Kategorie: Theorie

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Krise der Kosmologie [Teil 1]

Seit Beginn der Zivilisation haben die Menschen versucht, die Natur und ihren Platz im Universum zu verstehen. Dank der Forschung über Tausende von Jahren hat die Menschheit ein weitreichendes Verständnis der Natur und des Kosmos erlangt. Jede erfolgreiche Generation hat den Wissenshorizont erweitert und hat den Blick ins Universum immer mehr vergrössert. Von Ptolemy und Copernicus bis zum heutigen Tag haben alle neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen unser Bild vom Universum und wo wir darin stehen präzisiert und neu bestimmt.


Diese Reise von Entdeckungen war aber, wie in allen Feldern der Wissenschaft, keine sanfte und stetige von einer tieferen zu einer höheren Ebene. Dieser Entwicklungsprozess hat einen dialektischen Charakter: Wenn die Widersprüche zu der vorherrschenden Theorie sich zu stark angehäuft haben, war immer wieder eine radikale Veränderung des Weltbildes notwendig, um den Kreis zu schliessen und das Verständnis weiter zu entwickeln. Mit allmählichen Anpassungen der neuen Theorien wird der Weg gepflastert für den nächsten qualitativen Sprung in der Theorie, welcher zu neuen Fortschritten führt.

Solche qualitative Sprünge sind aber nicht einfach, sondern benötigen eine dramatische und revolutionäre Veränderung des bewährten wissenschaftlichen Paradigmas, welches oft mit vielen Vorurteilen und konservative Interessen des aktuellen Weltbild untermauert ist. Folglich war es die Kopernikanische und Galiläische Revolution, welche das alte geozentrische Weltbild, verfochten und verteidigt von der Kirche, welches die Erde in die Mitte des Universums gestellt hat, in Frage gestellt haben.

Heute, im 21. Jahrhundert, stehen wir auf den Schultern von Genies wie Einstein und sind in der Wissenschaft und Technik weiter als je zuvor. Dank den Forschungen vergangener Generationen haben wir ein vertieftes Verständnis für das Universum und dessen Gesetze entwickelt - von den akkuraten Vorhersagen auf dem atomaren und subatomaren Level der Quantenphysik bis hin zu der speziellen- und der allgemeinen Relativitätstheorie und deren Erklärung von Gravitation, Bewegung, Raum und Zeit.

Jedoch sammeln sich seit einigen Jahren Sturmwolken am Horizont. Eine Ansammlung von Tatsachen und Wiedersprüchen stellen das aktuell vorherrschende kosmologische Model in Frage. Tiefe und fundamentale Probleme mit den bestehenden Theorien bleiben ungelöst und Jahre der Forschungen an neuen Ideen führten zu nichts. Um es kurz zu fassen: die moderne Kosmologie steckt in der Krise.

Was wissen wir?

Die aktuellen kosmologischen Theorien können in zwei Zweige aufgeteilt werden - und anschliessend wieder in zwei. Auf der atomaren und subatomaren Ebene haben wir die Quantenmechanik und das Standardmodell der Elementarteilchenphysik (SM). Auf der Ebene der Sterne und Galaxien - und noch grösser - haben wir Einsteins allgemeine Relativitätstheorie und die Urknalltheorie.

Das SM beschreibt einen ganzen Zoo von Teilchen, welche als «fundamentale Bausteine» von Materie angesehen werden. Alle Materie besteht aus kleineren Teilchen, gennant Leptons, wie etwa Elektronen und Neutrinos, und einer Reihe von grösseren Teilchen, genannt Quarks, aus denen Protonen und Neutronen bestehen. Zusätzlich beschreibt das SM das Verhalten von drei der vier Kräfte in der Natur: Die elektromagnetische Kraft (Elektromagnetismus, inklusive Licht und magnetische Abstossung respektive Anziehung); die schwache Kernkraft (verantwortlich für den radioaktiven Zerfall) und die starke Kernkraft (welche Protonen und Neutronen zusammenhält). Die vierte Kraft ist die Gravitation, welche für die gegenseitige Anziehung von Materie verantwortlich ist. Diese ist signifikant schwächer als die ersten drei aber wirkt in einem viel grösseren Massstab und ist nicht Teil des SM, sondern wird durch die allgemeine Relativitätstheorie beschrieben.

Die drei Kräfte des SM sollen zwischen den Teilchen übertragen werden von so genannten Bosonen - Vermittler der Grundkräfte - wie zum Beispiel die Photonen, welche die elektromagnetische Kraft übertragen. Ausserdem erklärt das SM, dass jede Materie die Eigenschaft Masse hat, dank der Wechselwirkung des Higgs Boson mit dem Higgs Feld - das so genannte Gottesteilchen, dessen Entdeckung von Wissenschaftlern im Juli 2012 verkündet und im März 2013 bestätigt wurde. Über 40 Jahre von Forschungen, inklusive der Konstruktion des Teilchenbeschleunigers am CERN, waren nötig um dieses Teilchen zu finden.

Die Quantenmechanik hat das Ziel, das Verhalten der Teilchen im SM zu beschreiben. Genauer versucht die Quantenmechanik zu beschreiben, wie Teilchen sich einerseits wie Teilchen und andererseits wie Wellen verhalten können. Das Licht zum Beispiel wurde lange als elektromagnetische Welle angesehen. Einstein zeigte 1905 aber, dass Licht aus massenlosen Teilchen, genannt Photonen, besteht. Diese Photonen haben diskrete Energiewerte — proportional zu der Frequenz der Wellen. Andererseits wurde mit dem Doppelspaltexperiment bei einem Strahl von Quantenteilchen ein Interferenzmuster entdeckt, welches normalerweise durch Wellenausbreitung entsteht.

