HIRN AUS, COMPUTER AN! – WARUM DIGITALISIERUNG DER TOD DER WISSENSCHAFT IST

Digitalisierung hat nicht nur das Privatleben vieler und die Arbeitswelt fest im Griff, sondern auch die Wissenschaft. Der Computer berechnet, analysiert, modelliert – bei komplizierten Denkprozessen vertraut der Mensch heutzutage lieber dem kleinen viereckigen Kasten. Das eigene Hirn – nur Nebensache.

Viel Raum für kriminelle Energie

Ist ja auch klasse für die Wissenschaft. Dank der Digitalisierung liegen viel schneller Ergebnisse auf dem Tisch. Nur noch ein paar Eingaben machen und schwups … eine neue Theorie ist vermeintlich belegt. Das ist nicht mehr wie zu Einsteins Zeiten, in denen die Wissenschaftler Jahre, manchmal Jahrzehnte, gebraucht haben, um ihre Gedanken in Formeln und belegbare Theorien zu gießen. Newton antwortete auf die Frage, wie er auf seine Theorie gekommen sei lapidar: „Ich habe sehr lange nachgedacht!“

Heute übernimmt der Computer die meiste Denkarbeit.

So sehr ich Computer und modernste Technologien schätze – diese Entwicklung ist bedenklich: Denn hinter jeder Software steckt doch immer noch ein Mensch, der sie manipulieren kann.

Jeder halbwegs talentierte Softwareentwickler kann in seinem Keller neue Parameter ins Computerprogramm schreiben. Er kann alles hindrehen, wie gewünscht oder eben nicht. Ein Einfluss, der meist außer Acht gelassen wird.

Das geschieht nicht immer in böser Absicht, sondern einfach weil man ein Ergebnis haben will. Und wenn sich einfach ein Programmierfehler einschleicht, dann wird das bestimmt nicht mehr zugegeben, wenn schon eine schöne Veröffentlichung erschienen ist. (z.B. mein Interview mit dem Galaxienforscher Mike Disney)

Digitalisierung in der Physik lässt grüßen

Nehmen Sie ein Beispiel aus der Galaxiendynamik: Man behauptet, Spiralgalaxien behielten ihre ästhetische Scheibenform nur dann, wenn sich die Dunkle Materie kugelförmig um das Galaxienzentrum verteilt – das ist das Resultat von Computermodellen, die das konventionelle Gravitationsgesetz zu Grunde legen.

So geht man davon aus, dass alle Galaxien mit so einem dunklen ‚Halo‘ aus irgendwelchen Teilchen (die die Theoretiker gerade erfunden haben) umgeben sind. Eigentlich ist das schon wenig glaubwürdig, denn es gibt für wie auch immer geartete Elementarteilchen keinen Grund, sich in der Galaxie so eigentümlich zu sortieren: Warum ordnet sich die sichtbare Materie in der Scheibe an, wenn die Dunkle es nicht tut?

Jene Computersimulationen waren der Anfang einer Entwicklung, bei der unerklärte Beobachtungen und theoretische Wunschvorstellungen Hand in Hand zu einer immer größeren Komplizierung führten. Um die Daten zu beschreiben, muss die kugelförmige Haloumgebung etwa zehnmal so groß wie die leuchtende Galaxie sein. Die Geschwindigkeit der Gaswolken sollte außerhalb des Halos aber dann wieder abnehmen. Aber wenn man hinsieht, tut sie dies nicht – eine von vielen Ungereimtheiten.

Digitalisierung lässt grüßen.

Wünsch dir was

Daneben gibt es auch Computersimulationen zur Galaxienentstehung. Diese kämpfen seit Langem mit einem Ergebnis, das nicht mit den Beobachtungen übereinstimmen will: Spiralgalaxien wie die unsere müssten in Hunderte von kleinen Begleitgalaxien eingebettet sein, die sich gleichmäßig im Halo verteilen. Leider gibt es im Falle der Milchstraße nur etwa dreißig Stück davon. Dieser Misserfolg wird kaschiert, indem man neue Parameter ins Computerprogramm einbaut, zum Beispiel einen, der angeblich Auswirkungen von Supernova-Explosionen beschreibt. Da man nicht die geringste Ahnung hat, wie stark dieser Effekt im frühen Universum war, probiert der Computer so lange an diesen Zahlen herum, bis das Ergebnis passt.

Ob dieses Ergebnis dann mit der Realität zu tun hat, wird eher nebensächlich … Trotz der fantastischen Rechenleistung unserer digitalen Werkzeuge würde es vielen Physikern nicht schaden, mal wieder ihren eigenen Denkapparat einzuschalten.

ACHTUNG, SÄBELZAHNTIGER! WIE DIE STEINZEIT DIE WISSENSCHAFT IM GRIFF HAT

Wer sich der Gruppe nicht unterordnet, der wird ausgestoßen, aus der gemeinsamen Höhle geworfen – und vom Säbelzahntiger gefressen!

Ja, diese einfache Formel galt wohl mal vor ein paar tausend Jahren fürs eigene Überleben. Wer alleine dastand, setzte sich damit einer existenziellen Gefahr aus. Gut, dass die Steinzeit vorbei ist!

Hm … ist sie das wirklich? Wenn ich mir die heutige Wissenschaft so anschaue, erkenne ich da durchaus noch ein paar neolithische Züge …

Mächtige Gruppen in der Wissenschaft

Auch in der Wissenschaft – in der Kosmologie, Physik, Astronomie und vielen anderen Gebieten – finden Sie Gruppen, in denen sich die einzelnen Neandertaler zusammenschließen. Sie nennen sich Fachgebiete oder „Experten“ eines Paradigmas.

