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Ein Universum nach Maß. Bedingungen unserer Existenz


Wer ein wenig von Physik versteht, weiß Antworten auf manche „Was wäre, wenn“-Frage. Zum Beispiel: Was wäre, wenn man einen Menschen maßstäblich um den Faktor zehn vergrößern würde? Antwort: Er würde wahrscheinlich zusammenbrechen, denn sein Gewicht wäre tausendmal so groß, aber die Stabilität seiner Knochen wäre nur mit deren Querschnitt auf das Hundertfache verstärkt. Aber auch zehnfache Verkleinerung wäre ungünstig; denn unsere Nahrung hätte nur ein Tausendstel des Volumens und damit auch des Energiegehalts, der Wärmeenergieverlust durch die Hautoberfläche wäre aber ein Hunderstel. Von der maßstäblich verkleinerten Nahrung müßten wir mithin die zehnfache Menge aufnehmen.

Schlußfolgerung: Unsere Körpergröße ist an die Bedingungen dieser Welt angepaßt.

Diese und ähnliche Fragen – vor allem aus der Welt der Sterne – werden in dem vorliegenden Buch des englischen Wissenschaftsautors John Gribbin und des Astrophysikers Martin Rees mehrfach gestellt. Die Ergebnisse derartiger Betrachtungen sind nicht neu, aber immer wieder frappierend: Bereits relativ kleine Abänderungen physikalischer Gesetze oder Naturkonstanten hätten die Entwicklungsgeschichte des Kosmos so drastisch verändert, daß die Entstehung komplexer Lebensformen unmöglich gewesen wäre. Unsere Existenz ist Folge einer präzisen Balance der Natur.

Diese Art von Weltbetrachtung wird unter dem Begriff „anthropische Kosmologie“ zusammengefaßt. Deren Leitfragen lauten: Welche Eigenschaften der Welt sind wesentlich, um Organismen wie uns entstehen zu lassen? Hat das Weltall diese Eigenschaften zufällig, oder gibt es dafür tiefere Gründe? So reizvoll derartige Fragen auch sein mögen, so spekulativ sind die Antworten. Die Autoren beschränken sich auf Hypothesen, die sich auf naturwissenschaftliche Erkenntnisse stützen, und meiden lange philosophische oder religiöse Diskussionen.

Eine der physikalisch fundierten Spekulationen lautet: Wir befinden uns nur in einem Teiluniversum, einer gewaltigen Blase mit den passenden Bedingungen, uns hervorzubringen; viele andere Weltenblasen, die keine Menschen enthalten, existieren ebenfalls. Unsere Existenz hätten wir somit einem schlichten Zufallsereignis zu verdanken. Der Frage nach Zweck oder Zielbestimmung des Universums wären wir dann enthoben.

Vielleicht gerade deshalb wird dieser Gedanke vielen Menschen kaum gefallen. Auch Albert Einstein hatte da seine Bedenken; sein Ausspruch „Gott würfelt nicht“ ist klassisch geworden. Andererseits sind dem modernen Physiker derart ketzerische Ideen nicht im mindesten fremd. Zufallsereignissse, die ohne Grund stattfinden, kennt er aus der Quantentheorie, dem Fundament der Atom- und Teilchenphysik. Die Quantenkosmologie, in der die Quantengesetze auf den gesamten Kosmos angewendet werden, gilt als ernsthaftes Arbeitsgebiet seriöser Theoretiker.

Gribbin und Rees verhehlen keinesfalls, daß dabei der Rahmen experimentell abgesicherter Physik verlassen wird. Das betrifft auch einen großen Teil der Diskussion über dunkle Materie, die den Hauptteil des Buches beherrscht. Gemeint ist eine – nach den Verfechtern dieser Theorie – im Universum vorherrschende, aber bislang noch nicht identifizierte Materieform, die für die Bildung kosmischer Strukturen von entscheidender Bedeutung wäre.

