Fundamentales Rätsel der Naturwissenschaft kommentiert

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Es gibt aber nicht nur philosophische Rätsel. Auch die Naturwissenschaft kann auf fundamentale Fragen keine Antwort geben. Bis heute kann niemand erklären, was Natur ist – essentiell und fundamental betrachtet. Wissenschaft hingegen lässt sich relativ leicht definieren. Es ist ein Sammelbegriff für die Suche der Menschen nach Wissen und gleichzeitig die Ansammlung von Wissensteilchen, die sich durch Frage und Antwort im Prozess des Erkennens als Begriff materialisierten. Eine Materialisierung von Wissen findet sowohl in der Form von Verschaltungen der Neuronen (Gehirnzellen) im Kopf des Erkennenden statt als auch als gedankliche und gefühlte Entsprechung im Körper, der ein komplexes Produkt von elektrischen/energetischen und chemischen/stofflichen Prozessen ist. Menschen materialisieren Wissen weiterhin in Form von Schrift und Schriftmedien, wie Bücher und Computerdateien.  Doch was Wissen im tiefsten Wesen ist, diese Frage ist noch völlig offen.

Zu ihrem 30. Jubiläum nahm die Zeitschrift Spektrum der Wissenschaft 11/08 „Die neuen Welträtsel“ unter die Erkenntnislupe. Sicher, die Zeit vergeht schnell und viel neues Wissen ist seither dazu gekommen. Aber sind die Rätsel gelöst?

Chefredakteur Reinhard Breuer lässt in seinem Editorial den Leser daran teilhaben, dass schon 1872 Emil du Bois Reymond in einer berühmten Rede „Über die Grenzen der Naturerkenntnis“ philosophierte. Ihm zufolge gehören dazu das Bewusstsein, der Aufbau der Materie und ihre Kräfte, die Entstehung und Bewegung des Universums sowie die Herkunft der Sprache. 

Heute, so Breuer, wäre viel neues Wissen dazu gekommen und er zitiert einen berühmten Forscher, den er nicht namentlich benennt, dass gute Wissenschaft dann vorliege, wenn jede gelöste Frage zugleich ein dutzend neue Probleme mit sich bringe, wobei die moderne Quantenphysik diese Güte besitze. Ich stelle hier die Frage in den Raum: Warum ist das das Gute an der Wissenschaft und nicht das Schlechte?

Aus dem Spektrum-Heft möchte ich nur auf den Eröffnungsartikel „Weltbild vor dem Umbruch“ (S. 12-18) eingehen. Der Autor Prof. Dr. Chris Quigg (geb. 1944) ist US-amerikanischer theoretischer Physiker und Gastwissenschaftler am CERN und beschäftigt sich u.a. mit Elementarteilchen.

Wie Quigg schreibt, wäre das fundamentale Wort für die Begründung, warum das mehrere Milliarden teure Large Hadron Collider (LHC) im schweizerischen Cern gebaut wurde: Higgs. Damit meint er nicht den Forscher mit Namen Higgs, sondern das von diesem errechnete und nach ihm benannte Teilchen: ein Boson, das die Masse der Materie erklären soll innerhalb der Quantentheorie. 2008, als der Artikel entstand, war das LHC-Projekt noch nicht fertiggestellt. Mitte 2012 verkündete die dortige Forschergemeinde, sie hätten so etwas Ähnliches wie das Higgs-Teilchen gefunden, müssten aber noch einige weitere Versuche und Berechnungen vornehmen, um sicher zu sein. Das konnte der Autor nicht wissen. Und so schrieb er von der großen Hoffnung, dass diese Higgs-Teilchen dem Standardmodell der Physik, das bis dahin kein Fundament hatte, aber an dem sich alle Physiker fest klammerten, dieses Fundament endlich geben könne. Doch bis heute ist das Higgs-Teilchen NICHT gefunden. Es gibt KEIN wirkliches Fundament der Quantenphysik, auch wenn man sooooooooooo kurz davor scheint.

Das Standardmodell der Physik erfordert nach den Darstellungen von Chris Quigg eine Symmetrie, am liebsten eine Supersymmetrie. Zu jedem Teilchen gibt es ein Gegenteilchen, zu jeder Kraft eine Gegenkraft, zu jedem Materieteilchen ein polares Energieteilchen. Der Autor biete dabei einen Blick in die real existierende Materie, die sich in Teile und Unterteile und weitere Unterteile immer weiter teilen lässt. Was ganz unten ist, entzieht sich heute noch jeder Sicht und Wahrnehmung. Doch rein rechnerisch könnten es Strings sein, kleine schwingende Bänder.

