(Wissenschaft)

Letzte Änderung: 11.07.2018

In dieser Zusammenstellung taucht die Wissenschaft deswegen an dieser Stelle auf, weil sie viel zu häufig als Gegenspielerin der Religionen wahrgenommen wird - was absurd ist.

Ich beziehe mich hier hauptsächlich auf die Astrophysik und Kosmologie, welche ja letztlich der Frage nachgeht, wo wir herkommen.

Die Themen moderner Kosmologie und Physik lassen sich nur von den wenigsten Menschen exakt mathematisch (mit der Sprache der Physik) nachvollziehen. Ich jedenfalls wäre nicht in der Lage, eine Störungsrechnung zur Auflösung des Schwingungsverhaltens eines Strings aufzulösen - oder aufzustellen.
Aber dafür gibt es glücklicherweise Menschen, die es können und die uns erläutern, was dabei rauskommt (bzw. warum dabei nicht einfach ein Ergebnis rauskommt).
Wir können das dann glauben oder nicht. Aber natürlich gibt es ein paar deutliche Unterschiede zwischen "klassischem" Glauben und Wissenschaft:

  • Der entscheidende Unterschied zum "normalen" Glauben ist, dass wir alle prinzipiell durchaus in der Lage wären, wissenschaftliche Theorien zu verstehen. Alles, was dafür notwendig ist, ist verfügbar - Bildungseinrichtungen, Literatur, Gleichgesinnte, etc.
    Wir tun es nur aufgrund des Mangels von Fähigkeit, Lust oder Zeit nicht.
    Statt dessen vertrauen wir vernünftigerweise darauf, dass jene anderen Ihre Recherchen nach bestem Wissen durchführen und zu bestmöglichen Ergebnissen kommen.
  • In der Wissenschaft gibt es keine Dogmen. Eine Theorie wird nicht künstlich am Leben gehalten, wenn Beweise gegen sie existieren - es sei denn, diese Gegenbeweise lassen sich aus dem Weg räumen.
  • In der Wissenschaft (außer in der Mathematik) wird nichts bewiesen. Vielmehr wird geschaut, ob es etwas gibt, was gegen eine Theorie spricht. Solange nichts gefunden wird, kann man von der Richtigkeit der Theorie ausgehen. Sobald ein Widerspruch gefunden wird, wird es spannend. Jetzt kann die Theorie an die neue Sachlage angepasst werden, der Widerspruch kann bei genauerer Prüfung verpuffen, eine Theorie kann aber auch stürzen und als falsch identifiziert werden.
  • Eine wissenschaftliche Theorie bietet keine Sinngebung. Wo die meisten Glaubensrichtungen (meist ergebnislos) nach dem "warum" fragen kommt bei der Wissenschaft nur ein "wie".
    Eine Theorie wird lediglich als Beschreibung einer bestimmten Situation gesehen. Wenn also ein Phänomen auftritt, dann kann es mit Hilfe der Theorie beschrieben werden. Ein Warum kann aus dieser Theorie entstehen, muss aber nicht.
  • Wenn eine neue Theorie gefunden wird, die in bestimmten Situationen besser funktioniert als die alte bedeutet das nicht, dass die alte Theorie falsch ist.
    Sie können beide in bestimmten Situationen richtig sein.
    Z.B. leistet Newtons Gravitationsmodell immer noch hervorragende Arbeit und unsere Raumsonden werden auf Basis von Newtons Theorien mit atemberaubender Genauigkeit gesteuert. Obwohl Einsteins Theorien in bestimmten Situationen besser sind, sind Newtons Formeln wesentlich handlicher. Und da unsere Raumfahrzeuge nicht in Bereiche vorstoßen, in denen diese Theorien unterschiedliche Ergebnisse liefern, nimmt man die einfachere.

Die Wissenschaft hat den Zweck, die Welt zu erklären, wie sie wirklich ist und hat dabei keine Hemmungen, sich selbst stetig neu zu erfinden. Das ist vermutlich der größte Unterschied zu Religionen.

