Die moderne Kosmologie und die Feinabstimmung der

Die moderne Kosmologie und die Feinabstimmung der

Die moderne Kosmologie und die Feinabstimmung der Naturkonstanten auf Leben hin Prof. Dr. Peter C. H¨agele Abt. Angewandte Physik Universit¨at Ulm ER...

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Die moderne Kosmologie und die Feinabstimmung der Naturkonstanten auf Leben hin

Prof. Dr. Peter C. H¨agele Abt. Angewandte Physik Universit¨at Ulm ERS

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Erschienen in: M. Br¨ oking-Bortfeldt, M. Rothgangel (Hrsg.): Glaube und Denken. Jahrbuch der Karl-Heim-Gesellschaft 18. Jahrgang 2005. Frankfurt a. M.: Peter Lang. Europ¨aischer Verlag der Wissenschaften 2006. ISSN 0934-0785 ISBN 3-631-54775-7 Anthrop KHG.tex Version: 12.11.2005 © P. C. H¨agele

Layout: pdf LATEX mit KOMA-Script

2

Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung

6

1 Kr¨ ankungen und anthropische Befunde

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2 Kosmologie 2.1 Das Standardmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Naturkonstanten und ihre Feinabstimmung . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 Feinabstimmung der elektromagnetischen und der Starken Wechselwirkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.2 Feinabstimmung der elektromagnetischen Wechselwirkung und des Massenverh¨altnisses von Elektron und Proton . . . . . . . . . . . . 2.2.3 Feinabstimmung der Expansionskraft“ und der Gravitationskraft . ” 2.2.4 Feinabstimmung der Dimensionen von Raum und Zeit . . . . . . . 2.2.5 Feinabstimmung der Kohlenstoff-Synthese . . . . . . . . . . . . . .

. . . .

15 16 17 21

3 Deutungen der Feinabstimmung 3.1 Anthropische Prinzipien . . . . 3.2 Silizium statt Kohlenstoff? . . 3.3 Viele Universen . . . . . . . . . 3.4 Unbekannte Gesetze? . . . . . . 3.5 Alles Zufall? . . . . . . . . . . . 3.6 Design . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . .

23 23 25 25 28 29 30

Literaturverzeichnis

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11 . 11 . 13 . 14

33

3

Abbildungsverzeichnis

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1.1

Feinabstimmung auf Leben hin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6

Feinabstimmung der elektromagnetischen und der Starken Wechselwirkung Feinabstimmung der elektromagnetischen Wechselwirkung und des Massenverh¨altnisses von Elektron und Proton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Feinabstimmung der Expansionskraft“ und der Gravitationskraft . . . . . ” Entwicklung unseres Kosmos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Leben in anderen Raum-Zeit-Dimensionen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der Tripel-Alpha-Prozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.1

Viele Welten?

16 17 18 19 20 20

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Tabellenverzeichnis

2.1 2.2 2.3

Einige wichtige Naturkonstanten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Einige wichtige dimensionslose Naturkonstanten . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Chemische Elemente im menschlichen Organismus . . . . . . . . . . . . . . 21

5

Zusammenfassung ¨ Die erste der drei von Freud formulierten Kr¨ankungen der Menschheit handelt vom Ubergang des geozentrischen in das heliozentrische Weltbild: Der Mensch erlebt sich zunehmend als einsam und unbedeutend in einem unermesslich großen Weltall. Diese Kr¨ankung ¨ scheint durch neuere Entwicklungen der Kosmologie und durch anthropische“ Uberlegun” gen u ¨berwunden zu sein. Der amerikanische Physiker Dyson formuliert: Wenn wir ins ” Universum hinausblicken und erkennen, wie viele Zuf¨alle in Physik und Astronomie zu unserem Wohle zusammengearbeitet haben, dann scheint es fast, als habe das Universum in einem gewissen Sinne gewusst, dass wir kommen.“ Ist die Welt also doch f¨ ur den Menschen gemacht? ¨ u Es wird zun¨achst ein knapper Uberblick ¨ber den gegenw¨artigen Stand der Kosmologie (Standardmodell) gegeben. Auch offene Fragen und neuere Entwicklungen werden angesprochen. Es wird dann die Bedeutung von Naturkonstanten in den grundlegenden Gesetzen aufgezeigt. Die moderne Astrophysik und Kosmologie ist heute so weit ausgearbeitet, dass sich Fragen vom Typ Was w¨are, wenn ...?“ mit naturwissenschaftlichen Argumenten ” behandeln lassen. Dabei stellt sich heraus, dass bereits geringf¨ ugige Ver¨anderungen an den Werten der bekannten Naturkonstanten fast immer zu einer v¨ollig anderen Geschichte des Kosmos f¨ uhren w¨ urden und dabei kein biologisches Leben entstehen k¨onnte. Dies wird u.a. bei der Feinstrukturkonstante des Elektromagnetismus und der Konstanten der Starken Wechselwirkung gezeigt. Auch die Dimensionszahl von Raum und Zeit ist offenbar auf Leben hin abgestimmt. Besonders eindrucksvoll ist die pr¨azis abgestimmte Kernchemie der Kohlenstoffentstehung. Diese offensichtliche Feinabstimmung der Naturkonstanten auf Leben hin hat viele Wissenschaftler ganz unterschiedlicher Weltanschauung erstaunt und zu verschiedenen Deutungen gef¨ uhrt: 1. Die Feinabstimmung wird auf ein Prinzip zur¨ uckgef¨ uhrt: das Anthropische Prinzip. Es existiert in unterschiedlich starken Fassungen. Grunds¨atzlich ist die Einf¨ uhrung von Prinzipien in der Naturwissenschaft legitim und fruchtbar. Die Erkl¨arungskraft des Anthropischen Prinzips ist allerdings problematisch und umstritten. 2. Die Feinabstimmung wird rundweg bestritten mit dem Hinweis, dass Leben ja auch auf einer anderen als auf Kohlenstoff-Basis entstanden sein k¨onnte. Biochemische Fakten sprechen gegen dieses spekulative Argument. 3. Die Feinabstimmung wird – im Gegensatz zu 2 – als notwendig vorkommend und als verstanden angenommen. Hier wird mit naturwissenschaftlichen Spekulationen argumentiert, dass unser Kosmos nur einer von unendlich vielen mit unterschiedlichen Gesetzen und Konstanten ist. Einer davon – der unsrige – hat dann notwendigerweise die gerade passenden Gesetze und Konstanten.

6

Tabellenverzeichnis

Diese Deutung ist weit verbreitet und nahe liegend wegen der Analogie zu der sehr großen Zahl an Sternen, Sonnensystemen und Galaxien. Sie wird allerdings als nicht empirisch testbar angesehen und hat zum Zweck der Erkl¨arung eines einzigen Problems in unserem Kosmos einen doch immensen Verbrauch“ an Kosmen! Die wis” senschaftlichen Kommentare lassen hier weltanschauliche Vorentscheidungen sehr deutlich erkennen. 4. Die Feinabstimmung wird als Hinweis auf noch unbekannte gesetzm¨ aßige Zusammenh¨ ange angesehen. Dies f¨ uhrt zu einem durchaus berechtigten und fruchtbaren Arbeitsprogramm. So kann das sog. inflation¨are Modell eine bestimmte Feinabstimmung des Standardmodells wegerkl¨ aren. Allerdings braucht dieses Modell selbst feinabgestimmte Konstanten! Damit wird das Problem nicht gel¨ost, sondern offensichtlich nur verschoben. 5. Die Feinabstimmung wird als zuf¨ allig angesehen. Ist damit aber irgend etwas erkl¨art? Bei Ereignissen sehr geringer Wahrscheinlichkeit wird Zufall i.a. nicht als Erkl¨arung akzeptiert. Hier muss der Begriff des Zufalls genauer analysiert werden. Zuf¨allige Ereignisse brauchen keineswegs in jedem Kontext als plan- und absichtslos gedeutet zu werden. 6. Die Feinabstimmung wird als Design interpretiert: Ein Designer, eine Intelligenz hat den Kosmos geplant und wollte Leben erm¨oglichen. Diese Deutung ist keineswegs weniger plausibel als die bisher angef¨ uhrten. Ihr finaler Charakter muss nicht als Konkurrenz zu einer kausalen Erkl¨arung verstanden werden. Die theistische Deutung sieht in der Feinabstimmung zwar keinen Gottesbeweis, aber doch einen Hinweis auf den christlichen Sch¨opfergott. Diese Deutung transzendiert den naturalistischen Erkl¨arungsrahmen. Die Designer-Deutung hat allerdings darin ihre Grenze, dass sie nur wenig Spezifisches u ¨ber den Designer zu sagen weiß. Dass hier der Dreieine Gott, zu dem sich die Christen bekennen, am Werk ist, kann aus naturwissenschaftlicher Sicht nicht deutlich werden. Aus biblisch-christlicher Sicht kann der Theologe Pannenberg jedoch weiter gehen. Er zeigt, dass ich die Zuf¨alligkeit der Naturkonstanten als Wahl Gottes deuten kann, die er zu meinen Gunsten getroffen hat. Zur Feinabstimmung schreibt er: [. . . ] Theologische Interpretation darf u ¨ber diese Feststellung hinaus” gehen zu der Aussage, dass sich in diesem Sachverhalt die auf die Inkarnation des ¨ g¨ottlichen Logos in einem Menschen bezogene Okonomie des g¨ottlichen Sch¨opfungswerkes bekundet.“