Leider, so der Autor, werde in der realen Welt diese geforderte Symmetrie nicht immer erkannt und gemessen. Das Schlimme an der gesamten Makro- und Mikrophysik sei, so der Autor, dass es das Higgs-Boson geben MUSS, weil es sonst diese Welt, so wie die Physiker sie heute erkennt,  benennt und misst, gar nicht geben kann. Der Autor war zum Zeitpunkt der Entstehung des Artikels noch voller Vorfreude, dass das Geld für den LHC nicht sinnlos zum Fenster rausgeworfen würde, dass das Higgs-Boson die Masse erkläre, dass damit alle alten Fragen über die Welt gelöst wären und man sich all den vielen neuen Fragen, die nun auftauchten, forschend widmen könne. Dazu würde gehören, die bisherigen physikalischen Kräfte zu einer Kraft zu vereinen, um bisher Unerkanntes endlich erkennen zu können. Dazu benötigt man aber einen noch viel größeren und viel, viel teureren Teilchenbeschleuniger, der inzwischen in Arbeit ist.

Eines verschweigt der Autor. Denn selbst wenn das Higgs-Boson wirklich gemessen würde, wenn damit das bislang nur theoretische Standardmodell der Quantenphysik eine gemessene massemäßige praktische Basis hätte, wären damit die Probleme, die die Physik hat, nicht gelöst. So schreibt der theoretische Physiker Tony Rothman von der Princeton University in seinem schon erwähnten Artikel: „Für gewöhnlich ignorieren Lehrbücher der Quantentheorie selbst jene Schwierigkeiten, die mitten im Zentrum der Disziplin lauern. Die grundlegendste von ihnen ist das berüchtigte Messproblem. Die Schrödinger-Gleichung, die das Verhältnis von Quantensystemen beschreibt, ist ebenso deterministisch wie die newtonsche Gravitation. Doch die Quantenmechanik sagt nur die Wahrscheinlichkeit voraus, mit der ein Experiment ein bestimmtes Ergebnis liefert. Wie ein deterministisches System, in dem das Ergebnis vorherbestimmt ist, just im Augenblick der Messung zu einem prohabilistischen werden kann, ist das große ungelöste Mysterium der Quantentheorie.“2

Erläuterung einiger im Text vorgekommenen Fremdwörter: Determinismus gilt als philosophische Lehre von einem gesetzmäßigen Zusammenhang, einer gegenseitigen Bedingtheit aller Objekte. Prohabilistisch bedeutet nur wahrscheinlich, nicht wirklich wahr.

Frage: Wenn uns die Philosophie und die Naturwissenschaft in all den Jahrtausenden keine fundamentale Antwort auf das Wesen des Daseins und seiner Erscheinungen geben kann, kann es dann sein, dass es dieses Wesen eventuell gar nicht gibt?

Ein physikalisches Universum aus dem Nichts

Kein Mensch, der an seiner Existenz hängt, springt ohne Fallschirm oder ungesichert in ein bodenloses Loch. Eigentlich würde niemand in ein bodenloses Loch springen, selbst nicht mit Fallschirm. Ein ganz klein wenig Sicherheit bedürfen wir bei allem Risiko, wenn wir keine Selbstmörder sind.

Kein heutiger Wissenschaftler, der an seinem Leben und an seinem existenzsichernden sozialen Status hängt, würde ohne weiteres behaupten, dass sein Fachgebiet im NICHTS gründet. In einem unerkennbaren Chaos, aus dem es erwächst und zu dem es wieder zurückkehrt. Das NICHTS wurde in all den vergangenen Wissenschaftsjahren tabuisiert – mit dem obersten Wissenschaftsbann belegt. Wehe, einer begeht den Frevel und erklärt das NICHTS für existent im Sinne der Wissenschaft. Daher kommt es, dass alle Wissenschaftler bisher in ihren Theorie einfach zu kurz griffen, zu wenig umspannten, um ALLES zu erfassen, was zu IHREM Inhalt gehörte. Denn wer ALLES erklären will, benötigt als Gegenpol das NICHTS. Das aber geht irgendwie nicht zu erklären, weil – richtig – man NICHTS nicht erkennen kann!!!