Aber: Die Tatsache, dass die meisten Menschen einfach glauben, was ihnen präsentiert wird, macht die Wissenschaft zu einem Glauben. Allerdings zu einem etwas anderen.
Ich persönlich bezeichne mich als Wissenschaftsgläubigen, da ich für meine Weltsicht die Physik bevorzuge, einfach weil es harte Fakten sind. Außerdem machen die Erkärungen der Astrophysik mehr Spaß, weil sie bizarrer und seltsamer sind als irgendeine Religion.
Nur Themen, die von der Physik nicht erfasst werden können (das sind gar nicht so wenige), erkläre ich mir mit der Spiritualität.

Aktueller Stand

Bei den Glaubensrichtungen habe ich die Schöpfungsgeschichten gezeigt.
Das will ich hier auch tun, bitte aber zu bedenken, dass diese Geschichte mit harten Fakten untermauert ist und mehr als eine fromme Geschichte darstellt. Urknall Der Anfang des Universums ist eine mathematische Kuriosität: Ein Feld, ein sogenanntes Inflaton-Feld. Dieses Feld kann man sich vorstellen wie ein Magnet- oder Gravitationsfeld. Allerdings existierte dieses Feld nicht im Raum sondern es erzeugte den Raum. In der unvorstellbar kurzen Zeitspanne von 10-33 bis 10-30 Sekunden (0,0000000000000000000000000000000001 bis 0,0000000000000000000000000000001 Sekunden) dehnte sich der Raum um das 1030- bis 1050-fache aus. Zur Darstellung: Wenn das Universum zu Beginn dieser Ausdehnung so groß war wie ein Wasserstoffatom, dann war es am Ende der Ausdehnung mindestens 3200 Lichtjahre groß. Es würde also von hier bis mindestens zum <link />Krebs-Nebel reichen.
Diese Ausdehnung wiederspricht nicht der Regel, dass nichts schneller sein darf als das Licht, da sich der Raum selbst ausdehnte. Materie geb es noch nicht. Diese unvorstellbar schnelle Ausdehnung wird Inflation genannt, als diese vorbei war dehnte sich das Universum zwar weiter aus, aber sehr viel langsamer. Nach der Inflation entstand die Energie, gewissermaßen kondensierte sie wie Nebel am Morgen. Erst jetzt war der Raum mit irgendwas gefüllt, nämlich mit reiner Energie. Dann entstanden aus dieser Energie Quarks, die Grundbausteine der Materie, wie wir sie kennen.
Das Universum war zu diesem Zeitpunkt dermaßen dicht mit Quarks und Energie vollgepackt, das das Licht sich nicht mehr als ein paar Nanometer bewegen konnte, bevor es wieder mit irgendwas zusammenprallte.  Nach etwa 380000 Jahren war das Universum groß und "ruhig" genug, damit sich die Quarks zu Dreiergruppen vereinigen konnten, ohne wieder auseinander gerissen zu werden. Das wurden dann die Protonen und Neutronen, welche sich schließlich mit Elektronen zu Wasserstoff-Atomen und einigen Helium-Atomen zusammensetzten. 
Es war, als würde das Universum endlich durchsichtig werden. Damit hatten wir ein Universum, das sehr viel kleiner ist als heute, und das sehr homogen mit Energie und Materie gefüllt war.
Durch winzige Unregelmäßigkeiten in der Verteilung von Energie und Materie (diese Unregelmäßigkeiten entstanden durch zufällige Quantenereignisse, welche durch die extrem schnelle Ausdehnung makroskopische Ausmaße annehmen konnten) konnten sich Zusammenballungen von Materie bilden. Diese wurden immer weiter zusammenzogen. So weit, dass die Materie in diesen Zusammenballungen immer heißer wurde und schließlich im Inneren dieser Zusammenballungen aufgrund der großen Dichte die Kernfusion einsetzen konnte. Dieser Vorgang dauerte recht lange, etwa 400 Millionen Jahre nach dem Urknall zündeten die ersten Sterne ihr nukleares Feuer. Und weil die Materie damals noch sehr viel dichter war als heute waren auch die Sterne viel größer. Große Sterne verbrennen Ihr Material schneller als kleinere und gehen dann in <link />Supernovae unter. Bei diesen Supernovae wurden dann die schweren Elemente (Alles, was schwerer ist als Helium nennen Astrophysiker seltsamerweise Metalle) erzeugt, die schließlich nötig waren, um alles andere - Planeten, Asteroiden, Leben und schließlich auch den Menschen - zu ermöglichen.

