Zeit in Bibel und Physik – samt frühester Philosophie E-Book

Josef Mittermeier

• Herausgeber: R.G. Fischer Verlag
• Kategorie: Religion und Spiritualität
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2022

Seitenzahl: 584

Beschreibung

Die Physik von der Relativitätstheorie zur Quantenmechanik hat im letzten Jahrhundert unser Verständnis für das Wesen der Zeit erheblich erweitert. Die Autoren schildern Erkenntnisse, die der breiten Öffentlichkeit oft nicht bekannt sind. Diese werden im zweiten Teil dem Zeitverständnis der Bibel gegenübergestellt. Hierbei wird davon ausgegangen, dass der Gott der Bibel, »der Ewige«, souverän über der Zeit steht. Es zeigt sich, dass Bibel und moderne Physik das Wesen der Zeit weitaus ähnlicher sehen als viele denken. Im dritten Teil wird das Zeitverständnis frühgriechischer ­Philosophie analysiert. Viele ihrer Gedanken werden heute in der Physik diskutiert. Heraklit ist mit seinem »Alles fließt« nahe am sogenannten Zeitpfeil der Physik. Parmenides stellt fest: Das Seiende i s t, hinter dem Erfahrbaren bleibt alles zeitlich und räumlich unverändert. Parallelen zu biblischen Aussagen sind hier offensichtlich, aber auch neueste Erkennt­nisse der Physik tendieren in diese Richtung.

Leseprobe

Zu den Autoren:

Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Josef Mittermeier studierte allgemeine Physik an der Technischen Universität München und promovierte zum Dr.-Ing. im Fachgebiet Werkstoffwissenschaften. Er war in verschiedenen Management- und Geschäftsführungspositionen in den USA und in Deutschland tätig. Neben seiner beruflichen Tätigkeit beschäftigte er sich mit der Bibel und predigte in verschiedenen christlichen Gemeinden.

Dr. phil. Alfred Gerstenkorn studierte an der Ludwig-Maximilians-Universität München Germanistik, Linguistik und Slawistik und promovierte im Fachgebiet Germanistik. Dann war er in einer Großforschungseinrichtung als Abteilungsleiter für nationale und internationale Projekte mit begriffswissenschaftlich ausgerichteten Produkten wie Thesauri verantwortlich. Er erfüllte dabei 30 Lehraufträge an drei deutschen Universitäten. In den letzten Jahren beschäftigte er sich intensiv mit frühgriechischer Philosophie.

Josef Mittermeier undAlfred Gerstenkorn

Zeit in Bibel und Physik

samt frühester Philosophie

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek:

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar.

© 2022 bei den Autoren

Orber Str. 30, D-60386 Frankfurt/Main

Alle Rechte vorbehalten

Coverdesign und Infografiken: Nadine Huber, HUBER DESIGN, Neuötting

Schriftart: Garamond Pro

Herstellung: rgf/bf/1B

eISBN 978-3-8301-9516-0

Alles hat seine Zeit

Für alles gibt es eine Stunde.

Alles, was unter dem Himmel geschieht, hat seine Zeit.

Zeit zum Gebären und Zeit zum Sterben

Zeit zum Pflanzen und Zeit zum Ausreißen

Zeit zum Töten und Zeit zum Heilen

Zeit zum Niederreißen und Zeit zum Aufbauen

Zeit zum Weinen und Zeit zum Lachen

Zeit des Klagens und Zeit des Tanzens

Zeit, Steine zu werfen, und Zeit, Steine zu sammeln

Zeit, sich zu umarmen, und Zeit, sich loszulassen

Zeit zum Suchen und Zeit zum Verlieren

Zeit zum Aufheben und Zeit zum Wegwerfen

Zeit zum Zerreißen und Zeit zum Nähen

Zeit zum Schweigen und Zeit zum Reden

Zeit zum Lieben und Zeit zum Hassen

Zeit des Krieges und Zeit des Friedens

Prediger 3

Teil 1: Josef Mittermeier Zeit in Bibel und Physik

1.Einleitung

2.Physikalisches Weltbild im Wandel der Zeit

2.1.Entstehung der Naturwissenschaften

2.2.Klassische Mechanik, mechanistisches Weltbild

2.3.Thermodynamik, Entropie

2.4.Elektromagnetismus

2.4.1.Elektrizität und Magnetismus

2.4.2.Elektromagnetische Wellen

2.4.3.Zusammenfassung

2.5.Quantenmechanik

2.5.1.Einführung

2.5.2.Nicht-Realismus

2.5.3.Nicht-Lokalität, räumlich und zeitlich verschränkte Teilchen

2.5.4.Totaler Determinismus

2.5.5.Zusammenfassung

2.6.Relativitätstheorie

2.6.1.Spezielle Relativitätstheorie

2.6.2.Allgemeine Relativitätstheorie

2.6.3.Zusammenfassung

2.7.Astrophysik, Kosmologie

2.7.1.Einführung

2.7.2.Expandierendes Universum

2.7.3.Inflationäres Universum

2.7.4.Weltmodelle

2.7.5.Zusammenfassung

2.8.Quantenelektrodynamik

2.9.Elementarteilchenphysik

2.10.Superstringtheorie und Supergravitation

2.11.Diskrete Zeitmodelle

2.12.Physik zeitloser Zustände

2.13.Burkhard Heims Einheitliche Beschreibung der Welt

2.13.1.Einführung

2.13.2.Burkhard Heim, das (fast) vergessene Genie

2.13.3.Grundlagen der Heimschen Theorie

2.13.4.6-dimensionale Welt

2.13.5.»Proof of the pudding«

2.13.6.12-dimensionale Welt

2.13.7.Wie wirken höhere Dimensionen in die Raum-Zeit?

