Der große Entwurf

STEPHEN H A W K I N G L E O N A R D

M L O D I N O W

DER GROSSE ENTWURF

Eine neue Erklärung des Universums

Deutsch von Hainer K o b e r

Rowohlt

INHALT

K A P I T E L

I



D a s G e h e i m n i s des Seins 9

K A P I T E L

2



D i e H e r r s c h a f t des G e s e t z e s

K A P I T E L

3



W a s ist W i r k l i c h k e i t ?

K A P I T E L

17

4

37



Alternative Geschichten 59

K A P I T E L

5



Die Theorie von Allem 85

K A P I T E L

6



Unser Universum wählen 1 2 1

K A P I T E L

7



D a s scheinbare Wunder 1 4 5

K A P I T E L

8



Der große Entwurf 1 6 5

Danksagung 1 7 9

Glossar 1 8 0

Register 1 8 3

KAPITEL I

DAS GEHEIMNIS

DES SEINS

#

#•

#•

W

k u r z e Z e i t u n d er­

A u f f a s s u n g , g a n z a n d e r s s o g a r als d a s B i l d , d a s

forschen in dieser Z e i t nur einen klei­

w i r vielleicht n o c h v o r ein o d e r z w e i J a h r z e h n ­

nen Teil des U n i v e r s u m s . D o c h der M e n s c h ist

ten gezeichnet hätten. T r o t z d e m reichen die ers­

IR

E X I S T I E R E N

N U R

eine neugierige Spezies. W i r staunen u n d suchen

ten E n t w ü r f e des neuen K o n z e p t s fast h u n d e r t

nach A n t w o r t e n . D a die M e n s c h e n n u n e i n m a l

Jahre zurück.

in dieser riesigen, m a l gütigen, m a l g r a u s a m e n

Nach

der

traditionellen

Auffassung

vom

Welt leben und in den unermesslichen H i m m e l

U n i v e r s u m b e w e g e n sich O b j e k t e auf g e n a u be­

über ihnen blicken, stellen sie sich v o n jeher

stimmten Bahnen und haben genau bestimmte

eine Fülle v o n F r a g e n . W i e k ö n n e n w i r die Welt

G e s c h i c h t e n . W i r k ö n n e n ihren e x a k t e n Auf­

verstehen, in der w i r leben? W i e v e r h ä l t sich

enthaltsort z u j e d e m Z e i t p u n k t a n g e b e n . Z w a r

das U n i v e r s u m ? W a s ist d a s W e s e n der W i r k ­

reicht diese B e s c h r e i b u n g für alltägliche Z w e ­

lichkeit? W o h e r k o m m t das alles? B r a u c h t d a s

c k e a u s , d o c h i n den z w a n z i g e r J a h r e n ent­

U n i v e r s u m einen Schöpfer? D i e meisten v o n uns

deckte m a n , d a s s dieses « k l a s s i s c h e » Bild d a s

verbringen nicht ü b e r m ä ß i g viel Z e i t mit diesen

s c h e i n b a r b i z a r r e V e r h a l t e n a u f der a t o m a r e n

F r a g e n , d o c h fast alle m a c h e n w i r uns hin u n d

u n d s u b a t o m a r e n E b e n e unserer Welt nicht er­

wieder darüber Gedanken.

k l ä r e n k o n n t e . M a n b r a u c h t e a l s o einen a n d e ­ ren E r k l ä r u n g s r a h m e n , die s o g e n a n n t e Q u a n ­

Traditionell sind das F r a g e n für die P h i l o ­

tenphysik.

sophie, d o c h die P h i l o s o p h i e ist tot. Sie hat mit den neueren E n t w i c k l u n g e n in der N a t u r w i s ­

Q u a n t e n t h e o r i e n h a b e n sich bei V o r h e r s a ­

senschaft, v o r allem in der P h y s i k , nicht Schritt

gen ü b e r E r e i g n i s s e a u f m i k r o s k o p i s c h e n G r ö ­

gehalten. Jetzt sind es die N a t u r w i s s e n s c h a f t l e r ,

ß e n s k a l e n als b e m e r k e n s w e r t g e n a u e r w i e s e n ,

die mit ihren E n t d e c k u n g e n die S u c h e n a c h E r ­

r e p r o d u z i e r e n a b e r a u c h , w e n n m a n sie a u f die

kenntnis v o r a n b r i n g e n . D a s v o r l i e g e n d e B u c h

m a k r o s k o p i s c h e n V e r h ä l t n i s s e unserer A l l t a g s ­

soll A n t w o r t e n liefern, die d u r c h j ü n g e r e Ent­

w e l t a n w e n d e t , die V o r h e r s a g e n der alten, k l a s ­

deckungen und theoretische Fortschritte n a h e ­

sischen T h e o r i e n .

gelegt w e r d e n . Sie führen uns zu einer neuen

k l a s s i s c h e P h y s i k beruhen auf g a n z v e r s c h i e d e ­

Vorstellung v o m U n i v e r s u m u n d u n s e r e m Platz

nen A u f f a s s u n g e n v o n der p h y s i k a l i s c h e n W i r k ­

darin, die g a n z anders ist als die traditionelle

lichkeit.

ii

Doch

Quantentheorie

und

KAPITEL

i: DAS

GEHEIMNIS

DES

SEINS

Q u a n t e n t h e o r i e n lassen sich auf viele ver­ schiedene A r t e n f o r m u l i e r e n , a b e r die w a h r ­ scheinlich a n s c h a u l i c h s t e B e s c h r e i b u n g lieferte R i c h a r d (Dick) F e y n m a n , ein schillernder C h a ­ rakter, der a m C a l i f o r n i a Institute o f T e c h n o ­ l o g y arbeitete u n d ein p a a r H ä u s e r w e i t e r in einem

Striplokal

die

Bongotrommel

schlug.

L a u t F e y n m a n hat ein S y s t e m nicht n u r eine G e s c h i c h t e , s o n d e r n jede i r g e n d m ö g l i c h e G e ­ schichte. A u f der S u c h e n a c h unseren A n t w o r ­ ten w e r d e n w i r F e y n m a n s A n s a t z n o c h einge­ hender e r k l ä r e n u n d mit seiner H i l f e der T h e s e n a c h g e h e n , d a s s d a s U n i v e r s u m selbst keine e i n m a l i g e G e s c h i c h t e u n d n o c h nicht e i n m a l eine u n a b h ä n g i g e E x i s t e n z hat. D a s halten s o ­ g a r viele P h y s i k e r für eine r a d i k a l e Idee. Tat­

« . . . und das ist meine Philosophie.»

s ä c h l i c h scheint sie, w i e viele K o n z e p t e der modernen

Naturwissenschaft,

dem

gesunden

w i n n e n , die D i n g e seien s o , w i e sie erscheinen,

M e n s c h e n v e r s t a n d z u w i d e r s p r e c h e n . D o c h der

das heißt s o , w i e sie durch unsere Sinne w a h r g e ­

g e s u n d e M e n s c h e n v e r s t a n d stützt sich a u f A l l ­

n o m m e n w e r d e n . D o c h der s p e k t a k u l ä r e E r f o l g

t a g s e r f a h r u n g u n d nicht a u f d a s U n i v e r s u m , w i e

der m o d e r n e n P h y s i k mit ihren K o n z e p t e n , die,

es uns d u r c h die W u n d e r w e r k e der m o d e r n e n

w i e F e y n m a n s A n s a t z , i m W i d e r s p r u c h zur A l l ­

T e c h n i k o f f e n b a r t w i r d , die uns tief ins Innere

t a g s e r f a h r u n g stehen, hat diese A n n a h m e w i ­

des A t o m s u n d z u r ü c k bis zu den A n f ä n g e n des

derlegt. D a s n a i v e W i r k l i c h k e i t s v e r s t ä n d n i s ist

U n i v e r s u m s s c h a u e n lassen.

nicht mit der m o d e r n e n P h y s i k zu v e r e i n b a r e n .

V o r A n b r u c h der m o d e r n e n P h y s i k w a r m a n

Bei der A u s e i n a n d e r s e t z u n g mit diesen P a r a d o ­

a l l g e m e i n der M e i n u n g , alles W i s s e n ü b e r die

x i e n w e r d e n w i r uns a n einen A n s a t z halten,

Welt lasse sich d u r c h direkte B e o b a c h t u n g ge-

den w i r m o d e l l a b h ä n g i g e n R e a l i s m u s nennen.

KAPITEL

i : DAS

GEHEIMNIS

DES

SEINS

D a b e i gehen w i r v o n der Ü b e r l e g u n g a u s , dass

lässt? N o c h k e n n e n w i r k e i n e v e r b i n d l i c h e A n t ­

unsere G e h i r n e den Input v o n unseren Sinnes­

w o r t auf diese F r a g e , a b e r w i r h a b e n eine K a n ­

o r g a n e n interpretieren, i n d e m sie ein M o d e l l

didatin für eine e n d g ü l t i g e T h e o r i e v o n A l l e m ,

der Welt anfertigen. W e n n es einem solchen

w e n n e s sie denn g i b t : die s o g e n a n n t e M - T h e o ­

M o d e l l gelingt, Ereignisse zu e r k l ä r e n , billigen

rie. Sie ist d a s einzige M o d e l l , d a s alle E i g e n ­

w i r in der R e g e l ihm s o w i e den E l e m e n t e n u n d

schaften besitzt, w e l c h e die letztgültige T h e o r i e

K o n z e p t e n , aus denen es besteht, den Status

unserer M e i n u n g n a c h h a b e n m ü s s t e . A u f diese

der W i r k l i c h k e i t o d e r a b s o l u t e n W a h r h e i t zu.

T h e o r i e stützt sich d a h e r ein G r o ß t e i l unserer

D o c h es k a n n verschiedene M ö g l i c h k e i t e n zur

späteren E r ö r t e r u n g e n .

M o d e l l i e r u n g ein u n d derselben p h y s i k a l i s c h e n Situation

geben, w o b e i

D i e M - T h e o r i e ist keine T h e o r i e i m üblichen

j e w e i l s verschiedene

Sinn. Sie besteht a u s einer g a n z e n F a m i l i e ver­

fundamentale Elemente und K o n z e p t e v e r w e n ­

schiedener T h e o r i e n , deren jede nur für einen

det w e r d e n . W e n n z w e i solche p h y s i k a l i s c h e n

Teilbereich p h y s i k a l i s c h e r S i t u a t i o n e n eine gute

T h e o r i e n o d e r M o d e l l e dieselben Ereignisse e x ­

B e s c h r e i b u n g liefert. Sie hat d a m i t eine g e w i s s e

akt v o r h e r s a g e n , lässt sich nicht b e h a u p t e n , d a s

Ä h n l i c h k e i t m i t einer L a n d k a r t e . B e k a n n t l i c h

eine sei realer als d a s a n d e r e , d a h e r steht es uns

k a n n m a n nicht die g a n z e E r d o b e r f l ä c h e auf ei­

frei, uns an das p r a k t i k a b l e r e zu halten.

ner einzigen K a r t e w i e d e r g e b e n . D i e bei Welt­

Im L a u f e der Wissenschaftsgeschichte h a b e n

karten übliche M e r c a t o r - P r o j e k t i o n lässt G e ­

w i r eine F o l g e i m m e r besserer T h e o r i e n o d e r

biete i m h o h e n N o r d e n u n d tiefen S ü d e n i m m e r

M o d e l l e entdeckt - v o n Piaton ü b e r die k l a s ­

g r ö ß e r erscheinen u n d erfasst den N o r d - u n d

sische T h e o r i e N e w t o n s bis hin zur m o d e r n e n

S ü d p o l ü b e r h a u p t nicht mehr. U m die g a n z e

Q u a n t e n t h e o r i e . D a liegt die F r a g e n a h e : W i r d

E r d e w i r k l i c h k e i t s g e t r e u a b z u b i l d e n , benötigt

diese F o l g e i r g e n d w a n n ihren E n d p u n k t errei­

m a n m e h r e r e K a r t e n , deren jede eine begrenzte

chen, die endgültige T h e o r i e des U n i v e r s u m s ,

R e g i o n darstellt. D o r t , w o diese K a r t e n e i n a n ­

die alle K r ä f t e umfasst und jede m ö g l i c h e B e ­

der ü b e r l a p p e n , zeigen sie dieselbe L a n d s c h a f t .

o b a c h t u n g v o r h e r s a g t , o d e r w e r d e n w i r fort­

Ä h n l i c h v e r h ä l t e s sich mit der M - T h e o r i e . D i e

w ä h r e n d auf i m m e r bessere T h e o r i e n stoßen,

einzelnen M i t g l i e d e r der M - T h e o r i e f a m i l i e m ö ­

aber nie auf eine, die sich nicht m e h r v e r b e s s e r n

gen sehr v e r s c h i e d e n a u s s e h e n , lassen sich a b e r

'3

K A P I T E L

I :

DAS

G E H E I M N I S

alle

Möglicherweise bedarf es einer Reibe einander überschneidender Theorien, um das Uni­ versum darzustellen, genauso wie es einander über­ lappender Karten bedarf, um die Erde darzustellen.

W E L T K A R T E

-

D E S

S E I N S

als A s p e k t e derselben zugrundeliegenden

T h e o r i e auffassen. Sie sind Spielarten der T h e o ­ rie, die sich nur in g e w i s s e n G r e n z e n a n w e n d e n lassen, e t w a w e n n bestimmte G r ö ß e n w i e die E n e r g i e klein sind. W i e die ü b e r l a p p e n d e n K a r ­ ten einer M e r c a t o r - P r o j e k t i o n sagen sie dort,

14

KAPITEL

i: DAS

GEHEIMNIS

DES

SEINS

w o sich die R e i c h w e i t e n verschiedener V e r s i o ­

diejenigen U n i v e r s e n , die mit unserer E x i s t e n z

nen überschneiden, dasselbe P h ä n o m e n vorher.

v e r e i n b a r sind. O b w o h l w i r n a c h k o s m i s c h e n

D o c h w i e keine flache K a r t e eine befriedigende

M a ß s t ä b e n nur w i n z i g und u n b e d e u t e n d sind,

W i e d e r g a b e der g e s a m t e n E r d o b e r f l ä c h e ist, so

w e r d e n w i r d a d u r c h i n g e w i s s e m Sinne z u den

stellt auch keine einzelne T h e o r i e für sich allein

H e r r e n der S c h ö p f u n g .

die B e o b a c h t u n g e n in allen Situationen treffend dar.

U m d a s U n i v e r s u m a u f fundamentalster E b e n e

W i r w e r d e n darlegen, inwiefern die M - T h e o ­

zu verstehen, m ü s s e n w i r nicht n u r w i s s e n , wie

rie A n t w o r t e n auf die S c h ö p f u n g s f r a g e geben

sich d a s U n i v e r s u m v e r h ä l t , s o n d e r n a u c h war­

k a n n . N a c h der M - T h e o r i e ist unser Univer­

um.

sum nicht das einzige, sondern eines unter ei­

•

ner Vielzahl v o n U n i v e r s e n , die a u s d e m N i c h t s

Warum gibt es

etwas

und nicht einfach

nichts?

geschaffen w u r d e n . Ihre S c h ö p f u n g ist nicht

•

Warum

existieren

auf die Intervention eines übernatürlichen We­

•

Warum

dieses

sens oder G o t t e s a n g e w i e s e n . V i e l m e h r ist diese

zen

und

nicht

wir?

besondere

System

irgendein

anderes?

von

Geset­

Vielfalt v o n Universen eine natürliche F o l g e der physikalischen Gesetze, eine naturwissenschaft­

D a s ist die letztgültige F r a g e n a c h d e m L e b e n ,

liche V o r h e r s a g e . J e d e s U n i v e r s u m hat viele

d e m U n i v e r s u m und d e m g a n z e n R e s t . W i r w e r ­

mögliche Geschichten und viele m ö g l i c h e Z u ­

den v e r s u c h e n , sie in diesem B u c h zu b e a n t w o r ­

stände in späteren Z e i t e n , d a s heißt in Z e i t e n

ten. A l l e r d i n g s w i r d unsere A n t w o r t a n d e r s als

w i e der g e g e n w ä r t i g e n , lange nach seiner Er­

in Per Anhalter durch

schaffung. D i e meisten dieser Z u s t ä n d e w e r d e n

« 4 2 » lauten.

g a n z anders sein als das U n i v e r s u m , d a s w i r be­ obachten, und g a n z ungeeignet für die E x i s t e n z irgendwelcher L e b e n s f o r m e n . N u r eine g a n z ge­ ringe A n z a h l w ü r d e die E x i s t e n z v o n G e s c h ö p ­ fen w i e uns zulassen. D a h e r selektiert unsere A n w e s e n h e i t a u s dieser ungeheuren Z a h l nur

'5

die

Galaxis nicht einfach

KAPITEL 2

D I E HERRSCHAFT

DES GESETZES

Sköll heißt der Wolf, der der scheinenden

Gottheit

Folgt in die schützende Flut; Hati der andre, Eilt

der

G R I M N I S M Ä L ,

I

N

D E R

N O R D I S C H E N

M Y T H O L O G I E

jagen

Hrodwitnirs

Himmelsbraut

Sohn,

voraus.

Ältere Edda *

licher W e s e n a b h i n g e n , s o n d e r n v o n G e s e t z e n

S k ö l l und H a t i die S o n n e und den M o n d .

bestimmt wurden.

Wenn die W ö l f e einen der beiden H i m m e l s k ö r ­

O b w o h l e s unseren V o r f a h r e n s c h o n früh

per p a c k e n , gibt es eine Finsternis. D a n n k o m ­

g e l a n g , die B e w e g u n g e n einiger H i m m e l s k ö r ­

men die M e n s c h e n auf der E r d e der S o n n e o d e r

per zu p r o p h e z e i e n , v e r m o c h t e n sie die meisten

dem M o n d zu H i l f e , i n d e m sie - in der H o f f n u n g ,

N a t u r e r s c h e i n u n g e n nicht v o r h e r z u s a g e n .

die W ö l f e a b z u s c h r e c k e n - n a c h K r ä f t e n L ä r m

V u l k a n e , E r d b e b e n , S t ü r m e , Seuchen o d e r ein­

m a c h e n . In anderen K u l t u r e n gibt es ä h n l i c h e

g e w a c h s e n e F u ß n ä g e l - alle schienen sie o h n e

M y t h e n . D o c h mit der Z e i t m ü s s e n die M e n ­

erkennbare

Ursachen

oder

Ob

Regelmäßigkeiten

schen g e m e r k t h a b e n , dass S o n n e und M o n d

aufzutreten. I m A l t e r t u m w a r e s ü b l i c h , heftige

aus ihren Finsternissen rasch w i e d e r auftauch­

Naturereignisse

ten, ob sie nun schreiend umherliefen und a u f

oder bösartiger Gottheiten zuzuschreiben. Un­

G e g e n s t ä n d e einschlugen o d e r a u c h nicht. M i t

g l ü c k s f ä l l e galten häufig als Z e i c h e n dafür, d a s s

der Z e i t müssen sie d a n n g e m e r k t h a b e n , d a s s

m a n die G ö t t e r i r g e n d w i e g e k r ä n k t hatte. Bei­

einem

Pantheon

mutwilliger

die Finsternisse nicht einfach zufällig auftraten:

spielsweise b r a c h u m 5 6 0 0 v . Chr. der V u l k a n

Sie v o l l z o g e n sich in r e g e l m ä ß i g e n , sich w i e d e r ­

M o u n t M a z a m a i m heutigen O r e g o n a u s , ließ

holenden M u s t e r n . B e s o n d e r s deutlich zeigten

j a h r e l a n g G e s t e i n und g l ü h e n d e A s c h e h e r a b ­

sich diese M u s t e r bei den Verfinsterungen des

regnen u n d v e r u r s a c h t e die R e g e n f ä l l e , die im

M o n d e s , w a s die alten B a b y l o n i e r i n die L a g e

L a u f e der J a h r e den v u l k a n i s c h e n K r a t e r füll­

versetzte, M o n d f i n s t e r n i s s e ziemlich g e n a u v o r ­

ten, s o d a s s ein See, der heutige C r a t e r L a k e ,

herzusagen, o b w o h l ihnen nicht k l a r w a r , dass

entstand. E i n e L e g e n d e der K l a m a t h - I n d i a n e r

diese entstanden, w e i l der M o n d i m Schatten der

O r e g o n s g i b t jede g e o l o g i s c h e Einzelheit des

E r d e stand. Sonnenfinsternisse w a r e n s c h w i e r i ­

G e s c h e h e n s getreulich w i e d e r , versieht es a b e r

ger v o r h e r z u s a g e n , weil sie auf der E r d e nur in

zusätzlich mit e i n e m d r a m a t i s c h e n G l a n z l i c h t ,

einem K o r r i d o r v o n rund 5 0 K i l o m e t e r n Breite

indem sie einen M e n s c h e n als U r s a c h e der K a t a ­

zu sehen sind. D o c h s o b a l d die M u s t e r e i n m a l erkannt w a r e n , bestand kein Z w e i f e l m e h r dar­

*

an, dass sie nicht v o n den L a u n e n übernatür­

Grimnismäl, Das Lied von Grimnir, Stuttgart, C o t t a ,

1 8 7 6 , S. 1 8 .

•9

K A P I T E L

F I N S T E R N I S S E

­

2 :

D I E

H E R R S C H A F T

s

Unsere Vorfahren kannten die Ur­

sache der Finsternisse nicht, aber sie

bemerkten

t

r

o

P

D E S

h

e

b

e

G E S E T Z E S

n

e

n

n

t

-

D

i

e

menschliche Schuldbereit­

schaft ist so g r o ß , d a s s w i r i m m e r einen G r u n d

Muster in ihrem Auftreten.

zur Selbstbezichtigung finden. In der L e g e n d e entbrennt L l a o , der H ä u p t l i n g der Unterwelt, in L i e b e zu der s c h ö n e n M e n s c h e n t o c h t e r eines

20

K A P I T E L

2 :

D I E

H E R R S C H A F T

D E S

G E S E T Z E S

K l a m a t h - H ä u p t l i n g s . Sie a b e r w e i s t ihn z u r ü c k ,

k a m der G e d a n k e auf, die N a t u r k ö n n t e in ih­

und aus R a c h e versucht L l a o , die K l a m a t h

rem V e r h a l t e n g l e i c h b l e i b e n d e n , entschlüsselba­

durch F e u e r zu vernichten. G l ü c k l i c h e r w e i s e ,

ren Prinzipien folgen. S o b e g a n n der l a n g e P r o ­

so die L e g e n d e weiter, hat S k e l l , der H ä u p t l i n g

zess, der die V o r s t e l l u n g v o n der H e r r s c h a f t der

der O b e r w e l t , M i t l e i d mit den M e n s c h e n und

G ö t t e r schließlich d u r c h die eines U n i v e r s u m s

n i m m t den K a m p f mit seinem unterweltlichen

ersetzte, d a s v o n N a t u r g e s e t z e n b e s t i m m t w i r d

W i d e r p a r t auf. Schließlich stürzt der v e r w u n ­

und n a c h einem E n t w u r f erschaffen w u r d e , den

dete L l a o w i e d e r i n den M o u n t M a z a m a z u r ü c k

w i r eines T a g e s lesen k ö n n t e n .

und hinterlässt ein riesiges L o c h , den Krater,

A u f der Z e i t l e i s t e der m e n s c h l i c h e n

der sich schließlich mit W a s s e r füllt.

schichte

betrachtet,

ist

die

Ge­

wissenschaftliche

F o r s c h u n g eine g a n z neue B e s c h ä f t i g u n g . U n ­

U n k e n n t n i s der N a t u r g e s e t z e v e r a n l a s s t e die M e n s c h e n früherer Z e i t e n , G ö t t e r zu erfinden,

sere A r t , Homo sapiens,

e n t w i c k e l t e sich v o r

die in jeden A s p e k t des menschlichen L e b e n s

rund 2 0 0 0 0 0 Jahren in Schwarzafrika. Die

hineinregierten. E s g a b G ö t t e r für L i e b e u n d

Schriftsprache, das Produkt von Gesellschaften,

K r i e g , für S o n n e , E r d e und H i m m e l , für M e e ­

in deren M i t t e l p u n k t der G e t r e i d e a n b a u stand,

re und Flüsse, für R e g e n und G e w i t t e r , s o g a r

reicht nur bis e t w a 7 0 0 0 v. Chr. z u r ü c k . (Einige

für E r d b e b e n und V u l k a n e . W a r e n die G ö t t e r

der ältesten Inschriften betreffen d a s tägliche

zufrieden, schenkten sie den M e n s c h e n s c h ö ­

Q u a n t u m Bier, d a s j e d e m B ü r g e r z u g e s t a n d e n

nes Wetter und Frieden und v e r s c h o n t e n sie mit

w u r d e . ) D i e frühesten schriftlichen A u f z e i c h ­

N a t u r k a t a s t r o p h e n und K r a n k h e i t e n . W a r e n sie

nungen

verstimmt, schickten sie D ü r r e , K r i e g , Pestilenz

s t a m m e n a u s d e m 9. J a h r h u n d e r t v. Chr., d o c h

und andere Seuchen. D a die B e z i e h u n g z w i ­

die Blütezeit dieser Z i v i l i s a t i o n , die « k l a s s i s c h e

schen U r s a c h e und W i r k u n g in der N a t u r für

P e r i o d e », setzte einige h u n d e r t J a h r e später ein ­

der

a n t i k e n griechischen

Hochkultur

sie nicht ersichtlich w a r , erschienen diese G ö t t e r

k u r z v o r 5 0 0 v . Chr. L a u t A r i s t o t e l e s ( 3 8 4 - 3 2 2

als unergründlich und die M e n s c h e n ihnen auf

v. Chr.) e n t w i c k e l t e T h a i e s als E r s t e r den G e ­

G e d e i h und V e r d e r b ausgeliefert. D o c h d a s be­

d a n k e n , dass sich die Welt verstehen lässt, d a s s

g a n n sich v o r 2 6 0 0 J a h r e n mit T h a i e s v o n M i l e t

sich die k o m p l i z i e r t e n G e s c h e h n i s s e um uns

(um 6 2 4 v. C h r . - u m 5 4 6 v. Chr.) zu ä n d e r n . Es

h e r u m a u f einfachere Prinzipien z u r ü c k f ü h r e n

21

KAPITEL

2:

DIE

HERRSCHAFT

DES

GESETZES

u n d o h n e R ü c k g r i f f auf m y t h i s c h e o d e r t h e o l o ­

heutigen Sinne a u f den Ionier P y t h a g o r a s (um

gische D e u t u n g e n e r k l ä r e n lassen.

5 8 0 - 4 9 0 v . Chr.) z u r ü c k g e h t , der seinen R u h m

T h a i e s soll 5 8 5 v. C h r . als E r s t e r eine S o n ­

d e m n a c h ihm benannten L e h r s a t z v e r d a n k t :

nenfinsternis v o r h e r g e s a g t h a b e n , w e n n a u c h

D a s Q u a d r a t der L ä n g e der H y p o t e n u s e (der

die g r o ß e G e n a u i g k e i t seiner V o r h e r s a g e w a h r ­

längsten Seite) eines r e c h t w i n k l i g e n D r e i e c k s ist

scheinlich ein G l ü c k s t r e f f e r w a r . Er selbst bleibt

gleich der S u m m e der Q u a d r a t e der L ä n g e n der

im D u n k e l n , da er keine eigenen Schriften hin­

anderen beiden Seiten. P y t h a g o r a s soll das Z a h ­

terlassen hat. Seine H e i m a t s t a d t w a r eines der

lenverhältnis z w i s c h e n der Saitenlänge v o n M u ­

geistigen Z e n t r e n I o n i e n s , d a s v o n den G r i e ­

sikinstrumenten u n d der h a r m o n i s c h e n K o m b i ­

chen k o l o n i s i e r t w o r d e n w a r u n d dessen E i n ­

n a t i o n der T ö n e entdeckt h a b e n . H e u t e w ü r d e n

fluss a m E n d e v o n K l e i n a s i e n a u s w e i t n a c h

w i r dieses V e r h ä l t n i s w i e folgt beschreiben: Bei

Westen, bis n a c h Italien, reichte. I o n i s c h e W i s ­

g l e i c h b l e i b e n d e r S p a n n u n g ist die F r e q u e n z ­

senschaft zeichnete sich v o r a l l e m d u r c h d a s

die Z a h l der S c h w i n g u n g e n p r o S e k u n d e - ei­

B e s t r e b e n a u s , f u n d a m e n t a l e G e s e t z e zur E r k l ä ­

ner Saite u m g e k e h r t p r o p o r t i o n a l zur L ä n g e der

r u n g v o n N a t u r e r s c h e i n u n g e n z u e n t d e c k e n , ein

Saite.

e m i n e n t w i c h t i g e r M e i l e n s t e i n in der menschli­

I n der P r a x i s e r k l ä r t d a s , w a r u m eine B a s s ­

chen G e i s t e s g e s c h i c h t e . D i e s e P h i l o s o p h e n folg­

gitarre längere Saiten hat als eine n o r m a l e G i ­

ten der V e r n u n f t u n d g e l a n g t e n in vielen F ä l l e n

tarre. W a h r s c h e i n l i c h hat P y t h a g o r a s das nicht

zu ü b e r r a s c h e n d ä h n l i c h e n S c h l u s s f o l g e r u n g e n

wirklich

w i e w i r H e u t i g e n mit unseren h o c h k o m p l i z i e r ­

den L e h r s a t z entdeckt hat, der seinen N a m e n

ten M e t h o d e n u n d G e r ä t e n . E s w a r ein i m p o ­

trägt - , a b e r e s g i b t A n h a l t s p u n k t e dafür, dass

santer B e g i n n . D o c h i m L a u f e der J a h r h u n d e r t e

damals

w u r d e ein G r o ß t e i l der i o n i s c h e n W i s s e n s c h a f t

u n d T o n h ö h e z u m i n d e s t teilweise b e k a n n t w a r .

vergessen - und

dann wiederentdeckt

D a n n w ä r e diese einfache m a t h e m a t i s c h e F o r ­

o d e r w i e d e r erfunden, m a n c h m a l s o g a r m e h r

mel d a s erste Beispiel dessen, w a s w i r heute als

als e i n m a l .

theoretische P h y s i k kennen.

später

Formulierung

eines

Naturgesetzes

die

Beziehung

wenig,

zwischen

w i e er

Saitenlänge

N e b e n dieser p y t h a g o r e i s c h e n « S t r i n g t h e o ­

D i e L e g e n d e w i l l , dass die erste m a t h e m a ­ tische

entdeckt - g e n a u s o

r i e » - « S a i t e n t h e o r i e » - w a r e n den A l t e n nur

im

22

K A P I T E L

noch drei weitere

physikalische

2 :

D I E

Gesetze

H E R R S C H A F T

be­

Chr.), dem bei w e i t e m bedeutendsten P h y s i k e r beschrieben w u r d e n .

G E S E T Z E S

I O N I E N - Philosophen im antiken Ionien gehörten zu den ersten Gelehrten, die Naturerscheinungen durch Naturgesetze statt durch Mythen oder Theo­ logie erklärten.

kannt, die v o n A r c h i m e d e s (ca. 2 8 7 - 2 1 2 v .

der A n t i k e ,

D E S

In heutiger

T e r m i n o l o g i e erklärt das H e b e l g e s e t z , d a s s klei­ ne Kräfte große G e w i c h t e heben k ö n n e n , w e i l

2-3

KAPITEL

2:

DIE

HERRSCHAFT

DES

GESETZES

der H e b e l eine K r a f t g e m ä ß d e m V e r h ä l t n i s der

rie, die die M e n s c h h e i t e n t w i c k e l t e , als A n a x i ­

E n t f e r n u n g e n v o m D r e h p u n k t des H e b e l s ver­

m a n d e r meinte, die M e n s c h e n müssten sich aus

stärkt. D a s A u f t r i e b s g e s e t z besagt, d a s s auf je­

a n d e r e n T i e r e n mit w i d e r s t a n d s f ä h i g e r e n J u n ­

den G e g e n s t a n d , der in eine F l ü s s i g k e i t g e t a u c h t

gen e n t w i c k e l t h a b e n . A u f Sizilien b e o b a c h ­

w i r d , eine a u f w ä r t s g e r i c h t e t e K r a f t w i r k t , die

tete E m p e d o k l e s (um 4 9 0 - u m 4 3 0 v . Chr.) die

gleich d e m G e w i c h t der v e r d r ä n g t e n F l ü s s i g k e i t

V e r w e n d u n g eines G e r ä t s n a m e n s K l e p s y d r a .

ist. U n d d a s R e f l e x i o n s g e s e t z stellt fest, d a s s der

Es handelte sich um ein gelegentlich auch als

W i n k e l z w i s c h e n einem L i c h t s t r a h l u n d einem

S c h ö p f k e l l e benutztes k u g e l f ö r m i g e s G e f ä ß mit

Spiegel gleich d e m W i n k e l z w i s c h e n d e m S p i e ­

offenem H a l s u n d kleinen L ö c h e r n im B o d e n . In

gel u n d d e m reflektierten S t r a h l ist. A l l e r d i n g s

W a s s e r getaucht, füllte sich die K l e p s y d r a , und

bezeichnete A r c h i m e d e s sie nicht als G e s e t z e

w e n n m a n d a n n den offenen H a l s verschloss,

u n d e r k l ä r t e sie a u c h nicht d u r c h V e r w e i s a u f

ließ sich die K l e p s y d r a h e r a u s h e b e n , o h n e dass

Beobachtungen

Stattdessen

das W a s s e r durch die L ö c h e r ablief. A u ß e r d e m

b e h a n d e l t e er sie, als w ä r e n sie rein m a t h e m a t i ­

b e o b a c h t e t e E m p e d o k l e s , dass sich eine einge­

und

Messungen.

sche L e h r s ä t z e in einem a x i o m a t i s c h e n S y s t e m

tauchte K l e p s y d r a nicht füllte, w e n n m a n v o r ­

w i e j e n e m , d a s E u k l i d für die G e o m e t r i e e n t w i ­

her den H a l s v e r s c h l o s s . D a r a u s folgerte er, dass

ckelt hatte.

e t w a s U n s i c h t b a r e s das Wasser d a r a n hindern

M i t der A u s b r e i t u n g des i o n i s c h e n Einflus­

m ü s s e , d u r c h die L ö c h e r in die K u g e l einzudrin­

ses g e l a n g t e n a u c h a n d e r e zu der Ü b e r z e u g u n g ,

g e n ; er hatte den materiellen Stoff entdeckt, den

d a s s d a s U n i v e r s u m eine innere O r d n u n g be­

w i r Luft nennen.

sitze, die sich d u r c h B e o b a c h t u n g u n d V e r n u n f t

D e m o k r i t ( 4 6 0 - 3 7 0 v . C h r . ) , der aus einer io­

verstehen lasse. A n a x i m a n d e r ( u m 6 i o - u m 5 4 6

nischen K o l o n i e in N o r d g r i e c h e n l a n d s t a m m t e ,

v. C h r . ) , ein F r e u n d u n d m ö g l i c h e r w e i s e Schüler

überlegte e t w a zur gleichen Z e i t , w a s w o h l ge­

des T h a i e s , v e r t r a t die A n s i c h t , d a s s der erste

schehe, w e n n m a n einen G e g e n s t a n d in Stücke

M e n s c h , w e n n e r als S ä u g l i n g a u f die Welt g e ­

bricht o d e r schneidet. E r erklärte, m a n k ö n n e

k o m m e n w ä r e , nicht überlebt hätte, d a m e n s c h ­

den Prozess nicht endlos fortsetzen. Stattdessen

liche S ä u g l i n g e bei G e b u r t hilflos sind. E s w a r

behauptete er, dass alles, einschließlich aller L e ­

w o h l eine erste A h n u n g der E v o l u t i o n s t h e o ­

b e w e s e n , a u s f u n d a m e n t a l e n Teilchen bestehe,

2-4

KAPITEL

2:

DIE

HERRSCHAFT

DES

GESETZES

die sich nicht m e h r in kleinere Bestandteile zer­

t e l p u n k t unseres P l a n e t e n s y s t e m s sei, s o n d e r n

brechen o d e r zerschneiden ließen.

Er nannte

dass sie u n d die a n d e r e n Planeten die viel g r ö ­

diese kleinsten Teilchen A t o m e , n a c h d e m grie­

ßere S o n n e u m k r e i s e n . V o n der E r k e n n t n i s , d a s s

chischen A d j e k t i v für « u n t e i l b a r » . D e m o k r i t

die E r d e bloß ein Planet unter a n d e r e n ist, führt

g l a u b t e , dass jedes materielle P h ä n o m e n a u s

n u r ein k l e i n e r Schritt z u d e m G e d a n k e n , d a s s

der K o l l i s i o n v o n A t o m e n entstehe. N a c h seiner

a u c h unsere S o n n e nichts B e s o n d e r e s ist. G e n a u

Auffassung - dem sogenannten A t o m i s m u s ­

d a s v e r m u t e t e A r i s t a r c h u n d g l a u b t e , d a s s die

fliegen alle A t o m e durch den R a u m u n d b e w e ­

Sterne, die w i r i m N a c h t h i m m e l sehen, nichts

gen sich, w e n n sie nicht gestört w e r d e n , e n d l o s

a n d e r e s als ferne S o n n e n seien.

v o r w ä r t s . H e u t e bezeichnen w i r diese Idee als

D i e I o n i e r w a r e n n u r eine v o n vielen S c h u l e n

Trägheitsgesetz.

der altgriechischen P h i l o s o p h i e , die alle ihre ver­

Die revolutionäre Vorstellung, dass wir nur

schiedenen u n d häufig w i d e r s p r ü c h l i c h e n T r a d i ­

g a n z g e w ö h n l i c h e B e w o h n e r des U n i v e r s u m s

tionen hatten. L e i d e r hat d a s ionische V e r s t ä n d ­

sind u n d nicht in b e s o n d e r e r Weise d a d u r c h her­

nis der N a t u r - d a s s sie sich d u r c h a l l g e m e i n e

v o r g e h o b e n , dass w i r i n seinem Z e n t r u m leben,

G e s e t z e e r k l ä r e n u n d a u f eine R e i h e e i n f a c h e r

w u r d e erstmals v o n A r i s t a r c h (um 3 1 0 - u m

Prinzipien z u r ü c k f ü h r e n lasse - ihren m a c h t ­

2 3 0 v. Chr.) vertreten, einem der letzten ioni­

v o l l e n Einfluss nur einige w e n i g e J a h r h u n d e r t e

schen

seiner

a u s g e ü b t . D a s lag unter a n d e r e m d a r a n , dass

Naturwissenschaftler.

Nur

eine

B e r e c h n u n g e n ist überliefert, die k o m p l e x e g e o ­

ionische T h e o r i e n häufig k e i n e n R a u m für den

metrische A n a l y s e einiger sorgfältiger B e o b ­

Begriff des freien W i l l e n s , des Z w e c k s o d e r der

achtungen der G r ö ß e des E r d s c h a t t e n s a u f d e m

göttlichen I n t e r v e n t i o n in

M o n d , w e l c h e e r w ä h r e n d einer M o n d f i n s t e r n i s

ließen.

v o r g e n o m m e n hatte. A u s diesen D a t e n schloss

g e n , die m a n c h e m g r i e c h i s c h e n D e n k e r g e n a u s o

er, dass die S o n n e viel g r ö ß e r als die E r d e sein

verstörend

müsse. Vielleicht v o n d e m G e d a n k e n a u s g e ­

heute. B e i s p i e l s w e i s e lehnte der P h i l o s o p h E p i ­

hend, dass w i n z i g e O b j e k t e riesige u m k r e i s e n

k u r ( 3 4 1 - 2 7 0 v . Chr.) den A t o m i s m u s a b , w e i l

sollten u n d nicht u m g e k e h r t , hat er als erster

e s besser sei, « d e m M y t h o s über die G ö t t e r z u

M e n s c h behauptet, dass nicht die E r d e der M i t ­

folgen, als w i e ein S k l a v e der S c h i c k s a l s n o t ­

2

5

Das

waren

das Weltgeschehen

bestürzende

erschienen

wie

Unterlassun­

vielen

Menschen

K A P I T E L

2 :

D I E

H E R R S C H A F T

D E S

G E S E T Z E S

w e n d i g k e i t der N a t u r p h i l o s o p h e n Untertan z u

a u c h keine eindeutige U n t e r s c h e i d u n g z w i s c h e n

s e i n » / A u c h A r i s t o t e l e s lehnte den Begriff des

m e n s c h l i c h e n und p h y s i k a l i s c h e n Gesetzen. Im

A t o m s a b , w e i l e r nicht a k z e p t i e r e n k o n n t e , dass

fünften J a h r h u n d e r t v. Chr. schrieb A n a x i m a n ­

M e n s c h e n a u s unbeseelten, u n b e l e b t e n O b j e k ­

der, d a s s alle D i n g e a u s einer U r s u b s t a n z ent­

ten bestehen sollten. D i e i o n i s c h e I d e e , d a s s der

stünden und zu ihr z u r ü c k k e h r t e n , um nicht

M e n s c h nicht der M i t t e l p u n k t des U n i v e r s u m s

« R e c h t und Strafe für d a s Unrecht . . . » leisten

sei, w a r ein M e i l e n s t e i n für unser V e r s t ä n d n i s

zu müssen.** U n d laut d e m ionischen P h i l o s o ­

des K o s m o s , w u r d e a b e r leider fallengelassen

p h e n H e r a k l i t (um 5 3 5 - u m 4 7 5 v . Chr.) ver­

u n d bis z u G a l i l e i , fast z w a n z i g J a h r h u n d e r t e

hält sich die S o n n e so und nicht a n d e r s , w e i l

später, nicht w i e d e r a u f g e n o m m e n o d e r allge­

die G ö t t i n der G e r e c h t i g k e i t sie sonst zur Stre­

m e i n akzeptiert.

cke bringen w ü r d e . E i n i g e hundert J a h r e später Spekulatio­

traf die S t o a , eine griechische P h i l o s o p h e n s c h u ­

nen ü b e r die N a t u r a u c h w a r e n , die meisten

le, die um d a s dritte vorchristliche J a h r h u n d e r t

Ideen der alten G r i e c h e n w ä r e n i n n e u e r e r Z e i t

entstand, eine U n t e r s c h e i d u n g z w i s c h e n den G e ­

nicht als gültige w i s s e n s c h a f t l i c h e E r k e n n t n i s s e

setzen des M e n s c h e n und N a t u r g e s e t z e n , n a h m

d u r c h g e g a n g e n . Z u m einen, w e i l die G r i e c h e n

a b e r m e n s c h l i c h e V e r h a l t e n s r e g e l n , die für uni­

nicht die w i s s e n s c h a f t l i c h e M e t h o d e erfunden

versell gehalten w u r d e n - w i e Gottesfurcht und

hatten, d a s heißt, sie e n t w i c k e l t e n ihre T h e o r i e n

G e h o r s a m g e g e n ü b e r den Eltern - in die K a t e ­

nicht in der A b s i c h t , sie e x p e r i m e n t e l l zu verifi­

g o r i e der N a t u r g e s e t z e auf. U m g e k e h r t fasste

zieren. W e n n a l s o ein G e l e h r t e r b e h a u p t e t e , ein

sie p h y s i k a l i s c h e Prozesse häufig in rechtliche

A t o m b e w e g e sich g e r a d l i n i g , bis e s mit einem

Begriffe und g l a u b t e , ihnen müsste G e l t u n g ver­

z w e i t e n A t o m z u s a m m e n s t o ß e , u n d ein a n d e ­

schafft w e r d e n , o b w o h l die O b j e k t e , v o n denen

rer e r k l ä r t e , es b e w e g e sich g e r a d l i n i g , bis es

« G e h o r s a m » v e r l a n g t w u r d e , unbelebt w a r e n .

a u f einen Z y k l o p e n treffe, g a b e s keine o b j e k ­

Falls Sie der M e i n u n g sind, M e n s c h e n seien nur

tive M e t h o d e , den Streit z u entscheiden. E s g a b

s c h w e r zur B e f o l g u n g der S t r a ß e n v e r k e h r s o r d ­

So

einsichtsvoll

einige

ihrer

* Epikur und die Stoa über das Glück, a u s g e w ä h l t ,

**

übersetzt, zusammengestellt und mit einer Einführung

w ä h l t , übersetzt und herausgegeben v o n l a a p M a n s f e l d ,

v o n G e r h a r d Krüger, H e i d e l b e r g , Müller, 1 9 9 8 , S . 1 8 .

Stuttgart, R e c l a m 1 9 8 7 , S . 7 3 .

26

Die

Vorsokratiker,

Griechisch/Deutsch,

Ausge­

K A P I T E L

2 :

D I E

H E R R S C H A F T

D E S

G E S E T Z E S

nung zu b e w e g e n , d a n n stellen Sie sich e i n m a l

waren genaue Messungen und mathematische

vor, Sie müssten einen A s t e r o i d e n d a v o n über­

B e r e c h n u n g e n i n der A n t i k e s c h w i e r i g v o r z u ­

zeugen, sich auf einer elliptischen B a h n zu be­

n e h m e n . D a s D e z i m a l s y s t e m , d a s uns d a s R e c h ­

w e g e n . Diese T r a d i t i o n beeinflusste a u c h n o c h

nen so erleichtert, entstand erst um 7 0 0 n. Chr.,

die Denker, die den G r i e c h e n viele J a h r h u n d e r t e

als die H i n d u s b e g a n n e n , d a s S y s t e m zu einem

später nachfolgten. I m 1 3 . J a h r h u n d e r t über­

leistungsfähigen W e r k z e u g z u e n t w i c k e l n . D i e

n a h m der christliche P h i l o s o p h T h o m a s v o n

K ü r z e l für plus und m i n u s w u r d e n erst im fünf­

A q u i n (um 1 2 2 5 - 1 2 7 4 ) diese A u f f a s s u n g und

zehnten J a h r h u n d e r t eingeführt. U n d w e d e r d a s

versuchte mit ihrer H i l f e , die E x i s t e n z G o t t e s

Gleichheitszeichen

zu b e w e i s e n , indem er schrieb, es sei «offenbar,

ren g a b e s v o r d e m sechzehnten J a h r h u n d e r t .

noch

sekundengenaue Uh­

dass [unbelebte K ö r p e r ] nicht a u s Z u f a l l , s o n ­

D o c h A r i s t o t e l e s sah P r o b l e m e beim M e s s e n

dern a u s A b s i c h t a n ihr Z i e l g e l a n g e n ... A l s o

u n d B e r e c h n e n nicht als H i n d e r n i s s e a n , die der

gibt es e t w a s vernünftig E r k e n n e n d e s , v o n d e m

E n t w i c k l u n g einer z u q u a n t i t a t i v e n V o r h e r s a ­

alle N a t u r d i n g e auf ein Z i e l hin g e o r d n e t w e r ­

gen fähigen P h y s i k im W e g e stünden, denn er

den. » N o c h im sechzehnten J a h r h u n d e r t g l a u b t e

hielt solche V o r h e r s a g e n nicht für n o t w e n d i g .

der große deutsche A s t r o n o m J o h a n n e s K e p l e r

Stattdessen g r ü n d e t e er seine P h y s i k a u f Prin­

( 1 5 7 1 - 1 6 3 0 ) , die Planeten hätten S i n n e s w a h r ­

zipien, die ihn intellektuell a n s p r a c h e n . Er un­

nehmungen

terschlug

und

folgten

Bewegungsgesetzen,

die v o n ihrem « G e i s t » erfasst w ü r d e n .

Tatsachen,

die

ihm

unsympathisch

w a r e n , u n d konzentrierte sich auf die U r s a c h e n

In der Vorstellung, den N a t u r g e s e t z e n m ü s s e

v o n G e s c h e h n i s s e n , w ä h r e n d e r sich relativ w e ­

absichtlich g e h o r c h t w e r d e n , k o m m t z u m A u s ­

nig M ü h e g a b , g e n a u e r z u b e s c h r e i b e n , w a s

druck, dass die A l t e n , statt zu e r k u n d e n , wie

g e s c h a h . A r i s t o t e l e s k o r r i g i e r t e seine S c h l u s s ­

die N a t u r sich v e r h ä l t , v o r a l l e m der F r a g e

f o l g e r u n g e n , w e n n sie s o stark v o n den B e o b ­

nachgingen, warum sie sich so und nicht an­

a c h t u n g e n a b w i c h e n , d a s s e r die D i s k r e p a n z

ders verhält. Aristoteles w a r einer der führen­

nicht m e h r s t i l l s c h w e i g e n d ü b e r g e h e n k o n n t e .

den Vertreter dieser A u s r i c h t u n g und lehnte die

D o c h diese K o r r e k t u r e n w a r e n oft A d - h o c - E r ­

A u f f a s s u n g a b , dass W i s s e n s c h a f t sich v o r w i e ­

k l ä r u n g e n , die den W i d e r s p r u c h lediglich k a ­

gend auf B e o b a c h t u n g stützen m ü s s e . O h n e h i n

schierten. E g a l , w i e sehr seine T h e o r i e v o n der

27

K A P I T E L

Wirklichkeit

abwich,

Aristoteles

2 :

D I E

konnte

H E R R S C H A F T

D E S

G E S E T Z E S

sie

i m m e r a u s r e i c h e n d v e r ä n d e r n , u m den W i d e r ­ s p r u c h s c h e i n b a r zu beseitigen. B e i s p i e l s w e i s e fallen

nach

seiner

Bewegungslehre

schwere

K ö r p e r m i t einer k o n s t a n t e n G e s c h w i n d i g k e i t , die i h r e m G e w i c h t p r o p o r t i o n a l ist. U m z u er­ k l ä r e n , d a s s O b j e k t e bei i h r e m F a l l offensicht­ lich schneller w e r d e n , e r f a n d er ein neues Prin­ zip - d a s s K ö r p e r g r ö ß e r e F r e u d e e m p f i n d e n u n d d a h e r b e s c h l e u n i g e n , w e n n sie sich i h r e m n a t ü r l i c h e n R u h e o r t n ä h e r n , ein P r i n z i p , d a s heute besser geeignet erscheint, d a s V e r h a l t e n b e s t i m m t e r L e u t e zu b e s c h r e i b e n als d a s u n b e ­ lebter G e g e n s t ä n d e . O b w o h l die T h e o r i e n des A r i s t o t e l e s oft n u r g e r i n g e V o r h e r s a g e k r a f t be­ saßen,

beherrschte

sein

Wissenschaftsbegriff

d a s a b e n d l ä n d i s c h e D e n k e n fast z w e i t a u s e n d J a h r e lang. D i e christlichen N a c h f o l g e r der

Griechen

lehnten den G e d a n k e n a b , d a s s d a s U n i v e r ­

« W e n n ich e i n e s in meiner l a n g e n R e g i e r u n g s z e i t

s u m v o n einem g l e i c h g ü l t i g e n N a t u r g e s e t z re­

gelernt h a b e , d a n n , d a s s W ä r m e aufsteigt.»

giert w e r d e . Sie v e r w a r f e n a u c h die A n n a h m e , d a s s der M e n s c h i n d i e s e m U n i v e r s u m keine

l o h n e n d e r e s S t u d i e n o b j e k t sei als die N a t u r ­

bevorzugte

obwohl

e r s c h e i n u n g e n . U n d so veröffentlichte der Pari­

d a s M i t t e l a l t e r k e i n einziges schlüssiges p h i l o ­

Stellung

innehabe.

Und

ser B i s c h o f T e m p i e r 1 2 7 7 auf W e i s u n g des P a p s ­

sophisches System hervorbrachte, gab es doch

tes J o h a n n e s X X I . eine Liste der 2 1 9 z u verur­

ein g e m e i n s a m e s T h e m a : d a s s d a s U n i v e r s u m

teilenden Fehler o d e r H ä r e s i e n . D a r u n t e r w a r

G o t t e s P u p p e n s t u b e u n d die R e l i g i o n ein w e i t

die Idee, d a s s die N a t u r G e s e t z e n folge, weil sie

28

K A P I T E L

2 :

D I E

H E R R S C H A F T

D E S

G E S E T Z E S

sich nicht mit G o t t e s A l l m a c h t v e r e i n b a r e n las­

sen e r k l ä r t w e r d e n m ü s s t e n , die v o n drei G e ­

se. Interessanterweise w u r d e P a p s t J o h a n n e s ei­

setzen regiert w ü r d e n - V o r l ä u f e r v o n N e w t o n s

nige M o n a t e später v o n den A u s w i r k u n g e n des

b e r ü h m t e n B e w e g u n g s g e s e t z e n . D e s c a r t e s ver­

G r a v i t a t i o n s g e s e t z e s getötet, als i h m d a s D a c h

sicherte, d a s s diese N a t u r g e s e t z e ü b e r a l l u n d je­

seines Palastes auf den K o p f fiel.

derzeit gültig seien, w o b e i der G e h o r s a m g e g e n

D a s m o d e r n e K o n z e p t der N a t u r g e s e t z e ent­

diese G e s e t z e , w i e er a u s d r ü c k l i c h feststellte,

stand i m 1 7 . J a h r h u n d e r t . K e p l e r scheint diesen

nicht bedeute, d a s s diese b e w e g t e n K ö r p e r be­

Begriff als erster W i s s e n s c h a f t l e r im Sinne der

seelt seien. D e s c a r t e s e r k a n n t e a u c h die B e d e u ­

m o d e r n e n Wissenschaft z u verstehen, o b w o h l

tung dessen, w a s w i r heute « A n f a n g s b e d i n g u n ­

er sich, w i e g e s a g t , n o c h eine a n i m i s t i s c h e Auf­

g e n » nennen. D i e s e b e s c h r e i b e n den Z u s t a n d

fassung v o n p h y s i k a l i s c h e n O b j e k t e n b e w a h r t

eines S y s t e m s z u A n f a n g des Z e i t i n t e r v a l l s , für

hatte.

naturwissen­

d a s m a n V o r h e r s a g e n m a c h e n m ö c h t e . S i n d die

schaftlichen W e r k e n v e r w e n d e t e G a l i l e i ( 1 5 6 4 ­

A n f a n g s b e d i n g u n g e n v o r g e g e b e n , d a n n bestim­

1 6 4 2 ) den Begriff « G e s e t z » nicht ( o b w o h l e r i n

m e n die N a t u r g e s e t z e , w i e sich ein S y s t e m m i t

In

seinen

ausgesprochen

einigen Ü b e r s e t z u n g e n dieser W e r k e erscheint).

der Z e i t e n t w i c k e l n w i r d . O h n e diese z u s ä t z ­

D o c h egal, o b e r d a s W o r t v e r w e n d e t e o d e r

liche I n f o r m a t i o n lässt sich die E n t w i c k l u n g

nicht, Galilei hat eine g r o ß e A n z a h l v o n G e s e t ­

nicht v o r h e r s a g e n .

Wenn

beispielsweise

eine

zen entdeckt u n d trat für d a s w i c h t i g e Prinzip

T a u b e z u m Z e i t p u n k t null d i r e k t ü b e r uns et­

ein, nach d e m B e o b a c h t u n g die G r u n d l a g e der

w a s fallen lässt, w i r d die B a h n des fallenden

Wissenschaft ist u n d der Z w e c k der W i s s e n ­

Objekts

von

Newtons

Gesetzen

bestimmt.

schaft darin besteht, die q u a n t i t a t i v e n B e z i e ­

D o c h d a s E r g e b n i s w i r d sehr u n t e r s c h i e d l i c h

hungen z w i s c h e n p h y s i k a l i s c h e n E r s c h e i n u n g e n

a u s f a l l e n , j e n a c h d e m , o b die T a u b e z u m Z e i t ­

zu erforschen. D e r Erste aber, der den Begriff

p u n k t null r u h i g auf einem T e l e f o n d r a h t sitzt

der N a t u r g e s e t z e , w i e w i r sie verstehen, e x p l i ­

o d e r mit

3 0 S t u n d e n k i l o m e t e r n a n uns v o r ­

zit und streng formulierte, w a r R e n e D e s c a r t e s

beifliegt. U m die p h y s i k a l i s c h e n G e s e t z e a n w e n ­

(1596-1650).

den z u k ö n n e n , m ü s s e n w i r w i s s e n , w i e d a s S y s ­

Descartes g l a u b t e , dass alle p h y s i k a l i s c h e n

tem angefangen hat oder zumindest in welchem

P h ä n o m e n e als Z u s a m m e n s t ö ß e b e w e g t e r M a s ­

Z u s t a n d es sich zu e i n e m b e s t i m m t e n Z e i t p u n k t

Z9

K A P I T E L

2 :

D I E

H E R R S C H A F T

D E S

G E S E T Z E S

befunden hat. (Wir k ö n n e n ein S y s t e m mit Hilfe

in G a n g gesetzt h a b e , v o l l k o m m e n sich selbst

der G e s e t z e a u c h in die V e r g a n g e n h e i t z u r ü c k ­

überlassen. E i n e ä h n l i c h e A u f f a s s u n g vertrat I s a a c N e w ­

verfolgen.) M i t d i e s e m n e u e r w a c h t e n G l a u b e n a n die

ton ( 1 6 4 3 - 1 7 2 7 ) - allerdings mit einem w i c h t i ­

E x i s t e n z v o n N a t u r g e s e t z e n g i n g e n neue V e r s u ­

gen U n t e r s c h i e d , auf den w i r unten n o c h näher

c h e einher, diese G e s e t z e mit d e m G o t t e s b e g r i f f

eingehen w e r d e n . M i t seinen drei B e w e g u n g s g e ­

in Einklang zu bringen. L a u t Descartes k a n n

setzen u n d d e m G r a v i t a t i o n s g e s e t z , d a s die B a h ­

G o t t n a c h B e l i e b e n die W a h r h e i t o d e r U n w a h r ­

nen v o n E r d e , M o n d und Planeten erklärte und

heit ethischer A u s s a g e n o d e r m a t h e m a t i s c h e r

A u f s c h l u s s über E r s c h e i n u n g e n w i e die G e z e i ­

L e h r s ä t z e v e r ä n d e r n , nicht a b e r die N a t u r . E r

ten g a b , v e r h a l f N e w t o n d e m m o d e r n e n Begriff

g l a u b t e , G o t t h a b e die N a t u r g e s e t z e b e s t i m m t ,

des N a t u r g e s e t z e s zu allgemeiner A n e r k e n n u n g .

a b e r bei den G e s e t z e n keine W a h l g e h a b t , s o n ­

D i e H a n d v o l l G l e i c h u n g e n , die e r entwickelte,

dern sie g e w ä h l t , w e i l die G e s e t z e , die w i r erfah­

und d a s k o m p l e x e m a t h e m a t i s c h e S y s t e m , das

ren, die einzig m ö g l i c h e n seien. D a s k ö n n t e s o

w i r a u s ihnen hergeleitet h a b e n , w e r d e n n o c h

a u s s e h e n , als w ü r d e G o t t e s A u t o r i t ä t i n F r a g e

heute gelehrt u n d jedes M a l d a n n a n g e w e n d e t ,

gestellt, d o c h D e s c a r t e s fand einen A u s w e g , in­

w e n n ein A r c h i t e k t ein G e b ä u d e entwirft, ein

d e m er v o r b r a c h t e , die G e s e t z e seien u n v e r ä n ­

Ingenieur ein A u t o konstruiert o d e r ein Phy­

derlich, w e i l sie G o t t e s innerstes Wesen w i d e r ­

siker berechnet, w i e eine R a k e t e ausgerichtet

spiegelten. T r ä f e d a s z u , k ö n n t e m a n m e i n e n ,

w e r d e n m u s s , d a m i t sie auf d e m M a r s landet.

G o t t hätte n o c h die W a h l g e h a b t , eine V i e l z a h l

D e r D i c h t e r A l e x a n d e r P o p e schrieb:

v e r s c h i e d e n e r Welten zu erschaffen, die j e w e i l s einem anderen Satz von Anfangsbedingungen

Natur

entsprächen, doch Descartes schloss auch das

und

der

waren

a u s : G a n z g l e i c h , w i e die M a t e r i e a m A n f a n g

Gott

des U n i v e r s u m s a n g e o r d n e t g e w e s e n sei, mit

und

in

sprach: das

All

Natur

Gesetze

Nacht gehüllt Es

werde

ward

Newton!

lichterfüllt.

der Z e i t w ü r d e sich eine Welt e n t w i c k e l n , die mit der u n s e r e n identisch sei. A u ß e r d e m g l a u b ­

H e u t e sind sich die meisten Wissenschaftler ei­

te D e s c a r t e s , G o t t h a b e die Welt, n a c h d e m er sie

nig darüber, d a s s ein N a t u r g e s e t z eine R e g e l ist,

30

K A P I T E L

2 :

D I E

H E R R S C H A F T

D E S

G E S E T Z E S

die sich auf eine b e o b a c h t e t e R e g e l m ä ß i g k e i t

als einer M e i l e g i b t , u n d w i r sind uns z i e m l i c h

stützt u n d mit ihren V o r h e r s a g e n über die un­

sicher, d a s s e s a u c h nie eine g e b e n w i r d . T r o t z ­

mittelbaren Situationen h i n a u s g e h t , a u f die sie

d e m h a b e n w i r k e i n e n G r u n d z u der A n n a h m e ,

sich gründet. N e h m e n w i r a n , w i r b e m e r k e n ,

d a s s es nie eine g e b e n k ö n n t e , d a h e r k a n n diese

dass die S o n n e zeit unseres L e b e n s jeden M o r ­

A u s s a g e nicht als G e s e t z gelten. A n d e r e r s e i t s

gen im Osten aufgeht, u n d postulieren d a h e r

k ö n n e n w i r die A u s s a g e « A l l e U r a n - 2 3 5 - K u ­

das G e s e t z « D i e S o n n e geht i m m e r i m Osten

geln h a b e n einen D u r c h m e s s e r v o n w e n i g e r als

a u f » . D a s ist eine V e r a l l g e m e i n e r u n g , die ü b e r

einer M e i l e » d u r c h a u s als N a t u r g e s e t z a k z e p ­

unsere begrenzten B e o b a c h t u n g e n des S o n n e n ­

tieren, w e i l sich eine U r a n - 2 3 5 - K u g e l mit e i n e m

a u f g a n g s hinausgeht und n a c h p r ü f b a r e V o r h e r ­

D u r c h m e s s e r v o n m e h r als 1 5 Z e n t i m e t e r n n a c h

sagen über die Z u k u n f t m a c h t . A u f der a n d e r e n

a l l e m , w a s w i r ü b e r K e r n p h y s i k w i s s e n , i n einer

Seite ist eine A u s s a g e w i e « D i e C o m p u t e r in

K e r n e x p l o s i o n selbst zerstören w ü r d e . D a h e r

diesem B ü r o sind s c h w a r z » kein N a t u r g e s e t z ,

dürfen w i r sicher sein, d a s s e s s o l c h e K u g e l n

weil sie nur die C o m p u t e r in diesem speziellen

nicht gibt (auch w ä r e es k e i n e gute I d e e , eine

B ü r o betrifft und keine V o r h e r s a g e m a c h t w i e

herstellen zu w o l l e n ! ) . D i e s e U n t e r s c h e i d u n g ist

zum B e i s p i e l : « W e n n meine F i r m a einen neuen

w i c h t i g , w e i l sie zeigt, d a s s w i r nicht alle b e o b ­

C o m p u t e r kauft, w i r d e r s c h w a r z sein.»

achteten V e r a l l g e m e i n e r u n g e n für N a t u r g e s e t z e

Unser m o d e r n e s V e r s t ä n d n i s des B e g r i f f s

halten d ü r f e n u n d d a s s die meisten N a t u r g e ­

« N a t u r g e s e t z » ist eine F r a g e , ü b e r die sich Phi­

setze Teile eines g r ö ß e r e n S y s t e m s m i t e i n a n d e r

l o s o p h e n a u s g i e b i g streiten, u n d sie ist k o m p l i ­

v e r b u n d e n e r G e s e t z e sind.

zierter, als m a n z u n ä c h s t denkt. B e i s p i e l s w e i s e

I n der m o d e r n e n W i s s e n s c h a f t w e r d e n die

vergleicht der P h i l o s o p h J o h n W. C a r r o l l die

Naturgesetze

A u s s a g e « A l l e G o l d k u g e l n h a b e n einen D u r c h ­

m u l i e r t . Sie k ö n n e n e n t w e d e r e x a k t o d e r a n ­

messer v o n w e n i g e r als einer M e i l e » m i t der

g e n ä h e r t sein, a b e r die B e o b a c h t u n g e n m ü s s e n

A u s s a g e « A l l e U r a n - 2 3 5 - K u g e l n h a b e n einen

gezeigt h a b e n , d a s s sie o h n e A u s n a h m e gültig

D u r c h m e s s e r v o n w e n i g e r als einer M e i l e » . U n ­

sind - w e n n nicht u n i v e r s e l l , so d o c h i n n e r h a l b

sere B e o b a c h t u n g e n s a g e n uns, d a s s es keine

eines k l a r definierten G ü l t i g k e i t s b e r e i c h s . B e i ­

G o l d k u g e l n mit einem D u r c h m e s s e r v o n m e h r

spielsweise wissen wir, dass N e w t o n s Gesetze

3'

gewöhnlich

mathematisch

for­

K A P I T E L

2 :

D I E

H E R R S C H A F T

D E S

G E S E T Z E S

modifiziert w e r d e n m ü s s e n , w e n n sich O b j e k t e

d u r c h ein a n d e r e s . W e n n w i r G o t t a l s o in die

nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen. Trotz­

A n t w o r t a u f die erste F r a g e einbeziehen, e r w a r ­

d e m reden w i r w e i t e r h i n v o n « N e w t o n s G e s e t ­

tet uns d a s eigentliche P r o b l e m in der zweiten

z e n » . D a s , w a s N e w t o n p o s t u l i e r t , ist n ä m l i c h

F r a g e : G i b t es W u n d e r - A u s n a h m e n v o n den

d u r c h a u s in sehr guter N ä h e r u n g gültig, in der

Gesetzen?

A l l t a g s w e l t n ä m l i c h , w o alle G e s c h w i n d i g k e i ­

D i e M e i n u n g e n ü b e r die A n t w o r t auf die

ten, a u f die es a n k o m m t , viel kleiner sind als die

z w e i t e F r a g e sind sehr geteilt. Piaton und A r i s ­

Lichtgeschwindigkeit.

toteles, die einflussreichsten griechischen A u ­ toren, ließen keine A u s n a h m e n v o n den Geset­

W e n n die N a t u r v o n G e s e t z e n regiert w i r d , stel­

zen gelten. D o c h w e n n m a n sich den biblischen

len sich drei F r a g e n :

S t a n d p u n k t zu eigen m a c h t , hat G o t t nicht nur

1. Welchen 2. Gibt

es

Gesetzen, 3. Gibt es

Ursprung

haben

die

irgendwelche

Ausnahmen

das

Wunder?

nur

heißt einen

Satz

die

Gesetze?

möglicher

von

Gesetze

geschaffen,

sondern

kann

auch

durch Gebete dazu bewogen werden, Ausnah­

den

m e n zu m a c h e n - T o d k r a n k e zu heilen, D ü r r e ­ p e r i o d e n frühzeitig zu beenden, K r o c k e t w i e d e r

Gesetze?

als o l y m p i s c h e Disziplin zuzulassen. I m G e g e n ­ D i e s e w i c h t i g e n F r a g e n sind v o n W i s s e n s c h a f t ­

satz zu D e s c a r t e s ' A u f f a s s u n g behaupteten fast

lern, P h i l o s o p h e n und T h e o l o g e n unterschied­

alle christlichen D e n k e r , G o t t müsse in der L a g e

lich b e a n t w o r t e t w o r d e n . D i e A n t w o r t , die frü­

sein, die Gesetze v o r ü b e r g e h e n d außer K r a f t zu

her a u f die F r a g e g e g e b e n w u r d e - die A n t w o r t

setzen, u m W u n d e r z u v o l l b r i n g e n . S o g a r N e w ­

von Kepler, Galilei, Descartes und N e w t o n -,

ton g l a u b t e an g e w i s s e Wunder. Er hielt die

lautete, d a s s die G e s e t z e d a s W e r k G o t t e s seien.

