»Was war vor dem großen Knall?«
Ein schmerzhaft greller Halogenblitz, begleitet von einem dröhnenden Donnerschlag, reißt die Besucher im Planetarium von Baltimore, Maryland, von den Sesseln: Ähnlich spektakulär, so wird dem konsternierten Publikum dazu mitgeteilt, sei es vor rund 20 Jahrmilliarden bei der Entstehung des Universums zugegangen.
Die Lektion, erteilt im Schockverfahren, dürfte sich den Laien einprägen. Was ihnen unter Blitz und Donner vermittelt wird, ist die jüngste, wissenschaftliche Version der Schöpfungsgeschichte.
Am Anfang, so lehrt die Genesis der modernen Kosmologen, war der Urknall: Eine winzige, fast ausdehnungslose Kugel, bestehend aus der unvorstellbar dicht komprimierten Materie des gesamten Weltalls, glühte plötzlich auf und explodierte - es begann ein kosmischer Feuerzauber, der Sonnen, Planeten, Monde und funkelnde Galaxien hervorbrachte.
An der dramatischen Lehre vom Urknall ("Big Bang") zweifeln nur noch _(Holzschnitt nach Lucas Cranach d. Ä. von ) _(Hans Lufft (1543); unten: Weltbild der ) _(Antike mit Himmelsgewölbe über der ) _(meerumflossenen Erdscheibe. )
wenige Wissenschaftler. Längst haben sie mit Hilfe des »Standardmodells« im scheinbar chaotischen Universum strenge Ordnungsprinzipien erkannt, die es ihnen erlauben, den Entwicklungsprozeß des Kosmos bis in die Nähe des Ursprungs zurückzuverfolgen.
Was aber war vor dem großen Knall? Herrschten die Naturgesetze auch schon vor der Geburt des Weltalls? Wird sich das Universum, wie bislang, unablässig weiter ausdehnen, oder wird es dereinst wieder zu einem unendlich dichten Klümpchen Materie zusammenschrumpfen? Und schließlich: Würde am Todestag des Kosmos auch der Zeitstrom ein für allemal versiegen?
Mit Fragen von so betäubender Wucht beschäftigt sich der britische Physiker und Kosmologe Stephen William Hawking in einem Buch, das unter dem Titel »Eine kurze Geschichte der Zeit« zunächst in den USA und nun auch in der Bundesrepublik erschienen ist, wo es rasch zu einem Bestseller wurde, von dem der Rowohlt Verlag derzeit 2000 Exemplare täglich verkauft. _(Stephen W. Hawking: »Eine kurze ) _(Geschichte der Zeit«. Rowohlt Verlag, ) _(Reinbek; 240 Seiten; 34 Mark. ) Der Exkurs des Physik-Professors aus Cambridge - eine rasante Geisterbahnfahrt durch das Labyrinth kosmologischer Denkmodelle - zeigt
einen Forscher bei der Arbeit, dessen radikale Neugier legendär ist.
Nur als Student, danach nie wieder, hat Hawking ein paarmal durch ein Teleskop in das Weltall hinausgeblickt; was er dort sah, beeindruckte ihn, wie er später versicherte, nicht im geringsten. Dennoch ist er, nach dem Urteil vieler Fachkollegen, gründlicher als jeder andere Forscher vertraut mit den kosmischen Rätseln und den schwindelerregenden Kalkulationen, die helfen sollen, das Universum zu begreifen.
Noch eindrucksvoller aber, meinen Freunde des Professors, sei die Bravour, mit der Hawking sein persönliches Schicksal bewältige. Seit Jahren ist der Meisterdenker aus Cambridge an den Rollstuhl gefesselt. Reden kann der Gelähmte nicht mehr. Was er sagen will, tippt er mit schwachen Fingern in einen Computer an seiner Seite; der spricht mit näselnder Stimme nach, was sein Besitzer ihm aufgetragen hat.
Mit 20, als Student in Oxford, war Hawking an unheilbarem Muskelschwund erkrankt, einem Leiden, das normalerweise rasch zum Tode führt. Als die Krankheit ihre ersten Symptome zeigte, gaben die Mediziner dem Patienten noch eine Lebensfrist von wenigen Jahren; die niederschmetternde Prognose warf den jungen Wissenschaftler beinahe aus der Bahn.
Doch in dem Vierteljahrhundert, das seither verstrichen ist, hat Hawking, inzwischen 46, seiner Krankheit eine staunenswerte Lebensleistung abgetrotzt. Der stumme Denker im Rollstuhl, gerühmt als »König der vierdimensionalen Raumzeit«, hat mit bahnbrechenden Erkenntnissen seiner Zunft immer wieder neue Forschungspfade gewiesen - Etappen, wie er hofft, auf dem Weg zu einer alles erklärenden »Weltformel«.
