Herbst 2007

Wissenschaft & Umwelt

Interview

Der Urknall - Wissenschaft oder XY-ismus?

Dan Cloer

So spricht Eric J. Lerner, Präsident der Lawrenceville Plasma Physics Inc. in New Jersey. Neben der Plasmaphysik hat Lerner auch in den Bereichen Kosmologie und Astrophysik extensiv geforscht und publiziert. Zum Thema Kosmologie gab er Dan Cloer von Vision kürzlich ein Interview.

 

DC Edwin Hubble gilt als Vater des expandierenden Universums, und man hält ihn gemeinhin für den Urheber der Vorstellung vom Urknall. Allerdings scheinen seine Schriften dies nicht zu zeigen. Sollte nicht Georges Lemaître direkter mit dem Ursprung der Urknall-Idee in Verbindung gebracht werden?

EL Es ist absolut richtig, dass Hubble nicht dachte, die von ihm entdeckte Beziehung zwischen Rotverschiebung und Entfernung müsse notwendigerweise von einer Ausdehnung des Universums oder von der wachsenden Entfernung der Galaxien kommen, die er und andere beobachteten. Er glaubte mit Sicherheit nicht, dass dies die einzige Erklärung für die Korrelation zwischen Entfernung und Rotverschiebung sei. Die Urknall-Hypothese geht auf Lemaître zurück, der sie direkt mit der christlichen Theologie in Verbindung brachte.

DC Heißt das also, dass wir alles, was wir über das Universum zu wissen vorgeben – schwarze Löcher, Quasare, die Entstehung von Galaxien, die Rolle der Schwerkraft – in Wirklichkeit nicht verstehen, weil wir es in den falschen Kontext stellen?

EL Natürlich kommt dies in der Wissenschaft durch fehlerhafte Paradigmen manchmal vor, aber Kosmologie ist nicht Astronomie. Die Astronomie ist ein viel weiteres Feld als die Kosmologie, und ich denke, wir haben eine Menge wirklich solider Kenntnisse über die Geschichte und Entwicklung von Sternen und in gewissem Maß auch Galaxien. Unsere Weltraumwissenschaft, unser planetarisches Wissen wächst rasant. Doch auf der Ebene der Kosmologie – der Ebene der Makrostruktur des Universums und seiner Geschichte – bewegen wir uns in die falsche Richtung. Samuel Langley hat einmal gesagt, das wissenschaftliche Establishment könne sein wie eine Hundemeute, die geschlossen einer falschen Spur hinterher rennt. Das ist es, was neu orientiert werden muss.

DC Das Urknall-Modell regt zu Fragen nach dem Anfang und nach letzten Ursachen an. Ist dies eine falsche Sichtweise? Ist die Suche nach dem Anfang einfach eine nicht-wissenschaftliche Frage?

EL Es besteht sicher eine große Spannung zwischen dem Urknall und einem der Grundpfeiler der naturwissenschaftlichen Methode, nämlich dem Zusammenhang von Ursache und Wirkung. Eines der Dinge, die Naturwissenschaft von Aberglauben unterscheidet, ist, dass es für jede Wirkung eine natürliche Ursache gibt. Offensichtlich ist der Urknall eine Wirkung ohne Ursache. Dies ist einer der Gründe dafür, dass es so viel bedauerliche Interaktion zwischen Religion und Kosmologie gibt. Die heutige Kosmologie öffnet einer übernatürlichen Ursache wie Gott Tür und Tor. Es gibt Bemühungen, darum irgendwie herumzukommen. George Gamow, einer der Pioniere der, wie ich sagen würde, zweiten Urknallversion, hat nach Wegen gesucht, zu beweisen, dass das Universum beim Urknall nicht seinen Anfang hatte, sondern im Wesentlichen wie ein springender Ball war.

DC Ein „Big Squeeze“? [Komprimiert und dann wieder ausgedehnt?]