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1 Kr¨ ankungen und anthropische Befunde Mit Sigmund Freud spricht man von den drei Kr¨ankungen, welche die Menschheit erleiden musste. Es handelt sich dabei um wissenschaftliche Entwicklungen und Umbr¨ uche, welche das Selbstverst¨andnis des Menschen wesentlich beeinflussten und seine Sonderstellung in Frage stellten: ¨ 1. Da war zun¨achst der Ubergang vom geozentrischen zum heliozentrischen Weltbild. Seit Kopernikus und Galilei wird die Erde nicht mehr als Mittelpunkt der Welt angesehen. Der Mensch erlebt sich zunehmend als einsam und unbedeutend in einem unermesslich großen Weltall. Pascal dr¨ uckt in seinen Pens´ees das ver¨anderte Lebensgef¨ uhl Vieler aus: Das ewige Schweigen dieser unendlichen R¨aume macht mich ” schaudern.“ 1 Die Astronomie, die Astrophysik und die Kosmologie f¨ uhrten diese Entwicklung weiter, die den Menschen immer mehr aus seiner zentral empfundenen Stellung verdr¨angt: Unsere Sonne ist nur ein Stern unter Milliarden von Sternen, unsere Milchstraße erweist sich als eine Galaxie unter vielen, und selbst der Kosmos ist nach ¨ neueren Uberlegungen vielleicht nur ein (Teil)kosmos unter vielen verschiedenartigen Kosmen. 2. Seit Darwin ist auch die Sonderstellung des Menschen unter den Lebewesen fraglich geworden. Autoren wie Monod versuchen zu zeigen, dass biologisches Leben – und damit auch menschliches Leben – ein reines Zufallsprodukt eines evolution¨aren Prozesses ist. 3. Freud selber hat schließlich gezeigt, dass der Mensch nicht einmal Herr im eigenen ” Hause“ ist, sondern in hohem Maße von unbewussten Antrieben bestimmt wird. Inzwischen werden bereits weitere Kr¨ankungen genannt: Die Evolution¨are Erkenntnistheorie, die K¨ unstliche Intelligenz und die Robotertechnik. Sie machen dem Menschen jede Art von geistiger und intellektueller Sonderrolle streitig. Nun ist allerdings keineswegs klar, ob die genannten Entwicklungen zu Recht als Kr¨ankungen verstanden werden m¨ ussen. F¨ ur den modernen Naturwissenschaftler stellt sich etwa der Wechsel vom geozentrischen zum heliozentrischen Weltbild als ein simpler Wechsel des Bezugssystems (Koordinatentransformation) dar. Es geht dabei nur um eine Standpunktsfrage. Und betrachtet man den Menschen im christlichen Verst¨andnis als Gesch¨opf unter Gesch¨opfen, so ist seine Verbundenheit mit dem Pflanzen- und Tierreich im Grunde selbstverst¨andlich. Dennoch haben die genannten Kr¨ankungen bis heute Wirkung gezeigt. Vielfach wurde in ihrem Gefolge auch das christliche Menschenbild in Frage gestellt. 1

8

Zit. nach [Gie97, S. 30].

Es ist vor diesem Hintergrund sehr bemerkenswert, dass neuere naturwissenschaftliche Ergebnisse heutzutage von einer ganzen Anzahl von Wissenschaftlern so gedeutet werden, dass der Mensch – oder zumindest biologisches Leben – nun pl¨otzlich doch wieder eine zentrale Stellung im Kosmos erh¨alt. Leben ist offenbar viel enger an gesamtkosmische Bedingungen und Entwicklungen gekn¨ upft als bisher angenommen, und es wird immer weniger plausibel, Leben lediglich als belangloses Zufallsprodukt anzusehen. Viele Abl¨aufe im Kosmos scheinen auf Leben hin ausgerichtet zu sein. Dieser Befund wird als Feinabstimmung von Gesetzen und Naturkonstanten bezeichnet und recht unterschiedlich interpretiert. Vielen erscheint heute die erste Kr¨ankung aufgehoben. Der amerikanische theoretische Physiker Freeman J. Dyson formulierte: Wenn wir ins Universum hinaus blicken und erkennen, wie viele Zuf¨alle in ” Physik und Astronomie zu unserem Wohle zusammengearbeitet haben, dann scheint es fast, als habe das Universum in einem gewissen Sinne gewusst, dass wir kommen.“ 2 Und der deutsche Astronom Otto Heckmann (1901–1983) schrieb: Die kosmische Grundbedingung des Menschen oder menschen¨ahnlicher Wesen ” besteht [. . . ] in der Existenz nicht irgendeines, sondern eines h¨ochst spezifischen Gesamtkosmos. Wenn der Mensch Wert legt auf kosmische W¨ urde und auf kosmischen Rang: Hier sind beide zur¨ uckerstattet in einer Gr¨oßenordnung, die man kaum steigern kann.“ 3 Und Davies schreibt: There ”is for me the powerful evidence that there is something going on behind it all. The impression of design is overwhelming.” [Dav88, S. 203]4 Was veranlasst Wissenschaftler zu solchen geradezu u ¨berschw¨anglichen und wertenden Aussagen (Wohl, W¨ urde, Rang)? Im Rahmen des heutigen Wissens u ¨ber die Entwicklung des Kosmos (Kosmologie) kann man u ¨berlegen, wie die Entstehung des biologischen Lebens (auf Kohlenstoffbasis) von den Gesetzen, Naturkonstanten und Rand- und Anfangsbedingungen abh¨angt. Breuer f¨ uhrt dazu folgenden exemplarischen Gedankengang an: Auf der Erde gibt es eine Lebensform mit Bewusstsein, eine beobachtende ” Intelligenz. Wie muss das dazu geh¨orige Universum aussehen? Diese Frage kann nicht beantwortet werden ohne die folgenden logischen Schritte: B Bewusstsein setzt voraus, dass es Leben gibt; 2

Zit. nach Breuer [Bre84]. [Hec76], zitiert nach Vaas [Vaa94]. 4 F¨ ur mich gibt es den starken Hinweis, dass da hinter allem etwas vor sich geht. Der Eindruck von ” Planung ist u altigend.“ ¨berw¨

3

9

1 Kr¨ankungen und anthropische Befunde

B Leben braucht als Grundlage seines Entstehens chemische Elemente, vor allem auch solche, die schwerer sind als Wasserstoff und Helium; B Schwere Elemente entstehen aber nur durch thermonukleare Verbrennung der leichten Elemente, also durch Atomkernverschmelzung; B Atomkernverschmelzungen laufen jedoch nur im Innern der Sterne ab und ben¨otigen wenigstens einige Milliarden Jahre, um gr¨oßere Mengen an schweren Elementen zu produzieren; B Eine Zeitspanne von mehreren Milliarden Jahren steht aber nur in einem Universum zur Verf¨ ugung, das selbst wenigstens einige Milliarden Jahre alt und damit einige Milliarden Lichtjahre ausgedehnt ist. [. . . ] Daher kann die Antwort auf die Frage, warum das heute von uns beobachtete Universum so alt und so groß ist, nur lauten: Weil sonst die Menschheit gar nicht hier w¨are.“ [Bre84, S. 18f.] Dies ist ein Beispiel einer anthropischen, auf den Menschen bezogenen Formulierung, in der die Existenz von intelligentem Leben mit Eigenschaften des Kosmos in Zusammenhang gebracht wird. Die genauere Untersuchung dieses Zusammenhangs hat nun gezeigt, dass als Vorbedingung f¨ ur Leben bestimmte Eigenschaften des Kosmos nicht nur gr¨oßenordnungsm¨aßig passen ( Milliarden Jahre“ ), sondern dass dar¨ uber hinaus eine ganze Anzahl hochpr¨aziser ” Feinabstimmungen von Gesetzen, Naturkonstanten und Rand- und Anfangsbedingungen vorliegt, ohne die kein Leben m¨oglich w¨are.5 Nur eine verschwindend kleine Untermenge denkbarer Kosmen erf¨ ullt die notwendigen Bedingungen. Leben entsteht keineswegs unter allen Umst¨ anden und unabh¨angig von der gesamtkosmischen Entwicklung. Die Abb. 1.1 veranschaulicht dies grob schematisch. Dieser Befund fordert zu Deutungen heraus. Leben N a tu rg e s e tz e , N a tu rk o n s ta n te n

M e n g e d e n k b a re r K o s m e n

K o s m e n m it L e b e n a u f K o h le n s to ffb a s is

k o s m is c h e R a n d - u n d A n fa n g s b e d in g u n g e n

Abbildung 1.1: Feinabstimmung auf Leben hin wir in einem Universum nach Maß“6 ? ” 5 6

Engl.: anthropic balances; cosmic coincidences Vgl. den Buchtitel Ein Universum nach Maß. Bedingungen unserer Existenz“ [Gri91]. ”

10

2 Kosmologie Im Folgenden werden Beispiele solcher Feinabstimmungen auf Leben hin berichtet und dann ihre Deutungen diskutiert. F¨ ur die naturwissenschaftlichen Einzelheiten muss dabei auf die Literatur verwiesen werden. Zun¨achst soll aber das Rahmenmodell kurz geschildert werden, in das die Feinabstimmungen eingeordnet sind. Dies ist das sog. Standardmodell der Kosmologie.