Nehmen Sie beispielsweise die Kosmologie: Das derzeitige anerkannte „concordance model“  herrscht dort über die Datenauswertung. Die Analyse der modernen Großexperimente ist viel zu komplex, als dass sie aus einem alternativen Blickwinkel in kurzer Zeit wiederholt werden könnte. Man müsste eine Vielzahl von versierten Wissenschaftlern zur Verfügung haben, um hier eine Chancengleichheit bei der Datenauswertung herzustellen.

Die Mainstream-Kosmologie ist mächtig und bietet ihren Gegnern und Fressfeinden locker die Stirn. Schön – für ihre Anhänger zumindest.

Kein Platz für neue Ideen

Trotz einiger vielversprechender Ansätze krankt die Wissenschaft in vielen Bereichen an diesem Gruppendenken. Solange ganze Fachgebiete, die einem bestimmten Paradigma der Interpretation folgen, alleinigen Zugriff auf die Daten haben – nebst den Ressourcen, diese auszuwerten –, ist es völlig illusorisch, dass eine radikale neue Idee auch nur die Chance hat, geprüft zu werden.

Wer mit neuen Ideen um die Ecke kommt, passt nämlich nicht in die Gruppe und wird direkt den Säbelzahntigern zum Fraß vorgeworfen. Das steinzeitliche Gruppendenken in der Wissenschaft verwehrt es dem Einzelnen geradezu, die gemeinsame Arbeitsgrundlage auch nur im Geringsten infrage zu stellen.

Damit ist kein explizites Verbot gemeint, sondern ein psychologisches, oft sogar unbewusstes Phänomen. Kaum jemand wird in einem Saal mit fünfhundert Wissenschaftlern einem Vortrag lauschen und gleichzeitig zweifeln, ob das Thema des Vortrags überhaupt einen Sinn ergibt. Die Vorstellung, nicht mehr dabei sein zu dürfen, beeinflusst die Urteilskraft. Der Säbelzahntiger wartet schon um die Ecke auf von der Gruppe verstoßene Individuen …

Der Traum vom selbstständigen Denken

Doch wie soll die Wissenschaft funktionieren, wenn niemand mehr wagt zu denken, was die Masse als undenkbar erachtet?

Würden sich mehr Einzelpersonen aufrichtig ihrer Wissenschaft verschreiben und eigenständig denken – ich glaube, das hätte uns so manche moderne Absonderlichkeit wie die Stringtheorie oder immer noch größere Teilchenbeschleuniger erspart.

Ich bin gespannt, wann die Wissenschaft nicht nur körperlich den aufrechten Gang perfektioniert, sondern auch geistig so weit ist, dass Einzelne keine Tiger mehr fürchten müssen, wenn sie eine Idee abseits des Gruppendenkens äußern.

Vielleicht sollte ich diese Traumwelt an meine Höhlenwand malen …

EINBILDUNG IST KEINE GUTE BILDUNG

Als man im Ptolemäischen Weltbild die beobachteten Planetendaten nicht mehr mit einfachen Kreisen um die Erde erklären konnte, führte man eine Kreisbewegung auf der Kreisbewegung ein, sogenannte Epizyklen. Als bessere Beobachtungen erneut eine Abweichung ergaben, wurden die Mittelpunkte der Hauptkreise jeweils um einen kleinen Wert verschoben, den Exzenter. Und alles stimmte wieder.

Naja, wer’s glaubt!

Ein neuer Anstrich schafft keine neue Grundlage

Nur kann jedes fehlerhafte Modell gerettet werden, „wenn man sich auf solche Fummeleien einlässt“, wie Simon Sing in seinem ausgezeichneten Buch Big Bang schreibt. Heute sind sich die Forscher daher einig, dass dieses Postulieren unverstandener Mechanismen kein Fortschritt war, sondern eine Erosionserscheinung der Wissenschaft, übermalter Rost einer Konstruktion, die brüchig wurde. Damals fiel es bekanntlich schwer, ein gefestigtes Weltbild aufzugeben – das gilt heute umso mehr, als keine vernünftigen Alternativen zu existieren scheinen.

Aber sollten wir nicht wenigstens gewarnt sein? Auf den Konferenzen dagegen begegnet man einer beunruhigenden Euphorie: Die beschleunigte Expansion samt ihren theoretischen Beschreibungen wie kosmologische Konstante, Dunkle Energie oder Quintessenz taucht an allen Ecken und Enden auf, jeder sieht sie nun ganz klar!

„Anders sind die Röntgenbeobachtungen nicht zu deuten“ oder „Die Galaxienverteilung ist sonst nicht mit den Modellen in Einklang zu bringen“ schreibt zum Beispiel Christopher Conselice von der Universität Nottingham mit bewundernswerter Naivität (C. Conselice, SdW 5/2007, S.36). Dabei sollte man sich als Wissenschaftler bewusst sein: Mit einem weiteren freien Parameter, also einer Zahl mehr, die man anpassen kann, erklärt sich jeder Datensatz besser.

Kein Zufall? Schon klar!

Analysiert man die bei verschiedenen Rotverschiebungen sichtbaren Supernovadaten, so ergibt sich folgendes Szenario: Zunächst, also in einer frühen Entwicklungsphase des Universums, war die Beschleunigung noch nicht wirksam und die Expansion daher gebremst. Schließlich gewann die Dunkle Energie an Bedeutung – sie wächst mit der Ausdehnung – und zu einem bestimmten Zeitpunkt ist die anfängliche Bremsung durch die Beschleunigung genau kompensiert. Nun raten Sie bitte, wann dies der Fall war: nach 14 Milliarden Jahren, also heute.