2.13.8.Veranschaulichung des Weltbildes von Burkhard Heim

2.13.9.Ist die sichtbare Welt nur ein Hologramm?

2.13.10. Bewusstsein, Körper und Seele

2.13.11. Prima causa

2.13.12. Zusammenfassung

2.14.Wie geht es weiter mit der Physik?

3.Authentizität der Bibel, wörtliche Deutung

4.Das Wesen Gottes

4.1.»Der Ewige«

4.2.Jesus Christus

4.3.Wesen der Engel

4.4.Angesicht Gottes, Gott ist Licht

5.Hinweise aus der Bibel und mögliche Deutungen aus der Physik

5.1.Gott steht über der Zeit

5.2.Gott steht über dem Raum

5.3.Prophetie als Brücke zwischen verschiedenen Zeiten

5.4.Die Zeit hat einen Anfang

5.5.Die Zeit hat ein Ende

5.6.Gottes Eingreifen in den Fortgang der Zeit

5.7.Im Anfang schuf Gott die Himmel und die Erde

5.8.Im Anfang schuf Gott

5.9.Himmel der Himmel

5.10.Größe des Weltalls, Weltall ist ausgespannt

5.11.Schöpfungsbericht: Zeitlicher Verlauf

5.12.Handelt der Schöpfungsbericht in der unsichtbaren Welt?

5.13.Sündenfall: Vertreibung aus dem Paradies

5.14.Handelt der Sündenfall in der unsichtbaren Welt?

5.15.Sintflut

5.16.Direkte Begegnungen mit Jahwe: Mose und Elija

5.17.Sparsamkeitsprinzip als Verbindung der letzten Kapitel

5.18.Ende des Universums

5.19.Zeit im Jenseits

5.20.Vorherbestimmung versus freier Wille

6.Fazit

7.Schlusswort

Teil 2: Alfred GerstenkornZeit in frühester Philosophie mit Blick auf Bibel und Physik

8.Einleitung

8.1.Lesehinweise

8.2.Welche Philosophen werden behandelt?

8.3.Wann ist die Bibel entstanden? Biblische Handschriften

8.4.Griechische Götter und Naturphilosophen

8.5.Xenophon: Über Vorsokratiker, Sophisten und Sokrates

9.Um 700 v. Chr.

9.1.Hesiod – Bauer, Dichter und Philosoph

9.2.Griechische Mythologie: Zur Entstehung der Welt und der Zeit

9.3.Jürgen Mittelstraß: Abschaffung der Götter?

10.6. Jh. v. Chr.

10.1.Die Milesier Thales, Anaximander und Anaximenes

10.1.1.Thales von Milet – Das Prinzip (Anfang) Wasser und Logos

10.1.2.Anaximander – Das Prinzip Apeiron

10.1.3.Anaximenes – Das Prinzip Luft (Aer), das Prinzip Apeiros

10.2.Fazit: Die Milesier (Milet)

11.6. und 5. Jh. v. Chr.

11.1.Pythagoras – Prinzipien: Zahlen und die unsterbliche Seele

11.2.Xenophanes: Der neue Gott über Göttern in Menschengestalt; Geologie statt Mythologie

11.3.Heraklit, Parmenides, Melissos

11.3.1.Heraklit – Das Prinzip Feuer und Logos. Alles fließt.

11.3.2.Parmenides − Das Seiende ändert sich nicht

11.3.3.Melissos: Ewig Seiendes muss auch räumlich unendlich sein

11.3.4.Fazit: Parmenides und Melissos

11.3.5.Parmenides, Melissos und Einstein

11.3.6.Fazit: Heraklit und Parmenides

11.3.7.Parmenides und Sprache – Das Ausgesprochene (Wort) des Gedankens (Begriff) vom Seienden (Objekt) – Vorlage für Aristoteles’ Dreiecksmodell der Sprache

11.3.8.Zenon aus Elea (ca. 500–490 bis 2. Hälfte des 5. Jh.) und Parmenides – Paradoxien wie die von Achilles und der Schildkröte

11.4.Empedokles – Die Prinzipien Wasser, Luft, Feuer, Erde sowie die Kontrahenten Liebe und Streit

11.5.Anaxagoras (um 500 bis 428) – Mischung und Scheidung; Nous

11.6.Die Atomisten Leukipp und Demokrit (Reiner Materialismus)

11.7.Die Bibel gegen Materialisten (s. o.) und Sophisten (s. u.)