Hawking, der ohne fremde Hilfe nicht einmal mehr seine Brille zurechtrücken kann, habe sich vorgenommen, »Gottes Gedanken zu lesen« - so umschrieb das Nachrichtenmagazin »Newsweek« das kühne, ja vermessen anmutende Vorhaben: »Mein Ziel«, so formuliert es Hawking in seinem Buch, »ist ein vollständiges Verständnis des Universums, warum es so ist, wie es ist, und warum es überhaupt existiert.« Eine Antwort auf diese Fragen, schreibt er, »wäre der endgültige Triumph der menschlichen Vernunft« - ein Lebenstraum, der den Doktor Faustus aus Cambridge offenbar von Jugend auf begleitet hat.
Daß seine Krankheit, die Hawking für zwei Jahre in tiefe Depressionen stürzte, ihn dann doch nicht von seinem Ziel abbrachte, verdankte er der Begegnung mit seiner späteren Ehefrau, der Sprachstudentin Jane Wilde. »Von da an war ich entschlossen zu leben«, erinnert sich Hawking (siehe Kasten Seite 258).
Als 22jähriger, an der Universität Cambridge mit Forschern wie dem Physiker Roger Penrose, nahm sich Hawking mit Besessenheit einer Aufgabe an, zu der ihn seine einst intensive Science-fiction-Lektüre inspiriert haben könnte: Er widmete sich dem Studium der »Schwarzen Löcher«, einem kosmischen Rätsel, das die Forscher erst seit kurzem beschäftigte - obschon die Idee von Phantomsternen, die sogar ihr eigenes Licht verschlucken, fast zwei Jahrhunderte alt war.
Der französische Mathematiker und Astronom Pierre Simon de Laplace hatte 1796 das Paradoxon unsichtbarer Himmelskörper erdacht. Aus den Gleichungen, die Isaac Newton gut ein Jahrhundert zuvor für die Schwerefesselung von Sternen und Planeten aufgestellt hatte, folgerte Laplace, daß Sterne - so sie nur genügend Masse besitzen - nicht nur Planeten, sondern sogar Licht an sich zu binden vermögen. Kühn schloß der Marquis: »Die größten strahlenden Körper im Universum könnten unsichtbar sein.«
Im Jahre 1916 belebte der deutsche Astronom Karl Schwarzschild das Rätsel der Laplaceschen Sterne. Mit dem Rüstzeug der Relativitätstheorie Albert Einsteins entschleierte der Direktor des Astrophysikalischen Observatoriums in Potsdam das Geheimnis möglicher unsichtbarer Sonnen: Nicht in die Gestalt von Überriesen, wie Laplace angenommen hatte, sondern in die Statur kosmischer Däumlinge würden sie schlüpfen. Würde etwa der Radius des Feuerballs Sonne jäh von 700000 Kilometern auf den »Schwarzschild-Radius« von drei Kilometern zusammenschnurren - unser Zentralgestirn wäre unsichtbar.
Vor dem Zweiten Weltkrieg hatte dann der amerikanische Physiker Robert Oppenheimer über die mysteriösen Himmelserscheinungen nachgedacht; doch der hatte in Los Alamos, wo er den Bau der ersten Atombombe ("Manhattan Project") leitete, den Gedankenfaden fallenlassen und ihn später nicht mehr aufgenommen.
Erst in den sechziger Jahren war die Idee wieder aufgetaucht, es müsse im Universum unsichtbare Gravitationszentren geben - ausgebrannte Sternleichen, die unter dem Druck ihrer eigenen Schwerkraft zu extrem hoch verdichteten Materieklumpen zusammengeschrumpft sind.
Der amerikanische Astrophysiker John Wheeler taufte die geheimnisvollen, hypothetischen Gestirne auf den Namen »black holes«, ein »Meisterstück«, wie Hawking glaubt: Die Bezeichnung mit ihrem »ziemlich dramatischen Beiklang« habe das öffentliche Interesse am Metier der Himmelsforscher mächtig angefacht.
In den zur »Singularität« komprimierten Sonnenkadavern glaubten die Theoretiker einen kosmischen Endzustand zu erkennen: Buchstäblich nichts, kein noch so flüchtiges Elementarteilchen, nicht einmal ein körperloser Lichtstrahl, so spekulierten sie, könne aus dem Schwerefeld der kollabierten Sterne ins All entweichen. Allenfalls wachsen könne ein Schwarzes Loch - was immer in den Sog der zeitlosen Toteninsel gerate, bleibe für alle Ewigkeit in der Schwerkraftfalle gefangen.