Vor Kurzem hat mir wieder ein Kosmologe versichert, dass dies reiner Zufall sei. Sie wundern sich? Zu recht. Diese Merkwürdigkeit heißt Koinzidenzproblem, denn das akzeptierte Modell ist schon etwas paradox: Die Phasen der Bremsung und Beschleunigung der Expansion könnten doch genauso gut so verteilt sein, dass unsere momentane Ausdehnungsrate, die Hubblekonstante, nicht viel mit dem Weltalter zu tun hat.

Es ist in etwa so, als ob sie auf einer längeren Autofahrt mit sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten unterwegs sind. Sie können dabei jederzeit die Durchschnittsgeschwindigkeit für die bisherige Strecke errechnen, aber die Wahrscheinlichkeit, dass sie in einem bestimmten Moment gerade mit dieser Durchschnittsgeschwindigkeit fahren, ist doch recht gering. Und nach neuesten Messungen ist die Evidenz für die Dunkle Energie sowieso viel schwächer als bisher angenommen …

Welch intelligentes Leben

Wenn wir also davon ausgehen, dass intelligentes Leben auch in einer früheren oder späteren Epoche des Universums entstehen kann, dann passiert uns gerade ein ulkiger Zufall. Oder lacht jemand da draußen?

Sind wir gerade wieder der Einbildung aufgesessen, unsere bescheidene Gegenwart sei etwas besonderes? Die Dunkle Energie hat Widersprüche bezüglich des Weltalters aufgelöst, aber das Koinzidenzproblem nährt den Verdacht, dass diese Reparatur zu bequem war. Der Kosmologe Lawrence Krauss hat übrigens auf eine paradoxe Folge hingewiesen: Die beschleunigte Expansion führt dazu, dass entfernte Objekte wieder aus unserem sichtbaren Horizont verschwinden.

So wird es beispielsweise in späteren Epochen des Universums unmöglich sein, den kosmischen Mikrowellenhintergrund zu beobachten. Zukünftige Kosmologen werden also ein recht eintöniges Universum vorfinden – umso besser also, dass wir jetzt schon alles verstanden haben!

Sie sehen: Ein neuer Anstrich als Makulatur und die Einbildung als die Hoffnung auf echte Intelligenz, bringen uns nicht immer im Leben weiter.

WENN DIE EXPANSION DES WELTALLS EIN GRANDIOSER IRRTUM WÄRE

Die Expansion des Kosmos ist heute eine allgemein anerkannte Theorie. Sie basiert auf der gemessenen Rotverschiebung des Lichts entfernter Galaxien – seit Edwin Hubble eine unbestrittene Tatsache. Offenbar scheinen die Himmelskörper mit hoher Geschwindigkeit von uns wegzufliegen, was die zu uns zurückgeworfenen Lichtwellen dehnt und somit „röter“ macht. Alle sind sich einig: Der Kosmos dehnt sich aus. Der Fachbegriff dazu: Expansion.

Nun, wenn das so ist, müssten wir die sich daraus ergebenden Effekte ja auch nachmessen können. Und genau das wird heute getan. Allerdings bergen die gemessenen Daten Überraschungen …

Nachgemessen

Die technologische Entwicklung ist für die Kosmologie ein Segen. Die Daten der modernen Teleskope verknüpft mit großen Datenbanken und dem Zugriff übers Internet ergeben zum Beispiel solch fantastische Dinge wie den Galaxienkatalog SDSS, den Sloan Digital Sky Survey, der jedem offen zugänglich ist. Diese Daten sind nichts anderes als eine Landkarte des Universums. Jedenfalls von etwa einem Viertel des Himmels.

In diese Landkarte werden derzeit die Positionen und Helligkeiten von mehr als 100 Millionen Himmelskörpern eingetragen. Außerdem sollen mit seiner Hilfe die Entfernungen und Eigenschaften von etwa einer Million Galaxien und Quasaren bestimmt werden. Seit 1998 werden die Daten nach und nach gesammelt und integriert. Das Gesamtbild wird immer genauer und vollständiger. Es zeigt sich immer präziser die faszinierende schaumartige Struktur des Universums mit seinen Galaxienhaufen und den großen dazwischen liegenden „Hohlräumen“ mit relativ geringer Galaxiendichte.

Aber leider stößt das anerkannte Modell des Universums, das auf der Allgemeinen Relativitätstheorie Einsteins basiert, auf große Widersprüche!

Knoten im Kopf

Denn wenn Sie die Allgemeine Relativitätstheorie auf den Kosmos anwenden, führt das zu einem wahren Wirrwarr von merkwürdigen Postulaten. Unter anderem prognostiziert die Theorie die Größe der Galaxien am Himmel. Ab einer bestimmten Entfernung soll die scheinbare Größe der Galaxien der Theorie entsprechend nicht weiter ab- sondern zunehmen. So in etwa wie beim Scheinriesen in Michael Endes Erzählung von Jim Knopf und Lukas dem Lokomotivführer: Je weiter er wegläuft, desto größer erscheint er.

Das klingt nicht nur merkwürdig, es lässt sich auch durch die Daten des SDSS in keinster Weise bestätigen. Und das liegt nicht nur im Bereich von Messfehlern: Die Theorie sagt bis zu sechsmal größere Galaxienausdehnungen voraus als die in der Realität gemessenen.

Sie und ich würden nun sagen: An der Theorie kann etwas nicht stimmen. Da die Berechnungen auf Basis der Theorie korrekt sind, muss es an irgendwelchen falsch gewählten Voraussetzungen liegen. Wir müssen dringend zurückgehen und überlegen, wo wir falsch abgebogen sind.

