen, als beantwortet hat. Also bitte: Wo sind die Antworten?

Einige Leseüberbleibsel

Beim Lesen von Cleggs Buch vor einigen Wochen fielen mir einige Aussagen und Zitate besonders auf. Ich gebe sie zunächst unkommentiert wieder:

- Schöpfungsmythen gibt es in allen Weltreligionen.

- Um zu verstehen, was vor dem Urknall war, helfen uns die Theorien über das, was nach dem Urknall geschah.

- Jede Wissenschaft ist entweder Physik oder Briefmarkensammeln (Ernest Rutherford).

- Eine Theorie ist nur so gut wie die Daten, die sie aufrechthalten. Nur ein schlechter Wissenschaftler stellt Daten in Frage.

- Galaxien überschreiten nie die Lichtgeschwindigkeit hinsichtlich ihres Raums. Sie können sich aber anderen Galaxien gegenüber schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.

- Alles ist aus einem Elektron-Positron-Paar entstanden, das sich total in Energie verwandelte. Diese hat sich später in Teilchenpaare umgewandelt (Ernest Sternglass)

- Die Inflation des Universums entstand, da die Gravitation sich nach 10 hoch -35 Sekunden umdrehte. Das Universum wurde 10 hoch 35 Mal größer. Das Ganze wurde durch Quanteneffekte bzw. Fluktuationen verursacht (Alan Guth).

- Das Hintergrundrauschen gilt als Relikt des Urknalls. Es ist eine Temperaturstrahlung von 3 Grad Kelvin.

- Die COBE-Sonde macht Messungen von der Erde, die mit 600.000 Stundenkilometern durch das Weltall saust.

- Wir haben zu viel Lithium. Außerdem werden dunkle Materie und Energie benötigt für das Urknall-Modell.

- Die String-Theorie muss richtig sein, weil viel Geld und Karrieren investiert werden. Sie ist nicht falsifizierbar.

- Die Fluchtgeschwindigkeit von der Erde ist 11,2 km/s. Sie kann geringer sein, wenn nach dem Abschuss weiter beschleunigt wird.

- Anstatt des Urknalls können es auch zusammenstoßende Branen gewesen sein (Neil Turog, Paul Steinhardt). Oder aber das Universum wurde auf einem Strudel zurückgespült (Christiano Germani).

- Möglich ist auch eine Große Quetsche (Big Crunch) vor dem Urknall. Sie verformte das Universum aber nur teilweise.

- Die Informationsspeicherungskapazität des Universums ist unzerstörbar (!!!). Das folgt aus dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik. Die Entropie ist ein Maß für Unordnung. Sie kann in einem geschlossenen System nur zunehmen oder gleich bleiben, nicht abnehmen. Die Erde ist kein geschlossenes System, da sie von der Sonne mit Energie versorgt wird. [Ist das Universum wirklich ein geschlossenes System?]

- Man kann Buchstaben durcheinanderbringen, aber nicht die Klötze verlieren, auf denen sie gespeichert sind (!!!). Fällt Materie in ein Schwarzes Loch, muss die Information darüber im Schwarzschild-Horizont gespeichert werden.

- Wenn zwischen verschränkten Teilchen keine Entfernung besteht, dann gibt es auch keine Probleme.

- Im Quantenpotenzial ist Entfernung ein verzichtbares Konzept (David Bohm).

- Es gibt keine definitive Antwort zu der Frage, was vor dem Urknall war.

Zusammenfassung

Wie gesagt, dieses Buch wirft viele Fragen auf, die es unbeantwortet lässt. Ob es zu einigen dieser Fragen inzwischen konkrete Antworten gibt, weiß ich nicht. Vielleicht reizt dies die Physiker unter den Lesern, meine Wissenslücken zu füllen. Für zusätzliche Theorien habe ich derzeit keinerlei Bedarf, auch wenn sie noch so ausgefallen sind.

1 Kommentar:

  1. Hans Diel aus Sindelfingen schrieb:

    In den letzten Wochen habe ich auch zwei Bücher über Kosmologie und Urknall gelesen. Im Wesentlichen gehen die beiden Bücher, die ich gelesen habe, in die gleiche Richtung wie das von Ihnen gelesene Buch von Brian Clegg, nämlich (1) Beschreibung der Urknalltheorie inklusive neuerer Theorie-Ergänzungen und neuerer Beobachtungen aus der Astronomie und (2) Beschreibung, wo es noch Widersprüche und offene Fragen gibt. Die zwei Bücher sind:

    [1] Hans Jörg Fahr: Mit oder ohne Urknall, das ist hier die Frage. 2016
    [2] Helmut Satz: Kosmische Dämmerung – Die Welt vor dem Urknall. 2016

    Fahr ist emeritierter Professor für Astrophysik. Entsprechend ist sein Buch voll von Beschreibungen der vielen neueren Beobachtungen und Entdeckungen, die es in den letzten Jahrzehnten in der Astronomie gab. Der Titel seines Buches zeigt schon, dass Fahr große Zweifel hat an der Richtigkeit der Urknalltheorie. Der genauere Inhalt des Buches gibt mir eher das Gefühl, dass Fahr prinzipiell an einen Urknall glaubt (oder sogar an weitere „Mini-Urknalle“), dass er jedoch zu viele offene Fragen bei der traditionellen Urknalltheorie sieht. In seinem letzten Kapitel „Lässt sich das Ganze überhaupt denken?“ wird Fahr philosophisch und äußert ̶ für mich überzeugend ̶ Zweifel, ob der Mensch jemals in der Lage sein wird, aus den wenigen historischen Daten eine überzeugende Theorie des Urknalls oder von etwas Ähnlichem zu entwickeln.

    Satz ist emeritierter Professor der Quantenfeldtheorie. In seinem Buch liegt der Schwerpunkt auf der Einbettung der verschiedenen neueren Erweiterungen der Urknalltheorie in die Quantenfeldtheorie. Er beschreibt sehr ausführlich verschiedene Phasen und Phasenübergänge für die Zeit vor, während und nach dem Urknall im Licht der Quantenfeldtheorie. Für mich wurden damit Theorien. die ich bisher als „sehr spekulativ“ eingeordnet habe (beispielsweise die Inflationstheorie) auf den Status „einigermaßen fundiert spekulativ“ angehoben. Satz erwähnt auch an mehreren Stellen, dass die Theorien noch nicht allgemein akzeptiert sind und dass auch dann, wenn die Theorien akzeptiert würden, noch viele Fragen offen sind. Er ist jedoch insgesamt deutlich optimistischer als Fahr. Er nennt das, was er beschreibt, die „neue Kosmologie“, die einige Probleme der „alten Kosmologie“ gelöst oder umgangen hat.

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