Anfangs hatten die Theoretiker, irritiert vom grotesk anmutenden Ergebnis
ihrer Berechnungen, dem dramatischen Szenario nicht getraut. Dann aber, 1965, hatte Hawking gemeinsam mit seinem damaligen Mentor Roger Penrose das Konzept mathematisch so überzeugend begründen können, daß alle Zweifel zerstreut schienen.
Penrose und sein Meisterschüler Hawking verschmolzen dabei die Lehre von den Schwerkraft-Löchern mit der bis dahin eher vagen Urknall-Theorie: Ist das Universum, so fragen sie, womöglich aus einer Singularität hervorgegangen - jenem für Physiker so unsäglichen Zustand, in dem alle mathematischen Kniffe versagen, weil (wie im Innern der Schwarzen Löcher) die physikalischen Größen wie Temperatur und Dichte ins Unendliche schnellen? »Es war die große Frage«, erinnert sich Hawking, »ob es da einen Anfang geben kann oder nicht.«
Mit dem Gedanken an Schwarze Löcher, die nach Einsteins Lehre auf ewig unsichtbar bleiben müßten, mochte sich Hawking nicht abfinden. Gestirne, deren Schwarzschild-Radius niemand kreuzen kann, ohne von ihnen für immer verschlungen zu werden, und die außerhalb dieser magischen Bannmeile nicht das leiseste Lebenszeichen ins Universum schicken, würden sich jeder Untersuchung entziehen und damit für alle Zeiten ein Mysterium bleiben - ein Greuel für Hawkings unersättlichen Wissensdrang.
Hawking ruhte nicht, bis er die Toteninseln im All entzaubert hatte: 1974 führte er den Nachweis, daß Schwarze Löcher keineswegs auf ewig unveränderliche Grabmäler sind; sie können energiereiche Strahlung aussenden, dabei schrumpfen, vielleicht sogar »verdampfen« und so in den Energiekreislauf des Universums zurückkehren.
Hawkings theoretische Befunde, die seinen Forscherruhm nun auch außerhalb der Fachwelt erstrahlen ließen, nährten die Hoffnung, es werde eines Tages gelingen, die Entstehung des Kosmos bis zur Sekunde Null zu rekonstruieren: Das Formelwerk Hawkings deutete an, daß sich auch extreme, scheinbar chaotische Naturzustände - wie sie in den »black holes« oder beim Urknall vorliegen - wissenschaftlich beschreiben lassen.
Jahrtausendelang bot der Sternhimmel den Betrachtern einen Anblick zeitloser, majestätischer Ordnung. Im ruhigen, zuverlässigen Gang der Gestirne sahen Dichter und Denker ein erbauliches Gegenbild zur chaotischen, unberechenbaren Menschenwelt. »Die Natur der Sterne«, so lehrte der griechische Philosoph Aristoteles, »ist eine ewige Wesenheit.« Stets schwang mystische Andacht mit, wenn sich die Alten in die Harmonie des Kosmos versenkten.
Kein Wunder, daß in den Köpfen Unruhe ausbrach, als zu Beginn der Neuzeit Forscher wie Nikolaus Kopernikus,
Johannes Kepler und Galileo Galilei begannen, die vertraute Himmelsmechanik zu revidieren. Daß dabei der bis dahin ortsfeste Ausguck Erde aus dem Zentrum des Weltalls gerückt und auf eine Kreisbahn um die Sonne verlegt wurde, verursachte vielen Zeitgenossen Schwindelgefühle.
Bis ins 20. Jahrhundert aber blieb das Universum für die Astronomen ein gewaltiges Uhrwerk, dessen Räder sich in einem ewig unveränderlichen Rhythmus drehen. Dieses Bild bekam erst Ende der zwanziger Jahre Risse, als der amerikanische Astronom Edwin Hubble das Licht der Nachbargalaxien untersuchte und aus den Spektrallinien des Himmelsgleißens die Bewegung der Sternenhaufen errechnete.
Das Ergebnis war, wie Hawking konstatiert, »eine der großen geistigen Revolutionen des 20. Jahrhunderts": Hubble stellte fest, daß sich alle beobachteten Galaxien mit enormer Reisegeschwindigkeit von der Erde fortbewegen - und zwar um so schneller, je weiter sie vom Erdplaneten entfernt sind. Das wiederum hieß, daß sich alle Sternsysteme gleichmäßig voneinander entfernen wie etwa Punkte auf einem Luftballon, der kontinuierlich aufgeblasen wird: Das vermeintlich statische Universum dehnt sich in Wahrheit unablässig aus.
