Kl. Historie des Zweifels (am Urknall / der Existenz Dunkler Energie)

Eigentlich glaubte, die gesamte Welt der Naturwissenschaften begeistere sich für den Urknall (als Singularität und daraus gefolgert als Anfang von Allem) - bis auf ein paar isolierte 'Abtrünnige' wie Martin Bojowald.
Tatsächlich sind die Befürworter einer anderen Kosmologie weitaus zahlreicher als von mir vermutet. Eines ist dabei zu beachten: dass unser Universum in seiner Entstehungsphase sehr viel kleiner war als heute und aus einem unvorstellbar winzigen Volumen heraus immer schneller expandiert ist, wird im allgemeinen nicht oft bezweifelt. Dagegen richten sich Einwände häufig gegen die Idee eines Anfangs von Raum und Zeit (die nach der Urknalltheorie 'vorher' nicht existiert haben sollen).

Mehr noch: eine Geschichte des Zweifels lässt sich verfolgen - nachfolgend einige Stationen daraus sind in nachfolgend aller Kürze aufgeführt.
Doch scheint das Ende der Urknall-Debatte in greifbare Nähe zu rücken, wenn seit kurzem sogar Stephen Hawking einräumt, dass die Mutmaßung eines singulären Anfangsereignisses nicht viel mehr als ein Hilfskonstrukt von Astrophysikern ist, die mit ihren bisherigen Berechnungsmethoden nicht über diesen Punkt hinausgelangen…

1950: Fred Hoyle entwickelt die „Steady-State-Theorie“

"Steady state“ bedeutet so viel wie gleichbleibender Zustand. Der Privatgelehrte Hoyle akzeptierte die Expansion des Universums. Zugleich glaubte er, es bestehe ewig - ohne Anfang. Infolge der fortwährenden Expansion müsste sich die Materie 'darin' jedoch extrem verdünnt haben, was offensichtlich aber nicht der Fall ist. Hoyle's These zufolge entsteht im All fortlaufend neue Materie aus sich selbst heraus - in genau der richtigen Menge, um die Expansion des Alls voranzutreiben und zugleich die Materiedichte darin in konstanter Dichte zu erhalten.
Übrigens stammt der Begriff „big bang“ ausgerechnet von Hoyle, der ihn 1950 in einer BBC-Radiosendung verwendete, um die These von der 'Urexplosion lächerlich' zu machen. Der Materialist Hoyle modifizierte seine eigene These zwar mehrfach, doch behielt er seine Grundhaltung gegen die Urknall-Theorie konsequent bei - aus philosophischen Erwägungen: Falls das Universum einen Anfang habe, dann setze dieser eine Ursache voraus, s.h. einen Schöpfer. Doch fundamentale Christen sind mit der Urknall-Theorie auch nicht besonders glücklich, denn die biblische Schöpfungsgeschichte schildert bekanntermaßen eine andere Abfolge der Anfänge von Erde und Menschen, auch was den zeitlichen Verlauf anbetrifft.

90er Jahre

Die Astronomen Wolfgang Priester und Hans-Joachim Blome ersetzten den Urknall in einem neuartigen Modell durch einen sanfteren Schöpfungsakt ('Urschwung'): Das Universum, habe als unendlich großer Raum seit ewigen Zeiten existiert. Materie gab es darin nicht, stattdessen war er von Quantenfeldern erfüllt. Sie bestehen aus reiner Energie und erreichen eine hohe Energiedichte.
Weil auch Energie eine Gravitationswirkung besitzt, ließ die Schwerkraft der Quantenfelder diesen Kosmos auf eine minimale Ausdehnung schrumpfen. Danach, in einer Art Rückprall, dehnte er sich jäh wieder aus. Dieser Moment war der Urschwung. Er leitete in das expandierende Universum über, in dem wir heute leben, wobei aus den ursprünglichen Quantenfeldern die Materie entstand.

2004: "Kein Urknall erschütterte das Universum":

Mit einem einem offenen Brief begründen Eric J. Lerner, der Mathematiker Michael Ibison, der Astrophysiker Halton Arp und 20 weitere Wissenschaftler im britischen Magazin „New Scientist“ ihre Forderung nach einer vorurteilsfreien Diskussionen und Forschung über die Geschichte des Universums und zu beobachtende Widersprüche der Urknalltheorie. Deren Dominanz beruhe eher auf einer Konventionen als auf wissenschaftlichen Methodik. Die Urknalltheorie basiert auf einer großen Anzahl hypothetischer Annahmen, die niemals beobachtet wurden - Aufblähung, geheimnisvolle Materie und dunkle Energie - Grund genug, in alle Richtungen weiter zu forschen.
Der Urknall selbst, jenes einzigartige Anfangsereignis, wurde auch nicht berechnet – dies ist auch nicht möglich, wenn man von einer Berechnung ein eindeutiges Resultat erwartet.