In der Welt der Quantenmechanik werden die Newton’schen Grundgesetze der Mechanik mit Wahrscheinlichkeiten ersetzt. Nach gewissen Interpretationen - wie die der Kopenhagener Schule - existieren die Eigenschaften der Teilchen nicht objektiv, sondern werden durch den Akt der Messung und der Beobachtung selbst bestimmt. Teilchen erscheinen und verschwinden. Sie existieren und existieren nicht zur selben Zeit. An der Stelle der Berechenbarkeit hinterlässt die Quantenmechanik nur Ungewissheit. Wo wir das Prinzip von Aktion und Reaktion hatten, finden wir plötzlich nur noch Zufälle.

Am anderen Ende des Skala haben wir Einsteins spezielle Relativitätstheorie, welche die relative Natur von Raum und Zeit erklärt. Dies ist die Art, wie der Raum sich krümmt und die Zeit langsamer wird, wenn Materie sich der Lichtgeschwindigkeit annähert. Einsteins Theorie enthält zudem die Annahme, dass nichts im Universum sich schneller als Licht bewegen kann.

Die allgemeine Relativitätstheorie hingegen, erklärt die Gravitationskraft im Bezug auf die Wechselwirkung zwischen Materie und Raumzeit. Die Raumzeit setzt sich aus den drei räumlichen Dimensionen und der Dimension der Zeit zusammen und ist gekrümmt unter dem Einfluss der Materie. Nach der allgemeinen Relativitätstheorie ist die Krümmung der Raumzeit, welche durch die Materie verursacht wird, verantwortlich für die Bewegung von Materie. Demnach ist dies eine dynamische Wechselwirkung zwischen Materie und Raumzeit, bei der eine Zustand den andern beeinflusst und von der die Gravitationskraft ausgeht.

Zu guter Letzt haben wir noch das Urknalltheorie, welche versucht, die Natur des Universums ultimativ zu erklären, inklusive des Ursprungs und der Geschichte des Universums. Das Fundament dieser Theorie ist die Idee, dass das Universum einen Anfang hat und es davor nichts gegeben hat, weder Raum noch Zeit. Bis Einstein 1917 versuchte, die Gleichung der allgemeinen Relativitätstheorie auf das ganze Universum anzuwenden, war die vorherrschende wissenschaftliche Meinung die, dass das Universum statisch und ewig ist. Einstein’s Berechnungen zeigten aber, dass das Universum dynamisch sein muss. Seine Schlussfolgerung war, dass die beidseitige Gravitationskraft zwischen der Materie zur Instabilität führt und das Universum implodieren lässt.

Im Jahre 1931 entdeckte der Astronom Edward Hubble Beweise, dass Galaxien sich voneinander entfernen anstatt sich zu nähern. Daraus ergab sich die Folgerung, dass, wenn sich alles voneinander entfernt, alle Bestandteile irgendwann zu einem bestimmten Punkt in Zeit und Raum zusammen waren - an einem Ursprungspunkt des Universums. Dieser Ursprung wurde Urknall genannt. Ein Begriff, der zuerst abschätzig vom englische Astronom Fred Hoyle verwendet wurde um diese kosmologische Schöpfungslehre zu benennen.

Zusammen sind diese modernen Theorien - das SM, die Quantenmechanik, die spezielle- und allgemeine Relativitätstheorie und die Urknalltheorie - das kosmologische Model, um die fundamentalen Gesetzte des Universums zu beschreiben. Für den grössten Teil des letzten Jahrhunderts haben die theoretischen Physiker, inklusive Einstein und seine Zeitgenossen, versucht, alle vier natürlichen Kräfte in einer einzigen «Theorie für alles» zu kombinieren. Aber sie hatten keinen Erfolg. Wenn man diese Theorien genauer betrachtet, wird schnell klar, dass eine solche «Theorie für alles» eher Wiedersprüche und Fehler aufdecken würde als Grundgesetzte zu erklären.

Dunkle Materie und dunkle Energie

Es scheint, als wäre die Fähigkeit der aktuellen Modelle und Theorien, die Beobachtungen und Hinweise zu erklären, welche wir gemacht haben, an seine Grenzen gestossen. Von der winzigen subatomaren Ebene bis hin zum weiten Kosmos sind bei jedem Schritt neue Widersprüche aufgetaucht.

Starten wir rückwärts bei der Urknalltheorie, treffen wir sofort auf Probleme, welche buchstäblich massiv sind. Um spezifischer zu sein: Wo ist die ganze Masse? Von den Geschwindigkeits-Messungen grosser Objekte wie Galaxien und Sterne und der berechneten Stärke der Gravitationskraft, welche für solche Geschwindigkeiten benötigt wird, kommt zum Schluss, dass die überwältigende Mehrheit der Masse im Universum zu fehlen scheint. Die Schätzungen für diese offenbar nicht existente Materie sind astronomisch hoch, denn 90% der Masse, welche benötigt wird um (mit den aktuellen Theorien) die Beobachtungen zu erklären, scheint zu fehlen. Das ist wirklich nicht ein kleiner statistischer Fehler!