Anhand der von Hubble entdeckten, später präzisierten Expansionsgeschwindigkeit (jüngste Messungen: 50 Kilometer pro Sekunde und Megaparsec _(Parsec ist eine astronomische Einheit (1 ) _(pc = 30856 Milliarden Kilometer); ein ) _(Megaparsec entspricht einer Million ) _(Parsec. ) ) konnten die Astronomen erstmals das Alter des Universums abschätzen und, zugleich, ein ungefähres Szenario von seiner Entstehung entwerfen: Aus der »Galaxienflucht« ließ sich zurückrechnen, daß die gesamte kosmische Materie vor 13 bis 20 Milliarden Jahren wie eine »Ur-Suppe« von Strahlung und Energie gebrodelt hat. Allem Anschein nach war der Schöpfungsbrei aus unbekannten Gründen explodiert und hatte die Myriaden auseinanderstiebender Gestirne ins All geschleudert.
Sehr viel später, 1965, bestätigte eine zweite, gleichfalls revolutionäre Entdeckung, daß es sich bei den zunächst phantastisch anmutenden Schlußfolgerungen keineswegs um realitätsferne Spekulationen handelte. Durch Zufall hatten zwei US- Wissenschaftler, die mit ihrer Radioantenne den Satellitenfunk überwachten, ein bis dahin unbekanntes Dauersignal aus dem Weltraum empfangen - eine schwache Strahlung, die aus allen Himmelsrichtungen mit gleich großer Intensität eintraf. Das kosmische Rauschen, die »Drei-Grad-Kelvin-Hintergrundstrahlung«, wurde von den Forschern als eine Art Nachhall der fernen Ur-Explosion gedeutet.
Seither haben die Astrophysiker eine überaus detaillierte Geschichte des expandierenden Universums ausgearbeitet; sie reicht fast bis zum Urknall zurück. Nur die erste Millisekunde nach Zündung des Weltalls spottet noch jeder mathematischen Beschreibung: Keine Formel ist bislang imstande, den großen Knall plausibel auszudrücken.
In seinem Buch »Die ersten drei Minuten« hat der amerikanische Physiker Steven Weinberg den turbulenten Start des Weltalls gleichsam in Zeitlupe dargestellt. Der kosmische Kurzfilm beginnt mit einem unvorstellbar heißen Feuerball, der sich rasend schnell ausdehnt; im Inneren der Glutblase brodelt ein infernalisches Gemisch von Elementarteilchen, die blitzartig aufzucken und wieder vergehen.
Am Ende der dritten Minute hat sich, bei rapide sinkenden Temperaturen, das Partikel- und Strahlen-Chaos so weit gelichtet, daß sich Atomkerne bilden können - erste Bausteine des nun entstehenden Kosmos.
Das ganze spätere Schicksal des Universums braute sich in dem wüsten Urknall-Gewitter zusammen. Daß Weinberg in seinem Drehbuch den allerersten Donnerschlag aussparen mußte, schmerzt ihn: »Natürlich«, schreibt er, »möchten wir wissen, was vor diesem Augenblick war, bevor sich das Universum auszudehnen und abzukühlen begann.«
Ruhte es wirklich, unendlich dicht komprimiert, in einer Singularität? Weinberg gesteht, daß die Wissenschaft von einer Antwort noch weit entfernt ist. Es sei, meint er, durchaus möglich, »daß es nie wirklich einen Zustand von unendlicher Dichte gegeben« habe - »die Frage ist offen, und vielleicht bleibt sie für immer offen«.
Für den unerbittlichen Denker Hawking dürften solche Formulierungen nach Defätismus klingen. Wie einige andere Kosmologen hegt auch er inzwischen Zweifel an der Existenz von Singularitäten. Zugleich aber läßt er nicht locker bei seinen Versuchen, auch noch das schier Unbegreifliche in ein Theoriegebäude zu zwingen.
Beim Studium der Schwarzen Löcher war ihm ein Dilemma bewußt geworden, in dem die kosmologische Wissenschaft steckt, seit sie die Urknall-Theorie als »Standardmodell« zur Welterklärung akzeptiert hat: Schwarz, so erkannte Hawking, das heißt unzugänglich und vom Rest des Universums völlig separiert, sind die unheimlichen Schwerkraftfallen nur, wenn sie mit dem Rüstzeug der Relativitätstheorie Albert Einsteins beschrieben werden.
Werden sie dagegen durch die Brille der Quantenmechanik betrachtet - einer
Theorie, die gewöhnlich nur in der Elementarteilchenphysik angewandt wird -, so ergibt sich ein anderes Bild.
Hawking ("ein Schwarzes Loch hat keine Haare") drehte auf seinem »Theorem« gewissermaßen Locken: »black holes«, erkannte der Cambridge-Physiker, verraten sich doch.