2.1 Das Standardmodell Schon bei Platon kann man nachlesen: ¨ Uber die Entstehung des Universums gibt es viele Vorstellungen und Mei” nungen. Wundre Dich also nicht, Sokrates, wenn wir nicht imstande sind, Erkl¨arungen und Begr¨ undungen zu geben, die in jeder Hinsicht exakt sind und konsistent miteinander.“1 Die Situation hat sich heute gebessert: Die Mehrzahl der Naturwissenschaftler akzeptiert das Standardmodell der Kosmologie 2 , das theoretisch und experimentell gut begr¨ undet ist und eine erstaunlich konsistente Beschreibung der raum-zeitlichen Entwicklung liefert. Vor allem die genaue Vermessung der kosmischen Hintergrundstrahlung mit Hilfe der COBEund WMAP-Satelliten ergab eine F¨ ulle neuer Daten, aus denen man Erkenntnisse u ¨ber den Energieinhalt des Universums und die Entstehung der Galaxien gewinnen konnte [Boe05]. In der aktuellen Forschung werden allerdings Varianten und vor allem auch Erweiterungen dieses Modells diskutiert. Unverstanden ist bisher die seit einigen Jahren beobachtete Beschleunigung der Ausdehnung des Kosmos und die Natur der weit u ¨berwiegenden Menge an sog. dunkler Materie und dunkler Energie. Nach dem Standardmodell hat unser Kosmos einen Anfang – ein noch vor wenigen Jahrzehnten sehr fremdartiger Gedanke in den Naturwissenschaften. Vor etwa 14 Milliarden Jahren startete alles mit einer Anfangssingularit¨ at, einem extrem dichten und heißen Zustand der Materie. Dieser Vorgang wird etwas reißerisch als Urknall 3 bezeichnet. Die Materie, ein Brei aus Elementarteilchen, begann sich zusammen mit dem Raum auszudehnen. Dies ist anschaulich nicht vorstellbar. Als Hilfe kann man sich das Aufblasen eines Lufballons vorstellen. Der dreidimensionale Raum wird hierbei durch die Oberfl¨ache des Ballons 1

Platon (427-347 v. Chr.): Timaios 29c; zit nach [Vaa94]. ¨ Ein informativer und kritischer Uberblick findet sich z. B. bei Kippenhahn [Kip97] oder B¨ orner, Ehlers und Meier [Boe93]. 3 Engl.: big bang 2

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2 Kosmologie

veranschaulicht. Der Anfang ist physikalisch nicht gut verstanden. Man glaubt aber, bereits nach 10−6 s (also nach einer millionstel Sekunde) mit den bekannten Naturgesetzen die weitere Entwicklung gut beschreiben zu k¨onnen. Nach 100 s betr¨agt die Temperatur immer noch eine Milliarde Grad; 25% der Wasserstoffmasse wird zu Helium. Nach ca. 300 000 Jahren ist die Temperatur auf 4000 K (Kelvin4 ) abgesunken; es entstehen neutrale Atome; das Weltall wird durchsichtig, da Strahlung nun nicht mehr sofort im heißen Plasma absorbiert wird. Die sog. kosmische (elektromagnetische) Hintergrundstrahlung hat hier ihren Ursprung. Nach ca. einer Milliarde Jahren entstehen aufgrund der anziehenden Wechselwirkung (Gravitation) der Teilchen Galaxien, erste Sterne und schwerere chemische Elemente in den Sternen. Der Prozess der Galaxienbildung ist – im Gegensatz zur Sternentwicklung und Elementsynthese – noch wenig gut verstanden. Mit dem Hubble-Space-Teleskop kann man etwa zehn Milliarden Jahre in die Vergangenheit schauen [Kip97]. Unser Sonnensystem hat ein Alter von etwa 4,5 Milliarden Jahren. So alt ist auch das ¨alteste bekannte Mondgestein. Das ¨alteste irdische Gestein ist 3,96 Milliarden Jahre alt. Etwa auf diese Zeit datiert man den Beginn des Lebens. Einzellige Lebewesen gibt es wahrscheinlich schon seit 3,5 Milliarden Jahren. Eine Entwicklung zu komplexeren Lebensformen schließt sich an. Das Verst¨andnis der Entstehung und Entwicklung des Lebens ist – im Gegensatz zu vielen popul¨aren Darstellungen – bisher sehr l¨ uckenhaft. Heute hat sich die Mikrowellen-Hintergrundstrahlung aufgrund der kosmischen Ausdehnung auf die sehr niedrige Temperatur von 2,73 K abgek¨ uhlt. 2% des urspr¨ unglichen Wasserstoffs sind in Sternen zu den lebenswichtigen Elementen Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff usw. synthetisiert worden. In unserer Galaxie, der Milchstraße, finden wir im Sonnensystem auf dem Planeten Erde lebensfreundliche Bedingungen. Es ist unbekannt, ob es Leben auch in anderen Bereichen des Kosmos gab oder gibt. – So lautet die kurze ” Geschichte“ [Haw88] des Weltalls. Welche experimentellen und theoretischen Befunde sprechen f¨ ur dieses Urknall-Modell? 5 Dazu lassen sich die folgenden Punkte anf¨ uhren: B Die Frequenzen der Spektrallinien von Galaxien sind rotverschoben (Hubble 1929). Dies wird h¨aufig anschaulich als Doppler-Effekt gedeutet.6 Die Rotverschiebung nimmt etwa proportional zur Entfernung zu. Dies legt die R¨ uckextrapolation auf einen hochverdichteten Anfangszustand nahe. B Die Allgemeine Relativit¨atstheorie Einsteins ist eine heute sehr gut best¨atigte Gravitationstheorie. Mit ihr wurde 1922/24 die Expansion des Kosmos vorausgesagt. Sie 4

Die Kelvin-Skala ist gegen¨ uber der Celsius-Skala verschoben und beginnt mit 0 K beim absoluten Nullpunkt -273,15 oC. 5 F¨ ur eine detaillierte Diskussion und Abw¨ agung dieser Punkte muss auf die Literatur verwiesen werden. ¨ Einen kritischen Uberblick bieten z. B. [Boe93], [Kip97] und [Wei88]. 6 Richtig ist, dass der expandierende Raum alle Lichtwellen w¨ ahrend ihrer Ausbreitung dehnt. Siehe z.B. [Lin05, S. 45].

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2.2 Naturkonstanten und ihre Feinabstimmung

ist die Rahmentheorie f¨ ur alle raum-zeitlichen Prozesse. Details der Anfangssingularit¨at kann sie allerdings nicht richtig beschreiben. Hier fehlt bis jetzt eine Theorie, welche die Quantentheorie mit der Allgemeinen Relativit¨atstheorie vereinigt. B Die kosmische Hintergrundstrahlung mit sehr hoher Isotropie und einer Planck’schen Frequenzverteilung wurde 1948 von Gamow vorausgesagt und 1965 von Penzias und Wilson entdeckt. Smoot entdeckte 1992 sehr geringe Temperaturschwankungen (10−5 ) dieser Strahlung, deren Verteilung viel spezifische Information f¨ ur die kosmischen Parameter liefert [Boe05]. Im Jahre 1993 konnte man nachweisen, dass der Ursprung der Hintergrundstrahlung tats¨achlich hinter den sichtbaren Galaxien liegt: Nach Durchstrahlung der Gasmassen von Galaxienhaufen ist sie geringf¨ ugig aber charakteristisch ver¨andert [Kip97]. Im Jahr 1994 wurde dann an einer durch die Hintergrundstrahlung angeregten Kohlenstoff-Linie eines weit entfernten Quasars nachgewiesen, dass die Hintergrundstrahlung fr¨ uher erwartungsgem¨aß heißer war (gemessen: 7,4 K, erwartet nach dem Urknall-Modell: 7,58 K) [Kip97]. B Die beobachteten Mengenverh¨altnisse von Wasserstoff, Deuterium, Helium-3, Helium-4 und Lithium-7 im Kosmos stimmen mit der Modellvorstellung u ¨berein. B Die Dunkelheit des Nachthimmels (sog. Olbers’sches Paradoxon) wird erkl¨art. Diese simple Tatsache ist u ¨berraschend schwierig zu verstehen und wurde vielfach fehlgedeutet. Wesentlich ist u. a. die endliche Lebensdauer der Sterne und die gegenw¨artige Materiedichte im Universum [Har83, Krb01]. B Das Weltalter ist vertr¨aglich mit den (unabh¨angig bestimmten) Altern von Kugelsternhaufen und Galaxien. Einzelne dieser Befunde lassen auch alternative Erkl¨arungen zu. Die St¨arke des Standardmodells besteht darin, dass es alle genannten Befunde gemeinsam erkl¨art. Ein Alternativmodell m¨ usste dies mindestens auch leisten. Dennoch sollte man sich vor Augen halten, dass das Standardmodell auf sehr weit reichenden Basisannahmen beruht: Universelle und zeitunabh¨angige G¨ ultigkeit der Naturgesetze, Homogenit¨at und Isotropie der Welt. Die Aussagen und Probleme von chemisch-biologischen Theorien der Lebensentstehung sollen hier nicht diskutiert werden. Hierbei spielen Anpassungsprozesse an bestimmte Umwelten eine wesentliche Rolle. Im Folgenden soll es lediglich um die ganz grundlegenden physikalisch-chemischen Vorbedingungen f¨ ur Leben im Kosmos gehen.

2.2 Naturkonstanten und ihre Feinabstimmung Viele physikalische Gesetze enthalten Naturkonstanten. Dies sind Zahlenwerte bestimmter physikalischer Gr¨oßen, die nach aller bisherigen Erfahrung zeitlich und r¨aumlich konstant sind. Die Tabelle 2.1 gibt einige Beispiele. Von besonderem Interesse sind dimensionslose

13

2 Kosmologie

Naturkonstanten, da ihre Zahlenwerte nicht von (evtl. ver¨anderlichen) willk¨ urlichen Maßeinheiten abh¨angen. Die Tabelle 2.2 zeigt die Kopplungskonstanten α f¨ ur die St¨arken der vier bekannten fundamentalen Wechselwirkungen und das Massenverh¨altnis β von Elektron und Proton, welches die Molek¨ ulbildung entscheidend beeinflusst. Alle bisherigen Experimente best¨ atigen im Rahmen der Messgenauigkeit die Konstanz der Naturkonstanten. So zeigen z.B. optische Spektren sehr ferner Objekte außer der Rotverschiebung keine Ver¨anderungen gegen¨ uber Laborspektren. Die unver¨anderte relative Lage der Spektrallinien zeigt, dass die Feinstrukturkonstante α unver¨andert ist.7 Im Folgenden e = 1, 602 177 33 · 10−19 C

elektrische Elementarladung

me = 9, 109 389 7 · 10−31 kg

Ruhemasse des Elektrons

mp = 1, 672 623 1 · 10−27 kg

Ruhemasse des Protons

c = 299 792 458

m s

G = 6, 672 59 · 10−11

Lichtgeschwindigkeit (Vakuum) Nm2 kg2

Gravitationskonstante

h = 6, 626 075 5 · 10−34 Js εo = 8, 854 187 817 · 10−12

Planck’sches Wirkungsquantum F m

elektrische Feldkonstante

Tabelle 2.1: Einige wichtige Naturkonstanten

werden nun einige Beispiele f¨ ur Feinabstimmungen vorgestellt. 2.2.1 Feinabstimmung der elektromagnetischen und der Starken Wechselwirkung Die Abbildung 2.1 zeigt Wertekombinationen des Paares der Konstanten der elektromagnetischen (α) und der Starken Wechselwirkung (αS ).8 Das tats¨achlich vorliegende Wertepaar ist durch hier sind wir“ gekennzeichnet. Es liegt auf einer kleinen lebensfreundlichen“ In” ” sel nahe an Bereichen, die kein Leben zulassen w¨ urden. Diese Bereiche ergeben sich aus ¨ kernphysikalischen Uberlegungen und Absch¨atzungen [Teg98, Teg03]. Legt man eine – noch nicht gesicherte – vereinheitlichte Theorie aller Wechselwirkungen zugrunde, so ergeben sich f¨ ur α noch ganz wesentlich engere Grenzen (senkrechte Linien in der Abbildung 2.1). Murphy und Mitarb. haben allerdings k¨ urzlich aus Messungen auf eine Vergr¨ oßerung von α um 10−5 innerhalb von 10 Mrd. Jahren geschlossen (www.ast.cam.ac.uk/ mim/res.html). Dieses Ergebnis muss noch abgesichert werden. 8 Man beachte die nichtlineare Skalierung der Achsen!