Der Begriff «dunkle Materie» wird üblicherweise verwendet, um diese fehlende Masse zu beschreiben. Die Wissenschaftler haben sich also auf die Suche so genannter «WIMPs», das steht für «weakly interacting massive particles» zu Deutsch «schwach wechselwirkende massereiche Teilchen», gemacht. Diese sind ein Typ von Materie, welche schwer zu sehen oder entdecken ist, aber sehr starke Gravitationskräfte hat. Bis jetzt gestaltet sich die Suche nach möglichen WIMP-Kandidaten schwierig und mit keiner der kosmologischen Standardtheorien zeigt sich, wo diese enormen Mengen von so genannt dunkler Materie gefunden werden könnte.

Das nächste riesige Problem ist die «dunkle Energie». Trotz des ähnlichen Namens wie „dunkle Materie“ ist sie ein ganz anderes Problem in der Urknalltheorie und hängt mit der Frage der Ausdehnung des Universums zusammen. In den späten 1990er haben astronomische Beobachtungen gezeigt, dass die Galaxien sich nicht nur voneinander entfernen, sondern dies auch mit einer immer grösser werdenden Geschwindigkeit tun. Die Galaxien scheinen sich voneinander weg zu beschleunigen. Im Verständnis der klassischen Physik kommt eine Beschleunigung immer nur von einer Kraft, welche angewendet wird. Die Folgerung von sich beschleunigenden Galaxien ist also, dass da eine Kraft sein muss, welche entgegengesetzt und stärker als die Gravitationskraft wirkt und die Materie in alle Richtungen voneinander weg beschleunigt.

Einstein führte ursprünglich die Idee seiner berühmten «Kosmologischen Konstante» ein - eine willkürliche Zahl, eingeführt, um seine Gleichung tauglich für die Entstehung eines statischen und stabil ausgeglichenen Universum zu machen und um das Universum in der Theorie nicht durch die Gravitationseffekte kollabieren zu lassen. Einstein gab später zu, dass dies ohne jegliche empirische oder theoretische Hinweise dahinter geschehen ist und beschrieb die Konstante als «als größte Eselei seines Lebens».

Mit den neusten Beobachtungen, wurde die kosmologische Konstante in der Form von einer «dunklen Energie» wieder eingeführt - Energie aus einem leerem Raum, welcher die Materie auseinander treibt. Auch diese Energie ist keine Korrektur eines kleinen Fehlers: Die neusten Berechnungen zeigen, dass die dunkle Energie für 73% aller Energie, die von der Masse im Universum kommt, verantwortlich ist; dunkle Materie ist für weitere 22% verantwortlich - nimmt man nur die eigentliche physikalische Materie und Strahlung, welche wir wahrnehmen können, entspricht dies nur 5% der Energie, welche von der gesamte Masse ausgehen müsste, wie unsere Beobachtungen zeigen! [1]

Wenn man einem Phänomen einen Namen gibt, erklärt man es aber noch nicht. Friedrich Engels, welcher zusammen mit Karl Marx einer der Begründer des wissenschaftlichen Sozialismus ist, argumentierte gegenüber den Wissenschaftlern, welche anstatt einer Erklärung den Phänomenen einfach die Bezeichnung «Kraft» gaben, in folgender Weise:

«weil wir über die »ziemlich verwickelten Bedingungen« dieser Erscheinungen noch nicht im klaren sind, ebendeshalb nehmen wir hier manchmal Zuflucht zum Worte Kraft. Wir drücken also damit nicht unsre Wissenschaft, sondern unsern Mangel an Wissenschaft von der Natur des Gesetzes und seiner Wirkungsweise aus.»  [2]

Wie Engels gegen die Wissenschaftler des 19. Jahrhunderts polemisierte können wir im 20. Jahrhundert zur Recht diese Wissenschaftler kritisieren, welche damit glücklich sind, ihre theoretischen Lücken zu verheimlichen mit Ausdrücken wie «dunkle Materie» und «dunkle Energie».

Der Urknall

Noch fundamentaler in Verbindung mit der Urknalltheorie ist die Frage des Urknall selbst. Das primäre Indiz für die Theorie eines Urknalls, ein Ereignis in Zeit und Raum, bei dem alle Materie im Universum an einem einzigen Punkt konzentriert war, ist die Beobachtung, dass sich astronomische Objekte wie Galaxien auseinander bewegen, was einen gemeinsamen Startpunkt impliziert, von dem die Bewegung gestartet ist.

Das Konzept eines Urknalls, inklusive eines einzigen konzentrierten Punktes aller Materie - bekannt als Singularität - bringt eine Menge ungelöster Probleme hervor. Das Erste ist, dass in einer solchen theoretischen Singularität die Dichte der Materie unendlich sein müsste, was allen bekannten physikalischen Gesetzten widersprechen würde. Zweitens kommt die Frage auf, wo die Energie, für diese enorme Explosion, hergekommen ist? Es wurde vorgeschlagen, das der Urknall und, daraus resultierend, die Entstehung des Universums, einfach das Produkt einer «Quantenfluktuation» ist, einer zufälligen Störung in Raum und Zeit. Aber wenn nichts - keine Materie, Energie, Bewegung, Raum, oder Zeit - existiert hat vor dem Urknall, wie können da irgendwelche physikalischen Gesetze - inklusive Quantenmechanik - gegolten haben? Eine «Quantenfluktuation» von und in was?