Quanteneffekte
Die Physik erklärt nicht nur, wie die Welt vermutlich entstand sondern vor allem, wie sie aufgebaut ist. Und hier gibt es auch ein paar Überraschungen. Zuerst war es nur ein mathematisches Problem, dass die Welt in subatomaren Größenordnungen nur bis zu einer gewissen Mindestgröße berechnet werden konnte. Versuchte man, die Struktur der Raumzeit für Größenordnungen kleiner als 1,6 · 10?35 m zu berechnen, so wurden die Ergebnisse chaotisch. Es hatte den Anschein, als wäre die Welt in Maßstäben kleiner als diese heute als Planck-Länge bekannte Länge, komplett chaotisch und unberechenbar.
Beobachtungen haban gezeigt, dass dieses Problem ganz praktische Auswirkungen hat. Nämlich ist es nicht nur ein mathematisches Problem sondern eine grundlegende Tatsache, dass unsere Welt "gequantelt" ist. Das heißt, das auch der Raum nicht beliebig klein aufgeteilt werden kann sondern die feinste mögliche Aufteilung für Beobachtungen und Berechnungen aben diese Planck-Länge ist.
Bitte lass Dir das auf der Zunge zergehen: Die Welt hat eine Mindestauflösung, ähnlich einem Computermonitor. Alles, was darunter ist, ist totales mathematisches Chaos.  Diese "Quantelung" gilt nicht nur für den Raum sondern auch für die Zeit. Neben der Planck-Länge existiert auch die Planck-Zeit. Sie ist die Zeit, die das Licht benötigt, um eine Planck-Länge zurückzulegen. Bei einer Geschwindigkeit von 300000km/s ist dies eine wirklich sehr kurze Zeit. Überhaupt ist diese Welt des Allerkleinsten eine sehr seltsame Welt. Ein paar Beispiele: Es ist ein ehernes Gesetz, dass bei dem Versuch, die Position eines Teilchens zu messen, deren Impuls (Geschwindigkeit) verändert wird und andersherum. Mit anderen Worten: Es läßt sich niemals die Geschwindigkeit und die Position eines Teilchens gleichzeitig mit beliebiger Genauigkeit messen. Das gilt nicht nur für Ort und Position sondern auch für andere komplementäre Eigenschaften wie "Frequenz einer Schwingung und ihr Zeitpunkt". Diese sogenannte "Unschärferelation" ist kein Problem unserer ungenauen Messmethoden sondern prinzipieller Natur. Auch die Natur selbst ist dieser Unschärfe unterworfen. Ein Teilchen hat, bevor es durch einen bewussten Vorgang beobachtet wird, keine bestimmte Position. Es gibt nur eine Wahrscheinlichkeit, wo dieses Teilchen ist. Wenn wir annehmen, ein Teilchen befände sich hier bedeutet das nur, dass es sich mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit hier befindet. Es könnte auch einen Millimeter weiter links sein oder auf dem Mond. Man spricht von einer Wahrscheinlichkeitswelle.
Daraus ergibt sich ein seltsames Phänomen: Es kann geschehen, dass sich ein Teilchen dank dieser Wahrscheinlichkeit schlagartig von einer Position zu einer anderen bewegen kann. Besser gesagt, es ist hier und dann dort, ohne den Weg dazwischen zurückzulegen. Dabei kann zwischen den beiden Orten auch eine eigentlich undurchdringliche Wand oder eine große Entfernung liegen. Man spricht dabei von einer Tunnelung. 
Und das passiert tatsächlich: In der Sonne ist es bekanntermaßen sehr heiß. Aber eigentlich ist es für eine Kernfusion - die Quelle für die Leuchtkraft der Sonne - nicht heiß genug. Eigentlich kommen sich die Wasserstoffkerne nicht nah genug, um zu verschmelzen. Der Tunneleffekt hat aber zur Folge, dass hin und wieder eben doch spontan ein Wasserstoffkern dicht genug an einen anderen springt und die beiden zu Helium verschmelzen können. Und bei der unglaublichen Zahl von Atomkernen im Inneren der Sonne genügt diese relativ geringe Wahrscheinlichkeit einer Tunnelung, um das Leben auf der Erde zu erhalten.