7

14

2.2 Naturkonstanten und ihre Feinabstimmung

αS = 0, 08 . . . 14

α=

(energieabh.)

1 e2 1 = 4πεo ~c 137, 036

Feinstrukturkonstante der Starken Wechselwirkung Sommerfeld’sche Feinstrukturkonstante der elektromagnetischen Wechselwirkung

αW =

αG =

β=

m2e c GF = 3, 05 · 10−12 ~3

Gm2p = 0, 591 · 10−40 ~c

me 1 = mp 1836, 153

Feinstrukturkonstante der schwachen Wechselwirkung GF = 1, 435 · 10−62 Jm3 (Fermi) Feinstrukturkonstante der Gravitationswechselwirkung Massenverh¨altnis von Elektron und Proton

Tabelle 2.2: Einige wichtige dimensionslose Naturkonstanten

W¨are αS nur um 3.7% gr¨oßer, w¨are das Diproton (ein Kern aus zwei Protonen) stabil. Das h¨atte katastrophale Folgen f¨ ur die Stabilit¨at von Sternen: Das Wasserstoffbrennen“ w¨ urde ” um den Faktor 1018 schneller ablaufen! Es g¨abe keinen Wasserstoff und keine organische Chemie, da alle Protonen zu Diprotonen binden w¨ urden. W¨are αS um 11% kleiner (waagrechte Linie), so w¨are das Deuterium nicht stabil. Die wesentlichen Reaktionen zur Heliumsynthese in der Sonne w¨ urde dann nicht ablaufen. Es ist fraglich, ob dann u ¨berhaupt langlebige Sterne existieren k¨onnten.

2.2.2 Feinabstimmung der elektromagnetischen Wechselwirkung und des Massenverh¨ altnisses von Elektron und Proton Die Abbildung 2.2 zeigt Wertekombinationen des Paares der Konstanten der elektromame gnetischen Wechselwirkung α und des Massenverh¨altnisses β = m von Elektron und p 9 Proton. Auch hier (vgl. Abbildung 2.1) gibt es große Bereiche der Werte von α und β, die kein Leben erm¨oglichen w¨ urden. Gr¨oßere Werte von β (z.B. eine gr¨oßere Elektronenmasse) w¨ urden gr¨oßere Fluktuationen der Kerne bewirken und die Stabilit¨at geordneter molekularer Strukturen verhindern. Genauere Absch¨atzungen finden sich bei Tegmark [Teg98].

15

8

2 Kosmologie

s

a

k e in e n ic h tr e la tiv is tis c h e n A to m e

S ta r k e K o p p lu n g s k o n s ta n te

1

0 .1

0

K o h le n s to ff in s ta b il

0

0 .1

1

1 0

E le k tr o m a g n e tis c h e K o p p lu n g s k o n s ta n te

8

h ie r s in d w ir

D ip r o to n K a ta s tro p h e

1 0

a

Abbildung 2.1: Feinabstimmung der elektromagnetischen und der Starken Wechselwirkung

2.2.3 Feinabstimmung der Expansionskraft“ und der Gravitationskraft ” Im Standardmodell sind beim Urknall die Expansionskraft“ und die Schwerkraft mit der ” unglaublichen Genauigkeit von etwa 1 : 1060 aufeinander abgestimmt. Die Abbildung 2.3 veranschaulicht das mit einer Supermaschine“ zur Herstellung eines Kosmos [Wil01]. Die” ser ist – wie h¨aufig – eine Dimension erniedrigt als ein sich aufbl¨ahender Ballon gezeichnet. F¨ ur die sog. Kosmologische Konstante ist eine noch wesentlich genauere Feinabstimmung n¨otig [Kra98]. W¨are die Expansion st¨arker, k¨ame es zu keiner Bildung von Galaxien und Sternen; lebensfreundliche Bedingungen w¨ urden also nicht entstehen. W¨are sie geringer, so w¨are das Weltall schon vor jeder Sternbildung wieder kollabiert. Die folgenden Abbildungen verdeutlichen denkbare Entwicklungsmodelle des Kosmos nach Gale [Gal82]. Die Abbildung 2.4-1 zeigt die tats¨achliche Entwicklung bis zur heutigen großr¨aumigen Homogenit¨at mit lokalen Inhomogenit¨aten (Galaxien) – offenbar eine feinabgestimmte Spezialit¨at unseres Kosmos. Eine schnellere Ausdehnung (Abbildung 2.4-2) w¨ urde zu einem homogenen Universum f¨ uhren ohne Galaxien mit Sternen und Planeten, auf denen sich Leben entwickeln k¨onnte. Auch eine anf¨angliche Inhomogenit¨at w¨ urde nicht zur Galaxienbildung f¨ uhren (Abbildung 2.4-3). Eine etwas u ¨berwiegende Gravitation w¨ urde dagegen rasch in einem Rekollaps enden (Abbildung 2.4-4). 9

Man beachte wieder die nichtlineare Skalierung der Achsen!

16

2.2 Naturkonstanten und ihre Feinabstimmung

k e in e g e o rd n e te n S tru k tu re n

Abbildung 2.2: Feinabstimmung der elektromagnetischen Wechselwirkung und des Massenverh¨altnisses von Elektron und Proton

2.2.4 Feinabstimmung der Dimensionen von Raum und Zeit Seit langem wird u ¨ber die Dimensionenzahl von Raum und Zeit nachgedacht. Warum ist die Zeit eindimensional, der Raum dreidimensional? Oder im Sinne der beiden Relativit¨atstheorien Einsteins: Warum ist das Raum-Zeit-Kontinuum vierdimensional (3+1)? Diese Eigenschaften lassen sich bisher nicht aus physikalischen Theorien ableiten.10 Es gibt aber Argumente, dass auch hier eine Feinabstimmung auf Leben hin vorliegt, dass also Leben nur in einer eindimensionalen Zeit und einem dreidimensionalen Raum m¨oglich ist.11 Diese Argumente sind von unterschiedlichem Gewicht und setzen voraus, dass die Naturgesetze auch in anderen Dimensionen analog gelten, d. h., dass die Differentialgleichungen lediglich eine ver¨anderte Zahl von Orts- bzw. Zeitkoordinaten haben. Ein zwei- oder gar eindimensionaler Raum scheint nicht gen¨ ugend komplexe Strukturen ¨ f¨ ur Lebewesen zuzulassen: Der Blutkreislauf und das Nervennetz k¨onnten keine Uberkreuzungen haben. Hawking diskutiert einen zweidimensionalen Hund, der durch seinen Verdauungstrakt sogar in zwei Teile zerlegt ist [Haw88, S. 207]. Im Rahmen der Allgemei10

Lediglich C. F. von Weizs¨ acker gibt in seinem Forschungsprogramm der Theorie der Uralternativen eine Begr¨ undung f¨ ur die Dreidimensionalit¨ at des Raumes [Wei85]. 11 Siehe [Teg97]; dort finden sich viele weitere Literaturangaben.

17

2 Kosmologie

Abbildung 2.3: Feinabstimmung der Expansionskraft“ und der Gravitationskraft ”

nen Relativit¨atstheorie l¨asst sich außerdem zeigen, dass es in zwei Dimensionen gar keine Gravitation und damit keine stabilen Planetensysteme gibt (Wheeler). Kann Leben in vier- und h¨oherdimensionalen R¨aumen existieren? Ehrenfest hat schon 1917 darauf hingewiesen, dass es dort keine stabilen Planetenbahnen und keine (damals klassisch verstandenen) Atome geben kann. Auch im Rahmen der Quantenmechanik wurde sp¨ater gezeigt, dass es dann keine stabilen Atome gibt (Tangherlini 1963). Andere Zeitdimensionen sind unserem Vorstellungsverm¨ogen nicht zug¨anglich. Dennoch kann man sie formal in Betracht ziehen. Es zeigt sich, dass die Differentialgleichungen (Naturgesetze) in Zeitdimensionen ungleich 1 von einem Typ sind, der Voraussagen (Vorausberechnungen) praktisch nicht erm¨oglicht. Es liegt hier – grob gesprochen – eine ¨ahnliche Situation vor wie in der Chaostheorie, wo man die Anfangsbedingungen beliebig genau kennen m¨ usste, um Prognosen berechnen zu k¨onnen. Z¨ahlt man nach Tegmark [Teg97] die M¨oglichkeit der prognostischen Naturbeschreibung zu den Voraussetzungen f¨ ur intel-

18

2.2 Naturkonstanten und ihre Feinabstimmung

Abbildung 2.4: Entwicklung unseres Kosmos

ligentes Leben,12 so ist auch die Dimensionenzahl 1 der Zeit ausgezeichnet. 12

Tegmark spricht allgemeiner von ”self-aware substructures”.