Nicht so aber die theoretischen Physiker! Sie beharren steif und fest auf den grundlegenden Annahmen ihrer Theorie und fügen einfach willkürliche Zusatzannahmen und Parameter hinzu: Sie postulieren beispielsweise, die Galaxien würden sich eben in Helligkeit und Größe mit der Zeit entwickeln – und zwar genau so, dass es gerade wieder zu den Daten passt.

Doch dadurch werden die theoretischen Modelle immer komplizierter. Sie werden sozusagen um die beobachtete Wirklichkeit drumherum gebaut. Die Natur wird so nicht verstanden, sondern mathematisch nachgeäfft.

Ich bin sicher, Einstein hätte das nicht mitgemacht. Er hätte lieber seine Theorie grundsätzlich in Frage gestellt, als sie bis zur Unkenntlichkeit zu verkomplizieren. Denn die wahren Durchbrüche in der Wissenschaft waren immer mit einer Zunahme an logischer Eleganz verbunden, niemals mit einer opportunistischen Verknotung.

Und die Lösung der Expansion?

Erstaunlicherweise passen die beobachteten Daten des fernen Kosmos am besten zu einer ganz einfachen Interpretation: Es gibt keine nennenswerte Evolution von Galaxiengrößen. Es gibt auch keine Beschleunigung. Und auch keine Expansion! Die Daten passen am besten zu einem Universum, in dem die Materie statisch ist. Die sichtbare Ausdehnung der Galaxien am Himmel nimmt dann einfach ganz schlicht mit ihrer Entfernung ab, so wie man das ganz intuitiv auch erwarten würde.

Die Frage ist nur, was wir dann mit der beobachteten Rotverschiebung machen, die bislang immer als eine Art Doppler-Effekt interpretiert wurde, was ja auf die Expansion des Universums hingedeutet hat.

Da ist ja der eigentliche Widerspruch: Die gemessenen Galaxiengrößen deuten auf ein statisches Universum hin, die Rotverschiebung auf ein sich ausdehnendes Universum. Eins von beidem ist falsch, solange die Gesetze der Logik noch gelten. Bislang wurde die Interpretation der Rotverschiebung, also die Expansion des Universums, vorausgesetzt. Was wäre, wenn diese Annahme falsch wäre? Was wäre, wenn die gemessenen Daten ganz einfach interpretiert ein Beleg für ein statisches Universum wären? Dann müssten wir eine andere Deutung für die Rotverschiebung finden, um den Widerspruch auszuräumen.

Und diese andere Deutung gibt es! Einstein selbst hatte 1911 eine Version der Allgemeinen Relativitätstheorie entwickelt, die genau dazu führt. Unabhängig von ihm hatte der US-amerikanische Physiker Robert Dicke die gleiche Idee. In meinem Buch „Einsteins verlorener Schlüssel“ erkläre ich den heute leider vergessenen Ansatz genauer.

DIE GESCHICHTE VON DER EXPANSION DES UNIVERSUMS

Manchmal glauben Forscher etwas nur deshalb, weil die Annahmen, auf denen dieser Glaube beruht, alt genug sind. Ein treffendes Beispiel ist die Idee der Expansion des Universums:

Als Einstein 1917 das Universum mit seiner allgemeinen Relativitätstheorie beschrieb, ging er selbst noch von einem statischen Universum aus. Die heute allgemein anerkannte Idee der Expansion kam erst später ins Spiel, nämlich durch den amerikanischen Astronom Edwin Hubble. Er interpretierte die damals neuen Messergebnisse, die nachwiesen, dass die Spektrallinien des Lichts von weit entfernten Galaxien ins Rote, also in Richtung größerer Wellenlängen verschoben waren, als eine Form des Dopplereffekts: Die Objekte müssten sich demnach von uns entfernen. Die Rotverschiebung war entdeckt und gedeutet. Und die Deutung lautete: Das Universum dehnt sich aus.

Expansion? Lasst uns mal nachmessen!

Als diese Annahme etwa 80 Jahre alt war, entdeckten Forscher eine bedeutungsvolle Ungereimtheit in ihren Messdaten: Durch die enorme Leistungsfähigkeit des fantastischen Hubble-Weltraumteleskops konnten in den 1990ern große Mengen der seltenen Supernova-Explosionen beobachtet und ausgemessen werden. Diese Phänomene lassen unter anderem relativ genaue Entfernungsmessungen zu. Sie geben uns also, grob gesprochen, die Gelegenheit, die Genauigkeit beim Vermessen des Universums erheblich zu verbessern. Die Forschergruppen, die das erreichten, erhielten völlig zu Recht 2011 den Physik-Nobelpreis.

Allerdings: Die Daten, die sie gesammelt hatten, stimmten überhaupt nicht mit dem allgemein akzeptierten Standardmodell der Kosmologie überein! Weit entfernte Supernovae leuchteten schwächer, als das Modell des expandierenden Universums voraussagte.

Also was tun? Es gibt zwei Möglichkeiten: Entweder vereinfachen oder verkomplizieren. Vereinfachen bedeutet: Da das theoretische Modell offenbar im Kern nicht stimmt, muss es hinterfragt werden, um ein Modell zu finden, das die Realität besser abbildet. Verkomplizieren bedeutet: Man fügt dem Modell einfach solange neue Gleichungen und theoretische Anhängsel hinzu, bis es wieder passt. Die meisten Wissenschaftler neigen in solchen Zweifelsfällen zur letzteren Methode. Auch wenn die Wissenschaftsgeschichte zeigt, dass sie selten Recht behalten.