P l a n e t e n b a h n e n für instabil, w e i l die G r a v i t a ­

D o c h s o w i r d G o t t einfach als V e r k ö r p e r u n g

t i o n s a n z i e h u n g , die ein Planet auf den anderen

der N a t u r g e s e t z e

a u s ü b t , mit der Z e i t z u n e h m e n d e B a h n s t ö r u n g e n

definiert.

Stattet m a n

Gott

nicht n o c h mit einigen a n d e r e n E i g e n s c h a f t e n

h e r v o r r u f e n m ü s s e , s o d a s s a m E n d e die Plane­

a u s , e t w a d a s s e r der G o t t des A l t e n T e s t a m e n ­

ten e n t w e d e r in die S o n n e stürzen o d e r a u s dem

tes ist, ersetzt m a n , w e n n m a n G o t t als A n t w o r t

S o n n e n s y s t e m geschleudert w ü r d e n . E r g l a u b t e ,

a u f die erste F r a g e v e r w e n d e t , n u r ein R ä t s e l

G o t t m ü s s e die B a h n e n ständig nachjustieren

32

K A P I T E L

2 :

D I E

H E R R S C H A F T

D E S

G E S E T Z E S

o d e r «die H i m m e l s u h r a u f z i e h e n » , « d a m i t sie nicht s t e h e n b l e i b t » . P i e r r e - S i m o n M a r q u i s d e Laplace

(1749-1827)

hingegen,

gewöhnlich

schlicht « L a p l a c e » g e n a n n t , v e r t r a t die A n s i c h t , dass die S t ö r u n g e n p e r i o d i s c h seien, sich a l s o i n regelmäßigen A b s t ä n d e n i m m e r w i e d e r h o l e n und sich i n s b e s o n d e r e nicht a u f s c h a u k e l n w ü r ­ den. M i t h i n k o r r i g i e r t sich d a s S o n n e n s y s t e m selbst, u n d w i r m ü s s e n keine göttliche Interven­ tion b e m ü h e n , u m z u e r k l ä r e n , w a r u m e s bis auf den heutigen T a g B e s t a n d hat. Üblicherweise w i r d Laplace zugeschrieben, den wissenschaftlichen D e t e r m i n i s m u s als E r s ­ ter u n m i s s v e r s t ä n d l i c h postuliert zu h a b e n : Ist der Z u s t a n d des U n i v e r s u m s z u einem g e g e b e ­ nen Z e i t p u n k t b e k a n n t , w e r d e n die Z u k u n f t w i e die V e r g a n g e n h e i t d u r c h einen v o l l s t ä n d i ­

«Ich finde, S i e sollten hier in Schritt z w e i

gen Satz v o n G e s e t z e n restlos b e s t i m m t . D a s

e t w a s deutlicher s e i n . »

schließt die M ö g l i c h k e i t v o n W u n d e r n o d e r ei­ ner a k t i v e n R o l l e G o t t e s a u s . D e r w i s s e n s c h a f t ­

fen z u r ü c k h ä l t . In E r k e n n t n i s dieses U m s t a n d s

liche D e t e r m i n i s m u s , den L a p l a c e f o r m u l i e r t e ,

soll N a p o l e o n L a p l a c e g e f r a g t h a b e n , w i e G o t t

ist die A n t w o r t des m o d e r n e n W i s s e n s c h a f t l e r s

i n dieses B i l d p a s s e . L a p l a c e d a r a u f : « D i e s e H y ­

auf F r a g e z w e i . Sie ist eigentlich die G r u n d l a g e

p o t h e s e h a b e ich nicht benötigt, S i r e . »

der g e s a m t e n m o d e r n e n N a t u r w i s s e n s c h a f t u n d

D a die M e n s c h e n i m U n i v e r s u m l e b e n u n d

ein P r i n z i p , d a s ü b e r a l l in d i e s e m B u c h eine

mit den a n d e r e n O b j e k t e n d a r i n w e c h s e l w i r k e n ,

w i c h t i g e R o l l e spielt. E i n N a t u r g e s e t z ist nicht

muss

wissenschaftlich, w e n n es n u r gilt, s o l a n g e sich

m u s a u c h für sie gelten. D o c h viele a k z e p t i e r e n

ein übernatürliches Wesen mit direkten Eingrif-

z w a r , d a s s der w i s s e n s c h a f t l i c h e D e t e r m i n i s m u s

33

der

naturwissenschaftliche

Determinis­

K A P I T E L

2 :

D I E

H E R R S C H A F T

D E S

G E S E T Z E S

die p h y s i k a l i s c h e n Prozesse b e s t i m m t , m a c h e n

len b e w e i s t , w e n n er beschließt, eine B a n a n e

b e i m m e n s c h l i c h e n V e r h a l t e n a b e r eine A u s ­

zu v e r s c h l i n g e n , o d e r eine K a t z e , w e n n sie Ihr

n a h m e , w e i l sie g l a u b e n , w i r h a b e n einen freien

S o f a zerfetzt, d o c h w a s ist mit d e m F a d e n w u r m

W i l l e n . Um die Idee des freien W i l l e n s zu b e w a h ­

Caenorhabditis

ren, versicherte D e s c a r t e s b e i s p i e l s w e i s e , der

schöpf, d a s n u r a u s 9 5 9 Z e l l e n besteht? H ö c h s t

m e n s c h l i c h e G e i s t sei v o l l k o m m e n v e r s c h i e d e n

unwahrscheinlich,

v o n der p h y s i k a l i s c h e n Welt u n d ihren G e s e t z e n

d a m m t gut g e s c h m e c k t , die B a k t e r i e , die ich da­

nicht u n t e r w o r f e n . N a c h seiner A u f f a s s u n g be­

hinten v e r s p e i s t h a b e » , d o c h auch er hat klare

steht der M e n s c h a u s z w e i B e s t a n d t e i l e n , einem

N a h r u n g s p r ä f e r e n z e n und w i r d sich, je nach

K ö r p e r u n d einer Seele. K ö r p e r sind lediglich

seinen früheren E r f a h r u n g e n , e n t w e d e r mit ei­

g e w ö h n l i c h e M a s c h i n e n , d o c h die Seele ist d e m

ner w e n i g v e r l o c k e n d e n M a h l z e i t zufriedenge­

wissenschaftlichen

ben o d e r sich auf die Suche nach e t w a s Besse­

Gesetz

nicht

unterworfen.

elegans

-

dass

einem

er

einfachen

denkt:

Ge­

« H a t ver­

r e m m a c h e n . B e w e i s t er d a m i t freien Willen?

D e s c a r t e s interessierte sich sehr für A n a t o m i e u n d P h y s i o l o g i e u n d hielt die Z i r b e l d r ü s e , ein

O b w o h l w i r g l a u b e n , d a s s w i r entscheiden

w i n z i g e s O r g a n in der M i t t e des G e h i r n s , für

k ö n n e n , w i e w i r h a n d e l n , zeigen die E r k e n n t ­

den H a u p t s i t z der Seele. D i e s e D r ü s e w a r sei­

nisse der M o l e k u l a r b i o l o g i e , d a s s biologische

ner M e i n u n g n a c h der O r t , w o alle unsere G e ­

Prozesse den G e s e t z e n der P h y s i k und C h e m i e

d a n k e n g e b i l d e t w e r d e n , der U r s p r u n g unseres

unterworfen

freien W i l l e n s .

sind w i e die P l a n e t e n b a h n e n . J ü n g e r e neuro­

und

wissenschaftliche

H a b e n w i r M e n s c h e n einen freien W i l l e n ?

daher genauso

Experimente

dass

unser

determiniert

bestätigen

W e n n d e m so ist, an w e l c h e r Stelle unseres

Auffassung,

S t a m m b a u m s hat e r sich d a n n e n t w i c k e l t ? H a ­

k a n n t e n n a t u r w i s s e n s c h a f t l i c h e n Gesetzen un­

ben B l a u a l g e n o d e r B a k t e r i e n einen freien W i l ­

t e r w o r f e n e s G e h i r n - und nicht irgendeine In­

len, o d e r ist ihr V e r h a l t e n a u t o m a t i s c h und fällt

stanz a u ß e r h a l b dieser Gesetze - unser H a n ­

d a m i t unter d a s D i k t a t der N a t u r g e s e t z e ? H a ­

deln b e s t i m m t . E i n e Studie an Patienten, die im

be­

b e n erst m e h r z e l l i g e O r g a n i s m e n einen freien

Wachzustand

gen w u r d e n , zeigte beispielsweise, dass bei den

m e i n e n , d a s s ein S c h i m p a n s e seinen freien W i l ­

Patienten

durch

Gehirnoperation

den

Willen oder sogar nur Säugetiere? M a n möchte

34

einer

materielles,

die

elektrische

Reizung

unterzo­

entspre­

K A P I T E L

Z :

D I E

H E R R S C H A F T

D E S

G E S E T Z E S

chender H i r n r e g i o n e n der W u n s c h h e r v o r g e r u ­

ren l a s s e n , o h n e alle f u n d a m e n t a l e n Prozesse

fen w e r d e n k o n n t e , H a n d , A r m , F u ß o d e r a u c h

im Detail zu beschreiben. Beispielsweise kön­

die L i p p e n zu b e w e g e n und zu sprechen. Es

nen w i r die G l e i c h u n g e n , die die g r a v i t a t i v e n

ist s c h w e r vorstellbar, w i e sich der freie W i l l e

W e c h s e l w i r k u n g e n jedes A t o m s i m K ö r p e r ei­

G e l t u n g verschaffen k a n n , w e n n unser V e r h a l ­

nes M e n s c h e n mit j e d e m A t o m i n der E r d e be­

ten v o m p h y s i k a l i s c h e n G e s e t z b e s t i m m t w i r d .

s t i m m e n , nicht e x a k t lösen. I n der P r a x i s lässt

D a h e r hat es den A n s c h e i n , d a s s w i r lediglich

sich die G r a v i t a t i o n s k r a f t z w i s c h e n einem M e n ­

biologische M a s c h i n e n sind u n d d a s s der freie

schen und der E r d e a b e r bereits mit H i l f e eini­

Wille nur eine Illusion ist.

ger w e n i g e r W e r t e , e t w a der G e s a m t m a s s e des Menschen,

M a g menschliches V e r h a l t e n a u c h d u r c h die

gut

beschreiben.

Genauso

wenig

k ö n n e n w i r die Fülle der G l e i c h u n g e n lösen, die

N a t u r g e s e t z e determiniert sein, s o m ü s s e n w i r d o c h vernünftigerweise a n n e h m e n , d a s s d a s Er­

d a s V e r h a l t e n k o m p l e x e r A t o m e und M o l e k ü l e

gebnis v o n zu k o m p l i z i e r t e n Prozessen u n d zu

regeln, a b e r w i r h a b e n eine effektive T h e o r i e

vielen V a r i a b l e n a b h ä n g t , um sich in der P r a x i s

n a m e n s C h e m i e e n t w i c k e l t , die eine a n g e m e s ­

i r g e n d w i e v o r h e r s a g e n z u lassen. D a z u m ü s s ­

sene E r k l ä r u n g für d a s V e r h a l t e n v o n A t o m e n

ten w i r den A n f a n g s z u s t a n d jedes der t a u s e n d

und M o l e k ü l e n bei c h e m i s c h e n R e a k t i o n e n lie­

Billionen Billionen M o l e k ü l e i m m e n s c h l i c h e n

fert, o h n e alle Einzelheiten der g a n z e n W e c h ­

K ö r p e r kennen und in e t w a die gleiche A n z a h l

selwirkungen zu berücksichtigen. Da w i r beim

v o n G l e i c h u n g e n lösen. D a z u w ü r d e n w i r ein

M e n s c h e n nicht die G l e i c h u n g e n lösen k ö n n e n ,

p a a r M i l l i a r d e n J a h r e b r a u c h e n , s o d a s s w i r uns

die sein V e r h a l t e n b e s t i m m e n , v e r w e n d e n w i r

w a h r s c h e i n l i c h z u spät d u c k e n w ü r d e n , u m d e m

die effektive T h e o r i e , d a s s er einen freien W i l ­

Schlag unseres G e g e n ü b e r s a u s z u w e i c h e n .

len hat. D i e L e h r e v o n u n s e r e m W i l l e n und des

D a die V o r h e r s a g e menschlichen V e r h a l t e n s

a u s i h m resultierenden V e r h a l t e n s ist die P s y ­

mit Hilfe der g r u n d l e g e n d e n p h y s i k a l i s c h e n G e ­

c h o l o g i e . A u c h die W i r t s c h a f t s w i s s e n s c h a f t ist

setze zu u n p r a k t i s c h ist, halten w i r uns an eine

eine effektive T h e o r i e , gestützt auf den Begriff

sogenannte effektive T h e o r i e . In der P h y s i k ist

des freien W i l l e n s u n d die A n n a h m e , d a s s M e n ­

eine effektive T h e o r i e ein G e r ü s t , mit d e m sich

schen

bestimmte

keiten b e w e r t e n und die beste a u s w ä h l e n . D i e s e

beobachtete

Phänomene

modellie­

35

ihre

verschiedenen

Handlungsmöglich­

K A P I T E L

2 :

D I E

H E R R S C H A F T

D E S

G E S E T Z E S

effektive T h e o r i e ist n u r m ä ß i g erfolgreich bei

das wissenschaftliche

D e n k e n viele J a h r h u n ­

der V o r h e r s a g e v o n V e r h a l t e n , w e i l , w i e w i r alle

derte lang beherrschten. E r s t viel später w a g ­

rational

ten G e l e h r t e w i e G a l i l e i , die A u t o r i t ä t des A r i s ­

getroffen w e r d e n o d e r auf einer m a n g e l h a f t e n

toteles in F r a g e zu stellen u n d das tatsächliche

A n a l y s e der K o n s e q u e n z e n b e r u h e n . D e s h a l b

V e r h a l t e n der N a t u r zu b e o b a c h t e n , anstatt zu

ist die Welt in e i n e m so l a u s i g e n Z u s t a n d .

v e r k ü n d e n , w i e e s n a c h M a ß g a b e der reinen

wissen,

Entscheidungen

häufig

nicht

« V e r n u n f t » zu sein hätte.

In d e r dritten F r a g e geht es d a r u m , ob die

D i e s e s B u c h stützt sich g a n z und g a r auf das

G e s e t z e , die d a s U n i v e r s u m u n d d a s m e n s c h ­ sind.

K o n z e p t des wissenschaftlichen D e t e r m i n i s m u s ,

W e n n Sie a u f die erste F r a g e a n t w o r t e n , G o t t

w o r a u s folgt, d a s s die A n t w o r t auf die F r a g e

h a b e die G e s e t z e g e s c h a f f e n , d a n n lautet diese

z w e i lautet: E s g i b t keine W u n d e r oder A u s ­

F r a g e : H a t t e G o t t i r g e n d w e l c h e n S p i e l r a u m bei

n a h m e n v o n den N a t u r g e s e t z e n . W i r w e r d e n

der W a h l der G e s e t z e ? A r i s t o t e l e s u n d P i a t o n

j e d o c h e i n g e h e n d auf die F r a g e n eins und drei

attestierten w i e D e s c a r t e s u n d später Einstein

z u r ü c k k o m m e n - w i e die G e s e t z e entstanden

den

«Notwendigkeit»,

u n d ob sie die einzig m ö g l i c h e n Gesetze sind.

w e i l sie die einzigen l o g i s c h s i n n v o l l e n R e g e l n

Z u n ä c h s t a b e r w e r d e n w i r i m folgenden K a p i ­

seien. D a A r i s t o t e l e s a n den l o g i s c h e n U r s p r u n g

tel untersuchen, w a s die N a t u r g e s e t z e eigentlich

liche

Verhalten

Prinzipien

bestimmen,

der

Natur

einzigartig

der N a t u r g e s e t z e g l a u b t e , w a r e n e r u n d seine

b e s c h r e i b e n . D i e meisten Wissenschaftler w ü r ­

N a c h f o l g e r d a v o n ü b e r z e u g t , d a s s m a n diese

den s a g e n , sie seien das m a t h e m a t i s c h e A b b i l d

G e s e t z e « h e r l e i t e n » k ö n n e , o h n e d e m tatsäch­

einer äußeren W i r k l i c h k e i t , die u n a b h ä n g i g v o n

lichen V e r h a l t e n der N a t u r allzu viel A u f m e r k ­

der W a h r n e h m u n g

s a m k e i t z u s c h e n k e n . D i e s e r U m s t a n d u n d die

Doch w e n n w i r darüber nachdenken, wie wir

des

Beobachters

existiert.

T a t s a c h e , d a s s er sich a u f die F r a g e k o n z e n ­

b e o b a c h t e n u n d uns einen Begriff v o n unserer

trierte, « w a r u m » es die R e g e l n gibt, statt sich

U m g e b u n g m a c h e n , stoßen w i r auf die F r a g e :

mit den Einzelheiten der R e g e l n zu beschäfti­

H a b e n w i r w i r k l i c h G r u n d z u der A n n a h m e ,

g e n , führten ihn z u v o r w i e g e n d q u a l i t a t i v e n G e ­

dass es eine o b j e k t i v e W i r k l i c h k e i t gibt?

setzen, die sich häufig als falsch u n d jedenfalls als w e n i g nützlich e r w i e s e n h a b e n , o b w o h l sie

36

KAPITEL 3

WAS IST

WIRKLICHKEIT?

V

der S t a d t r a t

k o m p l i z i e r t e r als die G e s e t z e in u n s e r e m B e ­

der italienischen Stadt M o n z a , G o l d f i s c h e

z u g s s y s t e m , a b e r E i n f a c h h e i t ist eine F r a g e des

in K u g e l a q u a r i e n zu halten. D e r Initiator er­

G e s c h m a c k s . W ü r d e n die G o l d f i s c h e eine sol­

O R

E I N I G E N

J A H R E N

V E R B O T

klärte das V e r b o t unter a n d e r e m d a m i t , dass es

che T h e o r i e f o r m u l i e r e n , s o m ü s s t e n w i r ihre

g r a u s a m sei, einen Fisch in einer G o l d f i s c h k u g e l

A u f f a s s u n g als e b e n s o gültiges B i l d der W i r k ­

zu halten, da er beim B l i c k d u r c h die g e k r ü m m ­

lichkeit a n e r k e n n e n .

ten W ä n d e ein verzerrtes B i l d der W i r k l i c h k e i t

Ein

erhalte. D o c h w o h e r w i s s e n wir, dass w i r das

berühmtes

Wirklichkeitsbild

Beispiel ist

das

für

ein

Modell,

anderes

das

etwa

w a h r e , unverzerrte B i l d der W i r k l i c h k e i t sehen?

1 5 0 n . Chr. v o n P t o l e m ä u s (um 8 5 - u m 1 6 5 )

K ö n n t e n w i r uns nicht selbst in einer g r o ß e n

eingeführt w u r d e , u m die B e w e g u n g der H i m ­

G o l d f i s c h k u g e l befinden, unsere W a h r n e h m u n g

melskörper zu beschreiben.

v o n einer riesigen L i n s e verzerrt? D a s B i l d , d a s

fentlichte seine A r b e i t in einer dreizehn B ä n d e

der Goldfisch v o n der W i r k l i c h k e i t hat, ist v o n

umfassenden

dem unseren verschieden, a b e r k ö n n e n w i r si­

ihrem

bekannt

ist.

cher sein, dass es w e n i g e r real ist?

D e r Almagest beginnt mit der D a r l e g u n g

der

Abhandlung,

arabischen

Titel

P t o l e m ä u s veröf­

die

Almagest

zumeist

unter

Die Perspektive der G o l d f i s c h e ist v o n un­

G r ü n d e für die A n n a h m e , dass die E r d e r u n d

serer verschieden, sie k ö n n t e n j e d o c h t r o t z d e m

u n d u n b e w e g t sei, sich i m M i t t e l p u n k t des U n i ­

N a t u r g e s e t z e formulieren, w e l c h e die B e w e g u n g

v e r s u m s befinde u n d s o klein sei, d a s s m a n ihre

der O b j e k t e a u ß e r h a l b ihrer K u g e l beschreiben.

G r ö ß e i m V e r g l e i c h z u m riesigen A b s t a n d des

Beispielsweise w ü r d e ein O b j e k t , d a s sich n a c h

H i m m e l s v e r n a c h l ä s s i g e n k ö n n e . T r o t z des he­

unserer B e o b a c h t u n g geradlinig

aus

liozentrischen M o d e l l s v o n A r i s t a r c h h i n g e n die

Sicht des Goldfisches einer g e k r ü m m t e n B a h n

meisten gebildeten G r i e c h e n dieser A u f f a s s u n g

folgen. Dessen ungeachtet k ö n n t e n die G o l d f i ­

z u m i n d e s t seit der Z e i t des A r i s t o t e l e s a n , der

bewegt,

sche v o n ihrem verzerrten B e z u g s s y s t e m a u s all­

die E r d e a u s m y s t i s c h e n G r ü n d e n für den M i t ­

gemeingültige N a t u r g e s e t z e f o r m u l i e r e n , die es

t e l p u n k t des U n i v e r s u m s hielt.

ihnen e r m ö g l i c h e n w ü r d e n , V o r h e r s a g e n über

I m p t o l e m ä i s c h e n M o d e l l stand die E r d e un­

die künftige B e w e g u n g v o n O b j e k t e n außer­

b e w e g t i m M i t t e l p u n k t , w ä h r e n d die Planeten

halb der K u g e l zu m a c h e n . Ihre G e s e t z e w ä r e n

u n d Sterne sie in k o m p l i z i e r t e n B a h n e n u m ­

39

K A P I T E L

3:

W A S

IST

W I R K L I C H K E I T ?

kreisten, bei denen E p i z y k l e n - K r e i s e auf K r e i ­ sen - eine R o l l e spielen. Dieses M o d e l l scheint natürlich zu sein, weil w i r nicht s p ü r e n , w i e sich die E r d e unter unse­ ren F ü ß e n b e w e g t (abgesehen v o n E r d b e b e n und A u g e n b l i c k e n der L e i d e n s c h a f t ) . Später stützten sich die e u r o p ä i s c h e n Gelehrten auf die über­ lieferten griechischen Quellen, s o d a s s die L e h ­ ren des A r i s t o t e l e s und P t o l e m ä u s w e i t g e h e n d zur G r u n d l a g e des a b e n d l ä n d i s c h e n D e n k e n s w u r d e n . D a s p t o l e m ä i s c h e M o d e l l des K o s m o s w u r d e v o n der k a t h o l i s c h e n K i r c h e ü b e r n o m ­ m e n und blieb vierzehn J a h r h u n d e r t e lang ein Teil der offiziellen L e h r e . Erst 1 5 4 3 schlug K o ­ p e r n i k u s ein anderes M o d e l l in seinem B u c h De revolutionibus

orbium

coelestium

(«Uber

die

U m l ä u f e der H i m m e l s k ö r p e r » ) vor, das erst ein J a h r v o r seinem T o d erschien ( o b w o h l e r meh­ rere J a h r z e h n t e an

seiner T h e o r i e gearbeitet

hatte). K o p e r n i k u s beschrieb ­ w i e A r i s t a r c h rund siebzehn J a h r h u n d e r t e z u v o r ­ eine Welt mit einer u n b e w e g t e n S o n n e , die v o n den Plane­ ten a u f k r e i s f ö r m i g e n B a h n e n umlaufen w i r d . O b w o h l die Idee nicht neu w a r , stieß ihre W i e ­ DAS P T O L E M Ä I S C H E U N I V E R S U M ­ Nach Auffas­ sung des Ptolemäus lebten wir im Mittelpunkt des Universums.

d e r b e l e b u n g a u f erbitterten W i d e r s t a n d .

Man

behauptete, d a s k o p e r n i k a n i s c h e M o d e l l stehe im W i d e r s p r u c h zur B i b e l , die nach offizieller

40

K A P I T E L

3:

W A S

IST

W I R K L I C H K E I T ?

A u s l e g u n g v e r k ü n d e t e , dass die Planeten sich

des U n i v e r s u m s v e r w e n d e n , denn unsere H i m ­

um die E r d e b e w e g t e n - o b w o h l d a s in der B i ­

m e l s b e o b a c h t u n g e n lassen sich e b e n s o d u r c h

bel nirgends eindeutig z u m A u s d r u c k k o m m t .

die A n n a h m e einer u n b e w e g t e n E r d e w i e einer

Schließlich w u r d e die Bibel zu einer Z e i t ge­

unbewegten Sonne erklären.

schrieben, als die M e n s c h e n n o c h g l a u b t e n , die

ner R o l l e i n D e b a t t e n ü b e r d a s W e s e n unseres

U n g e a c h t e t sei­

E r d e sei eine Scheibe. D a s k o p e r n i k a n i s c h e M o ­

U n i v e r s u m s liegt der eigentliche V o r t e i l des k o ­

dell löste eine heftige D e b a t t e über die F r a g e a u s ,

p e r n i k a n i s c h e n S y s t e m s einfach d a r i n , d a s s die

o b die E r d e u n b e w e g t sei, und gipfelte 1 6 3 3 i n

B e w e g u n g s g l e i c h u n g e n in einem B e z u g s s y s t e m

dem K e t z e r p r o z e s s , der G a l i l e i g e m a c h t w u r d e ,

mit u n b e w e g t e r S o n n e viel einfacher sind.

weil e r das k o p e r n i k a n i s c h e M o d e l l vertrat u n d

E i n e andere A r t alternativer W i r k l i c h k e i t be­

meinte, «er dürfe eine M e i n u n g als w a h r s c h e i n ­

gegnet uns in d e m S c i e n c e - F i c t i o n - F i l m Matrix,

lich vertreten und verteidigen, n a c h d e m sie als

in d e m die M e n s c h h e i t o h n e ihr W i s s e n in einer

im W i d e r s p r u c h zur H e i l i g e n Schrift stehend er­

simulierten virtuellen R e a l i t ä t lebt, die v o n in­

klärt und definiert w o r d e n i s t » . E r w u r d e schul­

telligenten C o m p u t e r n erzeugt w i r d , u m sie i n

dig g e s p r o c h e n , zu l e b e n s l a n g e m H a u s a r r e s t

einem Z u s t a n d der R u h e u n d Z u f r i e d e n h e i t z u

verurteilt und z u m W i d e r r u f g e z w u n g e n . Eppur

halten, w ä h r e n d die C o m p u t e r ihnen ihre b i o ­

si muove ( « U n d sie b e w e g t sich d o c h » ) , soll er

elektrische E n e r g i e ( w a s i m m e r d a s sein m a g )

beim Verlassen des G e r i c h t s s a a l s g e m u r m e l t ha­

a b z a p f e n . V i e l l e i c h t ist d a s g a r nicht s o w e i t

ben. 1 9 9 2 gestand die r ö m i s c h - k a t h o l i s c h e K i r ­

hergeholt, v e r b r i n g e n d o c h viele M e n s c h e n ihre

che endlich ein, G a l i l e i zu U n r e c h t verurteilt zu

Z e i t lieber i n der simulierten R e a l i t ä t v o n W e b ­

haben.

sites w i e Second Life. W o h e r w i s s e n wir, d a s s

Welches S y s t e m entspricht der W i r k l i c h k e i t ,

w i r nicht einfach F i g u r e n einer c o m p u t e r g e n e ­

das p t o l e m ä i s c h e o d e r das k o p e r n i k a n i s c h e ?

rierten S e i f e n o p e r sind? W ü r d e n w i r in einer

Z w a r heißt e s nicht selten, K o p e r n i k u s h a b e

künstlichen i m a g i n ä r e n Welt leben, s o w ü r d e n

P t o l e m ä u s w i d e r l e g t , d o c h d a s ist nicht richtig.

die E r e i g n i s s e nicht n o t w e n d i g e r w e i s e eine be­

W i e bei dem Vergleich unserer n o r m a l e n Wahr­

stimmte L o g i k o d e r K o n s i s t e n z h a b e n bezie­

n e h m u n g mit der des G o l d f i s c h s k a n n m a n

hungsweise irgendwelchen Gesetzen gehorchen.

jede der beiden D a r s t e l l u n g s w e i s e n als M o d e l l

D i e d a s G a n z e inszenierenden A u ß e r i r d i s c h e n

4

T

K A P I T E L

könnten

es

im

Gegenteil

3:

interessanter

W A S

IST

W I R K L I C H K E I T ?

oder

a m ü s a n t e r f i n d e n , unsere R e a k t i o n e n z u b e o b ­ achten, w e n n sich b e i s p i e l s w e i s e der V o l l m o n d in z w e i H ä l f t e n teilt o d e r alle M e n s c h e n , die eine D i ä t m a c h e n , ein u n w i d e r s t e h l i c h e s Ver­ langen nach Bananentorte bekämen. W ü r d e n die A u ß e r i r d i s c h e n a l l e r d i n g s w i d e r s p r u c h s f r e i e G e s e t z e einführen, k ö n n t e n w i r b e i m besten Willen nicht entscheiden, ob es hinter der s i m u ­ lierten W i r k l i c h k e i t n o c h eine a n d e r e gibt. Es w ä r e leicht, die Welt, in der die A u ß e r i r d i s c h e n leben, als die « w i r k l i c h e » u n d die synthetische als die « f a l s c h e » zu bezeichnen, d o c h w e n n die Wesen in der simulierten Welt - w i e w i r - nicht v o n a u ß e n in ihr U n i v e r s u m b l i c k e n k ö n n t e n , hätten

sie

keinen

Grund,

an

ihrem

eigenen

W i r k l i c h k e i t s b i l d z u z w e i f e l n . D a s ist eine m o ­ derne V e r s i o n der Idee, d a s s w i r alle P h a n t a s i e ­ g e b i l d e i m T r a u m eines a n d e r e n sind.

«Dies ist eine Aufzeichnung.»

«Stört mich nicht. Ich bin ein Hologramm.»

D i e s e Beispiele führen uns zu einer Schluss­ f o l g e r u n g , die w i c h t i g für dieses B u c h sein w i r d : Es gen

gibt

keinen

abbild-

Realitätsbegriff.

oder

Stattdessen

theorieunabhängi­ werden

E l e m e n t e des M o d e l l s mit den B e o b a c h t u n g e n

wir

v e r b i n d e n . D a s liefert uns ein G e r ü s t zur Inter­

uns eine A u f f a s s u n g zu eigen m a c h e n , die w i r modellabhängigen

Realismus

nennen

pretation der m o d e r n e n Wissenschaft.

wollen:

Seit P i a t o n streiten die P h i l o s o p h e n über das

die V o r s t e l l u n g , d a s s eine p h y s i k a l i s c h e T h e o ­

Wesen der W i r k l i c h k e i t . D i e klassische N a t u r ­

rie o d e r ein Weltbild ein (meist m a t h e m a t i s c h e s )

w i s s e n s c h a f t beruht auf der Ü b e r z e u g u n g , dass

M o d e l l ist u n d einen Satz R e g e l n besitzt, die die

es eine reale A u ß e n w e l t gibt, deren Eigenschaf­

42­

K A P I T E L

3:

W A S

IST

W I R K L I C H K E I T ?

ten eindeutig und v o n d e m w a h r n e h m e n d e n B e ­

B e i s p i e l s w e i s e hat ein Teilchen n a c h den Prin­

obachter u n a b h ä n g i g sind. L a u t der klassischen

zipien der Q u a n t e n p h y s i k , die eine zutreffende

Ob­

B e s c h r e i b u n g der N a t u r ist, w e d e r einen be­

jekte, die p h y s i k a l i s c h e Eigenschaften w i e e t w a

stimmten A u f e n t h a l t s o r t n o c h eine b e s t i m m t e

G e s c h w i n d i g k e i t und M a s s e mit j e w e i l s w o h l ­

G e s c h w i n d i g k e i t , w e n n u n d s o l a n g e diese G r ö ­

definierten Werten h a b e n . N a c h dieser A u f f a s ­

ßen nicht v o n einem B e o b a c h t e r g e m e s s e n w e r ­

sung sind unsere T h e o r i e n V e r s u c h e , diese O b ­

den. D a h e r ist es nicht k o r r e k t , w e n n w i r s a g e n ,

Naturwissenschaft

existieren

bestimmte

jekte und ihre Eigenschaften zu beschreiben,

eine M e s s u n g liefere ein bestimmtes E r g e b n i s ,

und

und W a h r n e h m u n g e n

w e i l die g e m e s s e n e G r ö ß e diesen Wert z u m

lassen sich direkt diesen O b j e k t e n u n d ihren E i ­

Z e i t p u n k t der M e s s u n g g e h a b t h a b e . T a t s ä c h ­

genschaften z u o r d n e n . S o w o h l B e o b a c h t e r w i e

lich h a b e n in einigen F ä l l e n einzelne O b j e k t e

B e o b a c h t u n g s g e g e n s t a n d sind Teile einer Welt,

n o c h nicht e i n m a l eine u n a b h ä n g i g e E x i s t e n z ,

die objektiv existiert, und es ist keine sinnvolle

s o n d e r n existieren n u r als E l e m e n t e einer G e ­

Unterscheidung z w i s c h e n ihnen m ö g l i c h . M i t

samtheit v o n vielen Teilen. U n d falls sich d a s

anderen W o r t e n : W e n n Sie eine H e r d e Z e b r a s

s o g e n a n n t e h o l o g r a f i s c h e Prinzip als richtig er­

sehen, die um einen Stellplatz in einem P a r k ­

w e i s e n sollte, sind w i r u n d unsere v i e r d i m e n ­

haus k ä m p f e n , so liegt das d a r a n , dass dort

sionale Welt m ö g l i c h e r w e i s e n u r Schatten auf

w i r k l i c h Z e b r a s um einen Stellplatz in einem

d e m R a n d einer g r ö ß e r e n , f ü n f d i m e n s i o n a l e n

P a r k h a u s k ä m p f e n . A l l e anderen B e o b a c h t e r ,

R a u m z e i t . In diesem F a l l ist unsere Stellung im

die das G e s c h e h e n betrachten, w e r d e n die glei­

U n i v e r s u m a n a l o g zu der des G o l d f i s c h s .

unsere M e s s u n g e n

chen Eigenschaften messen, und die H e r d e w i r d

Strenge R e a l i s t e n vertreten häufig die Auf­

diese Eigenschaften h a b e n , ob j e m a n d sie b e o b ­

fassung, der B e w e i s dafür, d a s s w i s s e n s c h a f t l i ­

achtet oder nicht. In der P h i l o s o p h i e w i r d diese

che T h e o r i e n die W i r k l i c h k e i t darstellten, liege

Ü b e r z e u g u n g als R e a l i s m u s bezeichnet.

in ihrem Erfolg. D o c h verschiedene Theorien

Z w a r m a g der R e a l i s m u s ein v e r l o c k e n d e r

k ö n n e n dasselbe P h ä n o m e n mittels g r u n d v e r ­

S t a n d p u n k t sein, d o c h ist er, w i e w i r später

schiedener begrifflicher B e z u g s s y s t e m e beschrei­

sehen w e r d e n , n a c h allem, w a s w i r ü b e r die

ben. T a t s ä c h l i c h w u r d e n viele w i s s e n s c h a f t l i c h e

m o d e r n e P h y s i k w i s s e n , s c h w e r z u verteidigen.

T h e o r i e n , die sich als erfolgreich e r w i e s e n hat­

43

K A P I T E L

3:

W A S

IST

W I R K L I C H K E I T ?

ten, s p ä t e r d u r c h e b e n s o e r f o l g r e i c h e , a u f g a n z

s o n in seinem F u ß spürte, nur ein P h ä n o m e n

a n d e r e n K o n z e p t e n u n d G r u n d b e g r i f f e n beru­

in seinem B e w u s s t s e i n , d a h e r hat er Berkeleys

hende T h e o r i e n ersetzt.

A u f f a s s u n g nicht w i r k l i c h w i d e r l e g t . A l l e r d i n g s v e r a n s c h a u l i c h t sein Fußtritt die A n s i c h t des

G e w ö h n l i c h bezeichnet m a n die G e g n e r des

der

Philosophen

terscheiden z w i s c h e n e m p i r i s c h e r u n d theoreti­

s c h r i e b , a u c h w e n n w i r keine Vernunftgründe

scher E r k e n n t n i s . In der R e g e l vertreten sie die

für den G l a u b e n an eine o b j e k t i v e W i r k l i c h k e i t

Auffassung, dass z w a r Beobachtung und E x ­

hätten, seien w i r d o c h g e z w u n g e n zu handeln,

p e r i m e n t d u r c h a u s eine B e d e u t u n g z u k o m m e ,

als w e n n e r w a h r w ä r e .

dass a b e r T h e o r i e n lediglich nützliche Instru­

David Hume

(1711-1776),

R e a l i s m u s als « A n t i r e a l i s t e n » . A n t i r e a l i s t e n un­

Modellabhängiger

Realismus

umgeht

all

mente darstellten, die a b e r nicht A u s d r u c k tie­

diese Streitereien u n d D i s k u s s i o n e n z w i s c h e n

ferer, den b e o b a c h t e t e n P h ä n o m e n e n z u g r u n d e ­

der realistischen u n d der antirealistischen Schu­

liegender W a h r h e i t e n sind. E i n i g e A n t i r e a l i s t e n

le. L a u t m o d e l l a b h ä n g i g e m R e a l i s m u s ist die

waren

die W i s s e n s c h a f t

F r a g e s i n n l o s , ob ein M o d e l l real ist - entschei­

g a n z a u f D i n g e z u b e s c h r ä n k e n , die w i r b e o b ­

dend ist nur, ob es m i t der B e o b a c h t u n g über­

achten k ö n n e n . A u s diesem G r u n d lehnten i m

einstimmt. W e n n w i r z w e i M o d e l l e h a b e n , die

1 9 . J a h r h u n d e r t viele G e l e h r t e den Begriff des

sich beide mit den B e o b a c h t u n g e n d e c k e n , w i e

A t o m s a b , d a m a n d o c h n i e m a l s eines sehen

das Weltbild des G o l d f i s c h s und das unsere, so

w e r d e . G e o r g e B e r k e l e y ( 1 6 8 5 - 1 7 5 3 ) ging s o ­

k ö n n e n w i r nicht s a g e n , das eine sei realer als

g a r s o w e i t z u b e h a u p t e n , dass nichts außer d e m

das a n d e r e . W i r k ö n n e n j e w e i l s das M o d e l l ver­

B e w u s s t s e i n u n d seinen V o r s t e l l u n g e n existiere.

w e n d e n , das in der betrachteten Situation p r a k ­

A l s ein F r e u n d z u m englischen Schriftsteller

tischer ist.

denn

auch

bestrebt,

u n d L e x i k o g r a f e n Dr. S a m u e l J o h n s o n ( 1 7 0 9 ­

W ä r e n w i r beispielsweise i n der K u g e l , w ä r e

1 7 8 4 ) meinte, B e r k e l e y s B e h a u p t u n g lasse sich

d a s W i r k l i c h k e i t s b i l d des Goldfischs nützlicher.

u n m ö g l i c h w i d e r l e g e n , soll J o h n s o n z u einem

F ü r B e o b a c h t e r a u ß e r h a l b der K u g e l w ä r e e s

g r o ß e n Stein g e g a n g e n sein, d a g e g e n getreten

d a g e g e n m ü h s a m , Ereignisse in einer fernen G a ­

u n d a u s g e r u f e n h a b e n : « S o w i d e r l e g e ich ihn.»

l a x i e im B e z u g s s y s t e m einer G o l d f i s c h k u g e l auf

N a t ü r l i c h w a r a u c h der S c h m e r z , den Dr. J o h n ­

der E r d e zu beschreiben, z u m a l die K u g e l sich

44

K A P I T E L

3:

W A S

IST

W I R K L I C H K E I T ?

sere W a h r n e h m u n g der Welt u n a b h ä n g i g v o m B e o b a c h t e r - v o n uns - zu b e s c h r e i b e n , denn sie w i r d n u n e i n m a l d u r c h unsere s e n s o r i s c h e V e r a r ­ beitung erzeugt u n d die A r t u n d W e i s e , w i e w i r d e n k e n u n d urteilen. U n s e r e W a h r n e h m u n g ­ u n d d a m i t die B e o b a c h t u n g e n , a u f die sich un­ sere T h e o r i e n stützen - ist nicht unmittelbar, s o n d e r n w i r d d u r c h eine A r t L i n s e g e p r ä g t , die D e u t u n g s s t r u k t u r e n unseres G e h i r n s . M o d e l l a b h ä n g i g e r R e a l i s m u s entspricht der A r t und Weise, wie w i r Objekte wahrnehmen. B e i m Sehen e m p f ä n g t unser G e h i r n ü b e r den Sehnerv eine R e i h e v o n S i g n a l e n . A l l e r d i n g s f o r m e n diese S i g n a l e kein B i l d , d a s Sie in I h r e m F e r n s e h g e r ä t a k z e p t i e r e n w ü r d e n . D o r t , w o der

« S i e h a b e n b e i d e e t w a s g e m e i n s a m . Dr. D a v i s hat ein Teilchen entdeckt, d a s noch nie j e m a n d

Sehnerv mit der N e t z h a u t v e r b u n d e n ist, gibt

g e s e h e n hat, und Dr. H i g b e hat e i n e G a l a x i e ent­

es einen blinden F l e c k , u n d der einzige B e r e i c h

deckt, d i e noch nie j e m a n d g e s e h e n hat.»

unseres G e s i c h t s f e l d s mit g u t e m A u f l ö s u n g s v e r ­ m ö g e n ist ein engbegrenztes A r e a l i m Z e n t r u m der N e t z h a u t v o n e t w a 1 G r a d des G e s i c h t s w i n ­

b e w e g e n w ü r d e , da die E r d e die S o n n e u m k r e i s t

kels - ein A r e a l v o n der Breite unseres D a u m e n s ,

und um ihre eigene A c h s e rotiert.

w e n n w i r ihn a u f A r m e s l ä n g e entfernt halten.

W i r fertigen M o d e l l e in der W i s s e n s c h a f t Modellabhängiger

S o w i r d a l s o ein a r g verzerrtes B i l d mit einem

R e a l i s m u s gilt nicht nur für w i s s e n s c h a f t l i c h e

L o c h i n der M i t t e als R o h m a t e r i a l a n d a s G e ­

M o d e l l e , sondern a u c h für die b e w u s s t e n u n d

hirn g e s a n d t . G l ü c k l i c h e r w e i s e v e r a r b e i t e t d a s

u n b e w u s s t e n mentalen M o d e l l e , die w i r alle

m e n s c h l i c h e G e h i r n diese D a t e n , i n d e m es den

schaffen, um unsere alltägliche Welt zu deuten

Input a u s beiden A u g e n z u s a m m e n f a s s t u n d ­

und zu verstehen. Es gibt keine M ö g l i c h k e i t , un­

v o n der A n n a h m e a u s g e h e n d , d a s s die visuellen

an, aber a u c h i m A l l t a g .

45

K A P I T E L

3:

W A S

IST

W I R K L I C H K E I T ?

ähnlich

tet es, w e n n m a n sagt, dass D i n g e existieren, die

sind - die L ü c k e n i n t e r p o l i e r e n d füllt. A u ß e r ­

w i r ü b e r h a u p t nicht sehen k ö n n e n , E l e k t r o n e n

d e m liest es v o n der N e t z h a u t eine z w e i d i m e n ­

e t w a o d e r Q u a r k s - die Teilchen, aus denen das

sionale D a t e n m a t r i x a b u n d erzeugt d a m i t den

P r o t o n u n d d a s N e u t r o n bestehen sollen? M a n

E i n d r u c k eines d r e i d i m e n s i o n a l e n R a u m s . M i t

k ö n n t e ein M o d e l l h a b e n , in d e m der T i s c h ver­

a n d e r e n W o r t e n , d a s G e h i r n erzeugt ein m e n t a ­

s c h w i n d e t , w e n n ich das Z i m m e r v e r l a s s e , und

les B i l d o d e r M o d e l l .

an der gleichen Stelle w i e d e r a u f t a u c h t , w e n n

Eigenschaften

benachbarter

Bereiche

ich z u r ü c k k o m m e , d o c h das w ä r e m ü h s a m ­

D a s G e h i r n versteht sich h e r v o r r a g e n d auf man jemandem

und w a s w ä r e , w e n n etwas geschähe, während

eine Brille aufsetzt, die die B i l d e r in seinen

ich d r a u ß e n w ä r e , beispielsweise die D e c k e ein­

A u g e n auf den K o p f stellt, v e r ä n d e r t sein G e ­

stürzte? W i e k ö n n t e ich mit d e m Der-Tisch-ver­

hirn d a s M o d e l l n a c h einiger Z e i t s o , d a s s e r

schwindet-wenn-ich-das-Zimmer-verlasse-Mo­

die D i n g e w i e d e r richtig h e r u m w a h r n i m m t .

dell e r k l ä r e n , dass der T i s c h , w e n n ich w i e d e r

N i m m t m a n i h m die Brille a b , sieht e r die Welt

ins

w i e d e r eine Weile a u f d e m K o p f stehen, bis d a s

T r ü m m e r n der D e c k e liegt? D a s M o d e l l , nach

G e h i r n eine erneute A n p a s s u n g v o r g e n o m m e n

d e m der T i s c h bleibt, wo er ist, ist viel einfacher

die

Modellerzeugung:

Wenn

Zimmer

komme,

zerbrochen

unter

den

hat. D i e A u s s a g e « I c h sehe einen S t u h l » b e d e u ­

u n d deckt sich mit der B e o b a c h t u n g . M e h r k ö n ­

tet a l s o lediglich, dass m a n mit d e m v o m Stuhl

nen w i r nicht v e r l a n g e n .

gestreuten L i c h t ein m e n t a l e s B i l d o d e r M o d e l l

Im F a l l der s u b a t o m a r e n Teilchen, die w i r

des Stuhls geschaffen hat. Sollte d a s M o d e l l auf

nicht sehen k ö n n e n , sind E l e k t r o n e n ein nützli­

d e m K o p f stehen, w i r d d a s G e h i r n e s i m g ü n s ­

ches M o d e l l zur E r k l ä r u n g v o n B e o b a c h t u n g e n

tigsten F a l l e k o r r i g i e r e n , b e v o r m a n v e r s u c h t ,

w i e S p u r e n i n einer N e b e l k a m m e r , L i c h t p u n k t e

sich a u f den Stuhl zu setzen.

auf einer F e r n s e h r ö h r e u n d viele andere P h ä n o ­ m e n e . E s heißt, d a s E l e k t r o n sei 1 8 9 7 v o n dem

D e r m o d e l l a b h ä n g i g e R e a l i s m u s löst - o d e r v e r m e i d e t z u m i n d e s t - a u c h die s c h w i e r i g e F r a ­

britischen P h y s i k e r J . J . T h o m s o n a m C a v e n d i s h

ge, w a s E x i s t e n z bedeutet. W o h e r w e i ß ich, dass

L a b o r a t o r y der C a m b r i d g e U n i v e r s i t y entdeckt

ein T i s c h n o c h existiert, w e n n ich a u s d e m Z i m ­

worden.

Er

experimentierte

m e r gehe u n d ihn nicht sehen k a n n ? W a s bedeu­

Strömen

in

leeren

46

mit elektrischen

Glasröhren,

sogenannten

KAPITEL

3:

WAS

IST W I R K L I C H K E I T ?

K a t h o d e n s t r a h l e n . Seine E x p e r i m e n t e führten

K A T H O

D E N

S T R A H L E N

-

Wir können die einzelnen

ihn zu dem k ü h n e n Schluss, die g e h e i m n i s v o l ­

Elektronen zwar nicht sehen, wohl aber die von ih­

len Strahlen bestünden a u s w i n z i g e n « K o r p u s ­

nen hervorgerufenen Wirkungen.

kein» ­ materiellen Bestandteilen der A t o m e , die m a n bislang für die unteilbaren f u n d a m e n ­ talen Materieeinheiten gehalten hatte. T h o m ­

47

K A P I T E L

3:

W A S

IST

W I R K L I C H K E I T ?

son « s a h » kein E l e k t r o n , a u c h w u r d e seine S p e ­

niger w e n i g e r « s u b - s u b n u k l e a r e r Teilchen» be­

k u l a t i o n nicht direkt o d e r eindeutig v o n seinen

stünden, lieferte ein O r g a n i s a t i o n s p r i n z i p , das

E x p e r i m e n t e n b e w i e s e n . D o c h d a s M o d e l l hat

eine einfache und a n s p r e c h e n d e E r k l ä r u n g ihrer

sich bei A n w e n d u n g e n v o n der G r u n d l a g e n f o r ­

Eigenschaften erlaubte. D o c h o b w o h l Physiker

s c h u n g bis zur T e c h n i k als unentbehrlich e r w i e ­

d a r a n g e w ö h n t w a r e n , Teilchen z u akzeptie­

sen, u n d heute g l a u b e n alle P h y s i k e r an E l e k t r o ­

ren, auf deren E x i s t e n z nur d a r a u s geschlossen

nen, o b w o h l sie sie nicht sehen k ö n n e n .

w e r d e n k o n n t e , w i e sich die Häufigkeiten be­

Q u a r k s , die w i r a u c h nicht sehen k ö n n e n ,

stimmter R e a k t i o n e n bei bestimmten Energien

sind ein M o d e l l , d a s die E i g e n s c h a f t e n der P r o ­

der a u f e i n a n d e r geschossenen Teilchen verän­

tonen u n d N e u t r o n e n i m K e r n eines A t o m s

derten, w a r die V o r s t e l l u n g , einem Teilchen, das

erklärt. O b w o h l angenommen w i r d , dass Pro­

m ö g l i c h e r w e i s e prinzipiell u n b e o b a c h t b a r w a r ,

tonen

bestehen,

R e a l i t ä t zuzubilligen, für zahlreiche Physiker zu

w e r d e n w i r nie ein Q u a r k b e o b a c h t e n , w e i l die

viel. I m L a u f e der J a h r e führte d a s Q u a r k m o ­

und

Neutronen

aus

Quarks

B i n d u n g s k r a f t z w i s c h e n Q u a r k s mit i h r e m A b ­

dell j e d o c h zu so vielen richtigen V o r h e r s a g e n ,

stand v o n e i n a n d e r z u n i m m t u n d d a h e r in der

d a s s der W i d e r s t a n d e r l a h m t e . Es ist sicherlich

N a t u r keine isolierten, freien Q u a r k s existie­

m ö g l i c h , d a s s i r g e n d w e l c h e A u ß e r i r d i s c h e mit

ren k ö n n e n . Stattdessen treten Q u a r k s i m m e r

siebzehn A r m e n , Infrarotaugen

i n D r e i e r g r u p p e n auf (z. B . P r o t o n e n u n d N e u ­

gewohnheit,

S c h l a g s a h n e aus

und der A n ­ den

O h r e n zu

tronen) o d e r i n P a a r e n v o n einem Q u a r k u n d

blasen, die gleichen experimentellen B e o b a c h ­

einem A n t i q u a r k (z. B . P i - M e s o n e n ) u n d ver­

tungen w i e w i r m a c h e n , sie a b e r ohne Q u a r k s

halten sich, als w ä r e n sie d u r c h G u m m i b ä n d e r

beschreiben. W i e d e m a u c h sei, g e m ä ß dem m o ­

verbunden.

d e l l a b h ä n g i g e n R e a l i s m u s existieren Q u a r k s in einem M o d e l l , d a s mit unseren B e o b a c h t u n g e n

D i e F r a g e , o b m a n s i n n v o l l e r w e i s e sagen k ö n n e , dass Q u a r k s w i r k l i c h existieren, w e n n

ü b e r d a s V e r h a l t e n s u b n u k l e a r e r Teilchen über­

sich nie eines isolieren lässt, w u r d e in den J a h ­

einstimmt.

ren n a c h E i n f ü h r u n g des Q u a r k - M o d e l l s k o n ­

D e r m o d e l l a b h ä n g i g e R e a l i s m u s k a n n ei­

t r o v e r s diskutiert. D e r G e d a n k e , d a s b e s t i m m t e

nen theoretischen R a h m e n für die D i s k u s s i o n

Teilchen a u s v e r s c h i e d e n e n K o m b i n a t i o n e n ei­

v o n F r a g e n w i e den folgenden liefern: Wenn

4«

K A P I T E L

3:

W A S

IST

die Welt v o r endlicher Z e i t entstand, w a s ge­

W I R K L I C H K E I T ?

Q U A R K S - Das Konzept der Quarks ist ein unent­ behrliches Element unserer fundamentalen physika­ lischen Theorien, obwohl sich einzelne Quarks nicht beobachten lassen.

schah dann d a v o r ? D e r frühchristliche Philo­ soph A u g u s t i n u s ( 3 5 4 - 4 3 0 ) sagte, die A n t w o r t laute nicht, dass G o t t die H ö l l e für M e n s c h e n geschaffen h a b e , die solche F r a g e n stellten, son­ dern die Z e i t sei eine Eigenschaft der v o n G o t t

49

K A P I T E L

3:

W A S

IST

W I R K L I C H K E I T ?

geschaffenen Welt und h a b e v o r der - v o n ihm

w i c k l u n g s g e s e t z e des U n i v e r s u m s beim U r k n a l l

später angesetzten - S c h ö p f u n g nicht existiert.

ihre G e l t u n g verlieren. In diesem F a l l w ä r e es

D i e s ist ein m ö g l i c h e s M o d e l l u n d w i r d v o n

sinnlos, ein M o d e l l zu e n t w i c k e l n , das die Z e i t

M e n s c h e n favorisiert, die die biblische S c h ö p ­

v o r d e m U r k n a l l einschließt, w e i l alles, w a s da­

fungsgeschichte

mals

beim

Wort

nehmen,

obwohl

existierte,

keine

beobachtbaren

Konse­

es fossile und andere B e l e g e gibt, die a u f ein

quenzen für die G e g e n w a r t hätte, daher k ö n n ­

w e i t höheres A l t e r der E r d e schließen lassen.

ten w i r g e n a u s o gut bei der A n n a h m e bleiben,

(Wurden sie ausgelegt, um uns hinters L i c h t zu

dass der U r k n a l l die S c h ö p f u n g der Welt w a r .

führen?) M a n k a n n a u c h ein anderes M o d e l l h a b e n , i n d e m die Z e i t 1 3 , 7 M i l l i a r d e n J a h r e

E i n M o d e l l ist gut, w e n n e s :

bis z u m U r k n a l l z u r ü c k r e i c h t . D i e s e s M o d e l l ,

1. elegant

d a s unsere g e g e n w ä r t i g e n B e o b a c h t u n g e n , ein­

2. nur

schließlich der historischen

und g e o l o g i s c h e n

zur V e r f ü g u n g

stehende

wenige

Elemente

D a t e n , am u m f a s s e n d s t e n erklärt, ist die beste uns

ist willkürliche

enthält,

die

oder sich

solche

gezielt

anpassen

lassen

D a r s t e l l u n g der

3. mit

V e r g a n g e n h e i t . E s k a n n die fossilen u n d r a d i o ­

den

einstimmt

a k t i v e n B e f u n d e p l a u s i b e l deuten und die Tat­

4. detaillierte

vorhandenen und

Beobachtungen

Beobachtungen

e m p f a n g e n , die M i l l i o n e n Lichtjahre v o n uns

widerlegen

entfernt sind, d a h e r ist dieses M o d e l l - die Ur­

sie

macht,

oder nicht

über­

erklärt

Vorhersagen

sache e r k l ä r e n , dass w i r d a s L i c h t v o n G a l a x i e n

sich

sie

über die

zukünftige

das

falsifizieren

Modell

können,

wenn

bewahrheiten.

knalltheorie - nützlicher als d a s erste. T r o t z d e m k ö n n e n w i r v o n k e i n e m der beiden M o d e l l e sa­

B e i s p i e l s w e i s e w a r die T h e o r i e des Aristote­

gen, es sei realer als d a s andere.

les, d a s s die Welt aus den vier Elementen E r d e ,

E i n i g e L e u t e p r o p a g i e r e n ein M o d e l l , in d e m

L u f t , F e u e r und W a s s e r bestehe und dass K ö r ­

die Z e i t ü b e r den U r k n a l l h i n a u s zurückreicht.

per bestrebt seien, ihren Z w e c k zu erfüllen, ele­

N o c h ist unklar, o b ein solches M o d e l l gegen­

g a n t und enthielt keine w i l l k ü r l i c h a n p a s s b a r e n

w ä r t i g e B e o b a c h t u n g e n besser e r k l ä r e n k ö n n t e ,

E l e m e n t e . D o c h in vielen Fällen machte diese

w e i l es den A n s c h e i n hat, als w ü r d e n die E n t ­

T h e o r i e keine eindeutigen V o r h e r s a g e n ,

50

und

K A P I T E L

3:

W A S

IST

w e n n d o c h , stimmten die V o r h e r s a g e n nicht im­

W I R K L I C H K E I T ?

B R E C H U N G Newtons Lichtmodell konnte erklä­ ren, warum Licht beim Übergang von einem Me­ dium in ein anderes seine Richtung ändert, nicht aber ein anderes Phänomen, das wir heute «New­ ton'sche Ringe» nennen.

mer mit den B e o b a c h t u n g e n überein. Eine die­ ser V o r h e r s a g e n lautete, dass s c h w e r e K ö r p e r schneller fallen müssten, da ihr Z w e c k d a s F a l ­ len sei. O f f e n b a r hatte es v o r G a l i l e i n i e m a n d

5'

K A P I T E L

3:

W A S

IST

W I R K L I C H K E I T ?

für n o t w e n d i g g e h a l t e n , diese T h e s e zu über­

a l s o zusätzliche K o m p l e x i t ä t zur G e n a u i g k e i t

prüfen. E s w i r d erzählt, e r h a b e d a z u G e w i c h t e

des M o d e l l s hätte beitragen k ö n n e n , empfinden

v o m Schiefen T u r m v o n Pisa fallen lassen. D i e s e

N a t u r w i s s e n s c h a f t l e r ein M o d e l l , das derart zu­

G e s c h i c h t e ist nicht belegt, a b e r w i r w i s s e n , dass

r e c h t g e b o g e n w i r d , u m einem bestimmten Satz

er K u g e l n v e r s c h i e d e n e n G e w i c h t s eine schiefe

v o n B e o b a c h t u n g e n zu entsprechen, als unbe­

E b e n e h i n a b r o l l e n ließ u n d b e o b a c h t e t e , dass

friedigend - eher als einen D a t e n k a t a l o g denn

sie alle entgegen der V o r h e r s a g e des A r i s t o t e l e s

als eine T h e o r i e , der m a n die V e r k ö r p e r u n g ei­

i n g l e i c h e m M a ß e schneller w u r d e n .

nes nützlichen Prinzips zutrauen w ü r d e .

Die sichtlich

obengenannten subjektiv.

Kriterien

Beispielsweise

sind lässt

offen­

In K a p i t e l 5 w e r d e n w i r sehen, dass viele

sich

F a c h l e u t e d a s s o g e n a n n t e S t a n d a r d m o d e l l der

E l e g a n z nicht leicht m e s s e n , a b e r sie w i r d v o n

E l e m e n t a r t e i l c h e n p h y s i k , d a s die Wechselwir­

W i s s e n s c h a f t l e r n sehr geschätzt, d a w i r v o n N a ­

k u n g e n der i n der N a t u r v o r k o m m e n d e n E l e ­

turgesetzen e r w a r t e n , d a s s sie eine A n z a h l be­

mentarteilchen beschreibt, als unelegant anse­

s o n d e r e r Fälle in einer einfachen F o r m e l z u s a m ­

hen. D i e s e s M o d e l l ist w e i t erfolgreicher als die

m e n f a s s e n . E l e g a n z bezieht sich a u f die F o r m

E p i z y k l e n des P t o l e m ä u s . Es sagte die E x i s t e n z

einer T h e o r i e , steht a b e r i n e n g e m Z u s a m m e n ­

etlicher neuer Teilchen vorher, b e v o r sie b e o b ­

h a n g mit d e m A u s b l e i b e n d i r e k t a n p a s s b a r e r

achtet w o r d e n w a r e n , u n d hat über J a h r z e h n t e

E l e m e n t e , d a eine T h e o r i e m i t vielen w i l l k ü r ­

h i n w e g die E r g e b n i s s e zahlreicher E x p e r i m e n t e

lich g e w ä h l t e n Z u t a t e n nicht sehr elegant ist.

mit g r o ß e r G e n a u i g k e i t beschrieben. D o c h es

I n A n l e h n u n g a n Einstein k ö n n e n w i r s a g e n :

enthält D u t z e n d e freier Parameter, deren Werte

E i n e T h e o r i e sollte s o einfach w i e m ö g l i c h , a b e r

sich nicht direkt aus der T h e o r i e ergeben, son­

nicht n o c h einfacher sein. P t o l e m ä u s ergänzte

dern die erst a n h a n d v o n M e s s u n g e n bestimmt

die k r e i s f ö r m i g e n U m l a u f b a h n e n der H i m m e l s ­

werden müssen.

k ö r p e r d u r c h E p i z y k l e n , d a m i t sein M o d e l l ihre

Zum

vierten

Punkt:

Wissenschaftler

sind

B e w e g u n g hinreichend g e n a u b e s c h r i e b . D u r c h

i m m e r b e e i n d r u c k t , w e n n sich neue u n d ver­

H i n z u f ü g u n g v o n E p i z y k l e n z u den E p i z y k l e n

blüffende V o r h e r s a g e n als richtig herausstellen.

u n d w e i t e r e r E p i z y k l e n z u jenen hätte m a n das

W e n n andererseits ein M o d e l l m a n g e l h a f t ist,

Modell noch genauer machen können. O b w o h l

heißt es nicht selten, das E x p e r i m e n t sei falsch

K A P I T E L

3:

W A S

IST

W I R K L I C H K E I T ?

g e w e s e n . Falls sich d a s nicht b e w a h r h e i t e t , w i r d

z u uns b e w e g t . S o k o n n t e H u b b l e , i n d e m e r die

häufig nicht das M o d e l l a u f g e g e b e n , s o n d e r n

S p e k t r e n ferner G a l a x i e n a n a l y s i e r t e , ihre G e ­

der V e r s u c h u n t e r n o m m e n , es d u r c h A b ä n d e ­

s c h w i n d i g k e i t e n b e s t i m m e n . E r hatte e r w a r t e t ,

rungen zu retten. O b w o h l P h y s i k e r mit g r o ß e r

d a s s sich e b e n s o viele G a l a x i e n auf uns zu- w i e

Hartnäckigkeit versuchen, Theorien zu bewah­

v o n uns f o r t b e w e g e n . Stattdessen stellte er fest,

ren, die sie b e w u n d e r n , n i m m t die Bereitschaft,

d a s s sich fast alle G a l a x i e n v o n uns f o r t b e w e g ­

eine T h e o r i e z u v e r ä n d e r n , i n d e m M a ß e a b ,

ten, u n d d a s u m s o schneller, je w e i t e r sie ent­

w i e die M o d i f i k a t i o n e n künstlich u n d s c h w e r ­

fernt w a r e n . H u b b l e g e l a n g t e z u d e m S c h l u s s ,

fällig und d a m i t « u n e l e g a n t » w e r d e n .

dass d a s U n i v e r s u m e x p a n d i e r e , d o c h a n d e r e

Werden die A b ä n d e r u n g e n , die zur E i n b e z i e ­

Forscher, die v e r s u c h t e n , a n d e m früheren M o ­

hung neuer B e o b a c h t u n g e n erforderlich sind,

dell festzuhalten, w o l l t e n seine B e o b a c h t u n g e n

zu bizarr, ist das ein Z e i c h e n für die N o t w e n ­

i m K o n t e x t des statischen U n i v e r s u m s e r k l ä r e n .

digkeit eines neuen M o d e l l s . E i n B e i s p i e l für

B e i s p i e l s w e i s e s c h l u g der C a l t e c h - P h y s i k e r Fritz

ein altes M o d e l l , das unter d e m G e w i c h t neuer

Z w i c k y vor, d a s s a u s einigen n o c h u n b e k a n n ­

B e o b a c h t u n g e n den Platz r ä u m e n m u s s t e , w a r

ten G r ü n d e n d a s L i c h t a u f d e m W e g ü b e r g r o ß e

die Idee eines statischen, a l s o zeitlich u n v e r ä n ­

Entfernungen Energie verlöre. Dieser Energie­

derlichen U n i v e r s u m s . In den z w a n z i g e r J a h r e n

verlust e n t s p r ä c h e einer V e r ä n d e r u n g des L i c h t ­

glaubten die meisten Physiker, d a s U n i v e r s u m

s p e k t r u m s , die sich mit H u b b i e s B e o b a c h t u n ­

sei statisch. 1 9 2 9 veröffentlichte E d w i n H u b b l e

gen d e c k e n k ö n n t e .

d a n n seine B e o b a c h t u n g e n , die zeigten, d a s s das

N o c h J a h r z e h n t e n a c h H u b b l e hielten v i e ­

U n i v e r s u m e x p a n d i e r t . D o c h H u b b l e hatte die

le W i s s e n s c h a f t l e r a u c h w e i t e r h i n an der S t e a d y ­

E x p a n s i o n des U n i v e r s u m s nicht direkt b e o b ­

S t a t e - T h e o r i e fest. D o c h a m natürlichsten w a r

achtet, sondern nur das L i c h t , d a s v o n G a l a x i e n

Hubbies Erklärung, dass das Universum expan­

emittiert w i r d . D i e s e s Licht besitzt eine c h a r a k ­

diere, u n d schließlich w u r d e sie a l l g e m e i n a n ­

teristische S i g n a t u r - ein auf der Z u s a m m e n s e t ­

erkannt.

zung der jeweiligen G a l a x i e b e r u h e n d e s S p e k ­

Bei unserer S u c h e n a c h den G e s e t z e n , die d a s

trum -, die sich in b e r e c h e n b a r e r und m e s s b a r e r

U n i v e r s u m regieren, h a b e n w i r eine R e i h e v o n

Weise verändert, w e n n sich die G a l a x i e relativ

T h e o r i e n o d e r M o d e l l e n formuliert - die T h e o ­

53

K A P I T E L

I N T E R F E R E N Z

3:

W A S

IST

W I R K L I C H K E I T ?

­

Wenn Wellen aufeinandertref­ fen, werden sie entweder stärker oder schwächer.

rie der v i e r E l e m e n t e , d a s p t o l e m ä i s c h e M o d e l l ,

k e l n . D a s w ü r d e e r k l ä r e n , w a r u m sich L i c h t ge­

die P h l o g i s t o n t h e o r i e , die U r k n a l l t h e o r i e u n d

radlinig f o r t b e w e g t . N e w t o n konnte mit dieser

s o fort. M i t jeder T h e o r i e o d e r jedem M o d e l l

T h e o r i e a u c h e r k l ä r e n , w a r u m L i c h t seine R i c h ­

h a b e n sich unsere Begriffe v o n der W i r k l i c h ­

tung ändert, a l s o g e b r o c h e n w i r d , w e n n e s v o n

keit u n d den f u n d a m e n t a l e n Bestandteilen des

einem M e d i u m in ein anderes übergeht, e t w a

U n i v e r s u m s v e r ä n d e r t . B e t r a c h t e n w i r beispiels­

v o n Luft in G l a s o d e r v o n Luft in Wasser.

weise

die

Lichttheorie.