Die Letzte und wichtigste Anmerkung zum Obigen: Was soll vor dem Urknall gewesen sein? Dazu gibt es die Theorie, dass dieser Moment der Startpunkt der Entstehung des gesamten Universums ist; die ursprüngliche Quelle aller Bewegung; die treibende Kraft. Doch was war zuvor? Einige moderne Theorien behaupten, dass es ein Universum von Materie in purer Statik gab - das bedeutet ein Universum ohne Bewegung. Was versetzte denn das Universum in Bewegung? Könnte eine Kraft - von ausserhalb des Universums - den Sprung von der Statik zur Dynamik geliefert haben? Engels erklärte in seiner Polemik gegen Dühring, dass ein solcher Sprung von Statik zur Dynamik das ultimative Resort von Gott ist:

«War die Welt einmal in einem Zustand, in dem absolut keine Veränderung in ihr vorging, wie konnte sie aus diesem Zustand zur Veränderung übergehn? Das absolut Veränderungslose, noch dazu, wenn es von Ewigkeit in diesem Zustand war, kann durch sich selbst unmöglich aus diesem Zustand herauskommen, in den der Bewegung und Veränderung übergehn. Es muss also von außen her, von außerhalb der Welt, ein erster Anstoss gekommen sein, der sie in Bewegung setzte. Der »erste Anstoss« ist aber bekanntlich nur ein andrer Ausdruck für Gott.» [3]

Die Idee, dass eher als ein Sprung von der Statik zur Dynamik vielleicht nichts da war und dann Etwas - sprich die Entstehung des Universums aus dem Nichts, inklusive aller Materie und Energie - ist gleich absurd läuft auf dasselbe hinaus. Engels fährt fort:

«Die Bewegung ist die Daseinsweise der Materie. Nie und nirgends hat es Materie ohne Bewegung gegeben oder kann es sie geben […] Materie ohne Bewegung ist ebenso undenkbar wie Bewegung ohne Materie. Die Bewegung ist daher ebenso unerschaffbar und unzerstörbar wie die Materie selbst; was die ältere Philosophie (Descartes) so ausdrückt, dass die Quantität der in der Welt vorhandnen Bewegung stets dieselbe sei. Bewegung kann also nicht erzeugt, sie kann nur übertragen werden.» [4]

Von nichts kommt nichts - dies ist ein fundamentaler Grundsatz der Physik und des dialektischem Materialismus und ist ausgedrückt in den wissenschaftlichen Energieerhaltungssätzen: Energie kann weder erschaffen noch zerstört werden. Solche Reden wie «Anfang der Zeit», sind deshalb purer non-sense. Trotzdem ist dies - dieser heutige Schöpfungsmythos - das dominante Paradigma in der Urknalltheorie.

Raum und Zeit

Wie oben erklärt, basiert die aktuelle Urknalltheorie auf der Idee eines Urknalls, bei dem alle Materie des Universums angeblich in einem einzigen unendlich kleinen Punkt komprimiert ist. Nach dieser initialen Entstehung mache das Universum, laut der Theorie, eine extrem schnelle Expansion, bekannt als Inflation, durch.

Neueren Beobachtungen zufolge soll ein Beweis für diese inflationäre Theorie des frühen Universums gefunden worden sein. Es muss aber angemerkt werden, dass — während die Inflation hilft, einige der beobachteten Wiedersprüche zu beantworten — die aktuelle Theorie immer noch eine Reihe von Fragen und Problemen generiert. Zum Beispiel: Was ist die Ursache dieser Inflation? Und woher kommt die Energie einer so schnellen Expansion?

Der Hauptanwärter für eine Antwort dieser Frage ist eine rein spekulative Hypothese eines neuen Teilchens, dem Inflaton, welches die Inflation antreiben soll. Aber eine solche Antwort ist in Wirklichkeit überhaupt keine Antwort. Wie in so vielen anderen Gebieten der Kosmologie, wie die Beispiele der WIMPs und dunkler Materie, versuchen die theoretischen Physiker einfach, ein Phänomen zu erklären, indem sie ihm ein Neues noch nie dagewesenes Teilchen zuordnen. Eine solche «Erklärung» macht nichts anderes, als das Problem ein Schritt weiter nach hinten zu verschieben. Man muss sich fragen: Was sind die Eigenschaften des Inflation-Teilchens? Wie entstehen diese Eigenschaften? Und warum führen diese Eigenschaften zur Inflation?

Das wichtigste ist aber: Bei diesen Inflationstheorien - egal ob sie nun richtig oder falsch sind — sie helfen nicht, die grundsätzlichsten Wiedersprüche in der Urknalltheorie zu überwinden: Es ist ein Fakt, dass man keinen «Anfang der Zeit» haben kann, bei dem etwas aus dem Nichts entsteht.

Einsteins ursprüngliche Präferenz zum Universum war die «Steady-State» Theorie - es gibt eine fixe Grösse ohne Anfang und Ende. Mit den Beobachtungen von Hubble, dass galaktische Objekte sich voneinander entfernen, schlug Einstein ein «schwingendes» oder «zyklisches» Universum vor, um die Idee des Urknalls zu erlauben, ohne aber die Idee eines «Anfang der Zeit» zu haben. In einem zyklischen Universum gäbe es einen ewigen Kreislauf von Expansion und Schrumpfung, was zu einer Reihe von Urknallen und so genannten Big Crunches führt.