EL Ja, das Universum wurde stark zusammengedrückt und sprang dann wieder auseinander, ohne je eine echte Singularität zu durchlaufen – einen mathematischen Punkt mit null Dimensionen. Eines der Probleme mit dieser Vorstellung liegt natürlich darin, sie in die Form einer überprüfbaren Hypothese zu bringen. Wir wissen mit Sicherheit, dass es im Universum Evolution gibt und dass Objekte im Universum ein endliches Alter haben wie wir alle. Das ist etwas ganz anderes als die Aussage, das Universum als Ganzes, alles, was existieren könnte, habe ein endliches Alter – das impliziert oder erfordert sogar eine übernatürliche Ursache. Wenn das Universum als Ganzes ein endliches Alter hat, dann müsste das, was das Universum in Gang setzt, außerhalb des Universums sein, übernatürlich.

DC Gamow schreibt in seinem Buch The Creation of the Universe: „Schöpfung ist, aus der Formlosigkeit etwas Geformtes zu machen.“ Wenn Sie für Plasma-Kosmologie als Alternative zur Urknall-Kosmologie plädieren, sagen Sie dann nicht das Gleiche? Schaffen Sie eine Wirkung ohne Ursache?

EL Plasma-Kosmologie ist nicht Schöpfung ohne Ursache. Sie ist eine Beschreibung der Erschaffung von Struktur im Universum durch natürliche Prozesse, die wir tatsächlich weitgehend im Labor studieren können. Sie besagt im Wesentlichen, das entstehende Universum ist schon immer im Entstehen gewesen; es gibt keinen Grund für die Annahme, es sei nicht schon immer im Entstehen gewesen, und ebenso wenig gibt es einen Grund für die Annahme, dass es einen zeitlichen Anfang hatte. Etwas hat schon immer existiert; doch was dieses Etwas ist, ändert sich im Lauf der Zeit.

Um es mit Hannes Alfvén zu sagen, Wissenschaft ist das Bestreben, in immer weiteren Regionen von Raum und Zeit Unwissen durch Wissen zu ersetzen. Wir beginnen hier auf der Erde, und je mehr unser Wissen wächst, desto weiter können wir hinaus in den Raum und zurück in die Zeit gehen. Bei jedem Stadium unseres Wissens hat die Geschichte einen Anfang – d.h., dies ist der früheste Punkt, an dem wir das Universum verstehen können. Das bedeutet aber nicht, dass das Universum an diesem Punkt einen Anfang hat. Wenn wir mehr wissen, können wir weiter in die Tiefen der Vergangenheit vordringen und den Zustand verstehen, der vor dem kam, was wir bisher verstanden.

Wir haben z.B. Theorien entwickelt (recht vorläufige Theorien, denn die Ressourcen, um sie zu entwickeln, waren insgesamt nicht groß), die zeigen, wie die Wechselwirkungen elektromagnetischer Kräfte, die auf Plasma einwirken, und der Schwerkraft von einem Zustand des Universums, der im Grunde ein recht homogenes Wasserstoffplasma war, zu etwas übergehen  können, das dem gegenwärtigen Zustand sehr ähnlich ist – in dem es Struktur von der Ebene der Sterne und Planeten bis hin zu Galaxien und Superclustern von Galaxien gibt. Die Entstehung leichter Elemente, wie wir sie beobachten, und die Entstehung der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung sind auch erklärt. Dies nun hat einen Anfangspunkt in einem Wasserstoffplasma. Wenn Sie fragen, woher das kommt, lautet die Antwort: „Bisher wissen wir es nicht.“ Das heißt aber nicht notwendigerweise, dass das Universum einen zeitlichen Anfang als vollständig gebildetes Wasserstoffplasma hatte. Es könnte durchaus sein, und das nehmen wir tatsächlich an, dass es einen früheren Zustand gibt, den wir einfach nicht gut genug kennen, um etwas darüber auszusagen. In der Plasma-Kosmologie ist dieser Urzustand weit früher als der Urknall. Die Zeit, in der wir die Entstehung dieser Supercluster sehen, ist mindestens fünf- bis zehnmal länger als der Zeitrahmen, den die Urknalltheorie angibt. Wir reden von vor hundert Milliarden, sogar vor mehreren hundert Milliarden Jahren. Das sind Mindestwerte.