Newton

dachte,

das

E i n anderes

L i c h t bestehe a u s kleinen Teilchen o d e r K o r p u s ­

Phänomen,

das N e w t o n be­

obachtete und d a s heute N e w t o n ' s c h e R i n g e

54

K A P I T E L

3:

W A S

IST

heißt, k o n n t e die K o r p u s k e l t h e o r i e j e d o c h nicht

W I R K L I C H K E I T ?

lässt sich mit der T e i l c h e n t h e o r i e des L i c h t s

erklären: M a n lege eine L i n s e auf eine reflektie­

s c h w e r l i c h e r k l ä r e n , w o h l a b e r m i t der Wellen­

rende Scheibe u n d beleuchte sie m i t L i c h t einer

theorie.

einzigen F a r b e , e t w a N a t r i u m l i c h t . W e n n m a n

N a c h der W e l l e n t h e o r i e des L i c h t s w e r d e n

sie nun v o n oben betrachtet, w i r d m a n auf der

die hellen u n d d u n k l e n R i n g e d u r c h d a s P h ä n o ­

Scheibe eine R e i h e heller und d u n k l e r R i n g e se­

m e n der Interferenz h e r v o r g e r u f e n : E i n e W e l l e ,

hen, die konzentrisch um den B e r ü h r u n g s p u n k t

e t w a eine W a s s e r w e l l e , besteht a u s einer R e i h e

der L i n s e mit der Scheibe a n g e o r d n e t sind. D a s

von K ä m m e n und Tälern. Wenn beim Z u s a m ­

55

K A P I T E L

3:

W A S

IST

W I R K L I C H K E I T ?

mentreffen z w e i e r Wellen zufällig die K ä m m e

flektierte Welle hebt die v o n der Scheibe reflek­

der einen auf die K ä m m e der a n d e r e n Welle

tierte Welle auf.

treffen u n d W e l l e n t ä l e r a u f Wellentäler, d a n n

Im

neunzehnten J a h r h u n d e r t wertete

man

v e r s t ä r k e n sie einander, u n d es entsteht eine

d a s als B e s t ä t i g u n g der Wellentheorie und W i ­

g r ö ß e r e Welle. D a s nennen w i r k o n s t r u k t i v e

d e r l e g u n g der Teilchentheorie des L i c h t s . D o c h

Interferenz. In d i e s e m F a l l heißen die Wellen

A n f a n g des z w a n z i g s t e n J a h r h u n d e r t s zeigte E i n ­

«phasengleich».

stein, dass sich der photoelektrische Effekt (den

D a s a n d e r e E x t r e m liegt vor, w e n n die K ä m ­

sich frühe F e r n s e h - und m o d e r n e D i g i t a l k a m e ­

me der einen Welle mit den T ä l e r n der a n d e r e n

r a s zunutze m a c h e n ) durch die A n n a h m e erklä­

zusammenfallen und umgekehrt. In diesem Fall

ren lässt, dass ein Lichtteilchen o d e r -quant auf

heben sich die Wellen auf - sie sind « p h a s e n v e r ­

ein A t o m trifft u n d ein E l e k t r o n herausschlägt.

s c h o b e n » . Bei dieser S i t u a t i o n spricht m a n v o n

D a s L i c h t v e r h ä l t sich a l s o w i e ein Teilchen u n d

d e s t r u k t i v e r Interferenz.

w i e eine Welle.

I m F a l l e der N e w t o n ' s c h e n R i n g e befinden

A u f d a s W e l l e n k o n z e p t k a m e n die M e n s c h e n

sich die hellen R i n g e in denjenigen A b s t ä n d e n

v e r m u t l i c h durch die B e o b a c h t u n g des M e e r e s

v o m M i t t e l p u n k t , bei denen die E n t f e r n u n g z w i ­

o d e r einer Pfütze, n a c h d e m ein Stein hineinge­

schen der L i n s e u n d der reflektierenden F l ä c h e

fallen w a r . Falls Sie j e m a l s z w e i Steine in eine

g e r a d e so g r o ß ist, d a s s die an der U n t e r k a n t e

Pfütze h a b e n fallen lassen, sind Sie w a h r s c h e i n ­

der L i n s e u n d die an der F l ä c h e reflektierte Welle

lich Z e u g e v o n I n t e r f e r e n z p h ä n o m e n e n g e w o r ­

u m ein g a n z z a h l i g e s ( 1 , 2 , 3 , . . . ) V i e l f a c h e s ih­

d e n , w i e sie d a s Bild rechts zeigt. Bei der B e o b ­

rer W e l l e n l ä n g e g e g e n e i n a n d e r v e r s c h o b e n sind

a c h t u n g a n d e r e r Flüssigkeiten ist ein ähnliches

u n d es zu k o n s t r u k t i v e r Interferenz k o m m t . D i e

V e r h a l t e n zu e r k e n n e n , a u s g e n o m m e n vielleicht

d u n k l e n R i n g e d a g e g e n befinden sich in Ent­

W e i n , w e n n Sie ihn zu reichlich genossen ha­

f e r n u n g e n v o m Z e n t r u m , bei d e n e n die beiden

ben. D e n Teilchenbegriff k a n n t e m a n v o n Stei­

reflektierten Wellen u m ein h a l b z a h l i g e s ( 1 / 2 ,

nen, K i e s e l n und S a n d . D o c h dieser Welle-Teil­

3 / 2 , . . . ) V i e l f a c h e s der W e l l e n l ä n g e gegenein­

c h e n - D u a l i s m u s - die Idee, dass sich ein O b j e k t

a n d e r v e r s c h o b e n sind. D a d u r c h k o m m t e s z u

s o w o h l als Teilchen als a u c h als Welle beschrei­

d e s t r u k t i v e r Interferenz - die v o n der L i n s e re­

ben lässt - ist der A l l t a g s e r f a h r u n g so fremd w i e

56

K A P I T E L

3:

W A S

IST

die V o r s t e l l u n g , m a n k ö n n e einen Sandstein­

W I R K L I C H K E I T ?

I N T E R F E R E N Z I N D E R P F Ü T Z E - In der Alltagswelt zeigt sich das Interferenzkonzept in allen Gewäs­ sern, von der Pfütze bis zum Ozean.

b r o c k e n trinken. D u a l i t ä t e n w i e diese - Situationen, in denen zwei sehr verschiedene T h e o r i e n d a s s e l b e P h ä ­

57

K A P I T E L

3:

W A S

IST

W I R K L I C H K E I T ?

n o m e n e x a k t b e s c h r e i b e n - sind m i t d e m m o ­ dellabhängigen Theorie

kann

Realismus bestimmte

konsistent. Eigenschaften

O b w o h l diese Situation nicht den traditio­

Jede

nellen T r a u m der P h y s i k e r v o n einer einzigen

be­

vereinheitlichten T h e o r i e erfüllt, ist sie im R a h ­

schreiben u n d e r k l ä r e n , u n d v o n keiner T h e o r i e

m e n des m o d e l l a b h ä n g i g e n R e a l i s m u s a k z e p t a ­

lässt sich b e h a u p t e n , sie sei besser o d e r realer

bel.

als die a n d e r e . Z u den G e s e t z e n , die d a s U n i ­

B e v o r w i r uns in K a p i t e l 5 eingehender mit

v e r s u m regieren, lässt sich F o l g e n d e s s a g e n : E s

D u a l i t ä t u n d M - T h e o r i e beschäftigen, w e r d e n

scheint s o , als k ö n n e kein einzelnes m a t h e m a ­

wir

tisches M o d e l l , keine einzelne T h e o r i e jeden

unseres m o d e r n e n Weltbildes z u w e n d e n - der

A s p e k t des U n i v e r s u m s b e s c h r e i b e n . W i e i m

Quantentheorie

einleitenden K a p i t e l e r w ä h n t , g i b t e s a n s c h e i ­

tentheoretischen

n e n d ein N e t z v o n T h e o r i e n , die s o g e n a n n t e

schichten. D a n a c h hat das U n i v e r s u m nicht nur

M - T h e o r i e . J e d e r T h e o r i e i m N e t z der M - T h e o ­

eine einzige E x i s t e n z o d e r G e s c h i c h t e , statt­

rie gelingt es, die E r s c h e i n u n g e n i n n e r h a l b eines

dessen existiert jede nur d e n k b a r e V a r i a n t e des

b e s t i m m t e n B e r e i c h s z u b e s c h r e i b e n . W o sich

U n i v e r s u m s gleichzeitig als s o g e n a n n t e Ü b e r l a ­

die G e l t u n g s b e r e i c h e ü b e r s c h n e i d e n , s t i m m e n

g e r u n g v o n Q u a n t e n z u s t ä n d e n . D a s m a g sich

die v e r s c h i e d e n e n T h e o r i e n des N e t z e s überein,

g e n a u s o a b s u r d a n h ö r e n w i e die T h e o r i e , i n der

d a h e r k ö n n e n sie alle als Teile derselben T h e o r i e

der T i s c h jedes M a l v e r s c h w i n d e t , w e n n w i r das

a n g e s e h e n w e r d e n . D o c h keine einzelne T h e o r i e

Z i m m e r v e r l a s s e n , d o c h in diesem Fall hat die

des N e t z e s k a n n jeden A s p e k t des U n i v e r s u m s

T h e o r i e jede e x p e r i m e n t e l l e Prüfung bestanden,

e r k l ä r e n - alle N a t u r k r ä f t e , die T e i l c h e n , die

der sie u n t e r z o g e n w u r d e .

diesen K r ä f t e n u n t e r w o r f e n sind, u n d d a s B e ­ z u g s s y s t e m v o n R a u m u n d Z e i t , i n d e m alles stattfindet.

uns einem

der g r u n d l e g e n d e n

und insbesondere A n s a t z der

Bausteine

dem quan­

alternativen G e ­

KAPITEL 4

ALTERNATIVE

GESCHICHTEN

E

INE

FORSCHUNGSGRUPPE

B ä l l e sind, treten z w e i s t a r k g e b ü n d e l t e S t r ö m e

österreichischer

auf der a n d e r e n Seite a u s . S i n d die B r e s c h e n et­

P h y s i k e r feuerte 1 9 9 9 eine R e i h e fußball­

förmiger M o l e k ü l e

auf eine T r e n n w a n d

w a s breiter, fächert sich jeder S t r o m auf, w i e es

ab.

die A b b i l d u n g a u f Seite 64 zeigt.

Diese M o l e k ü l e , jedes a u s sechzig Kohlenstoff­ a t o m e n bestehend, bezeichnet m a n a u f E n g l i s c h

W o h l g e m e r k t : B e i S c h l i e ß u n g einer der B r e ­

auch als buckyballs u n d a u f D e u t s c h als F u l ­

schen g e l a n g t der betreffende S t r o m v o n B ä l l e n

lerene, w e i l der A r c h i t e k t B u c k m i n s t e r F u l l e r

nicht m e h r h i n d u r c h , w a s sich a u f den a n d e ­

G e b ä u d e dieser F o r m errichtete. Fullers g e o d ä ­

ren S t r o m a b e r nicht a u s w i r k t . Öffnen w i r die

tische K u p p e l n sind w a h r s c h e i n l i c h die größten

zwischenzeitlich v e r s c h l o s s e n e B r e s c h e w i e d e r ,

fußballförmigen O b j e k t e , die es gibt. D i e F u l ­

k a n n d a s die A n z a h l der B ä l l e , die a n j e d e m be­

lerene die kleinsten. D i e T r e n n w a n d , a u f die die

liebigen O r t a u f der a n d e r e n Seite l a n d e n , n u r

F o r s c h e r schössen, w i e s z w e i Spalte auf, d u r c h

e r h ö h e n . Schließlich h a b e n w i r e s d a n n mit allen

die die Fullerene g e l a n g e n k o n n t e n . H i n t e r die

B ä l l e n zu tun, die d u r c h die s c h o n z u v o r offene

W a n d stellten die P h y s i k e r eine A r t S i c h t s c h i r m ,

A u s s p a r u n g g e l a n g e n , z u z ü g l i c h der B ä l l e , die

u m die dort a n k o m m e n d e n M o l e k ü l e n a c h z u ­

die neu geöffnete L ü c k e p a s s i e r e n . M i t a n d e r e n

weisen und zu zählen.

W o r t e n : W a s w i r bei z w e i geöffneten B r e s c h e n

Wollten w i r ein entsprechendes E x p e r i m e n t

b e o b a c h t e n , ist die S u m m e dessen, w a s w i r be­

mit richtigen F u ß b ä l l e n durchführen, so b r a u c h ­

o b a c h t e n , w e n n jede B r e s c h e i n der W a n d s e p a ­

ten w i r einen Spieler, der nicht sehr treffsicher

rat geöffnet ist. D a s ist die W i r k l i c h k e i t , die w i r

ist, a b e r die F ä h i g k e i t besitzt, die B ä l l e gleich­

aus unserer A l l t a g s w e l t k e n n e n . W a s die öster­

bleibend

unserer

reichischen F o r s c h e r b e o b a c h t e t e n , als sie ihre

W a h l abzuschießen. D i e s e n Spieler stellen w i r

M o l e k ü l e abfeuerten, w a r freilich e t w a s g a n z

v o r eine T o r w a n d mit z w e i B r e s c h e n . H i n t e r der

anderes.

mit

einer

Geschwindigkeit

W a n d und parallel zu ihr bringen w i r ein sehr

I n d e m österreichischen E x p e r i m e n t erhöhte

langes N e t z an. D i e meisten Schüsse des Spielers

die Ö f f n u n g des z w e i t e n S p a l t s t a t s ä c h l i c h die

treffen v e r m u t l i c h die W a n d u n d p r a l l e n z u r ü c k ,

Z a h l der M o l e k ü l e , die a n b e s t i m m t e n P u n k t e n

aber einige gehen d u r c h die B r e s c h e ins N e t z .

auf den S i c h t s c h i r m trafen - verringerte j e d o c h

Wenn die L ü c k e n nur ein w e n i g g r ö ß e r als die

die Z a h l a n a n d e r e n Stellen, w i e i n der A b ­

61

K A P I T E L

F U L L E R E N E

Fußbälle aus

­

4 :

A L T E R N A T I V E

G E S C H I C H T E N

bildung auf Seite 65 zu erkennen. Tatsächlich

Fullerene sehen wie mikroskopische und bestehen aus Kohlenstoffatomen.

g a b es O r t e , an denen keine Fullerene lande­ ten, w e n n beide Spalte offen w a r e n , w o h l aber, w e n n n u r der eine o d e r nur der andere Spalt geöffnet w a r . D a s erscheint d o c h sehr m e r k w ü r ­ dig. W i e k a n n d a s Öffnen eines zweiten Spalts

62

K A P I T E L

4 :

A L T E R N A T I V E

G E S C H I C H T E N

b e w i r k e n , dass a n b e s t i m m t e n P u n k t e n w e n i g e r

E r f a h r u n g u n d Intuition die G r u n d l a g e t h e o r e ­

M o l e k ü l e auftreffen?

tischer E r k l ä r u n g e n . I n d e m M a ß e , w i e w i r un­ sere T e c h n i k v e r b e s s e r t e n u n d den B e r e i c h der

Einen H i n w e i s auf die A n t w o r t k ö n n e n w i r b e k o m m e n , w e n n w i r uns g e n a u e r m i t den E i n ­

b e o b a c h t b a r e n P h ä n o m e n e a u s d e h n t e n , stellten

zelheiten beschäftigen. In d e m E x p e r i m e n t lan­

w i r fest, d a s s sich d a s V e r h a l t e n der N a t u r i m ­

deten viele der m o l e k u l a r e n F u ß b ä l l e an einer

mer weniger mit unserer Alltagserfahrung und

Stelle, die auf h a l b e m W e g z w i s c h e n den R e g i o ­

folglich unserer Intuition d e c k t e , w i e d a s E x p e ­

nen lag, in denen m a n den A u f s c h l a g der B ä l l e

r i m e n t m i t den F u l l e r e n e n zeigt. D i e s e s E x p e ­

nach Passieren des einen o d e r des a n d e r e n Spalts

riment ist c h a r a k t e r i s t i s c h für P h ä n o m e n e , die

e r w a r t e t hätte. E i n S t ü c k v o n dieser zentralen

nicht v o n der k l a s s i s c h e n P h y s i k erfasst, w o h l

Stelle entfernt trafen nur w e n i g e M o l e k ü l e ein,

a b e r v o n der Q u a n t e n p h y s i k b e s c h r i e b e n w e r ­

d o c h n o c h ein S t ü c k w e i t e r a u s w ä r t s b e o b a c h ­

den.

teten die F o r s c h e r w i e d e r m e h r M o l e k ü l e i n ­

Tatsächlich schrieb R i c h a r d F e y n m a n , das

schläge. Dieses M u s t e r ist nicht die S u m m e der

D o p p e l s p a l t e x p e r i m e n t - ein B e i s p i e l h a b e n w i r

M u s t e r , die entstehen, w e n n die S p a l t e s e p a r a t

oben beschrieben - «enthält das ganze Geheim­

geöffnet w e r d e n , s o n d e r n - vielleicht erinnern

nis der Q u a n t e n m e c h a n i k » .

Sie es a u s K a p i t e l 3 - d a s M u s t e r , d a s für mit­

Die

Prinzipien

der

Quantenphysik

wur­

einander interferierende Wellen c h a r a k t e r i s t i s c h

den in den ersten J a h r z e h n t e n des z w a n z i g s t e n

ist. D i e B e r e i c h e , in denen keine M o l e k ü l e ein­

J a h r h u n d e r t s e n t w i c k e l t , n a c h d e m sich h e r a u s ­

treffen, entsprechen R e g i o n e n , in denen v o n den

gestellt hatte, d a s s N e w t o n s T h e o r i e für die

beiden Spalten emittierte Wellen so g e g e n e i n a n ­

B e s c h r e i b u n g der N a t u r a u f der a t o m a r e n ­

der p h a s e n v e r s c h o b e n sind, d a s s es zu destruk­

o d e r s u b a t o m a r e n - E b e n e nicht a u s r e i c h t . D i e

tiver Interferenz k o m m t ; die B e r e i c h e , in denen

g r u n d l e g e n d e n T h e o r i e n der P h y s i k b e s c h r e i b e n

viele M o l e k ü l e l a n d e n , entsprechen R e g i o n e n ,

die N a t u r k r ä f t e u n d die W e i s e , w i e O b j e k t e auf

in denen die Wellen p h a s e n g l e i c h eintreffen u n d

sie r e a g i e r e n . K l a s s i s c h e T h e o r i e n bilden einen

a l s o k o n s t r u k t i v interferieren.

R a h m e n für unsere A l l t a g s e r f a h r u n g , der zu­ folge materielle O b j e k t e i n d i v i d u e l l e E x i s t e n z

I n den ersten e t w a z w e i t a u s e n d J a h r e n w i s ­ senschaftlichen

Denkens

waren

besitzen, a n b e s t i m m t e n O r t e n l o k a l i s i e r t w e r ­

gewöhnliche

63

K A P I T E L

4 :

A L T E R N A T I V E

den k ö n n e n , g e n a u definierten B a h n e n folgen

Ein Fußballer, der mit Bällen auf Lücken in einer Torwand schießt, erzeugt das folgende Muster. D O P P E L S P A L T - F U S S B A L L

G E S C H I C H T E N

-

u n d so fort. D i e Q u a n t e n p h y s i k liefert einen R a h m e n z u m V e r s t ä n d n i s des Verhaltens der N a t u r bei a t o m a r e n und s u b a t o m a r e n G r ö ß e n ­ v e r h ä l t n i s s e n , d o c h w i e w i r unten eingehen­ der zeigen w e r d e n , v e r l a n g t sie a u c h ein v o l l ­

64

K A P I T E L

4 :

A L T E R N A T I V E

k o m m e n anderes B e g r i f f s s c h e m a , in d e m sich

F U L L E R E N - F U S S B A L L Wenn molekulare Fußbälle aufspalte in einem Schirm abgefeuert werden, macht sich in dem resultierenden Muster der Einfluss unge­ wohnter Quantengesetze bemerkbar.

Position, B a h n und s o g a r V e r g a n g e n h e i t u n d Z u k u n f t nicht e x a k t b e s t i m m e n lassen. Q u a n ­ tentheorien v o n K r ä f t e n w i e der

G E S C H I C H T E N

Gravitation

oder der e l e k t r o m a g n e t i s c h e n K r a f t sind in die­ sem begrifflichen R a h m e n e n t w i c k e l t w o r d e n .

65

K A P I T E L

4 :

A L T E R N A T I V E

G E S C H I C H T E N

K ö n n e n T h e o r i e n , deren begriffliche B a s i s

gibt uns k e i n e n b e s o n d e r e n A u f s c h l u s s über das

s o w e i t v o n den uns v e r t r a u t e n K o n z e p t e n ent­

V e r h a l t e n eines S e e s . Im Fall der Q u a n t e n p h y s i k

fernt ist, a u c h die v o n der k l a s s i s c h e n P h y s i k

sind die F o r s c h e r n o c h i m m e r d a m i t beschäf­

s o p r ä z i s e m o d e l l i e r t e n E r e i g n i s s e der A l l t a g s ­

tigt, i m E i n z e l n e n a u s z u a r b e i t e n , w i e N e w t o n s

e r f a h r u n g e r k l ä r e n ? Sie k ö n n e n es, denn w i r

G e s e t z e a u s der v o n der Q u a n t e n m e c h a n i k be­

u n d unsere U m g e b u n g sind z u s a m m e n g e s e t z t e

herrschten M i k r o w e i t h e r v o r g e h e n . A b e r w i r

S t r u k t u r e n a u s einer u n v o r s t e l l b a r g r o ß e n Z a h l

w i s s e n , d a s s die Bestandteile aller O b j e k t e den

v o n A t o m e n , m e h r A t o m e n , als e s Sterne i m be­

Gesetzen

o b a c h t b a r e n U n i v e r s u m gibt. U n d o b w o h l die

d a s s die N e w t o n ' s c h e n G e s e t z e i n guter N ä ­

A t o m e , a u s d e n e n w i r bestehen, den Prinzipien

h e r u n g b e s c h r e i b e n , w i e sich m a k r o s k o p i s c h e

der Q u a n t e n p h y s i k g e h o r c h e n , lässt sich zeigen,

O b j e k t e v e r h a l t e n , die a u s solchen Q u a n t e n b e ­

dass es großen, zusammengesetzten Strukturen

standteilen bestehen.

der

Quantenphysik

gehorchen

und

w i e F u ß b ä l l e n , R ü b e n , J u m b o j e t s - o d e r uns

D a h e r d e c k e n sich die V o r h e r s a g e n der N e w ­

selbst - gelingt, die B e u g u n g an S p a l t e n zu ver­

ton'schen T h e o r i e mit der W i r k l i c h k e i t s a u f f a s ­

meiden.

sung, die w i r a u s unseren direkten E r f a h r u n g e n

O b w o h l a l s o die B e s t a n d t e i l e v o n A l l t a g s ­

mit der uns u m g e b e n d e n Welt heraus entwickelt

o b j e k t e n der Q u a n t e n p h y s i k g e h o r c h e n , bilden

h a b e n . D o c h einzelne A t o m e u n d M o l e k ü l e füh­

N e w t o n s G e s e t z e eine effektive T h e o r i e , die d a s

ren sich g a n z a n d e r s auf als die D i n g e unserer

Verhalten

Alltagserfahrung.

der z u s a m m e n g e s e t z t e n

Strukturen,

die unsere A l l t a g s w e l t a u s m a c h e n , sehr g e n a u

D i e Q u a n t e n p h y s i k ist ein neues W i r k l i c h ­

beschreibt.

k e i t s m o d e l l , d a s uns ein Bild des U n i v e r s u m s vermittelt, in d e m viele K o n z e p t e , die unserem

E s m a g s e l t s a m k l i n g e n , a b e r e s gibt viele Beispiele in der W i s s e n s c h a f t , in d e n e n sich g r o ­

intuitiven

ße Z u s a m m e n s c h l ü s s e a n d e r s zu v e r h a l t e n schei­

liegen, ihre B e d e u t u n g verlieren.

Wirklichkeitsverständnis

zugrunde

nen als ihre einzelnen B e s t a n d t e i l e . V o n den

D a s erste E x p e r i m e n t , d a s die Wellenna­

R e a k t i o n e n eines einzelnen N e u r o n s lässt sich

tur der M a t e r i e o f f e n b a r t e , w u r d e 1 9 2 7 v o n

k a u m a u f die des m e n s c h l i c h e n G e h i r n s schlie­

C l i n t o n D a v i s s o n u n d Lester G e r m e r durchge­

ßen, u n d die K e n n t n i s eines W a s s e r m o l e k ü l s

führt, z w e i E x p e r i m e n t a l p h y s i k e r n an den Bell

66

K A P I T E L

4 :

A L T E R N A T I V E

G E S C H I C H T E N

L a b o r a t o r i e s . Sie untersuchten, w i e ein Strahl

W i r b r a u c h e n n u r einige w e n i g e A s p e k t e der

v o n O b j e k t e n , die sehr viel einfacher beschaffen

Q u a n t e n p h y s i k , u m die A r g u m e n t e z u verste­

sind als Fullerene - E l e k t r o n e n -, mit N i c k e l ­

hen, die w i r i n s p ä t e r e n K a p i t e l n v o r b r i n g e n

kristallen w e c h s e l w i r k t . D a s s M a t e r i e t e i l c h e n

werden. Eine Eigenschaft von entscheidender

w i e E l e k t r o n e n sich tatsächlich w i e W a s s e r w e l ­

B e d e u t u n g ist

len verhalten, w a r eines der v e r b l ü f f e n d e n E x ­

D a s s sich M a t e r i e t e i l c h e n w i e eine Welle ver­

perimente, w e l c h e die E n t w i c k l u n g der Q u a n ­

halten, ü b e r r a s c h t e alle. D a s s sich L i c h t w i e

tenphysik v o r a n b r a c h t e n .

eine Welle v e r h ä l t , ü b e r r a s c h t s c h o n seit l ä n g e ­

der W e l l e - T e i l c h e n - D u a l i s m u s .

D a dieses V e r h a l t e n auf m a k r o s k o p i s c h e r

r e m n i e m a n d e n mehr. D a s w e l l e n a r t i g e V e r h a l ­

E b e n e nicht b e o b a c h t e t w i r d , h a b e n sich die

ten v o n L i c h t erscheint uns s e l b s t v e r s t ä n d l i c h

F o r s c h e r lange gefragt, w i e g r o ß u n d k o m p l e x

u n d gilt seit fast z w e i J a h r h u n d e r t e n als aner­

O b j e k t e , die solche w e l l e n a r t i g e n E i g e n s c h a f t e n

kannte Tatsache. Wenn m a n in obigem E x p e ­

an den T a g legen, im äußersten F a l l sein k ö n ­

r i m e n t einen L i c h t s t r a h l auf die beiden S p a l t e

nen. E s w ü r d e ziemliches A u f s e h e n erregen,

richtet, tritt a u s j e d e m der S p a l t e eine Welle

ließe sich dieser Effekt an M e n s c h e n o d e r N i l ­

a u s , u n d die beiden W e l l e n treffen sich auf d e m S c h i r m . A n einigen Stellen fallen ihre K ä m m e

pferden n a c h w e i s e n . D o c h generell gilt, w i e g e s a g t : J e g r ö ß e r das

u n d T ä l e r z u s a m m e n u n d bilden helle B e r e i ­

O b j e k t , desto w e n i g e r auffällig u n d r o b u s t sind

c h e ; a n a n d e r e n treffen die K ä m m e der einen

die Quanteneffekte. D a h e r ist es u n w a h r s c h e i n ­

Welle a u f die T ä l e r der a n d e r e n , sie h e b e n sich

lich, dass i r g e n d w e l c h e Z o o t i e r e die G i t t e r s t ä b e

auf u n d hinterlassen eine d u n k l e R e g i o n . D e r

ihrer K ä f i g e w e l l e n a r t i g p a s s i e r e n . A l l e r d i n g s

englische P h y s i k e r T h o m a s Y o u n g führte dieses

haben E x p e r i m e n t a l p h y s i k e r d a s W e l l e n p h ä n o ­

E x p e r i m e n t A n f a n g des n e u n z e h n t e n J a h r h u n ­

men a n i m m e r g r ö ß e r e n « T e i l c h e n » b e o b a c h t e t .

derts d u r c h , w o m i t e r seine Z e i t g e n o s s e n d a v o n

Die F o r s c h e r hoffen, das F u l l e r e n - E x p e r i m e n t

ü b e r z e u g t e , d a s s d a s L i c h t eine Welle sei u n d

eines T a g e s mit einem V i r u s w i e d e r h o l e n zu

nicht, w i e N e w t o n g e g l a u b t hatte, a u s T e i l c h e n

k ö n n e n , der nicht nur viel g r ö ß e r ist, s o n d e r n

bestehe.

nach A u f f a s s u n g einiger W i s s e n s c h a f t l e r a u c h

O b w o h l m a n zu dem Schluss k o m m e n könn­

ein L e b e w e s e n darstellt.

te, N e w t o n liege falsch mit seiner B e h a u p t u n g ,

67

K A P I T E L

4 :

A L T E R N A T I V E

d a s L i c h t sei keine Welle, hatte er doch recht,

Das Fulleren-Muster kann­ te man aus der Wellentheorie des Lichts.

Y O U N G S

E X P E R I M E N T

G E S C H I C H T E N

-

w e n n er sagte, d a s L i c h t k ö n n e sich verhalten, als bestehe es a u s Teilchen. H e u t e nennen w i r diese Teilchen P h o t o n e n . Ä h n l i c h w i e w i r aus

68

KAPITEL

4:

ALTERNATIVE

GESCHICHTEN

einer g r o ß e n Z a h l v o n A t o m e n gefügt sind, ist

o d e r einer g r ö ß e r e n A n s a m m l u n g v o n P h o t o ­

das L i c h t , das w i r in unserer A l l t a g s w e l t sehen,

nen, s o n d e r n der i n d i v i d u e l l e n T e i l c h e n . Ein

insofern z u s a m m e n g e s e t z t , als es a u s einer R i e ­

weiteres

Grundprinzip

der

Quanten­

senzahl v o n P h o t o n e n besteht - selbst ein N a c h t ­

p h y s i k ist die 1 9 2 6 v o n W e r n e r H e i s e n b e r g

licht v o n einem Watt emittiert einige M i l l i a r d e n

formulierte

Milliarden davon pro Sekunde. Einzelne Photo­

d a s s unserer F ä h i g k e i t zur gleichzeitigen M e s ­

nen sind in der R e g e l nicht zu sehen, d o c h im

sung b e s t i m m t e r E i g e n s c h a f t e n , e t w a des Auf­

L a b o r k ö n n e n w i r einen L i c h t s t r a h l erzeugen,

enthaltsorts

Unschärferelation.

und

der

Sie

lehrt

Geschwindigkeit

uns,

eines

der so s c h w a c h ist, dass er aus einem S t r o m ein­

T e i l c h e n s , prinzipielle G r e n z e n g e z o g e n s i n d .

zelner P h o t o n e n besteht, die w i r jedes für sich

Wenn man

n a c h w e i s e n k ö n n e n , s o w i e w i r einzelne E l e k t r o ­

eines

nen o d e r Fullerene d o k u m e n t i e r e n k ö n n e n . W i r

nes I m p u l s e s multipliziert (der I m p u l s ist d a b e i

k ö n n e n Y o u n g s E x p e r i m e n t m i t e i n e m Strahl

M a s s e m a l G e s c h w i n d i g k e i t ) , d a n n k a n n der

w i e d e r h o l e n , der so w e i t a u s g e d ü n n t ist, dass

Unschärferelation zufolge das Ergebnis niemals

die P h o t o n e n die T r e n n w a n d einzeln erreichen,

kleiner als eine b e s t i m m t e feste G r ö ß e sein,

die

Teilchens

Planck'sches

U n b e s t i m m t h e i t der

Position

m i t der U n b e s t i m m t h e i t sei­

w o b e i z w i s c h e n jeder A n k u n f t einige S e k u n d e n

die

liegen. W e n n w i r d a n a c h alle einzelnen, hinter

w i r d . D a s ist z w a r ein Z u n g e n b r e c h e r , a b e r sein

Wirkungsquantum

genannt

der T r e n n w a n d aufgezeichneten A u f s c h l ä g e a d ­

K e r n p u n k t lässt sich einfach w i e d e r g e b e n : J e

dieren, stellen w i r fest, dass sie z u s a m m e n d a s

g e n a u e r m a n die G e s c h w i n d i g k e i t misst, desto

gleiche Interferenzmuster bilden, d a s sich b e i m

w e n i g e r g e n a u k a n n m a n den A u f e n t h a l t s o r t

D a v i s s o n - G e r m e r - E x p e r i m e n t (oder b e i m D o p ­

m e s s e n u n d u m g e k e h r t . H a l b i e r t m a n beispiels­

pelspaltexperiment) e r g ä b e , w e n n w i r die E l e k ­

w e i s e die U n b e s t i m m t h e i t des A u f e n t h a l t s o r t e s ,

tronen (oder Fullerene) einzeln auf den S c h i r m

d a n n v e r d o p p e l t sich a u t o m a t i s c h die kleinst­ m ö g l i c h e U n b e s t i m m t h e i t der G e s c h w i n d i g k e i t .

abfeuerten.

W i r m ü s s e n uns a l l e r d i n g s k l a r m a c h e n , d a s s d a s

F ü r die P h y s i k e r e r g a b sich d a r a u s eine ver­ blüffende E r k e n n t n i s : W e n n einzelne Teilchen

Planck'sche

mit sich selbst interferieren, ist die W e l l e n n a t u r

i n alltäglichen M a ß e i n h e i t e n w i e M e t e r , K i l o ­

des L i c h t s eine Eigenschaft nicht n u r des Strahls

g r a m m u n d S e k u n d e n , sehr klein ist.

69

Wirkungsquantum,

ausgedrückt

k a p i t e l

4:

a l t e r n a t i v e

g e s c h i c h t e n

W e n n w i r d a s W i r k u n g s q u a n t u m i n diesen E i n h e i t e n w i e d e r g e b e n , h a t es einen n u m e r i ­ schen W e r t v o n r u n d 6 / 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 . L o k a l i s i e r e n w i r ein m a k r o s k o p i s c h e s O b j e k t , e t w a einen F u ß b a l l mit einer M a s s e v o n e i n e m drittel K i l o g r a m m , m i t einer G e n a u i g k e i t v o n 1 M i l l i m e t e r in je­ der R i c h t u n g , s o k ö n n e n w i r seine G e s c h w i n ­ d i g k e i t i m m e r n o c h mit einer G e n a u i g k e i t m e s ­ sen, die w e i t g r ö ß e r ist als ein M i l l i a r d s t e l eines M i l l i a r d s t e l s eines M i l l i a r d s t e l k i l o m e t e r s p r o Stunde. In den o b e n g e n a n n t e n M a ß e i n h e i t e n g e r e c h ­ net, ist die M a s s e des F u ß b a l l s n ä m l i c h 1 / 3 u n d die U n b e s t i m m t h e i t des A u f e n t h a l t s o r t s 1 / 1 0 0 0 . K e i n s v o n beiden g e n ü g t , u m all die N u l l e n der P l a n c k - K o n s t a n t e n zu e r k l ä r e n , d a h e r fällt diese A u f g a b e der m i n i m a l e n U n b e s t i m m t h e i t bei der

« W e n n d a s stimmt, ist a l l e s , w a s wir

G e s c h w i n d i g k e i t zu.

für e i n e W e l l e g e h a l t e n h a b e n , in Wirklichkeit ein Teilchen, und a l l e s , w a s w i r für ein Teilchen

E i n E l e k t r o n d a g e g e n hat, in den gleichen Einheiten a u s g e d r ü c k t , eine M a s s e v o n 0 , 0 0 0

g e h a l t e n h a b e n , in Wirklichkeit e i n e W e l l e . »

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 , d a h e r ist

die S i t u a t i o n für E l e k t r o n e n g a n z a n d e r s . W e n n

K i l o m e t e r p r o S e k u n d e messen, w a s alles an­

w i r die P o s i t i o n eines E l e k t r o n s mit einer G e ­

dere als sehr g e n a u ist.

n a u i g k e i t v o n e t w a der G r ö ß e eines A t o m s m e s ­

E g a l , w i e viele I n f o r m a t i o n e n w i r zur Verfü­

sen, k ö n n e n w i r n a c h M a ß g a b e der U n s c h ä r ­

g u n g h a b e n o d e r w i e e s u m unsere R e c h e n k a ­

ferelation die G e s c h w i n d i g k e i t des E l e k t r o n s

pazität bestellt ist, die E r g e b n i s s e p h y s i k a l i s c h e r

nicht p r ä z i s e r als r u n d p l u s / m i n u s einige 1 0 0 0

P r o z e s s e lassen sich laut Q u a n t e n p h y s i k nicht

70

KAPITEL

4:

ALTERNATIVE

GESCHICHTEN

mit Bestimmtheit v o r h e r s a g e n , w e i l sie nicht

heit m i t G e w i s s h e i t z u b e s t i m m e n . Z w a r geht

genau

bestimmt

das einigen F o r s c h e r n g e w a l t i g g e g e n den Strich,

die N a t u r , a u c h w e n n der A n f a n g s z u s t a n d ei­

d o c h w i r m ü s s e n uns alle a n T h e o r i e n halten,

determiniert

sind.

Stattdessen

nes Systems g e g e b e n ist, dessen zukünftigen Z u ­

die sich m i t den E x p e r i m e n t e n d e c k e n , statt an

stand durch einen P r o z e s s , der prinzipiell u n g e ­

unsere v o r g e f a s s t e n M e i n u n g e n .

w i s s ist.

V o n einer n a t u r w i s s e n s c h a f t l i c h e n T h e o r i e

M i t anderen Worten, die N a t u r legt a u c h i n

v e r l a n g e n w i r , d a s s sie ü b e r p r ü f b a r ist. W e n n

allereinfachsten d e n k b a r e n S i t u a t i o n e n d a s Er­

die p r o b a b i l i s t i s c h e N a t u r der q u a n t e n p h y s i ­

gebnis v o n k e i n e m Prozess o d e r E x p e r i m e n t fest,

kalischen Vorhersagen bedeuten w ü r d e , dass

sondern lässt eine A n z a h l v e r s c h i e d e n e r M ö g ­

sich diese V o r h e r s a g e n prinzipiell nicht verifi­

lichkeiten zu, v o n denen jede eine bestimmte

zieren ließen, s o w ä r e n Q u a n t e n t h e o r i e n k e i ­

Eintrittswahrscheinlichkeit besitzt. Es ist, w i e

ne ernstzunehmenden wissenschaftlichen T h e o ­

m a n in A n l e h n u n g an Einstein s a g e n k ö n n t e ,

rien.

als w ü r d e G o t t i m m e r erst z u m W ü r f e l greifen,

ihrer V o r h e r s a g e n k ö n n e n w i r Q u a n t e n t h e o r i e n

u m über d a s E r g e b n i s jedes p h y s i k a l i s c h e n P r o ­

überprüfen.

D o c h trotz der p r o b a b i l i s t i s c h e n N a t u r

zesses zu entscheiden. Diese V o r s t e l l u n g missfiel

B e i s p i e l s w e i s e lässt sich ein E x p e r i m e n t viele

Einstein, u n d so stand er ihr, o b w o h l einer der

M a l e w i e d e r h o l e n , u n d a u f diese Weise lässt

B e g r ü n d e r der Q u a n t e n p h y s i k , später kritisch

sich bestätigen, d a s s die H ä u f i g k e i t v e r s c h i e ­

gegenüber.

dener

Ergebnisse

den

vorhergesagten

Wahr­

Es k ö n n t e der E i n d r u c k entstehen, die Q u a n ­

scheinlichkeiten entspricht. B e t r a c h t e n w i r d a s

tenphysik untergrabe die Idee, dass die N a t u r v o n

F u l l e r e n - E x p e r i m e n t . D i e Q u a n t e n p h y s i k sagt

Gesetzen regiert w i r d , d o c h d a s ist nicht der F a l l .

uns, dass nichts j e m a l s auf D a u e r a n einem

Sie z w i n g t uns lediglich d a z u , neue F o r m e n des

b e s t i m m t e n P u n k t l o k a l i s i e r t sein k a n n - be­

D e t e r m i n i s m u s gelten zu lassen: Bei g e g e b e n e m

findet sich ein Teilchen t a t s ä c h l i c h e i n m a l an

Z u s t a n d eines S y s t e m s z u einer b e s t i m m t e n Z e i t

einem g e n a u definierten O r t , d a n n ist die U n ­

determinieren die N a t u r g e s e t z e die Wahrschein­

bestimmtheit seines I m p u l s e s u n e n d l i c h . T a t ­

lichkeiten

Ver­

sächlich gilt laut der Q u a n t e n p h y s i k für jeden

gangenheiten, statt die Z u k u n f t u n d V e r g a n g e n ­

O r t i m U n i v e r s u m : M i t einer g e w i s s e n W a h r ­

verschiedener

Zukünfte

und

7T

KAPITEL

4:

ALTERNATIVE

GESCHICHTEN

scheinlichkeit ist jedes T e i l c h e n , d a s es gibt, an

d a s entsteht, w e n n Spieler auf den M i t t e l p u n k t

diesem bestimmten Ort zu finden. Wenn auch

einer D a r t s c h e i b e zielen. W e n n die Spieler nicht

die A u s s i c h t , ein g e g e b e n e s E l e k t r o n i n n e r h a l b

zu viel B i e r intus h a b e n , ist die Wahrscheinlich­

des D o p p e l s p a l t - G e r ä t s anzutreffen, sehr g r o ß

keit, d a s s ein Pfeil in der N ä h e des M i t t e l p u n k t s

ist, w i r d i m m e r eine g e w i s s e W a h r s c h e i n l i c h k e i t

landet, am größten u n d n i m m t nach außen hin

bestehen b l e i b e n , es a u f der a b g e k e h r t e n Seite

a b . W i e die Fullerene k a n n jeder gegebene Pfeil

des Sterns A l p h a C e n t a u r i o d e r i m K a r t o f f e l s a ­

i r g e n d w o l a n d e n , s o d a s s sich i m L a u f e der Z e i t

lat Ihrer B e t r i e b s k a n t i n e zu finden.

ein L o c h m u s t e r ergibt, das die zugrundeliegen­

W e n n Sie a l s o einem Q u a n t e n - F u l l e r e n ei­

den W a h r s c h e i n l i c h k e i t e n w i d e r s p i e g e l t . Im all­

nen Tritt g e b e n u n d es fliegen l a s s e n , k ö n n e n Sie

täglichen L e b e n k ö n n t e m a n diese Situation mit

n o c h so s c h l a u sein u n d n o c h so viel w i s s e n , sie

der Feststellung z u m A u s d r u c k bringen, dass

k ö n n e n nicht i m V o r a u s a n g e b e n , w o d a s F u l ­

sich j e d e m der v e r s c h i e d e n e n m ö g l i c h e n L a n d e ­

leren l a n d e n w i r d .

plätze des Pfeils eine Wahrscheinlichkeit z u o r d ­ nen lässt, d a s s der Pfeil tatsächlich dort landet.

D o c h w e n n Sie d a s E x p e r i m e n t sehr oft w i e ­ d e r h o l e n , w e r d e n die ermittelten D a t e n zeigen,

D o c h d a s s w i r hier v o n Wahrscheinlichkeiten

mit welcher Wahrscheinlichkeit das Fulleren an

reden, liegt, a n d e r s als im Fall der Fullerene,

v e r s c h i e d e n e n O r t e n anzutreffen ist, u n d die

d a r a n , d a s s w i r die B e d i n g u n g e n des Pfeilwurfs

E x p e r i m e n t a l p h y s i k e r k ö n n e n bestätigen, dass

nur

die E r g e b n i s s e solcher E x p e r i m e n t e m i t den

sere B e s c h r e i b u n g v e r b e s s e r n , w e n n w i r g e n a u

V o r h e r s a g e n der T h e o r i e ü b e r e i n s t i m m e n .

w ü s s t e n , w i e der Spieler den Pfeil g e w o r f e n hat,

unvollständig

kennen.

Wir

könnten

un­

dass

in w e l c h e m W i n k e l , ob u n d w i e der Pfeil sich

Quantenphysik

gedreht hat, mit w e l c h e r G e s c h w i n d i g k e i t und

nicht w i e W a h r s c h e i n l i c h k e i t e n i n der N e w t o n ' ­

s o fort. I m Prinzip k ö n n t e n w i r d a n n mit be­

schen P h y s i k o d e r in der alltäglichen Welt sind.

liebiger G e n a u i g k e i t v o r h e r s a g e n , w o der Pfeil

D a s k ö n n e n w i r uns k l a r m a c h e n , i n d e m w i r die

landen w ü r d e .

W i r m ü s s e n uns v o r A u g e n Wahrscheinlichkeiten

in

der

halten,

M u s t e r , die d u r c h den steten S t r o m der a u f ei­

W e n n w i r die E r g e b n i s s e v o n Ereignissen in

n e n T r e n n s c h i r m abgefeuerten F u l l e r e n e gebil­

der alltäglichen Welt mit H i l f e probabilistischer

det w e r d e n , m i t d e m L o c h m u s t e r v e r g l e i c h e n ,

M e t h o d e n v o r h e r s a g e n , k o m m t darin also nicht

7*

KAPITEL

4:

ALTERNATIVE

GESCHICHTEN

das eigendiche Wesen dessen z u m A u s d r u c k ,

Interferenzmuster b e i m D o p p e l s p a l t e x p e r i m e n t

w a s d a passiert, s o n d e r n nur unsere U n k e n n t n i s

entstehen.

einiger seiner A s p e k t e .

w i r finden, w e n n w i r M o l e k ü l e bei z w e i offe­

Wie gesehen,

ist d a s M u s t e r ,

das

A n d e r s v e r h ä l t es sich mit den W a h r s c h e i n ­

nen Spalten a b f e u e r n , nicht gleich der S u m m e

lichkeiten in Q u a n t e n t h e o r i e n . In ihnen m a n i ­

der M u s t e r , die w i r e r h a l t e n , w e n n w i r e i n m a l

festiert sich eine g r u n d l e g e n d e Z u f ä l l i g k e i t der

nur den einen, d a s a n d e r e M a l nur den a n d e r e n

Natur. D a s Q u a n t e n m o d e l l der N a t u r u m f a s s t

S p a l t offen l a s s e n . Stattdessen sehen w i r bei z w e i

Prinzipien, die nicht nur unserer A l l t a g s e r f a h ­

offenen Spalten eine R e i h e heller u n d d u n k l e r

rung w i d e r s p r e c h e n , s o n d e r n a u c h u n s e r e m in­

Streifen, w o b e i Letztere die R e g i o n e n sind, in

tuitiven Wirklichkeitsbegriff. W e m diese Prinzi­

denen keine Teilchen g e l a n d e t sind. D a s heißt,

pien seltsam o d e r k a u m g l a u b h a f t v o r k o m m e n ,

dass T e i l c h e n , die im B e r e i c h des d u n k l e n Strei­

der befindet sich in guter G e s e l l s c h a f t - n ä m l i c h

fens g e l a n d e t w ä r e n , w e n n , s a g e n w i r , n u r S p a l t

in der Gesellschaft g r o ß e r P h y s i k e r w i e Einstein

eins offen g e w e s e n w ä r e , d o r t nicht auftreffen,

und s o g a r F e y n m a n , auf dessen B e s c h r e i b u n g

w e n n der S p a l t z w e i ebenfalls offen ist. E s hat

der Q u a n t e n t h e o r i e w i r in K ü r z e zu s p r e c h e n

den A n s c h e i n , als w ü r d e n die Teilchen auf d e m

k o m m e n . Tatsächlich hat F e y n m a n e i n m a l ge­

W e g v o n der Q u e l l e z u m S c h i r m i r g e n d w o In­

schrieben: «Ich d e n k e , ich k a n n m i t F u g und

f o r m a t i o n e n ü b e r beide Spalte erhalten. D i e s e s

R e c h t sagen, dass n i e m a n d die Q u a n t e n m e c h a ­

B e t r a g e n unterscheidet sich g r ü n d l i c h v o n der

nik versteht.» T r o t z d e m s t i m m t die Q u a n t e n ­

A r t u n d W e i s e , w i e sich D i n g e in der alltägli­

physik mit den B e o b a c h t u n g e n überein. Sie hat

chen Welt zu v e r h a l t e n scheinen, in der ein B a l l

bislang bei k e i n e m Test v e r s a g t , u n d dabei ist

seinen W e g d u r c h eine der L ü c k e n n i m m t u n d

sie häufiger als jede a n d e r e n a t u r w i s s e n s c h a f t ­

sich d a b e i nicht d u r c h die S i t u a t i o n an der a n ­

liche T h e o r i e getestet w o r d e n .

deren L ü c k e beirren lässt. N a c h der N e w t o n ' s c h e n P h y s i k

In den vierziger J a h r e n stieß der a m e r i k a ­

- und nach

nische P h y s i k e r R i c h a r d F e y n m a n auf einen

d e m V e r l a u f des E x p e r i m e n t s , w e n n w i r e s m i t

verblüffenden Unterschied z w i s c h e n der q u a n ­

F u ß b ä l l e n statt mit M o l e k ü l e n d u r c h f ü h r e n ­

tenphysikalischen u n d der N e w t o n ' s c h e n Welt.

folgt jedes Teilchen einem einzigen w o h l d e f i ­

F e y n m a n w a r fasziniert v o n der F r a g e , w i e die

nierten W e g v o n der Q u e l l e bis z u m S c h i r m . In

73

KAPITEL

4:

ALTERNATIVE

GESCHICHTEN

d i e s e m B i l d ist kein R a u m für einen U m w e g , bei

B e i m D o p p e l s p a l t e x p e r i m e n t folgen die Teil­

d e m d a s Teilchen u n t e r w e g s die N a c h b a r s c h a f t

chen n a c h F e y n m a n s Ü b e r l e g u n g e n allen irgend

beider S p a l t e inspiziert. D o c h in der q u a n t e n ­

m ö g l i c h e n B a h n e n o d e r P f a d e n : Pfaden, die nur

m e c h a n i s c h e n B e s c h r e i b u n g h a t d a s Teilchen

d u r c h den einen oder nur durch den anderen

keinen eindeutigen A u f e n t h a l t s o r t , s o l a n g e es

S p a l t führen; P f a d e n , die sich durch den ersten

sich z w i s c h e n A u s g a n g s - u n d E n d p u n k t befin­

S p a l t w i n d e n , z u r ü c k durch den zweiten Spalt

det. F e y n m a n e r k a n n t e , d a s m ü s s e nicht unbe­

und w i e d e r d u r c h den ersten; Pfaden, die das

dingt so interpretiert w e r d e n , d a s s die Teilchen

R e s t a u r a n t a u f s u c h e n , w o e s diese einmaligen

zwischen

keiner

C u r r y - G a r n e l e n gibt, und d a n n n o c h J u p i t e r

B a h n folgten. E s k ö n n t e u m g e k e h r t a u c h be­

ein p a a r m a l u m r u n d e n , b e v o r sie sich auf den

d e u t e n , dass die Teilchen jeder m ö g l i c h e n , diese

H e i m w e g m a c h e n ; und s o g a r Pfaden, die einmal

beiden P u n k t e v e r b i n d e n d e n B a h n folgten. D a s ,

q u e r d u r c h s U n i v e r s u m und zurück führen. D a s

Quelle

und

Schirm

überhaupt

s o F e y n m a n , unterscheide die Q u a n t e n p h y s i k

erklärt n a c h F e y n m a n s A n s i c h t , w i e die Teil­

v o n der N e w t o n ' s c h e n P h y s i k . D i e Situation

chen die I n f o r m a t i o n e n e r w e r b e n , ob die Spalte

an beiden S p a l t e n spielt insofern eine R o l l e , als

offen sind o d e r nicht - w e n n ein Spalt offen ist,

die Teilchen, statt nur einer b e s t i m m t e n B a h n

w ä h l t d a s Teilchen unter a n d e r e m a u c h Pfade,

zu f o l g e n , jede B a h n d u r c h m e s s e n - alle B a h n e n

die d o r t hindurchführen. S i n d beide Spalte of­

auf einmall

fen, k ö n n e n die P f a d e , auf denen das Teilchen

Das

klingt w i e

Science-Fiction,

ist

einen S p a l t d u r c h q u e r t , mit den Pfaden interfe­

es a b e r nicht. Grundgedanken

rieren, auf denen es durch das andere gelangt.

h e r a u s einen F o r m a l i s m u s e n t w i c k e l t - seine

D a s m a g v e r r ü c k t klingen, d o c h für die Z w e c k e

«Summe

als

der g e g e n w ä r t i g e n p h y s i k a l i s c h e n G r u n d l a g e n ­

« P f a d i n t e g r a l f o r m a l i s m u s » b e k a n n t - , der alle

f o r s c h u n g - u n d für die Z w e c k e dieses B u c h s ­

q u a n t e n p h y s i k a l i s c h e n G e s e t z e r e p r o d u z i e r t . In

hat sich F e y n m a n s F o r m u l i e r u n g als nützlicher

F e y n m a n s F o r m a l i s m u s sind d a s m a t h e m a t i s c h e

denn die u r s p r ü n g l i c h e erwiesen.

Feynman

hat

über

aus

alle

diesem

Geschichten»,

auch

und d a s p h y s i k a l i s c h e B i l d v e r s c h i e d e n v o n der

Feynmans

Auffassung

der

Quantenrealität

u r s p r ü n g l i c h e n F o r m u l i e r u n g der Q u a n t e n p h y ­

ist entscheidend für d a s V e r s t ä n d n i s der T h e o ­

sik, die V o r h e r s a g e n a b e r gleich.

rien, die w i r gleich erörtern w o l l e n , d a h e r lohnt

74

KAPITEL

4:

ALTERNATIVE

e s sich, ein w e n i g Z e i t z u o p f e r n , u m ein G e f ü h l

GESCHICHTEN

TEILCHENWEGE

-

Feynmans

für ihre F u n k t i o n s w e i s e zu b e k o m m e n . Stellen

Quantentheorie

vermittelt

eine

Sie sich einen einfachen P r o z e s s vor, bei d e m ein

Teilchen

Fullerene

und

Teilchen an e i n e m O r t A b e g i n n t u n d sich frei

muster

bilden,

wand

geschossen

bewegt. N a c h dem Newton'schen M o d e l l wird

75

wie

wenn

sie

durch

werden.

Formulierung Vorstellung,

Elektronen Spalte

in

der warum

Interferenz­

einer

Trenn­



KAPITEL 4:

ADDITION nen

VON

einander

Pfade.

Die

letzten

Pfeils.

die

blaue

FEYNMAN-PFADEN

wie

blauen In

Linie,

Wellen Linien der sehr

verstärken geben

unteren

ihre

oder

Summe

Abbildung

ALTERNATIVE

Die

durch

verschiedene

abschwächen. wieder

zeigen

die

-

GESCHICHTEN

eine Pfeile

kurz.

76

Die Linie in

gelben vom

Feynman-Pfade Pfeile Schwanz

verschiedene

hervorgerufenen

bezeichnen des

die

ersten

Richtungen,

bis

daher

Effekte

zu zur ist

kön­

addierenden Spitze ihre

des

Summe,

KAPITEL

4:

ALTERNATIVE

GESCHICHTEN

das Teilchen einer g e r a d e n L i n i e folgen. W e n n

tiert. Z u r A d d i t i o n w e i t e r e r P h a s e n setzt m a n

eine g e n a u b e s d m m t e Z e i t verflossen ist, befin­

den P r o z e s s einfach fort. W e n n sich die P h a s e n

det sich das Teilchen an einem g e n a u b e s t i m m ­

so a n e i n a n d e r aufreihen, k a n n der Pfeil, der

ten O r t B auf dieser L i n i e . In F e y n m a n s B i l d

die G e s a m t s u m m e darstellt, ziemlich l a n g w e r ­

d a g e g e n probiert ein Teilchen jede B a h n o d e r

den. D o c h w e n n die einzelnen Phasen-Pfeile i n

jeden P f a d , der A u n d B v e r b i n d e t , w o b e i j e d e m

v e r s c h i e d e n e R i c h t u n g e n zeigen, heben sie sich

dieser Pfade ein Z a h l e n w e r t - eine s o g e n a n n t e

größtenteils auf, w e n n m a n sie addiert, s o d a s s

Phase - z u g e o r d n e t w e r d e n k a n n . D i e s e P h a s e

a m E n d e nicht viel Pfeillänge ü b r i g bleibt. D i e s e

entspricht der S c h w i n g u n g s p h a s e einer Welle,

Ü b e r l e g u n g ist in den A b b i l d u n g e n links v e r a n ­

gibt a l s o an, ob w i r es g e r a d e m i t einem Wellen­

schaulicht.

k a m m , einem Wellental o d e r i r g e n d e i n e m der

F e y n m a n s V o r s c h r i f t zur

d a z w i s c h e n liegenden Z u s t ä n d e z u tun h a b e n .

Berechnung

der

W a h r s c h e i n l i c h k e i t , d a s s ein T e i l c h e n , d a s a m

F e y n m a n s m a t h e m a t i s c h e Vorschrift zur B e r e c h ­

O r t A beginnt, O r t B erreicht, sagt u n s , dass

nung dieser Phase ist so g e w ä h l t , dass m a n mit

w i r die P h a s e n ( b e z i e h u n g s w e i s e die Pfeile), die

Hilfe der A d d i t i o n der W e l l e n p h a s e n aller Pfade

jedem A und B verbindenden Pfad zugeordnet

die

Wahrscheinlichkeitsamplitude

sind, a d d i e r e n m ü s s e n . E s gibt eine unendliche

erhält. D a s Q u a d r a t dieser G r ö ß e ergibt d a n n

Z a h l solcher P f a d e , w a s die M a t h e m a t i k ein

die k o r r e k t e W a h r s c h e i n l i c h k e i t , dass ein bei A

w e n i g v e r k o m p l i z i e r t , t r o t z d e m k l a p p t die M e ­

beginnendes Teilchen B erreichen w i r d .

t h o d e . E i n i g e der P f a d e sind a u f Seite 7 9 a b g e ­

sogenannte

bildet.

Die Phase, die jeder Pfad zur F e y n m a n - S u m ­ me (und d a m i t zur W a h r s c h e i n l i c h k e i t , v o n A

F e y n m a n s T h e o r i e m a c h t b e s o n d e r s deut­

nach B zu gelangen) beisteuert, lässt sich als

lich, w i e N e w t o n s W e l t b i l d a u s der s o a n d e r s

Pfeil darstellen, der eine feste L ä n g e hat, a b e r in

aussehenden Quantenphysik erwachsen kann.

jede beliebige R i c h t u n g zeigen k a n n . Z u r A d d i ­

L a u t F e y n m a n s T h e o r i e h ä n g e n die m i t j e d e m

tion z w e i e r Phasen fügt m a n den Pfeil, der eine

P f a d assoziierten P h a s e n v o m P l a n c k ' s c h e n W i r ­

Phase darstellt, an das E n d e eines für eine an­

kungsquantum ab. Der Theorie zufolge bewirkt

dere Phase stehenden Pfeils u n d erhält so einen

die K l e i n h e i t des P l a n c k ' s c h e n W i r k u n g s q u a n ­

neuen Pfeil, der die S u m m e beider repräsen­

t u m s , d a s s die P h a s e n bei A d d i t i o n der B e i t r ä g e

77

KAPITEL

eng b e i e i n a n d e r l i e g e n d e r P f a d e

4:

ALTERNATIVE

GESCHICHTEN

üblicherweise

t e m » passiert, h a n d l e es sich dabei nun um ein

e n o r m e S c h w a n k u n g e n a u f w e i s e n u n d sich da­

Teilchen, eine G r u p p e v o n Teilchen oder um das

her meist z u null a d d i e r e n . D o c h die T h e o r i e

ganze U n i v e r s u m . I n der Z e i t z w i s c h e n d e m A n ­

zeigt a u c h , d a s s es g e w i s s e P f a d e gibt, bei denen

f a n g s z u s t a n d des S y s t e m s u n d unserer späteren

die P h a s e n d a z u tendieren, den gleichen Wert

M e s s u n g seiner Eigenschaften e n t w i c k e l n sich

zu h a b e n , s o d a s s sich die B e i t r ä g e a u f a d d i e r e n

die E i g e n s c h a f t e n in bestimmter Weise weiter.

u n d diese P f a d e f a v o r i s i e r t w e r d e n . W i e sich

P h y s i k e r nennen dies die « G e s c h i c h t e » des S y s ­

zeigt, w e i s e n bei g r o ß e n O b j e k t e n die P f a d e ,

tems. B e i m D o p p e l s p a l t e x p e r i m e n t ist die G e ­

die

dem

von

Pfad

schichte des Teilchens einfach sein P f a d . S o , w i e

ähnli­

F e y n m a n bei diesem E x p e r i m e n t zeigte, dass

che P h a s e n a u f u n d a d d i e r e n sich z u m w e i t a u s

die W a h r s c h e i n l i c h k e i t eines Auftreffens v o n

g r ö ß t e n B e i t r a g zur S u m m e . D a h e r ist der ein­

Teilchen an einem g e g e b e n e n P u n k t v o n allen

zige B e s t i m m u n g s o r t , der eine deutlich g r ö ß e r e

P f a d e n a b h ä n g t , die es dort hätten hinbringen

W a h r s c h e i n l i c h k e i t als null hat, der v o n N e w ­

k ö n n e n , so w i e s er für ein allgemeines System

tons

Bestimmungsort,

n a c h , d a s s sich die Wahrscheinlichkeit einer be­

u n d dessen W a h r s c h e i n l i c h k e i t liegt sehr nahe

liebigen B e o b a c h t u n g aus allen m ö g l i c h e n G e ­

bei eins. A u s d i e s e m G r u n d b e w e g e n sich g r o ß e

schichten z u s a m m e n s e t z t , die zu dieser B e o b ­

Objekte ganz so, wie N e w t o n s Theorie vorher­

a c h t u n g hätten führen k ö n n e n .

entsprechen

Newton

oder

Theorie

vorhergesagten

sehr n a h e

vorhergesagte

kommen,

sagt.

A u s diesem G r u n d bezeichnet m a n seine

B i s l a n g h a b e n w i r F e y n m a n s Ideen i m K o n ­

F o r m u l i e r u n g der Q u a n t e n p h y s i k als « S u m m e

t e x t des D o p p e l s p a l t e x p e r i m e n t s erörtert. D a ­

ü b e r alle G e s c h i c h t e n » .

bei w e r d e n Teilchen g e g e n eine T r e n n w a n d mit

N a c h d e m w i r jetzt ein G e f ü h l für F e y n m a n s

Spalten gefeuert, u m d a n n z u m e s s e n , a n w e l ­

quantenphysikalischen

chen Stellen a u f e i n e m hinter der W a n d a u f g e ­

ben, ist es an der Z e i t , einen anderen Schlüssel­

stellten S i c h t s c h i r m sie a u f s c h l a g e n . A l l g e m e i ­

begriff der Q u a n t e n t h e o r i e zu untersuchen, auf

ner, statt sich n u r a u f ein einzelnes Teilchen zu

den w i r später z u r ü c k k o m m e n w e r d e n - das

k o n z e n t r i e r e n , gestattet uns F e y n m a n s T h e o r i e ,

Prinzip, dass die B e o b a c h t u n g eines Systems

v o r h e r z u s a g e n , w a s mit einem g a n z e n « S y s ­

v e r ä n d e r t , w a s passiert. K ö n n t e n w i r solch ein

78

Ansatz

g e w o n n e n ha­

KAPITEL

4:

ALTERNATIVE

S y s t e m nicht u n a u f f ä l l i g ins A u g e fassen - w i e den

Senfklecks,

den

unsere

Vorgesetzte

EINIGE

am

Pfad Die

K i n n hat - , o h n e einzugreifen? N e i n . L a u t der Quantenphysik obachten.

können

wir

nichts

«nur»

GESCHICHTEN

Phasen,

liegen,

be­

teren

D a s trägt dem U m s t a n d R e c h n u n g ,

79

PFADE

zwischen

VON

zwei die

verstärken Pfade

sich

A

NACH

Punkten

in

der

sich

Nähe

letztlich,

tendenziell

B

ist

- Der

eine des

«klassische»

gerade

Linie.

klassischen

Pfads

während aufheben.

die

entfern­

KAPITEL

4:

ALTERNATIVE

GESCHICHTEN

dass w i r , u m eine B e o b a c h t u n g v o r z u n e h m e n ,

N e h m e n w i r jetzt an, dass w i r d a s E x p e r i ­

mit dem beobachteten Objekt wechselwirken

m e n t w i e d e r h o l e n , w o b e i w i r dieses M a l die

m ü s s e n . U m b e i s p i e l s w e i s e ein O b j e k t i m her­

Spalte mit L i c h t bestrahlen, d a m i t w i r einen

k ö m m l i c h e n Sinne z u sehen, bestrahlen w i r e s

z w i s c h e n A u n d B liegenden P u n k t C ermit­

m i t L i c h t . W e n n w i r einen K ü r b i s m i t L i c h t be­

teln, den d a s Teilchen passiert. W i r k ö n n e n

strahlen, w i r d d a s n a t ü r l i c h w e n i g b e w i r k e n .

für C z u m Beispiel die Position des einen oder

D o c h w e n n w i r a u c h n u r ein s c h w a c h e s L i c h t

des a n d e r e n Spalts w ä h l e n . D a s nennen w i r die

auf ein w i n z i g e s Q u a n t e n t e i l c h e n w e r f e n - es

« W e l c h e r - P f a d - I n f o r m a t i o n » , w e i l sie uns zu je­

mit P h o t o n e n beschießen - , erzielen w i r eine

d e m Teilchen sagt, ob es sich v o n A zu Spalt

beträchtliche W i r k u n g . W i e sich gezeigt hat,

1 zu B b e w e g t hat o d e r v o n A zu Spalt 2 zu

v e r ä n d e r t d a s die E r g e b n i s s e eines E x p e r i m e n t s

B . D a w i r w i s s e n , w e l c h e n Spalt jedes Teilchen

in g e n a u der W e i s e , die die Q u a n t e n p h y s i k be­

passiert hat, sind unter den Pfaden in unserer

schreibt.