Eine moderne Version eines zyklischen Universums ist eine Erweiterung der Stringtheorie. Die M-Theorie ist ein Versuch, eine kosmologischen «Theorie von Allem» zu sein. Diese M-Theorie eines zyklischen Universums basiert auf der Idee, dass unser Universum aus einer vier-dimensionalen Membrane in einem höher dimensionierten Raum ist, in dem sich weitere Membranen befinden. Diese Membranen schwingen und an einem gewissen Punkt treffen sie sich. Solche Kollisionen, welche zyklisch auftreten, würden zu einer enormen Freisetzung von Energie und Erschaffung von Materie führen, welche von der Perspektive eines Beobachters auf der Membrane den Eindruck eines Urknalls vermitteln kann.

Zum Pech der Befürworter dieser zyklischen Membranen Theorie gibt es weder wirkliche Hinweise oder Beweise für eine solche Hypothese, noch kann es dafür überhaupt irgendwann welche geben. Eine solche «Wissenschaft» ist reine Spekulation, basierend, wie so vieles in der modernen Kosmologie, auf nichts anderem als mathematischer Konstruktion – Gleichungen, die immer abstrakter werden und immer weniger mit der Realität zu tun haben.

All diese Theorien - sei es nun die Urknalltheorie, die «Steady-State» Theorie oder die des zyklischen Universums - leiden am gleichen Problem. Sie gehen von einem geschlossenen, beschränkten Universum aus, einem begrenztem Raum, ausserhalb dessen nichts existiert. Aber wie kann das Universum begrenzt sein? Was ist hinter dieser Grenze? Nichts? Von einem «Rand des Universums» zu sprechen ist genauso Nonsens wie von einem «Anfang der Zeit» zu sprechen.

Jeder Vorschlag von einem geschlossenem, beschränkten Universum, bringt die Idee mit sich, dass etwas hinter der Grenze ist, was wiederum die Absurdität demonstriert solchenr Limiten des Universums generiert. Wie Hegel, der grosse deutsche Dialektiker, in Wissenschaft der Logik bemerkte: «Es ist die Natur des Endlichen selbst, über sich hinauszugehen, seine Negation zu negieren und unendlich zu werden.» [5]

Um diese Absurdität von einem Universum mit einen Rand zu überwinden, wird oft die Analogie mit der Oberfläche eines Ballons gebraucht: Der drei-dimensionale Raum unseres Universums soll wie die zwei-dimensionale Oberfläche eines Ballons sein – etwas, das begrenzt ist, aber trotzdem keinen Rand hat. Wie der Ballon, folgt man der Analogie, ist unser begrenztes Universum in der Lage sich auszudehnen (oder schrumpfen) ohne einen Rand zu benötigen.

Diese Ballon Analogie aber, demonstriert genau dieselbe Absurdität, welche sie versucht hat zu überwinden. Die Idee einer gekrümmten, sich ausdehnenden Oberfläche eines Ballons, ergibt nur Sinn, wenn es eine dritte Dimension gibt - die rechtwinklig zur Ballonoberfläche ist - in sich die Oberfläche ausdehnen kann. Die Oberfläche des Ballons selbst ist jedoch eine Grenze. Genauso, wie wenn das Universum als begrenzt, aber ohne Rand betrachtet wird, benötigt jede Ausdehnung etwas ausserhalb des Universums, in die welche Ausdehnung stattfinden kann. Ein solches Konzept von einem Universum ergibt also keinen Sinn. Das Universum ist, per Definition, alles was existiert. Falls etwas hinter der Grenze ist, irgendeine Art leer stehender oder potentieller Raum, dann ist dieser auch Teil des Universums.

Weiter ist bei einem solchen Konzept von einem begrenzten Universum unklar, was begrenzt ist. Das «Universum» ist kein selbständiges Objekt, sondern nur ein Name für eine Kollektion von allem; ein Wort für alles, was existiert - das heisst für die gesamte physikalische Materie. Ein begrenztes Universum, bedeutet also, dass es eine begrenzte Menge an Materie gibt, was wiederum einen Rand impliziert, hinter dem keine Materie existiert.

In der gesamten Geschichte der Wissenschaft ist das bekannte Universums konstant erweitert worden. Einst glaubten wir, dass die Erde das Zentrum des Universums sei, mit nichts über dem Himmel. Mit der Entwicklung immer besseren Teleskopen waren wir in der Lage, immer tiefer in das Universum zu schauen und fanden andere Planeten, Sterne und Galaxien. Je weiter wir schauen konnten, umso mehr haben wir gefunden. Während wir früher skeptisch waren, ob es andere Planeten gibt, haben wir mit unseren hoch entwickelten Teleskopen hunderte auch der Erde ähnliche Planeten gefunden. Jetzt von einem beschränktem Universum zu sprechen - mit einem «Anfang der Zeit» und einem begrenztem Raum - errichtet eine Barriere, eine mystische Wand die uns abgrenzt von dem was offenbar hinter dem Bereich des Möglichen unserer Wissenschaft liegt.

Das Problem für viele, so scheint es, in Bezug auf den «Anfang der Zeit» und die Begrenzung des Raums, ist die Frage der Unendlichkeit. Mathematiker versuchten, die Unendlichkeit in jedem Schritt verbannen, angesichts des scheinbar unermesslichen und unmöglichen Konzeptes. Aber die Mathematik ist nur eine Abstraktion - eine Annäherung an die unendlich komplexe Realität, welche von einer Gleichung, einem Model oder einem Gesetz nie vollständig umfasst werden kann.

