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.

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.

INFLATIONÄRE UNWISSENSCHAFT

„Inflation? Will ich nicht.“

Ich kann Sie gut verstehen, wenn es Ihnen so geht. Es gibt da aber so ein paar Physiker, die nichtssagende Theoriegespinste ganz schön inflationär gebrauchen.

Bei den Kosmologen zum Beispiel. Als sie auf einige Phänomene und Messergebnisse stießen, die ihr Standardmodell über die Entstehung des Weltalls – der Urknalltheorie – in Frage stellten, bauten sie eine Inflation in das Modell ein.

Klar, es handelt sich dabei nicht um eine Geldentwertung. Ein Wertverlust der Theorie geht dennoch damit einher – und ist für mich eindeutiges Zeichen, dass es sich um eine echte Krise handelt, in der sich die Kosmologie da befindet.

Ausgelöst wurde die Krise unter anderem durch die Messdaten zur
Hintergrundstrahlung – jene Strahlung, die der kosmologischen Standardtheorie nach vom Urknall übrig geblieben und
noch heute messbar sein soll. Tatsächlich haben Forscher so eine Strahlung gefunden und mithilfe spezieller Satelliten gemessen. Allerdings zeigt sie ganz andere Ergebnisse, als die Wissenschaftler aufgrund ihrer Urknalltheorie erwartet hätten – was übrigens kein Einzelfall ist. Leider.Big bang theory

Die Kosmologen mussten sich also fragen, was mit ihrer Theorie nicht stimmt. Das taten sie jedoch nicht lange, denn unversehens erfand der Physiker Alan Guth eine Lösung: In den ersten Bruchteilen der Expansion des Alls nach dem Urknall soll es eine Phase der extrem schnellen Ausdehnung gegeben haben. Im Bruchteil einer Sekunde soll sich das Weltall um das Einhundertquadrillionenfache – eine Zahl mit 26 Nullen – ausgedehnt haben. Na klar.

Diese Phase der Sekundenbruchteile nach dem Urknall nannte Guth Inflation. Die Inflation soll so früh begonnen haben und dauerte so kurz, dass nicht einmal die modernste Atomuhr in der Lage wäre, diesen kurzen Zeitraum zum messen. Und völlig undenkbar ist, dass jemals Messdaten aus diesen ersten Sekundenbruchteilen des Universums erhoben werden können. Auf diese Weise ist die Theorie völlig sicher vor jeder Widerlegung. Wenn Sie jetzt finden, dass das doch eigentlich ganz prima klingt, muss ich Ihren Enthusiasmus gleich wieder bremsen.

Denn auf diese Weise kann die Theorie auch nie bestätigt werden (was so schade auch wieder nicht ist). Es ist letztlich ein Märchen über die Entstehung des Universums, das Sie glauben können oder nicht. Mit Wissenschaft hat das nichts mehr zu tun, denn die basiert nun mal darauf, dass eine Theorie bestätigt oder widerlegt werden kann.

Welch unglückliche Entwicklung, die nicht nur in der Kosmologie u sich greift. Immer mehr Theorien tauchen in der Physik auf, die nicht geprüft werden können und immer komplexer und unübersichtlicher werden – inflationärer Wildwuchs, den Sie schön finden können, wenn Sie wollen. Wissenschaftlich relevant ist er nicht.

Wenn Sie mehr über die Hintergrundstrahlung und ihre eigenartigen Interpretationen erfahren möchten, können Sie das in meinem früheren Blogbeitrag nachlesen (Englisch).