2006: Studie zur Hintergrundstrahlung wirft Zweifel auf Urknall-Theorie

Den bisherigen Annahmen zufolge ist die Hintergrundstrahlung Art Echo des Urknalls. Die russischen Wissenschaftler R. Sunyaev und Y. Zel'dovich hatten bereits 1969 vorausgesagt, dass freie Elektronen im Zentrum großer Galaxienhaufen die Hintergrundstrahlung ablenken würden. Dies sollte sich durch einen Energieverlust der letzteren bemerkbar machen - gewissermaßen ein Schatten in der allgegenwärtigen Hintergrundstrahlung. Die Untersuchung von 31 nahen Galaxienhaufen zeigte nur bei einigen von ihnen einen solchen Schatten, bei anderen war nichts dergleichen feststellbar - mögliches Fazit: Große Galaxienhaufen verzerren die Hintergrundstrahlung nicht – anders als es von der Urknalltheorie vorhergesagt wird.

 

2010: Zweifel an der Existenz Dunkler Materie ...

• "Studie weckt massive Zweifel an Existenz Dunkler Materie
  Beobachtungen weisen darauf hin, dass es die rätselhafte Substanz nicht gibt. Die Autoren haben Beobachtungsdaten der Milchstraße und des  Andromedanebels mit den Vorhersagen der Theorie verglichen. Dabei sind sie auf fünf schwer zu erklärende Widersprüche gestoßen. Ihre Ergebnisse erscheinen in der kommenden Ausgabe der Zeitschrift „Astronomy and Astrophysics“ (-> Link) - mit möglicherweise weit reichende Implikationen: Eventuell müssen sowohl Newtons Gravitationstheorie als auch Einsteins allgemeine Relativitätstheorie modifiziert werden

Im derzeit allgemein vertretenen kosmologischen Modell bewirkte die Dunkle Materie, dass sich nach dem Urknall die 'normale' Materie verdichtet und Galaxien und Galaxienhaufen bildeten - eine Voraussetzung für die Entstehung von Sternen, Planeten, Monde usw.
Offenbar stimmt die Verteilung der Dunklen Materie - die nicht direkt sichtbar ist, sondern sich nur über ihre Schwerkraft verrät - in der Lokalen Gruppe nicht mit diesen Vorhersagen überein. Zwar hatten die Kosmologen gute Gründe für die hypothetische Einführung der Dunklen Materie, doch war es bislang weder möglich, deren Existenz noch ihre nachzuweisen. 

Debatte: dark matter in the spotlight
Am 18. November 2010 stand in Bonn das Konzept der "Dunklen Materie" zur Debatte. Die Astronomie-Professoren Simon White (Garching) und Pavel Kroupa (Bonn) trugen ihre Positionen vor. Prof. Dr. Hans Peter Nilles, Direktor des Bethe-Centers, moderierte die Veranstaltung. Hier erhalten Sie die Präsentationen der Disputanten. Argumente für und wider die Dunkle Materie wurden vorgetragen 

Kroupa hat die Existenz Dunkler Materie für das lokale Universum - also die Milchstraße und die hunderte von Galaxien in ihrer Nähe - ihrer Nähe untersucht. Er argumentiert, die dort gemachten Beobachtungen seien mit der Standardtheorie weitgehend unvereinbar. Das aktuelle kosmologische Weltbild - das Standardmodell der Kosmologie (→ Lambda-CDM-Modell; CDM steht für Cold Dark Matter) - sei damit nicht mehr haltbar, und die Physik stehe nun vor der großen Herausforderung, eine neue kosmologische Theorie zu entwickeln.Simon White hält dagegen, Dunkle Materie erkläre die weitaus meisten Beobachtungen im Universum hervorragend - angefangen von der struktur der Galaxienhaufen und Galaxien bis zu Temperaturschwankungen in der kosmischen Hintergrundstrahlung. Die Ablehnung des Konzeptes - und die dazu notwendige Modifikation der Newton'schen Gravitationsgesetze - ziehe dagegen viele Folgeprobleme nach sich.