Im Mikrokosmos der Elementarteilchen, so hatte die in den zwanziger Jahren entstandene Quantentheorie enthüllt, herrschen bizarre Verhältnisse: Da gebärdet sich etwa ein Elektron, ein Teilchen mit wohldefinierter Masse, wie eine masselose Welle; da verlieren scheinbar eherne Beschreibungsgrößen wie der Begriff »Bahn« ihren Sinn, weil der Weg eines Elektrons grundsätzlich nicht in jedem Punkt präzis zu erfassen, sondern nur anhand wohldefinierter Durchschnittswerte zu ermitteln ist.
Zudem lieferte die Quantentheorie den Schlüssel zu einer Welt von Geisterteilchen, Partikeln, die im Kosmos irrlichtern und doch von keinem Detektor der Welt unmittelbar beobachtet werden können, weshalb sie »virtuelle« Teilchen getauft wurden. Entsteht ein solches Teilchen-Paar - etwa zwei Lichtteilchen ("Photonen") - im Bannkreis eines Loches, so verrät das Geisterpaar die Existenz der Schwerkraftfalle: Verschwindet ein Teilchen im »black hole«, während das andere enteilt, so erweckt der entkommene Partner den Eindruck einer Strahlung, die direkt aus dem Schwarzen Loch zu entweichen scheint - »Hawking-Strahlung« nennt die Fachwelt das Flucht-Phänomen.
Je kleiner ein »black hole« ist, so erkannte Hawking, desto stärker lodert sein Leuchtfeuer: Auch Schwarze Löcher senden also Strahlung aus; sie können sogar wie gigantische Atombomben explodieren und Schauer von energiereichen Partikeln sowie Gammastrahlen ins All schicken.
Doch zwischen den beiden Denkansätzen, der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantentheorie von Niels Bohr, Werner Heisenberg und Erwin Schrödinger, gibt es bislang keine Brücke. Einsteins geometrische Beschreibung der Schwerkraft als einer Art gigantischer Dellen, die Schwarze Löcher, Sterne und Planeten in das gleichsam elastische Gewebe von Raum und Zeit prägen, widersetzte sich noch allen Versuchen, sie mit der Quantentheorie zu vermählen.
Erst wenn mit einer »einheitlichen Feldtheorie« ("Grand Unified Theory") der Bogen vom Irrlichtern der Partikelchen im Mikrokosmos zur Gravitationskrümmung des Raum-Zeit-Gespinstes im Kosmos geschlagen wird, könnte es nach Hawkings Überzeugung gelingen, die Entstehung und das künftige Schicksal des Universums vollständig zu beschreiben.
Mit Hilfe der Allgemeinen Relativitätstheorie - die Raum, Zeit, Materie und Schwerkraft als untrennbare Einheit definiert - hatte schon in den zwanziger Jahren der russische Mathematiker Alexander Friedmann die Entwicklung des Weltalls untersucht. Das Ergebnis seiner Kalkulationen: Das Universum ist kein statisches, in sich ruhendes Gebilde, sondern ein veränderlicher, expandierender Kosmos.
Nach Friedmanns mathematischen Modellen bläht sich das Universum entweder bis ins Unendliche immer weiter auf - oder die Gestirne und Galaxien, deren Fluchtbewegung durch wechselseitige Anziehung zunehmend abgebremst wird, fallen eines Tages, nach einer Schrecksekunde des Stillstands, wieder zurück. Ob der Sternhimmel dereinst einstürzt oder ob er immer leerer wird, hängt von der »kritischen Dichte« des Weltalls ab, soll heißen: von der Masse der darin verteilten Materie und dem Tempo, mit der sie auseinanderfliegt.
Mathematiker Friedmann hat den Grenzwert, eine Art Schicksalslinie des Universums, exakt ermittelt: Enthält das Weltall, bei der dank Hubble bekannten Fluchtgeschwindigkeit, mehr als drei Wasserstoffatome je Kubikmeter, so wird es irgendwann kollabieren; liegt die Materiedichte niedriger, wird es, immer langsamer, weiterwachsen und schließlich in einem Zustand enden, der einer Leichenstarre ähnelt.
Welchen Weg das Weltall gehen wird, ist einstweilen ungewiß. Denn die im
Kosmos schwebende Materie läßt sich nur sehr ungenau abschätzen. Nach groben Berechnungen liegt sie weit unterhalb der kritischen Dichte - doch vieles deutet darauf hin, daß sich zwischen den leuchtenden Gestirnen ein riesiges Quantum unsichtbarer, »dunkler« Materie ("dark matter") verbirgt.
Wie immer aber das kosmische Drama weitergehen wird - über alle Erscheinungsformen des Weltalls, von den kreisenden Galaxien bis zum Homo sapiens, der sie staunend betrachtet, war schon im Augenblick des Urknalls entschieden: Dort, im Moment des Ursprungs, glaubt Hawking, liege »Gottes Plan« versteckt.