19

2 Kosmologie

n ic h t s ta b il

5

3 2

u n v o rh e rs a g b a r ( e llip tis c h )

Z e itd im e n s io n

4

n u r T a c h y o n e n

u n v o rh e rs a g b a r ( u ltr a h y p e r b o lis c h )

H ie r s in d w ir

z u

1

e in fa c h

n ic h t s ta b il

u n v o rh e rs a g b a r ( e llip tis c h )

0 0

1

2

3

R a u m d im e n s io n

4

5

Abbildung 2.5: Leben in anderen Raum-Zeit-Dimensionen?

Abbildung 2.6: Der Tripel-Alpha-Prozess

Die Abbildung 2.5 stellt die Eigenschaften der verschiedenen Kombinationen von RaumZeit-Dimensionen graphisch dar.13 13

¨ Die angef¨ uhrten Tachyonen sind Teilchen, welche sich nur mit Uberlichtgechwindigkeit bewegen k¨ onnen.

20

2.2 Naturkonstanten und ihre Feinabstimmung

2.2.5 Feinabstimmung der Kohlenstoff-Synthese Ein besonders eindrucksvolles Beispiel f¨ ur eine Feinabstimmung fand man bei der Frage nach der Entstehung von Kohlenstoff, demjenigen chemischen Element, das nach heutigem Wissen eine notwendige Vorbedingung f¨ ur die Entstehung von Leben ist.14 Die Tabelle 2.3 zeigt den hohen Kohlenstoffanteil im menschlichen Organismus [Voe92]. Kurz nach

Element

Trockengewicht (%)

C N O H Ca P K S .. .

61,7 11,0 9,3 5,7 5,0 3,3 1,3 1,0 .. .

Tabelle 2.3: Chemische Elemente im menschlichen Organismus

dem Urknall entstanden nur die ganz leichten Elemente Wasserstoff, Helium und Lithium. Schwerere Elemente konnten sich zun¨achst nicht bilden: Helium-5 ist instabil und ebenso Beryllium-8, das aus der Zusammenlagerung von zwei Helium-4-Kernen h¨atte entstehen k¨onnen ( Beryllium-Barriere“ [Cho04, S. 229]). Schwerere Elemente, auch Kohlenstoff, ” konnten erst sp¨ater in l¨angeren Zeitr¨ aumen unter den Temperatur- und Druckbedingungen im Inneren von Sternen gebildet und bei Nova- und Supernova-Explosionen in den Weltraum geschleudert werden. Die nahe liegende Reaktion zur Erzeugung von Kohlenstoff-12 (12 Nukleonen) w¨are die Verschmelzung von je drei Helium-4-Kernen (α-Teilchen, 4 Nukleonen im Kern) zu (angeregtem) Kohlenstoff-12: He + 4He + 4He −→ 12C∗

4

Diese Reaktion ist aber zu selten und damit zu unergiebig; es m¨ ussen ja drei Kerne zugleich miteinander reagieren. So wurde stattdessen von Salpeter folgende Reaktion diskutiert: He + 4He −→ 8Be∗

4

Be∗ + 4He −→ 12C∗

8

Sie sind mit der Speziellen Relativit¨ atstheorie vertr¨ aglich, aber experimentelle bisher nicht nachgewiesen. 14 ¨ Ein leicht lesbarer Uberblick findet sich bei Chown [Cho04, S. 229ff.]; vgl. auch [Gri91]; weitere Details finden sich bei [Bar86].

21

2 Kosmologie

Zun¨achst entsteht also ein angeregter Beryllium-8-Kern aus zwei Helium-4-Kernen. Er ist mit einer Lebensdauer von 10−17 s extrem langlebig (!) im Vergleich mit der Stoßzeit von He-4-Kernen (10−21 s). Diese Dauer w¨ urde f¨ ur 10 000 St¨oße reichen. Ein Treffer“ eines ” dritten He-4 w¨ahrend der Lebensdauer von 8Be∗ ist also hinreichend wahrscheinlich (siehe Abbildung 2.615 ). Im Jahr 1954 erkannte nun der Astrophysiker und Kosmologe Hoyle, dass auch diese Reaktion nicht gen¨ ugend ergiebig ist, es sei denn, sie l¨auft resonant ab. Das bedeutet: Da der angeregte Kohlenstoff-12-Kern nur ganz bestimmte Energieniveaus annehmen kann, l¨auft die Reaktion nur dann mit guter Ausbeute ab, wenn die Massenenergie und die kinetische Energie von 8Be∗ und 4He zusammen gerade einem erlaubten“ Energieniveau des Koh” lenstoffs entspricht, wenn die Energien in Resonanz sind.16 Hoyle sagte nun aufgrund der Tatsache, dass heute Leben auf Kohlenstoffbasis existiert, ein (bisher unentdecktes) geeignetes Energieniveau des Kohlenstoff-Kerns bei 7.65 MeV voraus. Dieses wurde tats¨achlich experimentell gefunden und liegt nur 4% u ¨ber der Summe der Massenenergien der Stoßpartner. Dieser merkw¨ urdige Zufall kommt durch ein sehr kompliziertes Zusammenspiel der Kr¨afte der Starken Wechselwirkung in den Kohlenstoffkernen zustande und wurde erst in j¨ ungster Zeit verstanden und n¨aherungweise berechnet [Fel05]. Der fehlende Energiebetrag wird leicht aus der kinetischen Energie der Kerne aufgebracht. Fast noch merkw¨ urdiger ist, dass der Kohlenstoff nicht nach demselben Schema sofort zu Sauerstoff-16 weiter reagiert und dann gar nicht mehr vorhanden w¨are: 12 ∗

C + 4He −→ 16O∗

Tats¨achlich hat Sauerstoff-16 ein resonanzverd¨achtiges“ Energieniveau. Dieses ist aber ” f¨ ur eine ergiebige Reaktion um 1% zu niedrig! Diese Differenz kann hier aber nicht durch kinetische Energie ausgeglichen werden, da diese ja immer positiv ist. Hoyle war vom Erfolg seiner eigenen anthropischen Voraussage sehr beeindruckt und bekannte sp¨ater: “Nothing has shaken my atheism as much as this discovery.” [Wil93] 17 Und auch f¨ ur den Physiker und Autor Paul Davies ist ganz offensichtlich, dass hier ein Element eines kosmischen Plans vorliegt.18 Viele weitere Beispiele f¨ ur Feinabstimmungen werden bei Barrow und Tipler [Bar86] und bei Ross [Ros93] diskutiert. Es soll noch einmal betont werden, dass es sich bei diesen Feinabstimmungen nicht um Anpassungen handelt, wie sie in der Evolutionsbiologie diskutiert werden. Sie sind nicht zweckm¨aßige Ergebnisse einer kosmischen Evolution“, sondern festgestellte, nicht tiefer ” begr¨ undete Voraussetzungen f¨ ur Leben [Ewa97].

15

Quelle: http://aether.lbl.gov/www/tour/elements/stellar/3alpha.html Atomkerne haben gem¨ aß der Quantenmechanik ¨ ahnlich wie die Elektronenh¨ ulle diskrete Energieniveaus. 17 Nichts hat meinen Atheismus so sehr ersch¨ uttert wie diese Entdeckung.“ 18 ” ”[. . . ] the most compelling evidence for an element of cosmic design.” [Wil93]

16

22

3 Deutungen der Feinabstimmung Die festgestellten Feinabstimmungen, u ¨ber die im Abschnitt 2.2 berichtet wurde, werden als erstaunlich betrachtet, unabh¨angig von der weltanschaulichen Position des einzelnen Wissenschaftlers. Ihre Deutung ist allerdings ganz unterschiedlich [Hae99]: B Die Feinabstimmung wird auf sog. Anthropische Prinzipien zur¨ uckgef¨ uhrt. B Es werden Alternativen zu kohlenstoff-basiertem Leben diskutiert und damit die Feinabstimmung bestritten. B Man nimmt die Existenz unendlich vieler Kosmen an mit unterschiedlichen Gesetzen und allen m¨oglichen Werten der Naturkonstanten. Unser Kosmos ist dann notwendig auch dabei. B Man fordert die Suche nach neuen Gesetzen, welche die Feinabstimmung erkl¨aren. B Man erkl¨art die Feinabstimmung schlicht als Zufall. B Man sieht die Feinabstimmung als Hinweis auf einen Designer.

3.1 Anthropische Prinzipien Die geschilderten Voraussetzungen f¨ ur die Lebensentstehung werden auf ein Prinzip, das Anthropische Prinzip zur¨ uckgef¨ uhrt. Es wird unterschiedlich und auch mehr oder weniger weit reichend formuliert. Es lautet in seiner schwachen Form nach Clifton [Cli90]: Das physikalische Universum, das wir beobachten, hat eine Struktur, welche die Existenz von uns als Beobachtern zul¨asst. Dieses Prinzip wurde zuerst von dem amerikanischen Physiker R. H. Dicke 1961 formuliert [Bre84, S. 24]: Weil es in diesem Universum Beobachter gibt, muss das Universum Eigenschaften besitzen, die die Existenz von Beobachtern zulassen. Barrow und Tipler [Bar86, p. 16] formulieren ausf¨ uhrlicher: Die beobachteten Werte aller physikalischen und kosmologischen Gr¨oßen sind nicht beliebig. Sie nehmen vielmehr Werte an, die eingeschr¨ankt sind durch die Forderung, dass es Regionen gibt, wo sich Leben auf Kohlenstoff-Basis entwickeln kann, und durch die Forderung, dass das Universum alt genug ist, dass das bereits passiert ist.