Von einem «Anfang der Zeit» zu reden ist so absurd, wie von einem «Ende der Zeit» zu reden, denn, wie Engels erklärte, ist die Unendlichkeit mit einem Anfang und keinem Ende zu begreifen, das gleiche wie sich die Unendlichkeit vorzustellen mit einem Ende aber keinem Anfang:

«Es ist klar: die Unendlichkeit, die ein Ende hat, aber keinen Anfang, ist nicht mehr und nicht weniger unendlich, als die, die einen Anfang hat, aber kein Ende.» [6]

Das Universum kann nur als dialektische Gesamtheit von Gegensätze verstanden werden: Eine Unendlichkeit von begrenzter Materie, die selbst unendlich teilbar und transformierbar ist. Das bedeutet, es gibt unendlich viel Materie – Materie, die selbst begrenzt ist durch Grösse und endlose Veränderungen. Alle Versuche, die Unendlichkeit von der Kosmologie zu verbannen, führen nur zu grösseren Rätseln und Verwirrung, zu „Singularitäten“, welche alle physikalischen Gesetze einreissen. Dabei ist eine Singularität nichts anders als ein theoretisch unendlich kleiner Punkt, was nur die umgekehrte Unendlichkeit bedeutet. Die Kosmologen sind weit davor entfernt, die Unendlichkeit aus dem Universum zu verbannen, sie haben sie durch die Hintertür wieder eingeführt.

Alle Versuche, die Wiedersprüche von der Unendlichkeit von der Ausdehnung des Universums zu entfernen, führen nur zu unlösbaren Wiedersprüchen an einer anderen Ecke, wie Engels erklärte:

«Die Unendlichkeit ist ein Widerspruch und voll von Widersprüchen. Es ist schon ein Widerspruch, dass eine Unendlichkeit aus lauter Endlichkeiten zusammengesetzt sein soll, und doch ist dies der Fall. Die Begrenztheit der materiellen Welt führt nicht weniger zu Widersprüchen als ihre Unbegrenztheit, und jeder Versuch, diese Widersprüche zu beseitigen, führt, wie wir gesehn haben, zu neuen und schlimmeren Widersprüchen. Eben weil die Unendlichkeit ein Widerspruch ist, ist sie ein unendlicher, in Zeit und Raum ohne Ende sich abwickelnder Prozess. Die Aufhebung des Widerspruchs wäre das Ende der Unendlichkeit.» [7]

Die Unendlichkeit des Universums ist eine objektive Realität und kann nicht mit mathematischen Tricks weggewünscht werden. Die Realität des Universums liegt in der Gesamtheit aller Gegensätze, im Unendlichen wie im Endlichem: Eine unendliche Ansammlung von endlichen Dingen, mit keinen Grenzen, keinem Anfang und keinem Ende.

Böse Unendlichkeit

Verschiedene moderne Theorien haben versucht, die Absurdität von einem „Anfang der Zeit“ zu überwinden. Zuerst entstand das Konzept des Urknalls, als einer dramatischen Expansion einer Singularität, ein Moment des «Phasenwechsel» - analog zum flüssigen Wasser, welches zu Eis wird. In dieser Theorie, wird angenommen, dass das Universum unförmig war bis zu dem Phasenwechsel, als sich Raum und Zeit aus der Formlosigkeit „herauskristallisierten“.

Die Idee von einem sich entfaltenden und entwickelnden Universum ist ein Schritt vorwärts im Gegensatz zu der Idee von einem unendlichen «Steady-State» Universum oder einem zyklisch, periodisch wiederholendem Universum. Beide Ideen porträtieren eine Sicht der Unendlichkeit - eine idealistische Unendlichkeit, welche einer zeitlosen und abstrakten Gleichung entspringt. Alle wirklichen Gleichgewichte in der Natur sind dynamisch und beinhalten Veränderungen, das Resultat von gegenseitigen Interaktionen von Materie in Bewegung.

Aus diesem Grund sind wirkliche Gleichgewichte und periodische Bewegungen im Universum nicht ein ewiges, sondern ein temporäres Phänomen. Obwohl wir verschiedene Wiederholungen und Stabilität in allen Ebenen der Natur sehen, sind dies nur Phasen im sich kontinuierlichen und dialektisch entfaltenden Entwicklungsprozess. Diese Beziehung zwischen Stabilität, Wiederholung und Veränderung wird in dem dialektischem Gesetzt von Quantität und Qualität ausgedrückt, welches aufzeigt, wie alle Veränderungen in der Natur, der Geschichte und der Gesellschaft erfolgen. Eine ist eine Folge von allmählichen (oft unmerklichen) quantitativen Veränderungen, welche schliesslich den Weg pflastern für qualitative Veränderungen - der Punkt für radikale oder revolutionäre Umwandlungen.

In diesem Sinne ist die Idee des Urknalls nur eine «Phasenveränderung» - nicht repräsentativ für ein «Anfang der Zeit», sondern für eine qualitative Wende in der Evolution des Universums - ein Schritt vorwärts, verglichen mit der Idee eines «Steady-State» oder zyklischen Universums oder eines Urknalls, welcher den „Anfang der Zeit“ repräsentiert. Jedoch ist die Theorie der «Phasenveränderung» selbst verwirrend, den sie lässt Zeit und Raum als greifbare, materielle Dinge erscheinen. Raum und Zeit sind aber viel mehr relationale Ausdrücke zwischen dem eigentlich Materiellen - die Beziehungen von Materie in Bewegung.