Einsteins Relativitätstheorie, meint er, habe bis vor die Tore des Mysteriums geführt; nun müsse ein zweiter theoretischer Schlüssel helfen, das Geheimnis aufzuschließen: Nur mit Hilfe der Quantenmechanik und der von dem deutschen Physiker Werner Heisenberg entwickelten »Unschärferelation« läßt sich laut Hawking herausfinden, was bei der Geburt des Weltalls vor sich ging.
Die klassische Physik des »Makrokosmos«, notiert Hawking, versage bei der Beschreibung des Urknalls, der ein chaotisch anmutendes Gemenge von Elementarteilchen ins All gefeuert habe. Deren sprunghaftes Verhalten wird in der Quantenphysik zumindest so weit durchschaubar, daß nicht mehr der Eindruck purer Willkür herrscht - die »Ereignisse« im Partikel-Zoo lassen sich jedenfalls mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit vorhersagen.
Einstein, dem der Gedanke an einen Zufallsfaktor zuwider war ("Gott würfelt nicht"), lehnte die Quantenmechanik ab. Hawking dagegen hält den Schöpfer für noch weit gerissener: »Gott«, meint er, »würfelt nicht nur, er wirft die Würfel sogar manchmal so, daß man sie nicht sehen kann« - doch für einen Spielverderber hält Hawking ihn nicht.
Gewiß, schreibt er, hätte es in der Gewalt eines »allmächtigen Wesens« gelegen, den Anfang des Universums so zu wählen, daß der Menschengeist ihn nie verstehen könnte; doch wenn Gott »den Anfang auf eine für uns so unverständliche Weise gemacht hätte, warum hätte es ihm dann gefallen sollen, die weitere Entwicklung des Universums von Gesetzen regieren zu lassen, die wir verstehen können?«
Für die christlichen Glaubenshüter dürfte das nach Ketzerei schmecken. »Was«, so schrieb schon Kirchenvater Augustinus an die Adresse der Hawking-Vorgänger, »tat Gott, bevor er Himmel und Erde schuf?« Die Kirchendogmatiker wußten Bescheid: »Er bereitete die Hölle vor für jene, die solche Fragen stellen.«
Mit Ironie berichtet Hawking von einer Audienz beim Papst in Rom, wo
Jesuitenpater ein Kosmologen-Symposium organisiert hatten. Der Heilige Vater, erzählt er, habe die Gelehrten aufgefordert, die Entwicklung des Weltalls zu studieren, den Urknall aber, Gottes Schöpfungsakt, von wissenschaftlicher Neugier zu verschonen.
Daß er, Hawking, soeben im Vatikan den Gedanken erörtert habe, es gebe womöglich überhaupt keinen Anfang des Weltalls, also auch keinen Schöpfungsakt, sei dem freundlichen Pontifex offenbar entgangen - zum Glück: »Ich hatte keine Lust, das Schicksal Galileis zu teilen, mit dem ich mich sehr verbunden fühle, zum Teil wohl, weil ich genau 300 Jahre nach seinem Tod geboren wurde.«
Auf vertrackte Weise, so scheint es, ist Hawkings Gottvertrauen größer als das des Stellvertreters Christi: Hawking kann einfach nicht glauben, daß es einen Schöpfer geben soll, der sich vorsätzlich weigert, den angeborenen menschlichen Erkenntnishunger zu stillen.
Gemeinsam mit gleichgestimmten Kollegen, unter ihnen der Physiker Robert Dicke von der amerikanischen Princeton-Universität, hat Hawking ein Konzept entwickelt, das sein Vertrauen in ein menschenfreundliches Universum stützt - das »anthropische Prinzip«; die Idee beruht auf einer Reihe von verblüffenden Überlegungen.
Ausgangspunkt ist die Erkenntnis, daß der gesamte Bau des Universums auf nicht viel mehr als einem guten Dutzend sogenannter Naturkonstanten ruht. Zu diesen Eckpfeilern gehören etwa die unveränderlich festgelegten Massen der Atombausteine wie Protonen und Elektronen, die elektrische Ladung dieser Partikel, die schwache und starke Wechselwirkung zwischen den Elementarteilchen und schließlich die Schwerkraft - alle wirken im Naturgeschehen zusammen wie die fein austarierten Gewichte eines Mobiles.
Wird auch nur eine einzige Komponente dieses allgegenwärtigen Kräftesystems minimal verändert, so geht ein gewaltiger Ruck durch den Kosmos: Atome brechen auseinander, komplizierte Moleküle können nicht mehr gebildet werden, Gestirne schrumpfen oder explodieren - kurz: Das Weltall ist kaum mehr wiederzuerkennen.