23

3 Deutungen der Feinabstimmung

Dies sind verschiedene Fassungen des sog. Schwachen Anthropischen Prinzips (abgek¨ urzt: WAP1 ). Es gibt Fassungen des Anthropischen Prinzips, die mehr aussagen als das WAP, wie z.B. folgende: Das Universum muss in seinen Gesetzen und in seinem speziellen Aufbau so beschaffen sein, dass es irgendwann unweigerlich einen Beobachter hervorbringt.2 Diese und ¨ahnliche Formulierungen werden als Starkes Anthropisches Prinzip (abgek¨ urzt: uck. Die Entstehung von Leben SAP3 ) bezeichnet. Sie gehen auf B. Carter [Car74] zur¨ wird hier zur notwendigen Eigenschaft des Universums erkl¨art. Das Universum zielt auf Leben hin. Dies ist eine teleologische Aussage4 . Eine noch weiter gehende Formulierung des Anthropischen Prinzips lehnt sich an eine bestimmte Theorie des (bis heute nicht voll verstandenen) quantenmechanischen Messprozesses an. Eine – nur von wenigen Physikern geteilte – Deutung sagt, dass das Resultat einer quantenmechanischen Messung erst fest steht, erst verwirklicht wird, wenn es von einem bewussten Beobachter wahrgenommen wird. So lautet eine idealistische Interpretation des Anthropischen Prinzips: Beobachter sind notwendig, um das Universum in Existenz zu rufen. Wheeler spricht vom Teilnehmenden Anthropischen Prinzip (abgek¨ urzt: PAP5 ). Der Mensch wird so zur Ursache der Existenz des Universums. Hier scheinen die Begr¨ undungszusammenh¨ange auf den Kopf gestellt! Soll man sich hier eine in die Vergangenheit wirkende Verursachung vorstellen? Verfolgt man diese Spekulation weiter, so kommt man zu einem Letzten Beobachter (Ultimate Observer), der alle einzelnen Beobachtungen koordiniert. Barrow und Tipler versuchen dieser theistischen Konsequenz zu entgehen und stellen das Finale Anthropische Prinzip (abgek¨ urzt: FAP6 ) auf [Bar86]. Sie formulieren: Im Universum muss intelligentes, informationsverarbeitendes Leben entstehen und f¨ ur immer existieren. und kommentieren: ”A modern-day theologian might wish to say that the totality of life at the Omega Point is omnipotent, omnipresent and omniscient!” [Bar86, p. 682]7 1

Nach der englischen Bezeichnung Weak Anthropic Principle Formuliert nach Breuer [Bre84, S. 24] 3 Nach der englischen Bezeichnung Strong Anthropic Principle 4 t´elos (griech.) – Ende, Ziel, Zweck; vgl. auch [Spa89]. 5 Nach der englischen Bezeichnung Participatory Anthropic Principle 6 Nach der englischen Bezeichnung Final Anthropic Principle 7 Ein moderner Theologe w¨ urde wohl gerne sagen, dass die Gesamtheit des Lebens am Omega-Punkt ” allm¨ achtig, allgegenw¨ artig und allwissend ist.“ 2

24

3.2 Silizium statt Kohlenstoff?

Die Autoren nehmen dieses Prinzip als Auswahlprinzip, um aus den nach der Allgemeinen Relativit¨atstheorie m¨oglichen Metriken der Raum-Zeit diejenige auszuw¨ahlen, welche Leben bis in alle Ewigkeit erm¨oglichen. Die Ausformulierung dieses Programms bis hin zur physikalischen Begr¨ undung von Unsterblichkeit und Auferstehung verliert sich im Spekulativen und kann wohl nur als Science Fiction verstanden werden.8 Grunds¨atzlich ist es naturwissenschaftlich legitim und u ¨blich, Ph¨anomene auf Prinzipien zur¨ uckzuf¨ uhren und so – zusammen mit den speziell vorliegenden Rand- und Anfangsbedingungen – zu erkl¨aren. Es ist allerdings umstritten, welchen Status und welche Erkl¨arungskraft die Anthropischen Prinzipien tats¨achlich haben. Insbesondere wird das WAP nicht als Erkl¨arung verstanden, sondern eher als die Forderung, dass Beobachter bei der Aufstellung von Theorien mit einzubeziehen sind. Jede kosmologische Theorie muss damit vertr¨aglich sein, dass es Beobachter gibt.9 Eine vertiefende Diskussion Anthropischer Prinzipien findet sich bei B. Suchan10

3.2 Silizium statt Kohlenstoff ? Diese Deutung“ bestreitet, dass u ¨berhaupt eine Feinabstimmung auf Leben hin vorliegt. ” Im R¨ uckblick erkennt man eine Feinabstimmung auf kohlenstoff-basiertes Leben hin. Nun w¨are es ja auch denkbar, dass Leben auf einer anderen als auf Kohlenstoff-Basis entstehen kann. Dann w¨are eben eine andere Art von Leben entstanden und es l¨age gar keine spezielle Feinabstimmung vor. Schon seit l¨angerer Zeit (J. Scheiner 1891, J. E. Reynolds 1893) wird vor allem u ur die Lebensentstehung spekuliert.11 Es hat eine ¨ahnliche ¨ber die Eignung des Siliziums f¨ Elektronenstruktur wie Kohlenstoff und analog gebaute kleine Molek¨ ule (z.B. CH4 , SiH4 ). Allerdings kann Silizium nur relativ kurze stabile Ketten bilden; seine M¨oglichkeit, h¨an” dige“ Molek¨ ule zu bilden ist gering, und sein Oxidationsprodukt SiO2 ist fest (Sand) – im Gegensatz zum gasf¨ormigen CO2 . All dies spricht gegen eine silizium-basierte Biochemie. Fundiertere Vergleiche werden allerdings erst m¨oglich sein, wenn die chemische Evolution der uns bekannten kohlenstoff-basierten Lebensformen verstanden ist.

3.3 Viele Universen Die Feinabstimmung wird – im Gegensatz zu dem obigen Argument – als notwendig vorkommend erwiesen und damit als nicht weiter erkl¨arungsbed¨ urftig. Barrow und Tipler [Bar86] argumentieren mit Entstehungsmodellen des Kosmos, die weit u ¨ber das Standardmodell hinausgehen. Hierbei wird diskutiert, dass es nicht nur 8

Vgl. [Tip96]. Eine scharfe Kritik an Tiplers Physik der Unsterblichkeit“ findet sich bei L¨ ow [Loe94] ” und Mutschler [Mut05, S. 277]. 9 M. St¨ ockler spricht von einer epistemischen Konsistenzforderung“ [Sto91]. ” 10 Vgl. in diesem Band . . . 11 Vgl. www.daviddarling.info/encyclopedia/S/siliconlife.html.

25

3 Deutungen der Feinabstimmung

schwache Starke Wechselwirkung - keine Fusion

Leben, aber ohne Intelligenz intelligentes Leben

keine Materie

keine Atombindungen

schwache Gravitation - keine Planeten

starke Schwache Wechselwirkung - zu viel Radioaktivität

starke Gravitation - nur schwarze Löcher kein Licht

Abbildung 3.1: Viele Welten?

einen Kosmos, sondern viele Kosmen mit unterschiedlichen Anfangsbedingungen, unterschiedlicher Struktur und verschiedenen Naturkonstanten und vielleicht auch ver¨anderten Naturgesetzen gibt (siehe Abbildung 3.1 12 ). Das ist wissenschaftlich durchaus denkbar.13 Falls es nun unendlich viele Kosmen gibt, in denen alle m¨oglichen Gesetze, Konstanten und Rand- und Anfangsbedingungen realisiert sind, muss darunter auch unser Universum mit Notwendigkeit vorkommen. Und dann gibt es auch keinen Grund, sich dar¨ uber zu wundern oder nach Deutungen der Feinabstimmung zu suchen. Von diesem kosmischen Vielwelten-Szenario ist die Everett’sche Vielwelten-Theorie zu unterscheiden, welche die Zufalls-Problematik des quantenphysikalischen Messprozesses auf radikale Weise l¨ost: Bei jeder Messung wird nicht nur einer der m¨oglichen Messwerte – zuf¨allig – realisiert, sondern s¨amtliche quantenmechanisch m¨oglichen Messwerte, allerdings in jeweils unterschiedlichen Kosmen! Jede Messung vervielfacht die Zahl der Kosmen. Diese stehen nicht miteinander in Wechselwirkung.14 Kanitscheider bem¨ uht diese Theorie in entsprechender Weise wie Barrow und Tipler, um die Feinabstimmung als notwendig zu erweisen [Kan85]. Es ist sehr fraglich, ob diese spezielle Theorie des Messprozesses auch nur irgend etwas mit der Feinabstimmung zu tun hat. Viele Kosmen k¨onnten auch im Laufe der Zeit durch ein oszillierendes Weltall entstehen mit Expansion, Kollaps, Expansion usw. Diese Vorstellung wird neuerdings wieder im Rahmen der Stringtheorie diskutiert.15 12

Nach: http://abyss.uoregon.edu/∼js/ast123/lectures/lec19.html ¨ Einen knappen Uberblick u ¨ber neuere Entwicklungen geben Blome und Zaun [Blo04, S. 86ff.] 14 Siehe z.B. [Rae96, S. 121ff.], [Bag04, p. 263ff.]. 15 Vgl. [Wil93], [Blo04, S. 94ff.].