S u m m e für dieses Teilchen jetzt nur solche ver­

N e h m e n w i r w i e o b e n a n , d a s s w i r einen

treten, die d u r c h S p a l t 1 , o d e r nur solche, die

T e i l c h e n s t r o m a u f die T r e n n w a n d eines D o p ­

d u r c h S p a l t 2 führen. Unter keinen U m s t ä n d e n

p e l s p a l t e x p e r i m e n t s l e n k e n u n d die D a t e n der

w e r d e n sich d a r u n t e r s o w o h l die durch Spalt 1

ersten M i l l i o n ausgetretener Teilchen s a m m e l n .

führenden als a u c h die durch Spalt 2 führen­

W e n n w i r die Z a h l der a n v e r s c h i e d e n e n N a c h ­

den P f a d e befinden. D a F e y n m a n das Interfe­

w e i s p u n k t e n g e l a n d e t e n Teilchen i n e i n e m D i a ­

r e n z m u s t e r d u r c h die Interferenz der durch den

g r a m m darstellen, bilden die D a t e n d a s auf Seite

einen S p a l t führenden Pfade mit den durch den

6 5 a b g e b i l d e t e Interferenzmuster. U n d w e n n w i r

a n d e r e n S p a l t führenden Pfaden erklärte, hebt

die P h a s e n a d d i e r e n , die m i t all den m ö g l i c h e n

m a n d a s Interferenzmuster auf, w e n n m a n ein

P f a d e n v o m A u s g a n g s p u n k t A eines Teilchens

L i c h t einschaltet, u m festzustellen, durch w e l ­

bis zu seinem N a c h w e i s p u n k t B v e r k n ü p f t sind,

chen S p a l t sich die Teilchen b e w e g e n , und da­

stellen w i r fest, dass die W a h r s c h e i n l i c h k e i t , die

d u r c h die a n d e r e M ö g l i c h k e i t ausschließt. U n d

w i r für d a s Auftreffen a n v e r s c h i e d e n e n P u n k ­

tatsächlich v e r w a n d e l n w i r d a s Interferenzmus­

ten errechnet h a b e n , m i t den D a t e n überein­

ter v o n Seite 6 5 i n d a s v o n Seite 6 4 , w e n n w i r

stimmt.

bei D u r c h f ü h r u n g dieses E x p e r i m e n t s das Licht

80

KAPITEL

4:

ALTERNATIVE

GESCHICHTEN

einschalten! W i r k ö n n e n d a s E x p e r i m e n t a u c h

D a s entspricht u n s e r e m intuitiven V e r s t ä n d n i s ,

a b w a n d e l n , indem w i r sehr s c h w a c h e s L i c h t

d a s s die Welt - ob schmerzlich o d e r fröhlich ­

v e r w e n d e n , s o d a s s nicht alle Teilchen mit d e m

eine eindeutige V e r g a n g e n h e i t besitzt. Vielleicht

Licht w e c h s e l w i r k e n . D a n n erhalten w i r «Wel­

hat es keinen B e o b a c h t e r g e g e b e n , d o c h die Ver­

cher-Pfad-Informationen»

Teil­

g a n g e n h e i t existiert so g e w i s s , als hätten Sie eine

menge der Teilchen. W e n n w i r die D a t e n über

A n z a h l S c h n a p p s c h ü s s e v o n ihr g e m a c h t . D o c h

die Auftreffpunkte der Teilchen

v o n einem F u l l e r e n , d a s den Q u a n t e n g e s e t z e n

teilen, o b w i r

nur

für

eine

danach

auf­

«Welcher-Pfad-Informationen»

unterliegt, lässt sich nicht s a g e n , es sei einem

vorliegen haben o d e r nicht, d a n n ergibt sich,

eindeutigen P f a d v o n der Q u e l l e z u m S c h i r m

dass die D a t e n für die T e i l m e n g e o h n e « W e l ­

gefolgt. W i r k ö n n t e n den A u f e n t h a l t s o r t eines

cher-Pfad-Informationen»

Interferenzmus­

Fullerens b e s t i m m e n , i n d e m w i r e s b e o b a c h t e n ,

ter bilden, w ä h r e n d die U n t e r m e n g e der D a t e n

ein

d o c h z w i s c h e n den B e o b a c h t u n g e n folgt es al­

für Teilchen ohne diese I n f o r m a t i o n e n keine In­

len irgend m ö g l i c h e n Pfaden.

terferenz erkennen lässt.

D i e Q u a n t e n p h y s i k sagt uns, d a s s , egal w i e

Diese B e o b a c h t u n g hat große B e d e u t u n g für

gründlich

unsere

B e o b a c h t u n g e n der G e g e n ­

unseren Vergangenheitsbegriff. N a c h N e w t o n s

w a r t sein m ö g e n , die (unbeobachtete) V e r g a n ­

T h e o r i e existiert die V e r g a n g e n h e i t als eine ein­

genheit u n b e s t i m m t w i e die Z u k u n f t ist u n d nur

deutige Ereignisfolge. W e n n Sie die V a s e , die Sie

als ein S p e k t r u m v o n M ö g l i c h k e i t e n existiert.

letztes J a h r in Italien g e k a u f t h a b e n , z e r b r o c h e n

D a s U n i v e r s u m hat laut Q u a n t e n p h y s i k nicht

auf dem B o d e n liegen sehen, w ä h r e n d Ihr klei­

nur eine einzige V e r g a n g e n h e i t , nicht nur eine

ner Sohn mit s c h u l d b e w u s s t e r M i e n e d a n e b e n

einzige G e s c h i c h t e .

steht, k ö n n e n Sie im G e i s t die Ereignisse z u r ü c k ­

D e r U m s t a n d , dass die V e r g a n g e n h e i t nicht

verfolgen, die zu dem M i s s g e s c h i c k führten: die

eindeutig b e s t i m m t ist, bringt a u c h mit sich,

kleinen Finger, die losließen, die V a s e , die fiel

dass sich B e o b a c h t u n g e n , die m a n in der G e ­

und beim A u f p r a l l in tausend S t ü c k e z e r s p r a n g .

g e n w a r t a n einem S y s t e m v o r n i m m t , auf seine

Wenn w i r über alle D a t e n der G e g e n w a r t ver­

Vergangenheit

fügen, k ö n n e n w i r mit N e w t o n s G e s e t z e n ein

ziemlich

vollständiges Bild der V e r g a n g e n h e i t entwerfen.

unterstrichen, d a s der P h y s i k e r J o h n W h e e l e r

81

auswirken

spektakulär

können.

durch

ein

Das

wird

Experiment

KAPITEL

4:

ALTERNATIVE

GESCHICHTEN

e r s a n n ; er nannte es ein « E x p e r i m e n t mit ver­

siert w e r d e n , s o d a s s eine d a z w i s c h e n liegende

zögerter W a h l » . I m Prinzip gleicht ein solches

G a l a x i e als s o g e n a n n t e G r a v i t a t i o n s l i n s e w i r k t .

E x p e r i m e n t d e m eben beschriebenen D o p p e l ­

Z w a r übersteigt das E x p e r i m e n t unsere heuti­

s p a l t e x p e r i m e n t , bei d e m m a n die M ö g l i c h k e i t

gen technischen M ö g l i c h k e i t e n , d o c h w e n n es

hat, den v o m Teilchen v e r f o l g t e n Pfad zu be­

uns g e l ä n g e , g e n ü g e n d P h o t o n e n dieses Lichts

o b a c h t e n , n u r d a s s m a n in diesem Fall die Ent­

a u f z u f a n g e n , müssten sie ein Interferenzmus­

s c h e i d u n g , o b m a n den Pfad b e o b a c h t e t o d e r

ter bilden. W ü r d e n w i r a b e r kurz v o r dem

nicht, bis z u einem Z e i t p u n k t u n m i t t e l b a r v o r

N a c h w e i s ein G e r ä t zur M e s s u n g der «Wel­

d e m A u f s c h l a g des Teilchens auf d e m Sicht­

cher-Pfad-Information»

schirm hinausschiebt.

M u s t e r v e r s c h w i n d e n . D i e E n t s c h e i d u n g , den

einsetzen, müsste das

E x p e r i m e n t e mit v e r z ö g e r t e r W a h l liefern

einen o d e r den anderen Pfad zu w ä h l e n , w ä r e

die gleichen D a t e n w i e die, die w i r erhalten,

in diesem Fall schon J a h r m i l l i a r d e n z u v o r ge­

w e n n w i r entscheiden, die

troffen w o r d e n - n o c h v o r Entstehung der E r d e

«Welcher-Pfad-InSpalte

o d e r vielleicht s o g a r der S o n n e - , und d o c h

zu ermitteln (oder nicht zu ermitteln). D o c h bei

w ü r d e sich unsere B e o b a c h t u n g i m L a b o r auf

v e r z ö g e r t e r W a h l w i r d der v o n j e d e m Teilchen

diese E n t s c h e i d u n g a u s w i r k e n .

formationen»

durch

Beobachtung

der

verfolgte P f a d , d a s heißt seine V e r g a n g e n h e i t ,

erst b e s t i m m t , n a c h d e m es die Spalte s c h o n lan­

In diesem K a p i t e l haben w i r die Q u a n t e n p h y s i k

ge passiert hat u n d sich m u t m a ß l i c h «entschei­

mit Hilfe des D o p p e l s p a l t e x p e r i m e n t s erläutert.

d e n » m u s s t e , ob es n u r einen S p a l t passieren

I m F o r t g a n g w e r d e n w i r F e y n m a n s F o r m u l i e ­

w o l l t e , w a s keine Interferenz h e r v o r r u f t , o d e r

rung der Q u a n t e n m e c h a n i k auf das U n i v e r s u m

beide Spalte, w a s zu Interferenz führt.

als G a n z e s a n w e n d e n . W i r w e r d e n sehen, dass

W h e e l e r d a c h t e s o g a r a n eine

kosmische

d a s U n i v e r s u m - w i e ein Teilchen - nicht nur

V e r s i o n des E x p e r i m e n t s , in der die Teilchen

eine einzige, s o n d e r n jede mögliche Geschichte

Photonen

entfernt

hat, jede mit ihrer eigenen Wahrscheinlichkeit,

v o n einem m ä c h t i g e n Q u a s a r emittiert w e r d e n .

u n d d a s s unsere B e o b a c h t u n g e n seines gegen­

S o l c h e s L i c h t k ö n n t e sich in z w e i Pfade teilen

w ä r t i g e n Z u s t a n d s sich auf seine Vergangenheit

und d a d u r c h w i e d e r i n R i c h t u n g E r d e f o k u s -

a u s w i r k e n u n d die verschiedenen Geschichten

sind,

die

viele

Lichtjahre

82

KAPITEL

4:

ALTERNATIVE

GESCHICHTEN

des U n i v e r s u m s bestimmen, s o w i e die B e o b ­

D o c h b e v o r w i r den E n t s t e h u n g s p r o z e s s die­

achtungen der Teilchen beim D o p p e l s p a l t e x p e ­

ser G e s e t z e untersuchen, w o l l e n w i r uns ein w e ­

riment sich auf die V e r g a n g e n h e i t der Teilchen

nig k l a r e r über ihr W e s e n w e r d e n und die v o n

a u s w i r k e n . Diese A n a l y s e w i r d zeigen, w i e die

ihnen a u f g e w o r f e n e n R ä t s e l betrachten.

N a t u r g e s e t z e in unserem U n i v e r s u m aus d e m U r k n a l l entstanden sind.

K A P I T E L

5



D I E THEORIE

VON A L L E M

«Das am

Unverständlichste Universum

verständlich ALBERT

D

AS UNIVERSUM IST V E R S T Ä N D L I C H ,

ist,

dass

es

ist.»

EINSTEIN

weil

nicht f e s t g e b u n d e n g e w e s e n w ä r e , seine B e w e ­

es v o n N a t u r g e s e t z e n regiert w i r d , o d e r

g u n g m i t der u r s p r ü n g l i c h e n G e s c h w i n d i g k e i t

anders a u s g e d r ü c k t : w e i l sich sein V e r h a l t e n

(am Ä q u a t o r 1 6 7 0 K i l o m e t e r p r o Stunde) fort­

modellieren lässt. D o c h w a s sind d a s für G e s e t z e

gesetzt - ein h o h e r Preis für einen v e r z ö g e r t e n

oder M o d e l l e ? D i e erste K r a f t , die m a t h e m a ­

Sonnenuntergang.

tisch beschrieben w u r d e , w a r die G r a v i t a t i o n .

N e w t o n selbst, denn N e w t o n g l a u b t e j a , G o t t

N e w t o n s 1 6 8 7 veröffentlichtes G r a v i t a t i o n s g e ­

k ö n n e in die P r o z e s s e des U n i v e r s u m s eingrei­

setz besagte, dass jedes O b j e k t im U n i v e r s u m

fen u n d tue es a u c h .

jedes andere O b j e k t mit einer seiner M a s s e p r o ­

Nichts

von

alledem

störte

D i e n ä c h s t e n A s p e k t e des U n i v e r s u m s , für

p o r t i o n a l e n K r a f t anzieht. E s m a c h t e g r o ß e n

die ein G e s e t z o d e r M o d e l l entdeckt w u r d e , w a ­

E i n d r u c k auf die G e l e h r t e n seiner Z e i t , w e i l

ren die elektrische u n d die m a g n e t i s c h e K r a f t .

es z u m ersten M a l zeigte, d a s s sich z u m i n d e s t

Sie v e r h a l t e n sich w i e die G r a v i t a t i o n , aller­

ein A s p e k t des U n i v e r s u m s e x a k t m o d e l l i e r e n

dings m i t d e m w i c h t i g e n U n t e r s c h i e d , d a s s z w e i

ließ, und w e i l es die d a z u erforderlichen m a t h e ­

gleiche elektrische L a d u n g e n o d e r z w e i gleiche

matischen Instrumente schuf. D i e V o r s t e l l u n g ,

M a g n e t p o l e sich a b s t o ß e n , w ä h r e n d ungleiche

dass es N a t u r g e s e t z e gibt, w a r f ähnliche F r a g e n

L a d u n g e n o d e r g e g e n p o l i g e M a g n e t e sich anzie­

auf w i e diejenigen, die G a l i l e i fünfzig J a h r e zu­

hen. D i e elektrische u n d die m a g n e t i s c h e K r a f t

v o r eine Verurteilung w e g e n K e t z e r e i eingetra­

sind viel s t ä r k e r als die G r a v i t a t i o n , d o c h in der

gen hatten. B e i s p i e l s w e i s e erzählt die B i b e l die

alltäglichen Welt b e m e r k e n w i r sie g e w ö h n l i c h

Geschichte v o n J o s u a , der d a r u m betete, dass

nicht, w e i l ein m a k r o s k o p i s c h e r K ö r p e r eine

Sonne und M o n d auf ihren B a h n e n innehiel­

fast gleiche Z a h l p o s i t i v e r u n d n e g a t i v e r elektri­

ten, d a m i t er zusätzliches T a g e s l i c h t h a b e , um

scher L a d u n g e n enthält. D a m i t heben sich die

die K ä m p f e gegen die A m o r i t e r in K a n a a n sieg­

elektrischen u n d m a g n e t i s c h e n K r ä f t e z w i s c h e n

reich z u beenden. L a u t d e m B u c h J o s u a stand

z w e i m a k r o s k o p i s c h e n K ö r p e r n n a h e z u auf, i m

die S o n n e ungefähr einen T a g lang still. H e u t e

G e g e n s a t z zu den G r a v i t a t i o n s k r ä f t e n , bei de­

w i s s e n wir, dass die E r d e d a z u hätte a u f h ö r e n

nen sich alle T e i l b e t r ä g e a u f a d d i e r e n .

müssen z u rotieren, u n d w ä r e d a s geschehen,

U n s e r e heutigen V o r s t e l l u n g e n v o n der E l e k ­

dann hätte n a c h N e w t o n s G e s e t z e n alles, w a s

trizität u n d v o m M a g n e t i s m u s h a b e n sich i n

87

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

VON

ALLEM

r u n d h u n d e r t J a h r e n v o n der M i t t e des acht­

ker M a g n e t i s m u s sich auf die Eigenschaften v o n

zehnten bis zur M i t t e des n e u n z e h n t e n J a h r ­

polarisiertem Licht auswirken kann.

h u n d e r t s e n t w i c k e l t , als P h y s i k e r in m e h r e r e n

F a r a d a y s W e r d e g a n g b e g a n n eher beschei­

L ä n d e r n e i n g e h e n d e E x p e r i m e n t a l s t u d i e n elek­

den. Er w u r d e als S o h n eines S c h m i e d s bei

trischer u n d m a g n e t i s c h e r K r ä f t e v o r n a h m e n .

L o n d o n g e b o r e n u n d verließ mit dreizehn die

die

S c h u l e , um als L a u f b u r s c h e u n d B u c h b i n d e r in

V e r w a n d t s c h a f t z w i s c h e n elektrischer u n d m a ­

einer B u c h h a n d l u n g zu arbeiten. D o r t e r w a r b er

Eine

der w i c h t i g s t e n

Entdeckungen w a r

gnetischer K r a f t : E i n e b e w e g t e elektrische L a ­

sich i m L a u f e der J a h r e naturwissenschaftliche

d u n g übt eine K r a f t auf M a g n e t e n a u s , u n d ein

K e n n t n i s s e , i n d e m er die B ü c h e r las, mit denen

b e w e g t e r M a g n e t übt eine K r a f t a u f elektrische

er sich eigentlich nur h a n d w e r k l i c h befassen

L a d u n g e n a u s . A l s E r s t e r hat der d ä n i s c h e P h y ­

sollte, u n d i n d e m er in seiner Freizeit einfache

siker H a n s C h r i s t i a n 0rsted entdeckt, d a s s es

u n d e r s c h w i n g l i c h e E x p e r i m e n t e durchführte.

d a einen Z u s a m m e n h a n g gibt. B e i den V o r b e ­

Schließlich b e k a m er eine Assistentenstelle im

r e i t u n g e n z u einer V o r l e s u n g b e m e r k t e 0rsted

L a b o r des n a m h a f t e n C h e m i k e r s Sir H u m p h r e y

1 8 2 0 , d a s s der v o n i h m v e r w e n d e t e Batterie­

D a v y . D o r t blieb F a r a d a y d a n n die restlichen 4 5

s t r o m eine i n der N ä h e befindliche K o m p a s s n a ­

J a h r e seines L e b e n s u n d w u r d e nach D a v y s T o d

del a b l e n k t e . R a s c h e r k a n n t e er, dass b e w e g t e

dessen N a c h f o l g e r . F a r a d a y hatte S c h w i e r i g ­

E l e k t r i z i t ä t eine m a g n e t i s c h e K r a f t erzeugt, u n d

keiten mit der M a t h e m a t i k , die er nie w i r k l i c h

p r ä g t e den Begriff « E l e k t r o m a g n e t i s m u s » . E i ­

beherrschte, d e s h a l b hatte er große M ü h e , ein

nige J a h r e später überlegte sich der britische

theoretisches B i l d der m e r k w ü r d i g e n elektro­

Physiker Michael Faraday, dass, wenn - mo­

m a g n e t i s c h e n P h ä n o m e n e zu entwerfen, die er

dern a u s g e d r ü c k t - ein elektrischer S t r o m ein

i n s e i n e m L a b o r b e o b a c h t e t e . T r o t z d e m gelang

M a g n e t f e l d h e r v o r r u f e n k ö n n e , ein solches F e l d

es i h m .

a u c h in der L a g e sein m ü s s e , einen elektrischen

E i n e der w i c h t i g s t e n neuen Ideen, die F a r a d a y

S t r o m z u erzeugen. D i e s e n E f f e k t w i e s e r L 8 3 1

e n t w i c k e l t e , w a r das K o n z e p t der Kraftfelder.

n a c h . V i e r z e h n J a h r e s p ä t e r entdeckte F a r a d a y

D a n k der vielen B ü c h e r u n d F i l m e über g l o t z ä u ­

a u c h einen Z u s a m m e n h a n g z w i s c h e n E l e k t r o ­

gige A u ß e r i r d i s c h e u n d ihre R a u m s c h i f f e sind

m a g n e t i s m u s u n d L i c h t , als er zeigte, dass star­

die meisten M e n s c h e n heutzutage vertraut mit

88

KAPITEL

5:

DIE

dem Begriff, deshalb müsste F a r a d a y eigentlich T a n t i e m e n b e k o m m e n . D o c h i n den J a h r h u n ­ derten z w i s c h e n N e w t o n u n d F a r a d a y schlug sich die P h y s i k mit einem g r o ß e n R ä t s e l h e r u m :

THEORIE

VON

A L L E M

K R A F T F E L D E R - Das Kraftfeld eines Stabmagneten, veranschaulicht durch seine Wirkung auf Eisenfeil­ späne.

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

VON

ALLEM

Ihre G e s e t z e schienen n a h e z u l e g e n , d a s s K r ä f t e

das heißt, er umfasste n u r die K e n n t n i s einiger

sich o f f e n b a r ü b e r den leeren R a u m h i n w e g be­

e m p i r i s c h e r G e s e t z e ; H i n w e i s e , dass Elektrizi­

merkbar machten,

tät u n d M a g n e t i s m u s eng, w e n n a u c h auf rät­

der die w e c h s e l w i r k e n d e n

O b j e k t e trennte. D a s b e h a g t e F a r a d a y nicht. E r

selhafte

Weise

miteinander

verwandt waren;

g l a u b t e , u m ein O b j e k t z u b e w e g e n , m ü s s e et­

die E r k e n n t n i s , d a s s es irgendeinen Z u s a m m e n ­

w a s m i t i h m i n B e r ü h r u n g k o m m e n . D a h e r stell­

h a n g mit d e m L i c h t g a b ; u n d den n o c h k a u m

te er sich vor, der R a u m z w i s c h e n elektrischen

v e r s t a n d e n e n Feldbegriff. Es g a b mindestens elf

L a d u n g e n u n d M a g n e t e n sei m i t u n s i c h t b a r e n

a u s n a h m s l o s u n z u l ä n g l i c h e T h e o r i e n des E l e k ­

R ö h r e n gefüllt, die d a s S t o ß e n u n d Z i e h e n be­

t r o m a g n e t i s m u s . D a n n brachte der schottische

s o r g t e n . D i e s e R ö h r e n bezeichnete F a r a d a y als

P h y s i k e r J a m e s C l e r k M a x w e l l i n den 1 8 60er

K r a f t f e l d . E i n e gute A r t u n d W e i s e , ein K r a f t ­

J a h r e n F a r a d a y s Ü b e r l e g u n g e n nach jahrelan­

feld zu v e r a n s c h a u l i c h e n , ist der V e r s u c h , den

ger A r b e i t in ein m a t h e m a t i s c h e s S y s t e m , das

w i r alle a u s der S c h u l e k e n n e n : A u f einer G l a s ­

die enge u n d rätselhafte B e z i e h u n g z w i s c h e n

platte ü b e r e i n e m S t a b m a g n e t e n w e r d e n E i s e n ­

Elektrizität, M a g n e t i s m u s u n d L i c h t erklärte.

feilspäne ausgeschüttet. N a c h leichtem K l o p f e n

D a s E r g e b n i s w a r ein Satz v o n G l e i c h u n g e n ,

zur Ü b e r w i n d u n g der R e i b u n g b e w e g e n sich

die die elektrische u n d die m a g n e t i s c h e K r a f t

die S p ä n e , als w ü r d e n sie v o n einer u n s i c h t b a ­

als M a n i f e s t a t i o n e n desselben p h y s i k a l i s c h e n

ren K r a f t h e r u m g e z o g e n , u n d o r d n e n sich v o n

Gebildes

selbst z u e i n e m B o g e n m u s t e r a n , d a s sich v o n

F e l d s . M a x w e l l hatte Elektrizität und M a g n e ­

einem P o l des M a g n e t e n z u m a n d e r e n erstreckt.

tismus zu einer einzigen K r a f t vereinigt. A u ­

D i e s e s M u s t e r ist eine K a r t e der u n s i c h t b a ­

ß e r d e m zeigte er, dass sich e l e k t r o m a g n e t i s c h e

ren, den R a u m d u r c h d r i n g e n d e n m a g n e t i s c h e n

Felder i m R a u m als Welle ausbreiten k ö n n e n .

K r a f t . D a w i r heute g l a u b e n , d a s s alle K r ä f t e

D i e G e s c h w i n d i g k e i t dieser Welle w i r d in seinen

v o n F e l d e r n ü b e r t r a g e n w e r d e n , h a n d e l t e s sich

G l e i c h u n g e n d u r c h eine Z a h l bestimmt, die er

erklärten:

des

elektromagnetischen

u m einen w i c h t i g e n B e g r i f f der m o d e r n e n P h y ­

a u s einige J a h r e z u v o r g e m e s s e n e n E x p e r i m e n ­

sik - nicht n u r der S c i e n c e - F i c t i o n .

taldaten errechnet hatte. Z u seinem E r s t a u n e n

E i n i g e J a h r z e h n t e lang blieb unser V e r s t ä n d ­

w a r die berechnete G e s c h w i n d i g k e i t gleich der

nis des E l e k t r o m a g n e t i s m u s a u f d i e s e m S t a n d ,

L i c h t g e s c h w i n d i g k e i t , die d a m a l s auf ein P r o ­

90

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

VON

A L L E M

zent g e n a u b e k a n n t w a r . E r hatte entdeckt, dass

sehen k ö n n e n , a m intensivsten strahlt: V e r m u t ­

auch das L i c h t eine E r s c h e i n u n g s f o r m elektro­

lich h a b e n unsere A u g e n die F ä h i g k e i t , e l e k t r o ­

magnetischer Wellen ist!

m a g n e t i s c h e S t r a h l u n g dieses F r e q u e n z b e r e i c h s wahrzunehmen,

H e u t e nennen w i r die G l e i c h u n g e n , die elek­ trische

und

magnetische

Felder

ebendeshalb entwickelt, weil

auf der E r d e e l e k t r o m a g n e t i s c h e S t r a h l u n g die­

beschreiben,

Maxwell'sche Gleichungen. N u r wenige M e n ­

ser W e l l e n l ä n g e n b e s o n d e r s reichlich zur V e r f ü ­

schen w i s s e n v o n ihnen, d a b e i sind sie w a h r ­

g u n g steht. Sollten w i r j e m a l s L e b e w e s e n v o n

scheinlich die wirtschaftlich w i c h t i g s t e n G l e i ­

a n d e r e n P l a n e t e n b e g e g n e n , w e r d e n sie w a h r ­

chungen, die w i r k e n n e n . Sie liegen nicht n u r

scheinlich die F ä h i g k e i t h a b e n , S t r a h l u n g derje­

der A r b e i t s w e i s e aller m ö g l i c h e n G e r ä t e zu­

nigen W e l l e n l ä n g e n zu « s e h e n » , die ihre eigene

g r u n d e - v o n elektrischen H a u s h a l t s g e r ä t e n bis

S o n n e a m s t ä r k s t e n emittiert, g e d ä m p f t d u r c h

C o m p u t e r n - , s o n d e r n beschreiben a u c h a n d e r e

F a k t o r e n w i e die l i c h t s c h l u c k e n d e n Eigenschaf­

Wellen als das L i c h t : M i k r o w e l l e n , R a d i o w e l ­

ten des S t a u b s u n d der G a s e i n der A t m o s p h ä r e

len,

viele

ihres P l a n e t e n . A u ß e r i r d i s c h e , deren s t a m m e s ­

mehr. A l l e diese Wellen unterscheiden sich v o m

geschichtliche E n t w i c k l u n g sich unter d e m E i n ­

Infrarotlicht,

Röntgenstrahlen

und

sichtbaren L i c h t nur in einer H i n s i c h t - ihrer

fluss v o n R ö n t g e n s t r a h l e n v o l l z o g , dürften a l s o

Wellenlänge. R a d i o w e l l e n h a b e n W e l l e n l ä n g e n

gute

(also A b s t ä n d e z w i s c h e n einem W e l l e n k a m m

von Flughäfen haben.

Berufsaussichten

beim

Sicherheitsdienst

und d e m nächsten bzw. einem Wellental u n d

N a c h M a x w e l l s G l e i c h u n g e n breiten sich

d e m nächsten) v o n einem M e t e r u n d mehr, bei

e l e k t r o m a g n e t i s c h e Wellen m i t einer G e s c h w i n ­

sichtbarem L i c h t sind es n u r einige zehnmil-

digkeit v o n r u n d 3 0 0 0 0 0 K i l o m e t e r n p r o Se­

lionstel M e t e r u n d bei R ö n t g e n s t r a h l e n ist es

k u n d e a u s . D o c h m i t der N e n n u n g einer G e ­

n o c h nicht m a l ein h u n d e r t m i l l i o n s t e l M e t e r .

s c h w i n d i g k e i t ist e s nicht g e t a n , w e n n m a n

Unsere S o n n e emittiert S t r a h l u n g bei allen W e l ­

nicht ein B e z u g s s y s t e m a n g i b t , relativ zu d e m

lenlängen, d o c h am intensivsten ist ihre Strah­

die G e s c h w i n d i g k e i t g e m e s s e n w i r d . D a s ist

lung in jenen B e r e i c h e n , die w i r sehen k ö n n e n .

k e i n P r o b l e m , ü b e r d a s Sie sich n o r m a l e r w e i s e

Wahrscheinlich ist es kein Z u f a l l , d a s s die S o n n e

im Alltag G e d a n k e n machen müssten. Wenn

bei den W e l l e n l ä n g e n , die w i r m i t b l o ß e m A u g e

ein

9T

Verkehrsschild

eine

Geschwindigkeitsbe­

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

VON

A L L E M

grenzung v o n

W E L L E N L Ä N G E N - Die Wellenlänge ist der Abstand zwischen benachbarten Kämmen (oder Tälern) ei­ ner Welle - hier demonstriert am Beispiel von rotem und violettem Licht.

1 0 0 S t u n d e n k i l o m e t e r n angibt,

w i r d s t i l l s c h w e i g e n d v o r a u s g e s e t z t , dass Ihre G e s c h w i n d i g k e i t relativ zur

Straße gemessen

w i r d u n d nicht relativ z u d e m S c h w a r z e n L o c h i m Z e n t r u m der M i l c h s t r a ß e . D o c h selbst i m

92

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

VON

A L L E M

A l l t a g gibt es G e l e g e n h e i t e n , bei denen Sie B e ­

E i n e Z e i t l a n g w u r d e eine a l t e r n a t i v e A n t w o r t i n

zugssysteme b e r ü c k s i c h t i g e n m ü s s e n . W e n n Sie

Betracht gezogen: Die Gleichungen bestimmen

beispielsweise

Höhe

die L i c h t g e s c h w i n d i g k e i t relativ zu e i n e m bis­

mit einer T a s s e Tee den G a n g eines D ü s e n f l u g ­

l a n g u n e n t d e c k t e n , den g e s a m t e n R a u m d u r c h ­

zeugs entlanggehen, k ö n n t e n Sie s a g e n , Ihre G e ­

dringenden M e d i u m , dem sogenannten Licht­

s c h w i n d i g k e i t betrage drei K i l o m e t e r p r o Stun­

äther. M i t d i e s e m W o r t hatte A r i s t o t e l e s einen

in

zehntausend

Metern

de. J e m a n d a m B o d e n w ü r d e d a g e g e n s a g e n , Sie

Stoff bezeichnet, v o n d e m e r m e i n t e , d a s s e r d a s

b e w e g e n sich mit 9 L 5 K i l o m e t e r n p r o S t u n d e .

g a n z e U n i v e r s u m a u ß e r h a l b der E r d k u g e l er­

D a m i t Sie nicht auf den G e d a n k e n k o m m e n ,

fülle. D i e s e r h y p o t h e t i s c h e Ä t h e r sollte n u n d a s

der eine o d e r der a n d e r e B e o b a c h t e r sei n ä h e r

M e d i u m sein, i n d e m sich die e l e k t r o m a g n e t i ­

an der Wahrheit, sollten Sie b e d e n k e n , d a s s , da

schen W e l l e n ausbreiteten w i e der S c h a l l in der

die E r d e die S o n n e u m k r e i s t , j e m a n d , der Sie

L u f t . G ä b e e s den Äther, hätten w i r einen a b ­

v o n der Oberfläche dieses H i m m e l s k ö r p e r s be­

soluten M a ß s t a b der R u h e , n ä m l i c h die R u h e

o b a c h t e n w ü r d e , Ihnen beiden w i d e r s p r e c h e n

relativ z u m Äther, u n d i n f o l g e d e s s e n a u c h eine

u n d e r k l ä r e n w ü r d e , Sie w ü r d e n sich m i t un­

a b s o l u t e M e t h o d e zur Definition v o n B e w e ­

gefähr 3 0 K i l o m e t e r n p r o S e k u n d e b e w e g e n ,

g u n g . D e r Ä t h e r w ü r d e ein b e v o r z u g t e s B e ­

g a n z z u s c h w e i g e n d a v o n , d a s s e r Sie u m Ihre

zugssystem

K l i m a a n l a g e beneiden w ü r d e . A l s M a x w e l l be­

fern, d e m g e g e n ü b e r w i r die G e s c h w i n d i g k e i t

hauptete, «die L i c h t g e s c h w i n d i g k e i t » entdeckt

jedes O b j e k t s b e s t i m m e n k ö n n t e n . D i e E x i s ­

zu h a b e n , stellte sich natürlich angesichts s o l ­

tenz des Ä t h e r s w u r d e a l s o a u s theoretischen

cher U n s t i m m i g k e i t e n die F r a g e : R e l a t i v w o z u

G r ü n d e n postuliert, w a s einige W i s s e n s c h a f t l e r

w i r d die

v e r a n l a s s t e , n a c h M ö g l i c h k e i t e n z u seiner E r ­

Lichtgeschwindigkeit in M a x w e l l s

Gleichungen gemessen?

für

das

gesamte

Universum

lie­

forschung oder zumindest seinem N a c h w e i s zu suchen. E i n e r dieser W i s s e n s c h a f t l e r w a r M a x ­

E s gibt k e i n e n G r u n d z u der A n n a h m e , d a s s

w e l l selbst.

der G e s c h w i n d i g k e i t s p a r a m e t e r i n M a x w e l l s G l e i c h u n g e n eine G e s c h w i n d i g k e i t ist, die rela­

W e n n Sie d u r c h die L u f t a u f eine S c h a l l w e l l e

tiv zur E r d e g e m e s s e n w i r d . Seine G l e i c h u n g e n

z u r a s e n , n ä h e r t sich Ihnen die Welle r a s c h e r ;

gelten schließlich für das g e s a m t e U n i v e r s u m .

w e n n Sie ihr d a v o n r a s e n , n ä h e r t sie sich l a n g ­

93

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

VON

A L L E M

samer. W e n n es einen Ä t h e r g ä b e , sollte sich

k e r A l b e r t M i c h e l s o n gelesen w u r d e . A n g e r e g t

die L i c h t g e s c h w i n d i g k e i t e n t s p r e c h e n d v e r ä n ­

v o n M a x w e l l s S p e k u l a t i o n , führten M i c h e l s o n

dern, j e n a c h Ihrer r e l a t i v e n B e w e g u n g z u m

u n d E d w a r d M o r l e y L 8 8 7 ein sehr empfindli­

Äther. W ü r d e d a s L i c h t sich s o v e r h a l t e n w i e

ches E x p e r i m e n t durch,

bei d e m sie messen

der S c h a l l , d a n n sollte es R e i s e n d e n , die r a s c h

w o l l t e n , mit w e l c h e r G e s c h w i n d i g k e i t sich die

g e n u g i m Ä t h e r u n t e r w e g s w ä r e n , g e l i n g e n , den

E r d e d u r c h den Ä t h e r b e w e g t . Sie hatten vor,

Lichtwellen zu entkommen, so wie Passagiere

die G e s c h w i n d i g k e i t e n , mit denen sich das Licht

in e i n e m Ü b e r s c h a l l f l u g z e u g nie den Schall h ö ­

in z w e i v e r s c h i e d e n e , r e c h t w i n k l i g zueinander

ren, der hinter d e m F l u g z e u g entspringt. V o n

verlaufende

Richtungen

fortpflanzt,

miteinan­

solchen Ü b e r l e g u n g e n a u s g e h e n d , s c h l u g M a x ­

der zu v e r g l e i c h e n . W e n n die L i c h t g e s c h w i n d i g ­

w e l l ein E x p e r i m e n t vor. W e n n e s einen Ä t h e r

keit relativ z u m Ä t h e r einen festen Wert hätte,

g e b e , m ü s s e sich die E r d e bei ihrer U m r u n d u n g

d a n n hätten die L i c h t g e s c h w i n d i g k e i t e n sich je

der S o n n e d u r c h ihn h i n d u r c h b e w e g e n . U n d d a

n a c h R i c h t u n g des Strahls unterscheiden m ü s ­

die E r d e i m J a n u a r eine a n d e r e R i c h t u n g hat

sen. D o c h M i c h e l s o n u n d M o r l e y beobachteten

a l s , s a g e n wir, i m A p r i l o d e r J u l i , m ü s s t e m a n

keinen s o l c h e n U n t e r s c h i e d .

in der L a g e sein, einen w i n z i g e n U n t e r s c h i e d in

D a s E r g e b n i s des M i c h e l s o n - M o r l e y - E x p e ­

der L i c h t g e s c h w i n d i g k e i t z u v e r s c h i e d e n e n J a h ­

riments steht offensichtlich im W i d e r s p r u c h zu

reszeiten zu b e o b a c h t e n - v e r g l e i c h e die A b b i l ­

d e m M o d e l l der d u r c h den Ä t h e r sich ausbrei­

d u n g rechts.

tenden

gungen

in

den

Proceedings

of the

Royal

elektromagnetischen

Wellen,

folglich

hätte es zur A u f g a b e des Ä t h e r m o d e l l s führen

M a x w e l l w u r d e die A b s i c h t , seine Ü b e r l e ­

müssen.

Society

Doch

Michelson

wollte

die

Erdge­

z u veröffentlichen, v o n deren H e r a u s g e b e r a u s ­

s c h w i n d i g k e i t relativ z u m Ä t h e r m e s s e n , nicht

geredet, der nicht g l a u b t e , d a s s d a s E x p e r i m e n t

die Ä t h e r h y p o t h e s e b e w e i s e n o d e r w i d e r l e g e n ,

klappen könnte. Doch

L 8 7 9 , kurz bevor er

und seine B e o b a c h t u n g v e r a n l a s s t e ihn nicht zu

qualvoll an M a g e n k r e b s starb, schrieb M a x w e l l

d e m S c h l u s s , d a s s e s den Ä t h e r nicht g a b . A u c h

einem Freund davon. D e r Brief w u r d e posthum

sonst k a m n i e m a n d auf diesen G e d a n k e n . D e r

in der Z e i t s c h r i f t Nature veröffentlicht, wo er

b e r ü h m t e P h y s i k e r Sir W i l l i a m T h o m s o n ( L o r d

unter a n d e r e m v o n d e m a m e r i k a n i s c h e n P h y s i ­

K e l v i n ) sagte 1 8 8 4 : « D e r L i c h t ä t h e r . . . ist der

94

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

VON

einzige Stoff, d e s s e n w i r uns i n der D y n a m i k si­

BEWEGUNG

cher s i n d . W e n n w i r eines m i t G e w i s s h e i t a n ­

durch

n e h m e n d ü r f e n , d a n n die R e a l i t ä t u n d Stofflich­

die

den

A L L E M

DURCH

Äther

Beobachtung

Lichtgeschwindigkeit

keit des L i c h t ä t h e r s . »

95

DEN

bewegten,

ÄTHER

müssten

jahreszeitlicher beweisen

-

Wenn

wir

wir

uns

dies

durch

Schwankungen

der

können.

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

VON

ALLEM

W i e k o n n t e m a n trotz der E r g e b n i s s e des

scheinen m ü s s t e n . W i e sich herausstellte, ver­

M i c h e l s o n - M o r l e y - E x p e r i m e n t s a n den Ä t h e r

langt dieser G e d a n k e eine r a d i k a l e V e r ä n d e r u n g

g l a u b e n ? W i e so oft - w i r s p r a c h e n s c h o n da­

unserer V o r s t e l l u n g v o n R a u m und Z e i t . Stellen

v o n - v e r s u c h t e m a n d a s M o d e l l zu retten, in­

Sie sich, um d a s zu verstehen, z w e i Ereignisse

d e m m a n k ü n s t l i c h e , nicht d u r c h tiefere Prin­

vor, die am selben O r t , a b e r zu verschiedenen

zipien m o t i v i e r t e E r g ä n z u n g e n e r s a n n . E i n i g e

Z e i t e n in einem D ü s e n f l u g z e u g stattfinden. F ü r

b e h a u p t e t e n , die E r d e ziehe den Ä t h e r mit sich,

einen B e o b a c h t e r im F l u g z e u g ist der r ä u m l i c h e

w e s h a l b w i r uns eigentlich nicht relativ z u i h m

Abstand

bewegten. Der holländische Physiker Hendrik

null. D o c h für einen zweiten B e o b a c h t e r auf

zwischen

diesen

beiden

Ereignissen

A n t o o n L o r e n t z u n d der irische P h y s i k e r G e o r g e

d e m B o d e n sind die beiden Ereignisse durch die

F r a n c i s F i t z G e r a l d stellten die T h e s e auf, d a s s

E n t f e r n u n g getrennt, die d a s F l u g z e u g in der

in e i n e m B e z u g s s y s t e m , w e l c h e s sich g e g e n ü b e r

Z e i t z w i s c h e n den beiden E r e i g n i s s e n z u r ü c k g e ­

d e m Ä t h e r b e w e g e , die U h r e n l a n g s a m e r liefen

legt hat. D a s zeigt, dass A u s s a g e n , die z w e i re­

u n d die E n t f e r n u n g e n s c h r u m p f t e n - v e r m u t l i c h

lativ z u e i n a n d e r b e w e g t e B e o b a c h t e r ü b e r den

infolge eines n o c h u n b e k a n n t e n m e c h a n i s c h e n

A b s t a n d z w i s c h e n z w e i E r e i g n i s s e n treffen, i m

E f f e k t e s - , s o d a s s m a n b e i m L i c h t t r o t z d e m die

A l l g e m e i n e n nicht ü b e r e i n s t i m m e n w e r d e n .

gleiche G e s c h w i n d i g k e i t m e s s e . S o l c h e B e m ü ­

N e h m e n w i r jetzt a n , die beiden B e o b a c h ­

h u n g e n , d a s Ä t h e r k o n z e p t z u retten, d a u e r t e n

ter sehen einen L i c h t i m p u l s , der sich v o m H e c k

fast z w a n z i g J a h r e a n , bis ein j u n g e r u n d un­

des F l u g z e u g s bis z u seiner N a s e b e w e g t . W i e

b e k a n n t e r A n g e s t e l l t e r des B e r n e r P a t e n t a m t s

im o b i g e n Beispiel w e r d e n sie sich nicht über

n a m e n s A l b e r t Einstein einen b e m e r k e n s w e r t e n

die E n t f e r n u n g einig w e r d e n , die das L i c h t v o m

A u f s a t z veröffentlichte.

Z e i t p u n k t seiner E m i s s i o n a m F l u g z e u g s c h w a n z bis z u seiner A n k u n f t a n der N a s e zurückgelegt

E i n s t e i n w a r 2 6 J a h r e alt, als e r L905 den Körper

hat. D a G e s c h w i n d i g k e i t gleich der z u r ü c k g e ­

veröffentlichte. D a r i n äußerte er die einfache

legten E n t f e r n u n g geteilt d u r c h die verstrichene

V e r m u t u n g , d a s s die G e s e t z e der P h y s i k u n d

Z e i t ist, folgt d a r a u s , dass die Beobachter, w e n n

insbesondere

sie sich hinsichtlich der G e s c h w i n d i g k e i t des

Artikel

Zwr

Elektrodynamik

die

bewegter

Lichtgeschwindigkeit

allen

Impulses

g l e i c h f ö r m i g b e w e g t e n B e o b a c h t e r n gleich er­

96

-

der

L i c h t g e s c h w i n d i g k e i t - einig

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

i

I

I

sind, keine Ü b e r e i n s t i m m u n g hinsichtlich des

Jw

IN

BEWEGUNG

-

Wenn

Sie

in

ei­

nem Düsenflugzeug einen Ball aufspringen lassen, kommt ein Beobachter an Bord zu dem Ergebnis, dass der Ball jedes Mal an derselben Stelle aufspringt,

während ein Beobachter am Boden einen großen Abstand zwischen den Aufprallpunkten misst.

M e r k w ü r d i g ist d a s , w e i l die B e o b a c h t e r Prozess

I

DÜSENFLUGZEUG

erzielen.

physikalischen

A L L E M

4i

Zeitintervalls zwischen Emission und Ankunft

denselben

VON

beobachten,

o b w o h l sie verschiedene Z e i t e n m e s s e n . Einstein

97



KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

VON

ALLEM

u n t e r n a h m k e i n e n V e r s u c h , d a f ü r eine künstli­

Einsteins A r b e i t zeigte, d a s s Z e i t , w i e R u h e ,

che E r k l ä r u n g z u finden. E r z o g d a r a u s den lo­

a n d e r s als N e w t o n d a c h t e , nicht a b s o l u t sein

gischen,

Schluss,

k a n n . M i t a n d e r e n W o r t e n , es ist u n m ö g l i c h , je­

d a s s die M e s s u n g der i n A n s p r u c h g e n o m m e n e n

d e m E r e i g n i s eine Z e i t zuzuschreiben, auf die

Z e i t w i e a u c h der z u r ü c k g e l e g t e n E n t f e r n u n g

sich alle B e o b a c h t e r einigen k ö n n e n . Stattdes­

wenn

auch

überraschenden

v o n d e m B e o b a c h t e r a b h ä n g t , der die M e s s u n g

sen hat jeder B e o b a c h t e r sein eigenes Z e i t m a ß ,

v o r n i m m t . D i e s e r E f f e k t ist ein Schlüssel zu der

u n d die

T h e o r i e , die E i n s t e i n i n seinem A u f s a t z a u s d e m

in B e w e g u n g befindliche B e o b a c h t e r messen,

J a h r 1 9 0 5 v o r l e g t e . Sie b e k a m die B e z e i c h n u n g

s t i m m e n nicht überein. Einsteins T h e o r i e w i ­

« spezielle R e l a t i v i t ä t s t h e o r i e ».

derspricht unserer intuitiven E r w a r t u n g , weil

auswirken

könnte,

wenn

die z w e i relativ zueinander

ihre K o n s e q u e n z e n sich bei den n o r m a l e n G e ­

E s ist ersichtlich, w i e sich diese A n a l y s e auf Zeitmessgeräte

Zeiten,

schwindigkeiten

wir

in

unserer

alltäglichen Welt

uns v o r s t e l l e n , d a s s z w e i B e o b a c h t e r a u f eine

nicht b e m e r k b a r m a c h e n . D o c h sie sind e x p e ­

U h r s c h a u e n . N a c h der speziellen R e l a t i v i t ä t s ­

rimentell w i e d e r h o l t bestätigt w o r d e n . D e n k e n

t h e o r i e scheint die U h r für einen relativ zur U h r

Sie sich b e i s p i e l s w e i s e eine r u h e n d e Referenz­

ruhenden Beobachters rascher zu gehen. B e o b ­

uhr i m M i t t e l p u n k t der E r d e , eine andere U h r

achter, die sich in B e z u g a u f die U h r nicht in

an der E r d o b e r f l ä c h e u n d eine dritte U h r an

R u h e befinden, h a b e n den E i n d r u c k , d a s s die

B o r d eines F l u g z e u g s , d a s e n t w e d e r mit o d e r ge­

U h r l a n g s a m e r geht. W e n n w i r einen L i c h t i m ­

g e n die R i c h t u n g der E r d r o t a t i o n fliegt. R e l a t i v

p u l s , der sich v o m H e c k z u r N a s e des F l u g ­

zur U h r im E r d m i t t e l p u n k t b e w e g t sich die Uhr,

zeugs b e w e g t , mit d e m T i c k e n einer U h r ver­

die an B o r d des F l u g z e u g s o s t w ä r t s - in R i c h ­

gleichen, stellen w i r fest, d a s s die U h r für den

tung der E r d r o t a t i o n - fliegt, rascher als die U h r

B e o b a c h t e r a m B o d e n l a n g s a m e r geht, w e i l der

a n der E r d o b e r f l ä c h e u n d m u s s d a h e r langsa­

L i c h t s t r a h l in d i e s e m B e z u g s s y s t e m eine g r ö ­

m e r gehen. U m g e k e h r t b e w e g t sich die U h r a n

ßere E n t f e r n u n g z u r ü c k l e g e n m u s s . D o c h der

B o r d des F l u g z e u g s , d a s w e s t w ä r t s - gegen die

E f f e k t h ä n g t nicht v o m M e c h a n i s m u s der U h r

E r d r o t a t i o n - fliegt, relativ zur U h r im E r d m i t ­

a b ; er gilt für alle U h r e n , s o g a r u n s e r e b i o l o g i ­

t e l p u n k t l a n g s a m e r als die U h r an der E r d o b e r ­

schen.

fläche, w o r a u s folgt, d a s s die U h r i m F l u g z e u g

98

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

r a s c h e r g e h e n m ü s s t e als die a n d e r O b e r f l ä ­

VON

A L L E M

ZEITDEHNUNG

che. G e n a u d a s w u r d e i m O k t o b e r L 9 7 1 b e o b ­

mer

achtet, als eine sehr p r ä z i s e A t o m u h r u m die

gilt,

E r d e geflogen w u r d e . Sie k ö n n e n a l s o I h r L e ­

altern,

zu

nungen

ben v e r l ä n g e r n , i n d e m Sie s t ä n d i g n a c h O s t e n

keine

u m die W e l t fliegen, w o b e i I h n e n a l l e r d i n g s die

99

gehen.

scheinen

auch

doch -

Da

machen bei

normale

Bewegte das

bewegte Sie

alltäglichen Uhr

den

Uhren

scheinen

langsa­

für

biologische

Uhren

auch

Menschen

sich

keine

langsamer falschen

Geschwindigkeiten Unterschied

messen.

zu Hoff­

könnte

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

VON

ALLEM

F i l m e , die a n B o r d gezeigt w e r d e n , b a l d auf die

B e o b a c h t e r s a b . B e o b a c h t e r , die sich mit unter­

N e r v e n g e h e n dürften. D e r E f f e k t ist j e d o c h sehr

schiedlichen G e s c h w i n d i g k e i t e n b e w e g e n , w e i ­

k l e i n , r u n d 1 8 0 M i l l i a r d s t e l einer S e k u n d e p r o

sen der Z e i t in der R a u m z e i t unterschiedliche

U m l a u f (und w ü r d e zusätzlich d u r c h die W i r ­

R i c h t u n g e n zu. Insofern w a r Einsteins spezielle

k u n g des

G r a v i t a t i o n s u n t e r s c h i e d s n o c h ver­

R e l a t i v i t ä t s t h e o r i e ein neues M o d e l l , das die

ringert, d o c h d a s soll uns hier nicht interessie­

Begriffe der a b s o l u t e n Z e i t u n d a b s o l u t e n R u h e

ren).

(das heißt der R u h e relativ z u m u n b e w e g l i c h e n Ä t h e r ) a d a b s u r d u m führte.

E i n s t e i n s A r b e i t b r a c h t e die P h y s i k e r zu der E r k e n n t n i s , d a s s sich die Z e i t , w e n n m a n d a s

Schon

b a l d e r k a n n t e Einstein, dass noch

P o s t u l a t einer in allen B e z u g s s y s t e m e n g l e i c h e n

weitere Veränderungen notwendig waren, um

Lichtgeschwindigkeit auf M a x w e l l s elektroma­

die G r a v i t a t i o n mit der R e l a t i v i t ä t s t h e o r i e in

gnetische T h e o r i e a n w e n d e t , nicht m e h r u n a b ­

Einklang zu bringen. Laut N e w t o n s Theorie

h ä n g i g v o n den drei D i m e n s i o n e n des R a u m s

ziehen sich O b j e k t e zu einem g e g e b e n e n Z e i t ­

b e h a n d e l n lässt. V i e l m e h r sind Z e i t u n d R a u m

p u n k t m i t einer K r a f t an, die v o n i h r e m A b ­

m i t e i n a n d e r verflochten. Z u den ü b l i c h e n R i c h ­

stand

tungen

a b h ä n g t . N u n hatte die R e l a t i v i t ä t s t h e o r i e aber

rechts/links,

aufwärts/abwärts

vorwärts/rückwärts

wird

gewissermaßen

und

voneinander

zu

ebendiesem

Zeitpunkt

eine

den B e g r i f f der a b s o l u t e n Z e i t a u f g e h o b e n , s o ­

vierte - in die Z u k u n f t / i n die V e r g a n g e n h e i t ­

d a s s sich b e i m besten W i l l e n nicht m e h r bestim­

hinzugefügt. I n der P h y s i k bezeichnen w i r diese

m e n ließ, w a n n der A b s t a n d z w i s c h e n den M a s ­

V e r e i n i g u n g v o n R a u m u n d Z e i t als « R a u m z e i t »

sen g e m e s s e n w e r d e n sollte. Infolgedessen w a r

u n d - da die R a u m z e i t eine vierte R i c h t u n g ein­

N e w t o n s G r a v i t a t i o n s t h e o r i e nicht i m E i n k l a n g

führt - die Z e i t als die vierte D i m e n s i o n . In der

m i t der speziellen R e l a t i v i t ä t s t h e o r i e u n d m u s s ­

R a u m z e i t ist die Z e i t nicht m e h r v o n den drei

te

verändert werden.

Der Widerspruch mag

r ä u m l i c h e n D i m e n s i o n e n getrennt. S o w i e die

sich n a c h einer b l o ß e n technischen S c h w i e r i g ­

Definition v o n links/rechts, v o r w ä r t s / r ü c k w ä r t s

keit a n h ö r e n - vielleicht ließ sich eine Einzelheit

o d e r a u f w ä r t s / a b w ä r t s v o n der O r i e n t i e r u n g des

i r g e n d w i e « h i n b i e g e n » , o h n e die T h e o r i e allzu

B e o b a c h t e r s a b h ä n g t , s o h ä n g t , g r o b g e s a g t , die

sehr zu v e r ä n d e r n . N i c h t s k o n n t e falscher sein,

R i c h t u n g der Z e i t v o n der G e s c h w i n d i g k e i t des

w i e sich herausstellte.

LOO

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

VON

A L L E M

Im L a u f e der folgenden elf J a h r e e n t w i c k e l t e

menfällt. D e r Ä q u a t o r ist e b e n s o ein G r o ß k r e i s

Einstein eine neue G r a v i t a t i o n s t h e o r i e , die er

w i e j e d e r K r e i s , den m a n d a d u r c h erhält, d a s s

«allgemeine

m a n den Ä q u a t o r u m eine beliebige den E r d ­

Relativitätstheorie»

nannte.

Der

m i t t e l p u n k t s c h n e i d e n d e A c h s e verdreht.)

G r a v i t a t i o n s b e g r i f f in der a l l g e m e i n e n R e l a t i ­ vitätstheorie hat nicht m e h r die geringste Ä h n ­

Stellen Sie sich b e i s p i e l s w e i s e vor, Sie m ö c h ­

lichkeit mit N e w t o n s V o r s t e l l u n g e n . V i e l m e h r

ten v o n N e w Y o r k n a c h M a d r i d reisen, z w e i

beruht er auf der r e v o l u t i o n ä r e n T h e s e , d a s s die

Städte, die a u f der gleichen Breite liegen. W ä r e

R a u m z e i t nicht, w i e bis d a h i n a n g e n o m m e n ,

die E r d e flach, w ä r e der k ü r z e s t e W e g , direkt

flach, s o n d e r n d u r c h die in ihr enthaltene M a s s e

n a c h O s t e n z u reisen. I n d i e s e m F a l l w ü r d e n

und Energie g e k r ü m m t und verzerrt ist.

Sie n a c h 5 9 6 5 K i l o m e t e r n i n M a d r i d eintreffen.

Sehr schön lässt sich diese K r ü m m u n g ver­

D o c h infolge der E r d k r ü m m u n g g i b t e s einen

g e g e n w ä r t i g e n , i n d e m m a n a n die O b e r f l ä c h e

W e g , der auf der flachen K a r t e g e k r ü m m t u n d

der E r d e denkt. Z w a r ist die E r d o b e r f l ä c h e nur

d e s h a l b l ä n g e r aussieht, i n W i r k l i c h k e i t a b e r

z w e i d i m e n s i o n a l (weil es a u f ihr n u r z w e i R i c h ­

k ü r z e r ist. Sie k ö n n e n s c h o n n a c h 5 8 0 0 K i l o ­

tungen gibt: N o r d / S ü d und O s t / W e s t ) , trotz­

metern a n s Z i e l g e l a n g e n , w e n n Sie d e m G r o ß ­

d e m soll sie uns als Beispiel dienen, w e i l ein

k r e i s - W e g f o l g e n , d a s heißt sich zuerst in R i c h ­

g e k r ü m m t e r z w e i d i m e n s i o n a l e r R a u m leichter

tung N o r d o s t e n halten, d a n n a l l m ä h l i c h n a c h

v o r s t e l l b a r ist als ein g e k r ü m m t e r v i e r d i m e n ­

O s t e n w e n d e n u n d schließlich n a c h S ü d o s t e n

sionaler

gekrümmter

reisen. D e r U n t e r s c h i e d z w i s c h e n diesen bei­

Raum.

Die

Geometrie

R ä u m e w i e der E r d o b e r f l ä c h e ist nicht dasselbe

den R o u t e n ist der E r d k r ü m m u n g z u v e r d a n k e n

w i e die uns vertraute euklidische G e o m e t r i e .

u n d v e r w e i s t a u f die n i c h t e u k l i d i s c h e G e o m e ­

Beispielsweise ist an der E r d o b e r f l ä c h e der kür­

trie. F l u g l i n i e n w i s s e n d a s u n d lassen ihre Pi­

zeste A b s t a n d z w i s c h e n z w e i P u n k t e n - den w i r

loten, w e n n i r g e n d m ö g l i c h , G r o ß k r e i s - R o u t e n

aus der euklidischen G e o m e t r i e als G e r a d e ken­

fliegen.

nen - die Strecke, die z w e i P u n k t e entlang eines

Nach

Newtons

Bewegungsgesetzen

fol­

sogenannten G r o ß k r e i s e s v e r b i n d e t . (Ein G r o ß ­

gen

kreis ist ein K r e i s auf der E r d o b e r f l ä c h e , dessen

u n d P l a n e t e n g e r a d e n B a h n e n , w e n n nicht eine

Mittelpunkt

K r a f t w i e die G r a v i t a t i o n a u f sie e i n w i r k t . D o c h

mit

dem

Erdmittelpunkt

zusam­

101

Objekte wie Kanonenkugeln,

Croissants

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

VON

ALLEM

den, a u f einer K u g e l f l ä c h e w i e der E r d o b e r f l ä c h e

G E O D Ä T E N - Der kürzeste Abstand zwischen zwei Punkten auf der Erdoberfläche erscheint gekrümmt, wenn er auf einer flachen Karte abgebildet wird. Das sollten Sie sich merken, falls Sie mal einem Alkohol­ test unterzogen werden.

sind die G e o d ä t e n die G r o ß k r e i s e . In A b w e s e n ­ heit v o n M a t e r i e entsprechen die G e o d ä t e n in der v i e r d i m e n s i o n a l e n R a u m z e i t g e r a d e n B a h ­ nen i m d r e i d i m e n s i o n a l e n R a u m . D o c h w e n n M a t e r i e z u g e g e n ist u n d die R a u m z e i t verzerrt, k r ü m m e n sich die B a h n e n der K ö r p e r im ent­

die G r a v i t a t i o n ist n a c h Einsteins T h e o r i e nicht eine K r a f t w i e a n d e r e a u c h , s o n d e r n resultiert

s p r e c h e n d e n d r e i d i m e n s i o n a l e n R a u m in einer

d a r a u s , d a s s die M a s s e die R a u m z e i t v e r z e r r t

W e i s e , die in der N e w t o n ' s c h e n T h e o r i e durch

u n d K r ü m m u n g e n h e r v o r r u f t . G e m ä ß Einsteins

die G r a v i t a t i o n s a n z i e h u n g e r k l ä r t w u r d e . W e n n

T h e o r i e b e w e g e n sich O b j e k t e a u f s o g e n a n n ­

die R a u m z e i t nicht flach ist, erscheinen die B a h ­

ten G e o d ä t e n - d a s sind die g e r a d e s t m ö g l i c h e n

nen der O b j e k t e g e k r ü m m t u n d vermitteln den

B a h n e n i n einem g e k r ü m m t e n R a u m . A u f einer

E i n d r u c k , eine K r a f t w i r k e a u f sie ein.

flachen E b e n e sind die G e o d ä t e n e b e n die G e r a ­

In

L02

Situationen,

in

denen

die

Gravitation

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

VON

A L L E M

überhaupt keine R o l l e spielt, führt Einsteins

r e v o l u t i o n i e r t h a b e n , sind sie beide, w i e N e w ­

allgemeine

die

t o n s P h y s i k , k l a s s i s c h e T h e o r i e n . D a s heißt, sie

gleichen V o r h e r s a g e n w i e die spezielle R e l a t i ­

sind M o d e l l e , i n denen d a s U n i v e r s u m eine ein­

vitätstheorie. F ü r Situationen m i t sehr s c h w a ­

zige G e s c h i c h t e hat. W i e i m v o r a n g e g a n g e n e n

cher G r a v i t a t i o n - das ist in u n s e r e m g e s a m ­

K a p i t e l g e s e h e n , s t i m m e n diese M o d e l l e a u f der

Relativitätstheorie

auf

exakt

ten S o n n e n s y s t e m der F a l l - führt sie auf fast

a t o m a r e n u n d s u b a t o m a r e n E b e n e nicht m i t den

die gleichen V o r h e r s a g e n w i e N e w t o n s G r a ­

Beobachtungen überein. Vielmehr müssen w i r

vitationstheorie. A b e r eben nicht a u f g a n z die

uns d o r t a n Q u a n t e n t h e o r i e n halten, n a c h de­

gleichen: W ü r d e n ä m l i c h die a l l g e m e i n e R e l a ­

nen d a s U n i v e r s u m alle d e n k b a r e n G e s c h i c h t e n

tivitätstheorie nicht in S a t e l l i t e n n a v i g a t i o n s s y s ­

h a b e n k a n n , jede mit ihrer eigenen W a h r s c h e i n ­

temen w i e G P S berücksichtigt, w ü r d e n Fehler

lichkeit. Z u r B e r e c h n u n g a l l t ä g l i c h e r G e g e b e n ­

i n der g l o b a l e n P o s i t i o n s b e s t i m m u n g u m e t w a

heiten

zehn K i l o m e t e r p r o T a g a n w a c h s e n ! D o c h die

w e i t e r h i n die k l a s s i s c h e n T h e o r i e n v e r w e n d e n ,

können wir

aus

praktischen

Gründen

eigentliche B e d e u t u n g der a l l g e m e i n e n R e l a t i v i ­

doch wenn w i r das Verhalten von A t o m e n und

tätstheorie liegt nicht in ihrer A n w e n d u n g auf

M o l e k ü l e n v e r s t e h e n w o l l e n , b r a u c h e n w i r eine

G e r ä t e , die Sie zu neuen R e s t a u r a n t s leiten, son­

Q u a n t e n v e r s i o n der M a x w e l l ' s c h e n T h e o r i e des

dern d a r i n , dass sie ein g a n z a n d e r e s M o d e l l des

E l e k t r o m a g n e t i s m u s ; u n d w e n n w i r d a s frühe

U n i v e r s u m s liefert, d a s neue Effekte w i e G r a v i ­

U n i v e r s u m v e r s t e h e n m ö c h t e n - zu e i n e m Z e i t ­

tationswellen u n d S c h w a r z e L ö c h e r v o r h e r s a g t .

p u n k t , als alle M a t e r i e u n d E n e r g i e des b e o b ­

Vereinfacht g e s a g t , hat die allgemeine R e l a t i v i ­

a c h t b a r e n U n i v e r s u m s i n einem w i n z i g k l e i n e n

tätstheorie die P h y s i k in G e o m e t r i e v e r w a n d e l t .

Volumen zusammengepresst waren -, brauchen

Die m o d e r n e T e c h n i k ist so leistungsfähig, dass

w i r eine Q u a n t e n v e r s i o n der a l l g e m e i n e n R e l a ­

sie uns viele präzise Tests der a l l g e m e i n e n R e l a ­

tivitätstheorie. A u ß e r d e m b r a u c h e n w i r diese

tivitätstheorie e r m ö g l i c h t , u n d die T h e o r i e hat

T h e o r i e n , w e i l w i r bei der S u c h e n a c h e i n e m

jeden d a v o n bestanden.

g r u n d l e g e n d e n V e r s t ä n d n i s der N a t u r k e i n k o n ­

O b w o h l M a x w e l l s T h e o r i e des E l e k t r o m a ­

sistentes, d a s heißt w i d e r s p r u c h f r e i e s E r g e b n i s

gnetismus u n d Einsteins G r a v i t a t i o n s t h e o r i e ­

erhielten, w e n n einige der G e s e t z e q u a n t e n p h y ­

die allgemeine R e l a t i v i t ä t s t h e o r i e - die P h y s i k

sikalisch und andere klassisch w ä r e n . Deshalb

103

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

VON

ALLEM

b r a u c h e n w i r Q u a n t e n v e r s i o n e n aller N a t u r g e ­

eine entscheidende R o l l e bei der Elementbil­

setze. S o l c h e T h e o r i e n w e r d e n als Q u a n t e n f e l d ­

d u n g in Sternen und im frühen U n i v e r s u m .

theorien bezeichnet.

I m A l l t a g b e k o m m e n w i r e s mit dieser K r a f t j e d o c h nicht zu tun. 4. Starke Kernkraft. Sie bindet die P r o t o n e n

D i e b e k a n n t e n N a t u r k r ä f t e lassen sich in vier K l a s s e n unterteilen:

u n d N e u t r o n e n i m K e r n eines A t o m s . A u ­

1. Gravitation. D a s ist die s c h w ä c h s t e der vier,

ß e r d e m hält sie die P r o t o n e n und N e u t r o n e n

a b e r eine w e i t r e i c h e n d e K r a f t , die a u f alles

selbst z u s a m m e n , w a s n o t w e n d i g ist, w e i l

im Universum anziehend wirkt. Bei großen

diese Teilchen a u s n o c h w i n z i g e r e n Teil­

K ö r p e r n k ö n n e n die G r a v i t a t i o n s k r ä f t e sich

chen bestehen, den in K a p i t e l 3 e r w ä h n t e n

d a h e r a u f a d d i e r e n u n d sich so g e g e n alle an­

Q u a r k s . D i e s t a r k e K e r n k r a f t ist die Ener­

deren K r ä f t e durchsetzen.

giequelle für die S o n n e u n d für die K e r n ­ energie, d o c h w i e mit der s c h w a c h e n K r a f t

2. Elektromagnetismus. A u c h er ist eine w e i t ­ reichende K r a f t , die z w a r viel s t ä r k e r als die

h a b e n w i r a u c h mit ihr nicht unmittelbar

G r a v i t a t i o n ist, a b e r n u r a u f T e i l c h e n mit

zu tun.

einer elektrischen L a d u n g w i r k t , u n d z w a r z w i s c h e n L a d u n g e n mit g l e i c h e m V o r z e i c h e n

D i e erste K r a f t , für die eine Q u a n t e n v e r s i o n ent­

a b s t o ß e n d s o w i e z w i s c h e n L a d u n g e n mit

w i c k e l t w u r d e , w a r der E l e k t r o m a g n e t i s m u s .

u m g e k e h r t e n V o r z e i c h e n a n z i e h e n d . D a s hat

Die

zur F o l g e , d a s s die elektrischen K r ä f t e z w i ­

F e l d s , die s o g e n a n n t e Q u a n t e n e l e k t r o d y n a m i k ,

schen g r o ß e n K ö r p e r n e i n a n d e r a u f h e b e n ,

k u r z Q E D , w u r d e i n den vierziger J a h r e n v o n

Quantentheorie

des

elektromagnetischen

diese K r ä f t e a b e r a u f der G r ö ß e n e b e n e der

R i c h a r d F e y n m a n und anderen ausgearbeitet

A t o m e u n d M o l e k ü l e v o r h e r r s c h e n d sind.

u n d z u m V o r b i l d für alle w e i t e r e n Q u a n t e n ­

D i e e l e k t r o m a g n e t i s c h e n K r ä f t e sind für alle

feldtheorien. W i e geschildert, w e r d e n n a c h den

c h e m i s c h e n u n d b i o l o g i s c h e n V o r g ä n g e ver­

k l a s s i s c h e n T h e o r i e n K r ä f t e v o n Feldern über­

antwortlich.

t r a g e n . B e i den Q u a n t e n f e l d t h e o r i e n stellt m a n

3. Schwache Kernkraft.

sich d a z u vor, d a s s die Kraftfelder aus spezifi­

Sie v e r u r s a c h t be­

schen E l e m e n t a r t e i l c h e n , s o g e n a n n t e n B o s o n e n ,

stimmte A r t e n der R a d i o a k t i v i t ä t u n d spielt

L04

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

VON

A L L E M

bestehen - kräftetragenden Teilchen, die z w i ­

schen G e r ü s t des T e i l c h e n a u s t a u s c h s die Q u a n ­

schen M a t e r i e t e i l c h e n hin- u n d herfliegen u n d

t e n b e d i n g u n g hinzufügt, dass alle G e s c h i c h t e n

die

Die

einzubeziehen sind, die zu einer W e c h s e l w i r ­

M a t e r i e t e i l c h e n , z u m Beispiel E l e k t r o n e n u n d

Kräfte

zwischen

ihnen

übertragen.

k u n g führen k ö n n e n - b e i s p i e l s w e i s e alle M ö g ­

Q u a r k s , heißen F e r m i o n e n . D a s P h o t o n - d a s

lichkeiten, w i e die K r a f t t e i l c h e n a u s g e t a u s c h t

Lichtteilchen - ist ein Beispiel für ein B o s o n . Es

w e r d e n k ö n n e n - , d a n n w i r d die M a t h e m a t i k

ist dasjenige B o s o n , d a s die e l e k t r o m a g n e t i s c h e

kompliziert.