Einstein und die Lichtgeschwindigkeit
1905 war ein großartiges Jahr für die Physik. Denn in dem Jahr veröffentlichte Albert Einstein seinen Aufsatz "Zur Elektrodynamik bewegter Körper". Darin befasst er sich mit zueinander in Bewegung befindlichen Körpern und wie sich das Licht dabei verhält. Natürlich war diese Arbeit nicht einfach aus der Luft gegriffen sondern basiert auf wichtigen Vorarbeiten anderer Physiker. Später wurde die beschriebene Theorie als "spezielle Relativitätstheorie" (SRT) bekannt. 1915 veröffentlichte Einstein dann die "Allgemeine Relativitätstheorie" (ART), die weit mehr beschrieb als die SRT. Nämlich auch sich beschleunigende Körper (und damit gleichbedeutend Körper innerhalb eines Schwerkraftfeldes). Damit beschrieb diese Theorie endlich die Welt, in der wir leben. Die SRT ist tatsächlich nur ein Sonderfall der ART. So weit, so gut, das ist alles Geschichte. Aber warum ist diese Theorie und vor allem ihre Bestätigung in der Praxis so bahnbrechend gewesen?
Weil sie die Welt vollständig anders beschreibt als alle Theorien vor ihr. Die Allgemeine Relativitätstheorie geht davon aus, dass die einzige wirkliche Konstante die Lichtgeschwindigkeit ist. Alles wird an der Geschwindigkeit des Lichtes gemessen.
Das klingt erstmal nicht beeindruckend, die Konsequenzen sind aber merkwürdig. Wir stellen uns zwei Personen vor, von denen sich eine schnell auf die andere zu bewegt. Nun leuchtet die sich bewegende Person mit einer Taschenlampe die still stehende Person an. Welche Geschwindigkeit hat das Licht für die still stehende Person?
Aus der Alltagserfahrung würden wir sagen Lichtgeschwindigkeit + Fluggeschwindigkeit. Das stimmt aber nicht. Die ART besagt, dass das Licht für alle Beteiligten immer die gleiche Geschwindigkeit hat. Für die sich bewegende Person ist das Licht genauso schnell wie für die still stehende. 
Das Licht selber wird nicht beschleunigt oder abgebremst. 
Also brauchen wir eine andere Möglichkeit, die dieses Ungleichgewicht auflöst. Und die ist, dass sich die Zeit für die bewegte Person dehnt. Für die bewegte Person also vergeht die Zeit langsamer als für die still stehende. Mit anderen Worten: Er altert langsamer.
Und das erstaunliche daran: Dieser Effekt ist tatsächlich nachgewiesen worden. Und nicht nur das, dieser Effekt muss z.B. im GPS-System berücksichtigt werden, weil sonst die Uhren der GPS-Satelliten nicht exakt genug gehen würden. Neben dieser sogenannten Zeitdilatation gibt es noch weitere seltsame Effekte, die aus der ART abgeleitet werden können und die allesamt experimentell nachgewiesen sind. So wird bei hoher Geschwindigkeit nicht nur die Zeit verzerrt sondern auch der Raum, ein stark beschleunigtes Objekt wird kürzer. Es ist für Energie oder Masse nicht möglich, die Lichtgeschwindigkeit zu erreichen oder gar überschreiten, weil dann die Masse unendlich groß werden würde. Masse krümmt den Raum selbst. Schwarze Löcher, etc.