DC Die Plasma-Kosmologie sieht also das Universum weit mehr durch Elektromagnetismus aktiviert und definiert als die Urknall-Kosmologie.

EL Richtig. Die Urknall-Kosmologie nimmt auch an, dass bei großen Maßstäben Schwerkraft die einzige Kraft ist, die es sich anzusehen lohnt. Den Beobachtungen zufolge ist das schlichtweg nicht der Fall. In unserem Teil des Universums stellt man tatsächlich durch Messungen fest, dass die Stärke des Magnetfeldes in einem Abstand von zehn Megaparsec (30 Millionen Lichtjahren) um unsere Region des lokalen Superclusters herum größer ist als die Stärke des Schwerkraftfeldes. Dies bedeutet, dass die Bewegungen von Plasmawolken und den mit ihnen verbundenen Galaxien durchaus stärker von magnetischen Kräften als von Schwerkräften bestimmt sein können. Mit Sicherheit werden sie durch eine Kombination von beiden bestimmt. Wenn man elektromagnetische Kräfte ignoriert, läuft man Gefahr, die falsche Antwort zu bekommen.

DC Und der Urknall-Zeitrahmen, der auf einen Anfang vor 15 Milliarden Jahren hindeutet, ist ganz verkehrt?

EL Nicht nur verkehrt, es gibt einfach keinerlei Grund für die Annahme, dass es überhaupt einen allerersten Anfang gibt. Selbst wenn unser wissenschaftliches Wissen so zunimmt, dass wir Billionen von Jahren zurückschauen könnten – es gäbe immer einen vorausgegangenen Zustand, zu dem man zurückgehen muss. Es ist im Wesentlichen eine in die Vergangenheit und in die Zukunft unendliche Kette von Ursache und Wirkung.

DC Glauben Sie, dass die Glieder dieser Kette von Ursache und Wirkung durch physikalische Versuche nachweisbar sind?

EL Ja, und das ist auch ein methodischer Unterschied zwischen der Plasma-Kosmologie und der herkömmlichen Urknall-Kosmologie. Seit der wissenschaftlichen Revolution – den Durchbrüchen von Galilei, Newton, Kepler – sind die Trennungen der mittelalterlichen Kosmologie immer mehr durchbrochen worden. Jene Kosmologie basierte auf einem unüberbrückbaren Unterschied zwischen der himmlischen und der irdischen Sphäre: Die irdische war minderwertig und dem Verfall anheimgegeben, die himmlische dagegen unwandelbar und vollkommen. Die Pioniere der wissenschaftlichen Revolution erklärten, dass das, was am Himmel geschieht, denselben Gesetzen unterliegt, die auch hier auf der Erde wirken. Es ist geistesgeschichtlich naheliegend, dass diese kosmologischen Veränderungen in engem Zusammenhang mit den politischen und sozialen Entwicklungen jener Zeit standen – mit dem Kampf gegen die hierarchische Gesellschaft des Feudalismus und der Entwicklung einer größeren sozialen Gleichberechtigung.

Die herkömmliche Kosmologie von heute ist ein sehr großer Schritt zurück zu dieser mittelalterlichen Vorstellung. Die Urknall-Kosmologie spricht z.B. über Dinge wie dunkle Energie, dunkle Materie, Inflation. Dies sind Phänomene, die man nicht beobachten kann, bzw. im Fall der dunklen Materie könnte man es, doch sie war nie in einem Labor und existiert nur in der himmlischen Sphäre. Dadurch wird es sehr viel schwerer, diese Hypothesen durch Versuche zu prüfen. Die Plasma-Kosmologie sagt, wir sollten unsere Theorien so weit wie möglich auf Phänomene aufbauen, die entweder im Labor nachvollzogen worden sind oder im schlechtesten Fall im Labor nachvollzogen werden können. Und wir haben heute ein größeres Labor, weil wir Raumschiffe haben, die unser ganzes Sonnensystem bereisen. Wir können nicht nur hier auf der Erde Versuche anstellen, sondern praktisch überall im Sonnensystem. Das ist ein großer methodischer Unterschied.