K r a f t überträgt. D a b e i geschieht F o l g e n d e s : E i n

nicht n u r die « S u m m e ü b e r alle G e s c h i c h t e n » ­

Materieteilchen w i e e t w a ein E l e k t r o n emittiert

den i m v o r a n g e g a n g e n e n K a p i t e l b e s c h r i e b e n e n

ein B o s o n - ein Kraftteilchen - u n d prallt in­

neuen q u a n t e n p h y s i k a l i s c h e n A n s a t z - e n t w i ­

folgedessen z u r ü c k , ähnlich d e m R ü c k l a u f eines

ckelt, s o n d e r n a u c h eine e x a k t e grafische M e ­

G e s c h ü t z r o h r s , n a c h d e m es eine G r a n a t e a b g e ­

t h o d e , mit der sich ü b e r all die v e r s c h i e d e n e n

Glücklicherweise

hat

Feynman

feuert hat. D a r a u f h i n stößt d a s K r a f t t e i l c h e n

G e s c h i c h t e n B u c h führen lässt, eine M e t h o d e ,

mit einem anderen M a t e r i e t e i l c h e n z u s a m m e n

die heute nicht nur bei der Q E D , s o n d e r n bei

und w i r d a b s o r b i e r t , w o d u r c h sich die B e w e ­

allen Q u a n t e n f e l d t h e o r i e n a n g e w e n d e t w i r d .

g u n g dieses Teilchens v e r ä n d e r t . N a c h der Q E D

F e y n m a n s M e t h o d e bietet eine M ö g l i c h k e i t ,

w e r d e n alle W e c h s e l w i r k u n g e n z w i s c h e n g e l a ­

jeden T e r m , der zur S u m m e ü b e r alle G e s c h i c h ­

denen Teilchen - Teilchen, die der e l e k t r o m a ­

ten beiträgt, grafisch darzustellen. D i e s e B i l ­

gnetischen K r a f t unterliegen - als P h o t o n e n a u s ­

der, s o g e n a n n t e F e y n m a n - D i a g r a m m e , g e h ö r e n

tausch beschrieben.

z u den w i c h t i g s t e n W e r k z e u g e n der m o d e r n e n

A l s m a n die V o r h e r s a g e n der Q E D über­

P h y s i k . I n der Q E D lässt sich die S u m m e ü b e r

prüfte, stellte m a n fest, dass sie sich in h o h e m

alle m ö g l i c h e n G e s c h i c h t e n darstellen als eine

M a ß e mit den E r g e b n i s s e n der diversen E x p e ­

S u m m e ü b e r F e y n m a n - D i a g r a m m e w i e die un­

rimente deckten. D o c h es k a n n s c h w i e r i g sein,

ten a b g e b i l d e t e n , die einige der M ö g l i c h k e i t e n

die v o n der Q E D geforderten m a t h e m a t i s c h e n

w i e d e r g e b e n , w i e z w e i E l e k t r o n e n infolge der

Berechnungen

elektromagnetischen Kräfte

vorzunehmen.

Wie

wir

unten

aneinander

streu­

sehen w e r d e n , ergibt sich folgendes P r o b l e m :

en k ö n n e n . In diesen D i a g r a m m e n stehen die

Wenn m a n z u m o b e n beschriebenen theoreti­

d u r c h g e z o g e n e n L i n i e n für die E l e k t r o n e n u n d

105

KAPITEL

FEYNMAN-DIAGRAMME schreiben einen Prozess, bei aneinander streuen.

5:

DIE

­ Diese Diagramme be­ dem zwei Elektronen

THEORIE

VON

ALLEM

die Wellenlinien für P h o t o n e n . D i e Z e i t schrei­ tet v o n unten n a c h o b e n v o r a n , und Stellen, an denen die L i n i e n sich treffen, entsprechen P h o ­ tonen, die v o n einem E l e k t r o n emittiert oder

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

VON

ALLEM

absorbiert w e r d e n . D i a g r a m m (A) stellt z w e i

Elektronen mit vorgegebenen Anfangsimpulsen

E l e k t r o n e n dar, die sich a n n ä h e r n , ein P h o t o n

schließlich

austauschen

d a n n ihren W e g fortsetzen.

vonfliegen w i r d . D i e A d d i t i o n selbst k a n n ein

D a s ist für zwei E l e k t r o n e n die einfachste A r t ,

ziemliches S t ü c k A r b e i t sein, w e i l es, w i e g e s a g t ,

miteinander

wechselzuwir-

eine u n e n d l i c h e Z a h l s o l c h e r D i a g r a m m e gibt.

und

elektromagnetisch

mit

bestimmten

Endimpulsen

da­

ken, a b e r w i r müssen alle m ö g l i c h e n G e s c h i c h ­

H i n z u k o m m t , d a s s den ein- u n d a u s l a u f e n d e n

ten berücksichtigen. F o l g l i c h m ü s s e n w i r a u c h

E l e k t r o n e n z w a r b e s t i m m t e Werte für E n e r g i e

D i a g r a m m e w i e (B) einbeziehen. A u c h dieses

u n d I m p u l s z u g e s c h r i e b e n w e r d e n m ü s s e n , die

D i a g r a m m zeigt z w e i einlaufende L i n i e n - die

Teilchen in den g e s c h l o s s e n e n Schleifen im In­

n ä h e r k o m m e n d e n E l e k t r o n e n - und z w e i a u s ­

neren des D i a g r a m m s a b e r beliebige E n e r g i e

laufende Linien, die gestreuten, d o c h in diesem

u n d beliebigen I m p u l s h a b e n k ö n n e n . D a s ist

D i a g r a m m tauschen die E l e k t r o n e n z w e i P h o t o ­

w i c h t i g , w e i l m a n bei der B i l d u n g der F e y n ­

nen a u s , b e v o r sie d a v o n f l i e g e n . D i e D i a g r a m m e

man-Summe

nicht n u r ü b e r alle D i a g r a m m e

stellen nur einige der M ö g l i c h k e i t e n dar, denn

s u m m i e r e n m u s s , s o n d e r n a u c h ü b e r alle diese

eigentlich gibt e s eine unendliche Z a h l v o n D i a ­

m ö g l i c h e n Werte für E n e r g i e u n d I m p u l s .

g r a m m e n , die a u f s u m m i e r t w e r d e n m ü s s e n . Feynman-Diagramme

sind

nicht

nur

F e y n m a n - D i a g r a m m e sind für P h y s i k e r eine außerordentliche

ein

Hilfe,

wenn

sie

die

Wahr­

und

scheinlichkeiten der v o n der Q E D b e s c h r i e b e ­

zu klassifizieren, w i e W e c h s e l w i r k u n g e n statt­

nen P r o z e s s e v e r a n s c h a u l i c h e n u n d b e r e c h n e n

f i n d e n k ö n n e n . Z u den D i a g r a m m e n g e h ö r e n

m ü s s e n . D o c h einen entscheidenden M a n g e l der

R e g e l n , die b e s a g e n , w i e sich j e d e m der D i a ­

T h e o r i e k ö n n e n sie nicht beseitigen: W e n n m a n

praktisches

Verfahren,

um

darzustellen

und

die B e i t r ä g e der u n e n d l i c h e n Z a h l v e r s c h i e d e ­

Vertizes ( W e c h s e l w i r k u n g s p u n k t e n ) - ein m a ­

ner G e s c h i c h t e n addiert, erhält m a n ein u n e n d ­

thematischer A u s d r u c k z u o r d n e n lässt. A d d i e r t

liches E r g e b n i s . (Wenn die a u f e i n a n d e r f o l g e n ­

m a n die betreffenden A u s d r ü c k e für jedes der

den T e r m e in einer S u m m e m i t u n e n d l i c h vielen

beteiligten F e y n m a n - D i a g r a m m e , so lässt sich

S u m m a n d e n r a s c h g e n u g a b n e h m e n , k a n n die

gramme - abhängig von

dessen

Linien

aus dem E r g e b n i s die W a h r s c h e i n l i c h k e i t dafür

S u m m e endlich sein, d o c h hier ist d a s leider

ableiten, d a s s , sagen wir, ein P a a r einlaufender

nicht der F a l l . ) A d d i e r t m a n die F e y n m a n - D i a ­

107

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

VON

ALLEM

g r a m m e , d a n n scheint die L ö s u n g i n s b e s o n d e r e

w o r t erhält; der N a c h t e i l : M a s s e und L a d u n g

zu implizieren, d a s s E l e k t r o n e n eine u n e n d l i c h

des E l e k t r o n s k ö n n e n a u s diesem G r u n d nicht

g r o ß e M a s s e u n d L a d u n g h a b e n . D a s ist w i d e r ­

v o n der T h e o r i e v o r h e r g e s a g t w e r d e n . D o c h so­

sinnig, d a w i r M a s s e u n d L a d u n g m e s s e n k ö n ­

b a l d w i r M a s s e u n d L a d u n g des E l e k t r o n s ein­

nen, u n d beide e r w e i s e n sich als endlich. U m

m a l auf diese A r t festgelegt h a b e n , k ö n n e n w i r

diese U n e n d l i c h k e i t e n z u h a n d h a b e n , hat m a n

mit H i l f e der Q E D viele a n d e r e V o r h e r s a g e n

ein b e s t i m m t e s V e r f a h r e n e n t w i c k e l t - die s o g e ­

m a c h e n , die d a n n alle äußerst g e n a u mit den

nannte R e n o r m i e r u n g .

B e o b a c h t u n g e n ü b e r e i n s t i m m e n . D a h e r ist die

Bei der R e n o r m i e r u n g w e r d e n G r ö ß e n , die

R e n o r m i e r u n g einer der wesentlichen Bestand­

als u n e n d l i c h u n d n e g a t i v definiert sind, derge­

teile der Q E D . E i n früher T r i u m p h der Q E D

stalt zu den v o r h a n d e n e n T e r m e n addiert, dass

w a r b e i s p i e l s w e i s e die k o r r e k t e V o r h e r s a g e der

sich, unter s o r g f ä l t i g e r B e a c h t u n g der m a t h e m a ­

s o g e n a n n t e n L a m b - V e r s c h i e b u n g , einer w i n z i ­

tischen R e g e l n , die S u m m e der in der T h e o r i e

gen, 1 9 4 7 erstmals nachgewiesenen Verände­

auftretenden n e g a t i v e n u n e n d l i c h e n u n d positi­

r u n g der E n e r g i e eines der Z u s t ä n d e des W a s ­

v e n u n e n d l i c h e n Werte fast aufhebt, s o d a s s nur

serstoffatoms.

ein kleiner R e s t bleibt - die b e o b a c h t e t e n endli­

D e r E r f o l g der R e n o r m i e r u n g bei der Q E D

chen Werte für M a s s e u n d L a d u n g . D i e s e M a n i ­

regte die P h y s i k e r d a z u an, nach Quantenfeld­

p u l a t i o n e n lassen a n V o r g e h e n s w e i s e n d e n k e n ,

theorien zu suchen, die die anderen drei N a t u r ­

mit denen m a n in der Schule bei M a t h e p r ü f u n ­

kräfte beschreiben. D o c h die Unterteilung der

gen d u r c h f ä l l t , u n d dieser E i n d r u c k ist g a r nicht

N a t u r k r ä f t e in vier K l a s s e n ist w a h r s c h e i n l i c h

so falsch, denn die R e n o r m i e r u n g ist in der T a t

künstlich u n d eine F o l g e unseres m a n g e l n d e n

s o , w i e w i r e s hier beschrieben h a b e n , m a t h e ­

V e r s t ä n d n i s s e s . D a h e r sucht m a n seit einiger

m a t i s c h zweifelhaft. D a s V e r f a h r e n legt unter

Z e i t n a c h einer T h e o r i e v o n A l l e m , die die vier

a n d e r e m n a h e , d a s s die mittels dieser M e t h o d e

K a t e g o r i e n zu einem einzigen G e s e t z z u s a m m e n ­

erzielten Werte für M a s s e u n d L a d u n g des E l e k ­

fassen, d a s mit der Q u a n t e n t h e o r i e in E i n k l a n g

trons beliebige endliche Z a h l e n sein k ö n n e n .

steht. D a s w ä r e der heilige G r a l der P h y s i k .

D e r V o r t e i l : M a n k a n n die n e g a t i v e n U n e n d ­

Ein H i n w e i s , dass die Vereinheitlichung der

lichkeiten s o w ä h l e n , d a s s m a n die richtige A n t ­

richtige A n s a t z ist, k a m v o n der T h e o r i e der

108

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

s c h w a c h e n K r a f t . D i e Q u a n t e n f e l d t h e o r i e , die

VON

ALLEM

FEYNMAN-DIAGRAMME

die s c h w a c h e K r a f t für sich allein beschreibt, ist

einen

nicht renormierbar, d a s heißt, sie hat U n e n d ­

gramme

lichkeiten, die sich nicht aufheben lassen, i n d e m

die

m a n eine endliche Z a h l v o n G r ö ß e n w i e M a s s e

druck.

berühmten hatte

oben

in

dus S a l a m u n d Steven W e i n b e r g u n a b h ä n g i g

109

Kleinbus, malen

erörterten noch

-

in

Südkalifornien.

auf

lassen. Diagramme

Obwohl Feynman

der Bus

und L a d u n g abzieht. D o c h 1967 s c h l u g e n A b ­

-

schon

einem

Richard den Der

Feynman er

deutlich 1988

seine

Künstler zum

starb,

Depot unweit

des

fuhr Dia­

brachte Aus­ existiert Caltech

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

VON

ALLEM

v o n e i n a n d e r eine T h e o r i e vor, die den E l e k t r o ­

dass nur K o m b i n a t i o n e n o h n e G r u n d f a r b e als

m a g n e t i s m u s mit der s c h w a c h e n K r a f t vereinigt,

freie Teilchen v o r k o m m e n k ö n n e n . Solche neu­

w o b e i sich zeigte, d a s s d u r c h diese V e r e i n i g u n g

tralen Q u a r k k o m b i n a t i o n e n k ö n n e n auf z w e i ­

die S e u c h e der U n e n d l i c h k e i t e n beseitigt w u r d e .

erlei Weise entstehen. Eine F a r b e u n d ihre A n ­

D i e vereinheitlichte K r a f t heißt e l e k t r o s c h w a ­

tifarbe heben sich auf, d a h e r bilden ein Q u a r k

che K r a f t . Ihre T h e o r i e ist r e n o r m i e r b a r , u n d

u n d ein A n t i q u a r k ein farbloses Paar, ein insta­

sie sagte drei neue Teilchen v o r a u s : W , W " u n d

biles Teilchen, d a s M e s o n heißt. A u c h w e n n alle

Z ° . B e l e g e für die E x i s t e n z des Z ° w u r d e n 1 9 7 3

drei F a r b e n (oder A n t i f a r b e n ) gemischt w e r d e n ,

a m C e r n i n G e n f entdeckt. S a l a m u n d W e i n b e r g

ergibt sich ein i n s g e s a m t farbloses ( « w e i ß e s » )

erhielten 1 9 7 9 den N o b e l p r e i s , o b w o h l die di­

G e b i l d e . D r e i Q u a r k s , eines v o n jeder F a r b e ,

+

rekte B e o b a c h t u n g v o n W - u n d Z - T e i l c h e n erst

bilden stabile Teilchen, s o g e n a n n t e B a r y o n e n ,

L983 gelang.

zu

denen

beispielsweise P r o t o n e n

tronen g e h ö r e n

D i e s t a r k e K r a f t k a n n a u c h g a n z allein mit­

und N e u ­

(und drei A n t i q u a r k s

bilden

tels einer r e n o r m i e r b a r e n T h e o r i e beschrieben

die Antiteilchen der B a r y o n e n ) . P r o t o n e n und

w e r d e n , die Q C D o d e r Q u a n t e n c h r o m o d y n a ­

N e u t r o n e n sind die B a r y o n e n , aus denen A t o m ­

m i k heißt. L a u t Q C D bestehen P r o t o n , N e u t r o n

kerne bestehen, u n d d a m i t die G r u n d l a g e fast

u n d viele a n d e r e f u n d a m e n t a l e M a t e r i e t e i l c h e n

aller n o r m a l e n M a t e r i e i m U n i v e r s u m .

a u s Q u a r k s - Teilchen mit einer b e m e r k e n s w e r ­

A u ß e r d e m hat die Q C D eine Eigenschaft,

ten E i g e n s c h a f t , die P h y s i k e r « F a r b e » nennen.

die als a s y m p t o t i s c h e Freiheit bezeichnet w i r d .

D a h e r s t a m m t a u c h die B e z e i c h n u n g C h r o m o ­

In K a p i t e l 3 k a m e n w i r s c h o n auf sie zu spre­

d y n a m i k , o b w o h l die Q u a r k f a r b e n n u r ein hilf­

chen, o h n e sie allerdings beim N a m e n zu nen­

reiches Etikett sind - es gibt ü b e r h a u p t k e i n e n

nen. A s y m p t o t i s c h e Freiheit bedeutet, dass die

Z u s a m m e n h a n g mit sichtbarer F a r b e . Q u a r k s

starken Kräfte

kommen

Farben

w e n n die Q u a r k s n a h e z u s a m m e n sind, j e d o c h

v o r - R o t , G r ü n u n d B l a u . A u ß e r d e m gibt e s

a n w a c h s e n , w e n n sie a u s e i n a n d e r r ü c k e n - so,

z u j e d e m Q u a r k einen Antiteilchen-Partner. D i e

als w ä r e n die Q u a r k s d u r c h G u m m i b ä n d e r ver­

in

drei

dieser

sogenannten

zwischen

Quarks

klein

sind,

F a r b e n dieser Teilchen heißen A n t i r o t , A n t i g r ü n

b u n d e n . A s y m p t o t i s c h e Freiheit erklärt, w a r u m

u n d A n t i b l a u . E i n e K e r n i d e e dieses M o d e l l s ist,

w i r i n der N a t u r keine isolierten Q u a r k s sehen

LLO

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

VON

A L L E M

u n d w a r u m w i r b i s l a n g k e i n e i m L a b o r erzeu­ BARYONEN

gen k ö n n e n . D o c h o b w o h l w i r k e i n e einzelnen Quarks

beobachten

können,

akzeptieren

nen

sollen

UND

aus

MESONEN

Quarks

-

bestehen,

wir

Kraft

zusammengehalten

werden.

das M o d e l l , w e i l e s sich bei der E r k l ä r u n g des

chen

zusammenstoßen,

können

Verhaltens v o n Protonen, N e u t r o n e n und ande­

schen,

doch

achten.

ren M a t e r i e t e i l c h e n s o g u t b e w ä h r t .

i n

einzelne

Quarks

Baryonen

die

Wenn sie

lassen

und

Meso­

die

starke

durch

solche

Quarks sich

nicht

Teil­ austau­ beob­

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

VON

ALLEM

N a c h V e r e i n i g u n g der s c h w a c h e n u n d der

w o r d e n . W i e sich zeigte, ist es nicht leicht, den

e l e k t r o m a g n e t i s c h e n K r a f t suchten die P h y s i ­

Z e r f a l l n a c h z u w e i s e n u n d ihn v o n anderen Er­

k e r i n den siebziger J a h r e n n a c h einer M ö g l i c h ­

eignissen zu unterscheiden, die v o n p a u s e n l o s

keit, die s t a r k e K r a f t in diese T h e o r i e einzube­

auf uns h e r a b r e g n e n d e n k o s m i s c h e n Strahlen

ziehen. E s gibt eine g a n z e A n z a h l s o g e n a n n t e r

b e w i r k t w e r d e n . U m das R a u s c h e n z u mini­

G r o ß e r Vereinheitlichter T h e o r i e n o d e r G U T s

mieren, w e r d e n die E x p e r i m e n t e tief unter der

(nach e n g l i s c h : G r a n d Unified T h e o r i e s ) , die

E r d e durchgeführt, a n O r t e n w i e der M o z u ­

die s t a r k e K r a f t m i t der s c h w a c h e n K r a f t u n d

m i - M i n e der K a m i o k a M i n i n g a n d Smelting

d e m E l e k t r o m a g n e t i s m u s v e r e i n i g e n , d o c h sie

C o m p a n y i n J a p a n , t a u s e n d M e t e r unter einem

s a g e n i n der M e h r z a h l v o r a u s , d a s s die P r o ­

G e b i r g e , w o sie einigermaßen gegen k o s m i s c h e

t o n e n , der Stoff, a u s d e m w i r sind, i m Schnitt

Strahlen a b g e s c h i r m t sind. A u f g r u n d ihrer B e ­

J a h r e n zerfallen m ü s s t e n . D a s

o b a c h t u n g e n i m J a h r 2 0 0 9 sind die F o r s c h e r

ist eine sehr l a n g e L e b e n s d a u e r , w e n n m a n be­

z u d e m Schluss g e l a n g t , dass P r o t o n e n , w e n n

nach rund 1 0

3 2

denkt, dass das Universum nur etwa 1 0

1 0

sie denn ü b e r h a u p t zerfallen, eine L e b e n s d a u e r

Jahre

v o n m e h r als 1 0

alt ist. D o c h w e n n w i r i n der Q u a n t e n p h y s i k

3 2

tes bedeutet.

J a h r e , dann meinen w i r damit 3 2

J a h r e n h a b e n , w a s für die

G r o ß e n Vereinheitlichten T h e o r i e n nichts G u ­

s a g e n , die durchschnittliche L e b e n s d a u e r eines Teilchens sei 1 0

3 4

J a h r e le­

D a die G U T s v o n B e o b a c h t u n g s d a t e n nicht

ben, die einen ein bisschen mehr, die a n d e r e n

gestützt w e r d e n , halten sich die meisten Phy­

ein bisschen w e n i g e r , s o n d e r n d a s s für jedes

siker an eine A d - h o c - T h e o r i e , das sogenannte

Teilchen jedes J a h r eine Z e r f a l l s w a h r s c h e i n l i c h ­

S t a n d a r d m o d e l l , d a s aus der vereinheitlichten

nicht, d a s s alle Teilchen u n g e f ä h r 1 0

keit v o n 1 z u 1 0

3 2

nen B e h ä l t e r m i t 1 0

besteht. W e n n w i r a l s o ei­ 3 2

T h e o r i e der e l e k t r o s c h w a c h e n K r ä f t e und der

P r o t o n e n n u r einige J a h r e

Q C D als einer T h e o r i e der starken Kräfte be­

lang b e o b a c h t e n , m ü s s t e n w i r einige der P r o t o ­

steht.

nen zerfallen sehen. E i n e n s o l c h e n B e h ä l t e r zu

e l e k t r o s c h w a c h e n K r ä f t e u n d -starken Kräfte

b a u e n , ist nicht allzu s c h w i e r i g , w e i l 1 0

3 2

Pro­

Doch

getrennt

und

im

Standardmodell

sind

nicht

wirken

vereinheitlicht.

die

Das

t o n e n i n r u n d t a u s e n d T o n n e n W a s s e r enthal­

S t a n d a r d m o d e l l ist sehr erfolgreich und deckt

ten sind. S o l c h e E x p e r i m e n t e sind durchgeführt

sich m i t allen bislang v o r l i e g e n d e n B e o b a c h ­

112

KAPITEL

tungsdaten,

ist a b e r

letztlich

5:

DIE

THEORIE

VON

ALLEM

unbefriedigend,

w e i l es - abgesehen d a v o n , dass es die elektro­ s c h w a c h e n u n d -starken K r ä f t e nicht vereinheit­ licht - die G r a v i t a t i o n nicht mit einbezieht. H a t t e es sich s c h o n als s c h w i e r i g g e n u g er­ w i e s e n , die starke K r a f t mit der e l e k t r o m a g n e ­ tischen und der s c h w a c h e n K r a f t zu v e r b i n d e n , so w a r e n diese P r o b l e m e d o c h nichts im Ver­ gleich zu der A u f g a b e , die G r a v i t a t i o n mit den anderen drei K r ä f t e n zu vereinigen o d e r a u c h nur eine separate Q u a n t e n t h e o r i e der G r a v i t a ­ tion z u e n t w i c k e l n . D e r G r u n d , w a r u m sich die E n t w i c k l u n g einer Q u a n t e n t h e o r i e der G r a v i t a ­ tion als so s c h w i e r i g erweist, h ä n g t mit der H e i ­ senberg'schen U n s c h ä r f e r e l a t i o n z u s a m m e n , die w i r in K a p i t e l 3 erörtert h a b e n . D e n n w i e sich bei n ä h e r e m H i n s e h e n herausstellt, spielen be­ züglich der U n s c h ä r f e r e l a t i o n der W e r t eines

«Einen Kasten drum herum­

Felds u n d seine Ä n d e r u n g s r a t e die gleichen R o l ­

z u z e i c h n e n , macht es leider noch nicht

len w i e der A u f e n t h a l t s o r t u n d die G e s c h w i n ­

zu einer vereinheitlichten T h e o r i e . »

digkeit eines Teilchens. D a s heißt, je g e n a u e r m a n das eine bestimmt, desto w e n i g e r g e n a u

der R a u m nicht leer). D a die U n s c h ä r f e r e l a t i o n

lässt sich das a n d e r e b e s t i m m e n . D a r a u s ergibt

einen e x a k t e n Wert für d a s F e l d u n d einen e x a k ­

sich die w i c h t i g e K o n s e q u e n z , dass es so e t w a s

ten W e r t für die V e r ä n d e r u n g s r a t e nicht gleich­

w i e den leeren R a u m nicht gibt. L e e r e r R a u m

zeitig zulässt, ist der R a u m nie leer. Er k a n n

w ü r d e n ä m l i c h bedeuten, dass der W e r t eines

einen Z u s t a n d m i n i m a l e r E n e r g i e a u f w e i s e n ,

Feldes e x a k t null u n d die Ä n d e r u n g s r a t e des

das s o g e n a n n t e V a k u u m , d o c h dieser Z u s t a n d

Feldes ebenfalls e x a k t null w ä r e (sonst bliebe

ist d e m u n t e r w o r f e n , w a s w i r Q u a n t e n - o d e r

113

KAPITEL

Vakuumfluktuationen

5:

DIE

nennen - Teilchen

THEORIE

VON

ALLEM

und

s c h w a c h e n u n d e l e k t r o m a g n e t i s c h e n K r a f t auf­

Felder, die sich ins D a s e i n u n d w i e d e r aus i h m

tritt, nur dass in diesen Fällen die R e n o r m i e ­

hinauszittern.

r u n g die U n e n d l i c h k e i t e n beseitigt. D o c h die

W i r k ö n n e n uns die V a k u u m f l u k t u a t i o n e n

geschlossenen Schleifen in den F e y n m a n - D i a ­

als T e i l c h e n p a a r e v o r s t e l l e n , die i r g e n d w a n n

g r a m m e n für die G r a v i t a t i o n bringen U n e n d ­

g e m e i n s a m erscheinen, sich a u s e i n a n d e r b e w e ­

lichkeiten

gen, d a n n w i e d e r z u s a m m e n k o m m e n u n d sich

n o r m i e r u n g a b s o r b i e r e n lassen, w e i l es in der

gegenseitig vernichten. I n F e y n m a n - D i a g r a m ­

allgemeinen R e l a t i v i t ä t s t h e o r i e nicht genügend

m e n entsprechen sie g e s c h l o s s e n e n Schleifen.

r e n o r m i e r b a r e P a r a m e t e r gibt, u m alle Q u a n ­

D i e s e Teilchen w e r d e n als virtuelle Teilchen be­

tenunendlichkeiten a u s der T h e o r i e zu entfer­

zeichnet. A n d e r s als reale Teilchen k ö n n e n vir­

nen. So bleibt uns eine G r a v i t a t i o n s t h e o r i e , die

tuelle Teilchen in einem T e i l c h e n d e t e k t o r nicht

v o r h e r s a g t , d a s s bestimmte G r ö ß e n , w i e die

direkt b e o b a c h t e t w e r d e n . D o c h ihre indirekten

K r ü m m u n g der R a u m z e i t , unendlich sind. U n d

E f f e k t e , e t w a kleine V e r ä n d e r u n g e n der Ener­

das ist n u n w i r k l i c h keine A r t , ein b e w o h n b a ­

gien

gemes­

res U n i v e r s u m zu betreiben. D i e einzige M ö g ­

von

Elektronenbahnen,

können

hervor,

die

sich

nicht durch

Re­

sen w e r d e n u n d entsprechen den theoretischen

lichkeit, eine vernünftige T h e o r i e zu erhalten,

V o r h e r s a g e n mit einem b e m e r k e n s w e r t e n G r a d

bestünde d a r i n , alle Unendlichkeiten i r g e n d w i e

a n G e n a u i g k e i t . D a s P r o b l e m liegt d a r i n , dass

z u beseitigen, o h n e v o n der R e n o r m i e r u n g G e ­

die virtuellen Teilchen E n e r g i e besitzen, u n d

brauch zu machen.

d a e s eine u n e n d l i c h e Z a h l v o n virtuellen Teil­

1 9 7 6 w u r d e eine m ö g l i c h e L ö s u n g für das

chen gibt, m ü s s t e n sie eine unendliche Ener­

P r o b l e m g e f u n d e n : die S u p e r g r a v i t a t i o n . D a s

g i e m e n g e besitzen. N a c h der a l l g e m e i n e n R e ­

Adjektiv

lativitätstheorie folgt d a r a u s , dass sie d a s U n i ­

w e i l die P h y s i k e r g l a u b t e n , es sei « s u p e r » , dass

v e r s u m z u einem u n e n d l i c h kleinen V o l u m e n

diese

k r ü m m e n m ü s s t e n - w a s offensichtlich nicht

k l a p p e n k ö n n t e . V i e l m e h r bezieht sich das W o r t

der F a l l ist!

« s u p e r » auf eine bestimmte S y m m e t r i e a r t , die

Diese

Seuche

der

Unendlichkeiten

«super»

wurde

nicht davorgesetzt,

Quantengravitationstheorie

tatsächlich

die T h e o r i e besitzt, die sogenannte S u p e r s y m ­

ähnelt

metrie.

d e m P r o b l e m , d a s i n den T h e o r i e n der s t a r k e n ,

114

In der Physik sagt m a n , ein S y s t e m w e i s e eine

terieteilchen,

erwachsen,

e i n a n d e r tendenziell

bestimmte S y m m e t r i e auf, w e n n seine wesentli­

a u f h e b e n . L e i d e r sind die B e r e c h n u n g e n , die er­

chen Eigenschaften bei bestimmten T r a n s f o r m a ­

forderlich sind, u m herauszufinden, o b dabei

tionen w i e R o t a t i o n i m R a u m o d e r S p i e g e l u n g

vielleicht d o c h n o c h i r g e n d w e l c h e U n e n d l i c h k e i ­

unverändert bleiben. W e n n Sie beispielsweise

ten nicht a u f g e h o b e n w e r d e n , s o l a n g , s c h w i e ­

einen D o n u t u m d r e h e n , sieht er g e n a u gleich

rig u n d fehleranfällig, d a s s sich bisher n o c h

aus (es sei denn, er hat auf der O b e r s e i t e einen

n i e m a n d bereitgefunden hat, sie d u r c h z u f ü h r e n .

S c h o k o l a d e n g u s s , d a n n sollten Sie ihn lieber

D i e meisten P h y s i k e r g l a u b e n t r o t z d e m , d a s s

gleich essen). D i e S u p e r s y m m e t r i e ist eine raf­

die S u p e r g r a v i t a t i o n w a h r s c h e i n l i c h die richtige

finierte F o r m der S y m m e t r i e , die nichts mit den

A n t w o r t a u f d a s P r o b l e m der V e r e i n i g u n g der

möglichen T r a n s f o r m a t i o n e n des g e w ö h n l i c h e n

G r a v i t a t i o n m i t den a n d e r e n K r ä f t e n ist.

R a u m s zu tun hat. S u p e r s y m m e t r i e schließt un­

M a n sollte m e i n e n , die S t i c h h a l t i g k e i t der

ter a n d e r e m den w i c h t i g e n U m s t a n d ein, d a s s

S u p e r s y m m e t r i e w ä r e leicht zu ü b e r p r ü f e n - ein

Kraftteilchen und M a t e r i e t e i l c h e n , a l s o K r a f t

einfacher V e r g l e i c h der E i g e n s c h a f t e n der v o r ­

und M a t e r i e , nur z w e i Seiten derselben M e ­

h a n d e n e n T e i l c h e n , um zu sehen, ob sie sich

daille sind. Praktisch folgt d a r a u s , d a s s jedes

p a a r w e i s e a n o r d n e n lassen. D i e bisher b e o b a c h ­

Materieteilchen, w i e e t w a ein Q u a r k , ein K r a f t ­

teten Teilchen fügen sich z w a r nicht in ein sol­

teilchen als Partnerteilchen u n d jedes K r a f t ­

ches S c h e m a v o n P a a r e n ein. D o c h v e r s c h i e d e n e

teilchen, e t w a ein P h o t o n , ein M a t e r i e t e i l c h e n

B e r e c h n u n g e n der P h y s i k e r lassen d a r a u f schlie­

als Partnerteilchen h a b e n sollte. D a r i n k ö n n t e

ßen, d a s s die Partnerteilchen, die den v o n uns

eine M ö g l i c h k e i t zur L ö s u n g des P r o b l e m s der

b e o b a c h t e t e n Teilchen e n t s p r e c h e n , t a u s e n d m a l

Unendlichkeiten liegen, w e i l sich herausstellt,

s o m a s s e r e i c h w i e ein P r o t o n sein m ü s s e n , w e n n

dass die aus geschlossenen Schleifen der K r a f t ­

nicht n o c h schwerer. D a m i t sind sie zu s c h w e r ,

teilchen resultierenden Unendlichkeiten p o s i t i v

als d a s s sie b i s l a n g in i r g e n d e i n e m E x p e r i m e n t

und die aus geschlossenen Schleifen der M a t e ­

hätten b e o b a c h t e t w e r d e n k ö n n e n , d o c h es be­

rieteilchen resultierenden U n e n d l i c h k e i t e n ne­

steht die H o f f n u n g , d a s s solche Teilchen b a l d

gativ sind, s o d a s s die U n e n d l i c h k e i t e n , die a u s

i m L a r g e H a d r o n C o l l i d e r , einem g r o ß e n T e i l ­

den Kraftteilchen und ihren P a r t n e r n , den M a ­

c h e n b e s c h l e u n i g e r in Genf, erzeugt w e r d e n .

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

VON

ALLEM

D a s K o n z e p t der S u p e r s y m m e t r i e w a r der

auf ihr zu lokalisieren. A u c h die Oberfläche ei­

Schlüssel zur E n t w i c k l u n g der S u p e r g r a v i t a ­

nes S t r o h h a l m s ist ein z w e i d i m e n s i o n a l e r R a u m :

tion, d o c h eigentlich w a r e s s c h o n J a h r e v o r h e r

U m einen P u n k t auf diesem R a u m z u lokali­

entstanden, als die P h y s i k e r eine neue T h e o r i e

sieren, m ü s s e n w i r w i s s e n , bei w e l c h e r L ä n g e

untersuchten, die d a m a l s n o c h g a n z a m A n f a n g

des S t r o h h a l m s der P u n k t liegt und wo auf der

s t a n d : die S t r i n g t h e o r i e . N a c h der Stringtheo­

k r e i s f ö r m i g e n D i m e n s i o n . W e n n der S t r o h h a l m

rie sind Teilchen keine P u n k t e , s o n d e r n S c h w i n ­

sehr d ü n n ist, w ü r d e es für eine sehr gute nähe­

g u n g s m u s t e r mit einer L ä n g e , a b e r o h n e H ö h e

r u n g s w e i s e O r t s b e s t i m m u n g bereits ausreichen,

u n d Breite - w i e A b s c h n i t t e einer unendlich d ü n ­

nur die eine K o o r d i n a t e entlang der L ä n g e des

nen Saite (String).

Stringtheorien führen a u c h

S t r o h h a l m s zu v e r w e n d e n , u n d m a n könnte die

z u U n e n d l i c h k e i t e n , a b e r m a n n i m m t a n , dass

kreisförmige Dimension vernachlässigen. Und

sie sich in der richtigen V e r s i o n alle gegenseitig

hätte der

S t r o h h a l m einen D u r c h m e s s e r v o n

a u f h e b e n . D i e s e T h e o r i e n h a b e n n o c h eine w e i ­

einem millionstel millionstel millionstel milli­

tere u n g e w ö h n l i c h e E i g e n s c h a f t : Sie sind nur

onstel millionstel Zentimeter, w ü r d e n Sie die

k o n s i s t e n t , w e n n die R a u m z e i t zehn D i m e n s i o ­

kreisförmige

nen anstelle der üblichen vier hat. Z e h n D i m e n ­

m e r k e n . D a s ist die V o r s t e l l u n g , die Stringtheo­

sionen m a g sich für W i s s e n s c h a f t l e r a u f r e g e n d

retiker v o n den E x t r a d i m e n s i o n e n haben - sie

a n h ö r e n , a b e r sie w ü r d e n Ihnen echte P r o b l e m e

sind so eng z u s a m m e n g e r o l l t , dass sie eine für

m a c h e n , w e n n Sie v e r g e s s e n hätten, w o Sie Ih­

uns nicht m e h r sichtbare A u s d e h n u n g haben.

ren W a g e n g e p a r k t h a b e n .

Dimension

überhaupt

nicht be­

In der Stringtheorie sind die E x t r a d i m e n s i o n e n

W a r u m b e m e r k e n w i r diese Z u s a t z d i m e n ­

zu einem kompaktifizierten U n t e r r a u m aufge­

sionen nicht, w e n n es sie gibt? L a u t String­

w i c k e l t , i m G e g e n s a t z z u d e m dreidimensio­

theorie sind sie z u einem R a u m v o n sehr g e ­

nalen R ä u m e , den w i r i m A l l t a g erleben. W i e

ringer G r ö ß e a u f g e r o l l t . Stellen Sie sich d a z u

w i r n o c h sehen w e r d e n , sind diese z u s a m m e n ­

eine z w e i d i m e n s i o n a l e E b e n e vor. W i r nennen

gerollten R ä u m e nicht nur ein Weg, v e r b o r g e n e

sie z w e i d i m e n s i o n a l , w e i l m a n z w e i Z a h l e n

D i m e n s i o n e n unter den T e p p i c h zu kehren, son­

b r a u c h t - b e i s p i e l s w e i s e eine w a a g e r e c h t e u n d

dern sie h a b e n a u c h große p h y s i k a l i s c h e B e d e u ­

eine senkrechte K o o r d i n a t e - , u m einen P u n k t

tung.

116

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

A b g e s e h e n v o m P r o b l e m der E x t r a d i m e n s i o ­ nen, litt die Stringtheorie n o c h unter einer w e i ­ teren lästigen S c h w ä c h e : Es schien mindestens fünf verschiedene T h e o r i e n z u g e b e n u n d M i l ­ lionen

Möglichkeiten,

die

Extradimensionen

VON

A L L E M

STROHHALME

UND

zweidimensional, klein genug ist fernung gesehen wie eine Linie.

doch wenn sein Durchmesser ­ oder aus hinreichend großer Ent­ wird -, erscheint er eindimensional

LINIEN

­

Ein

Strohhalm

ist

a u f z u w i c k e l n - eine Fülle v o n M ö g l i c h k e i t e n , die ziemlich peinlich für die B e f ü r w o r t e r der

fach v e r s c h i e d e n e A r t e n sind, ein u n d d a s s e l b e

Stringtheorie als der einzigen T h e o r i e v o n A l l e m

Phänomen in vier Dimensionen zu beschreiben.

war. D a n n , u m d a s J a h r 1 9 9 4 , b e g a n n m a n die

A u ß e r d e m stellten die F o r s c h e r fest, d a s s a u c h

Dualitäten zu entdecken - den U m s t a n d , dass

die S u p e r g r a v i t a t i o n a u f die gleiche Weise m i t

verschiedene

Stringtheorien u n d v e r s c h i e d e n e

den a n d e r e n T h e o r i e n v e r w a n d t ist. S t r i n g t h e o ­

A r t e n , die E x t r a d i m e n s i o n e n a u f z u w i c k e l n , ein­

retiker sind heute d a v o n ü b e r z e u g t , d a s s die fünf

117

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

VON

ALLEM

v e r s c h i e d e n e n Stringtheorien u n d die S u p e r g r a ­

kennen einige ihrer Eigenschaften.

v i t a t i o n einfach v e r s c h i e d e n e N ä h e r u n g e n einer

e i n m a l hat die M - T h e o r i e elf R a u m z e i t d i m e n ­

f u n d a m e n t a l e r e n T h e o r i e sind - N ä h e r u n g e n ,

sionen,

v o n denen jede sich für die B e s c h r e i b u n g be­

hatten s c h o n l ä n g e r vermutet, dass die Vorher­

s t i m m t e r A r t e n v o n S i t u a t i o n e n eignet.

s a g e v o n zehn D i m e n s i o n e n korrigiert w e r d e n

nicht

zehn.

Einige

Zunächst

Stringtheoretiker

W i e o b e n e r w ä h n t , heißt diese f u n d a m e n ­

m ü s s e , u n d die neuere F o r s c h u n g zeigte, dass

talere T h e o r i e M - T h e o r i e . N i e m a n d scheint z u

tatsächlich eine D i m e n s i o n übersehen w u r d e .

w i s s e n , w o f ü r d a s « M » steht, a b e r e s k ö n n t e

Außerdem

M e i s t e r , M i r a k e l o d e r M y s t e r i u m heißen. E s

s c h w i n g e n d e Strings, s o n d e r n a u c h Punktteil­

scheint, als träfen alle drei z u . D i e F o r s c h e r ver­

chen,

enthält

die

zweidimensionale

M-Theorie

nicht

Membranen,

nur

dreidi­

suchen n o c h i m m e r d a s W e s e n der M - T h e o r i e

m e n s i o n a l e G e b i l d e und a n d e r e O b j e k t e , die

zu e r g r ü n d e n , d o c h d a s k ö n n t e sich letztlich als

s c h w i e r i g e r darzustellen sind u n d noch mehr

u n m ö g l i c h e r w e i s e n . Vielleicht ist ja die tradi­

R a u m d i m e n s i o n e n a u f w e i s e n (bis z u 9 ) . D e r

tionelle E r w a r t u n g der Physiker, d a s s es eine

S a m m e l b e g r i f f für diese O b j e k t e ist « p - B r a n e n »

einzige T h e o r i e der N a t u r g e b e , unerfüllbar.

( w o b e i p Werte v o n o bis 9 a n n e h m e n k a n n ) .

M ö g l i c h e r w e i s e g i b t es diese eine einzige F o r ­

W a s ist mit der e n o r m e n Z a h l v o n M ö g l i c h ­

m u l i e r u n g nicht, u n d w i r m ü s s e n z u r B e s c h r e i ­

keiten, die w i n z i g e n D i m e n s i o n e n a u f z u w i c k e l n ?

b u n g des U n i v e r s u m s v e r s c h i e d e n e T h e o r i e n

In der M - T h e o r i e k ö n n e n diese zusätzlichen

anwenden.

R a u m d i m e n s i o n e n nicht einfach i r g e n d w i e auf­

J e d e T h e o r i e hat vielleicht ihre eigene V e r s i o n

auf

unterschiedliche

Situationen

g e w i c k e l t w e r d e n . D i e M a t h e m a t i k der T h e o ­

der W i r k l i c h k e i t ,

nach dem modellab­

rie s c h r ä n k t die Eigenschaften der a u f g e w i c k e l ­

h ä n g i g e n R e a l i s m u s ist d a s a k z e p t a b e l , s o l a n g e

doch

ten D i m e n s i o n e n drastisch ein. D i e g e n a u e A r t

die T h e o r i e n i n ihren V o r a u s s a g e n i m m e r d a n n

u n d Weise des A u f w i c k e i n s bestimmt die Werte

ü b e r e i n s t i m m e n , w e n n sie sich ü b e r s c h n e i d e n ,

der p h y s i k a l i s c h e n K o n s t a n t e n , die L a d u n g des

d a s heißt, w e n n sie beide a n g e w e n d e t w e r d e n

E l e k t r o n s u n d die A r t der W e c h s e l w i r k u n g e n

können.

z w i s c h e n den E l e m e n t a r t e i l c h e n . M i t anderen W o r t e n , sie b e s t i m m t die N a t u r g e s e t z e , die sich

E g a l , o b die M - T h e o r i e als eine einzige F o r ­

in

m u l i e r u n g o d e r n u r als N e t z w e r k existiert, w i r

118

unserem

Universum

manifestieren.

Dabei

KAPITEL

5:

DIE

THEORIE

VON

ALLEM

handelt es sich um die in unserem U n i v e r s u m

D a s verführte die W i s s e n s c h a f t l e r zu d e m

tatsächlich beobachteten G e s e t z e - die G e s e t z e

G l a u b e n , d a s s sich d a s g a n z e U n i v e r s u m dar­

für die vier K r ä f t e und die für unseren K o s m o s

stellen lasse, w e n n sie nur die richtige T h e o r i e

gültigen Werte für P a r a m e t e r w i e e t w a die Teil­

und

chenmassen und -ladungen.

folgten

D o c h die funda­

mentaleren Gesetze sind die der M - T h e o r i e . D a h e r lassen verschiedene

die

Gesetze

Universen

zu,

Raum,

der M - T h e o r i e

je

nachdem,

genügend

Rechenleistung

hätten.

Quantenunbestimmtheit, Quarks,

Strings

und

Dann

gekrümmter

Extradimensio­

nen - und d a s N e t t o e r g e b n i s ihrer M ü h e sind

wie

10

5 0 0

U n i v e r s e n , jedes mit a n d e r e n G e s e t z e n u n d

Die

n u r eines, d a s d e m unseren entspricht. D i e ur­

M - T h e o r i e besitzt L ö s u n g e n , die viele v e r s c h i e ­

s p r ü n g l i c h e H o f f n u n g der Physiker, eine einzige

dene A r t e n und Weisen gestatten, die E x t r a ­

T h e o r i e z u e n t w i c k e l n , die die s c h e i n b a r e n G e ­

dimensionen

zu

setze unseres U n i v e r s u m s als die einzige m ö g ­

verschiedene U n i v e r s e n ,

liche K o n s e q u e n z einiger einfacher A n n a h m e n

und jedes v o n ihnen mit eigenen G e s e t z e n . Um

erklärt, m u s s vielleicht a u f g e g e b e n w e r d e n . W a s

eine Idee d a v o n zu b e k o m m e n , w i e viele d a s

bedeutet d a s für uns? W e n n die M - T h e o r i e 1 0

die E x t r a d i m e n s i o n e n a u f g e w i c k e l t sind.

10

5 0 0

aufzuwickeln,

, also auch i o

, c o

vielleicht

bis

5 0 0

sind, stellen Sie sich F o l g e n d e s v o r : W e n n ir­

Sätze s c h e i n b a r e r G e s e t z e zulässt, w i e sind w i r

gendein Wesen die für jedes dieser U n i v e r s e n

d a n n zu diesem U n i v e r s u m und den uns sich

v o r h e r g e s a g t e n Gesetze in nur einer M i l l i s e k u n ­

d a r b i e t e n d e n G e s e t z e n g e k o m m e n ? U n d w a s ist

de analysieren k ö n n t e und mit dieser A r b e i t z u m

mit den a n d e r e n m ö g l i c h e n Welten?

Z e i t p u n k t des U r k n a l l s b e g o n n e n hätte, hätte 2

es bis heute g e r a d e mal i o ° geschafft. U n d d a s ohne K a f f e e p a u s e n . Jahrhunderte

zuvor

zeigte

Newton,

dass

m a t h e m a t i s c h e G l e i c h u n g e n erstaunlich g e n a u beschreiben k ö n n e n , w i e O b j e k t e auf der E r d e und a m H i m m e l w e c h s e l w i r k e n .

K A P I T E L

6



UNSER UNIVERSUM

WÄHLEN

N

des B o s c h o n g o -

nennen. N a c h d i e s e m F i a s k o f a n d der M a c h e r

Volks in Zentralafrika waren am A n ­

endlich eine M e t h o d e , die funktionierte, u n d

fang nur D u n k e l h e i t , W a s s e r und der g r o ß e G o t t

so bildete er die ersten M e n s c h e n a u s w e i ß e m

B u m b a . Eines T a g e s hatte B u m b a a r g e M a g e n ­

und g e l b e m M a i s . H e u t e stellen w i r a u s M a i s

schmerzen und spie die S o n n e a u s . Im L a u f e

z w a r E t h y l a l k o h o l her, d o c h b i s l a n g ist es uns

A C H D E R K O S M O G O N I E

der Z e i t verdunstete die S o n n e d a s W a s s e r ein

n o c h nicht g e l u n g e n , d a s K u n s t s t ü c k des M a ­

w e n i g , und e s k a m L a n d z u m V o r s c h e i n . D o c h

chers n a c h z u a h m e n und a u c h die M e n s c h e n z u

B u m b a hatte n o c h i m m e r S c h m e r z e n , w i e d e r

erschaffen, die ihn t r i n k e n .

w ü r g t e er. U n d z u m V o r s c h e i n k a m e n M o n d ,

S c h ö p f u n g s m y t h e n w i e diese v e r s u c h e n alle,

Sterne und einige T i e r e : der L e o p a r d , d a s K r o k o ­

die F r a g e n z u b e a n t w o r t e n , mit d e n e n w i r uns

dil, die Schildkröte und schließlich der M e n s c h .

in diesem Buch auseinandersetzen. W a r u m gibt

D i e M a y a i n M i t t e l a m e r i k a berichten v o n einer

es ein U n i v e r s u m , u n d w a r u m ist d a s U n i v e r ­

ähnlichen Z e i t v o r der S c h ö p f u n g , als es n u r d a s

s u m s o u n d nicht a n d e r s ? U n s e r e F ä h i g k e i t , sol­

M e e r , den H i m m e l und den M a c h e r (Schöpfer)

che F r a g e n zu k l ä r e n , hat in den J a h r h u n d e r ­

g a b . N a c h den M y t h e n der M a y a beschloss der

ten seit den alten G r i e c h e n stetig z u g e n o m m e n ,

M a c h e r , b e k ü m m e r t , w e i l e s n i e m a n d g a b , der

a m stärksten i n den letzten h u n d e r t J a h r e n . M i t

ihn preisen k o n n t e , E r d e , B e r g e , B ä u m e und

d e m , w a s w i r i n den v o r a n g e h e n d e n K a p i t e l n

die meisten Tiere zu erschaffen. D o c h die T i e r e

erörtert h a b e n , k ö n n e n w i r jetzt m ö g l i c h e A n t ­

konnten nicht sprechen, und d a h e r beschloss er,

w o r t e n a u f diese F r a g e n v o r s c h l a g e n .

die M e n s c h e n zu erschaffen. Z u e r s t m a c h t e er

O f f e n b a r w a r s c h o n i n frühester Z e i t be­

sie aus S c h l a m m und E r d e , d o c h sie redeten nur

k a n n t , d a s s e n t w e d e r d a s U n i v e r s u m eine sehr

U n s i n n . Er löste sie w i e d e r auf und v e r s u c h t e es

j u n g e S c h ö p f u n g w a r o d e r die E x i s t e n z der

erneut, dieses M a l fertigte er sie a u s H o l z . D i e s e

Menschheit

M e n s c h e n w a r e n d u m m . A l s o beschloss er, sie

kosmischen Geschichte ausmachte. Der G r u n d :

nur

einen

kleinen

Bruchteil

der

zu vernichten, a b e r sie e n t k a m e n in den W a l d .

D i e M e n s c h e n v e r b e s s e r n ihr W i s s e n und ihre

A l l e r d i n g s n a h m e n sie auf d e m W e g dorthin

T e c h n i k so r a s c h , d a s s sie es s c h o n viel w e i t e r

S c h a d e n , w a s sie ein w e n i g v e r ä n d e r t e , und s o

g e b r a c h t h a b e n m ü s s t e n , w e n n es sie s c h o n seit

entstanden die L e b e w e s e n , die w i r heute A f f e n

Jahrmillionen gäbe.

123

KAPITEL

6:

UNSER

UNIVERSUM

WÄHLEN

L a u t A l t e m T e s t a m e n t erschuf G o t t A d a m

das stimmt, m u s s d a s U n i v e r s u m in der V e r g a n ­

u n d E v a i n n u r sechs T a g e n . B i s c h o f Ussher,

genheit kleiner g e w e s e n sein als heute. Wenn

P r i m a s v o n g a n z I r l a n d i n den J a h r e n 1 6 2 5 bis

w i r seine E n t w i c k l u n g bis in die ferne V e r g a n ­

1 6 5 6 , setzte den U r s p r u n g der Welt s o g a r n o c h

genheit z u r ü c k v e r f o l g e n , w ä r e das g a n z e heute

g e n a u e r fest: a u f den 2 7 . O k t o b e r 4 4 0 4 v . Chr.,

b e o b a c h t b a r e U n i v e r s u m a b einem bestimmten

n e u n U h r m o r g e n s . W i r sehen d a s a n d e r s : D i e

Z e i t p u n k t i n einer w i n z i g e n R e g i o n v o n unvor­

M e n s c h e n sind z w a r eine v e r g l e i c h s w e i s e j u n g e

stellbarer D i c h t e u n d T e m p e r a t u r z u s a m m e n g e ­

S c h ö p f u n g , d o c h d a s U n i v e r s u m selbst b e g a n n

presst, und n o c h w e i t e r z u r ü c k müsste es einen

viel früher, v o r r u n d 1 3 , 7 M i l l i a r d e n J a h r e n .

Z e i t p u n k t g e b e n , an d e m alles b e g a n n - mit d e m E r e i g n i s , d a s w i r heute U r k n a l l nennen.

D e r erste w i r k l i c h w i s s e n s c h a f t l i c h e H i n w e i s darauf, d a s s d a s U n i v e r s u m einen A n f a n g hat,

D i e E x p a n s i o n des U n i v e r s u m s dürfen w i r

s t a m m t a u s den z w a n z i g e r J a h r e n . W i e i n K a ­

uns nicht allzu simpel vorstellen. Beispielsweise

pitel 3 e r w ä h n t , g l a u b t e n d a m a l s die meisten

ist d a m i t nicht g e m e i n t , dass d a s U n i v e r s u m e x ­

Wissenschaftler

Universum,

p a n d i e r t , w i e m a n sein H a u s erweitert, indem

d a s e s s c h o n v o n jeher g a b . D e r G e g e n b e w e i s

an

ein

statisches

m a n einfach eine W a n d herausbricht und ein

w a r i n d i r e k t , e r stützte sich auf B e o b a c h t u n g e n ,

neues B a d e z i m m e r b a u t , w o v o r h e r eine majes­

die E d w i n H u b b l e mit d e m 2 , 5 4 - m - T e l e s k o p

tätische E i c h e stand. V i e l m e h r dehnt sich der

des M o u n t - W i l s o n - O b s e r v a t o r i u m s in den H ü ­

Raum

selbst a u s ,

das

heißt,

der A b s t a n d z w i ­

geln ü b e r P a s a d e n a i n K a l i f o r n i e n m a c h t e . A l s

schen je z w e i beliebigen P u n k t e n innerhalb des

H u b b l e d a s S p e k t r u m des v o n G a l a x i e n a b g e ­

U n i v e r s u m s n i m m t zu. D i e s e Idee entstand in

strahlten L i c h t s a n a l y s i e r t e , g e l a n g t e er zu d e m

den dreißiger J a h r e n inmitten heftiger D e b a t ­

E r g e b n i s , d a s s sich fast alle G a l a x i e n v o n uns

ten, u n d n a c h w i e v o r w i r d sie a m besten durch

entfernen u n d d a s s sie sich u m s o schneller be­

eine M e t a p h e r v e r a n s c h a u l i c h t , die der A s t r o ­

w e g e n , j e w e i t e r sie entfernt s i n d . 1 9 2 9 veröf­

nom

fentlichte er ein G e s e t z , d a s die F l u c h t g e s c h w i n ­

U n i v e r s i t y 1 9 3 1 v e r w e n d e t hat. D a n a c h k ö n ­

Arthur

Eddington

von

digkeit der G a l a x i e n u n d ihre E n t f e r n u n g v o n

nen w i r uns d a s U n i v e r s u m als die Oberfläche

Cambridge

uns z u e i n a n d e r in B e z i e h u n g setzt, u n d s c h l o s s

eines

daraus, dass das Universum expandiere. Falls

w i r d , u n d alle G a l a x i e n als P u n k t e auf seiner

124

L u f t b a l l o n s vorstellen,

der

der aufgeblasen

KAPITEL

6:

UNSER

UNIVERSUM

sich a u s d e h n e n d e n O b e r f l ä c h e . D i e s e s B i l d ver­

WÄHLEN

B A L L O N - U N I V E R S U M - Ferne Galaxien weichen von uns zurück, als befände sich der gesamte Kos­ mos auf der Oberfläche eines Riesenballons.

deutlicht, w a r u m ferne G a l a x i e n r a s c h e r d a v o n ­ streben als n a h e . V e r d o p p e l t sich beispielsweise der R a d i u s des B a l l o n s stündlich, s o v e r d o p p e l t sich mit jeder Stunde a u c h der A b s t a n d z w i ­

125

KAPITEL

6:

UNSER

UNIVERSUM

WÄHLEN

sehen z w e i « G a l a x i e n » a u f d e m B a l l o n . W e n n

K r e i s u n d die G a l a x i e n bei der A u s d e h n u n g des

zwei G a l a x i e n zu irgendeinem Zeitpunkt i Z e n ­

B a l l o n s ihre G r ö ß e u n d A n o r d n u n g behalten.

timeter v o n e i n a n d e r entfernt l ä g e n , betrüge ihr

D a s ist w i c h t i g , w e i l w i r E x p a n s i o n nur ent­

A b s t a n d eine S t u n d e s p ä t e r 2 Z e n t i m e t e r , u n d

d e c k e n k ö n n e n , w e n n unsere M e s s i n s t r u m e n t e

es hätte den A n s c h e i n , als w ü r d e n sie sich mit

eine u n v e r ä n d e r l i c h e G r ö ß e h a b e n . W ü r d e alles

einer G e s c h w i n d i g k e i t v o n 1 Z e n t i m e t e r p r o

an der E x p a n s i o n beteiligt sein, so w ü r d e n un­

Stunde auseinanderbewegt haben. D o c h auch

sere Z o l l s t ö c k e , L a b o r a t o r i e n u n d so fort alle

n a c h dieser ersten S t u n d e geht die E x p a n s i o n

p r o p o r t i o n a l g r ö ß e r w e r d e n , und uns fiele g a r

weiter, u n d d i e s m a l b e g i n n e n die G a l a x i e n be­

nichts auf.

reits m i t einem A b s t a n d v o n 2 Z e n t i m e t e r n , lie­

D a s s d a s U n i v e r s u m e x p a n d i e r t , w a r neu für

g e n a l s o n a c h einer w e i t e r e n S t u n d e n u n s c h o n

Einstein. D a s s sich die G a l a x i e n v o n e i n a n d e r

4 Z e n t i m e t e r a u s e i n a n d e r , w a s d a n n den E i n ­

f o r t b e w e g e n , hatte sich einige J a h r e v o r H u b ­

d r u c k h e r v o r r i e f e , d a s s sie sich n u n m e h r m i t

bies A r b e i t e n als theoretische M ö g l i c h k e i t aus

einer G e s c h w i n d i g k e i t v o n 2 Z e n t i m e t e r n p r o

E i n s t e i n s eigenen G l e i c h u n g e n ergeben. 1 9 2 2

S t u n d e v o n e i n a n d e r entfernen. G e n a u d a s hat

untersuchte der russische P h y s i k e r u n d M a t h e ­

H u b b l e e n t d e c k t : J e w e i t e r eine G a l a x i e v o n

m a t i k e r A l e x a n d e r F r i e d m a n n , w a s i n einem

uns entfernt ist, d e s t o r a s c h e r b e w e g t sie sich

Modelluniversum

v o n uns fort.

M a t h e m a t i k e r d u r c h z w e i A n n a h m e n erheblich

geschehen

würde,

dessen

W i r m ü s s e n uns bei a l l e d e m v o r A u g e n h a l ­

v e r e i n f a c h t hatte: d a s s d a s U n i v e r s u m erstens

ten, d a s s sich die E x p a n s i o n des R a u m s nicht

i n jeder R i c h t u n g u n d z w e i t e n s v o n j e d e m B e ­

a u f die G r ö ß e materieller O b j e k t e w i e G a l a x i e n ,

o b a c h t u n g s p u n k t a u s gleich aussieht. W i r w i s ­

Sterne, Ä p f e l , A t o m e o d e r a n d e r e r d u r c h die

sen, d a s s F r i e d m a n n s erste A n n a h m e nicht g a n z

gleiche K r a f t z u s a m m e n g e h a l t e n e r O b j e k t e a u s ­

stimmt - d a s U n i v e r s u m ist g l ü c k l i c h e r w e i s e

w i r k t . W ü r d e n w i r b e i s p i e l s w e i s e einen G a l a x i ­

nicht i n jeder R i c h t u n g g l e i c h f ö r m i g ! W e n n w i r

e n h a u f e n auf d e m B a l l o n e i n k r e i s e n , s o w ü r d e

in die eine R i c h t u n g sehen, erblicken w i r die

sich dieser K r e i s in W i r k l i c h k e i t nicht w i e der

S o n n e , in einer a n d e r e n den M o n d o d e r eine

B a l l o n a u s d e h n e n . D a die G a l a x i e n d u r c h G r a ­

K o l o n i e ziehender V a m p i r f l e d e r m ä u s e .

v i t a t i o n s k r ä f t e g e b u n d e n w e r d e n , w ü r d e n der

auf w e i t g r ö ß e r e n E n t f e r n u n g s s k a l e n betrach­

126

Doch

KAPITEL

6:

UNSER

UNIVERSUM

tet - g r ö ß e r n o c h als der A b s t a n d z w i s c h e n G a ­

WÄHLEN

dere e i n e m U n i v e r s u m , i n d e m die E x p a n s i o n s ­

l a x i e n - , erscheint d a s U n i v e r s u m i n j e d e r R i c h ­

rate m i t der Z e i t g e g e n null strebt, o h n e diesen

tung n a h e z u gleich. D a s ähnelt d e m B l i c k auf

W e r t a l l e r d i n g s je e x a k t zu erreichen.) F r i e d ­

einen W a l d a u s der V o g e l p e r s p e k t i v e . S i n d Sie

m a n n s t a r b w e n i g e J a h r e n a c h V o l l e n d u n g sei­

nahe g e n u g d r a n , k ö n n e n Sie einzelne B l ä t t e r

ner A r b e i t , d a h e r blieben seine Ü b e r l e g u n g e n

o d e r zumindest B ä u m e u n d die A b s t ä n d e z w i ­

a u c h n a c h H u b b i e s E n t d e c k u n g l a n g e Z e i t un­

schen ihnen e r k e n n e n . D o c h w e n n Sie v o n s o

b e k a n n t . D o c h 1 9 2 7 s c h l u g der P h y s i k p r o f e s ­

w e i t o b e n h e r a b s c h a u e n , dass Ihr D a u m e n bei

s o r u n d r ö m i s c h - k a t h o l i s c h e Priester G e o r g e s

a u s g e s t r e c k t e m A r m z w e i bis drei Q u a d r a t k i ­

L e m a i t r e ( 1 8 9 4 - 1 9 6 6 ) eine ä h n l i c h e Idee v o r :

lometer B ä u m e bedeckt, n e h m e n Sie den W a l d

W e n n m a n die G e s c h i c h t e des U n i v e r s u m s i n

als einfarbige g r ü n e F l ä c h e w a h r . W i r w ü r d e n

die V e r g a n g e n h e i t z u r ü c k v e r f o l g t , w i r d e s im­

s a g e n : Bei diesen G r ö ß e n v e r h ä l t n i s s e n ist der

m e r kleiner, bis m a n a n einen S c h ö p f u n g s p u n k t

Wald gleichförmig.

g e l a n g t - den w i r heute U r k n a l l n e n n e n .