Die Lösung liegt im Dunkeln

In diesem konkreten Fall hätte man im Sinne der Vereinfachung eigentlich die Interpretation der beobachteten Rotverschiebung als eine Art Dopplereffekt hinterfragen müssen: Stimmt es vielleicht gar nicht, dass im Universum eine Expansion stattfindet? Aber die Annahme war ja schon 80 Jahre alt, also konnte sie ja wohl nicht falsch sein!

Stattdessen fügten findige Wissenschaftler im Sinne der Verkomplizierung eine ominöse, „beschleunigende“ Kraft ein: Die Idee der „dunklen Energie“, die die Expansion des Universums verstärken soll, wurde eingeführt und in Mathematik gegossen. So stimmten die gemessenen Daten wieder ganz gut mit der Theorie von der Expansion überein. Auch wenn damit neue, mit nichts begründete, gleichsam „künstliche“ Konstanten in die Gleichungen eingefügt werden mussten und natürlich auch neue theoretische Fragen aufgeworfen wurden, an denen die Kosmologie heute noch knabbert.

Der Witz an dieser Sache ist: Die Messdaten stimmen hervorragend mit dem Modell eines Universums überein, das keinerlei Expansion erfährt, sondern statisch ist. Und die Theorie der Expansion fußt ja alleine auf der Interpretation der Rotverschiebung als Dopplereffekt „fliehender“ Materie.

Was wäre, wenn die Rotverschiebung eine ganz andere Ursache hat?

Diese Frage sollten wir stellen dürfen. Aber wenn Sie das tun, dürfen Sie eines ganz sicher erwarten: einen Sturm der Entrüstung!

Übrigens gibt es eine sehr plausible alternative Erklärung für die Rotverschiebung. Sie geht sogar auf Einstein selbst zurück und wurde 1957 von Robert Dicke ausformuliert. In meinem Buch „Einsteins verlorener Schlüssel“  erkläre ich diesen heute vergessenen Ansatz genauer.

NATURKONSTANTEN – EINE GEFÄHRLICHE LIEBSCHAFT

Heute muss ich Ihnen noch ein paar Illusionen über Naturkonstanten rauben. Ich bin ein echter Naturwissenschaftler und das ist auch schon das Problem: Man kann sich nicht damit zufriedengeben, Zahlen von der Natur „serviert“ zu bekommen, die nicht weiter begründet sind. Ein Naturwissenschaftler will sie verstehen, letztlich berechnen.

Klingt logisch? Ja, finde ich auch. Die Liebhaber der Naturkonstanten sehen das aber scheinbar anders.

Die Liebe zu Naturkonstanten

Über den Sinn und Unsinn von Naturkonstanten – von nicht berechenbaren, willkürlichen Zahlen – diskutierte bereits Albert Einstein in einem Briefwechsel mit der Philosophie-Doktorandin Ilse Rosenthal-Schneider (nein, mit ihr hatte er keine Affäre):

„Ich kann mir keine einheitliche und vernünftige Theorie vorstellen, die explizit eine Zahl enthält, welche die Laune des Schöpfers ebenso gut anders hätte wählen können.“

Sie können Einsteins Aussage auch so formulieren: Warum sollte die Natur einer x-beliebigen Zahl eine besondere Bedeutung zuordnen? Das wäre ja wie in der Liebe: Dich unter den Millionen anderen Menschen finde ich toll, einfach darum. Offensichtlich wäre dies irrationales Denken, das Einstein zuwider war.

Und damit war er nicht allein: Alle großen Physiker sahen die Notwendigkeit, die Liebe zu solchen Zahlenwerten zu hinterfragen. Paul Dirac verachtete geradezu alle Versuche, das Rätsel unter den Tisch zu kehren. Oft fragte er junge Theoretiker, die ihn mit neuen Ideen aufsuchten, nach dem Ursprung der Feinstrukturkonstante – nur eines von mehreren Beispielen für solch zufällige Naturkonstanten. Hatten die Nachwuchswissenschaftler sich damit noch nicht beschäftigt, schickte er sie konsequent – und reichlich lieblos – nach Hause.

Und auch Richard Feynman, Nobelpreisträger von 1965 und unangefochtene Ikone der Nachkriegsphysik, schrieb noch 1985 in seinem Buch QED: The Strange Theory of Light and Matter über denselben Fall von Naturkonstanten: „Alle guten theoretischen Physiker schreiben sich diese Zahl an die Wand und grübeln darüber nach.“

Ein schlechter Tag für Zeus

Das mag in Ihren Ohren nun reichlich anstrengend klingen. Sich nie ganz auf die Liebe zu Naturkonstanten einzulassen, stets weiter darüber nachzugrübeln, andere Ansätze zu suchen. Doch genau das macht Wissenschaft letzten Endes aus. Ein Akzeptieren von unerklärten Zahlen als „Naturkonstanten“ wäre eine Regression in vorwissenschaftliches Denken, im Grunde nicht weit entfernt von antiken Völkern, die unerklärte Phänomene den Launen der Götter zuordneten. Ein Blitz? Oooh Zeus muss heute einen schlechten Tag haben! Vielleicht hat er sich mit seiner Hera gestritten?

Dabei würde ich mir wünschen, dass Zeus wirklich mal einen richtig miesen Tag hat. Nämlich den Tag, an dem ein paar mehr Physiker kapieren, dass es ihre Aufgabe ist, den Blitz hinter Zeus zu erklären, nicht nur zu beschreiben.

Niemand mit wachem Verstand wird sich endgültig mit der Vorstellung abfinden, die Natur habe uns mit Zahlen der Art 137,035999… beglücken wollen, die prinzipiell nicht zu berechnen sind. Von diesen Prinzipien der Denkökonomie hat die gegenwärtige liebesblinde Physik jedoch leider ziemlich Abschied genommen.