Zum Glück für die heutige Wissenschaft wagte es dann doch ein Physiker, offensichtlich, weil er die sonstige Ausweglosigkeit der modernen Theorien erkannte und weil er sich letztlich doch nicht völlig ins philosophische Nichts wagte. Der schon erwähnte vielfach ausgezeichnete amerikanische theoretische Physiker Lawrence M. Krauss, geb. 1954, stellt in seinem  Buch „Ein Universum aus dem Nichts – und warum es trotzdem etwas gibt“1 dar, dass Teilchen aus dem Nichts auftauchen und dann blitzschnell wieder im Nichts verschwänden. Der Autor fordert vom Leser Phantasie, denn diese Teilchen seien virtueller Natur, nur theoretisch da, aber nicht praktisch messbar. Sie passten jedoch ins errechnete Weltmodell der modernen Physik und so nehmen die Physiker an, dass sie da sein müssen.

Ich zeige hier nur in wenigen Zitaten, was ein bedeutender Physiker in der heutigen Zeit so alles sagen darf, ohne von den Fleischtöpfen verbannt zu werden.  

Zitat 1:

Tatsächlich ist es für die Entstehung unseres Universums vielleicht notwendig gewesen, dass etwas aus nichts hervorgegangen ist. Alle Hinweise lassen darauf schließen, dass unser Universum auf diese Weise entstanden sein könnte.“ S. 10

Zitat 2:

Wir haben nur ein Universum, das wir testen können – es ist das, in dem wir leben. Wir müssen es testen, wenn wir mit einiger Hoffnung zu einem Verständnis kommen wollen, wie das entstanden ist, was wir jetzt beobachten. Dennoch sind wir in doppelter Hinsicht eingeschränkt – in dem, was wir messen können, und in der Interpretation unserer Daten.“ S. 161

Zitat 3:

Und hier ist es meiner Ansicht nach äußerst bedeutsam, dass ein Universum aus Nichts, […], das auf natürliche und sogar unvermeidliche Weise entsteht, zunehmend besser mit allem übereinstimmt, was wir über die Welt erfahren haben. Diese Erfahrung […] beruht auf den bemerkenswerten und  spannenden Entwicklungen in empirischer Kosmologie und Teilchenphysik […]“. Seite 189

Zitat 4:

[…] die Frage `Etwas aus dem Nichts?` [ist] weiterhin sehr aktuell, weshalb wir uns wohl mit ihr auseinandersetzen müssen.“ S. 192

Zitat 5:

Unser beobachtbares Universum ist so präzise eben, wie wir es überhaupt messen können. Die Newton´sche Gravitationsenergie der sich mit der Hubble-Expansion bewegenden Galaxien ist gleich null – ob einem das gefällt oder nicht.“ S. 198

Zitat 6:

Das Nichts bringt ständig etwas hervor […]“ S. 204

Zitat 7:

[…] sollte es sich herausstellen, dass es da draußen ein einfaches ultimatives Gesetz gibt, dass alles erklärt, dann soll es so sein. Es wäre sehr schön, das zu entdecken.“ S. 234

Zitat 8:

Physik funktioniert nicht nur in einer Richtung, und Anfänge stehen mit dem Ende in Verbindung. In einer sehr fernen Zukunft […] wird sich das Universum in einem Zustand maximaler Einfachheit und Symmetrie annähern. […] Dann wird unser Universum einwärts zu einem Punkt kollabieren und wieder zu dem Quantendunst werden, aus dem unsere Existenz hervorgegangen sein dürfte.“ Seiten 237-238

Soweit der Autor, der dem Nichts in der modernen Physik eine Chance zur Existenz gibt. Leider hat  die moderne, fast nur noch aus Theorien bestehende Physik dem Menschen keine gute Zukunft zu bieten. Leer und kalt würde es in ferner Zukunft sein, so wie es leer und kalt war, bevor der Mensch entstand. Der übrigens für die Physiker nur ein Nebenprodukt der physikalischen Entwicklung ist.

Die Physiker bedienen sich bei allen ihren Behauptungen der Mathematik, der Berechnung, die ihre Theorien beweisen sollen und öfter auch können. Sie gehen heute davon aus, dass die Mathematik die einzige Wahrheit sei. Doch solange wie ein Mathematiker mir nicht exakt anhand einer vollständig in sich geschlossenen logischen Theorie erklären kann, warum es unmöglich ist, durch Null zu teilen, solange gestehe ich einem Mathematiker nicht viel universelle Wahrheitsfindung zu. Denn wenn die Null, das Nichts, nicht einwandfrei erkennbar und begreifbar in die fundamentalen Grundrechenarten passt, solange wackelt das Theorieobergebäude der Mathematik und der Physik gewaltig.

Bis hierher besitzen Sie – der Leser, die Leserin – schon eine Menge Vorwissen für das weitere Verständnis dieses Buches. Auch wenn dieses Vorwissen zum größten Teil aus Rätseln besteht. Doch um der Rätsel Lösungen geht es im Folgenden und dazu muss man erst einmal die Rätsel kennen.

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