A u f der G r u n d l a g e dieser A n n a h m e n f a n d

Nicht

jedem

sagte

die

Urknallhypothese

F r i e d m a n n eine L ö s u n g für die E i n s t e i n - G l e i ­

zu.

c h u n g e n , n a c h der d a s U n i v e r s u m in e b e n d e r

«Großer Knall» - wurde 1 9 4 9 von dem Astro­

D e r englische Begriff Big Bang - eigentlich

Weise e x p a n d i e r t , die H u b b i e s B e o b a c h t u n g e n

p h y s i k e r F r e d H o y l e g e p r ä g t , der ebenfalls i n

schon b a l d bestätigen sollten. F r i e d m a n n s M o ­

C a m b r i d g e lehrte. H o y l e g l a u b t e a n ein e w i g

d e l l u n i v e r s u m beginnt mit der G r ö ß e null u n d

e x p a n d i e r e n d e s U n i v e r s u m u n d hatte den B e ­

e x p a n d i e r t , bis die G r a v i t a t i o n s a n z i e h u n g seine

griff

A u s d e h n u n g v e r l a n g s a m t u n d schließlich dafür

E r s t 1 9 6 5 g a b e s die erste d i r e k t e , diese T h e s e

eigentlich

spöttisch-abwertend

gemeint.

sorgt, dass es in sich z u s a m m e n s t ü r z t . (Wie sich

stützende B e o b a c h t u n g - die E n t d e c k u n g , d a s s

herausstellte, gibt es n o c h z w e i w e i t e r e L ö s u n ­

e s ü b e r a l l i m A l l einen s c h w a c h e n M i k r o w e l ­

gen für die E i n s t e i n - G l e i c h u n g e n , die die A n ­

l e n h i n t e r g r u n d gibt. D i e s e k o s m i s c h e M i k r o ­

n a h m e n v o n F r i e d m a n n s M o d e l l ebenfalls er­

w e l l e n - H i n t e r g r u n d s t r a h l u n g ( C M B n a c h eng­

füllen - die eine entspricht einem U n i v e r s u m ,

lisch:

in d e m die E x p a n s i o n sich e w i g fortsetzt, w e n n

ist die gleiche w i e in I h r e m M i k r o w e l l e n g e r ä t ,

sie a u c h ein w e n i g l a n g s a m e r w i r d , u n d die an­

n u r w e i t w e n i g e r energiereich. Sie k ö n n e n die

127

cosmic

microwave

background

radiation)

KAPITEL

6:

UNSER

UNIVERSUM

WÄHLEN

C M B selbst b e o b a c h t e n , i n d e m Sie Ihr F e r n ­

die erste M i n u t e h e r u m heißer g e w e s e n sein als

s e h g e r ä t a u f einen nicht belegten K a n a l einstel­

d a s Z e n t r u m eines durchschnittlichen Sterns. In

len - einige w e n i g e P r o z e n t des S c h n e e s a u f d e m

dieser P h a s e w i r k t e d a s g a n z e U n i v e r s u m w i e

S c h i r m w e r d e n v o n dieser S t r a h l u n g h e r v o r g e ­

ein K e r n f u s i o n s r e a k t o r . D i e R e a k t i o n e n hörten

rufen. D i e S t r a h l u n g w u r d e d u r c h Z u f a l l v o n

auf, als d a s U n i v e r s u m e x p a n d i e r t e und genü­

z w e i W i s s e n s c h a f t l e r n der B e l l L a b s e n t d e c k t ,

g e n d a b k ü h l t e , d o c h die T h e o r i e sagt vorher,

als sie ein R a u s c h e n beseitigen w o l l t e n , d a s ih­

d a s s d a n a c h i m U n i v e r s u m neben d e m ü b e r w i e ­

nen die E m p f ä n g e r a n ihrer M i k r o w e l l e n a n t e n ­

genden Wasserstoff rund

n e n a c h w i e s e n . Z u n ä c h s t g l a u b t e n sie, die Ur­

u n d S p u r e n v o n L i t h i u m v o r h a n d e n w a r e n (alle

s a c h e sei der K o t v o n T a u b e n , die sich i n ihrer

s c h w e r e r e n E l e m e n t e entstanden erst später, im

A n t e n n e n a n l a g e n i e d e r g e l a s s e n hatten, d o c h e s

Inneren v o n Sternen). Diese R e c h n u n g stimmt

stellte sich h e r a u s , d a s s d a s P r o b l e m interessan­

g u t m i t den tatsächlich b e o b a c h t e t e n M e n g e n

tere U r s a c h e n hatte - die C M B ist eine S t r a h ­

v o n H e l i u m u n d L i t h i u m überein. M e s s u n g e n

2 4 Prozent H e l i u m

l u n g , die v o n d e m sehr heißen u n d dichten frü­

der H e l i u m h ä u f i g k e i t u n d der C M B e r b r a c h ­

hen U n i v e r s u m ü b r i g g e b l i e b e n ist, d a s e s k u r z

ten ü b e r z e u g e n d e Belege für d a s U r k n a l l - B i l d

nach dem Urknall gegeben haben muss. A l s das

des sehr frühen U n i v e r s u m s , d o c h o b w o h l der

U n i v e r s u m e x p a n d i e r t e , k ü h l t e e s a b , bis die

U r k n a l l eine zutreffende B e s c h r e i b u n g dieser

Strahlung zu dem schwachen Relikt w u r d e , das

F r ü h z e i t liefert, w ä r e es falsch, ihn w o r t w ö r t ­

w i r heute b e o b a c h t e n . G e g e n w ä r t i g h a n d e l t e s

lich zu n e h m e n , a l s o zu m e i n e n , Einsteins T h e o ­

sich u m M i k r o w e l l e n , die Ihr E s s e n a l l e r d i n g s

rie liefere uns eine zutreffende V o r s t e l l u n g v o m

n u r auf e t w a - 2 7 0 G r a d C e l s i u s e r w ä r m e n w ü r ­

Ursprung des

Universums.

Die

allgemeine

Re­

d e n , a u f drei G r a d ü b e r d e m a b s o l u t e n N u l l ­

lativitätstheorie sagt n ä m l i c h vorher, es gebe

p u n k t - k a u m geeignet für die H e r s t e l l u n g v o n

einen P u n k t in der Z e i t , an d e m Temperatur,

Popcorn.

D i c h t e u n d K r ü m m u n g des U n i v e r s u m s unend­ Indizien

lich seien - eine S i t u a t i o n , die M a t h e m a t i k e r

g e f u n d e n , die d a s B i l d der U r k n a l l m o d e l l e v o n

als S i n g u l a r i t ä t bezeichnen. F ü r einen P h y s i k e r

Astronomen

haben

noch

weitere

einem heißen u n d w i n z i g e n frühen U n i v e r s u m

folgt d a r a u s , d a s s die T h e o r i e a n diesem P u n k t

stützen. B e i s p i e l s w e i s e m u s s d a s U n i v e r s u m u m

ihre G ü l t i g k e i t verliert u n d d a h e r nicht d a z u

128

KAPITEL

6:

UNSER

UNIVERSUM

WÄHLEN

dienen k a n n , den B e g i n n des U n i v e r s u m s v o r ­

d i g k e i t s b e g r e n z u n g gilt nicht für die E x p a n s i o n

herzusagen, s o n d e r n allenfalls R ü c k s c h l ü s s e auf

des R a u m s selbst.

die n a c h f o l g e n d e E n t w i c k l u n g zulässt. O b w o h l

D i e H y p o t h e s e einer s o l c h e n I n f l a t i o n s p h a ­

w i r a l s o mit H i l f e der G l e i c h u n g e n der allge­

se w u r d e erstmals 1 9 8 0 vorgeschlagen, w o b e i

meinen R e l a t i v i t ä t s t h e o r i e

die z u g r u n d e l i e g e n d e n Ü b e r l e g u n g e n ü b e r E i n ­

und

unserer H i m ­

m e l s b e o b a c h t u n g e n e t w a s ü b e r d a s sehr j u n g e

steins R e l a t i v i t ä t s t h e o r i e h i n a u s g i n g e n u n d A s ­

U n i v e r s u m in E r f a h r u n g b r i n g e n k ö n n e n , ist es

p e k t e der Q u a n t e n t h e o r i e b e r ü c k s i c h t i g t e n . D a

nicht zulässig, a m U r k n a l l - B i l d bis z u m A n f a n g

w i r k e i n e v o l l s t ä n d i g e Q u a n t e n t h e o r i e der G r a ­

festzuhalten.

v i t a t i o n h a b e n , w a r t e n die E i n z e l h e i t e n n o c h

A u f die F r a g e des U r s p r u n g s k o m m e n w i r i n

auf ihre A u s a r b e i t u n g . D i e F o r s c h u n g ist sich

K ü r z e zu sprechen, d o c h z u n ä c h s t einige W o r t e

nicht g a n z schlüssig, w i e die Inflation g e n a u

zur ersten E x p a n s i o n s p h a s e . P h y s i k e r bezeich­

stattgefunden hat. N a c h der T h e o r i e w ä r e die

nen sie als Inflation. W e n n sie nicht g e r a d e in

d u r c h die Inflation v e r u r s a c h t e E x p a n s i o n nicht

S i m b a b w e leben, w o die m o n e t ä r e Inflationsrate

so v o l l k o m m e n gleichförmig verlaufen, wie es

kürzlich die 2 0 0 0 0 0 0 0 0 - M a r k e überschritten

die t r a d i t i o n e l l e U r k n a l l t h e o r i e eigentlich v o r ­

hat, klingt der Begriff «Inflation» nicht g e r a d e

h e r s a g t . D i e s e U n r e g e l m ä ß i g k e i t e n hätten w i n ­

sehr e x p l o s i v . D o c h selbst n a c h v o r s i c h t i g e n

zige T e m p e r a t u r s c h w a n k u n g e n der C M B her­

SchätzungenexpandiertedasUniversum während

v o r g e r u f e n , u n d w e n n w i r diese S t r a h l u n g heute

dieser k o s m o l o g i s c h e n Inflation in w e n i g e r als

a m H i m m e l b e o b a c h t e n , sollte uns d a h e r a u s

0 , 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 Se­

einigen R i c h t u n g e n e t w a s heißere, a u s a n d e r e n

k u n d e n u m einen F a k t o r v o n 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

e t w a s k ü h l e r e S t r a h l u n g erreichen. D i e S c h w a n ­

000000000000000000.

würde

k u n g e n sind so k l e i n , d a s s sie in den sechziger

eine M ü n z e mit einem D u r c h m e s s e r v o n einem

J a h r e n n o c h nicht n a c h g e w i e s e n w e r d e n k o n n ­

Z e n t i m e t e r plötzlich z u einer G r ö ß e v o m Z e h n ­

ten. A b e r 1 9 9 2 w u r d e n sie v o m C O B E - S a t e l ­

millionenfachen der M i l c h s t r a ß e n b r e i t e a u f g e ­

liten der N A S A

Es war,

als

beobachtet und später v o n

bläht. D a s scheint gegen die R e l a t i v i t ä t s t h e o r i e

seinem Nachfolger, dem 2 0 0 1 in U m l a u f b a h n

zu verstoßen, n a c h der sich nichts schneller als

gebrachten W M A P - S a t e l l i t e n , genauer vermes­

das L i c h t b e w e g e n k a n n , d o c h diese G e s c h w i n ­

sen. D a h e r k ö n n e n w i r jetzt e i n i g e r m a ß e n ge­

129

KAPITEL

6:

UNSER

UNIVERSUM

WÄHLEN

w i s s sein, d a s s die Inflation t a t s ä c h l i c h stattge­

er steht, w e i t e x t r e m e r w a r als jene, die v o n der

funden hat. O b w o h l w i n z i g e S c h w a n k u n g e n i n

traditionellen

der C M B ein B e w e i s für die Inflation sind, ist

R e l a t i v i t ä t für den Z e i t r a u m v o r h e r g e s a g t w i r d ,

die

Inflation

paradoxerweise

Urknalltheorie

der

allgemeinen

un-ter a n d e r e m

in d e m die Inflation stattfand. D a s P r o b l e m liegt

d e s h a l b ein s o w i c h t i g e s K o n z e p t , w e i l die T e m ­

allerdings d a r i n , d a s s unsere Inflationsmodelle

p e r a t u r der C M B fast v o l l k o m m e n g l e i c h f ö r m i g

n u r funktionieren k ö n n e n , w e n n d a s U n i v e r s u m

ist. W e n n sie einen Teil eines O b j e k t s erhitzen,

a u s einem sehr speziellen u n d höchst u n w a h r ­

s o d a s s e r w ä r m e r w i r d als seine U m g e b u n g , u n d

scheinlichen

d a n n w a r t e n , w i r d der heiße F l e c k a n s c h l i e ß e n d

ist. D a h e r löst die traditionelle Inflationstheo­

s o lange i m m e r k ü h l e r u n d seine U m g e b u n g im­

rie eine R e i h e v o n P r o b l e m e n , schafft a b e r ein

Anfangszustand

hervorgegangen

m e r w ä r m e r w e r d e n , bis die T e m p e r a t u r des O b ­

a n d e r e s - die N o t w e n d i g k e i t eines sehr speziel­

j e k t s w i e d e r einheitlich ist. E n t s p r e c h e n d k ö n n ­

len A n f a n g s z u s t a n d s . D i e s e s Z e i t - n u l l - P r o b l e m

te m a n erwarten, dass das Universum nach und

w i r d d u r c h die T h e o r i e v o n der E n t s t e h u n g des

n a c h eine g l e i c h f ö r m i g e T e m p e r a t u r a n n i m m t .

U n i v e r s u m s g e l ö s t , die w i r i m F o l g e n d e n be­

D o c h dieser P r o z e s s b r a u c h t Z e i t , u n d w e n n

schreiben w o l l e n .

e s keine Inflation g e g e b e n hätte, w ä r e , v o r a u s ­

D a w i r den E n t s t e h u n g s z e i t p u n k t nicht mit

gesetzt, d a s s s o l c h ein W ä r m e t r a n s p o r t d u r c h

Einsteins

die L i c h t g e s c h w i n d i g k e i t begrenzt w i r d , in der

schreiben k ö n n e n , m ü s s e n w i r sie durch eine

Geschichte

v o l l s t ä n d i g e r e T h e o r i e ersetzen,

des

Universums

nicht

genügend

allgemeiner

Relativitätstheorie

be­

um den Ur­

Z e i t g e w e s e n , u m einen T e m p e r a t u r a u s g l e i c h

s p r u n g des U n i v e r s u m s z u schildern. W i r w ü r ­

zwischen weit auseinanderliegenden Regionen

den a u c h d a n n eine v o l l s t ä n d i g e r e T h e o r i e brau­

z u e r m ö g l i c h e n . E i n e sehr schnelle E x p a n s i o n

c h e n , w e n n die a l l g e m e i n e R e l a t i v i t ä t s t h e o r i e

(sehr viel schneller als d a s L i c h t ) beseitigt dieses

nicht scheitern w ü r d e , denn sie trägt d e m v o n

Problem, weil in dem winzigen präinflationären

der Q u a n t e n t h e o r i e

U n i v e r s u m g e n ü g e n d Z e i t für den T e m p e r a t u r ­

der M a t e r i e a u f w i n z i g s t e n G r ö ß e n s k a l e n nicht

a u s g l e i c h zur V e r f ü g u n g g e s t a n d e n hat.

R e c h n u n g . In K a p i t e l 4 e r w ä h n t e n wir, dass die

vorhergesagten

Verhalten

D i e Inflation e r k l ä r t den K n a l l i m U r k n a l l ,

Q u a n t e n t h e o r i e i n der P r a x i s k a u m v o n B e d e u ­

z u m i n d e s t insofern, als die E x p a n s i o n , für die

tung für die U n t e r s u c h u n g der g r o ß r ä u m i g e n

130

KAPITEL

6:

UNSER

UNIVERSUM

WÄHLEN

Struktur des U n i v e r s u m s ist, w e i l sie n u r bei der

w ö l b t o d e r dellt, b e s c h r e i b t die K u g e l einen

B e s c h r e i b u n g der N a t u r a u f m i k r o s k o p i s c h e r

Bogen.

Ebene A n w e n d u n g findet. D o c h wenn w i r weit

In d i e s e m B e i s p i e l ist leicht zu e r k e n n e n , w i e

genug in der Z e i t z u r ü c k g e h e n , h a t d a s U n i v e r ­

der B i l l a r d t i s c h v e r z e r r t ist, w e i l er sich n a c h

sum die A u s m a ß e der P l a n c k - G r ö ß e , ein M i l l i -

a u ß e n i n eine dritte D i m e n s i o n w ö l b t , die w i r

ardstel Billionstel Billionstel eines Z e n t i m e t e r s ,

sehen k ö n n e n . D a w i r nicht a u s unserer R a u m ­

u n d d a s ist eine G r ö ß e n o r d n u n g , bei der die

zeit h i n a u s t r e t e n k ö n n e n , u m ihre V e r z e r r u n g

Quantentheorie

zu betrachten, ist die R a u m z e i t v e r z e r r u n g in

berücksichtigt

werden

muss.

O b w o h l w i r a l s o n o c h keine v o l l s t ä n d i g e Q u a n ­

unserem

Universum

schwieriger

vorzustel­

tentheorie der G r a v i t a t i o n h a b e n , w i s s e n wir,

len. D o c h die V e r z e r r u n g lässt sich a u c h ent­

dass der U r s p r u n g des U n i v e r s u m s ein Q u a n ­

d e c k e n , w e n n m a n nicht h i n a u s t r e t e n u n d sie

tenereignis w a r . S o w i e wir, z u m i n d e s t p r o v i s o ­

a u s der P e r s p e k t i v e einer h ö h e r e n D i m e n s i o n

risch, die Q u a n t e n t h e o r i e mit der a l l g e m e i n e n

a n s c h a u e n k a n n . Sie lässt sich n ä m l i c h v o m

Relativitätstheorie k o m b i n i e r t h a b e n , u m die

R a u m i n n e r e n a u s e r k e n n e n . Stellen Sie sich eine

Inflationstheorie herzuleiten, m ü s s e n w i r hier

M i k r o a m e i s e vor, die sich n u r d i r e k t a u f der

unser W i s s e n v o n der a l l g e m e i n e n R e l a t i v i t ä t s ­

O b e r f l ä c h e des T i s c h e s b e w e g e n k a n n . A u c h

theorie mit der Q u a n t e n t h e o r i e v e r b i n d e n .

o h n e den T i s c h z u v e r l a s s e n , k ö n n t e die A m e i s e

D a z u ist e s n o t w e n d i g , d a s s w i r ein G r u n d ­

d u r c h s o r g f ä l t i g e V e r m e s s u n g der E n t f e r n u n g e n

prinzip verstehen: die V e r z e r r u n g v o n R a u m

die V e r z e r r u n g e n t d e c k e n . B e i s p i e l s w e i s e ist der

und Z e i t d u r c h die G r a v i t a t i o n . D i e R a u m ­

U m f a n g eines K r e i s e s i m flachen R a u m i m m e r

v e r z e r r u n g lässt sich leichter v e r a n s c h a u l i c h e n

ein b i s s c h e n g r ö ß e r als d a s D r e i f a c h e des K r e i s ­

als die Z e i t v e r z e r r u n g . Stellen Sie sich vor, d a s

d u r c h m e s s e r s - der g e n a u e F a k t o r ist IT. D o c h

U n i v e r s u m sei die O b e r f l ä c h e eines flachen B i l ­

liefe die A m e i s e q u e r d u r c h einen K r e i s , der die

lardtischs. D i e T i s c h p l a t t e ist ein flacher R a u m ,

Vertiefung i n d e m o b e n a b g e b i l d e t e n T i s c h ein­

zumindest in z w e i D i m e n s i o n e n . W e n n Sie eine

s c h l ö s s e , w ü r d e sie feststellen, d a s s der D u r c h ­

K u g e l auf d e m T i s c h a n s t o ß e n , rollt sie in ge­

m e s s e r g r ö ß e r ist als e r w a r t e t , g r ö ß e r als ein

rader L i n i e d a v o n . D o c h w e n n der T i s c h sich,

Drittel des K r e i s u m f a n g s . W ä r e die D e l l e tief

w i e in der A b b i l d u n g unten, an einigen Stellen

g e n u g , d a n n k ö n n t e s o g a r der F a l l eintreten,

131

KAPITEL

6:

UNSER

UNIVERSUM

WÄHLEN

in d e m die A m e i s e feststellt, dass der U m f a n g

V E R Z E R R T E R R A U M - Materie und Energie verzer­ ren den Raum und verändern dadurch die Bahnen von Objekten.

k ü r z e r ist als der D u r c h m e s s e r . V e r g l e i c h b a r e s gilt für die V e r z e r r u n g unseres U n i v e r s u m s - sie b e w i r k t , d a s s A b s t ä n d e z w i s c h e n bestimmten

132

KAPITEL

6:

UNSER

UNIVERSUM

WÄHLEN

b e a n t w o r t e t , als die M e n s c h e n e r k a n n t e n , d a s s

Punkten i m R a u m gedehnt u n d die z w i s c h e n anderen P u n k t e n k o m p r i m i e r t sind, d a s heißt,

die Welt k e i n e flache S c h e i b e ist, s o n d e r n eine

sie v e r ä n d e r t G e o m e t r i e o d e r F o r m des R a u m s

g e k r ü m m t e F l ä c h e . D i e Z e i t d a g e g e n scheint

in einer Weise, die sich v o m Inneren des U n i ­

d e m S c h i e n e n s t r a n g einer M o d e l l e i s e n b a h n z u

v e r s u m s aus m e s s e n lässt. In ähnlicher Weise

ähneln. H ä t t e er einen A n f a n g , so m ü s s t e es

streckt o d e r k o m p r i m i e r t die Z e i t v e r z e r r u n g die

j e m a n d e n - d a s heißt G o t t - g e b e n , der sie in G a n g setzte. O b w o h l E i n s t e i n s a l l g e m e i n e R e ­

Zeitintervalle. M i t diesen Ideen gerüstet, w o l l e n w i r uns

lativitätstheorie Z e i t u n d R a u m zur R a u m z e i t

nun w i e d e r der F r a g e n a c h d e m A n f a n g des

vereinigte u n d eine g e w i s s e V e r m i s c h u n g v o n

Universums zuwenden. Von R a u m und Zeit

R a u m u n d Z e i t v o r n a h m , w a r die Z e i t n o c h

k ö n n e n wir, w i e hier gesehen, getrennt spre­

i m m e r v o m R a u m v e r s c h i e d e n , u n d sie hatte

chen, w e n n es um Situationen mit g e r i n g e n

e n t w e d e r einen A n f a n g u n d ein E n d e o d e r g i n g

Geschwindigkeiten und schwacher Gravitation

e w i g weiter. D o c h s o b a l d w i r die Effekte der

geht. I m A l l g e m e i n e n sind R a u m u n d Z e i t je­

Q u a n t e n t h e o r i e in die R e l a t i v i t ä t s t h e o r i e einbe­

d o c h nicht so einfach zu trennen, u n d die o b e n

ziehen, k a n n die K r ü m m u n g i n E x t r e m f ä l l e n s o

beschriebene V e r z e r r u n g bringt einen g e w i s s e n

stark sein, d a s s sich die Z e i t w i e eine w e i t e r e

G r a d a n V e r m i s c h u n g v o n R a u m u n d Z e i t mit

Raumdimension verhält.

sich, die w i c h t i g für das frühe U n i v e r s u m u n d

Im frühen U n i v e r s u m - als es so klein w a r ,

der Schlüssel z u m V e r s t ä n d n i s des Z e i t b e g i n n s

dass e s v o n den G e s e t z e n der a l l g e m e i n e n R e l a ­

ist.

tivitätstheorie e b e n s o w i e v o n d e n e n der Q u a n ­ Die F r a g e n a c h d e m A n f a n g der Z e i t äh­

tentheorie regiert w u r d e - g a b es p r a k t i s c h v i e r

nelt ein bisschen derjenigen n a c h d e m R a n d der

D i m e n s i o n e n des R a u m s u n d k e i n e der Z e i t .

Welt. A l s die M e n s c h e n n o c h d a c h t e n , die E r d e

W e n n w i r a l s o v o m « A n f a n g » des U n i v e r s u m s

sei flach, hätte m a n sich fragen k ö n n e n , ob d a s

sprechen,

M e e r nicht über ihren R a n d abläuft. D a s k o n n t e

U m s t a n d , d a s s e s i m sehr frühen U n i v e r s u m

übergehen

wir

den

komplizierten

m a n experimentell ü b e r p r ü f e n : M a n k a n n u m

Z e i t , w i e w i r sie k e n n e n , n o c h nicht g a b ! W i r

den Planeten reisen, o h n e hinunterzufallen. D i e

müssen

F r a g e , w a s a m R a n d der Welt geschieht, w u r d e

V o r s t e l l u n g e n v o n R a u m u n d Z e i t nicht für d a s

133

akzeptieren,

dass

unsere

alltäglichen

KAPITEL

RAUMZEITVERZERRUNG -

6:

UNSER

Materie und Energie ver­

UNIVERSUM

s

e

h

r

f

r

ü

h

e

WÄHLEN

U n i v e r s u m gelten. D a s überschreitet

zerren die Zeit und veranlassen die Zeitdimension,

z w a r unsere E r f a h r u n g , aber nicht unsere Vor­

sicb mit den Kaumdimensionen zu «vermischen».

Stellungskraft o d e r M a t h e m a t i k . Wenn sich im frühen U n i v e r s u m alle vier D i m e n s i o n e n r ä u m ­

134

KAPITEL

6:

UNSER

UNIVERSUM

WÄHLEN

lieh verhalten, w a s g e s c h a h d a n n a m A n f a n g

lehrte, a u c h A r i s t o t e l e s , v o n der A n n a h m e a u s ,

der Z e i t ?

dass e s d a s U n i v e r s u m s c h o n i m m e r g a b , u m der F r a g e a u s z u w e i c h e n , w i e es e n t s t a n d e n sei.

D i e E r k e n n t n i s , dass die Z e i t sich w i e eine be­

A n d e r e g l a u b t e n , d a s U n i v e r s u m h a b e einen

deutet, dass w i r uns der F r a g e , o b die Z e i t einen

A n f a n g , u n d v e r w e n d e t e n diese A n n a h m e als

A n f a n g hat, auf ähnliche Weise entledigen k ö n ­

ein A r g u m e n t für die E x i s t e n z G o t t e s . D i e E r ­

nen w i e derjenigen, o b die Welt einen R a n d hat.

k e n n t n i s , d a s s die Z e i t sich w i e R a u m v e r h ä l t ,

N e h m e n w i r a n , der A n f a n g des U n i v e r s u m s

liefert eine neue A l t e r n a t i v e . Sie entkräftet den

w a r w i e der S ü d p o l der E r d e , w o b e i die B r e i ­

uralten E i n w a n d g e g e n die A u f f a s s u n g , d a s U n i ­

tengrade die R o l l e der Z e i t ü b e r n e h m e n . W e n n

v e r s u m h a b e einen A n f a n g , bedeutet a b e r a u c h ,

w i r uns n a c h N o r d e n b e w e g e n , w e i t e n sich die

dass der A n f a n g des U n i v e r s u m s v o n den G e ­

K r e i s e k o n s t a n t e r Breite a u s , die die G r ö ß e des

setzen der W i s s e n s c h a f t b e s t i m m t w u r d e u n d

U n i v e r s u m s darstellen. D a s U n i v e r s u m beginnt

nicht v o n i r g e n d e i n e m G o t t a n g e s t o ß e n w e r d e n

als ein P u n k t a m S ü d p o l , der w e i t g e h e n d j e d e m

musste.

weitere R a u m d i m e n s i o n v e r h a l t e n

kann,

beliebigen P u n k t ähnelt. Z u fragen, w a s v o r d e m

Wenn

der

Ursprung

des

Universums

ein

A n f a n g des U n i v e r s u m s g e s c h a h , w i r d z u einer

Q u a n t e n e r e i g n i s w a r , m u s s es sich m i t H i l f e

sinnlosen F r a g e , w e i l e s nichts gibt, w a s süd­

v o n F e y n m a n s S u m m e n ü b e r alle G e s c h i c h t e n

lich des S ü d p o l s liegt. N a c h dieser V o r s t e l l u n g

e x a k t b e s c h r e i b e n lassen. D i e Q u a n t e n t h e o r i e

hat die R a u m z e i t keine G r e n z e - am S ü d p o l

auf d a s g e s a m t e U n i v e r s u m a n z u w e n d e n - w o ­

gelten die gleichen Gesetze w i e an a n d e r e n Or­

bei die B e o b a c h t e r Teil des b e o b a c h t e t e n S y s ­

ten. W e n n w i r die allgemeine R e l a t i v i t ä t s t h e o r i e

tems sind -, ist j e d o c h k o m p l i z i e r t . In K a p i t e l 4

mit der Q u a n t e n t h e o r i e k o m b i n i e r e n , w i r d die

h a b e n w i r g e h ö r t , w i e M a t e r i e t e i l c h e n , die auf

F r a g e , w a s v o r d e m A n f a n g des U n i v e r s u m s ge­

eine T r e n n w a n d m i t z w e i S p a l t e n a b g e f e u e r t

schah, auf g a n z ähnliche Weise b e d e u t u n g s l o s .

w e r d e n , g a n z ä h n l i c h e Interferenzmuster w i e

Die T h e s e , dass G e s c h i c h t e n g e s c h l o s s e n e O b e r ­

Wasserwellen

flächen ohne G r e n z e bzw. R a n d sein m ü s s e n , ist

es, w i e F e y n m a n n a c h w i e s , w e i l ein Teilchen

die sogenannte K e i n - R a n d - B e d i n g u n g .

nicht n u r eine einzige G e s c h i c h t e hat. W e n n es

erkennen lassen.

Dazu kommt

sich v o n s e i n e m A u s g a n g s p u n k t A zu einem be­

I m L a u f e der J a h r h u n d e r t e g i n g e n viele G e ­

135

KAPITEL

6:

UNSER

UNIVERSUM

WÄHLEN

liebigen E n d p u n k t B b e w e g t , folgt es n ä m l i c h

g a n z a n d e r s . Sie sind nicht nur in Einzelheiten

nicht e i n e m b e s t i m m t e n P f a d , s o n d e r n w ä h l t

anders - e t w a in der F r a g e , ob E l v i s w i r k l i c h tot

gleichzeitig jeden beliebigen m ö g l i c h e n P f a d ,

ist o d e r o b sich R ü b e n als N a c h t i s c h eignen - ,

der die beiden P u n k t e v e r b i n d e t . So gesehen,

s o n d e r n a u c h in B e z u g auf die N a t u r g e s e t z e , die

ist

weil

in ihnen gelten. T a t s ä c h l i c h gibt es viele Univer­

d a s Teilchen b e i s p i e l s w e i s e gleichzeitig beide

sen m i t vielen verschiedenen V e r s i o n e n physi­

S p a l t e p a s s i e r e n u n d so m i t sich selbst interfe­

k a l i s c h e r G e s e t z e . E i n i g e M e n s c h e n m a c h e n ein

rieren k a n n . A u f die B e w e g u n g eines Teilchens

g r o ß e s G e h e i m n i s a u s dieser H y p o t h e s e - die

a n g e w e n d e t , sagt uns F e y n m a n s M e t h o d e , d a s s

m a n c h m a l als M u l t i v e r s u m s - K o n z e p t bezeich­

wir, um die W a h r s c h e i n l i c h k e i t irgendeines be­

net w i r d - , d a b e i h a n d e l t e s sich einfach u m

s t i m m t e n E n d p u n k t s z u b e r e c h n e n , alle m ö g l i ­

einen a n d e r e n A u s d r u c k für F e y n m a n s S u m m e

chen G e s c h i c h t e n b e r ü c k s i c h t i g e n m ü s s e n , de­

ü b e r alle G e s c h i c h t e n .

die Interferenz k e i n e Ü b e r r a s c h u n g ,

nen d a s Teilchen v o n s e i n e m A u s g a n g s p u n k t

Um uns eine V o r s t e l l u n g d a v o n zu verschaf­

z u d i e s e m E n d p u n k t folgen k ö n n t e . M a n k a n n

fen, w o l l e n w i r E d d i n g t o n s B a l l o n - V e r g l e i c h

F e y n m a n s V e r f a h r e n a u c h zur B e r e c h n u n g der

e t w a s v e r ä n d e r n u n d uns d a s e x p a n d i e r e n d e

Quantenwahrscheinlichkeit

Beobachtun­

U n i v e r s u m statt als B a l l o n als Oberfläche ei­

g e n des U n i v e r s u m s v e r w e n d e n . W e n n sie auf

ner B l a s e vorstellen. U n s e r Bild v o n der s p o n ­

d a s U n i v e r s u m als G a n z e s a n g e w e n d e t w e r d e n ,

tanen

gibt e s k e i n e n P u n k t A , d a h e r a d d i e r e n w i r alle

U n i v e r s u m s ähnelt d a n n ein w e n i g der Bildung

G e s c h i c h t e n , die die K e i n - R a n d - B e d i n g u n g er­

v o n D a m p f b l a s e n i n k o c h e n d e m Wasser. Viele

füllen u n d zu e i n e m U n i v e r s u m m i t denjenigen

w i n z i g e B l a s e n bilden sich und v e r s c h w i n d e n

E i g e n s c h a f t e n führen, die w i r heute b e o b a c h ­

wieder. D i e s e stellen M i n i - U n i v e r s e n dar, die

ten.

expandieren,

von

quantentheoretischen

Entstehung

des

a b e r bereits w i e d e r z u s a m m e n ­

N a c h dieser A u f f a s s u n g bildete sich d a s U n i ­

fallen, w ä h r e n d sie n o c h m i k r o s k o p i s c h klein

v e r s u m s p o n t a n u n d e n t w i c k e l t e sich a u f alle

sind. Sie stehen für m ö g l i c h e alternative Univer­

m ö g l i c h e n Weisen.

D i e e n t s p r a c h e n meistens

sen, sind a b e r nicht v o n g r o ß e m Interesse, da

a n d e r e n U n i v e r s e n . E i n p a a r dieser U n i v e r s e n

sie nicht lange g e n u g B e s t a n d h a b e n , dass sich

ähnelten d e m unseren, d o c h die meisten w a r e n

d a r i n G a l a x i e n u n d Sterne e n t w i c k e l n k ö n n t e n ,

136

KAPITEL

6:

UNSER

UNIVERSUM

v o n intelligentem L e b e n g a n z z u s c h w e i g e n . E i ­

DAS

nige der kleinen B l a s e n w e r d e n j e d o c h s o g r o ß ,

MULTIVERSUM

zur

Schaffung

dass ihnen kein K o l l a p s m e h r d r o h t . Sie setzen

Einige

ihre E x p a n s i o n m i t s t ä n d i g a n w a c h s e n d e r G e ­

dann ne

s c h w i n d i g k e i t fort u n d bilden die D a m p f b l a s e n ,

137

WÄHLEN

winziger

erreichen inflationär;

und,

in

eine in

mindestens

-

Quantenfluktuationen

Universen kritische ihnen einem

aus Größe,

entstehen Fall,

dem

expandieren

Galaxien,

Wesen

führen Nichts.

wie

Ster­ wir.

KAPITEL

6:

UNSER

UNIVERSUM

WÄHLEN

die w i r sehen k ö n n e n . Sie entsprechen U n i v e r ­

i m V e r g l e i c h z u ihrer U m g e b u n g . D a die G r a ­

sen, die s o g l e i c h m i t e x t r e m e r B e s c h l e u n i g u n g

v i t a t i o n s k r a f t l a n g s a m M a t e r i e zusammenzieht,

e x p a n d i e r e n , d a s heißt U n i v e r s e n in einem in­

k a n n sie schließlich deren K o l l a p s zu G a l a x i e n

flationären Z u s t a n d .

u n d Sternen b e w i r k e n , w a s m ö g l i c h e r w e i s e zur

W i e g e s a g t , w ä r e die inflationsbedingte E x ­

E n t s t e h u n g v o n Planeten u n d , mindestens in ei­

p a n s i o n nicht v o l l k o m m e n g l e i c h f ö r m i g . Bei

n e m F a l l , v o n M e n s c h e n führt. A l s o schauen Sie

der S u m m e ü b e r G e s c h i c h t e n g i b t es n u r eine

sich die K a r t e des M i k r o w e l l e n h i m m e l s g e n a u

einzige v o l l k o m m e n g l e i c h f ö r m i g e u n d regel­

an. Sie ist die B l a u p a u s e für alle Strukturen im

m ä ß i g e G e s c h i c h t e , u n d es zeigt sich, d a s s die­

U n i v e r s u m . W i r sind d a s P r o d u k t v o n Q u a n t e n ­

ser G e s c h i c h t e die g r ö ß t e W a h r s c h e i n l i c h k e i t

f l u k t u a t i o n e n i m sehr frühen U n i v e r s u m . W ä r e

z u k o m m t . D o c h viele a n d e r e G e s c h i c h t e n , die

m a n r e l i g i ö s , k ö n n t e m a n s a g e n , G o t t würfelt

leichte U n r e g e l m ä ß i g k e i t e n a u f w e i s e n , besitzen

doch.

fast e b e n s o g r o ß e W a h r s c h e i n l i c h k e i t e n . D a h e r

D i e Ü b e r l e g u n g e n führen uns zu einem Ver­

sagt die Inflation vorher, d a s s d a s frühe U n i v e r ­

ständnis des U n i v e r s u m s , d a s sich g r u n d l e g e n d

s u m w a h r s c h e i n l i c h ein w e n i g u n g l e i c h f ö r m i g

v o n d e m traditionellen K o n z e p t unterscheidet

g e w e s e n sein w i r d - ein U m s t a n d , der sich in

u n d uns z w i n g t , unsere Vorstellung v o n der

G e s t a l t der kleinen, i n der C M B b e o b a c h t e t e n

G e s c h i c h t e des U n i v e r s u m s z u revidieren. U m

Temperaturschwankungen

Die

kosmologische Vorhersagen zu machen, müs­

U n r e g e l m ä ß i g k e i t e n i m frühen U n i v e r s u m sind

sen w i r berechnen, w i e w a h r s c h e i n l i c h verschie­

ein g l ü c k l i c h e r U m s t a n d für uns. W a r u m ? H o ­

dene Z u s t ä n d e des U n i v e r s u m s z u m g e g e n w ä r ­

m o g e n i t ä t ist gut, w e n n die S a h n e sich nicht auf

tigen

Ihrer M i l c h absetzen soll, d o c h ein g l e i c h f ö r m i ­

m a n i n der P h y s i k irgendeinen A n f a n g s z u s t a n d

ges U n i v e r s u m ist ein l a n g w e i l i g e s U n i v e r s u m .

eines S y s t e m s a n , um ihn d a n n mit den entspre­

D i e U n r e g e l m ä ß i g k e i t e n i m frühen U n i v e r s u m

c h e n d e n m a t h e m a t i s c h e n G l e i c h u n g e n in der

sind w i c h t i g , d e n n w e n n e s i n einigen R e g i o ­

Z e i t v o r w ä r t s z u e n t w i c k e l n . Ist der Z u s t a n d ei­

nen eine e t w a s h ö h e r e D i c h t e hatte als in an­

nes S y s t e m s zu einer bestimmten Z e i t gegeben,

deren, v e r l a n g s a m t e die G r a v i t a t i o n s a n z i e h u n g

v e r s u c h t m a n z u berechnen, mit w e l c h e r Wahr­

der E x t r a d i c h t e die E x p a n s i o n dieser R e g i o n

scheinlichkeit sich das S y s t e m zu einem späte­

niederschlägt.

138

Z e i t p u n k t sind.

Normalerweise

nimmt

KAPITEL

DER

MIKROWELLENHINTERGRUND

über

sieben

nen,

die

terschieden denen

die

Jahre 13,7 von

weit

Galaxien

hinweg Milliarden weniger

-

sammelte. Jahre als

wuchsen.

UNSER

Dieses Er

Bild

zeigt

zurückreichen.

einem (Mit

6:

tausendstel freundlicher

UNIVERSUM

des durch Die Grad

Himmels

entstand

Farbunterschiede abgebildeten Celsius.

Genehmigung

139

WÄHLEN

des

aus

Daten,

Fluktuationen

Trotzdem

die

wiedergegebene waren

NASA/WMAP

der

WM AB-Satellit

Temperaturfluktuatio­

entsprechen sie

die

Science

Temperaturun­

Samenkörner, Team)

aus

KAPITEL

ren

Z e i t p u n k t in

einem

bestimmten

6:

UNSER

UNIVERSUM

WÄHLEN

anderen

die S u m m e w i r d n o r m a l e r w e i s e v o n einer einzi­

Z u s t a n d befinden w i r d . G e w ö h n l i c h geht m a n

gen G e s c h i c h t e beherrscht w e r d e n , die mit der

i n der K o s m o l o g i e v o n der A n n a h m e a u s , d a s

E n t s t e h u n g des U n i v e r s u m s beginnt und in dem

U n i v e r s u m h a b e n u r eine einzige eindeutige G e ­

betrachteten Z u s t a n d gipfelt. D o c h e s w i r d ver­

schichte. M i t den p h y s i k a l i s c h e n G e s e t z e n k a n n

schiedene G e s c h i c h t e n für verschiedene mögli­

m a n b e r e c h n e n , w i e sich diese G e s c h i c h t e mit

che Z u s t ä n d e des U n i v e r s u m s z u m g e g e n w ä r t i ­

der Z e i t entfaltet. W i r w o l l e n d a s hier den k o s ­

gen Z e i t p u n k t g e b e n . D a s führt zu einer völlig

mologischen «Bottom-up-Ansatz»

v e r ä n d e r t e n A u f f a s s u n g der K o s m o l o g i e und

(von unten

n a c h o b e n ) nennen.

der B e z i e h u n g z w i s c h e n U r s a c h e und W i r k u n g . D i e G e s c h i c h t e n , die zur F e y n m a n - S u m m e bei­

D o c h d a w i r die Q u a n t e n n a t u r des U n i v e r ­ s u m s b e r ü c k s i c h t i g e n m ü s s e n , w i e sie i n F e y n ­

tragen,

m a n s S u m m e ü b e r alle G e s c h i c h t e n z u m A u s ­

s o n d e r n sind durch das bedingt, w a s gemessen

d r u c k k o m m t , erhalten w i r die W a h r s c h e i n l i c h ­

w i r d . N i c h t die G e s c h i c h t e m a c h t uns, sondern

k e i t s a m p l i t u d e , d a s s sich d a s U n i v e r s u m jetzt

w i r m a c h e n G e s c h i c h t e d u r c h unsere B e o b a c h ­

in einem b e s t i m m t e n Z u s t a n d befindet, indem

tung.

w i r die B e i t r ä g e aller G e s c h i c h t e n a d d i e r e n ,

haben

keine

unabhängige

Existenz,

D i e A n n a h m e , das U n i v e r s u m h a b e nicht

die die K e i n - R a n d - B e d i n g u n g erfüllen u n d in

nur

dem

enden. M i t ande­

scheint bestimmten T a t s a c h e n , die w i r kennen,

ren

betreffenden Worten, w i r

Zustand in

beobachterunabhängige

Geschichte,

der K o s m o l o g i e

zu w i d e r s p r e c h e n . So k ö n n t e es eine Geschichte

der G e s c h i c h t e des U n i v e r s u m s nicht v o n un­

g e b e n , i n der der M o n d a u s R o q u e f o r t k ä s e be­

ten n a c h o b e n - bottom up - f o l g e n , w e i l das

steht. U n s e r e B e o b a c h t u n g e n zeigen aber, dass

voraussetzt,

sollten

eine

Geschichte

der M o n d nicht a u s K ä s e ist; eine schlechte

gibt, mit einem A u s g a n g s p u n k t u n d einer E v o ­

dass es eine einzige

N a c h r i c h t für die M ä u s e . D a h e r tragen G e ­

lution, die w o h l d e f i n i e r t sind. Stattdessen soll­

schichten, in denen der M o n d aus K ä s e besteht,

ten w i r die G e s c h i c h t e n « v o n o b e n n a c h u n t e n »

nicht z u m g e g e n w ä r t i g e n Z u s t a n d des Univer­

- top down - betrachten, v o m g e g e n w ä r t i g e n

s u m s bei, vielleicht a b e r zu anderen Z u s t ä n d e n .

Zeitpunkt aus rückwärts. Einige Geschichten

D a s m a g sich nach Science-Fiction a n h ö r e n , ist

w e r d e n w a h r s c h e i n l i c h e r als a n d e r e sein, u n d

es a b e r nicht.

140

KAPITEL

Eine

bedeutsame

Konsequenz

6:

des

UNSER

UNIVERSUM

WÄHLEN

klein b e g o n n e n , d o c h a u s einem n a c h v o l l z i e h ­

Top-

d o w n - A n s a t z e s ist, dass die in u n s e r e m Univer­

b a r e n G r u n d hätten sich drei R a u m d i m e n s i o ­

sum n a c h g e w i e s e n e n N a t u r g e s e t z e v o n der G e ­

nen a u s g e d e h n t , die a n d e r e n nicht. Es scheint

schichte des U n i v e r s u m s a b h ä n g e n . V i e l e F o r ­

jedoch

keinen

Entwicklungsmechanismus

zu

scher g l a u b e n , es gibt eine einzige T h e o r i e , die

g e b e n , der uns z u v e r l ä s s i g ein v i e r d i m e n s i o n a ­

nicht nur diese Gesetze e r k l ä r e , s o n d e r n a u c h

les U n i v e r s u m beschert. Stattdessen folgt aus

die physikalischen N a t u r k o n s t a n t e n - die M a s s e

der T o p - d o w n - K o s m o l o g i e , d a s s die Z a h l der

des E l e k t r o n s z u m Beispiel o d e r die D i m e n s i o -

g r o ß e n R a u m d i m e n s i o n e n durch kein p h y s i k a l i ­

nalität der R a u m z e i t . D o c h die T o p - d o w n - K o s -

sches Prinzip festgelegt ist. Es gibt eine q u a n t e n ­

m o l o g i e verlangt, dass die N a t u r g e s e t z e , die sich

p h y s i k a l i s c h e W a h r s c h e i n l i c h k e i t s a m p l i t u d e für

in einem U n i v e r s u m manifestieren, verschieden

jede Z a h l g r o ß e r R a u m d i m e n s i o n e n v o n o bis 1 0 . D i e F e y n m a n - S u m m e lässt sie alle zu, billigt

für verschiedene G e s c h i c h t e n sind. N e h m e n w i r die n a c h g e w i e s e n e n D i m e n s i o ­

d e m U n i v e r s u m jede m ö g l i c h e G e s c h i c h t e zu,

nen des U n i v e r s u m s . N a c h der M - T h e o r i e hat

d o c h die B e o b a c h t u n g , dass unser U n i v e r s u m

die R a u m z e i t zehn D i m e n s i o n e n des R a u m s

drei g r o ß e R a u m d i m e n s i o n e n besitzt, w ä h l t die

und eine der Z e i t . Sieben dieser R a u m d i m e n s i o ­

U n t e r k l a s s e v o n G e s c h i c h t e n mit der b e o b a c h ­

nen sind so eng a u f g e w i c k e l t , d a s s w i r sie nicht

teten E i g e n s c h a f t a u s . M i t a n d e r e n W o r t e n , die

b e m e r k e n , d a h e r haben w i r die Illusion, es g e b e

Quantenwahrscheinlichkeit,

nur die drei verbleibenden g r o ß e n D i m e n s i o n e n ,

s u m nicht drei, s o n d e r n m e h r o d e r w e n i g e r als

mit denen w i r vertraut sind. E i n e der w i c h t i g e n

drei g r o ß e R a u m d i m e n s i o n e n hat, ist irrelevant,

noch offenen F r a g e n der M - T h e o r i e lautet: War­

w e i l w i r seine D i m e n s i o n e n bereits g e m e s s e n

dass

das

Univer­

um gibt es in unserem U n i v e r s u m nicht m e h r

u n d festgestellt h a b e n , d a s s w i r uns in einem

große D i m e n s i o n e n , und w a r u m sind ü b e r h a u p t

U n i v e r s u m mit drei g r o ß e n R a u m d i m e n s i o n e n

Dimensionen aufgewickelt?

befinden. S o l a n g e a l s o die W a h r s c h e i n l i c h k e i t s ­ amplitude

Viele w ü r d e n gerne g l a u b e n , es g ä b e irgend­

für

drei

große

Raumdimensionen

einen M e c h a n i s m u s , der alle R a u m d i m e n s i o n e n

nicht e x a k t null ist, spielt es keine R o l l e , w i e

bis auf drei veranlasst, sich s p o n t a n a u f z u w i ­

klein sie im V e r g l e i c h m i t der W a h r s c h e i n l i c h ­

ckeln. O d e r a n d e r s : Alle D i m e n s i o n e n hätten

keitsamplitude

141

für

andere

Dimensionszahlen

KAPITEL

6:

UNSER

UNIVERSUM

WÄHLEN

ist. G e n a u s o gut k ö n n t e m a n n a c h der W a h r ­

v o n denen jede zu anderen Gesetzen und Wer­

s c h e i n l i c h k e i t s a m p l i t u d e fragen, dass der ge­

ten der p h y s i k a l i s c h e n K o n s t a n t e n führt.

g e n w ä r t i g e P a p s t C h i n e s e ist. W i r w i s s e n , dass

F o l g t m a n bei der R e k o n s t r u k t i o n der G e ­

e r D e u t s c h e r ist, o b w o h l die W a h r s c h e i n l i c h ­

schichte des U n i v e r s u m s d e m B o t t o m - u p - A n ­

keit, d a s s er C h i n e s e ist, o h n e diese Z u s a t z i n ­

satz, gibt es keinen G r u n d dafür, dass d a s Uni­

f o r m a t i o n h ö h e r ist, w e i l es m e h r C h i n e s e n als

v e r s u m a m E n d e E x t r a d i m e n s i o n e n hat, die

D e u t s c h e gibt. E n t s p r e c h e n d w i s s e n w i r , dass

g e r a d e so a u f g e w i c k e l t sind, dass es den tat­

unser U n i v e r s u m drei g r o ß e R a u m d i m e n s i o n e n

sächlichen

aufweist, und o b w o h l andere Z a h l e n großer

Standardmodell

R a u m d i m e n s i o n e n m ö g l i c h e r w e i s e eine g r ö ß e r e

s e l w i r k u n g e n ) - entspricht. B e i m T o p - d o w n - A n ­

Teilchenwechselwirkungen

-

dem

(der Elementarteilchen-Wech­

W a h r s c h e i n l i c h k e i t s a m p l i t u d e h a b e n , sind w i r

satz d a g e g e n akzeptieren wir, dass U n i v e r s e n

n u r an G e s c h i c h t e n mit dreien interessiert.

mit allen d e n k b a r e n A r t e n und Weisen, E x t r a ­ dimensionen

W a s ist mit den a u f g e w i c k e l t e n D i m e n s i o ­

aufzurollen, existieren.

In eini­

nen? W i r erinnern u n s , d a s s i n der M - T h e o r i e

gen U n i v e r s e n h a b e n E l e k t r o n e n das G e w i c h t

die g e n a u e F o r m der restlichen a u f g e w i c k e l t e n

v o n G o l f b ä l l e n , u n d die K r a f t der G r a v i t a t i o n

D i m e n s i o n e n s o w o h l die Werte der p h y s i k a l i ­

übertrifft die des M a g n e t i s m u s . In unserem gilt

schen G r ö ß e n als a u c h die L a d u n g des E l e k t r o n s

eben d a s S t a n d a r d m o d e l l mit all seinen P a r a ­

u n d die A r t der W e c h s e l w i r k u n g e n z w i s c h e n

meterwerten.

M a n k a n n die Wahrscheinlich­

E l e m e n t a r t e i l c h e n , d a s heißt die N a t u r k r ä f t e ,

k e i t s a m p l i t u d e für d a s A u f w i c k e l n v o n E x t r a ­

festlegt. W i r hätten eine übersichtliche Situa­

d i m e n s i o n e n berechnen, das auf der G r u n d l a g e

tion, w e n n die M - T h e o r i e nur eine F o r m - o d e r

der K e i n - R a n d - B e d i n g u n g z u m S t a n d a r d m o d e l l

vielleicht einige w e n i g e F o r m e n - für die auf­

führt. W i e bei der Wahrscheinlichkeit, dass es

gewickelten

heißt

ein U n i v e r s u m mit drei großen R a u m d i m e n s i o ­

alle a n d e r e n auf irgendeine Weise a u s s c h l ö s s e ,

nen gibt, spielt es keine R o l l e , w i e klein diese

s o d a s s uns nur n o c h eine M ö g l i c h k e i t für die

A m p l i t u d e i m Vergleich mit anderen M ö g l i c h ­

scheinbaren

Stattdessen

keiten ist, w e i l w i r bereits beobachtet h a b e n ,

gibt e s m ö g l i c h e r w e i s e stattliche i o ° ° verschie­

dass d a s S t a n d a r d m o d e l l unser U n i v e r s u m be­

dene A r t e n ,

schreibt.

Dimensionen

Naturgesetze

zuließe,

bliebe.

das

5

Extradimensionen

aufzuwickeln,

142

KAPITEL

6:

UNSER

UNIVERSUM

Vor

Die T h e o r i e , die w i r in diesem K a p i t e l be­

WÄHLEN

einigen

Jahrhunderten

glaubten

die

schreiben, ist überprüfbar. In den v o r s t e h e n d e n

M e n s c h e n , die E r d e sei einzigartig u n d bilde

Beispielen haben w i r z w a r deutlich g e m a c h t ,

den M i t t e l p u n k t des U n i v e r s u m s . H e u t e w i s s e n

dass

wir, d a s s es etliche H u n d e r t M i l l i a r d e n Sterne

die

relativen

Wahrscheinlichkeitsampli­ Univer­

in unserer G a l a x i e gibt, ein h o h e r Prozentsatz

sen - e t w a solchen mit einer a n d e r e n Z a h l v o n

v o n ihnen mit P l a n e t e n s y s t e m e n , u n d d a s s es ei­

großen D i m e n s i o n e n - keine R o l l e spielen. D i e

nige H u n d e r t M i l l i a r d e n G a l a x i e n gibt. D i e i n

relativen

für

diesem K a p i t e l beschriebenen E r g e b n i s s e lassen

Universen

d a r a u f schließen, dass selbst unser U n i v e r s u m

sind j e d o c h w i c h t i g . D i e K e i n - R a n d - B e d i n g u n g

eines v o n vielen ist u n d dass die in ihm m a n i ­

führt d a z u , dass die W a h r s c h e i n l i c h k e i t s a m p l i ­

festen G e s e t z e nicht eindeutig v o r h e r b e s t i m m t

tude am höchsten für G e s c h i c h t e n ist, bei denen

sind. D a s m u s s eine E n t t ä u s c h u n g für die F o r ­

das U n i v e r s u m v o l l k o m m e n h o m o g e n ist. D i e

scher sein, die a u f eine letztgültige T h e o r i e hoff­

A m p l i t u d e verringert sich für U n i v e r s e n , die un­

ten, eine T h e o r i e v o n A l l e m , die die N a t u r der

tuden

für

vollkommen

verschiedene

Wahrscheinlichkeitsamplituden

benachbarte

(das

heißt

ähnliche)

regelmäßiger sind. D a r a u s folgt, dass d a s frü­

alltäglichen

he U n i v e r s u m fast h o m o g e n g e w e s e n ist, a b e r

k ö n n e n keine s e p a r a t e n E i g e n s c h a f t e n v o r h e r ­

doch kleine U n r e g e l m ä ß i g k e i t e n a u f w i e s . W i e

s a g e n w i e die Z a h l der g r o ß e n R a u m d i m e n ­

e r w ä h n t , k ö n n e n w i r diese als kleine S c h w a n ­

sionen o d e r den inneren R a u m , der die b e o b ­

kungen in den Eigenschaften der M i k r o w e l l e n

achteten p h y s i k a l i s c h e n G r ö ß e n b e s t i m m t (das

w a h r n e h m e n , die uns a u s den verschiedenen

heißt die M a s s e u n d L a d u n g des E l e k t r o n s u n d

Himmelsrichtungen

her­

a n d e r e r E l e m e n t a r t e i l c h e n ) . M i t diesen Z a h l e n

ausgestellt hat, entsprechen sie e x a k t den g a n z

w ä h l e n w i r stattdessen die G e s c h i c h t e n a u s , die

allgemein v o n der Inflationstheorie geforderten

zur F e y n m a n - S u m m e b e i t r a g e n .

erreichen.

Wie

sich

Physik

vorhersagen

würde.

Wir

B e d i n g u n g e n ; allerdings sind g e n a u e r e M e s ­

W i r scheinen a n einem entscheidenden P u n k t

sungen erforderlich, u m die T o p - d o w n - T h e o r i e

der W i s s e n s c h a f t s g e s c h i c h t e zu stehen, an d e m

vollständig v o n anderen zu unterscheiden u n d

w i r unsere Z i e l e u n d d a s , w a s eine p h y s i k a l i ­

sie entweder zu stützen o d e r zu w i d e r l e g e n . D a s

sche T h e o r i e a k z e p t i e r b a r m a c h t , neu definie­

könnten künftige Satelliten d u r c h a u s leisten.

ren m ü s s e n . O f f e n b a r w e r d e n die f u n d a m e n t a ­

143

KAPITEL

6:

UNSER

UNIVERSUM

WÄHLEN

len Z a h l e n und s o g a r die F o r m der in u n s e r e m

O f f e n b a r gibt es eine riesige L a n d s c h a f t m ö g ­

K o s m o s n a c h w e i s b a r e n N a t u r g e s e t z e nicht v o n

licher U n i v e r s e n . D o c h w i e w i r i m nächsten K a ­

der L o g i k oder v o n p h y s i k a l i s c h e n Prinzipien

pitel sehen w e r d e n , sind Universen selten, in de­

v e r l a n g t . D i e P a r a m e t e r k ö n n e n viele Werte und

nen L e b e n w i e d a s unsere existieren k a n n . W i r

die G e s e t z e beliebige F o r m e n a n n e h m e n , die zu

befinden uns in einem, wo L e b e n m ö g l i c h ist,

einer selbstkonsistenten m a t h e m a t i s c h e n T h e o ­

d o c h w ä r e das U n i v e r s u m nur ein w e n i g anders,

rie führen, und sie besitzen tatsächlich verschie­

k ö n n t e n Wesen w i e w i r nicht darin existieren.

dene Werte u n d v e r s c h i e d e n e F o r m e n in ver­

W a s schließen w i r a u s dieser F e i n a b s t i m m u n g ?

schiedenen U n i v e r s e n . D a s m a g unbefriedigend

Ist sie am E n d e d o c h der B e w e i s dafür, dass

für unser menschliches V e r l a n g e n sein, e t w a s

das U n i v e r s u m d a s W e r k eines w o h l w o l l e n d e n

B e s o n d e r e s zu sein o d e r alle G e s e t z e der P h y s i k

S c h ö p f e r s ist? O d e r liefert uns die Wissenschaft

in einem s ä u b e r l i c h geschnürten P a k e t serviert

eine a n d e r e E r k l ä r u n g ?

zu b e k o m m e n , a b e r so hält die P h y s i k es n u n einmal.

K A P I T E L

7



DAS SCHEINBARE

WUNDER

I

N

DER

CHINESISCHEN

M Y T H O L O G I E

wird

U m d a s z u verstehen, w o l l e n w i r uns an­

v o n einer Z e i t w ä h r e n d der X i a - D y n a s t i e

s c h a u e n , w a s i n einem M e h r f a c h s t e r n s y s t e m

( 2 2 0 5 - 1 7 8 2 v. Chr.) berichtet, in der sich un­

der einfachsten A r t passiert - da es z w e i S o n n e n

sere k o s m i s c h e U m g e b u n g plötzlich v e r ä n d e r t e .

hat, heißt es D o p p e l s t e r n o d e r D o p p e l s t e r n s y s ­

Z e h n S o n n e n erschienen a m H i m m e l . D i e M e n ­

tem. U n g e f ä h r die H ä l f t e aller Sterne a m H i m ­

schen auf der E r d e litten entsetzlich unter der

mel g e h ö r t zu solchen S y s t e m e n . D o c h selbst in

Hitze, d a h e r befahl der K a i s e r einem b e r ü h m t e n

einfachen D o p p e l s t e r n s y s t e m e n sind n u r die auf

B o g e n s c h ü t z e n , die zusätzlichen S o n n e n v o m

der n ä c h s t e n Seite a b g e b i l d e t e n B a h n e n stabil.

H i m m e l zu schießen. A l s B e l o h n u n g erhielt der

Bei allen diesen B a h n e n g ä b e es w a h r s c h e i n l i c h

Schütze eine Pille, die Unsterblichkeit schenkte,

Z e i t r ä u m e , w ä h r e n d deren e s a u f d e m Planeten

d o c h seine F r a u stahl sie ihm. W e g e n dieses Ver­

e n t w e d e r zu heiß o d e r zu k a l t w ä r e , als dass es L e b e n g e b e n k ö n n t e . N o c h s c h l i m m e r ist die Si­

gehens w u r d e sie auf den M o n d v e r b a n n t .

t u a t i o n bei H a u f e n , in denen viele Sterne n a h e

Die alten C h i n e s e n hatten recht m i t der A n ­

beieinanderliegen.

n a h m e , dass ein S o n n e n s y s t e m mit zehn S o n n e n dem menschlichen L e b e n nicht zuträglich w ä r e .

Unser

Sonnensystem

besitzt n o c h w e i t e r e

H e u t e w i s s e n wir, dass sich, u n g e a c h t e t der tol­

« g l ü c k l i c h e » E i g e n s c h a f t e n , o h n e die sich k o m ­

len B r ä u n u n g s c h a n c e n , in einem S o n n e n s y s t e m

p l e x e L e b e n s f o r m e n v e r m u t l i c h nie e n t w i c k e l t

mit mehreren S o n n e n w a h r s c h e i n l i c h k e i n L e ­

hätten. B e i s p i e l s w e i s e gestatten N e w t o n s G e ­

ben e n t w i c k e l n k ö n n t e . D i e G r ü n d e liegen nicht

setze

g a n z so einfach w i e die sengende H i t z e , die im

K r e i s e n o d e r die v o n E l l i p s e n (Ellipsen sind ge­

chinesischen M y t h o s b e s c h w o r e n w i r d . Z u m i n ­

stauchte K r e i s e , a l s o entlang der einen A c h s e

dest eine Z e i t l a n g k ö n n t e auf einem Planeten,

breiter u n d entlang der a n d e r e n s c h m a l e r ) . D e r

der

ein

eine

G r a d der S t a u c h u n g entspricht der s o g e n a n n t e n E x z e n t r i z i t ä t der E l l i p s e , die d u r c h eine Z a h l

D o c h gleichbleibend w a r m e Verhältnisse über

zwischen o und 1 angegeben w i r d . Eine Exzen­

lange Z e i t r ä u m e - eine Situation, die für das

trizität n a h e o heißt, d a s s die F i g u r fast so a u s ­

L e b e n n o t w e n d i g zu sein scheint - w ä r e n un­

sieht w i e ein K r e i s , w ä h r e n d eine E x z e n t r i z i t ä t

wahrscheinlich.

n a h e 1 bedeutet, d a s s sie stark abgeflacht ist.

angenehme

umkreist,

Form von

herrschen.

durchaus

Mehrfachsternsystem

für P l a n e t e n b a h n e n n u r die

Temperatur

147

KAPITEL

PLANETENBAHNEN

IM

7:

DAS

DOPPELSTERNSYSTEM

SCHEINBARE

WUNDER

K e p l e r missfiel der G e d a n k e , dass sich Planeten

­

nicht auf v o l l k o m m e n e n K r e i s b a h n e n b e w e g e n ,

Planeten in einem Doppelsternsystem haben wahr­ scheinlich unfreundliches Wetter - in manchen Jah­ reszeiten zu heiß für heben, in anderen zu kalt.

d o c h die E r d b a h n hat eine Exzentrizität v o n nur 0 , 0 2 , a l s o nur nahezu K r e i s f o r m . D a s er­ w e i s t sich als a u s g e s p r o c h e n e r G l ü c k s f a l l .

148

KAPITEL

Jahreszeitliche

Wettermuster

auf

7:

der

DAS

SCHEINBARE WUNDER

Erde

EXZENTRIZITÄTEN

w e r d e n v o r a l l e m v o n der N e i g u n g der E r d a c h s e

für

relativ zur E b e n e ihrer B a h n u m die S o n n e be­

Bahnen

stimmt. B e i s p i e l s w e i s e ist w ä h r e n d des W i n t e r s

liche mit

auf der n ö r d l i c h e n E r d h a l b k u g e l der N o r d p o l

149

die

sind

Die

bringen.

starke

Exzentrizität

einer

lebenszuträglich,

Bahnen sich

­

Kreisähnlichkeit

Ellipse. während

jahreszeitliche

ist

ein

Maß

Kreisförmige sehr

läng­

Schwankungen

KAPITEL

7:

DAS

SCHEINBARE

WUNDER

v o n der S o n n e fort geneigt. D e r U m s t a n d , dass

abstrahlt. D i e größten Sterne haben eine M a s s e

die E r d e i n dieser Z e i t der S o n n e a m n ä c h s t e n

r u n d hundert M a l s o g r o ß w i e die unserer S o n ­

steht - eine E n t f e r n u n g v o n 1 4 7 , 1 M i l l i o n e n K i ­

ne, w ä h r e n d die kleinsten Sterne es nur auf ein

lometern gegenüber 1 5 2 , 1 Millionen Kilometern

Hundertstel

i m J u l i - , w i r k t sich i m V e r g l e i c h zur A c h s e n n e i ­

w e n n w i r die E n t f e r n u n g z w i s c h e n E r d e und

g u n g n u r s o g e r i n g a u s , d a s s m a n ihn getrost

S o n n e k o n s t a n t lassen, d a n n w ä r e unsere E r d e ,

v e r n a c h l ä s s i g e n k a n n . A u f Planeten mit g r o ß e r

besäße die S o n n e nur 2 0 Prozent mehr o d e r w e ­

B a h n e x z e n t r i z i t ä t d a g e g e n spielt die s c h w a n ­

niger M a s s e , heißer als heute die V e n u s bezie­

k e n d e E n t f e r n u n g v o n der S o n n e eine w e i t g r ö ­

h u n g s w e i s e kälter als heute der M a r s .

der S o n n e n m a s s e bringen.

Doch

ßere R o l l e . A u f M e r k u r b e i s p i e l s w e i s e , bei d e m

H e r k ö m m l i c h e r w e i s e definiert m a n bei ei­

die E x z e n t r i z i t ä t 0 , 2 beträgt, ist die T e m p e r a t u r

n e m Stern die « h a b i t a b l e Z o n e » als jene s c h m a ­

bei der g r ö ß t e n N ä h e des Planeten zur S o n n e

le R e g i o n in der U m g e b u n g des Sterns, in der

(dem s o g e n a n n t e n Perihel) m e h r als 1 0 0 G r a d

die h e r r s c h e n d e n T e m p e r a t u r e n Wasser in flüs­

w ä r m e r als bei der g r ö ß t e n E n t f e r n u n g v o n der

sigem Z u s t a n d ermöglichen. M a n c h m a l wird

S o n n e (dem A p h e l ) . L ä g e die E x z e n t r i z i t ä t der

die h a b i t a b l e Z o n e a u c h « G o l d i l o c k s - Z o n e »

E r d b a h n n a h e 1 , w ü r d e n die O z e a n e k o c h e n ,

g e n a n n t . D i e B e d i n g u n g , dass es flüssiges W a s ­

w e n n w i r den Perihel erreichten, u n d zufrieren,

ser g e b e n m u s s , bedeutet n ä m l i c h , dass sich in­

w e n n w i r uns a m A p h e l b e f ä n d e n , w a s w e d e r

telligentes L e b e n nur e n t w i c k e l n k a n n , w e n n

den S o m m e r - n o c h den W i n t e r u r l a u b sehr an­

die p l a n e t a r i s c h e n T e m p e r a t u r e n , w i e für G o l ­

genehm machen würde. Große Bahnexzentrizi­

d i l o c k s , « g e n a u richtig» sind.*

täten sind d e m L e b e n nicht z u t r ä g l i c h , d e s h a l b

W i e die A b b i l d u n g zeigt, ist die habitable

dürfen w i r uns g l ü c k l i c h schätzen, einen P l a n e ­

Z o n e in unserem Sonnensystem winzig. Z u m

ten zu h a b e n , bei d e m die E x z e n t r i z i t ä t n a h e o

G l ü c k für diejenigen unter uns, die zu den intel­

liegt. * In dem englischen M ä r c h e n kostet G o l d l ö c k c h e n in

G l ü c k h a b e n w i r a u c h , w a s die B e z i e h u n g

einer Hütte, in der drei Bären w o h n e n , von drei Schüs­

z w i s c h e n der S o n n e n m a s s e u n d unserer Entfer­

seln mit Brei. D i e eine ist zu heiß, die zweite zu kalt und

n u n g v o n der S o n n e a n g e h t . D i e M a s s e eines

die dritte «gerade richtig». Die isst G o l d l ö c k c h e n leer.

Sterns b e s t i m m t n ä m l i c h , w i e viel E n e r g i e e r

(A. d. Ü.)

150

KAPITEL

GOLDILOCKS-ZONE grünen die

Zone

röteren

heiß für

für

-

Leben

kleiner und

Leben

und

Würde geeignet kälter.

Planeten

7:

Goldlöckchen sind.

die sich

der

Zone

SCHEINBARE

Planeten

Der gelbe

Planeten, jenseits

DAS

Stern

probieren, ist

näher an zu

kalt.