Materie und Bewegung sind unzertrennlich. Bewegung ist die Form in der Materie existiert. Aber weil Materie in Bewegung ist, muss sie ihre Position mit der Zeit verändern. Raum und Zeit sind daher Eigenschaften der Bewegung von Materie, welche - wie alle andern Eigenschaften die Beziehungen zwischen Dingen ausdrücken. Das Konzept von Raum und Zeit, ohne Referenz zur Materie und Bewegung ist das gleiche wie mit leeren Abstraktionen zu arbeiten. Engels kommentiert das folgendermassen: «Denn die Grundformen alles Seins sind Raum und Zeit und ein Sein ausser der Zeit ist ein ebenso grosser Unsinn wie ein Sein ausserhalb des Raums.» [8]

Erklärungen über die Entwicklung des Universums, welche ein «gestaltloses» Universum beinhalten, aus dem sich Zeit und Raum «herauskristallisieren», sind genau so leer und abstrakt. Das Universum durchläuft allerdings wirklich einen kontinuierlichen Prozess der Evolution und Entwicklung - aber es ist nicht einfach «Das Universum» das sich entwickelt, sondern die Materie - vorhanden in einem unendlichen Prozess von Interaktionen und Veränderungen, welche ein temporäres dynamisches Gleichgewicht formen und ähnliche, aber nie identische Entwicklungen offen legen über die Zeit.

Eine andere Theorie der modernen Kosmologie ist die «ewige Inflation», welche davon ausgeht, dass unser Universum selbst eine Blase in einem anderen Universum ist. Diese Theorie basiert auf einem Mix von Quantenfluktuation und Vakuum-Energie (Energie aus einem leeren Raum). welche zu der Geburt eines neuen Universums in einem alten führt. Während solche Theorien das mechanische Konzept der Unendlichkeit vermeiden, welches von der Steady-State und Theorien des zyklischen Universums verwendet werden, ist die Idee nicht weniger absurd und undialektisch. Diese Theorie bringt uns zurück zu der offensichtlichsten Frage der Inflation: Woher kommt die Energie für die neuen Universen? Ein Artikel in New Scientist Magazin erklärt:

«Inflation, eine Theorie welche [Alex] Vilenkin half zu entwickeln, startet mit einem Vakuum in einem unüblich hohen Energiegehalt und einem negativem Druck. Zusammen ergibt dies eine abstossende Gravität und drückt alles von einander Weg. Das bläht das Vakuum auf und macht es noch abstossender, was wiederum zu einer grösseren Aufblähung führt.

Aber dieses inflationäre Vakuum sind Quanten in der Natur, was es instabil macht. Es zerfällt zu einem normalen alltäglichen Vakuum. Das Vakuum muss als gewaltiger Ozean von kochendem Wasser vorgestellt werden, mit Blasen welche sich formen und ausdehnen über die gesamte Länge und Breite. Die Energie von diesem inflationären Vakuum muss irgendwohin und kreiert Materie und heizt sie zu einer gewaltigen Temperatur in jeder Blase. So entsteht ein Urknall. Unser Universum ist in einer solchen Blase welche entstanden ist mit dem Urknall vor 13.7 Billionen Jahren.»
[9]

Uns wird erzählt, dass es so aussieht als würde die Energie für neue Universen, welche entstehen, aus der Energie vom leeren Raum kommen, welcher sich vergrössert und sich Vakuum Blasen bilden. Doch noch einmal, Energie kann weder erschaffen noch zerstört werden. Man kann nicht etwas aus dem nichts erschaffen. Es gibt nicht so etwas wie ein freier kosmologischen Start. Die Theorie der „ewigen Inflation“ ist daher weit davon entfernt, das Problem aus der traditionellen Urknalltheorie vom «Anfang der Zeit» zu lösen. Sie hat das selbe Problem in einer neuen Form.

Neben dem Konzept von „Universen in Universen“, gibt es ähnliche Theorien welche multiple oder parallele Universen enthalten, welche gleichzeitig in einem «Multiversum» existieren. Eine solche „Multiversum-Theorie“ ist jedoch dasselbe wie die „Membranen“, welche vorher erwähnt wurden, welche miteinander in einem höher dimensionierten Raum kollidieren. Eine andere „Mulitversum-Theorie“ - geboren aus der Quantenmechanik heraus - besagt, dass neue Universen aus einem Quantem Ereignis heraus entstehen. Diese «mehrere Welten»-Interpretationen gehen davon aus, dass es, anstatt einem einziges Universum mit einer Geschichte von Ereignissen und Prozessen, eine (möglicherweise unendliche) Anzahl von parallelen Universen existieren bei denen alle möglichen alternativen Vergangenheiten real sind.

Diese «Universum im Universum» und «Multiversum»-Ideen führen zu allen möglichen Spekulationen und Mutmassungen, von denen viele eine grössere Ähnlichkeit mit Science Fiction als mit echter Wissenschaft haben. Am wichtigsten aber sollte betont werden, dass es keinen Beweis gibt - und es kann nie einen Beweis geben - für solche Theorien.

Das ganze Gerede von Unendlichkeit in Beziehung zum Universum - egal ob bezogen auf das Universum, welches unendlich in Raum und Zeit ist, oder einer unendlichen Reihe von Universen, oder eine unendliche Anzahl von parallelen Universen führt zwangsläufig zu der Diskussion über das Konzept von Unendlichkeit selbst. Das wiederum lässt unserer Vorstellungskraft freien Lauf: Wenn wir ein unendliches Universum oder eine unendliche Anzahl von Universen haben, dann wird alles, das passieren kann - egal wie klein die Wahrscheinlichkeit ist - passieren und ist sogar schon passiert?!