• Eine neue Theorie kommt ohne CDM aus, beschreibt aber eine völlig andere Geschichte des Universums: "Cosmological Models with No Big Bang":

"In this article we propose cosmological models that can explain the cosmic acceleration without introducing a cosmological constant into the standard Einstein field equation, negating the necessity for the existence of dark energy.

Das Universum hätte demnach weder Anfang noch Ende: Der Astrophysiker Wun-Yi Shu von der Tsing Hua Nationaluniversität in Taiwan hat soeben eine neue Beschreibung des Universums entwickelt, in dem Raum, Zeit sowie Masse und Länge auf kuriose Art verschränkt sind:

Raum und Zeit können ineinander umgewandelt werden, ebenso Masse und Länge. Beide Prozesse hängen von der Gravitationskonstante und der Lichtgeschwindigkeit ab - beide Naturkonstanten werden von Shus zu Variablen degradiert. Ein Universum mit diesem Eigenschaften würde ewig bestehen, hätte jedoch abwechselnde Perioden der Expansion und Kontraktion. Eine Urknallsingularität kommt in diesem mathematischen Modell nicht vor. Shus Theorie sagt voraus, dass das Licht von Sternenexplosionen mit einer bestimmten Rotverschiebung auf der Erde messbar sei - was den tatsächlichen Beobachtungen entspricht und als Hinweis gewertet wird, dass sich das Universum beschleunigt ausdehnt.

 

2011: Roger Penrose - Nach dem Urknall ist vor dem Urknall

Zunehmend steuern aufgeschlossene Naturwissenschaftler auf einen Kompromiss zu: in Modellen eines zyklisch expandierenden und implodierenden Universums bestreiten sie nicht mehr das Urknall-Ereignis an sich. Sie legen statt dessen dar, dieser Kollaps sei nicht der ultimative Anfang gewesen - denn davor habe bereits ein anderes Universum existiert, das ebenfalls einen Vorgänger gehabt haben soll...

• Siehe auch: → "Ein Urknall ist noch nicht genug", Roger Penrose und seine neue Theorie des Universums  

Inzwischen ist die ursprüngliche Urknall-Theorie kein unantastbares Dogma mehr, denn eine wachsende Anzahl von Astrophysikern und Kosmologen betrachtet den Urknall nicht länger als Punkt Null der kosmischen Geschichte war, sondern als Durchgangsstadium...

2012 Sogar Stephen Hawking zweifelt am Urknall

(Ich bin nicht sicher, ob 2012 als Zeitangabe des Sinneswandels bei Stephen Hawking zutrifft.) Der Beitrag ‘Urknall -  Beginn der Welten’ von Wolgang Silvanus auf dem Onlineportal der Frankfurter Rundschau stammt aus Juni 2012; darin wird deutlich, wie auch die Rudelführer der Physiker-Gemeinde allmählich zu der Einsicht gelangen, dass sich auch der Urknall an physikalischen Gesetze halten müsse: Den Berechnungen nach müssten im Punkt Null jedoch Temperatur und Dichte unendlich hoch gewesen sein. Unendliche Größen im materiellen Universum ergeben keinen Sinn, weshalb die Wissenschaftler diese Singularität möglichst umgehen. Und wieder wurden neue Modelle in Erwägung gezogen:

“…daran beteiligte sich auch der britische Physiker und Kosmologe Stephen Hawking. Er lehnt die Urknall-Singularität ab, weil er glaubt, dass die Naturgesetze auch bei der Entstehung des Universums gegolten haben sollten. Eine Urexplosion ohne Ursache könne aber nur durch übernatürliche Kräfte ausgelöst worden sein. „Ein Schöpfungspunkt wäre ein Ort, an dem die Wissenschaft kollabiert. Man müsste die Religion und die Hand Gottes zu Hilfe nehmen“, konstatierte Hawking bei einem kosmologischen Kongress, den die Universität Cambridge Mitte Januar zu seinem 70. Geburtstag veranstaltete…”

Der Urknall - ein Irrtum?

In der Physik wird gerne der Eindruck vermittelt, als habe sich Urknalltheorie seit den 1970er Jahren als einzige, alternativlose Theorie von der Entstehung der Welt erwiesen denkbare. Dass alternative Ansätze durchaus ihre Berechtigung haben, erläutert der Bonner Astronom Hans-Jörg Fahr (“Der Urknall kommt zu Fall”) erläuterte 2009 in einem Interview mit P.M.
Professor Dr. Fahr wurde 1939 in Hannover geboren. 1959 begann er das Studium der Physik, Mathematik und Philosophie an der Rheinischen Friedrich Wilhelms Universität Bonn. Aus mehreren Gründen zieht er das Modell vom Urknall in Zweifel…

Über den Anfang des Universums, den den Zeitpunkt Null, haben wir keine Informationen und folglich auch kein Wissen; wir stellen lediglich fest, dass unsere bisherige Mathematik bei dem Versuch scheitert, diesen Anfangszustand zu berechnen.