Naturkonstanten, ich mach’ Schluss!

Die traurige Wahrheit ist nämlich, dass die Standardmodelle der Teilchenphysik und der Kosmologie heutzutage geradezu verknallt sind in Naturkonstanten. Dutzende (!) von unerklärten Zahlen werden darin schlicht akzeptiert – und bei all der Liebe auch noch sorgsam aufgebläht mit unerklärlichen Phänomenen wie der dunklen Materie, der dunklen Energie oder der „Inflation“. Zum Verständnis in der Wissenschaft tragen diese Konzepte allerdings allesamt nicht wirklich bei. Höchstens eben zur rosaroten Brille, mit der sich die Forscher alles schön zurechtbiegen …

Elementare Logik legt unter diesen Umständen den Verdacht nahe, dass wir eben etwas noch nicht kapiert haben – und es wäre wohl auch unangebrachte Hybris, diese Möglichkeit auszuschließen. Manche Liebesbeziehungen nehmen eben auch einmal ein Ende. Und ganz ehrlich, liebe Naturkonstanten, so richtig geklappt hat es zwischen uns doch schon länger nicht mehr, oder?

EHRGEIZ KOMMT VOR DEM FALL

Ein Team mit viel Ambitionen und zu Beginn meist wilde Ratespielchen, was der Patient denn nun haben könnte. Und ein mürrischer Arzt, der seinen Patienten oft nicht einmal zu Gesicht bekommt und schwerwiegende Krankheiten aus seinem Büro heraus diagnostiziert – anhand der Symptome, die auf einem Flipchart stehen. Dr. Gregory House, gespielt von Hugh Laurie, und sein Ärzteteam sind alle so ehrgeizig bei der Diagnose und Behandlung, dass Sie den Wald vor lauter Bäumen nicht mehr sehen oder eben Bäume, wo überhaupt gar keine sind. Und trotzdem: House ist berühmt und eine Koryphäe auf seinem Gebiet.

Ehrgeiz durchzieht das ganze Leben: Wirtschaftsunternehmen wollen den größten Umsatz machen, Sportler Weltrekorde erzielen, Banken den größten Gewinn machen. Auch die Physik ist – leider – auf diesem Weg.

Der Versuch einer Entdeckung

Die Gesellschaft für Schwerionenforschung darf sich rühmen, immerhin 6 der 118 bisher bekannten chemischen Elemente entdeckt zu haben. Diese großen Erfolge wurden erreicht, indem die Forscher in einem Beschleuniger mit Kernteilchen auf schwere Atomkerne schossen.

Dabei entstanden durch Verschmelzung die besagten neuen Kerne und sie konnten sogar auf die Entdeckung ganz neuer Elementarteilchen hoffen. Genau das schien sich 1983 anzubahnen: Hinweise darauf gaben kurzzeitig entstandene Positronen, Antiteilchen des Elektrons mit umgekehrter Ladung. Diese Elektron-Positron-Paare entstehen durch Erzeugung von Materie aus bloßer Energie nach der Einsteinschen Formel E = mc². Diese neuen Teilchen hoffte das Forschungsteam nun mit sogenannten „Positronenlinien“ nachzuweisen, weshalb darauf nun alle Anstrengungen konzentriert wurden.

Kurzfristiger Ruhm

Mit Erfolg. Man fand die Linien mit einer Signifikanz, die über 99,9999 Prozent Wahrscheinlichkeit entsprach, so dass das Phänomen praktisch kein Zufall mehr sein konnte.

Die Theoretiker waren elektrisiert. Der Nachweis der Positronenlinien wäre sensationell und ein Kandidat für den Nobelpreis gewesen, von dem der Forschungsgruppenleiter, Autor eines ganzen Regalmeters von Lehrbüchern, bald träumte. Nach wie vor zeigte sich das Experiment jedoch kapriziös. In manchen Zusammenstößen waren die rätselhaften Signale einfach nicht zu sehen, was man auf ein ‚schlechtes Target‘ zurückführte, also auf einen unter Beschuss genommenen Atomkern, der irgendwie nicht so wollte. Solche Erklärungen häuften sich.

Ein neuer Direktor gab der Gruppe schließlich ein halbes Jahr Zeit, um die Sache endgültig zu klären. Aber mit einem verbesserten Versuchsaufbau war plötzlich gar nichts mehr zu sehen. Die Seifenblase war endgültig geplatzt.

Blickverengung durch zu viel Ehrgeiz

Berufsrisiko der Wissenschaft, könnten Sie jetzt sagen. Das mag sein. Ich denke jedoch, der Ehrgeiz war schuld. Und auch der Philosoph Ludwig Wittgenstein sah das wohl ähnlich mit seinem boshaften, aber sehr wahren Zitat: Ehrgeiz ist der Tod des Denkens.

Nun möchte ich der Gesellschaft für Schwerionenforschung in Darmstadt nicht unterstellen, dass sie 1983 Ratespielchen betrieb oder zu ehrgeizig war. Das muss man als Wissenschaftler schon auch sein, um Erfolge zu erzielen. Doch die ersten Hinweise machten die Forscher so euphorisch, dass sie in immer kleineren Teilmengen der Daten suchten. Diese waren als interessant ausgewählt worden, eben weil man dort das neue Phänomen sah.

Aber im Ergebnis war es leider eine gruppendynamisch verstärkte Selbsttäuschung. Zehn Jahre Forschungsarbeit umsonst. Eine entsprechende Katerstimmung machte sich breit.