Strings

Die Quantenphysik und die ART haben ein erhebliches Problem: Sie passen nicht zusammen. Die Quantenphysik kümmert sich um das sehr sehr kleine. Die ART um das sehr große und das sehr Energiereiche. Wenn wir aber das sehr kleine und energiereiche wie z.B. in schwarzen Löchern oder beim Anfang des Universums betrachten wollen, dann müssen beide Theorien gemeinsam verwendet werden.
Das liefert dummerweise unsinnige Ergebnisse, also können wir sehr kleine und gleichzeitig energiereiche Vorgänge nicht mathematisch beschreiben. Den wohl interessantesten und vielversprechendsten Weg aus diesem Dilemma scheint die Stringtheorie, genauer gesagt die Superstringtheorie, zu bieten. Diese beschreibt Teilchen auf eine dramatisch neue Art.
Bislang stellte man sich Materie folgendermaßen vor: 

  • Materie besteht aus Molekülen. 
  • Moleküle bestehen aus Atomen, die durch Elektronaustausch miteinander verbunden sind.
  • Atome bestehen aus Atomkern und Elektronen, die sich in bestimmten Abständen zum Atomkern befinden.
  • Der Atomkern besteht aud Protonen und Neutronen, welche durch die starke Wechselwirkung zusammengehalten werden.
  • Protonen und Neutronen wiederum bestehen aus jeweils drei Quarks, welche ebenfalls durch die starke Wechselwirkung zusammengehalten werden.

Die Frage ist jetzt, wie diese Quarks aufgebaut sind. Bislang stellte man sie sich als punktförmige Teilchen vor. Also Objekte ohne räumliche Ausdehnung. Die Superstringtheorie besagt aber, dass sie durchaus eine Ausdehnung haben, aber nur in eine Dimension. Mit anderen Worten: Die Superstringtheorie beschreibt alle Teilchen als fadenförmige Objekte. Diese Fäden (englisch: Strings) schwingen auf eine besondere Weise: Nämlich in mehr als den drei bekannten Dimensionen. Sie schwingen nach gegenwärtigem Stand in 11 räumlichen Dimensionen. Versuch nicht, Dir das vorzustellen. Vier Dimension ginge vielleicht noch, aber mehr kann sich niemand vorstellen. Aber man kann damit rechnen. Diese Fäden oder vielmehr die Schwingung eines solchen Fadens bestimmt nun, was der Faden ist. Es gibt Schwingungen, die uns wie ein Elektron vorkommen, andere Schwingungsarten stellen Quarks dar. Wieder andere Schwingungsmodi haben die Eigenschaften von Lichtteilchen, von Gravitations-Botenteilchen, etc. Jedes einzelne existierende Teilchen ist nichts anderes als die Schwingung eines Strings.
Damit würde ein weitere Rätsel der Physik gelöst: Nämlich bräuchte man nicht mehr all die vielen Teilchenarten sondern nur noch ein bestimmtes Teilchen, das auf unterschiedliche Weise schwingt. Damit wird die Welt wesentlich einfacher. Aber die Stringtheorie hat auch ihre Schwächen: Vor allem die extreme Kleinheit der Strings sorgt für Probleme. Sie sind so viel kleiner als alles andere, dass ernsthafte Zweifel existieren, ob sie jemals entdeckt werden könnten.