Vor allem aber: Jede noch so winzige Verschiebung der Naturkonstanten würde verhindern, daß irgendwo im Universum Leben und damit Intelligenz - wie wir sie kennen - entstehen kann. Wäre etwa die Schwerkraft, die schwächste aller Naturkonstanten, nur ein bißchen stärker, so hätten sich weder Sonnen und Planeten noch galaktische Sternsysteme bilden können; das Weltall wäre schon bald nach dem Urknall wieder in sich zusammengestürzt.
Von allen denkbaren, gleichfalls möglichen Universen, so die Modellrechnungen zum anthropischen Prinzip, bietet allein der real existierende Kosmos eine Chance für die überaus heikle und langwierige Entstehung von Leben und Bewußtsein - eine stimulierende Einsicht, die auch philosophische Fragen aufwirft.
Dient etwa die gewaltige kosmische Veranstaltung einzig dem Zweck, den Homo sapiens und sein Gehirn hervorzubringen? Darf sich der Mensch, nun versehen mit dem Sanktus der Wissenschaft, wieder als Krone der Schöpfung betrachten? Und denkt womöglich, im Kopf der Kosmologen, das Universum über sich selber nach?
Hawking beeilt sich, rauschhafte Höhenflüge durch nüchterne Einwände zu stoppen. Vielleicht, meint er, sei das anthropische Prinzip ja nur eine optische Täuschung; schließlich gehe aus seinen Modellrechnungen nicht zwingend hervor, daß überall im Universum dasselbe System von Naturkonstante herrsche.
Denkbar, schreibt Hawking, sei immerhin, daß es unendlich viele verschiedene Universen gebe; der Kosmos, der die Menschheit beherbergt, könnte ein Zufallstreffer sein. Wer das anthropische Prinzip kritiklos akzeptiert, befindet sich, laut Hawking, »ein wenig in der Situation eines reichen Menschen, der keine Armut sieht, weil er in einem wohlhabenden Viertel wohnt«.
Dennoch hat sich Hawking von der anthropischen Idee nie ganz verabschiedet. »Tatsächlich«, räumt er ein, »ist ein Universum wie das unsere mit seinen Galaxien und Sternen ganz unwahrscheinlich. Bedenkt man, welche Konstanten und Gesetze sich hätten herausbilden können, so spricht eine ungeheure Wahrscheinlichkeit gegen ein Universum, welches wie das unsere Leben hervorbringen kann.«
Zudem, so scheint es, hält er das anthropische Prinzip für einen nützlichen Leitfaden bei der kosmologischen Wahrheitsfindung. Schließlich will er nicht nur wissen, wie das Räderwerk des Kosmos funktioniert, sondern auch, »warum es uns und das Universum gibt« - eine Frage, die weit über den Horizont der üblichen Forscherneugier hinausgeht.
Hawkings Fachkollege Steven Weinberg glaubt nicht, daß es darauf eine Antwort geben kann: »Je begreiflicher uns das Universum wird«, schreibt er, »desto sinnloser erscheint es auch.« Gänzlich sinnlos, meint er, sei die Suche nach dem Ursprung des Universums nur deshalb nicht, weil sie dem _(Tafelbild »Das Weltgericht« von Stefan ) _(Lochner (um 1440). )
menschlichen Leben, immerhin, »einen Hauch von tragischer Würde« verleihe.
Von der Resignation, die Weinberg anwandelt, wenn er den Blick auf den Uranfang richtet, zeigt sich bei Hawking bislang keine Spur. Zwar stand auch er eine Weile ratlos vor jener mysteriösen ersten Millisekunde, die auf den Urknall folgte, doch mittlerweile hat der Denker im Rollstuhl den Rückweg aus der Sackgasse angetreten.
Er habe, so erklärt er, seine »Meinung geändert« und versuche jetzt, »andere Physiker davon zu überzeugen, daß das Universum nicht aus einer Urknall-Singularität entstanden« sei - eine radikale Kehrtwendung, die er mit sichtlichem Vergnügen bekanntgibt.
Offenkundig gefällt es dem Exzentriker Hawking, jenes »Standardmodell« zu demolieren, das er einst mit seinem Lehrer Roger Penrose in der Fachwelt durchgesetzt hatte. Für Hawking hat es ausgedient, seit für ihn feststeht, daß sich mit seiner Hilfe nicht das komplette Welträtsel lösen läßt.
Das aber bleibt Hawkings Ziel: »Wenn die Gesetze der Physik am Beginn des Universums nicht in Kraft waren, dann könnten sie überall außer Kraft gesetzt werden« - mit diesem Diktum trennt sich Hawking von einer Urknall-Theorie, die am Anfang des Universums eine chaotische Randzone übrig läßt. Da sich ein Urknall, der aus einer Singularität erwuchs, nicht mit uns bekannten physikalischen Formeln erfassen läßt, verlangt Hawking nach einer neuen Theorie.