151

unsere ihren Bei

WUNDER

würde

sie

Sonne. Sonnen

kühleren

Die

feststellen,

befinden Sternen

dass

weißeren als ist

die

nur

die

sind größer

die grüne habitable

in

und

Zone, Zone

der heißer,

wären kleiner.

zu

KAPITEL

7:

DAS

SCHEINBARE

WUNDER

ligenten L e b e n s f o r m e n g e h ö r e n , liegt die E r d e

die E r d e s o sorgfältig g e p l a n t w u r d e , nur u m

in dieser Z o n e !

uns zu gefallen. Es gibt Planeten aller A r t . E i ­ be­

nige - o d e r z u m i n d e s t einer - beherbergen L e ­

w o h n b a r e s S o n n e n s y s t e m nicht « n u r d u r c h die

Newton

glaubte,

dass

unser

ben. W e n n die Wesen auf einem Planeten, der

N a t u r g e s e t z e a u s d e m C h a o s e r w u c h s » . Statt­

L e b e n beherbergt, die Welt um sich her unter­

dessen b e h a u p t e t e er, die O r d n u n g des U n i v e r ­

suchen, m ü s s e n sie natürlich zu d e m E r g e b n i s

sums

k o m m e n , dass ihre U m w e l t die für ihre E x i s t e n z

« w u r d e zunächst von

seltsam

G o t t geschaffen

u n d bis a u f den heutigen T a g v o n i h m in ihrer

erforderlichen B e d i n g u n g e n erfüllt.

u r s p r ü n g l i c h e n V e r f a s s u n g u n d Beschaffenheit

A u s dieser letzten Feststellung lässt sich ein

e r h a l t e n » . E s ist leicht z u v e r s t e h e n , w i e j e m a n d

w i s s e n s c h a f t l i c h e s Prinzip e n t w i c k e l n : D i e bloße

auf diesen G e d a n k e n k o m m e n k a n n . D i e vielen

T a t s a c h e unserer E x i s t e n z legt fest, v o n w o a u s

u n w a h r s c h e i n l i c h e n U m s t ä n d e , die z u s a m m e n ­

u n d z u w e l c h e r Z e i t w i r das U n i v e r s u m b e o b ­

k o m m e n m ü s s t e n , u m unsere E x i s t e n z u n d die

achten k ö n n e n . D a s heißt, unser V o r h a n d e n s e i n

menschenfreundliche

unserer

begrenzt die m ö g l i c h e n M e r k m a l e der U m w e l t ,

Welt zu e r m ö g l i c h e n , w ä r e n in der T a t v e r w i r ­

in der w i r uns befinden. D a s ist das « s c h w a c h e »

rend, w e n n unser S o n n e n s y s t e m d a s einzige i m

a n t h r o p i s c h e Prinzip. (Wir w e r d e n gleich se­

U n i v e r s u m w ä r e . D o c h L992 g a b e s die erste

hen, w a r u m m a n d a s A d j e k t i v « s c h w a c h » hin­

Beschaffenheit

bestätigte B e o b a c h t u n g eines P l a n e t e n , der ei­

zugefügt hat.) Eine treffendere Bezeichnung als

nen a n d e r e n Stern als unsere S o n n e u m k r e i s t e .

« a n t h r o p i s c h e s P r i n z i p » w ä r e «Selektionsprin­

Inzwischen kennen w i r Hunderte solcher Plane­

z i p » g e w e s e n , w e i l es d a r u m geht, dass das W i s ­

ten, u n d w e n i g e b e z w e i f e l n , d a s s es n o c h zahl­

sen um unsere E x i s t e n z uns z w i n g t , uns bei der

lose a n d e r e unter den vielen M i l l i a r d e n Sternen

B e t r a c h t u n g aller m ö g l i c h e n U m w e l t e n auf die­

i n u n s e r e m U n i v e r s u m gibt. D a s lässt die Z u ­

jenigen zu b e s c h r ä n k e n - a l s o diejenigen U m ­

fälle unserer p l a n e t a r i s c h e n B e d i n g u n g e n - eine

w e l t e n a u s z u w ä h l e n - , die L e b e n zulassen.

einzige S o n n e , die g l ü c k l i c h e K o m b i n a t i o n v o n Erde-Sonne-Entfernung

und

Sonnenmasse

O b w o h l d a s s c h w a c h e a n t h r o p i s c h e Prinzip

­

v e r d ä c h t i g nach P h i l o s o p h i e klingt, lassen sich

weit weniger bemerkenswert und weit weniger

mit i h m w i s s e n s c h a f t l i c h e V o r h e r s a g e n treffen.

ü b e r z e u g e n d als B e w e i s dafür erscheinen, dass

B e t r a c h t e n w i r beispielsweise die F r a g e : Wie alt

L52

KAPITEL

7:

DAS

SCHEINBARE

WUNDER

ist d a s U n i v e r s u m ? W i e w i r gleich sehen w e r ­

nen b e s t i m m t e n W e r t für einen p h y s i k a l i s c h e n

den, m u s s das U n i v e r s u m , d a m i t es uns g e b e n

P a r a m e t e r v o r a u s , ist a b e r oft d a r a u f a n g e w i e ­

k a n n , E l e m e n t e w i e K o h l e n s t o f f enthalten, die

sen, d a s s s o l c h e P a r a m e t e r nicht allzu w e i t v o n

im Inneren v o n Sternen aus leichteren E l e m e n ­

den t a t s ä c h l i c h ermittelten Werten a b w e i c h e n .

ten g e b r a n n t w e r d e n .

Der Kohlenstoff muss

A u ß e r d e m e r w a r t e n wir, d a s s die t a t s ä c h l i c h e n

d a n n d u r c h eine S u p e r n o v a - E x p l o s i o n ins A l l

B e d i n g u n g e n unserer Welt t y p i s c h e Vertreter

geschleudert w e r d e n , um schließlich als Teil ei­

der i m a n t h r o p i s c h e r l a u b t e n B e r e i c h enthal­

nes Planeten in einem j ü n g e r e n S o n n e n s y s t e m

tenen W e r t e sind. W e n n b e i s p i e l s w e i s e n u r ge­

zu kondensieren. 1961 veröffentlichte der P h y ­

ringe B a h n e x z e n t r i z i t ä t e n , s a g e n w i r z w i s c h e n

siker R o b e r t D i c k e eine A b s c h ä t z u n g , der zu­

o u n d 0 , 5 , L e b e n z u l a s s e n , d a n n sollte uns

folge dieser Prozess r u n d 1 0 M i l l i a r d e n J a h r e

eine E x z e n t r i z i t ä t v o n 0 , 1 nicht ü b e r r a s c h e n ,

b r a u c h e , d a h e r folge a u s unserer E x i s t e n z , dass

w e i l unter allen P l a n e t e n im U n i v e r s u m ein a n ­

das U n i v e r s u m z u m i n d e s t s o alt sein m ü s s e . A n ­

sehnlicher P r o z e n t s a t z so kleine E x z e n t r i z i t ä ­

dererseits k a n n d a s U n i v e r s u m nicht viel älter

ten a u f w e i s e n dürfte. D o c h w e n n sich e r w i e s e ,

als LO M i l l i a r d e n J a h r e alt sein, da in der fer­

dass die E r d e sich in einem fast v o l l k o m m e n e n

nen Z u k u n f t aller Brennstoff der Sterne a u f g e ­

K r e i s b e w e g t , e t w a m i t einer E x z e n t r i z i t ä t v o n

braucht sein w i r d , w i r a b e r solche heißen Sterne

0 , 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 , w ü r d e d a s die E r d e w i r k l i c h

z u m L e b e n b r a u c h e n . F o l g l i c h m u s s d a s Univer­

z u e i n e m g a n z b e s o n d e r e n Planeten m a c h e n ,

s u m r u n d 1 0 M i l l i a r d e n J a h r e alt sein. D a s ist

s o d a s s e s E r k l ä r u n g s b e d a r f dafür g ä b e , w a r u m

z w a r keine besonders spezifische V o r h e r s a g e ,

w i r a u f s o e i n e m a n o m a l e n Planeten z u H a u s e

aber sie stimmt ­ n a c h neuesten D a t e n f a n d der

sind. D i e s e s K o n z e p t w i r d b i s w e i l e n d a s P r i n z i p

U r k n a l l v o r r u n d 1 3 , 7 M i l l i a r d e n J a h r e n statt.

der M i t t e l m ä ß i g k e i t g e n a n n t .

W i e bei der A l t e r s b e s t i m m u n g des U n i v e r ­

D a s glückliche Zusammentreffen v o n Bahn­

sums liefert das a n t h r o p i s c h e Prinzip g e w ö h n ­

f o r m , S o n n e n m a s s e u n d s o fort bezeichnen w i r

lich für einen g e g e b e n e n p h y s i k a l i s c h e n P a r a ­

als u m w e l t b e d i n g t , w e i l es a u f g ü n s t i g e n E i g e n ­

meter einen Wertebereich

schaften

anstatt eines

ganz

unserer

konkreten Umgebung,

nicht

bestimmten Wertes. D e r G r u n d : U n s e r e E x i s ­

a b e r auf E i g e n s c h a f t e n der f u n d a m e n t a l e n N a ­

tenz setzt w o h l z w a r i n m a n c h e n F ä l l e n kei­

turgesetze beruht. A u c h d a s A l t e r des U n i v e r ­

153

KAPITEL

7:

DAS

SCHEINBARE

WUNDER

s u m s ist ein U m w e l t f a k t o r , da es eine frühere

hält, ist eine E r z ä h l u n g mit vielen K a p i t e l n .

u n d eine spätere Z e i t in der G e s c h i c h t e des U n i ­

W i e e r w ä h n t , m ü s s t e n die N a t u r k r ä f t e s o be­

v e r s u m s gibt. W i r m ü s s e n in dieser spezifischen

schaffen sein, dass s c h w e r e r e E l e m e n t e - ins­

E p o c h e leben, w e i l es die einzige ist, die L e b e n

b e s o n d e r e K o h l e n s t o f f - a u s den Urelementen

e r m ö g l i c h t . U m w e l t z u f ä l l e sind leicht zu verste­

erzeugt w e r d e n k o n n t e n und mindestens einige

hen, w e i l unser k o s m i s c h e s H a b i t a t nur eines

M i l l i a r d e n J a h r e stabil blieben. Diese s c h w e ­

unter vielen a n d e r e n ist, die es im U n i v e r s u m

ren E l e m e n t e w u r d e n in jenen H o c h ö f e n ge­

gibt, u n d w e i l w i r natürlich i n e i n e m H a b i t a t

bildet, die w i r Sterne nennen, d a h e r müssten

leben m ü s s e n , d a s L e b e n e r m ö g l i c h t .

die K r ä f t e z u n ä c h s t einmal zulassen, dass sich

D a s s c h w a c h e a n t h r o p i s c h e P r i n z i p ist allge­

ü b e r h a u p t Sterne u n d G a l a x i e n bildeten. Diese

m e i n akzeptiert. D o c h e s gibt n o c h eine stärkere

k o s m i s c h e n O b j e k t e e n t w i c k e l t e n sich a u s den

F o r m , für die w i r hier p l ä d i e r e n w e r d e n , o b w o h l

K e i m e n w i n z i g e r I n h o m o g e n i t ä t e n im frühen

sie bei einigen P h y s i k e r n a u f G e r i n g s c h ä t z u n g

U n i v e r s u m , das fast v o l l k o m m e n gleichförmig

stößt. D a s s t a r k e a n t h r o p i s c h e P r i n z i p b e s a g t ,

war, aber dankenswerterweise Dichteschwan­

dass die T a t s a c h e unserer E x i s t e n z n e b e n un­

k u n g e n v o n u n g e f ä h r einem H u n d e r t t a u s e n d s ­

serer

tel a u f w i e s e n . D o c h d a s V o r h a n d e n s e i n v o n

Umwelt

auch

den

möglichen

Formen

und auf­

Sternen u n d der uns konstituierenden Elemente

erlegt. Es scheinen n ä m l i c h nicht nur die be­

im Inneren dieser Sterne reicht nicht aus. Die

s o n d e r e n M e r k m a l e unseres S o n n e n s y s t e m s der

D y n a m i k der Sterne musste dergestalt beschaf­

Entwicklung menschlichen Lebens eigentümlich

fen sein, d a s s einige am E n d e ihrer E n t w i c k ­

f ö r d e r l i c h z u sein, s o n d e r n a u c h die M e r k m a l e

lung e x p l o d i e r t e n , m e h r n o c h , s o e x p l o d i e r t e n ,

Inhalten

der

Naturgesetze

Einschränkungen

unseres U n i v e r s u m s als G a n z e s , u n d d a s ist w e i t

dass ihre s c h w e r e r e n E l e m e n t e im A l l verstreut

schwieriger zu erklären.

w u r d e n . F e r n e r müssten die N a t u r g e s e t z e be­ w i r k e n , d a s s diese Ü b e r r e s t e zu einer neuen

W i e sich d a s a u s Wasserstoff, H e l i u m u n d ein w e n i g L i t h i u m bestehende U r u n i v e r s u m s o

G e n e r a t i o n v o n Sternen k o n d e n s i e r e n k o n n t e n ,

w e i t e r e n t w i c k e l t e , d a s s schließlich ein U n i v e r ­

um die h e r u m Planeten entstanden, w e l c h e die

sum

entstand,

das

z u m i n d e s t einen

neugebildeten

Planeten

schweren

Elemente

enthielten.

W i e b e s t i m m t e Ereignisse auf der E r d e unsere

mit intelligentem L e b e n w i e d e m unseren ent­

154

KAPITEL

7:

DAS

SCHEINBARE

WUNDER

E v o l u t i o n e r m ö g l i c h e n m ü s s t e n , s o w a r a u c h je­

ist K o h l e n s t o f f , die G r u n d l a g e aller o r g a n i s c h e n

des G l i e d der k o s m i s c h e n K e t t e erforderlich für

Chemie.

unsere E x i s t e n z . D o c h bei den E r e i g n i s s e n , die

Z w a r k ö n n t e m a n sich « l e b e n d e » O r g a n i s ­

zur E n t w i c k l u n g des U n i v e r s u m s führten, w a r

m e n w i e e t w a intelligente C o m p u t e r v o r s t e l l e n ,

das a u s g e w o g e n e V e r h ä l t n i s der F u n d a m e n t a l ­

die a u s a n d e r e n E l e m e n t e n , b e i s p i e l s w e i s e Sili­

kräfte a u s s c h l a g g e b e n d : Dieses Z u s a m m e n s p i e l

z i u m , bestehen, d o c h es ist z w e i f e l h a f t , d a s s sich

musste g e n a u richtig sein, d a m i t unsere E x i s ­

Leben ohne das Vorhandensein von Kohlenstoff

tenz m ö g l i c h w u r d e .

s p o n t a n hätte e n t w i c k e l n k ö n n e n . D i e G r ü n d e

A l s einer der Ersten hat F r e d H o y l e in den

dafür sind k o m p l i z i e r t , sie h a b e n mit der b e s o n ­

fünfziger J a h r e n e r k a n n t , dass d a r a n ein gerüt­

deren Weise zu tun, in der sich K o h l e n s t o f f mit

telt M a ß a n g l ü c k l i c h e n Z u f ä l l e n beteiligt g e w e ­

anderen

Elementen

verbindet.

Beispielsweise

sen sein m u s s . H o y l e w a r ü b e r z e u g t , d a s s alle

ist K o h l e n d i o x i d bei R a u m t e m p e r a t u r g a s f ö r ­

chemischen

m i g u n d b i o l o g i s c h sehr nützlich. D a S i l i z i u m

Elemente

ursprünglich

aus

Was­

serstoff gebildet w u r d e n , den er für die w a h r e

i m P e r i o d e n s y s t e m d a s E l e m e n t direkt unter

U r s u b s t a n z hielt. Wasserstoff hat den einfachs­

K o h l e n s t o f f ist, besetzt es ä h n l i c h e c h e m i s c h e

ten A t o m k e r n , er besteht a u s nur einem P r o t o n ,

E i g e n s c h a f t e n . D o c h S i l i z i u m d i o x i d , Q u a r z , ist

e n t w e d e r allein oder z u s a m m e n mit einem be­

in einer S t e i n s a m m l u n g w e i t nützlicher als in

ziehungsweise z w e i N e u t r o n e n .

der L u n g e eines O r g a n i s m u s . T r o t z d e m k ö n n e n

(Verschiedene

F o r m e n des Wasserstoffs - o d e r a n d e r e r K e r ­

sich vielleicht L e b e n s f o r m e n

ne - mit gleicher P r o t o n e n z a h l , a b e r v e r s c h i e d e ­

sich die B ä u c h e mit Silizium v o l l s c h l a g e n u n d

entwickeln,

die

nen N e u t r o n e n z a h l e n heißen Isotope.)

ihre S c h w ä n z e r h y t h m i s c h in T e i c h e n mit flüs­

H e u t e w i s s e n wir, d a s s a u c h H e l i u m u n d

s i g e m A m m o n i a k w i r b e l n lassen. D o c h selbst

L i t h i u m , A t o m e , deren K e r n e z w e i beziehungs­

diese A r t e x o t i s c h e n L e b e n s k ö n n t e sich nicht

weise

viel

einfach a u s den U r e l e m e n t e n e n t w i c k e l n , denn

kleineren M e n g e n w ä h r e n d dieser U r s y n t h e s e

diese k ö n n e n n u r z w e i stabile V e r b i n d u n g e n

entstanden, als d a s U n i v e r s u m r u n d z o o S e k u n ­

bilden - L i t h i u m h y d r i d , einen f a r b l o s e n kris­

den alt w a r . D a s L e b e n d a g e g e n ist auf k o m ­

tallinen F e s t k ö r p e r , u n d W a s s e r s t o f f g a s - , bei­

plexere E l e m e n t e a n g e w i e s e n . D a s w i c h t i g s t e

des keine V e r b i n d u n g e n , die fähig sein dürften,

drei

Protonen

enthalten,

in

sehr

*55

KAPITEL

7:

DAS

SCHEINBARE

WUNDER

sich fortzupflanzen o d e r a u c h n u r z u v e r l i e b e n .

zen u n d ein stabiles K o h l e n s t o f f i s o t o p bilden.

A u ß e r d e m bleibt die T a t s a c h e , d a s s w i r L e b e n s ­

D o c h dieser K o h l e n s t o f f ist n o c h w e i t d a v o n

f o r m e n auf K o h l e n s t o f f b a s i s sind, u n d d a s w i r f t

entfernt, in F o r m verschiedener V e r b i n d u n g e n

die F r a g e auf, w i e K o h l e n s t o f f , dessen K e r n

g e o r d n e t e Z u s a m m e n s c h l ü s s e jener A r t zu bil­

sechs P r o t o n e n enthält, und die a n d e r e n s c h w e ­

den, die ein G l a s B o r d e a u x z u schätzen w i s s e n ,

ren E l e m e n t e unseres K ö r p e r s e n t s t a n d e n sind.

mit bunten K e u l e n jonglieren o d e r F r a g e n über

Z u m ersten Schritt k o m m t es, w e n n sich i n

das U n i v e r s u m stellen. D a m i t sich Wesen w i e die

älteren Sternen H e l i u m a n s a m m e l t , d a s entsteht,

M e n s c h e n e n t w i c k e l n k ö n n e n , m u s s der K o h ­

wenn zwei Wasserstoffkerne zusammenstoßen

lenstoff a u s d e m Inneren des Sterns in freund­

und miteinander verschmelzen.

Diese Fusion

lichere U m g e b u n g e n transportiert w e r d e n . D a s

erzeugt die E n e r g i e , die uns w ä r m t . Z w e i H e ­

geschieht, w i e g e s a g t , w e n n der Stern a m E n d e

l i u m a t o m e k ö n n e n ihrerseits z u s a m m e n s t o ß e n

seines L e b e n s z y k l u s als S u p e r n o v a e x p l o d i e r t

u n d B e r y l l i u m bilden, d a s vier P r o t o n e n enthält.

u n d d a b e i K o h l e n s t o f f und a n d e r e s c h w e r e E l e ­

S o b a l d d a s B e r y l l i u m hergestellt ist, k ö n n t e e s

mente h i n a u s s c h l e u d e r t , die später zu Planeten

im P r i n z i p m i t e i n e m dritten H e l i u m k e r n ver­

kondensieren können.

s c h m e l z e n , u m K o h l e n s t o f f z u bilden. D o c h das

D i e s e r V o r g a n g der K o h l e n s t o f f e r z e u g u n g

g e s c h i e h t nicht, w e i l d a s e n t s t a n d e n e B e r y l l i u m ­

heißt D r e i - A l p h a - P r o z e s s , w e i l A l p h a t e i l c h e n

i s o t o p fast a u g e n b l i c k l i c h w i e d e r i n z w e i H e l i ­

ein a n d e r e r N a m e für den K e r n des beteiligten

u m k e r n e zerfällt.

H e l i u m i s o t o p s ist und w e i l der Prozess d a r a u f

G a n z a n d e r s sieht die L a g e a u s , w e n n e i n e m

beruht, d a s s letztlich drei v o n ihnen mitein­

Stern a l l m ä h l i c h der W a s s e r s t o f f a u s g e h t . D a ­

a n d e r v e r s c h m e l z e n . L a u t der h e r k ö m m l i c h e n

bei zieht sich der K e r n des Sterns z u s a m m e n ,

P h y s i k sollte die R a t e der K o h l e n s t o f f p r o d u k ­

bis seine Z e n t r a l t e m p e r a t u r a u f ü b e r L O O M i l ­

tion mittels des D r e i - A l p h a - P r o z e s s e s eigentlich

lionen G r a d K e l v i n ansteigt. U n t e r diesen B e ­

sehr klein sein. H o y l e schloss d a r a u s 1 9 5 2 , dass

dingungen

häufig

die S u m m e der E n e r g i e n eines B e r y l l i u m - und

z u s a m m e n , d a s s einige B e r y l l i u m k e r n e m i t H e ­

eines H e l i u m k e r n s fast g e n a u der E n e r g i e eines

stoßen

die

Atomkerne

so

l i u m k e r n e n k o l l i d i e r e n , b e v o r sie zerfallen k ö n ­

bestimmten

nen. S o k a n n B e r y l l i u m m i t H e l i u m v e r s c h m e l ­

Prozess

156

Quantenzustands

entstehenden

des

bei

diesem

Kohlenstoffisotops

ent­

KAPITEL

7:

DAS

SCHEINBARE

sprechen m ü s s e - diese s o g e n a n n t e R e s o n a n z

WUNDER

DREI-ALPHA-PROZESS Kohlenstoff entsteht im Inneren von Sternen durch den Zusammenstoß von drei Heliumkernen, ein Ereignis, das sehr unwahr­ scheinlich wäre, gäbe es da nicht eine besondere Ei­ genschaft der kernphysikalischen Gesetze.

erhöht die R a t e einer K e r n r e a k t i o n g a n z erheb­ lich. D a m a l s hatte m a n d a s betreffende E n e r g i e ­ n i v e a u n o c h nicht e x p e r i m e n t e l l n a c h g e w i e s e n , d o c h auf H o y l e s A n r e g u n g hin suchte u n d f a n d

157

KAPITEL

7:

DAS

SCHEINBARE

WUNDER

e s W i l l i a m F o w l e r v o m C a l t e c h u n d lieferte da­

Sie die R e g e l n unseres U n i v e r s u m s nur ein klein

mit einen w i c h t i g e n B e l e g für H o y l e s A u f f a s s u n g

w e n i g , u n d die B e d i n g u n g e n für unsere E x i s t e n z

v o n der E n t s t e h u n g k o m p l e x e r A t o m k e r n e .

sind d a h i n !

H o y l e s c h r i e b : « I c h g l a u b e nicht, d a s s ir­

D u r c h U n t e r s u c h u n g der M o d e l l u n i v e r s e n ,

g e n d e i n Wissenschaftler, der die D a t e n prüft, zu

bei denen die p h y s i k a l i s c h e n T h e o r i e n in be­

einer a n d e r e n S c h l u s s f o l g e r u n g k o m m e n k ö n n ­

stimmter Weise modifiziert sind, k ö n n e n w i r

te als derjenigen, d a s s die G e s e t z e der K e r n p h y ­

die A u s w i r k u n g e n der V e r ä n d e r u n g e n v o n phy­

sik absichtlich in H i n b l i c k a u f die E r g e b n i s s e

s i k a l i s c h e n G e s e t z e n m e t h o d i s c h erfassen. D a ­

k o n z i p i e r t w u r d e n , die sie im Inneren der Sterne

bei zeigt sich, dass nicht nur die starke und die

bewirken.» Damals wusste niemand genug von

e l e k t r o m a g n e t i s c h e K r a f t m a ß g e s c h n e i d e r t für

der K e r n p h y s i k , u m z u begreifen, w i e g r o ß der

unsere E x i s t e n z sind. D i e meisten fundamenta­

g l ü c k l i c h e Z u f a l l ist, der diesen e x a k t e n p h y s i ­

len K o n s t a n t e n in unseren T h e o r i e n scheinen

k a l i s c h e n G e s e t z e n z u g r u n d e liegt. D o c h als die

insofern

P h y s i k e r i n den v e r g a n g e n e n J a h r e n die G ü l t i g ­

zu sein, als d a s U n i v e r s u m , w ü r d e n sie nur

keit des s t a r k e n a n t h r o p i s c h e n P r i n z i p s unter­

u m w i n z i g e B e t r ä g e v e r ä n d e r t , erheblich an­

suchten, b e g a n n e n sie sich zu f r a g e n , w i e d a s

ders a u s s e h e n w ü r d e u n d in vielen Fällen für

Universum

die

die E n t w i c k l u n g v o n L e b e n ungeeignet w ä r e .

Naturgesetze anders w ä r e n . Heute können wir

W e n n beispielsweise die andere K e r n k r a f t , die

wohl

aussehen w ü r d e ,

wenn

das

Ergebnis

einer

Feinabstimmung

C o m p u t e r m o d e l l e e n t w i c k e l n , die e r k e n n e n las­

s c h w a c h e K r a f t , i m frühen U n i v e r s u m deutlich

sen, w i e die R a t e der D r e i - A l p h a - R e a k t i o n v o n

s c h w ä c h e r g e w e s e n w ä r e , hätte sich der gesamte

der S t ä r k e der f u n d a m e n t a l e n N a t u r k r ä f t e a b ­

W a s s e r s t o f f des K o s m o s i n H e l i u m v e r w a n d e l t ,

h ä n g t . D i e s e B e r e c h n u n g e n zeigen, d a s s eine

und folglich w ä r e n keine n o r m a l e n Sterne ent­

V e r ä n d e r u n g der S t ä r k e v o n lediglich 0,5 P r o ­

s t a n d e n ; w ä r e sie erheblich stärker g e w e s e n ,

zent bei der s t a r k e n K e r n k r a f t o d e r v o n 4 P r o ­

w ü r d e n e x p l o d i e r e n d e S u p e r n o v a e ihre äußeren

zent bei der elektrischen K r a f t e n t w e d e r fast al­

H ü l l e n nicht w e g s p r e n g e n u n d infolgedessen i m

len K o h l e n s t o f f o d e r allen S a u e r s t o f f in j e d e m

interstellaren R a u m nicht die s c h w e r e n E l e m e n ­

Stern v e r n i c h t e n w ü r d e u n d d a m i t die M ö g l i c h ­

te a u s s ä e n k ö n n e n , die Planeten b r a u c h e n , um

keit v o n L e b e n , w i e w i r e s k e n n e n . V e r ä n d e r n

günstige B e d i n g u n g e n für die E n t w i c k l u n g v o n

158

KAPITEL

7:

DAS

SCHEINBARE

WUNDER

L e b e n z u bieten. W ä r e n die P r o t o n e n 0 , 2 P r o ­

nen o d e r erfrieren w ü r d e n . A u ß e r d e m w ü r d e i n

zent s c h w e r e r g e w e s e n , s o w ä r e n sie i n N e u ­

m e h r als drei D i m e n s i o n e n die z w i s c h e n z w e i

tronen zerfallen, und w i r hätten keine stabilen

Körpern wirkende Gravitationskraft rascher ab­

A t o m e . W e n n die S u m m e der M a s s e n jener Sor­

n e h m e n . In drei D i m e n s i o n e n fällt die G r a v i t a ­

ten v o n Q u a r k s , a u s denen ein P r o t o n besteht,

t i o n s k r a f t bei V e r d o p p e l u n g der E n t f e r n u n g auf

a u c h nur u m 1 0 P r o z e n t v o m t a t s ä c h l i c h e n W e r t

1 / 4 ihres W e r t e s . I n v i e r D i m e n s i o n e n w ü r d e sie

a b w i c h e , g ä b e e s w e i t w e n i g e r v o n den stabilen

bei V e r d o p p e l u n g auf ein 1 / 8 fallen, in fünf D i ­

A t o m k e r n e n , a u s denen w i r bestehen; t a t s ä c h ­

m e n s i o n e n a u f 1 / 1 6 u n d s o fort. I n f o l g e d e s s e n

lich scheint die S u m m e der Q u a r k m a s s e n w e i t ­

k ö n n t e sich in der S o n n e in m e h r als drei D i ­

gehend optimiert für die E n t s t e h u n g der g r ö ß ­

mensionen kein Gleichgewicht zwischen ihrem

ten Z a h l stabiler K e r n e .

inneren D r u c k u n d der G r a v i t a t i o n einstellen,

W e n n w i r d a v o n a u s g e h e n , d a s s eine ü b e r

die sich b e m ü h t , die S o n n e in sich z u s a m m e n ­

einige hundert M i l l i o n e n J a h r e h i n w e g stabile

fallen z u l a s s e n . D i e S o n n e w ü r d e e n t w e d e r a u s ­

U m l a u f b a h n erforderlich ist, d a m i t sich p l a n e ­

einanderfliegen o d e r z u e i n e m S c h w a r z e n L o c h

tenbasiertes L e b e n e n t w i c k e l n k a n n , w i r d a u c h

z u s a m m e n s t ü r z e n , u n d beides w ü r d e Ihnen den

die Z a h l der R a u m d i m e n s i o n e n v o n unserer

Tag

E x i s t e n z bestimmt, denn n a c h den G r a v i t a t i o n s ­

w ü r d e n sich die elektrischen K r ä f t e g e n a u s o

gesetzen sind stabile elliptische B a h n e n n u r in

v e r h a l t e n w i e die G r a v i t a t i o n s k r ä f t e . D a s heißt,

drei D i m e n s i o n e n m ö g l i c h . K r e i s f ö r m i g e B a h ­

die

nen sind a u c h in anderen D i m e n s i o n e n d e n k b a r ,

o d e r s p i r a l f ö r m i g in den K e r n kreiseln. In kei­

d o c h die sind, w i e bereits N e w t o n befürchtete,

n e m dieser F ä l l e k ö n n t e n A t o m e e x i s t i e r e n , w i e

nicht stabil. Bei jeder a n d e r e n D i m e n s i o n s z a h l

w i r sie k e n n e n .

als drei g e n ü g t s c h o n eine kleine S t ö r u n g , w i e

verderben.

Auf atomaren

Elektronen würden

Das

Auftreten

Größenskalen

entweder entweichen

komplexer

Strukturen,

die

sie e t w a durch die A n z i e h u n g s k r a f t w e i t e r e r

als B a s i s für die E n t w i c k l u n g intelligenter B e ­

Planeten b e w i r k t w i r d , u m einen Planeten v o n

o b a c h t e r dienen k ö n n e n , scheint sehr heikel zu

seiner K r e i s b a h n a b z u b r i n g e n u n d ihn e n t w e ­

sein. D i e N a t u r g e s e t z e bilden ein äußerst fein

der s p i r a l f ö r m i g in die S o n n e o d e r v o n ihr fort

a b g e s t i m m t e s S y s t e m , d a h e r lässt sich a n den

trudeln z u lassen, s o d a s s w i r e n t w e d e r v e r b r e n ­

p h y s i k a l i s c h e n G e s e t z e n nur sehr w e n i g ä n d e r n ,

' 59

KAPITEL

7:

DAS

SCHEINBARE

WUNDER

o h n e die M ö g l i c h k e i t der E n t s t e h u n g v o n L e ­

des U n i v e r s u m s beschleunigt, ein Effekt, der nur

ben, w i e w i r e s k e n n e n , z u v e r n i c h t e n . G ä b e e s

m ö g l i c h ist, w e n n irgendeine A b s t o ß u n g s k r a f t

nicht eine R e i h e v e r b l ü f f e n d e r Z u f ä l l e , die bis

im gesamten All wirkt. Die kosmologische Kon­

zu den Einzelheiten dieser G e s e t z e reichen, hät­

stante w a r w i e d e r a u f e r s t a n d e n . D a w i r heute

ten sich M e n s c h e n u n d ä h n l i c h e L e b e n s f o r m e n

w i s s e n , d a s s ihr W e r t nicht null ist, bleibt die

w o h l nie e n t w i c k e l t .

F r a g e , w a r u m sie den Wert hat, den sie hat. Phy­

D e r eindrucksvollste Z u f a l l in Sachen Fein­

siker h a b e n v e r s u c h t zu e r k l ä r e n , w i e sich die­

a b s t i m m u n g ist die s o g e n a n n t e k o s m o l o g i s c h e

ser W e r t infolge q u a n t e n m e c h a n i s c h e r Effekte

K o n s t a n t e in E i n s t e i n s G l e i c h u n g e n der a l l g e ­

e r g e b e n h a b e n k ö n n t e , d o c h der Wert, den sie

meinen Relativitätstheorie. Wie erwähnt, glaub­

errechnet h a b e n , ist u m 1 2 0 G r ö ß e n o r d n u n g e n

t e E i n s t e i n , als e r seine T h e o r i e 1 9 1 5 aufstellte,

(eine E i n s g e f o l g t v o n L 2 0 N u l l e n ) g r ö ß e r als der

d a s U n i v e r s u m sei statisch, d a s heißt, es w ü r d e

t a t s ä c h l i c h e , a u f S u p e r n o v a - B e o b a c h t u n g e n ba­

weder

zusammenzie­

sierende Wert. D a r a u s folgt, dass e n t w e d e r die

hen. D a alle M a t e r i e a n d e r e M a t e r i e anzieht,

der B e r e c h n u n g z u g r u n d e l i e g e n d e Ü b e r l e g u n g

führte er eine neue « A n t i g r a v i t a t i o n s k r a f t » in

falsch w a r o d e r dass es irgendeinen anderen Ef­

seine T h e o r i e ein, die d e m B e s t r e b e n des U n i ­

fekt gibt, der alles bis auf einen u n v o r s t e l l b a r e n

versums,

entge­

w i n z i g e n B r u c h t e i l der berechneten Z a h l auf­

genwirkt. Diese Kraft stammt, im Gegensatz

hebt. E i n e s a b e r steht fest: W ä r e der Wert der

zu a n d e r e n K r ä f t e n , nicht a u s einer b e s t i m m t e n

k o s m o l o g i s c h e n K o n s t a n t e sehr viel g r ö ß e r ge­

Q u e l l e , s o n d e r n w o h n t der S t r u k t u r der R a u m ­

w e s e n , als e r ist, w ä r e unser U n i v e r s u m ausein­

zeit selbst inne. D i e k o s m o l o g i s c h e K o n s t a n t e

a n d e r g e f l o g e n , b e v o r sich die G a l a x i e n hätten

expandieren

in

sich

noch

sich

zusammenzustürzen,

bilden k ö n n e n - u n d L e b e n , w i e w i r es kennen,

g i b t die S t ä r k e dieser K r a f t a n .

w ä r e wiederum unmöglich gewesen.

A l s m a n e n t d e c k t e , d a s s d a s U n i v e r s u m nicht statisch ist, entfernte Einstein die k o s m o l o g i s c h e

W a s k ö n n e n w i r a u s diesen Z u f ä l l e n ma­

K o n s t a n t e a u s seiner T h e o r i e u n d n a n n t e die

chen? G l ü c k i n H i n b l i c k auf die g e n a u e F o r m

K o n s t a n t e die g r ö ß t e Eselei seines L e b e n s . N u n

u n d B e s c h a f f e n h e i t der f u n d a m e n t a l e n p h y s i k a ­

zeigte a b e r 1 9 9 8 die B e o b a c h t u n g sehr ferner

lischen G e s e t z e ist ein G l ü c k a n d e r e r A r t , als es

S u p e r n o v a e , d a s s sich die E x p a n s i o n s b e w e g u n g

für die U m w e l t f a k t o r e n gilt. Es lässt sich nicht

L6O

KAPITEL

7:

DAS

SCHEINBARE

WUNDER

so leicht e r k l ä r e n u n d hat viel tiefere p h y s i k a ­

G e t r e i d e a r t e n w a c h s e n u n d d a s V o l k der F i s c h e

lische und p h i l o s o p h i s c h e B e d e u t u n g e n . U n s e r

u n d V ö g e l entstehen.»

U n i v e r s u m und seine G e s e t z e scheinen e x a k t auf

I n der a b e n d l ä n d i s c h e n K u l t u r enthält d a s

die M ö g l i c h k e i t unserer E x i s t e n z zugeschnitten

A l t e T e s t a m e n t die V o r s t e l l u n g v o n der gött­

zu sein u n d bieten k a u m S p i e l r a u m für V e r ä n ­

lichen

derungen, w e n n diese M ö g l i c h k e i t nicht gefähr­

geschichte,

det w e r d e n soll. D a s lässt sich nicht leicht e r k l ä ­

christliche S t a n d p u n k t erheblich v o n A r i s t o t e ­

ren und w i r f t natürlich die F r a g e auf, w a r u m es

les beeinflusst w a r , der g l a u b t e : « I n der k l u g

sich so verhält.

eingerichteten N a t u r v o l l z i e h t sich alles n a c h ei­

Planung

in

wobei

Form

allerdings

nem vorbedachten Plan.»

Viele M e n s c h e n w ü r d e n diese Z u f ä l l e gern

seiner

Schöpfungs­

der traditionelle

D e r mittelalterliche

als B e w e i s für d a s W i r k e n G o t t e s w e r t e n . D i e

christliche T h e o l o g e T h o m a s v o n A q u i n ent­

V o r s t e l l u n g , d a s U n i v e r s u m sei für die M e n s c h ­

w i c k e l t e a u s den aristotelischen Ü b e r l e g u n g e n

heit g e p l a n t und geschaffen w o r d e n , f i n d e n w i r

zur O r d n u n g i n der N a t u r einen G o t t e s b e w e i s .

heute w i e v o r vielen t a u s e n d J a h r e n i n vielen

I m L 8 . J a h r h u n d e r t g i n g ein a n d e r e r christli­

R e l i g i o n e n und M y t h o l o g i e n . I n d e m M a y a -

cher T h e o l o g e s o w e i t z u b e h a u p t e n , die K a ­

T e x t Popol Vuh, einer S a m m l u n g m y t h o h i s t o r i ­

ninchen hätten w e i ß e S c h w ä n z e , d a m i t w i r sie

scher E r z ä h l u n g e n , v e r k ü n d e n die G ö t t e r : « W i r

besser schießen k ö n n e n . E i n e m o d e r n e F a s s u n g

w e r d e n w e d e r R u h m n o c h E h r e ernten für all

der christlichen A u f f a s s u n g lieferte v o r einigen

d a s , w a s w i r geschaffen u n d gebildet h a b e n , bis

Jahren Christoph Schönborn, Erzbischof von

es M e n s c h e n mit einem fühlenden W e s e n g i b t . »

W i e n , als e r s c h r i e b : « J e t z t , a m B e g i n n des 2 L .

In einem typischen ä g y p t i s c h e n T e x t , der um

J a h r h u n d e r t s , w i r d die k a t h o l i s c h e K i r c h e an­

2 0 0 0 v . Chr. entstand, heißt e s : « F ü r die M e n ­

gesichts

schen, d a s V i e h G o t t e s , w a r gut g e s o r g t . E r [der

w i e d e m N e o - D a r w i n i s m u s u n d der <Multiver­

Sonnengott] schuf H i m m e l u n d E r d e z u ihrem

s u m - H y p o t h e s e > in der K o s m o l o g i e (die a u f g e ­

W o h l e . » I n C h i n a lässt der T a o - P h i l o s o p h L i e ­

stellt w u r d e n , u m d e m ü b e r w ä l t i g e n d e n B e w e i s

von

wissenschaftlichen

Ansprüchen

zi um 4 0 0 v. Chr. diesen G e d a n k e n d u r c h die

für Z w e c k u n d P l a n a u s z u w e i c h e n , der i n der

F i g u r einer E r z ä h l u n g a u s s p r e c h e n : « V o r a l l e m

m o d e r n e n W i s s e n s c h a f t zu

zu unserem N u t z e n lässt der H i m m e l die fünf

lich die m e n s c h l i c h e V e r n u n f t v e r t e i d i g e n u n d

161

finden

ist)

neuer­

KAPITEL

7:

DAS

SCHEINBARE

WUNDER

v e r k ü n d e n , d a s s der i n der N a t u r offensichtlich

deutlicher schien z u w e r d e n , dass w i r v e r m u t ­

v o r h a n d e n e i m m a n e n t e P l a n w i r k l i c h ist.» I n

lich n u r einen F e l d - W a l d - u n d - W i e s e n - P l a n e t e n

der K o s m o l o g i e ist der ü b e r w ä l t i g e n d e B e w e i s

b e w o h n e n . D o c h die relativ neue E n t d e c k u n g

für Z w e c k u n d P l a n , v o n d e m der K a r d i n a l

der a u ß e r o r d e n t l i c h e n F e i n a b s t i m m u n g so vie­

spricht, die o b e n b e s c h r i e b e n e F e i n a b s t i m m u n g

ler N a t u r g e s e t z e k ö n n t e w o h l zumindest einige v o n uns d a z u v e r a n l a s s e n , w i e d e r mit der alten

der p h y s i k a l i s c h e n G e s e t z e . D e r W e n d e p u n k t für die w i s s e n s c h a f t l i c h e

V o r s t e l l u n g zu l i e b ä u g e l n , dieser g r o ß e E n t w u r f

A b l e h n u n g eines U n i v e r s u m s , i n dessen M i t ­

sei d a s W e r k eines g r o ß e n P l a n e r s . In den Ver­

t e l p u n k t der M e n s c h steht, w a r d a s k o p e r n i ­

einigten S t a a t e n , w o die V e r f a s s u n g den R e l i ­

k a n i s c h e M o d e l l des S o n n e n s y s t e m s , i n d e m

gionsunterricht

die E r d e nicht m e h r die zentrale P o s i t i o n inne­

man

hatte. I r o n i s c h e r w e i s e w a r d a s eigene W e l t b i l d

telligenter E n t w u r f » ) , m i t d e m stillschweigen­

des K o p e r n i k u s äußerst a n t h r o p o m o r p h , trös­

den V e r s t ä n d n i s , dass es sich beim U r h e b e r die­

tet er uns d o c h d u r c h den H i n w e i s , d a s s sich

ses E n t w u r f s u m G o t t h a n d e l e .

die

Erde

ungeachtet

seines

diesen

in

Schulen

Gedanken

verbietet,

Intelligent

Design

nannte («In­

heliozentrischen

D i e A n t w o r t der m o d e r n e n N a t u r w i s s e n ­

M o d e l l s fast im M i t t e l p u n k t des U n i v e r s u m s

schaft sieht a n d e r s a u s . W i r h a b e n in K a p i t e l 5

befinde: « O b s c h o n [die E r d e ] nicht den M i t t e l ­

g e s e h e n , d a s s unser U n i v e r s u m offenbar eines

p u n k t der Welt bildet, ist die E n t f e r n u n g [von

v o n vielen ist, in denen die verschiedensten

diesem Mittelpunkt]

ohne Belang verglichen

N a t u r g e s e t z e gelten. D i e s e s M u l t i v e r s u m - K o n ­

m i t derjenigen der F i x s t e r n e . » M i t der Erfin­

zept ist nicht e t w a e n t w i c k e l t w o r d e n , um das

d u n g des T e l e s k o p s trugen i m siebzehnten J a h r ­

W u n d e r der F e i n a b s t i m m u n g zu e r k l ä r e n . Es ist

h u n d e r t B e o b a c h t u n g e n w i e die, d a s s w i r nicht

v i e l m e h r eine K o n s e q u e n z der K e i n - R a n d - B e ­

den einzigen Planeten b e w o h n e n , der v o n ei­

d i n g u n g s o w i e vieler a n d e r e r m o d e r n e r k o s m o ­

n e m M o n d u m k r e i s t w i r d , zur G l a u b w ü r d i g ­

l o g i s c h e r T h e o r i e n . D o c h w e n n diese H y p o t h e s e

keit des Prinzips bei, n a c h d e m w i r k e i n e pri­

richtig ist, reduziert sie d a s starke anthropische

vilegierte Stellung i m U n i v e r s u m i n n e h a b e n . J e

Prinzip a u f d a s s c h w a c h e , i n d e m sie die Fein­

m e h r w i r i n den f o l g e n d e n J a h r h u n d e r t e n ü b e r

a b s t i m m u n g e n der p h y s i k a l i s c h e n G e s e t z e auf

d a s U n i v e r s u m i n E r f a h r u n g b r a c h t e n , desto

die gleiche E b e n e w i e die U m w e l t f a k t o r e n stellt,

KAPITEL

7:

DAS

SCHEINBARE

WUNDER

denn sie bedeutet, d a s s unser k o s m i s c h e s H a ­

N e w t o n zeigte, d a s s dieselben G e s e t z e , die a m

bitat - in diesem Z u s a m m e n h a n g : d a s g a n z e

H i m m e l gelten, a u c h a u f der E r d e A n w e n d u n g

b e o b a c h t b a r e U n i v e r s u m - nur eines v o n v i e ­

finden, u n d e n t w i c k e l t e zur D a r s t e l l u n g dieser

len ist, g e n a u w i e unser S o n n e n s y s t e m n u r eines

G e s e t z e m a t h e m a t i s c h e G l e i c h u n g e n , die s o ele­

v o n vielen ist. W i e die B e d e u t u n g der u m w e l t ­

g a n t w a r e n , d a s s sie eine fast r e l i g i ö s e B e g e i s ­

bedingten Z u f ä l l e unseres S o n n e n s y s t e m s d u r c h

terung unter vielen W i s s e n s c h a f t l e r n des acht­

die E r k e n n t n i s e i n g e s c h r ä n k t w u r d e , d a s s es

zehnten J a h r h u n d e r t s

auslösten,

die

offenbar

M i l l i a r d e n solcher S y s t e m e gibt, so lassen sich

b e w e i s e n w o l l t e n , d a s s G o t t ein M a t h e m a t i k e r

die F e i n a b s t i m m u n g e n der N a t u r g e s e t z e d u r c h

war.

die E x i s t e n z vieler U n i v e r s e n e r k l ä r e n . I m L a u ­

Seit N e w t o n u n d v o r a l l e m seit E i n s t e i n w a r

fe der J a h r h u n d e r t e h a b e n die M e n s c h e n die

e s d a s e r k l ä r t e Z i e l der P h y s i k , einfache m a t h e ­

Schönheit und K o m p l e x i t ä t der N a t u r , für die

m a t i s c h e Prinzipien der v o n K e p l e r e r t r ä u m t e n

sie zu ihrer Z e i t keine E r k l ä r u n g hatten, G o t t

A r t z u s u c h e n u n d mit ihnen eine vereinheit­

zugeschrieben. D o c h s o w i e D a r w i n u n d W a l ­

lichte « T h e o r i e v o n A l l e m » z u f i n d e n , die alle

lace erklärten, dass der s c h e i n b a r w u n d e r s a m e

Einzelheiten der i n der N a t u r b e o b a c h t e t e n M a ­

E n t w u r f der L e b e n s f o r m e n o h n e Intervention

terie u n d K r ä f t e e r k l ä r t e . E n d e des neunzehnten

eines höchsten Wesens entstanden sein k ö n n t e ,

u n d A n f a n g des z w a n z i g s t e n J a h r h u n d e r t s ver­

v e r m a g das M u l t i v e r s u m - K o n z e p t die F e i n a b ­

einigten M a x w e l l u n d Einstein die T h e o r i e n der

s t i m m u n g der p h y s i k a l i s c h e n G e s e t z e zu e r k l ä ­

Elektrizität, des M a g n e t i s m u s u n d des L i c h t s .

ren, o h n e einen gütigen S c h ö p f e r b e m ü h e n zu

I n den siebziger J a h r e n w u r d e d a s S t a n d a r d ­

m ü s s e n , der das U n i v e r s u m z u u n s e r e m N u t z e n

m o d e l l e n t w i c k e l t - eine einzige T h e o r i e der

erschuf.

starken,

der

schwachen

und

der

elektroma­

Assistenten

gnetischen K r a f t . S t r i n g t h e o r i e u n d M - T h e o r i e

Ernst Strauß die F r a g e : « H a t t e G o t t eine W a h l ,

k a m e n hinzu als V e r s u c h , die n o c h v e r b l i e b e n e

als er unser U n i v e r s u m e r s c h u f ? » E n d e des sech­

K r a f t , die G r a v i t a t i o n , einzubeziehen. E s g i n g

zehnten J a h r h u n d e r t s g l a u b t e Kepler, G o t t h a b e

nicht n u r d a r u m , eine einzige T h e o r i e z u f i n ­

d a s U n i v e r s u m i m E i n k l a n g mit einem v o l l ­

d e n , die alle K r ä f t e e r k l ä r t , s o n d e r n die T h e o r i e

k o m m e n e n m a t h e m a t i s c h e n Prinzip g e s c h a f f e n .

sollte a u c h die o b e n e r w ä h n t e n f u n d a m e n t a l e n

Einst

stellte

Einstein

seinem

163

KAPITEL

7:

DAS

SCHEINBARE

WUNDER

Z a h l e n e r k l ä r e n - z u m B e i s p i e l die S t ä r k e n der

D o c h w e n n w i r i m L i c h t neuester Erkennt­

K r ä f t e u n d die M a s s e n u n d L a d u n g e n der E l e ­

nisse Einsteins T r a u m v o n einer vereinheitlich­

m e n t a r t e i l c h e n . M a n hoffte, s o s c h r i e b Einstein,

ten T h e o r i e d a h i n g e h e n d deuten, dass es sich

s a g e n z u k ö n n e n : « . . . die N a t u r ist s o g e b a u t ,

um eine vereinheitlichte T h e o r i e handelt, die

d a s s es l o g i s c h m ö g l i c h ist, so s t a r k festgelegte

diese u n d a n d e r e U n i v e r s e n mit ihrem ganzen

G e s e t z e aufzustellen, d a s s in diesen n u r r a t i o ­

S p e k t r u m a n v e r s c h i e d e n e n Gesetzen erklärt,

nal v o l l s t ä n d i g b e s t i m m t e K o n s t a n t e n v o r k o m ­

d a n n k ö n n t e die M - T h e o r i e diese T h e o r i e sein.

m e n » . A l s o k e i n e K o n s t a n t e n , s o fuhr e r fort,

D o c h ist die M - T h e o r i e vereinheitlicht oder

deren Z a h l e n w e r t sich v e r ä n d e r n l a s s e , o h n e

d u r c h ein einfaches logisches Prinzip bestimmt?

die T h e o r i e zu z e r s t ö r e n . E i n e vereinheitlichte

K ö n n e n w i r die F r a g e

T h e o r i e hätte w a h r s c h e i n l i c h nicht die F e i n a b ­

antworten?

s t i m m u n g , die für unsere E x i s t e n z erforderlich ist.

Warum die M-Theorie be­

K A P I T E L

8



DER GROSSE

ENTWURF

W

IR HABEN IN DIESEM BUCH

Als

geschildert,

der

wissenschaftliche

Determinismus

w a r u m R e g e l m ä ß i g k e i t e n i n der B e w e ­

erstmals vorgeschlagen w u r d e , w a r e n nur N e w ­

gung astronomischer K ö r p e r wie Sonne, M o n d

t o n s B e w e g u n g s - u n d G r a v i t a t i o n s g e s e t z e be­

und Planeten v e r m u t e n lassen, d a s s diese O b ­

k a n n t . W i r h a b e n geschildert, w i e diese G e s e t z e

jekte bestimmten G e s e t z e n u n d nicht der W i l l ­

v o n Einstein i n seiner a l l g e m e i n e n R e l a t i v i t ä t s ­

k ü r u n d L a u n e v o n G ö t t e r n und D ä m o n e n un­

theorie e r w e i t e r t w u r d e n u n d w i e w e i t e r e G e ­

t e r w o r f e n sind.

setze e n t d e c k t w u r d e n , die a n d e r e A s p e k t e des U n i v e r s u m s regieren.

Z u e r s t zeigte sich die E x i s t e n z solcher G e ­ setze nur in der A s t r o n o m i e (oder A s t r o l o g i e , die m a n d a m a l s v o n dieser nicht w e i t e r unter­

D i e N a t u r g e s e t z e s a g e n u n s , wie sich d a s U n i ­

schied). D a s V e r h a l t e n der D i n g e auf der E r d e

v e r s u m v e r h ä l t , a b e r sie a n t w o r t e n nicht auf die

ist sehr k o m p l i z i e r t u n d vielen Einflüssen unter­

Warum-Fragen, die w i r am A n f a n g dieses B u c h s

w o r f e n , d a h e r k o n n t e n frühe K u l t u r e n nicht er­

gestellt h a b e n :

kennen, dass diese P h ä n o m e n e v o n eindeutigen

•

Gesetzen bestimmt w u r d e n . D o c h a l l m ä h l i c h

Warum

gibt

es

etwas

und

nicht

einfach

nichts?

entdeckte m a n a u c h auf a n d e r e n G e b i e t e n als

•

Warum

der A s t r o n o m i e neue G e s e t z e , u n d d a s führte

•

Warum

z u m Begriff des wissenschaftlichen D e t e r m i n i s ­

zen

und

existieren dieses nicht

wirf

besondere irgendein

System

von

Geset­

anderes?

m u s : E s m u s s einen v o l l s t ä n d i g e n Satz N a t u r ­ gesetze g e b e n , die a n g e b e n , w i e sich d a s U n i ­

M a n c h einer dürfte a u f diese F r a g e n w o h l ant­

v e r s u m in der Z u k u n f t e n t w i c k e l t , w e n n sein

w o r t e n , ein G o t t h a b e b e s c h l o s s e n , d a s U n i v e r ­

Z u s t a n d z u einem bestimmten Z e i t p u n k t be­

s u m dergestalt zu erschaffen. Es ist vernünftig

k a n n t ist. Diese Gesetze m ü s s e n an j e d e m O r t

z u fragen, w e r o d e r w a s d a s U n i v e r s u m ge­

und zu jeder Z e i t gültig sein, denn sonst w ä r e n

schaffen hat, d o c h w e n n die A n t w o r t « G o t t »

sie keine G e s e t z e . Es durfte keine A u s n a h m e n

lautet, w i r d die F r a g e lediglich v e r s c h o b e n z u

oder

Dämonen

jener, w e r G o t t geschaffen hat. Indes gilt in die­

konnten in den G a n g des U n i v e r s u m s nicht ein­

Wunder

geben.

Götter

oder

ser S i c h t w e i s e als akzeptiert, d a s s es eine In­

greifen.

stanz g i b t , die k e i n e n S c h ö p f e r b r a u c h t , u n d die

167

KAPITEL

BLINKER

einfacher

-

Art

Blinker

im

Spiel

sind

des

zusammengesetzte

8:

DER

GROSSE

ENTWURF

der A u ß e n w e l t anfertigen. W i r bilden mentale

Objekte

K o n z e p t e v o n allen m ö g l i c h e n D i n g e n - unse­

Lebens.

rem H a u s , B ä u m e n , anderen Menschen, dem

(time = i m e i n t : Z e i t = i u s w . )

e l e k t r i s c h e m S t r o m , der aus der W a n d s t e c k d o s e heißt G o t t . D i e s e s A r g u m e n t w i r d als d a s der

k o m m t , A t o m e n , M o l e k ü l e n u n d anderen Uni­

ersten U r s a c h e o d e r als k a u s a l e r G o t t e s b e w e i s

v e r s e n . D i e s e K o n z e p t e sind die einzige W i r k ­ lichkeit, die w i r e r k e n n e n k ö n n e n . E s gibt kei­

bezeichnet. W i r b e h a u p t e n j e d o c h , d a s s e s m ö g l i c h ist,

nen m o d e l l u n a b h ä n g i g e n Test der W i r k l i c h k e i t .

diese F r a g e n ausschließlich in den G r e n z e n der

D a r a u s folgt, dass ein gut konstruiertes M o d e l l

N a t u r w i s s e n s c h a f t u n d o h n e R e k u r s auf gött­

eine eigene R e a l i t ä t schafft. E i n Beispiel, das

liche W e s e n zu b e a n t w o r t e n .

uns bei der A u s e i n a n d e r s e t z u n g mit den F r a g e n n a c h der W i r k l i c h k e i t und n a c h der S c h ö p f u n g

N a c h d e m P r i n z i p des in K a p i t e l 3 einge­ führten m o d e l l a b h ä n g i g e n R e a l i s m u s interpre­

helfen k a n n , ist das Spiel des Lebens, das

tieren unsere G e h i r n e die v o n u n s e r e n Sinnesor­

von dem jungen Mathematiker J o h n C o n w a y in

g a n e n gelieferten S i g n a l e , i n d e m sie ein M o d e l l

Cambridge entwickelt wurde.

168

1970

KAPITEL

••••

(S:

DER

GROSSE

••••

ENTWURF

L

•••

U-EGE33 time = 1

time = 2

Gi time == 4

time = 3

D a s Wort «Spiel» in Spiel des Lebens ist eine irreführende B e z e i c h n u n g . E s gibt keine G e w i n ­ ner und Verlierer, n o c h nicht e i n m a l Spieler. Es ist a u c h eigentlich kein Spiel, s o n d e r n ein

« S E H ••1

EVOLUTION

ZUM

time = 5

STILLLEBEN

-

Einige

zusammen­

gesetzte Objekte im Spiel des Lebens entwickeln sieb zu einer Form, die sich nach Maßgabe der Regeln nie ändern wird.

Satz v o n G e s e t z e n , die ein z w e i d i m e n s i o n a l e s U n i v e r s u m regieren. E s h a n d e l t sich d a b e i u m

seren A b b i l d u n g e n g r ü n dargestellt - o d e r tot ­

ein deterministisches U n i v e r s u m : S o b a l d m a n

s c h w a r z dargestellt. J e d e s Q u a d r a t hat acht

eine A u s g a n g s k o n f i g u r a t i o n o d e r A n f a n g s b e ­

N a c h b a r n : den o b e r e n , unteren, l i n k e n , rechten

d i n g u n g g e w ä h l t hat, legen die G e s e t z e eindeu­

u n d vier d i a g o n a l e N a c h b a r n . In dieser Welt ist

tig fest, w a s in Z u k u n f t geschieht.

die Z e i t nicht k o n t i n u i e r l i c h , s o n d e r n schreitet

Die Welt, die C o n w a y e n t w o r f e n hat, be­

in d i s k r e t e n Schritten v o r a n .

steht aus einer schachbrettartigen A n o r d n u n g

Bei einer beliebigen A n o r d n u n g v o n toten

v o n Q u a d r a t e n , die sich unendlich in alle R i c h ­

u n d l e b e n d i g e n Q u a d r a t e n b e s t i m m t die Z a h l

tungen erstreckt. J e d e s Q u a d r a t k a n n einen v o n

lebendiger N a c h b a r n , w a s gemäß

z w e i Z u s t ä n d e n a n n e h m e n : lebendig - auf un-

R e g e l n als N ä c h s t e s geschieht:

folgenden

KAPITEL

1. Ein

lebendiges

lebendigen 2. Ein

totes

Nachbarn

Quadrat

mit

Nachbarn

oder

überlebt

Quadrat wird

zwei

mit

eine

DER

GROSSE

drei

drei Zelle

die Z e i l e in eine S p a l t e . E n t s p r e c h e n d v e r w a n ­

lebendigen

delt sich in der nächsten G e n e r a t i o n die Spalte

(Ge­

w i e d e r in eine Z e i l e u n d so fort. Solche oszillie­

burt). 3. In oder

ENTWURF

M i t t e l z e l l e eine G e b u r t . D e s h a l b v e r w a n d e l t sich

(Überleben).

genau

lebendige

8:

renden K o n f i g u r a t i o n e n heißen « B l i n k e r » . allen bleibt

null

oder

stirbt

an

Nachbarn,

anderen tot. einen

Fällen Falls

ein

Nachbarn

Einsamkeit; srirbt

stirbt

hat es

Zelle

lebendiges hat,

es an

eine

sagt mehr

W e n n drei lebendige Q u a d r a t e in L - F o r m

Quadrat man,

als

a n g e o r d n e t w e r d e n , zeigt sich ein neues V e r h a l ­

es

ten. In der nächsten G e n e r a t i o n gebiert das v o m

drei

L u m a r m t e Q u a d r a t , w o d u r c h ein B l o c k v o n

Überbevölkerung.

2 x 2 Z e l l e n entsteht. D e r B l o c k g e h ö r t z u einer M u s t e r a r t , die als «Stillleben» bezeichnet w i r d ,

D a s ist a l l e s : J e n a c h A n f a n g s b e d i n g u n g erzeu­

w e i l er u n v e r ä n d e r t v o n einer G e n e r a t i o n an die

g e n diese G e s e t z e eine G e n e r a t i o n n a c h der a n ­

nächste w e i t e r g e g e b e n w i r d . E s gibt viele A r t e n

deren. E i n isoliertes l e b e n d i g e s Q u a d r a t o d e r

v o n M u s t e r n , die sich einige G e n e r a t i o n e n lang

z w e i b e n a c h b a r t e lebendige Q u a d r a t e sterben

v e r ä n d e r n , d a n n a b e r b a l d zu Stillleben w e r ­

in der n ä c h s t e n G e n e r a t i o n , w e i l sie nicht g e n u g

den, die sterben o d e r die zu ihrer ursprüngli­

N a c h b a r n h a b e n . D r e i l e b e n d i g e Q u a d r a t e ent­

chen F o r m z u r ü c k k e h r e n und dann den Prozess

lang einer D i a g o n a l e leben e t w a s länger. N a c h

w i e d e r h o l e n . E s gibt a u c h M u s t e r , die « G l e i ­

d e m ersten Z e i t s c h r i t t sterben die E n d q u a d r a t e ,

ter»

s o d a s s nur n o c h d a s M i t t e l q u a d r a t ü b r i g bleibt,

m e n , a b e r n a c h einigen G e n e r a t i o n e n zu ihrer

d a s in der f o l g e n d e n G e n e r a t i o n stirbt. J e d e

u r s p r ü n g l i c h e n F o r m z u r ü c k k e h r e n , w o b e i sich

endlich l a n g e D i a g o n a l e v o n Q u a d r a t e n «ver­

ihre P o s i t i o n allerdings u m ein Q u a d r a t d i a g o ­

flüchtigt» sich auf g e n a u dieselbe W e i s e . D o c h

nal v e r s c h o b e n hat. W e n n m a n sie längere Z e i t

w e n n drei l e b e n d i g e Q u a d r a t e w a a g e r e c h t i n

b e o b a c h t e t , scheinen sie über d a s Gitternetz zu

einer Z e i l e a n g e o r d n e t sind, hat w i e d e r u m d a s

k r i e c h e n . Bei einem Z u s a m m e n s t o ß v o n G l e i ­

mittlere Q u a d r a t z w e i N a c h b a r n , w ä h r e n d die

tern k a n n es, je n a c h der F o r m der einzelnen

heißen, w e i l sie a n d e r e F o r m e n anneh­

E n d q u a d r a t e sterben, d o c h i n d i e s e m F a l l erle­

G l e i t e r im A u g e n b l i c k der K o l l i s i o n , zu seltsa­

ben die Z e l l e n u n m i t t e l b a r ü b e r u n d unter der

m e m Verhalten kommen.

170

KAPITEL

y time = 1

8:

*

time = 2

DER

GROSSE

J time = 3

Dieses U n i v e r s u m ist so interessant, w e i l

«Chemie»

aber kompliziert. Z u s a m m e n ­

gesetzte O b j e k t e existieren in diesem U n i v e r ­ sum

auf

verschiedenen

Größenebenen.

r "J time = 4

time = 5

GLEITER ­ Gleiter nehmen diese Zwischenformen an, um schließlich wieder zu ihrer ursprünglichen Gestalt zurückzukehren, allerdings um ein Quadrat in der Diagonale versetzt.

seine grundlegende « P h y s i k » z w a r einfach ist, die

ENTWURF

Auf

der niedrigsten E b e n e teilt uns die P h y s i k nur

k ö n n e n Sie G e s e t z e ableiten, die d a s V e r h a l t e n

mit, dass es lebendige und tote Q u a d r a t e gibt.

der O b j e k t e a u f dieser E b e n e b e s t i m m e n . B e i ­

A u f einer h ö h e r e n E b e n e gibt es Gleiter, Blin­

spielsweise k ö n n e n Sie a u f der E b e n e v o n O b ­

ker und « S t i l l l e b e n - B l ö c k e » . A u f einer E b e n e

jekten mit einem D u r c h m e s s e r v o n n u r w e n i g e n

d a r ü b e r gibt es n o c h k o m p l e x e r e O b j e k t e , bei­

Quadraten Gesetze haben w i e «Blöcke bewegen

spielsweise « G l e i t e r k a n o n e n » : stationäre M u s ­

sich n i e » , « G l e i t e r b e w e g e n sich d i a g o n a l » u n d

ter, die periodisch neue Gleiter g e b ä r e n , w e l c h e

v e r s c h i e d e n e G e s e t z e für die E r e i g n i s s e bei Z u ­

gleichsam das N e s t verlassen u n d sich in d i a g o ­

s a m m e n s t ö ß e n v o n O b j e k t e n . Sie k ö n n t e n eine

naler R i c h t u n g ausbreiten. W e n n Sie irgendeine

g a n z e P h y s i k a u f der E b e n e z u s a m m e n g e s e t z t e r

dieser G r ö ß e n e b e n e n eine Z e i t l a n g betrachten,

Objekte entwickeln. Die Gesetze w ü r d e n Phä­

1 7 1

KAPITEL

8:

DER

GROSSE

ENTWURF

n o m e n e u n d Begriffe enthalten, die in den ur­

draten k o n s t r u i e r e n , die die gleiche R e c h n u n g

s p r ü n g l i c h e n G e s e t z e n nicht v o r k o m m e n . E t w a

ausführen k a n n - w i r d sie mit einem entspre­

Begriffe w i e « z u s a m m e n s t o ß e n » o d e r « b e w e ­

chenden Input gefüttert, d a s heißt in eine ent­

g e n » , die lediglich d a s L e b e n u n d den T o d ein­

s p r e c h e n d e L e b e n s w e l t - U m g e b u n g gesetzt, dann

zelner r u h e n d e r Q u a d r a t e b e s c h r e i b e n . W i e in

k a n n m a n d a r a n , w i e sie sich über die nächsten

u n s e r e m U n i v e r s u m h ä n g t i m Spiel des L e b e n s

G e n e r a t i o n e n e n t w i c k e l t hat, das E r g e b n i s der

Ihre W i r k l i c h k e i t v o n d e m M o d e l l a b , d a s Sie

betreffenden C o m p u t e r r e c h n u n g ablesen.

verwenden.

U m einen E i n d r u c k v o n diesen V o r g ä n g e n z u

C o n w a y u n d seine Studenten schufen diese

g e w i n n e n , w o l l e n w i r betrachten, w a s geschieht,

Welt, w e i l sie w i s s e n w o l l t e n , o b ein U n i v e r s u m

w e n n G l e i t e r auf einen einfachen B l o c k v o n

m i t G e s e t z e n , die s o einfach w i e die v o n ihnen

2 x 2 lebendigen Q u a d r a t e n geschossen w e r d e n .

festgelegten w a r e n , O b j e k t e enthalten k a n n , die

W e n n die G l e i t e r sich auf g e n a u die richtige

k o m p l e x g e n u g sind, u m sich fortzupflanzen.