13

26

3.3 Viele Universen

Kritisch muss hier angemerkt werden, dass solche Vielwelten-Szenarien zwar auf quanten¨ theoretischen Uberlegungen fußen, aber derzeit einen sehr spekulativen Charakter haben. Vor allem ist keine M¨oglichkeit in Sicht, solche anderen Kosmen empirisch festzustellen. Damit unsere Welt mit Notwendigkeit vorkommt, m¨ usste es tats¨achlich unendlich viele Welten geben und alle m¨oglichen Eigenschaften m¨ ussten auch vorkommen. Dies sind sehr weit reichende Annahmen. Warum sollten sie gelten? Schließlich muss man darauf hinweisen, dass bei der Vielwelten-Argumentation das Gebot der Sparsamkeit der Mittel (das Rasiermesser des Ockham“) bei der Theoriebildung ” extrem stark verletzt ist.16 Zur Erkl¨arung – oder eher Wegerkl¨arung – der Feinabstimmung werden unendlich viele Kosmen bem¨ uht. Geht es wirklich nicht sparsamer?“ fragt auch ” Kanitscheider [Kan85]. Bei der Deutung der Feinabstimmung durch viele Universen ist besonders auff¨allig, dass philosophische und weltanschauliche Vorentscheidungen ins Spiel kommen. Kanitscheider sagt ganz offen, dass er die Vielwelten-Theorie vom wissenschaftlichen Standpunkt aus“ vorzieht, denn sie bleibt im Rah” ” men einer naturalistischen Ontologie; es werden viele physikalische Welten gebraucht, aber keine transzendent-metaphysischen.“ Einen transzendenten ” Koordinator“ scheint man dann nicht zu ben¨otigen [Kan85]. In ¨ahnlicher Weise ¨außert sich H. Oberhummer17 in einem Artikel u ¨ber das Anthropische Prinzip: Das Konzept eines Multiversums ist h¨ochst spekulativ und wird es m¨oglicher” weise auch bleiben, da die anderen Universen prinzipiell von uns nie beobachtet werden k¨onnen. Diese Hypothese beinhaltet aber zumindest eine plausible Basis f¨ ur anthropi¨ sche Uberlegungen. Denn so ergibt sich auf ganz nat¨ urliche Weise, dass unser Universum die richtige Feinabstimmung hat, um Leben hervorbringen zu k¨onnen.“ [Obe02] Beiden Autoren ist es ein Anliegen, den Boden des Naturalismus nicht zu verlassen ( na” turalistische Ontologie“, ganz nat¨ urliche Weise“ ). Das scheint die allgemein akzeptierte ” naturwissenschaftliche Vorgehensweise des methodischen Atheismus 18 zu sein. Allerdings ist die Bem¨ uhung von prinzipiell nicht beobachtbaren Welten methodisch ¨außerst fragw¨ urdig und selbst metaphysikverd¨achtig! Es w¨are zu untersuchen, ob bei den hier diskutierten Grenzfragen das Prinzip des methodischen Atheismus noch sinvoll angewendet werden kann. Tegmark19 sieht immerhin folgende Alternative: 16

Wilhelm von Ockham (1285–1349): Wesenheiten soll man nicht u uhr vermehren, denn es ist ¨ber Geb¨ ” eitel, etwas mit mehr zu erreichen, was mit weniger zu erreichen m¨ oglich ist.“ Zit. nach [Blo04, S. 98]. 17 Prof. Dr. H. Oberhummer, Institut f¨ ur Kernphysik der TU Wien, Leiter der Abt. Nukleare Astrophysik 18 ¨ Metaphysische Uberlegungen und insbesondere die Frage nach Gott werden aus der naturwissenschaftlichen Methodik ausgeklammert. 19 Prof. Dr. M. Tegmark, Dept. of Physics and Astronomy, Univ. of Pennsilvania; www.asa3.org/archive/evolution/200006/0102.html.

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3 Deutungen der Feinabstimmung

”Either God fine-tuned the Universe for us to be here, or there are many universes, each with different values of the fundamental constants [. . . ]”20 Der Astrophysiker H. Lesch21 dr¨ uckt sich dagegen ganz unverbl¨ umt aus. Auf die InterviewFrage Glauben Sie an die Viele-Welten-Theorie? Leben wir in einem Multiversum?“ sagte ” er: Nein. Das ist eine Sache, mit der kann ich u ¨berhaupt nichts anfangen. Ehrlich ” gesagt, ist das der verzweifelte Versuch, um Gott herum zu kommen. Man versteht nicht, warum dieses eine Universum so wahnsinnig tolle Eigenschaften hat, also versucht man, das mit vielen Universen zu machen. Das ist f¨ ur mich ein naturwissenschaftlich v¨ollig sinnloser Ansatz, denn andere Universen entziehen ¨ sich per Definition einer experimentellen Uberpr¨ ufung.“ 22

3.4 Unbekannte Gesetze? Die Feinabstimmung wird lediglich als ein Hinweis auf noch unbekannte st¨arkere“ [Kan85, ” S. 617] gesetzm¨aßige Zusammenh¨ange angesehen. Das, was als merkw¨ urdig und u ¨berraschend erscheint, ist einfach noch nicht naturwissenschaftlich verstanden. Kanitscheider h¨alt das Anthropische Prinzip f¨ ur etwas Vorl¨aufiges: Es ist ein Platzhalter f¨ ur einen zu entdeckenden Mechanismus [. . . ] es zeigt ” auf vorher unbemerkt gebliebene L¨ ucken des Zusammenhangs.“ 23 Das Zuf¨allige soll deshalb durch das Auffinden von Gesetzm¨aßigkeiten erkl¨art und so eliminiert werden. Diese Forderung erscheint berechtigt als Forderung nach einem wissenschaftlichen Arbeitsprogramm. So wurde etwa das kosmologische Standardmodell von Guth und Linde zum sog. Inflation¨ aren Modell erweitert [Blo04, S. 63ff.]. Darin erscheint die extrem empfindliche Balance zwischen der abstoßenden Kraft der Expansion und der anziehenden Schwerkraft (vgl. Abschnitt 2.2.3) als Folgerung aus diesem erweiterten Modell. Allerdings hat sich herausgestellt, dass auch dieses erweiterte Modell feinabgestimmter Konstanten bedarf. Guth und Steinhardt schreiben: 20

Entweder hat Gott das Universum feinabgestimmt, damit wir hier existieren, oder es gibt viele Uni” versen, die alle unterschiedliche Werte der fundamentalen Naturkonstanten haben [. . . ]“ Siehe auch [Cho03, S. 140]. 21 Prof. Dr. H. Lesch, Prof. f. theoret. Astrophysik an der Universit¨ at M¨ unchen; Lehrbeauftragter an der Hochschule f. Philosophie, M¨ unchen; Wissenschaftssendung Alpha Centauri“ bei BR-Alpha. ” 22 www.wasistzeit.de/interviews/lesch.pdf (Oktober 2002) 23 [Kan91, S. 280]; zit. nach [Mut05].

28

3.5 Alles Zufall? Leider erfordert der notwendige slow-rollover-Phasen¨ ubergang24 eine sehr emp” findliche Abstimmung der Parameter; die Rechnungen liefern nur dann vern¨ unftige Ergebnisse, wenn sich die Werte der Parameter in wohldefinierten, engen Grenzen bewegen. Die meisten Theoretiker (einschließlich der Autoren dieses Artikels) halten dies f¨ ur wenig einleuchtend.“ Die Autoren hoffen, vielleicht realistischere Versionen der vereinheitlichten ” ¨ Theorien zu finden, in denen ein slow-rollover-Ubergang ohne besonders empfindliche Abstimmung der Parameter eintritt.“ [Gut84, S. 91] Man erkennt hier die Motivation, die Feinabstimmung loszuwerden. Unabh¨angig von den Details der neuen Theorie wird aber deutlich, dass das Problem nicht gel¨ost, sondern nur ¨ verschoben wird. F¨ ur andere Feinabstimmungen kann man Ahnliches vermuten. Sollten tats¨achlich einmal Theorien gefunden werden (oder gar eine ”theory of everything (TOE)”), die selbst ohne feinabgestimmte Parameter auskommen, so bliebe dennoch die Frage, warum unsere Welt gerade solch raffinierten Gesetzen gehorcht, welche zu den lebensnotwendigen Feinabstimmungen f¨ uhren.

3.5 Alles Zufall? Nicht zuletzt kann man die Feinabstimmung schlicht als zuf¨allig und damit als nicht weiter erkl¨arungsbed¨ urftig ansehen. So schrieb etwa E. Tryon [Try73]: ”[. . . ] our Universe is simply one of those things which happen from time to time.”25 Diese Deutung der Feinabstimmung sieht richtig, dass auch das Unwahrscheinliche gelegentlich passiert: Irgend jemand bekommt eben tats¨achlich den Millionengewinn im Lotto. Mehr steckt nicht dahinter. Oder doch? Mit dem Hinweis auf den Zufall ist ja gar keine Erkl¨arung gegeben. Zum einen ist man vor allem bei Naturereignissen sehr geringer Wahrscheinlichkeit nicht bereit, den Zufall als Begr¨ undung zu akzeptieren: Wenn beispielsweise ein Ziegelstein ohne erkennbare Ursache nach oben fliegt, so wird man nach Ursachen suchen und sich nicht damit zufrieden geben, dass es eine ganz extrem kleine Wahrscheinlichkeit gibt, dass alle Atome des Ziegelsteins sich zuf¨ allig zugleich nach oben bewegen. Zum anderen ist der Begriff des Zufalls nach Kant ein limitativer Begriff, ein Grenzbegriff, der etwas verneint, ohne selbst eine positive Bestimmung zu haben: Zufall ist in den Naturwissenschaften Nicht-Gesetz; er markiert lediglich die Grenze der Berechenbarkeit und Vorhersagbarkeit durch Gesetze. Der Zufall bewirkt nichts [Mut97]; er ist nicht Ursache von etwas. ¨ Ein symmetriebrechender Ubergang vom falschen“ zum wahren“ Vakuum bei dem eine beschleunigte ” ” Expansion auftritt; siehe [Gut84, S. 82f.]. 25 Unser Universum ist einfach eines dieser Dinge, die ab und zu geschehen.“ ” 24

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3 Deutungen der Feinabstimmung