Diese Hypothese basiert auf der formalen mathematischen Logik, dass, wenn eine unendlich kleine Wahrscheinlichkeit auf eine unendliche Anzahl von Ereignissen trifft, das Ergebnis ein bestimmtes oder reales Ereignis sein muss. Wenn man zum Beispiel unendlich viele Affen auf Schreibmaschinen tippen lässt, so wird einer eventuell alle Arbeiten von Shakespeare produzieren. Aber eine solche Logik ist eine leere Abstraktion und komplett von der Realität entfernt. Es gibt einen qualitativen Unterschied zwischen einer abstrakten Möglichkeit und einer konkreten Möglichkeit, zwischen einer Möglichkeit und einer Wahrscheinlichkeit und zwischen einer Wahrscheinlichkeit und einer Notwendigkeit. Was theoretisch möglich ist, ist nicht zwingend wahrscheinlich und was wahrscheinlich ist, wird nicht immer Wirklichkeit.

Die reale Welt - ob nun in der Natur oder in der Geschichte - ist keine Reihe von zufälligen, wahrscheinlichen Ereignissen. Sondern Prozesse mit dialektischer Entwicklung durch innere Wiedersprüche; Prozesse welche sich entwickeln mit ihrer eigenen inneren Dynamik und Logik. Ausserhalb der scheinbar chaotischen Bewegungen und Interaktionen im Universum erscheint eine gewisse Vorhersagbarkeit: Ähnliche Bedingungen produzieren ähnliche Resultate; ein Muster bildet sich; Tendenzen und verallgemeinerte Gesetze entstehen.

Nehmen wir zum Beispiel der Prozess der Evolution der biologischen Welt. Es ist klar für die moderne Wissenschaft, dass die Menschheit weder eine Kreation intelligentem Design ist noch nur das Produkt von zufälligen Ereignissen. Vielmehr ist die Evolution ein Prozess einer dialektischen Entwicklung - von Quantität welche zur Qualität wird und zurück zur Quantität. Natürlich spielen Unfälle immer eine Rolle - die Möglichkeiten von zufälligen Variationen und Kombinationen in den einzelnen Genen ist ein essentieller Mechanismus der Evolution. Aber diese «Unfälle» werden nur dann die Macht haben eine ganze Bevölkerung zu formen, wenn diese eine Notwendigkeit darstellt - wenn eine spezifische genetische Kombination einen Vorteil für einen Organismus darstellt in einer Umgebung.

Ähnlich kann die Arbeit von Shakespeare, oder irgendein anderer Autor oder Künstler nie das Produkt von Unfällen und zufälligen Ereignissen sein. Zufällige Ereignisse spielen eine Rolle in der Formung von Individuen, aber grosse Werke der Kunst und Literatur sind Produkte von der gesamten Geschichte der kulturellen Entwicklung. Die Werke von Shakespeare wären nicht möglich gewesen ohne die vorhergehende Literatur hellenischer oder klassischer Epen und Tragödien.

Wir sehen also, dass solche Theorien, wenn sie versuchen die Absurdität von einem «Anfang der Zeit» zu vermeiden, nur in neuen Absurditäten enden. Solche Versuche, die Widersprüche der Unendlichkeit zu überwinden, führen nur zu verschiedenen Variationen «böser Unendlichkeit» angeordnet in zwei entgegengesetzter Polen: Am einen Ende sehen wir das mechanische Konzept der Unendlichkeit - die idealistische Unendlichkeit von Stillstand oder zyklischer Wiederholungen; am anderen Ende sehen wir die chaotische Idee der Unendlichkeit - eine Unendlichkeit zusammengesetzt aus rein zufälligen Ereignissen mit keinem Potential für Entwicklung, Evolution oder Fortschritt.

Im Gegensatz zu diesen Beispielen «böser Unendlichkeit», welche bloss als Abstraktion in den Köpfen von theoretischen Physikern existiert, können wir jeden Tag sehen, wie echte Unendlichkeit aussieht wenn wir aus dem Fenster heraus das Wetter betrachten: Ein System, das dynamisch und chaotisch ist, aber welches erklärt werden kann und in einem gewissen Rahmen vorhergesagt werden kann; ein Fall von Materie in Bewegung bei dem keine zwei Tage dieselben sind und trotzdem einer in dem materielle Grenzen gelten und allgemeine Tendenzen vorhanden sind welche bis zu einem gewissen Grad zu Wiederholungen und Ähnlichkeiten führt.

Wirkliche Unendlichkeit ist weder nur mechanisch noch komplett zufällig, sondern eine dialektische Gesamtheit von Gegensätzen: von Neuem und Altem, Neuheit und Wiederholung, Chaos und Ordnung, Zufall und Determinismus, Unfall und Notwendigkeit. Solche Unendlichkeit ist ein evolutionärer Prozess der Entwicklung und dialektischen Veränderungen, mit Mustern und Tendenzen, aber ohne exakte Wiederholungen; Ein Prozess von Quantität, welche zur Qualität wird und wieder zurück zur Quantität. Reale Unendlichkeit im Universum ist also nicht eine Unendlichkeit des Universums, sondern vielmehr eine Unendlichkeit der Materie in Bewegung - Eine Unendlichkeit von endlichen Dingen mit keinem Anfang und keinem Ende.

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Dieser Artikel ist eine Übersetzung des folgenden Artikel auf der Seite In Defence of Marxism: The Crisis of Cosmology - Part one

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