DC Meinen Sie also, dass Inflation, dunkle Materie, dunkle Energie und Quintessenz an die Stelle von Kräften gesetzt worden sind, die man ignoriert hat?

EL Ja. In den meisten Bereichen der Naturwissenschaft muss man, wenn zwischen Beobachtung und Experiment ein klarer Widerspruch besteht, die Theorie verwerfen. Die Geschichte der Urknalltheorie ist aber so verlaufen, dass neue hypothetische Einheiten eingeführt wurden, für die es keine Belege gibt, außer dass sie die zugrunde liegende Theorie retten. Der Begriff „Inflation“, der ein Feld und eine Energie beinhaltet, die völlig unbekannt sind, wurde vor 25 Jahren eingeführt, um den Urknall trotz vieler sehr schwerwiegender Widersprüchen in der Beobachtung zu halten. Bald darauf kam die nichtbarionische „dunkle“ Materie hinzu und in den letzten zehn Jahren die dunkle Energie. Das ist einfach keine zulässige Art, Wissenschaft zu betreiben. Es erinnert sehr an die Epizyklen, die das ptolemäische Weltbild in den Jahrhunderten seiner Vorherrschaft belasteten.

DC Wenn die Plasma-Kosmologie tatsächlich die bessere Hypothese ist, was sind dann die psychosozialen Folgen des Festhaltens am Urknall? Warum sollte diese Diskussion den Normalverbraucher etwas angehen?

EL Für mich ist das Verheerendste an der Urknall-Kosmologie, um wieder meinen Mentor Alfvén zu zitieren, dass sie „die Trennlinie zwischen Wissenschaft und Science-Fiction verwischt“. Wenn man eine kosmologische Vorstellung hat, in der das Universum nicht wirklich verstehbar ist, in der es Einheiten gibt, die einfach aus dem Nichts herbeigezaubert werden wie dunkle Energie und dunkle Materie, und die Rechtfertigung lautet: „Man muss die sehr komplizierte mathematische Struktur verstehen“, dann kann der Normalverbraucher es eben nicht verstehen. Es vermittelt die Botschaft, dass naturwissenschaftliches Wissen allein den Experten zu überlassen ist. Das ist etwas ganz anderes als die Vorstellung des 19. und frühen 20. Jahrhunderts, dass naturwissenschaftliches Wissen zum Allgemeingut für den vernünftigen Durchschnittsmenschen gemacht werden kann.

Was da geschieht, ist eine Abwertung der Naturwissenschaft; sie sieht dadurch sehr nach einem System aus, das auf Glauben basiert. Man „glaubt“ der Wissenschaft, weil der Experte es so sagt, nicht weil man sich in einer allgemeinen Weise davon überzeugen kann, dass es einen Sinn ergibt und dem entspricht, was man über das Funktionieren des Universums denkt. Es ist eine wirkliche Entwertung der wissenschaftlichen Methode, die besagt: „Prüfe die Theorie anhand intensiver Beobachtungen.“ Wenn die Beobachtung der Theorie widerspricht, verwirf die Theorie. Auf dieser Basis hätte die Urknalltheorie schon vor Jahrzehnten verworfen werden müssen. Diese Abwendung von der wissenschaftlichen Methode und die Wiedereinführung der Vorstellung, dass man sich in Sachen Wissen auf die Experten verlässt, ist sehr verhängnisvoll.

Meiner Meinung nach sieht das Universum des Urknalls weitgehend aus wie das mittelalterliche Universum – in dem Sinn, dass es im Verfall begriffen ist und unausweichlich dem Untergang entgegengeht. Das Universum der Plasma-Kosmologie ist weit offener: Neue Phänomene entstehen und sind entstanden; deshalb können wir nicht wirklich sagen, was der Zustand des Universums sein wird.