Ob Dr. House oder Physik – wenn Sie vermeintlich interessante Daten herausfiltern, können Sie Effekte beeinflussen, aber eben auch Artefakte verstärken. Und sich damit selbst foppen. Also Vorsicht beim allzu ehrgeizigen „Herumdoktern“ an wissenschaftlichen Versuchsreihen …

IM DUNKELN IST GUT MUNKELN

Die Physik könnte ruhig ein bisschen Poesie vertragen. Warum? Weil schon Johann Wolfgang von Goethe wahre Worte gesprochen hat, die von mir aus gerne in die Bildungs- und Forschungseinrichtungen weitergetragen werden können:

„Und denn, man muß das Wahre immer wiederholen, weil auch der Irrtum um uns her immer wieder gepredigt wird, und zwar nicht von einzelnen, sondern von der Masse. In Zeitungen und Enzyklopädien, auf Schulen und Universitäten, überall ist der Irrtum oben auf, und es ist ihm wohl und behaglich, im Gefühl der Majorität, die auf seiner Seite ist.“

Also wirklich: Auch die Physik könnte sich diese Weisheit Goethes zu Herzen nehmen.

Verrückt, verrückter, Nobelpreis

Denn was passiert, wenn die Masse der Menschheit die Wahrheit wiederholt, konnten wir in diesem Jahrhundert schon beobachten. Sie erinnern sich sicher: Der Nobelpreis für Physik 2011 wurde vergeben für die Beobachtung, dass sich die Expansion des Weltalls mit der Zeit beschleunigt. 1998 zeigte sich, dass die Expansion des Universums heute schneller abzulaufen schien als früher. Für diese Entdeckung und die dazugehörige raffinierte Methode teilten sich zwei Beobachtergruppen, die sich ein spannendes Wettrennen um entfernte Supernovae geliefert hatten, den Nobelpreis für Physik, durchaus zu Recht.

Angeblich erschien diese Erkenntnis den Forschern anfangs so verrückt, dass sie sie selbst nicht glauben konnten. Die Ursache der kosmischen Beschleunigung, nämlich die Dunkle Energie, gilt als vollkommen unverstanden. Wenn man es genau nimmt, handelt es sich eigentlich um eine Anomalie, die Zweifel an dem herkömmlichen Modell der Expansion nährt. Aber wirklich das ganze Modell in Zweifel ziehen? Dann doch lieber eine Reparatur …

Keine Abwehrkräfte

Die ganz große Überraschung, als die die beschleunigte Expansion heute gerne dargestellt wird, war sie im Übrigen gar nicht. Denn jeder wusste, dass die vorherigen Messungen der Hubble-Konstante nur dann ein Weltalter von 14 Milliarden Jahren ergaben, wenn man die momentane Expansionsgeschwindigkeit einfach in die Vergangenheit zurückextrapolierte – so, als gäbe es keine Wirkung der Gravitation. Das ist doch verdächtig. Finden Sie nicht auch?

Die Einführung der Dunklen Energie, die zur Erklärung dieser Beschleunigung herangezogen wurde, erhöhte die Gesamtmasse des Universums um ein Vielfaches. Nun ja, die Abwehrkräfte gegen die Verbreitung dunkler Theorien (vorher war ja schon die Dunkle Materie postuliert worden) in der Physik sind vielleicht nicht mehr so stark, wie sie mal waren. Ist ja auch klar: Im Dunkeln ist eben gut munkeln – leider auch in der Wissenschaft. Oder wie Erwin Schrödinger einst so schön sagte: „Ist das Problem erst mal durch eine Ausrede beseitigt, entfällt auch die Notwendigkeit, darüber nachzudenken.“

Immer mehr Dunkelheiten

Die dunkle Energie soll angeblich eine der Gravitation entgegengesetzte Wirkung haben. Newton wäre davon sicher nicht begeistert gewesen, dass nun 70 % des Weltalls abstoßend sein sollen und 95 % gleich ganz unsichtbar – eigentlich absurd. Daher ist für mich die Idee viel näherliegend, dass die Expansion selbst eine Illusion ist (und damit auch die Dunkle Energie) – siehe Kapitel 10 meines Buches „Einsteins verlorener Schlüssel: Warum wir die beste Idee des 20. Jahrhunderts übersehen haben“.

Die Verfechter der Standard-Kosmologie sind mit der Dunklen Energie dagegen zufrieden. Fragen Sie jetzt aber bitte nicht, wieso genau so viel dunkle Energie im Universum ist, dass sich ihr Effekt exakt zum gewünschten Verhältnis mit dem der Gravitation aufhebt. Das ist bisher völlig im Dunkeln geblieben.

Die dunkle Seite des Alls ist in den letzten Jahren erstaunlich groß geworden. Und die Theorien dazu sind noch dunkler als ihr Gegenstand. Da könnte ich glatt glauben, Darth Vader hat zurückgeschlagen.

WENN DIE PHYSIK ZUR SÜSSIGKEITENSCHACHTEL WIRD

Sie kennen doch sicherlich M&M’s und Smarties. Diese Schokolinsen, die mit bunten Zuckerüberzug daherkommen und von denen manche behaupten, sie könnten den Unterschied in der Farbe schmecken. Ganz ähnlich wie eine Packung M&M’s kommt mir die Physik manchmal vor – jedenfalls dann, wenn es um Quarks geht.

Quarks – ist das was zum Essen?

Die Welt der Quarks ist bunter als die der M&M’s – und fast ebenso beliebig. Es gibt sie in drei Farben: rot, grün und blau. Und in sechs Geschmacksrichtungen: up, down, strange, bottom, top und charm. Und Überraschung: Laut Teilchenphysikern können Sie die bunten Teilchen sogar essen. Sie kommen sogar gar nicht umhin, sie zu essen. Denn Quarks sind angeblich – neben weiteren Teilchen – die grundlegenden Bausteine, aus denen Materie aufgebaut ist. Mhm, lecker.