Insbesondere kann und darf zuf¨alliges Geschehen im Rahmen der Methodik der Naturwissenschaften nicht gewertet werden. Dort haben wir es lediglich mit Wahrscheinlichkeitsverteilungen zu tun. Wer ein Geschehen als planlos oder absichtslos wertet, wie es der umgangssprachliche Zufallsbegriff nahe legt ( blinder Zufall“), verl¨asst den naturwis” senschaftlichen Bereich und gibt eine Deutung. Entscheidend ist nun, dass dies nicht die einzig m¨ogliche Deutung zu sein braucht. In anderen Zusammenh¨angen kann zuf¨alliges Geschehen durchaus planvoll und sinnvoll sein. Dazu zwei Beispiele: Im Schachspiel ist beim L¨aufer die Zugl¨ange durch die Schachregeln nicht festgelegt, sondern nur die Zugrichtung (diagonal). Einem unkundigen Zuschauer werden in einem Spiel die Z¨ uge deshalb teils gesetzm¨aßig teils zuf¨allig erscheinen. Gerade in der scheinbar zuf¨ alligen Wahl der Zugl¨angen verwirklicht sich aber die Strategie (der Plan, die Absicht) des erfahrenen Spielers [Mut97]! Der Autoverkehr auf einer Straße hat viele Merkmale, die zuf¨allig sind: Die Typen der vorbeifahrenden Autos, ihre Geschwindigkeiten, die Fahrzeugabst¨ande usw. Sie sind zufallsverteilt f¨ ur eine Planungsbeh¨orde oder einen Polizisten am Straßenrand. Aus der Sicht der einzelnen Autofahrer w¨are es aber unsinnig, dieses Geschehen deshalb als planlos oder sinnlos zu werten. Jede einzelne Fahrt kam ja aufgrund eines Willensentschlusses zustande! Auf die Naturwissenschaften bezogen bedeutet dies, dass auch hier dem zuf¨alligen Geschehen in einem anderen Deutungsrahmen m¨oglicherweise ein Sinn, ein Plan zugeordnet werden kann. Der Hinweis auf die Zuf¨alligkeit der Feinabstimmung ist also zun¨achst unbestimmt, was die Interpretation des Zuf¨alligen anbelangt. F¨ ur eine bestimmte Deutung sind dann allerdings außerwissenschaftliche Vorentscheidungen n¨otig. Nach Kant ist die Gesetzlichkeit des Zuf¨alligen Zweckm¨aßigkeit“ (KU, B 344). Kant ” ” unterstellt, dass dasjenige, was vom Standpunkt des Naturwissenschaftlers als bloßer Zufall erscheint, von einem teleologischen Gesichtspunkt als Zweckm¨aßigkeit interpretiert werden kann.“ [Mut92, S. 92],[Mut05, S. 244ff.]

3.6 Design Manche deuten die Feinabstimmung agnostisch: Es ist keine tiefere Begr¨ undung bekannt, es gibt ja vielleicht gar keine. Das Zuf¨allige steht in keinem Sinnzusammenhang. Muss man sich damit abfinden? Viele sind damit nicht zufrieden. Der Kosmologe Hawking bemerkte dazu ganz treffend: Der Mensch lebt nicht vom Brot allein. Wir alle wollen wissen, woher wir ” kommen.“ Es ist auch eine Designer-Deutung m¨oglich: Ein genialer Designer, eine Intelligenz hat unser Universum nach seinem Plan so gemacht und vorbereitet, dass Leben entstehen konnte und bestehen kann. Die Naturgesetze, Konstanten und Randbedingungen haben Sinn im Hinblick auf das Ziel, dass Leben erm¨oglicht wird. Der Theologe Pannenberg deutet das theistisch aus der Sicht des Christen und zeigt, dass ich die Zuf¨alligkeit der Naturkonstanten als Wahl Gottes deuten kann, die er zu meinen Gunsten getroffen hat [Mut97, S. 9].

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3.6 Design

Der Theologe Evers urteilt anders: Die so kontingent erscheinende Feinabstimmung der komologisch relevanten ” Parameter ist nicht als u ¨berzeugender Hinweis auf eine den Kosmos zur Hervorbringung von Leben eingerichtet habende Intelligenz zu werten. Es bleibt stets eine physikalisch gleichwertige Alternative, die ,Einrichtung‘ unseres Kosmos als rein statistische Variante einer Vielzahl von Universen zu betrachten.“ [Eve00] ¨ Die kritischen Uberlegungen zur Vielweltentheorie (siehe Abschnitt 3.3) erweisen allerdings die Gleichwertigkeit dieser Alternative als recht fragw¨ urdig. Die Designer-Deutung transzendiert den naturalistischen Erkl¨arungsrahmen. Sie harmoniert mit dem Schwachen Anthropischen Prinzip (vgl. Abschnitt 3.1); sie kann im Sinne des Starken Anthropischen Prinzips verstanden werden. Sie ist wohl keinesfalls unplausibler als etwa die Deutung mittels Vielwelten-Szenarien. Der teleologische, finale Charakter dieser Deutung mag vielen Naturwissenschaftlern verd¨achtig erscheinen. Haben kausale Mechanismen nicht l¨angst alle finalen Erkl¨arungen verdr¨angt? Mit einer finalen Betrachtungsweise braucht allerdings gar keine andere Art von Kausalit¨at eingef¨ uhrt zu werden. Kausalit¨at und Finalit¨at m¨ ussen nicht als Konkurrenten oder Gegens¨atze angesehen werden. Finalit¨at ist eine Sicht, in der die Kausalit¨at Mittelcharakter hat; sie wird als Mittel angesehen, um bestimmte Zwecke zu erreichen.26 Es geht hier ausdr¨ ucklich nicht um den Versuch eines Gottesbeweises. Das Design-Argument ist aber ein sehr bemerkenswerter Hinweis auf Gott. Gottesbeweise sind im streng logischen Sinn ja gar nicht m¨oglich. R. L¨ ow formuliert als ein Fazit seines Buches u ¨ber Die ” neuen Gottesbeweise“: Ein logisch gelungener Beweis Gottes, g¨abe es ihn, w¨are Blasphemie: Kein ” Endlicher ergr¨ undet Gott, indem er ihn zur Offenbarung seiner Existenz zwingt. Das schließt die M¨oglichkeit der ,Wege‘ nicht aus . . .“ [Loe94, S. 196] L¨ ow meint damit die Gottesbeweise“, die F¨ unf Wege (quinque viae) des Thomas v. ” Aquin. Dieser verwendet in seinen einleitenden S¨atzen nie den Begriff Beweis (demonstratio), sondern spricht von Wegen, von an der Erfahrung orientierten rationalen Orientierungshilfen [Loe94, S. 72]. In diesem eingeschr¨ankten Sinne kann die festgestellte Feinabstimmung ein Hinweis auf einen planenden Gott sein. Die Designer-Deutung hat allerdings darin ihre Grenze, dass sie nur wenig Spezifisches u ¨ber den Designer zu sagen weiß. Dass hier der Dreieine Gott, zu dem sich die Christen bekennen, am Werk ist, kann aus naturwissenschaftlicher Sicht nicht deutlich werden. So sieht das auch einer der f¨ uhrenden Kosmologen, A. R. Sandage27 . Er wurde erst im Alter von 50 Jahren Christ und bejaht die oft gestellte Frage, ob man als Naturwissenschaftler zugleich Christ sein k¨onne, mit dem Hinweis auf Design in der Welt: 26 27

Siehe z.B. [Mut05, S. 118ff.]. Die New York Times nannte ihn ”The grand old man of cosmology”. Er entdeckte den ersten Quasar, machte Altersbestimmungen von Kugelsternhaufen und arbeitete an der Neubestimmung der HubbleKonstanten.

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3 Deutungen der Feinabstimmung

”Yes. The world is too complicated in all its parts and interconnections to be due to chance alone. I am convinced that the existence of life with all its order in each of its organisms is simply too well put together.” [Lig90]28 Er weiß dabei auch um die Begrenztheit einer tiefer gehenden Gotteserkenntnis aus der Natur: ”The nature of God is not to be found within any part of the findings of science. For that, one must turn to the Scriptures.” 29 F¨ ur das biblisch-christliche Denken ist die Design-Deutung ganz selbstverst¨andlich. Gott offenbart sich als der Redende, dessen Wort geschieht. Er ist Sch¨opfer und Gesetzgeber der Welt und zudem ihr Erhalter und Vollender. Besonders bemerkenswert ist die Aussage, nach der Gott die Erde wohnlich gestaltet hat. Hier wird etwas von Gottes Absicht deutlich. Er schafft dem Menschen Lebensraum: Denn so spricht der Herr, der die Himmel geschaffen, er, der alleinige Gott, ” ¨ der die Erde gebildet und der sie gemacht, der sie befestigt hat – nicht zur Ode hat er sie erschaffen, zum Wohnen hat er sie gebildet – : ich bin der Herr und keiner sonst.“ (Jesaja 45,18) Vor allem aber bereitet Gott eine Erde vor, auf der er selbst wohnen kann: Und das Wort ” ward Fleisch und wohnte unter uns.“ (Joh. 1,14a) Eine solche Aussage greift weit u ¨ber die Designer-Deutung hinaus. Pannenberg formuliert: So wenig diese Thesen [des Anthropischen Prinzips] einen spezifisch physika” lischen Erkl¨arungswert beanspruchen k¨onnen, so eindrucksvoll haben sie doch herausgearbeitet, dass das Universum de facto so eingerichtet ist, dass es den Bedingungen f¨ ur die Hervorbringung intelligenter Wesen gen¨ ugt. Theologische Interpretation darf u ¨ber diese Feststellung hinausgehen zu der Aussage, dass sich in diesem Sachverhalt die auf die Inkarnation des g¨ottlichen Logos in ¨ einem Menschen bezogene Okonomie des g¨ottlichen Sch¨opfungswerkes bekundet.“ [Pan91, S. 138]

28

Die Welt ist viel zu kompliziert in all ihren Teilen und Wechselbeziehungen, als dass man das allein ” dem Zufall zuschreiben k¨ onnte. Ich bin u ¨berzeugt, dass das bestehende Leben mit all seiner Ordnung in all seinen Organismen einfach viel zu gut zusammenpasst.“ 29 Das Wesen Gottes ist nicht irgendwo in naturwissenschaftlichen Entdeckungen zu finden. Dazu muss ” man sich an die Bibel wenden.“ [Lig90]

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