Weise n ä h e r n , b e w e g t sich der B l o c k , der vor­

G i b t es in der L e b e n s w e l t z u s a m m e n g e s e t z t e

her s t a t i o n ä r w a r , e n t w e d e r ein p a a r Q u a d r a t e

O b j e k t e , die a n d e r e ihrer A r t h e r v o r b r i n g e n ,

auf die Gleiterquelle zu o d e r v o n ihr fort.

n a c h d e m sie den G e s e t z e n dieser Welt nur ei­

A u f diese Weise k a n n der B l o c k einen C o m ­

nige G e n e r a t i o n e n lang g e f o l g t sind? C o n w a y s

puterspeicher simulieren. T a t s ä c h l i c h lassen sich

Gruppe

k o n n t e nicht n u r b e w e i s e n , d a s s das

alle

Grundfunktionen

eines m o d e r n e n R e c h ­

m ö g l i c h ist, sie zeigte sogar, d a s s ein solches

ners, e t w a U N D - und O D E R - G a t t e r , ebenfalls

O b j e k t in g e w i s s e r Weise intelligent ist!

a u s G l e i t e r n n a c h b i l d e n . A u f diese Weise k ö n ­

W a s m e i n e n w i r d a m i t ? U m g e n a u z u sein,

nen mit G l e i t e r s t r ö m e n I n f o r m a t i o n e n gesendet

b e w e i s e n sie, dass die riesigen selbstreplizieren­

und verarbeitet w e r d e n . W i e in unserer Welt

den Z u s a m m e n s c h l ü s s e v o n Q u a d r a t e n

«uni­

sind diese selbstreproduzierenden M u s t e r k o m ­

unserem

p l e x e O b j e k t e . E i n e S c h ä t z u n g , die sich auf vor­

Z u s a m m e n h a n g heißt d a s : F ü r jede R e c h n u n g ,

a n g e h e n d e A r b e i t e n des M a t h e m a t i k e r s J o h n

die ein C o m p u t e r in unserer realen Welt g r u n d ­

v o n N e u m a n n stützt, setzt die M i n i m a l g r ö ß e

sätzlich ausführen k a n n , k a n n m a n i m Spiel des

eines selbstreplizierenden M u s t e r s im Spiel des

L e b e n s eine A n o r d n u n g v o n l e b e n d i g e n Q u a ­

L e b e n s mit zehn Billionen Q u a d r a t e n an - das

verselle T u r i n g m a s c h i n e n »

sind.

In

L72

KAPITEL

8:

DER

GROSSE

entspricht ungefähr der Z a h l der M o l e k ü l e in

ENTWURF

ANFANGSKONFIGURATION

einer einzigen menschlichen Z e l l e .

- Die Gleiterkanone der Gleiter.

M a n k a n n L e b e w e s e n als k o m p l e x e S y s t e m e v o n begrenzter G r ö ß e definieren, die stabil sind und sich fortpflanzen. D i e o b e n beschriebenen

173

ist

DER

rund zehn

GLEITERKANONE

Mal so

groß

wie

KAPITEL

DIE

GLEITERKANONE

NACH

1 1 6

8:

DER

GROSSE

ENTWURF

O b j e k t e erfüllen die R e p r o d u k t i o n s b e d i n g u n g ,

GENERATIO­

sind a b e r w o h l nicht stabil: V e r m u t l i c h w ü r d e

N E N - Im Laufe der Zeit verändert die Gleiterka­ none ihre Form, emittiert einen Gleiter und kehrt zu ihrer ursprünglichen Form und Position zurück, um diesen Prozess dann endlos fortzusetzen.

eine kleine S t ö r u n g v o n außen den empfindli­ chen M e c h a n i s m u s ruinieren. D o c h m a n k a n n sich leicht vorstellen, dass e t w a s k o m p l e x e r e

174

KAPITEL

8:

DER

GROSSE

ENTWURF

A u ß e r i r d i s c h e r v o n der G r ö ß e eines M e n s c h e n ­

Gesetze auch k o m p l e x e r e S y s t e m e mit allen E i ­ genschaften des L e b e n s e r m ö g l i c h e n . Stellen Sie

a u c h w e n n er ein R o b o t e r w ä r e - r u n d t a u s e n d

sich ein G e b i l d e dieser A r t vor, ein O b j e k t in

B i l l i o n e n Billionen Teilchen enthielte, k ö n n t e n

einer C o n w a y - W e l t . E i n solches O b j e k t w ü r d e

w i r die G l e i c h u n g e n unter k e i n e n U m s t ä n d e n

auf U m w e l t r e i z e reagieren u n d d a h e r a u c h den

lösen u n d v o r h e r s a g e n , w a s e r tun w ü r d e . D e s ­

A n s c h e i n e r w e c k e n , E n t s c h e i d u n g e n zu fällen.

h a l b m ü s s e n w i r s a g e n , d a s s jedes k o m p l e x e

W ü r d e solches L e b e n sich seiner selbst b e w u s s t

Wesen einen freien W i l l e n hat, w o m i t w i r keine

sein; w ü r d e es I c h - B e w u s s t s e i n besitzen? An

fundamentale Eigenschaft postulieren, sondern

dieser F r a g e scheiden sich die Geister. E i n i g e

eine p r a k t i s c h e T h e o r i e f o r m u l i e r e n , mit der

behaupten, dass I c h - B e w u s s t s e i n eine B e s o n d e r ­

w i r eingestehen, d a s s w i r die z u V o r h e r s a g e n

heit des M e n s c h e n sei. Es sei die B a s i s des freien

seiner H a n d l u n g e n erforderlichen R e c h n u n g e n

Willens, der F ä h i g k e i t , z w i s c h e n verschiedenen

nicht d u r c h f ü h r e n k ö n n e n .

H a n d l u n g e n zu w ä h l e n .

D a s B e i s p i e l v o n C o n w a y s Spiel des L e b e n s

Wie k ö n n e n w i r entscheiden, o b ein Wesen

zeigt, dass selbst ein sehr einfacher Satz v o n G e ­

einen freien Willen besitzt? W i e k ö n n e n w i r

setzen ähnlich k o m p l e x e E i g e n s c h a f t e n h e r v o r ­

entscheiden, o b w i r e s mit einem R o b o t e r o d e r

rufen k a n n , w i e sie intelligentes L e b e n a u f w e i s t .

einem

haben,

E s m u s s viele Sätze v o n G e s e t z e n mit diesen E i ­

w e n n w i r einem A u ß e r i r d i s c h e n begegneten?

genschaften g e b e n . W a s w ä h l t die f u n d a m e n t a ­

D a s Verhalten eines R o b o t e r s w ä r e , a n d e r s als

len G e s e t z e a u s , die unser U n i v e r s u m regieren?

das eines Wesens mit freiem W i l l e n , v o l l k o m ­

W i e i n C o n w a y s U n i v e r s u m b e s t i m m e n die G e ­

intelligenten

G e s c h ö p f zu

tun

men determiniert. Folglich k ö n n t e n w i r einen

setze unseres U n i v e r s u m s die E v o l u t i o n des S y s ­

R o b o t e r im Prinzip d a r a n e r k e n n e n , dass sich

tems, w e n n der Z u s t a n d z u i r g e n d e i n e m Z e i t ­

seine H a n d l u n g e n v o r h e r s a g e n lassen. W i e in

p u n k t g e g e b e n ist. I n C o n w a y s Welt sind w i r die

K a p i t e l 2 dargelegt, k ö n n t e d a s indessen so gut

S c h ö p f e r - w i r w ä h l e n den A n f a n g s z u s t a n d des

w i e u n m ö g l i c h sein, w e n n d a s Wesen g r o ß u n d

U n i v e r s u m s , i n d e m w i r a m A n f a n g des Spiels

k o m p l e x ist. W i r k ö n n e n n o c h nicht e i n m a l

die O b j e k t e u n d ihre P o s i t i o n e n a n g e b e n .

die G l e i c h u n g für drei o d e r m e h r m i t e i n a n d e r

In e i n e m realen U n i v e r s u m sind die P e n d a n t s

w e c h s e l w i r k e n d e Teilchen e x a k t lösen. D a ein

v o n O b j e k t e n w i e G l e i t e r n isolierte M a t e r i e k ö r ­

!75

KAPITEL

8:

DER

GROSSE

ENTWURF

per. J e d e r S a t z G e s e t z e , der eine kontinuierliche

m e r k o n s t a n t bleiben m u s s . D a s ist erforderlich,

Welt w i e die unsere beschreibt, besitzt einen

um d a s U n i v e r s u m l o k a l stabil zu m a c h e n - es

Energiebegriff. D a b e i ist die E n e r g i e eine E r h a l ­

so zu m a c h e n , dass D i n g e nicht einfach aus dem

t u n g s g r ö ß e , d a s heißt eine G r ö ß e , deren Wert

N i c h t s erscheinen k ö n n e n .

sich nicht mit der Z e i t v e r ä n d e r t . D i e E n e r g i e

Wenn

die

Gesamtenergie

des U n i v e r s u m s

des leeren R a u m s ist eine K o n s t a n t e , u n a b h ä n ­

i m m e r null bleiben m u s s und es Energie k o s ­

gig v o n Z e i t u n d Ort. W i r k ö n n e n diese k o n ­

tet, einen K ö r p e r zu erschaffen, w i e k a n n dann

stante

indem

ein ganzes U n i v e r s u m aus d e m N i c h t s hervor­

w i r die E n e r g i e eines beliebigen R a u m v o l u m e n s

g e b r a c h t w e r d e n ? H i e r liegt der G r u n d , w a r u m

relativ zur E n e r g i e des gleichen V o l u m e n s leeren

es eine N a t u r k r a f t w i e die G r a v i t a t i o n geben

R a u m s m e s s e n ; d a s entspricht der Freiheit, für

m u s s . D a die G r a v i t a t i o n anziehend w i r k t , ist

diese K o n s t a n t e den W e r t null z u w ä h l e n . E i n e

G r a v i t a t i o n s e n e r g i e negativ: W i r müssen A r b e i t

Vakuumenergie

herausrechnen,

B e d i n g u n g m u s s jedes N a t u r g e s e t z erfüllen: E s

leisten, um ein g r a v i t a t i v gebundenes System

m u s s a n g e b e n , d a s s die E n e r g i e eines v o n lee­

w i e die E r d e und den M o n d z u trennen. Diese

r e m R a u m u m g e b e n e n , isolierten K ö r p e r s p o s i ­

negative E n e r g i e k a n n die zur E r z e u g u n g v o n

tiv ist, d a s heißt, m a n m u s s A r b e i t leisten, um

M a t e r i e erforderliche positive Energie aufwie­

den K ö r p e r z u s a m m e n z u s e t z e n . W ä r e n ä m l i c h

gen, d o c h g a n z so einfach ist die Sache nicht.

die E n e r g i e eines isolierten K ö r p e r s negativ,

D i e negative G r a v i t a t i o n s e n e r g i e der E r d e be­

k ö n n t e e r i n einem Z u s t a n d der B e w e g u n g ge­

trägt w e n i g e r als ein M i l l i a r d s t e l der positiven

schaffen w e r d e n , s o d a s s seine n e g a t i v e E n e r g i e

E n e r g i e der M a t e r i e t e i l c h e n , a u s denen die Erde

e x a k t d u r c h die auf seine B e w e g u n g z u r ü c k g e ­

besteht. E i n K ö r p e r w i e ein Stern besitzt mehr

hende p o s i t i v e E n e r g i e a u f g e w o g e n w ü r d e . I n

negative G r a v i t a t i o n s e n e r g i e , und je kleiner er

diesem F a l l g ä b e e s keinen G r u n d , d a s s K ö r p e r

ist u n d je n ä h e r seine verschiedenen Teile bei­

nicht ü b e r a l l und n i r g e n d s erscheinen k ö n n t e n .

einander sind, desto größer w i r d diese negative

D a h e r w ä r e der leere R a u m instabil. D o c h w e n n

G r a v i t a t i o n s e n e r g i e sein. D o c h b e v o r sie g r ö ­

es E n e r g i e kostet, einen isolierten K ö r p e r zu er­

ßer als die p o s i t i v e E n e r g i e der M a t e r i e w e r d e n

schaffen, k a n n diese Instabilität nicht auftreten,

k a n n , stürzt der Stern zu einem S c h w a r z e n L o c h

w e i l die E n e r g i e des U n i v e r s u m s , w i e g e s a g t , im­

z u s a m m e n , und S c h w a r z e L ö c h e r haben posi­

176

KAPITEL

8:

DER

GROSSE

ENTWURF

tive E n e r g i e . D e s h a l b ist der leere R a u m stabil.

h e r s a g e n k a n n , w e n n sie eine s o g e n a n n t e S u ­

K ö r p e r w i e Sterne o d e r S c h w a r z e L ö c h e r k ö n ­

p e r s y m m e t r i e z w i s c h e n den N a t u r k r ä f t e n u n d

nen nicht einfach a u s d e m N i c h t s erscheinen.

der M a t e r i e a u f w e i s t , a u f die sie e i n w i r k e n . D i e

Ein ganzes U n i v e r s u m a b e r s c h o n .

M - T h e o r i e ist die a l l g e m e i n s t e s u p e r s y m m e t r i ­

D a die G r a v i t a t i o n R a u m u n d Z e i t formt,

sche G r a v i t a t i o n s t h e o r i e . A u s diesen G r ü n d e n

ermöglicht sie der R a u m z e i t , l o k a l stabil, a b e r

ist die M - T h e o r i e der einzige K a n d i d a t für eine

g l o b a l instabil zu sein. A u f der G r ö ß e n e b e n e

v o l l s t ä n d i g e T h e o r i e des U n i v e r s u m s . W e n n sie

des ganzen U n i v e r s u m s kann die p o s i t i v e Ener­

endlich ist - u n d d a s gilt es n o c h zu b e w e i s e n -,

gie der M a t e r i e d u r c h negative G r a v i t a t i o n s ­

d a n n ist sie d a s M o d e l l eines U n i v e r s u m s , d a s

energie a u f g e w o g e n w e r d e n , und d a h e r gibt es

sich selbst erschafft. W i r m ü s s e n ein Teil dieses

keine B e s c h r ä n k u n g für die E r z e u g u n g g a n z e r

U n i v e r s u m s sein, w e i l es k e i n a n d e r e s k o n s i s ­

Universen. D a e s ein G e s e t z w i e d a s der G r a ­

tentes M o d e l l gibt.

vitation gibt, k a n n u n d w i r d sich d a s Univer­

D i e M - T h e o r i e ist die vereinheitlichte T h e o ­

sum auf die in K a p i t e l 6 beschriebene Weise a u s

rie, die Einstein zu finden hoffte. D i e T a t s a c h e ,

dem N i c h t s erzeugen. S p o n t a n e E r z e u g u n g ist

dass w i r - M e n s c h e n , die w i r selbst n u r eine A n ­

der G r u n d , w a r u m e t w a s ist u n d nicht einfach

s a m m l u n g f u n d a m e n t a l e r N a t u r t e i l c h e n sind ­

nichts, w a r u m e s d a s U n i v e r s u m gibt, w a r u m e s

d e m V e r s t ä n d n i s der G e s e t z e , die uns u n d unser

uns gibt. Es ist nicht nötig, G o t t als den ersten

U n i v e r s u m regieren, s o n a h e g e k o m m e n sind,

B e w e g e r zu b e m ü h e n , der d a s L i c h t entzündet

ist ein g r o ß e r T r i u m p h . D o c h vielleicht ist es

und das U n i v e r s u m in G a n g gesetzt hat.

das eigentliche W u n d e r , d a s s a b s t r a k t e logische Überlegungen

W a r u m sind die f u n d a m e n t a l e n G e s e t z e s o ,

zu

einer

einheitlichen

Theorie

w i e w i r sie beschrieben h a b e n ? D i e letztgültige

führten, die ein U n i v e r s u m mit der g a n z e n über­

T h e o r i e des U n i v e r s u m s m u s s konsistent sein

w ä l t i g e n d e n V i e l f a l t v o r h e r s a g t u n d beschreibt,

und endliche Werte für die G r ö ß e n v o r h e r s a ­

die w i r v o r A u g e n h a b e n . W e n n die T h e o r i e

gen, die w i r messen k ö n n e n . W i r h a b e n gese­

d u r c h B e o b a c h t u n g bestätigt w i r d , ist sie der er­

hen, dass es ein G e s e t z w i e d a s der G r a v i t a t i o n

folgreiche A b s c h l u s s einer S u c h e , die v o r m e h r

geben m u s s , und in K a p i t e l 5 erfahren, d a s s eine

als 3 0 0 0 J a h r e n b e g o n n e n hat. D a n n h a b e n w i r

G r a v i t a t i o n s t h e o r i e endliche G r ö ß e n nur vor­

den G r o ß e n E n t w u r f gefunden.

177

DANKSAGUNG

D im

ein E n t w u r f zu­

mit der d u jede Einzelheit behandelt hast. U n d

g r u n d e , und g e n a u s o einem B u c h . D o c h

a n S i d n e y H a r r i s : für die w u n d e r v o l l e n K a r i k a ­

E M

UNIVERSUM

LIEGT

erscheint ein

turen u n d für d a s g r o ß e V e r s t ä n d n i s für die F r a ­

B u c h nicht s p o n t a n aus d e m N i c h t s . E i n B u c h

Gegensatz zum Universum

gen, mit denen W i s s e n s c h a f t l e r zu tun h a b e n .

braucht einen Schöpfer, u n d diese A u f g a b e fällt

In einem a n d e r e n U n i v e r s u m hättest du P h y s i ­

nicht allein seinen A u t o r e n zu. D a h e r m ö c h t e n

ker w e r d e n k ö n n e n . F e r n e r d a n k e n w i r unseren

w i r zuallererst unseren L e k t o r i n n e n B e t h R a s h -

A g e n t e n A I Z u c k e r m a n u n d S u s a n G i n s b u r g für

b a u m und A n n H a r r i s für ihre fast unendliche

ihre U n t e r s t ü t z u n g u n d E r m u t i g u n g . E s w a r e n

G e d u l d d a n k e n . Sie w a r e n unsere Schüler, w e n n

v o r a l l e m z w e i B o t s c h a f t e n , die w i r f o r t w ä h ­

w i r Schüler b r a u c h t e n , unsere Lehrer, w e n n w i r

rend v o n ihnen erhielten: « E s ist jetzt Z e i t , das

L e h r e r brauchten, und unsere Antreiber, w e n n

Buch zu beenden», und:

w i r A n t r e i b e r brauchten. Sie vertieften sich in

G e d a n k e n , w a n n d a s B u c h fertig w i r d , i r g e n d ­

das

Manuskript

und

taten

es

« M a c h t euch keine

unverdrossen,

w a n n w i r d e s s c h o n k l a p p e n . » U n d sie w a r e n

egal, ob es um ein K o m m a ging o d e r die Ver­

k l u g g e n u g z u w i s s e n , w a n n sie w a s z u s a g e n

deutlichung e b e n s o k o m p l e x e r w i e s c h w e r v e r ­

hatten.

ständlicher F o r m u l i e r u n g e n .

U n d schließlich gilt unser D a n k Stephens

D a n k schulden w i r a u c h M a r k Hillery, der

p e r s ö n l i c h e r Assistentin J u d i t h C r o a s d e l l , sei­

so freundlich w a r , g r o ß e Teile des M a n u s k r i p t s

ner C o m p u t e r h i l f e S a m B l a c k b u r n u n d J o a n

zu lesen und w e r t v o l l e A n r e g u n g e n zu liefern;

G o d w i n . Sie leisteten nicht n u r m o r a l i s c h e U n ­

C a r o l e L o w e n s t e i n , die entscheidend z u m L a y ­

terstützung, s o n d e r n a u c h p r a k t i s c h e u n d tech­

out beitrug; D a v i d S t e v e n s o n , d e m die G e s t a l ­

nische H i l f e , o h n e die w i r dieses B u c h nicht

tung des B u c h d e c k e l s o b l a g ; u n d L o r e n N o v e c k ,

hätten

deren L i e b e z u m D e t a i l uns m a n c h e n R e c h t ­

sie immer, w o die besten P u b s w a r e n .

schreibfehler erspart hat, die w i r nur höchst ungern hätten in D r u c k gehen sehen. G r o ß e n D a n k a u c h an Peter B o l l i n g e r : dafür, d a s s du in deinen A b b i l d u n g e n K u n s t u n d W i s s e n s c h a f t z u s a m m e n g e b r a c h t hast, u n d für die S o r g f a l t ,

179

schreiben k ö n n e n .

Außerdem wussten

GLOSSAR

Anthropisches Prinzip ­ die Ü b e r l e g u n g , d a s s

Bottom-up-Ansatz - in der K o s m o l o g i e die A n ­

die S c h l u s s f o l g e r u n g e n , die w i r ü b e r die in un­

n a h m e , dass es eine einzige G e s c h i c h t e mit ei­

serem U n i v e r s u m m a n i f e s t e n G e s e t z e der P h y ­

n e m wohldefinierten A u s g a n g s p u n k t gibt und

sik ziehen, implizit unsere E x i s t e n z v o r a u s s e t ­

dass sich der derzeitige Z u s t a n d des Univer­

zen.

s u m s aus diesem A n f a n g e n t w i c k e l t hat.

Antimaterie ­ jedes M a t e r i e t e i l c h e n besitzt ein e n t s p r e c h e n d e s A n t i t e i l c h e n . W e n n sie sich

Elektromagnetische Kraft ­ die zweitstärkste

b e g e g n e n , heben sich Teilchen u n d entspre­

der vier N a t u r k r ä f t e . Sie w i r k t z w i s c h e n Teil­

c h e n d e A n t i t e i l c h e n unter Z u r ü c k l a s s u n g rei­

chen m i t elektrischen L a d u n g e n .

ner E n e r g i e gegenseitig auf.

Elektron ­ ein f u n d a m e n t a l e s M a t e r i e t e i l c h e n ,

Asymptotische Freiheit ­ die E i g e n s c h a f t der

d a s eine n e g a t i v e L a d u n g hat u n d für die che­

s t a r k e n K r a f t , bei k u r z e n A b s t ä n d e n s c h w ä ­

mischen Eigenschaften der Elemente verant­

cher z u w e r d e n . D a h e r k ö n n e n sich Q u a r k s ,

w o r t l i c h ist.

o b w o h l d u r c h die starke K r a f t i n den K e r n ­ b a u s t e i n e n g e b u n d e n , i n n e r h a l b dieser B a u ­ steine

(Protonen, Neutronen)

Fermion - ein f u n d a m e n t a l e s M a t e r i e t e i l c h e n .

b e w e g e n , als

w ü r d e ü b e r h a u p t keine K r a f t auf sie einwir­

Galaxie ­ ein g r o ß e s S y s t e m a u s Sternen, inter­

ken.

stellarer M a t e r i e u n d d u n k l e r M a t e r i e , das

Atom ­ die G r u n d e i n h e i t g e w ö h n l i c h e r M a t e ­

v o n der G r a v i t a t i o n z u s a m m e n g e h a l t e n w i r d .

rie, die a u s einem K e r n m i t seinen P r o t o n e n

Gravitation ­ die s c h w ä c h s t e der vier N a t u r ­

und Neutronen

und

den ihn

umkreisenden

kräfte. Sie sorgt für die A n z i e h u n g zwischen

E l e k t r o n e n besteht.

O b j e k t e n mit M a s s e .

Baryonen - E l e m e n t a r t e i l c h e n , die, w i e z u m B e i ­

Heisenberg'sche Unschärferelation - ein G e s e t z

spiel P r o t o n o d e r N e u t r o n , a u s j e drei Q u a r k s

der Q u a n t e n t h e o r i e , n a c h d e m bestimmte P a a ­

bestehen.

re p h y s i k a l i s c h e r Eigenschaften nicht gleich­

Boson - ein E l e m e n t a r t e i l c h e n , d a s eine K r a f t

zeitig mit beliebiger G e n a u i g k e i t gemessen

überträgt.

werden können.

180

GLOSSAR

Q u a n t e n t h e o r i e - eine T h e o r i e ,

K e i n - R a n d - B e d i n g u n g - die T h e s e , dass die G e ­

in der jedes

O b j e k t m e h r als nur eine einzige eindeutige

schichten des U n i v e r s u m s g e s c h l o s s e n e F l ä ­

G e s c h i c h t e hat.

chen ohne einen A n f a n g , einen R a n d sind.

Q u a r k - ein E l e m e n t a r t e i l c h e n mit einer g e b r o ­

K l a s s i s c h e P h y s i k - jede p h y s i k a l i s c h e T h e o r i e , die d a v o n ausgeht, das U n i v e r s u m h a b e eine

c h e n z a h l i g e n elektrischen L a d u n g ,

einzige, wohldefinierte G e s c h i c h t e .

starken

Kraft

unterliegt.

Sowohl

das

der

Protonen

w i e N e u t r o n e n bestehen a u s j e drei Q u a r k s .

K o s m o l o g i s c h e K o n s t a n t e - ein P a r a m e t e r in Einsteins G l e i c h u n g e n , der der R a u m z e i t eine

R a u m z e i t - ein m a t h e m a t i s c h e r R a u m , dessen

inhärente E x p a n s i o n s t e n d e n z verleiht.

P u n k t e s o w o h l d u r c h r ä u m l i c h e w i e a u c h eine zeitliche K o o r d i n a t e b e s t i m m t w e r d e n .

M e s o n - Elementarteilchen, d a s je a u s einem

R e n o r m i e r u n g - eine m a t h e m a t i s c h e T e c h n i k ,

Q u a r k und A n t i q u a r k besteht.

mit deren H i l f e m a n die in Q u a n t e n t h e o r i e n

M - T h e o r i e - fundamentale p h y s i k a l i s c h e T h e o ­

entstehenden

rie; K a n d i d a t für eine T h e o r i e v o n A l l e m .

Unendlichkeiten

in

den

Griff

bekommen möchte.

M u l t i v e r s u m - die M e n g e aller U n i v e r s e n .

N e u t r i n o - ein e x t r e m leichtes E l e m e n t a r t e i l ­

S c h e i n b a r e G e s e t z e - die G e s e t z e , die sich in un­

chen, das nur der s c h w a c h e n K e r n k r a f t u n d

serem U n i v e r s u m manifestieren; die G e s e t z e

der G r a v i t a t i o n u n t e r w o r f e n ist.

der vier K r ä f t e u n d die P a r a m e t e r w i e M a s s e u n d L a d u n g , die die E l e m e n t a r t e i l c h e n c h a ­

N e u t r o n - elektrisch neutrale Sorte v o n B a r y o ­ nen.

Neutronen

rakterisieren, im G e g e n s a t z zu den f u n d a m e n ­

bilden z u s a m m e n m i t den

taleren G e s e t z e n der M - T h e o r i e , die v e r s c h i e ­

P r o t o n e n die A t o m k e r n e .

dene U n i v e r s e n mit v e r s c h i e d e n e n G e s e t z e n zulassen.

P h o t o n - B o s o n , d a s die e l e k t r o m a g n e t i s c h e

S c h w a c h e K e r n k r a f t - eine der v i e r N a t u r k r ä f t e .

K r a f t überträgt. Q u a n t e n t e i l c h e n des L i c h t s . P r o t o n - elektrisch positiv g e l a d e n e r T y p v o n

D i e s c h w a c h e K r a f t ist v e r a n t w o r t l i c h für be­

B a r y o n . P r o t o n e n bilden z u s a m m e n mit N e u ­

stimmte S o r t e n v o n R a d i o a k t i v i t ä t u n d spielt

tronen die K e r n e v o n A t o m e n .

eine entscheidende R o l l e bei der E l e m e n t ­

a l

GLOSSAR

entstehung in Sternen und im frühen U n i v e r ­

S u p e r s y m m e t r i e - eine besondere F o r m der S y m ­

sum.

metrie, die sich nicht auf die n o r m a l e n T r a n s ­

S c h w a r z e s L o c h - eine R e g i o n der R a u m z e i t , die

f o r m a t i o n e n des R a u m s zurückführen lässt.

infolge ihrer u n e r m e s s l i c h e n G r a v i t a t i o n s k r a f t

E i n e w i c h t i g e K o n s e q u e n z der S u p e r s y m m e ­

v o m R e s t des U n i v e r s u m s a b g e s c h n i t t e n ist.

trie ist, dass Kraftteilchen und Materieteil­

S i n g u l a r i t ä t - ein P u n k t in der R a u m z e i t , an d e m

chen, u n d d a m i t K r a f t und M a t e r i e , in Wahr­

eine p h y s i k a l i s c h e G r ö ß e u n e n d l i c h w i r d .

heit n u r z w e i Seiten einer M e d a i l l e sind.

S t a r k e K e r n k r a f t - die stärkste der v i e r N a t u r ­ kräfte. D i e s e K r a f t bindet die P r o t o n e n u n d

T o p - d o w n - A n s a t z - der k o s m o l o g i s c h e A n s a t z ,

N e u t r o n e n i n n e r h a l b des K e r n s eines A t o m s .

bei d e m m a n die G e s c h i c h t e des U n i v e r s u m s

Sie hält a u c h die P r o t o n e n u n d N e u t r o n e n

v o n « o b e n n a c h unten» verfolgt, das heißt

selbst z u s a m m e n , w a s erforderlich ist, w e i l die­

r ü c k w ä r t s v o m g e g e n w ä r t i g e n Z e i t p u n k t aus.

s e a u s n o c h w i n z i g e r e n Teilchen, den Q u a r k s , bestehen.

U r k n a l l - der dichte, heiße A n f a n g des Uni­

Stringtheorie - E i n e p h y s i k a l i s c h e T h e o r i e , in

v e r s u m s . N a c h der U r k n a l l t h e o r i e hatte das

der Teilchen als S c h w i n g u n g s m u s t e r beschrie­

U n i v e r s u m , d a s w i r heute sehen k ö n n e n , v o r

ben w e r d e n , die eine L ä n g e , a b e r k e i n e H ö h e

L 3 , 7 M i l l i a r d e n J a h r e n einen D u r c h m e s s e r

oder

unendlich

v o n lediglich w e n i g e n M i l l i m e t e r n . H e u t e ist

S u m m e ü b e r alle G e s c h i c h t e n - eine F o r m u l i e ­

a b e r w i r k ö n n e n die Überreste dieser frühen

r u n g der Q u a n t e n t h e o r i e , bei der die W a h r ­

P e r i o d e als k o s m i s c h e M i k r o w e l l e n - H i n t e r ­

Breite h a b e n - w i e

Stücke

d ü n n e r Saiten.

scheinlichkeit einer

das Universum

beliebigen B e o b a c h t u n g

weitaus größer

und

kälter,

g r u n d s t r a h l u n g b e o b a c h t e n , die den g e s a m ­

a u s allen m ö g l i c h e n G e s c h i c h t e n hergeleitet

ten R a u m erfüllt.

w i r d , die zu dieser B e o b a c h t u n g hätten füh­ ren k ö n n e n .

W a h r s c h e i n l i c h k e i t s a m p l i t u d e - in der Q u a n t e n ­

S u p e r g r a v i t a t i o n - eine G r a v i t a t i o n s t h e o r i e , die

theorie eine k o m p l e x e Z a h l , deren Betrags­

eine spezifische zusätzliche S y m m e t r i e besitzt,

q u a d r a t eine W a h r s c h e i n l i c h k e i t angibt.

n ä m l i c h die s o g e n a n n t e S u p e r s y m m e t r i e .

iSz

REGISTER

Kursiv

gedruckte

weisen

Seitenzahlen

ver­

auf Abbildungen.

A u ß e r i r d i s c h e 4 1 f., 4 8 , 8 8 , 9 1 ,

Billardtisch

175 axiomatisches System 24

B l i n k e r 168, 1 7 0 f.

131,132

B o s o n e n 1 0 4 f. Bottom-up-Kosmologie 1 4 0 , 1 4 2

«42» 1 5 alternative G e s c h i c h t e n

B a l l o n - U n i v e r s u m 1 2 4 , 125, 1 2 6 ,

58

* S u m m e über alle G e s c h i c h t e n ; Universum, Geschichten Altes Testament

124,161

Caenorhabditis

Carroll, John W. 31

- relativ zur U h r r u h e n d e

Anfangszustand 7 1 , 1 7 3 , 1 7 6

- v e r s c h i e d e n e Z e i t e n m e s ­

CERN

sende

98

-* L e b e n , intelligentes

- z w e i relativ z u e i n a n d e r bewegte 96, 98, 1 0 0 -> Rela­

-* Quarks

1 2 9 f., 1 3 8 f. C o n w a y , J o h n 1 6 8 f., 1 7 2 , 1 7 5 f .

Davisson, Clinton 66 Davisson-Germer-Experiment 69 43 81-83,140

-> U n i v e r s u m , G e s c h i c h t e

Aristarch 2 5 , 39f. Aristoteles 2 1 , 2 6 - 2 8 , 3 2 , 3 6 ,

- W e c h s e l w i r k u n g mit Beobachtetem 80, 1 3 5

Z

50,

54

revolutionibus

tium

orbium

coeles­

40

Determinismus, wissenschaft­

Äthermodell

A t o m e 2 5 f., 4 4 , 4 7 , 5 6 , 6 3 , 6 6 ,

De

Descartes, Rene 2 9 , 3 2 , 3 4 , 3 6

Bewegungsgesetze,

94-96

D e m o k r i t 24 f.

Bewegung, absolute 93

asymptotische Freiheit 1 1 0 -> Lichtäther

-> D o p p e l s p a l t e x p e r i m e n t Davy, Humphrey 88

Berkeley, G e o r g e 4 4 B e w e g u n g , relative 9 6 - 9 8 , 1 0 0 Newton'sche 29, 1 0 1 , 1 6 7 Bezugssystem, 4 3 , 58, 9 1 , 9 3 , 9 6 - b e w e g t e s 9 3 - > R e l a t i v i t ä t s ­ theorie, spezielle

Atomkern 1 0 4 , 1 1 0 , 1 5 8 f .

- für d a s g a n z e U n i v e r s u m 93

Atomuhr

- verzerrtes

Augustinus von H i p p o 49

9

Darwin, Charles 1 6 3

- V e r g a n g e n h e i t

A r c h i m e d e s 23 f.

99

3

Temperaturschwankungen

- G e g e n w a r t 8 1 Quantenphysik

modellabhängiger

69, 1 0 4 , 1 6 8

-

Beobachtung, verändernde 78 - M e s s u n g in der

Antirealist 44 -> R e a l i s m u s ,

Atomismus 25

110

tivitätstheorie, spezielle

kes 1 5 4 , 1 5 8 , 1 6 2 Antiquarks 48, 1 1 0

3 9 1 - , 5 > 93, 1 3 5 , 1 6 1 - T h e o r i e der vier Elemente

34

hintergrundstrahlung) 1 2 7 - 1 3 0 , i

- w a h r n e h m e n d e 3 6 , 4 3 , 4 5

elegans

C M B (kosmische M i k r o w e l l e n ­

97

ches 1 5 2 - 1 5 4 , 1 6 2 anthropisches Prinzip, star­

Fullerene

Beobachter 1 5 , 2 7 , 29, 4 4 - 4 6 , 5 2 ,

A n f a n g s b e d i n g u n g e n 29 f., 1 6 9 f. anthropisches Prinzip, s c h w a ­

61

Baryonen 1 1 0 , i r r 66, 8 1 , 9 3 , 1 0 3 , 1 3 6

Anaximander 24, 26

Buckyballs

1 3 6 -> Universum, Expansion

licher 3 3 , 3 6 , 7 1 , 1 6 7 Doppelspaltexperiment 6 1 , 6 3 , 73 f., 8 2 f . -> F u l l e r e n e - G e h e i m n i s der Quantenmechanik 63 - q u a n t e n m e c h a n i s c h e Beschreibung 7 4 - 7 8 Doppelspaltfußball

39

Bibel 4 o f . , 5 0 , 8 7

183

Doppelspaltgerät

64 72

REGISTER

Doppelsternsystem 1 4 7

- L a d u n g io8f., 1 1 8 , 1 4 T - 1 4 3

- P l a n e t e n b a h n e n im

- Masse 1 4 1 , 1 4 3

Drei-Alpha-Prozess

148 156-158

elektroschwache Kraft

110,113

-> T e i l c h e n . . . Eddington, Arthur

Einstein, A l b e r t 3 6 , 5 2 , 5 6 , 7 1 , 7 3 , 96 f., 1 6 0 , 1 6 3 f., 1 7 7 Einstein-Gleichungen 1 2 7 , 1 6 0

164

-gekrümmte 1 1 6

•Raumzeit­

krümmung

elliptische Bahnen 2 7 , 1 4 7 - 1 4 9 , 159

82

Extradimensionen 1 1 6 f. - a u f g e w i c k e l t e 1 1 8 f., 1 4 1 f .

- L a d u n g e n u n d M a s s e n 1 4 2 ,

124

« E x p e r i m e n t mit verzögerter Wahl»

E l e m e n t a r t e i l c h e n 5 1 , 1 0 4 f .

D u a l i t ä t 5 8 , 66 f.

• Universum,

Expansion

-> schwache Kraft

-> K o h l e n s t o f f

Expansion

• Planetenbahnen

Exzentrizität (Bahnexzentrizität) T

4 7

f . , 149, 1 5 0 , 1 5 3

Empedokles 24

Einstein'sche G r a v i t a t i o n s ­

E n e r g i e 1 4 , 5 3 , 1 0 3 f., 1 0 7 f.,

theorie 1 0 0 - 1 0 3 , 1 6 7 ->• G r a v i t a t i o n . . . ; R e l a t i v i t ä t s ­

1 1 3 f., 1 3 2 , 1 5 0 , 1 5 6 f. -negative

theorie . . .

i76f.

Faraday, Michael 8 8 - 9 0 Feld 8 8 , 90f., 1 0 4 , 1 1 3 * Kraftfeld;

Quantenfeldtheorien

elektrische K r a f t 8 7 - 9 0 , 1 5 8 , 1 6 3

- p o s i t i v e 1 7 6 t.

Fermionen 1 0 5

- aufgehobene

-verzerrte

Feynman, Richard 1 2 , 6 3 , 7 3 - 7 8 ,

87

101,132,134

elektrische L a d u n g 8 7 , 9 0 , 1 0 4

Energieerhaltung 1 7 6

- bewegte 8 8

Epikur 1 9 , 2 5

- K l e i n b u s J09

elektromagnetische Kraft 88, 90,

Epizyklus 40, 5 1

Feynman-Diagramm

1 0 3 - 1 0 5 , n3f., 158, 163 e l e k t r o m a g n e t i s c h e Wellen 9 1 , 93 f. e l e k t r o m a g n e t i s c h e s Feld

90f.,

1 0 4 > Feld; K r a f t f e l d Elektromagnetismus 88, 90, 1 0 3 f. - Q u a n t e n v e r s i o n 6 5 , 1 0 3 f. *

Quantenelektrodynamik

80, 82, 1 0 4 , 1 3 5

Erdachse, Neigung 1 4 8 Erde T 3 , 1 9 , 2 1 , 2 5 , 3 0 , 3 5 , 3 9 ,

- a u f a d d i e r t e T07f.

44» 8 7 , 9 3 , 9 8 , i o i f . , 1 1 9 , 1 5 0 ,

- g e s c h l o s s e n e Schleifen 1 0 7 , 1 1 4

1 6 2 , 1 7 6 • kopernikanisches

- unendlich viele 1 0 7

Modell

F e y n m a n - P f a d e 7 7 ^ , 7 9 * Teil­

- B a h n um die S o n n e 4 5 , 93 f.,

chenwege

1 4 8 - 1 5 0 , 153 ->

- A d d i t i o n 76

Planetenbahnen

Feynman-Summe 7 7 , 1 0 7 , 140f.,

- durch den Ä t h e r eilende 94

143

- und Licht 8 3 , 9 0 , 1 6 3

-lebensfreundliche

Geschichten

- vereinigt mit der s c h w a c h e n

- Scheibe 4 1 , 1 3 3

(QED)

K r a f t 1 1 0 , 1 1 2 ->• e l e k t r o s c h w a ­ che K r a f t E l e k t r o n e n 4 6 - 4 8 , 5 6 , 6 7 , 69f., 72, 75, 107 - a n e i n a n d e r gestreute 1 0 5 f.

1 0 5 , 106,

114

143,152-154

- u n b e w e g t e 3 9 , 41

> S u m m e über alle

Finsternisse 1 9 , 2 0

• ptolemä­

isches M o d e l l

F i t z G e r a l d , G e o r g e Francis 9 6

Fowler, William 1 5 8

Euklid 24

freier Wille 2 5 , 3 4 f., 1 7 5

euklidische G e o m e t r i e 1 0 1

- Illusion 35

Evolutionstheorie 24

F r i e d m a n n , A l e x a n d e r 1 26 f.

184

REGISTER

Friedmanns Modell­ universum 1 2 6 f.

- nicht benötigter 1 6 3 , 1 6 7 f . , 1 7 7

holografisches Prinzip 43

G ö t t e r und M y t h e n

Hoyle, Fred 1 2 7 , 1 5 5 , 1 5 7 f .

1 9 - 2 3 , 26,

50, 1 2 3 , 1 4 7 , 1 6 1 , 1 6 7

Fuller, B u c k m i n s t e r 6 1 Fullerene 6 1 f., 6 2 , 6 3 , 6 7 , 6 S , 6 9 ,

Gottesbeweis 2 7 , 1 3 5 , 1 6 1

Hubble, Edwin 5 3 , 1 2 4 , 1 2 7 Hume, David 44

- kausaler 1 6 8

7 1 f., 7 5 , 8 1 Fulleren-Fußball

göttliche Intervention 1 5 , 2 5 , 8 7 ,

65, 73

Gravitation, Galaxien 50, 1 3 6 , 1 3 9 , 1 4 3 , 1 5 4 -Fluchtgeschwindigkeit

53,124­

1 2 6 -> Universum, Expansion - kosmologische Konstante 1 6 0 Galaxienspektrum 5 3 , 1 2 4 Galilei, G a l i l e o 2 6 , 2 9 , 3 2 , 3 6 , 4 1 ,

Quantentheorie

der 6 5 , i i 3 f . , 1 2 9 , 1 3 1 , 1 3 5 Gravitationsanziehung 3 2 , 1 0 2 ,

-traditionelle 1 3 0 Intelligent Design

162

Interferenz 5 4 f . 5 6 , 3 7 , 7 4 , 8 2 - d e s t r u k t i v e 5 6 , 63

104, 127, 138 G r a v i t a t i o n s e n e r g i e , nega­

-konstruktive

56,63

Interferenzmuster 6 9 , 7 3 , 7 5 ,

tive 1 7 6 f. Gravitationsgesetz 2 9 , 87, 1 0 1 , 1 0 4 , 1 5 9 , 1 7 7 - + Einstein'sche

5 1 . 87

Inflationstheorie 1 2 9 f., 1 3 7 f., 1 4 3 -> Universum, Expansion

167

F u ß b ä l l e , m o l e k u l a r e 63

8 1 f., 1 3 5 - > D o p p e l s p a l t ­

experiment

Gehirn 46, 66

Gravitationstheorie;

- aufgehobenes

-Deutungsstrukturen 45

Newton'sche Gravitations­

ionische W i s s e n s c h a f t 2 2 , 2 3

-Naturgesetze

80

theorie

34

Gravitationskraft 3 5 , 1 2 6 , 1 3 8 ,

Geodäten 1 0 2

J o h a n n e s X X I . (Papst) 2 8 f . Johnson, Samuel 44

Germer, Lester 66 - Antigravitationskraft

Gleiter 1 7 0 - 1 7 5

- aufaddierte 87, 1 0 4

Gleiterkanone

Gravitationswellen 1 0 3

Kathodenstrahlen

G r o ß e Vereinheitlichte T h e o r i e n

K e i n - R a n d - B e d i n g u n g 13 5 f.,

171,173/!

Goldfischkugel

Realität

Goldilocks-Zone 1 5 0 , 1 5 1 -* habitable Z o n e ; L e b e n , intelli­

160

Joshua 87

Gesetze -> N a t u r g e s e t z e

i42f., 1 6 2

(GUTs) 1 1 2 Großkreis 1 0 1 f.

Kepler, J o h a n n e s 2 7 , 2 9 , 3 2 , 1 4 8 ,

h a b i t a b l e Z o n e 1 5 0 f . ->• L e b e n ,

Klamath-Indianer 1 9 , 2 1

163

gentes Gott 1 1 , 1 5 , 2 9 , 49, 1 6 2

Klapsydra 24

intelligentes

- als M a t h e m a t i k e r 1 6 3 - als Würfelspieler

46, 47

71,138

-kosmisches Habitat 1 5 4 , 1 6 3

- und N a t u r g e s e t z e 3 2 f., 36

Heisenberg, Werner

G o t t , Schöpfer des

heliozentrisches M o d e l l 3 9 , 1 6 2

U n i v e r s u m s 1 3 3 f., 1 4 4 , 1 5 2 ,

-» kopernikanisches M o d e l l Helium 1 2 8 , 1 5 4 - 1 5 8

i62f., 1 6 7 - «Gottes Puppenstube»

69,113

28

Heraklit

26

Kohlenstoff

6 1 f., 1 5 3 - 1 5 7

-> D r e i - A l p h a - P r o z e s s - vernichteter 1 5 8 kopernikanisches Modell 162 Kopernikus, Nikolaus 40

185

40 f.,

REGISTER

K o r p u s k e l t h e o r i e 4 7 , 54 f.

- schneller als 1 2 9

kosmische Mikrowellen-Hinter­

- Schwankungen

grundstrahlung - > C M B

Lichtimpuls

modellabhängiger Realismus 1 2 , 4 2 , 44-46, 48, 57f., T I 8 , 1 6 8

95

Modelluniversen 1 3 , 1 5 8

96-98

• Universum...

Kosmologie 1 3 8 , i4of., i 6 i f .

Lichtjahr 5 0 , 8 1

kosmologische Konstante T6O

Lithium 1 2 8 , i 5 4 f .

Kraftfeld 88, 89, 90, 1 0 4

Lorentz, Hendrik Antoon 96

M o n d 1 9 , 2 5 , 87, 1 2 3 , 1 2 6 , 1 4 7 ,

Magnetfeld Lamb-Verschiebung 1 0 8 Laplace, Pierre-Simon M a r q u i s

Morely, Edward 94

88

magnetische Kraft 8 7 - 9 0 , 1 6 3 -»• E l e k t r o m a g n e t i s m u s - a u f g e h o b e n e

de 3 3

- u n d L i c h t 90

L e b e n , intelligentes 1 4 7 , 1 5 z ,

Matrix (Film)

1 5 4 f . , 1 6 0 , 1 7 5 ~ > anthropisches des

5

41

sell

M a x w e l l , J a m e s C l e r k 9 0 , 9 3 f.,

- E n t f e r n u n g der E r d e zur Sonne 1 5 0 , 1 5 1 - g ü n s t i g e B e d i n g u n g e n 1 4 9 , 1 5 3 f., 1 5 8 1 . -Kohlenstoffbasis

153-156

- spontane Entwicklung 1 5 5 Lemaitre, Georges 1 2 7

93 menschliches Verhalten 3 4 - 3 6

M-Theorie-Familie 1 3

Mercator-Projektion 1 3 , 1 4

- als N e t z v o n T h e o r i e n 58

Mesonen

- v o l l s t ä n d i g e T h e o r i e des

110, 1 1 1

Universums 1 3 , 1 7 7

Michelson, Albert 94

Multiversum-Konzept 1 3 6 , 1 3 7 ,

Michelson-Morely-

161-163

Experiment 94, 96 Mikrowellen 9 1 , 1 2 8 , 1 4 3

-•Elektromagnetismus

Mikrowellenhintergrund 1 2 7 ,

163 5 4 - 5 6 , 67f.,

105 -Wellentheorie

Lichtäther 9 3 - 9 5 , 9 5 , 1 0 0 - relative B e w e g u n g z u m 94 L i c h t g e s c h w i n d i g k e i t 9 0 , 9 3 - 9 6 , 100, 130

M y t h e n und G ö t t e r

1 9 - 2 3 , 26,

Milchstraße 9 2 , 1 2 9 M o d e l l , wissenschaftliches 1 3 ,

55^,67-69,94

> S u m m e über alle

Geschichten 50, 1 2 3 , 1 4 7 , 1 6 1 , 1 6 7

1 3 8 , 139 » C M B

-Teilchentheorie

-» G o t t , S c h ö p f e r des Universums

L i c h t 4 6 , 5 0 , 5 3 , 8of., 9 0 88,91,

1 19

- elf R a u m z e i t d i m e n s i o n e n 1 1 8 - S c h ö p f u n g s f r a g e 1 5

Maxwell'sche Gleichungen 9 1 ,

Lebens

M - T h e o r i e 1 3 , 1 1 8 f., 1 4 1 f., - i o ° ° verschiedene Univer­

103, 163

Prinzip;

Mount Mazama 1 9 , 21 1 6 3 f., 1 7 7

87

Large H a d r o n Collider 1 1 5

Spiel

162, 167 Mondfinsternis 1 9 , 2 5

Kraftteilchen 1 0 5 , 1 1 5

N a c h b a r , lebendiger 1 6 9 f. Naturerscheinungen 1 9 , 2 2 , 2 8

3 9 - 4 1 , 4 5 , 52f., 58

- durch -> N a t u r g e s e t z e

• Theorie . . .

erklärte 22 f.

- a u f g e g e b e n e s 53

Naturgesetze, Ausnahmen 3 2 , 3 6 ,

- Falsifizierung 50 - K r i t e r i e n für gutes

50

- a n n ä h e r n d e 3 2

-modifiziertes

53,96

- relativ z u m Ä t h e r 94

- u n b e w u s s t e s

45

186

1 6 7 ->• W u n d e r N a t u r g e s e t z e , fundamentale 1 5 , 2 i , 2 3 f., 2 6 - 2 9 , 3 1 L , 8 3 , 1 3 6 ,

REGISTER

142, T44, 1521., 159, 167,

nichteuklidische G e o m e t r i e 1 0 1

Planetensysteme 2 5 , 1 4 3

1 7 6 f.

Nullpunkt, absoluter 1 2 8

Piaton 1 3 , 3 2 , 3 6 , 4 2 Prinzip der M i t t e l m ä ß i g k e i t 1 5 3

- allgemein gültige 39 - aus dem U r k n a l l entstandene

83

0rsted,

H a n s C h r i s t i a n 88

Inhalte 1 5 4 - göttlicher U r s p r u n g 3 2 , 3 6 - logischer U r s p r u n g 3 1 , 3 6 N a t u r g e s e t z e , m o d e r n e s

p-Branen 1 1 8

ptolemäisches M o d e l l 3 9 , 4 1

P f a d e , interferierende 7 4 , 8 0 f .

P t o l e m ä u s 3 9 f., 5 2 , 5 4

(->• W e l c h e r - P f a d - I n f o r m a t i o n )

Pythagoras 22 pythagoreische «Stringtheorie» 23

Pfade, klassische 79 Pfadintegralformalismus

Konzept 29, 3 1 , 3 3

Proton 4 5 , 1 0 4 , 1 1 0 - 1 1 2 , 1 1 5 -Zerfallswahrscheinlichkeit 1 1 2

- eingeschränkte F o r m e n und

74

• Stringtheorie

Phasenverschiebung 56, 63

- E l e g a n z 5 0 , 52

Q u a d r a t , lebendiges

Phlogistontheorie

- Quantenversionen 6 5 , 7 3 ,

Photon 69, 80, 82, 1 0 5 - 1 0 7

Q u a d r a t , totes 1 7 0 f .

Photonenaustausch

Quantenchromodynamik

1 0 3 f., 1 5 9

Quanten...

Naturkonstanten 1 4 1 , 1 5 8 N a t u r k r ä f t e 5 7 , 6 3 , 1 0 8 , 1 4 1 f.,

54

169-172

- F e i n a b s t i m m u n g 1 5 8 f., 1 6 2 f .

105

Physik, klassische 1 1 , 1 3 , 6 6

Quantenfeldtheorien

Physik, moderne 1 2 , 4 3

Neumann, John von 1 7 3

Neutron 46, 48, 1 0 4 , n o f . , 1 5 5 ,

p h y s i k a l i s c h e G e s e t z e -*• N a t u r ­

67, 87, 89, 98, 1 1 9 , 1 5 2 , 1 6 3 Newton'sche Bewegungs­ gesetze 2 9 , 1 0 1 , 1 6 7 Newton'sche Gravitations­

72

Quantengesetze 6 5 , 7 4 , 8 1 Q u a n t e n m e c h a n i k 6 3 , 6 6 , 7 3 f.,

t u m 69 f., 7 7 Planeten 2 5 , 9 1 , i 5 2 f . , 1 5 6 ,

82, 1 6 0 Quantenphysik 1 1 , 4 3 , 64, 66f.,

158L,162

70, 1 1 2 , 1 1 9

- B e w e g u n g s g e s e t z e 27

- als W i r k l i c h k e i t s m o d e l l 66

- E n t s t e h u n g 1 3 8

- G r u n d p r i n z i p i e n

theorie 1 0 0 , 1 0 2 f., 1 6 7

- « G e i s t »

-> G r a v i t a t i o n . . .

- Sinneswahrnehmungen 29,32,

Quanten-Fulleren (->• Fullerene)

gesetze Planck'sches Wirkungsquan­

159 N e w t o n , Isaac 1 3 , 3 i f . , 5 4 , 6 3 ,

1 0 4 f., 1 0 9

Quantenfluktuationen 1 1 4 , i 3 7 f .

Quanten...

N e t z h a u t 45 f.

Newton'sche Physik

( Q E D ) 1 0 4 f., 1 0 8

Theorien, klassische

i54f., 1 5 8 , i76f. - vier 1 0 4 , 1 1 9

(QCD) 1 1 0 Quantenelektrodynamik

-+ N e w t o n ' s c h e Physik;

27 27

P l a n e t e n b a h n e n 3 2 , 3 9 , 148, 1 6 7

66, 7 1 - 7 5 , 77i-, 8 1 , 1 0 0 ,

- determinierte

34

103

- elliptische 1 4 7 -> E x z e n t r i z i t ä t

Q u a n t e n t h e o r i e

69

11,58,65,71,

1 0 3 , i3of. - auf d a s g a n z e U n i v e r s u m a n g e ­ wandte 1 3 5 - F e y n m a n s B e s c h r e i b u n g 1 2 ,

Newton'sche Ringe 5 1 , 54, 56

-kreisförmige 40, 52, 1 4 8

Newton'sches Lichtmodell 5 1 , 5 4

- stabile 1 4 7

7 3 - 7 5 , 7 8 , 8 2 - > S u m m e über

- u m die E r d e 4 1

alle G e s c h i c h t e n

-* L i c h t

187

REGISTER

Quantenunendlichkeiten 1 1 4 -> U n e n d l i c h k e i t e n

Raumzeitverzerrung

Quantenwahrscheinlichkeit 1 3 6 , 141 Quantenzustände, Überlagerung 58

Sonnenfinsternis 1 9

- Beispiel E r d e 1 0 1 101,

131,

Sonnensystem 3 2

1 3 3 , 134 -Billardtisch 1 3 1 , 1 3 2

-bewohnbares 1 5 2

Realismus, modellabhängiger 1 2 ,

- mit mehreren S o n n e n 1 4 7

4 2 - 4 4 , 46, 48, 57f., 1 1 8 , 1 6 8

Quarkfarben 1 1 0

R e a l i t ä t (-»• W i r k l i c h k e i t )

Quark-Modell 48

-Goldfischkugel 39, 4 1 , 43 f.

Quarks 46, 48, 49, 1 0 4 , 1 1 0 , 1 1 5 ,

- simulierte 41 f.

- A n t i q u a r k s

- B i n d u n g s k r a f t z w i s c h e n 48 - keine isolierten

nof.

- nicht b e o b a c h t b a r e

42

R e l a t i v i t ä t s t h e o r i e , allge­

48,110

49

meine 1 0 1 , 1 0 3 , 1 1 4 , 1 2 8 - 1 3 0 , 1 6 7 -> Gravitation... - geometrisches M o d e l l 1 0 3 -Quantenversion

R a u m 2.5, 5 8 , 9 3 , 9 6 , 1 1 6 , 1 5 9 , i76f. -Ausdehnung 1 2 4 , 1 2 6 , 129 • Universum, Expansion - V e r m i s c h u n g mit der Z e i t 1 3 3

-Selbstkorrektur 33 Spiel des Lebens

1 6 8 f., 1 7 1 - 1 7 3 ,

175 S t a n d a r d m o d e l l (Elementar­

-theorienunabhängige

119,159

- erste V o r h e r s a g e 22

103,131,133,

135 R e l a t i v i t ä t s t h e o r i e , spezielle 9 8 , 100, 103

teilchenphysik) 5 2 , 1 1 2 , 1 4 2 starke Kraft

104, 1 1 0 , 1 1 1 , 1 1 2 ,

1 1 4 , 158, 163 S t e a d y - S t a t e - T h e o r i e des Universums 53 Sterne 6 6 , 1 0 4 , 1 2 3 , 1 3 6 , 1 5 4 - als Sonnen erkannte 25 - a u f g e b r a u c h t e r Brennstoff 1 5 3 -explodierende 154

Renormierung 1 0 8 - 1 1 0 , 1 1 4 R u h e , absolute 98, 1 0 0

• Raumzeit

-Kohlenstoffproduktion 1 5 3 , 156 -kollabierender 1 7 7 • Schwarzes

R a u m d i m e n s i o n e n 4 6 , 1 0 0 ,

S a l a m , A b d u s 1 0 9 f.

Loch

102, 1 1 8 , 1 3 3 - 1 3 5 , I4I-I43,

Schönborn, Christoph 1 6 1

Stillleben 1 6 9 , 1 7 0 f .

159

schwache Kraft 1 0 4 , 1 0 9 ^ , 1 1 4 ,

Strauß, E r n s t 1 6 3

-> E x t r a d i m e n s i o n e n

158, 163

Strings 1 1 8 f .

Schwarzes Loch 9 3 , 1 0 3 , 1 5 9 ,

R a u m , leerer 9 0 , 1 1 3 - E n e r g i e 1 7 6 ••• V a k u u m e n e r g i e

1 7 6 f.

Stringtheorien 1 1 6 f., 1 6 3 -* M - T h e o r i e

• Unendlich­

-instabiler 1 7 6

selbstreplizierendes M u s t e r 1 7 2 L

Raumverzerrung 1 3 1 , 1 3 2

Singularität 1 2 8

s u b a t o m a r e Teilchen 1 1 , 4 6 , 6 3 f .

R a u m z e i t 1 0 0 , 1 0 2 , 1 5 9 f., 1 7 7

Sonne 1 9 , 3 1 , 87, 9 1 , 9 3 , 1 2 3 ,

s u b n u k l e a r e Teilchen 48

- e l f d i m e n s i o n a l e 1 1 8

1 2 6 , 1 5 9 , 1 6 7 • heliozentri­

- fünfdimensionale

sches M o d e l l

43

- zehndimensionale

116,141

Raumzeitkrümmung i o i f . , 1 1 4

S u m m e über alle Geschichten 7 4 , 7 8 , 1 0 5 , 1 0 7 , 1 3 8 - * Feynman-

- nichts B e s o n d e r e s 25

-grenzenlose 1 3 5

keiten 1 1 6

- u n b e w e g t e 40 f. - Z e h n - S o n n e n - M y t h o s 1 4 7

188

Diagramm - beschreibt U r s p r u n g des Universums J 3 5

REGISTER

Supergravitation T 1 4 - 1 1 8

- überprüfbare

Supernovaexplosion 1 5 3 , 1 5 8 Supersymmetrie

Universum, endgültige Theorie 7,

- effektive 3 5

-> G r a v i t a t i o n . . . 114-116

119, 177

71

Thomas von Aquin 27, 1 6 1

- verschiedene Theorien 1 1 8

Thomson, Joseph John 46

Universum, Expansion

Thomson, William (Lord Teilchen 43 -»• Elementarteilchen -kräftetragende

Kelvin)

-Ballon-Analogie

94

Top-down-Kosmologie

105,115

- m e h r als eine G e s c h i c h t e 1 3 5

140-142

T u r i n g m a s c h i n e , universelle 1 7 2

124,123,126,

136 - b e s c h l e u n i g t e 1 3 7 f., 1 6 0 - B l a s e n - A n a l o g i e 13 6 f.

- mit sich selbst interferie­

- e x p a n d i e r e n d e r R a u m 1 2 4 , 1 2 6 ,

Uhren, bewegte 99

rende 1 3 6 - O r t und G e s c h w i n d i g k e i t

53,124,

1 2 7 f . - * Inflationstheorie

69 f.,

129

- l a n g s a m e r laufende 9 6 , 98 - schneller laufende 9 6 , 98 f.

- schneller als d a s L i c h t 1 3 0

-virtuelle 1 1 4

U m w e l t b e d i n g u n g e n 1 5 2 f., 1 6 2

- sich e w i g fortsetzende 1 2 7

Teilchenbeschleuniger 1 1 5

Unendlichkeiten i o 8 f . , 1 1 4 , 1 1 6

U n i v e r s u m , frühes 1 0 3 f., 1 2 4 ,

Teilchenenergien 4 9 , 1 1 7

- sich a u f h e b e n d e

Teilchenladungen 1 0 5 , 1 1 9

U n i v e r s e n , alternative 1 4 f . , 1 3 6 ,

74, " 3

110,114-116

Teilchenmassen 1 1 9

1 6 8 -> Multiversum; Summe

Teilchenpaare 1 1 4

über alle G e s c h i c h t e n

Teilchenwechselwirkungen 5 2 , 8of., 1 0 5 , 1 1 8 , 1 4 2 , 1 7 5 T e i l c h e n w e g e 7 3 , 8 2 , 1 3 6 (-»• Welcher-Pfad-Information) - jeder m ö g l i c h e n B a h n fol­ gende 7 4 Tempier, Etienne (Bischof v o n Paris) 28

Universum

-präinflationäres 1 3 0 - unendliche Werte

- in sich z u s a m m e n s t ü r z e n d e s 53,124,160

- unabhängige Existenz 12 Universum, Alter 1 5 2 f . - als U m w e l t f a k t o r 1 5 4 - 1 3 , 7 M i l l i a r d e n J a h r e 1 5 3

T h e o r i e n , klassische 1 1 , 1 3 , 2 6 , 4 9 , 6 3 , 1 0 3 f. Theorien, naturwissen­

160

- sich selbst erschaffendes 1 7 7 -statisches

114,128

-> U n e n d l i c h k e i t e n

176

Theorie von Allem 1 3 , 1 0 8 , 1 4 3 , T h e o r i e , vereinheitlichte 5 8 , 1 6 4

theorie 1 2 8 f., 1 3 3 - A u s m a ß der P l a n c k - G r ö ß e 1 3 1

- aus d e m N i c h t s erschaffenes 1 5 ,

T h a i e s v o n M i l e t 2 1 f., 2 4 163

128, 1 3 3 - a l l g e m e i n e R e l a t i v i t ä t s ­

Universum, Anfang

12,124,

1 2 9 f . , 1 3 3 , 1 3 5 f., 1 4 0

-ungleichförmiges

138,154

- vier R a u m d i m e n s i o n e n , k e i n e Zeit 1 3 3 - 1 3 5 U n i v e r s u m , G e s c h i c h t e n

12,15,

58, 8 1 - 8 3 , 1 0 3 , 1 4 0 - b e o b a c h t e r a b h ä n g i g e 1 4 0 - » Beobachtung, verändernde - eigene W a h r s c h e i n l i c h ­ keiten 1 0 3 , 1 3 8 - eine einzige G e s c h i c h t e 1 0 3 , 1 4 0

->• U r k n a l l - a l s Quantenereignis 1 3 1 , 1 3 3 ,

- frühe u n d späte

154

- r ü c k w ä r t s betrachtete 1 4 0 f.

1 3 5 f.

schaftliche 4 3 , 7 1 , 7 3 , 1 0 8

- v o r endlicher Z e i t 49

- verschiedene Naturgesetze 1 4 1

(-> V o r h e r s a g e n )

- Z e i t d a v o r 5 0 , 1 3 5

Universum, von Naturgesetzen

189

REGISTER

bestimmtes 2 1 , 5 3 , 5 8 , 8 7 ,

Wallace, Alfred Rüssel 1 6 3

119, 135

Wasserstoff

Unschärferelation

69^,113

154-156

Young, Thomas 67-69



Wechselwirkung 3 3 , 67, 90,



Zeit 58, 1 0 0

n8f., 142, 175

Uran-235-Kugeln 31

- a b h ä n g i g v o m R a u m 1 0 0

->• T e i l c h e n w e c h s e l w i r k u n g

Urknall 50, 8 3 , 1 1 9 , 1 2 4 ,

- e l e k t r o m a g n e t i s c h e

1 2 7 - 1 2 9 , 163

->• R a u m z e i t

107

- a b s o l u t e 9 8 , 1 0 0

- g r a v i t a t i v e 3 5

- v e r s a g e n d e E n t w i c k l u n g s ­

- als R a u m d i m e n s i o n

- mit B e o b a c h t e t e m

gesetze 5 0

80,135

U r k n a l l m o d e l l e 5 0 , 5 4 , T28

W e i n b e r g , Steven 1 0 9 f.

-traditionelle 1 2 9 f.

Welcher-Pfad-Information

Ursache und W i r k u n g 2 1



80-82

Vergangenheitsbegriff

- veränderte Auffassung 1 4 0

Wellenkamm 7 7 , 91 f.

Ussher, J a m e s

Wellenlänge 9 1 , 9 2

124

-verschobene Vakuum 1 1 3

Wellental 5 6 , 7 7 , 9 1 f .

Vakuumenergie 1 7 6

W e l l e - T e i l c h e n - D u a l i s m u s 66 f.

-> L i c h t

Vakuumfluktuationen 1 1 4

Weltkarte

Vergangenheitsbegriff 8 1

Vertizes 1 0 7

Wechselwirkungen

V o r h e r s a g e n , n a t u r w i s s e n s c h a f t ­

Wirklichkeit 1 1 , 41 f. ( • Realität;

-modellunabhängige

liche 1 1 , 1 3 , 1 5 , 1 9 , 2 7 , 2 9 ,

- objektive

50-52, 138

- simulierte 41 f.

- p r o b a b i l i s t i s c h e 71

168

36

- unterschiedliche A u f f a s s u n ­

*

gen 1 1

Wahrscheinlichkeiten

Wirklichkeitsbild 3 9 , 4 2 , 4 4

Wahrheit, absolute Wahrscheinlichkeiten

- G o l d f i s c h k u g e l 4 1 , 4 4

13

71-73,

77f.,

80, 8 2 , 1 0 7 , 1 3 6 , 1 4 2

Wahrscheinlichkeitsamplitude 7 7 ,

141-143

- intuitives

66

49

- Z u r ü c k g e h e n i n der 1 3 1

Z e i t b e g i n n 1 3 3 , 1 3 5

- v o r dem U r k n a l l 5 0 , 1 2 3

99

Z e i t m e s s u n g , relative 97 f.

Zeit-Null-Problem 1 3 0

Z e i t v e r z e r r u n g 1 3 1 , 1 3 3 f .

Z e l l e , tote 1 7 0

Realismus)

virtuelle R e a l i t ä t 4 1

- endliche

Z e l l e , lebendige 1 7 0

14

Wheeler, J o h n 81 f.

Beobachtung, verändernde



Zeitdehnung

56

133,134,

135



W i s s e n s c h a f t , ionische 2 2 - 2 5

W M A P - S a t e l l i t 1 2 9 , 1 3 9

W u n d e r 3 2 f., 3 6 , 1 6 7

Zufälligkeit, grundlegende 73

Z u k u n f t , unbestimmte Z w i c k y , Fritz 5 3

81