Eines stößt mir aber sauer auf: Diese kulinarischen Köstlichkeiten wurden nicht durch Experimente entdeckt wie beispielsweise die Elektronen oder der Atomkern. Die Evidenz für Quarks ist viel „indirekter“, kurz gesagt: Physiker haben ihre Existenz einfach angenommen.

Nicht erklärbar? Das muss ein Teilchen sein.

Der Hochenergiephysiker und Wissenschaftshistoriker Andrew Pickering berichtet davon detailliert in seinem großartigen Buch „Constructing Quarks“. Das Muster ist immer das gleiche: Beobachten die Teilchenphysiker in ihren Experimenten etwas, das sie nicht erklären können, postulieren Sie ein Teilchen, dass genau die Eigenschaften hat, die die Lücke füllen. Ist ja prima …

Diesem Beispiel folgen die “modernen“ Forscher seit Jahrzehnten, was unter anderem zu Geschmacklosigkeiten wie den Quarks mit ihren unüberschaubar vielen Varianten und bizarren Eigenschaften führte. Stellen sie sich vor: „Teilchen“, die nie als solche einzeln vorkommen. Demokrit hätte sich im Grab umgedreht. Weil Pickerings Buch den Finger in solche Wunden legt, versteht man, warum es unter Teilchenphysikern recht unbeliebt ist.

Schlank und einfach statt bunte Vielfalt

Ich finde ja: Die Physik sollte die Produktion bunter Vielfalt doch besser den Süßigkeitenproduzenten überlassen und sich lieber darauf konzentrieren, ihre Modelle schlank und einfach – und vor allem: nachprüfbar – zu gestalten. Aber davon sind sie leider weit entfernt.

David Gross, der 2004 einen Nobelpreis für seine Arbeit an dem Quarkmodell erhielt, verließ ein Interview mit mir auch leicht angesäuert, als das Thema auf Pickerings Buch kam – vielleicht hätte ich ein paar M&M’s mitbringen sollen?

WENIGER IST MEHR – AUCH IN DER PHYSIK

Kosmologische Theorien werden immer dicker. Lässt sich eine Theorie nicht glaubhaft erklären, erdenken die Forscher einfach irgendwelche Hilfsmittelchen, die ihre Theorie plötzlich stimmig macht. Ein weiteres unnötiges Pfund auf der Waage.

Viele Physiker und Kosmologen bedienen sich bis heute dieser Methode: Wenn eine Theorie noch nicht schlüssig ist, einfach eine Konstante, ein unentdecktes Teilchen oder Ähnliches dazuerfinden, um das Problem zu lösen – ganz egal, ob es sich nachweisen lässt oder nicht.

Wenn Sie einmal genau hinschauen, beging die erste Sünde dieser Art schon Sir Isaac Newton, als er im Rahmen des Gravitationsgesetzes die Anziehungskraft zweier Körper beschrieb. Denn um seine Berechnung der Gravitationskraft stimmig zu machen, musste er die Gravitationskonstante. postulieren. Das ist ein fester Zahlenwert, der durch die Theorie jedoch nicht erklärt werden kann. Newtons Leistung bleibt trotzdem phänomenal – aber aus methodischer Perspektive ist eigentlich schon die Konstante G eine zu viel.

Schlankheitskur für das Gravitationsgesetz

Ich schlage da etwas anderes vor: eine radikale Schlankheitskur für die Theorien der Physik.

Ernst Mach hatte beispielsweise einen Einfall, wie das Gravitationsgesetz etwas abspecken könnte: Wenn die Stärke der Gravitationskraft von der Gesamtmasse des Universums abhinge, würde die Gravitationskonstante überflüssig, weil es dann eine Erklärung für den Wert gäbe, der hinter dieser Zahl steckt. Leider war Mach seiner Zeit so weit voraus, dass niemand die Idee schätzte.

Außerdem braucht es noch eine weitere Voraussetzung: Die Lichtgeschwindigkeit müsste veränderlich sein. Was die Gravitation mit der Lichtgeschwindigkeit zu tun hat? Machen Sie dazu einen Ausflug in die 60er Jahre, als der amerikanische Astrophysiker Robert Dicke die geniale Idee Machs aufgriff und endlich in einer Formel ausdrückte: Die Summe aller Gravitationspotenziale des Universums könnte genau dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit entsprechen. Viele bekannte Widersprüchlichkeiten der Kosmologie erschienen dadurch in einem ganz anderen Licht … aber die Kosmologen müssten sich erst einmal damit beschäftigen.

Revolutionäre Ideen ausschöpfen

Glücklicherweise ist die Idee einer variablen Lichtgeschwindigkeit gar nicht so weit gefehlt. Denn die von Einstein entwickelte allgemeine Relativitätstheorie kann entweder durch einen gekrümmten Raum oder durch eine variable Lichtgeschwindigkeit beschrieben werden. Beide Möglichkeiten sind rechnerisch äquivalent, kommen also über einen anderen Weg auf die gleichen Ergebnisse. Und alle modernen Tests, die es heute dazu gibt, werden von beiden Möglichkeiten korrekt beschrieben – das wurde inzwischen ausführlich gezeigt. Ziemlich tragisch also, dass Einstein die Möglichkeit der variablen Lichtgeschwindigkeit nicht weiterverfolgt hat und sie mittlerweile beinahe komplett in Vergessenheit geraten ist.

Ich wünschte mir ja, Forscher würden sich dieser Ideen annehmen und ihr revolutionäres Potenzial ausschöpfen. Wer weiß, was für ein ungeborgener Schatz da noch zu finden ist …