DC Meinen Sie, dass die Plasma-Kosmologie hoffnungsvoller ist, während die Urknall-Kosmologie die Welt zum Niedergang verurteilt?

EL Ich denke sicher, dass die Kosmologie, wie sie heute existiert, einem mittelalterlichen Weltbild entspricht: Das Universum wurde in einem mehr oder minder vollkommenen Zustand durch Gott geschaffen, und seither geht es mit ihm bergab. Das passt sehr gut zu dem, was die Urknalltheorie sagt. Und mit Sicherheit hat es Auswirkungen auf das intellektuelle und philosophische Denken in der akademischen Welt. Das Denken in der Wissenschaft ist nicht immun gegen das, was in der Gesellschaft geschieht. Es ist kein Zufall, dass die Popularität der Urknalltheorie in den letzten 30 Jahren enorm gestiegen ist – genau dem Zeitraum, in dem die Weltwirtschaft in eine lang anhaltende Krise eingetreten ist. Hier auf der Erde ist es eindeutig bergab gegangen, und zwar seit geraumer Zeit – mehr als einer Generation.

Das andere Problem ist natürlich, dass die Urknalltheorie ein kompletter Selbstläufer geworden ist. Die gesamte Mittelvergabe für Kosmologie wird von einer Handvoll Ausschüssen gesteuert. Das sind Urknalltheoretiker, die ihre ganze wissenschaftliche Laufbahn dem Urknall gewidmet haben. Ich habe zwar von Leuten gehört, es könnte nichts Spannenderes geben als den Urknall loszuwerden und ein neues Paradigma zu haben, aber das ist wahrscheinlich nicht wahr. Für Beobachter könnte dieser Wechsel sehr spannend sein, aber für einen Theoretiker bedeutet es, seine gesamte Karriere vertan zu haben. Da Wissenschaftler Menschen sind, kann das nicht als wünschenswert empfunden werden. Es gibt eine enorme Menge von Forschern, wahrscheinlich rund 3000, die ein sehr starkes persönliches Interesse am Fortbestehen des Urknall-Modells haben. Und das setzen sie durch, indem sie nicht nur jeder Art von Alternative die Mittel vorenthalten, sondern auch jeglicher Forschung, die den Urknall in Frage stellt und mögliche Widersprüche in den Beobachtungen untersucht.

Unsere Arbeit hat die Atmosphäre etwas verändert – wir haben dies vor einigen Jahren in einem offenen Brief an den New Scientist aufgedeckt. Doch die Leute in unserem Fach haben noch immer Angst, etwas gegen den Urknall zu sagen, weil sie glauben, das würde negative Folgen für ihre Karriere haben.

Die Vorstellungen der Plasma-Kosmologie sind durch Beobachtungen überprüft, im Labor überprüft und mit Technologie verbunden worden. Die Plasmaphysik wird durch eine sehr enge Verbindung mit der Technologie vorangebracht, und natürlich ist meine eigene Arbeit ein Beispiel dafür. Mein Unternehmen befasst sich mit der Entwicklung thermonuklearer Fusionsenergie mithilfe einer Anlage zur Plasmafokussierung. Die Theorien, die ich verwende, um kosmische Phänomene wie Quasare zu verstehen, finden auch Anwendung in der sehr praktischen Frage der Erschließung neuer Energiequellen. Wenn also ein Paradigmenwechsel zur Plasma-Kosmologie stattfände, würde er auch der technologischen Entwicklung riesige neue Bereiche eröffnen. Dann hätten wir, wie vom 16. bis zum späten 19. Jahrhundert, eine gegenseitige Befruchtung von Forschung über kosmische Phänomene und Forschung, die in Technologie umsetzbar wäre. Diese Verbindung ist beim derzeitigen Stand der Kosmologie wirklich abgebrochen. Eines der Dinge, die wir tun müssen, ist, diese Verbindung zwischen dem, was wir technologisch tun, und dem, was wir in der Erforschung des Kosmos tun, wiederherzustellen. Diese Möglichkeit eröffnet der Plasma-Ansatz mit Sicherheit.