“Wir haben keine Ahnung, wie sich Materie in einem solchen gedachten Urzustand verhält. Trotzdem soll dieser Zustand in der extremsten Vergangenheit genau derjenige sein, aus dem unsere Welt hervorgegangen ist. Das überzeugt mich nicht.”

Denn der gegenwärtige Kosmos liefere keinerlei Indizien für seinen Anfangszustand:

“Wenn Sie einen Mückenschwarm in der Zeit anhalten und dann rückwärts agieren lassen, dann kollabiert dieser Schwarm auch nicht zu einer Singularität.”

In seinem Gesamtzustand bleibe das Bild des Universums jedoch gleich, auch wenn ständig Galaxien entstehen und vergehen, der Lebenszyklus kosmischer Strukturen und Objekte verlaufe nach einem einheitlichen Muster.
Die kosmische Hintergrundstrahlung ist lt. Fahr untauglich als Beweis bzw. Hinweis zugunsten eines Urknalls: Es ist eine sehr gleichförmige Strahlung im All und diese extreme Gleichförmigkeit werde von den meisten Kosmologen als ein Indiz dafür gewertet, dass die Welt im Ursprung völlig gleichförmig gewesen sei. Das Universum hat zu Beginn überhaupt keine Unterschiede erkennen lassen. Doch sei vor diesem Hintergrund niemand in der Lage, den gegenwärtigen Zustand des Universums zu erklären – weshalb aus dieser Gleichförmigkeit eine ausgesprochen ungleichförmige Welt entstanden sein soll.

Um dieses Defizit zu kompensieren, erfinde man zusätzliche Faktoren und Phänomene wie etwa die Dunkle Materie. “Es wird so getan, als hätten wir die Welt dadurch restlos erklärt, dass wir ein bestimmtes Verhältnis von Dunkelmaterie zu normaler Materie als gegeben annehmen.”

Fahr selbst stellt sich die den Anfang des Universums und die Entstehung der Welt anders vor: Eine Explosion als initiales Ereignis hält er für undenkbar, denn Explosion bedeute zugleich auch Chaos. Vielmehr müsse schon zu Beginn die Weltinformation vorhanden gewesen sein, damit sich die Welt entfalten konnte. Die Materie müsse von Anfang an bereits teleonomische (auf ein Ziel gerichtete) Qualitäten gehabt haben, die ihr den Weg in die Zukunft wiesen.

Fahr spricht in diesem Kontext von einem “dynamischen Faktor, der die zunächst ungeordnete Materie ins Neue, in thermodynamische Ungleichgewichte und damit in Strukturbildungen hineingetrieben hat – und es bis heute tut.”

Womöglich verlässt Fahr den Fokus der Naturwissenschaften, indem er annimmt, die Materie sei selbst schöpferisch tätig. Materie ist nicht nur passiver Stoff, sondern ihr wohne auch ein Wille zu stofflicher Form inne:

“Die Natur hasst im Grunde das Amorphe, das Formlose. Sie ist in einer gewissen Verborgenheit von Anfang an auch Subjektivität. Insgesamt entwickelt sich das Universum von einem gleichförmigen Zustand, in dem ich keine Ecke des Kosmos von der anderen unterscheiden kann, zu immer differenzierteren Zuständen, die zu immer mehr Information im Kosmos führen. Denn Information entsteht durch Unterschiede.”

Überraschend für mich ist, dass der Astronom Fahr nun Bezug auf die hochkomplexen morphogenetischen Felder (‘also formbildende Gravitationsfelder der Massenkonstellationen’) des britischen Biologen Rupert Sheldrake nimmt, um diesen dynamischen Faktor zu erläutern:
Nimmt man allein unsere Galaxie mit ihren 100 Milliarden Sternen und ordnet diese Sterne in bestimmte Formationen an, so entsteht ein Gravitationsfeld und Wirkgeflecht von einer gewaltigen Komplexitätsdimension – die Fahr mit den vielen Nervenverbindungen in der menschlichen Gehirnstruktur vergleicht. In dieser Größenordnung seien auch die Felder vorstellbar, die bestimmen, auf welchem Wege sich Materiestrukturen wie Galaxien und Galaxienhaufen in Zukunft weiterentwickeln.