Während Physiker dafür derzeit nur theoretische Gründe anführen können, stammen die zuverlässigeren empirischen Argumente für die Existenz dunkler Materie von den Astronomen. Zahlreiche Messungen zeigen, daß sich unterschiedliche Arten von Himmelskörpern viel schneller bewegen, als durch die zwischen ihnen wirkende Schwerkraft erklärbar ist. Die Masse der sichtbaren Objekte allein könnte diese Systeme nicht zusammenzuhalten. Deshalb schließt man auf unsichtbare Massen. Kosmologische Indizien legen sogar nahe, daß die Masse im Universum zu mehr als 90 Prozent aus unsichtbarer Materie besteht. Die in dem Buch ausführlich besprochenen Kandidaten für dunkle Materie sind hypothetische Elementarteilchen und heutzutage bereits als klassisch angesehene Objekte wie Neutrinos, Schwarze Löcher oder Braune Zwerge, lichtschwache Sterne ohne innere Kernenergiequelle.

Doch auch die helle Materie, welche „die hellen Schaumkronen auf dem Meer der dunklen Materie bildet“, kommt nicht zu kurz. Die Entwicklung der Sterne und ihr Wechselspiel mit den Gasen zwischen ihnen und zwischen den Galaxien werden erläutert sowie Supernova-Explosionen, deren Asche – die dabei gebildeten chemischen Elemente – wir in uns tragen, die Expansion des Universums, die Entwicklung der Galaxien und Galaxienhaufen und die Hunderte von Millionen Lichtjahren großen scheinbaren Leerräume. (Selbst wenn man von dunkler Materie absieht, sind sie nicht leer, nur arm an hellen Galaxien – beispielsweise zeigen die das beobachtbare Universum durchquerenden Lichtstrahlen ferner Quasare die Existenz wasserstoffreicher Gaswolken in den sogenannten Leerräumen an.)

Eine interessante Würdigung erfährt der englische Mathematiker und Astrophysiker Sir Fred Hoyle, dessen teilweise von der Hauptrichtung der Forschung stark abweichende Theorien – zum Beispiel von kosmischen Viren und Bakterien, einer nicht vom Urknall stammenden kosmischen Hintergrundstrahlung oder neuerdings von Schöpfungsprozessen in Quasaren – in der Fachwelt umstritten sind. Zu seinen anerkannten Leistungen zählt eine grundlegende Arbeit über die Entstehung und Häufigkeitsverteilung der chemischen Elemente im Milchstraßensystem, die er 1957 zusammen mit dem späteren Nobelpreisträger William Fowler und dem Astronomenehepaar Margaret und Geoffrey Burbidge publiziert hat. Gribbin und Rees stellen vor allem Hoyles brillante Vorhersage eines Energieniveaus im Kohlenstoff-12-Atomkern heraus, durch die erst verständlich wird, warum im Weltall so große Mengen des für die organische Materie entscheidend wichtigen Elements Kohlenstoff überhaupt erzeugt worden sind. Im letzten Jahr erhielt Hoyle in Jena die Karl-Schwarzschild-Medaille, die höchste Auszeichnung, welche die Astronomische Gesellschaft, die Vereinigung der deutschsprachigen Astronomen, zu vergeben hat.

Obwohl flüssig geschrieben, setzt das Buch wegen der Fülle der angesprochenen Themen und Begriffe beim Leser einige Mitdenkfähigkeit voraus. Wer manche quantitativen Abschätzungen nachvollziehen will, sollte auch eine Grundfertigkeit im Rechnen mit Potenzen mitbringen. Die gelegentlichen schematischen Illustrationen sind nicht besonders hilfreich. Der Anfänger mag auch durch die hohe Informationsdichte und teils knappe Erklärungen überfordert sein. Allerdings wird einiges geboten, was in der populärwissenschaftlichen Literatur sonst kaum zugänglich ist, so zum Beispiel eine gelungene Darstellung der möglichen Entstehungsgeschichte von Galaxien und großen Strukturen. Dem bereits vorgebildeten Leser verschaffen die Autoren jedoch einen fachkundigen und umfassenden Einblick in die derzeitige – vielleicht revolutionäre – Umbruchsphase unseres astronomischen Weltbildes.


Aus: Spektrum der Wissenschaft 12 / 1993, Seite 131
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
12 / 1993

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 12 / 1993

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