Längst ist er dabei, sie zu entwerfen, sie handelt von einem Kosmos, der sowohl endlich wie grenzenlos ist - vergleichbar der Erdoberfläche, die nirgends beginnt und endet. Albert Einstein und Werner Heisenberg stehen Pate bei der »Keine-Grenzen-Theorie«, die ihr Erfinder als einen »Vorschlag« zum Weiterdenken anbietet.
Doch das Gespinst von Formeln, das Hawking hinter geschlossenen Augenlidern knüpft, läßt eine imaginäre, höchst abstrakte Welt entstehen, die sich immer weiter vom Alltagsverstand gewöhnlicher Erdenbürger entfernt.
Auch Hawking selbst wird immer tiefer in seine Einsamkeit entrückt. Seit vier Jahren ist er nur durch das Medium der Computer-Stimme zu vernehmen. Doch entmutigt hat ihn das nicht.
Er gedenke, so ließ er unlängst den Sprach-Synthesizer an seinem Rollstuhl mitteilen, auch in Zukunft nach Kräften am Disput der Kosmologen mitzuwirken. Wie lange er dazu wohl noch in der Lage sei, wollte ein Reporter wissen.
Die Antwort, nach einer peinlichen Pause, klang ungerührt und zuversichtlich: »Seit 25 Jahren«, so kam es durch den Lautsprecher, »lebe ich mit der Aussicht auf einen frühen Tod. Aber ich bin noch immer da.«
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IM ANFANG WAR EIN PUNKT Die Entstehung des Universums nach dem »Standard-Modell« Nach dem »Standard-Modell« der Kosmologen begann das Universum im »Urknall« ("Big Bang") vor 13 bis 20 Milliarden Jahren. Aus einem Zustand unendlich dichter, heißer Strahlung und Energie ("Singularität") brach in einer spontanen Explosion das Universum hervor - begannen Raum und Zeit. Nach 10 hoch -43 Sekunden hatte das Universum, wie wir es heute kennen, nicht einmal die Größe eines Elementarteilchens, waren alle Fundamental-Kräfte wie die Schwerkraft und die Bindungskräfte der Atomkerne noch in einer einzigen Superkraft vereint. 10 hoch -35 Sekunden nach dem Urknall sank die Temperatur des kosmischen Embryos unter die Grenze von 10000 Billionen Billionen Grad, Naturkräfte und Teilchen begannen ihre eigene Identität zu entwickeln. Noch innerhalb der ersten Sekunde begann der Übergang zum »kalten« Kosmos, in dem die vier Grundkräfte der Natur getrennt wirkten. Doch der sich rasch aufblähende kosmische Ballon enthielt - so jedenfalls nehmen Kosmologen aufgrund von Computer-Simulationen an - neben den sich verschmelzenden Atomteilchen auch noch Überreste des ursprünglichen Feuerballs: kosmische Fäden ("strings"). Diese strings sind nach den Vorstellungen der Kosmologen superfeine Masse-Energie-Fäden, die nahezu lichtschnell durchs Universum jagen; ihr Durchmesser ist unmeßbar klein ("Planck-Länge"), und dennoch birgt jedes nur 25 Millimeter lange Stück die Masse der gesamten Schweizer Alpen. Die von den strings ausgehenden Schwerefelder könnten die Formung der Galaxien beschleunigt haben. Und manche Physiker vermuten, daß einige dieser Fadengebilde vom Anfang des Alls noch immer das Universum durchstreifen. Eine Zehntausendstel Sekunde nach dem Big Bang hat sich bereits eine Ursuppe aus Strahlung und den Atomteilchen Elektronen, Protonen und Neutronen gebildet. Als erstes entstehen nun die Atomkerne der leichten Elemente wie Wasserstoff und Helium, doch noch verhindern die immense Hitze und Strahlungsdichte die Bildung kompletter Atome. Erst 300000 Jahre nach dem Urknall können in dem mit Strahlung durch fluteten Universum die ersten einfachen Atome entstehen. Nach ein bis zwei Milliarden Jahren bilden sich erste Galaxien. Unsere Milchstraße gewann vor etwa zehn Milliarden Jahren Gestalt, Sonne und Erde bildeten sich vor 4,6 Milliarden Jahren.
[GrafiktextEnde]
Holzschnitt nach Lucas Cranach d. Ä. von Hans Lufft (1543); unten:Weltbild der Antike mit Himmelsgewölbe über der meerumflossenenErdscheibe.Stephen W. Hawking: »Eine kurze Geschichte der Zeit«. RowohltVerlag, Reinbek; 240 Seiten; 34 Mark.Parsec ist eine astronomische Einheit (1 pc = 30856 MilliardenKilometer); ein Megaparsec entspricht einer Million Parsec.Tafelbild »Das Weltgericht« von Stefan Lochner (um 1440).