“Wir müssen diesem Weltstoff sozusagen ein Innenleben zutrauen.”

Materie sei ungleich mehr als eine Anordnung anonymer Bausteine – und die Elementarteilchen, welche diese Materie konstituieren, seien mehr als einfache Träger von Masse und Ladung. Vielmehr sei es möglich sie zu Molekülen zusammen zu fügen, die wiederum komplexe elektrische Felder produzieren und Kettenbildungen vollziehen können.

Materie und Geist
… seien nicht strikt voneinander getrennt:

“Ich denke, es ist ein Übergang möglich zwischen Geist und Materie. Zum Teil ist der Geist in der Materie wiederzufinden – als Information.”

Ein aktiver, zyklischer und vor allem schöpferischer Kosmos sei für viele Menschen weitaus tröstlicher als ein scheinbar entwurzeltes Dasein in einem vom Zufall bestimmten Urknall-Universum, das einmal kollabieren werde.
Das Modell von einem Weltall, das “in sich lebendig arbeitet”, stelle den Menschen in ein neues Gefüge und beziehe ihn ein in das kosmische Geschehen. Deshalb müssen wir gar nicht verstehen, wie ein Urknallkosmos funktioniert. Wir müssen stattdessen begreifen, was es mit einem uns tatsächlich gegebenen, hoch strukturierten, lebendigen Kosmos auf sich hat.

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Viele Thesen und Auffassungen, welche Alternativen zu einem singulären Anfangsereignis formulieren oder dieses infrage stellen, werden gerne als üble Angriffe auf die Relativitätstheorie Einsteins (ART) gewertet, die sich in einer Vielzahl von Beobachtungen und Experimenten bewahrheitet habe. Diese Kritik halte ich für unangebracht, wenn man einräumt, dass nicht nur die Quantenphysik, sondern auch die ART einen bestimmten Gültigkeitsbereich hat.
D.h. es gibt eine Skala für verschiedene physikalische Größen (Hitze, Druck, aber auch die Größe betrachteter Objekte, seien es Sterne, Planeten oder subatomare Teilchen), mit der ein Geltungsbereich des physikalischen Modells festgelegt wird.

Die mutmaßlich extremen Anfangsbedingungen des materiellen Universums liegen offenbar außerhalb dieser Skala – weshalb die Formeln der ART zu unendlichen Ergebnissen führen, wenn diese Bedingungen zugrunde gelegt werden.

Doch frage ich mich, ob H.J. Fahr den Bausteinen der Materie nicht ‘zu viel Ehre’ erweist, wenn er ihnen den Status eines ‘Samenkorns’ zuweist, in welchem die komplexesten Strukturen bereits angelegt seien. Ist es nicht so, dass wir darüber ebenso wenig wissen wie über den Zeitpunkt Null?

Wie kaum anders zu erwarten, wird Fahrs Anschauung von seinen Fachkollegen überwiegend abgelehnt. Dafür erhält er Zuspruch aus der Ecke der Kreationisten und Intelligent-Design-Befürwortern wie Prof. Werner Gitt – was eigentlich erstaunlich ist, denn die Existenz eines personellen Gottes (wie ihn die Bibel vorsieht) lässt sich aus den Thesen von Prof. Fahr gerade nicht ableiten. Eher scheint eine nicht-persönliche schöpferische Kraft, die Allem innewohnt zu begründen, die wir aus pantheistischen Glaubenslehren kennen.

• Vgl. “Warum ist der Urknall ein Irrtum?”

Mir sagt bei Fahr besonders zu, dass er die Grenzen des wissenschaftlich erfahr- und erkennbaren Wissens aufzeigt. In seinem Buch ‘Die Illusion von der Weltformel - Was weiß die Wissenschaft wirklich?’ zieht Hans Jörg Fahr ein Resümee des naturwissenschaftlichen Wissens zu Beginn des neuen Jahrtausends. Dabei kommt er nicht wie Stephen Hawking und andere zu dem Ergebnis, dass wir der Natur beinahe schon alle ihre Geheimnisse entrissen haben – im Gegenteil!
Fahr konfrontiert Laien wie mich nicht mit dogmatischen Lehrsätzen, sondern hinterfragt die Sinnhaftigkeit der Suche nach einer Theory of Everything und der angeblich alles erklärenden Weltformel.