11.8.Sophisten: Die Zeit der klassischen Aufklärung: Verkauf von Wissen an wissbegierige Demokraten. Protagoras und Gorgias

11.8.1.Protagoras – Von den Göttern zum Menschen als Maß aller Dinge

11.8.2.Gorgias – Rhetorik ist das höchste Gut

11.8.3.Störig: Warum haben die Sophisten verschiedene Ansichten?

11.8.4.Horn und Rapp: Wörterbuch der antiken Philosophie: sophistês

11.9.Fazit: Sophisten

12.5. und 4. Jh. v. Chr.

12.1.Platon – Die Welt der Ideen und die raum-zeitliche Welt; unsterbliche Seele

12.2.Platon und neue Wissenschaften: Lernen und Sprache

12.3.Aristoteles: Von den Ganzheiten zu den Einzelheiten

12.4.Platon und die Zeit; Abbilder

12.5.Abbilder in der Bibel

12.6.Zeit und Platons Idee des Guten; der Gute bei Jesus; Kants kategorischer Imperativ

12.7.Aristoteles: Vorlesungen über die Zeit

12.8.Aristoteles: Zeit, Bewegung und Gott

12.9.Platon und Aristoteles über Sprache und Zeit

13.Zeit in Philosophie, Physik und Bibel

13.1.Vier Fragen zur Zeit an die frühgriechischen Philosophen – ein spezieller vergleichender Überblick; Sicht aus der Physik

13.2.Die Zeit von der Naturphilosophie der alten Griechen zum Hyperraum der Quantenphysik; Sedlaceks Welt; Was sagt die Bibel?

13.3.Jürgen Audretsch: Physikalische Kosmologie II

13.4.Medard Kehl über Chaos und Kosmos: Das Ordnen des Chaos

13.5.Geordnete Erschaffung von Himmel, Erde und Mensch

13.6.Gottes und der Menschen Zeit und Zeiten

13.7.Gottes Geist und das Wort: »Ich bin bei euch alle Tage bis an der Welt Ende.« (Mt 28, 20)

14.Exkurse

14.1.Exkurs: Philosophie, Geschichte, Bibel

14.2.Exkurs: Zum Namen Gottes

14.3.Exkurs: Die dreiteilige Seele (Platon)

14.4.Exkurs: Lernen – Platon, Sprachwissenschaft, Neurobiologie

14.5.Exkurs: Ferdinand de Saussure – Vorstellung und Lautbild

14.6.Exkurs: Chomsky – Sprachkompetenz als generative Prozesse

14.7.Exkurs: Sprachlaute (Phoneme) – inklusive Platons »Lauten« – und ihr Zerfall in der Sprachgeschichte als Beweis gegen die Evolution

14.8.Exkurs: Klaus Mainzer über Demokrits Atomtheorie

14.9.Exkurs: Hierarchie

14.10.Exkurs: Götter in Menschengestalt (anthropomorph) – Menschen in Gottes Art (theotrop) (Vorschlag)

14.11.Exkurs: Redundanz und Pleonasmus; kontradiktorisch und konträr

15.Schluss

16.Literaturverzeichnis

17.Abbildungsverzeichnis

Teil 1

Josef Mittermeier Zeit in Bibel und Physik

1.Einleitung

In diesem Buch möchte ich mein Verständnis des Zeitbegriffs in einigen Facetten wiedergeben. Grundlage ist die physikalische Sichtweise der Zeit. Um hier einzutauchen, werde ich mich zunächst auf einen Streifzug durch die Wissenschaftsgeschichte begeben, insbesondere die Spezielle Relativitätstheorie, die Allgemeine Relativitätstheorie, die Quantenmechanik sowie die Kosmologie. Ich werde auf den mathematischen Apparat der Physiker fast vollständig verzichten.

Wie ich vom Physiker Stephen Hawking gelernt habe, halbiert jede Gleichung die Verkaufszahlen eines Buches. (Hawking, Eine kurze Geschichte der Zeit, 1988, S. 1) Nun, wer möchte schon ein Buch schreiben, das keiner liest?

Wer sich ausschließlich für die physikalische Sichtweise des Begriffs Zeit interessiert, der wird mein Buch wohl schnell zur Seite legen. Damit habe ich die Gruppe der möglichen Leser leider doch erheblich geschmälert. Aber damit muss ich wohl leben.

Dennoch habe ich ein paar Buchtipps für diese Gruppe von Personen:

–Spezielle und Allgemeine Relativitätstheorie

Einstein, A.: Über die Spezielle und die Allgemeine Relativitätstheorie (1969) Dieses klassische und sehr bekannte Werk ist auch für Nicht-Physiker geeignet. Das Lesen erfordert etwas Durchhaltevermögen. Aber es lohnt sich für jeden, der einen Einblick in die Relativitätstheorie gewinnen möchte.

–Quantenelektrodynamik

Feynman, R.: QED Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie (1992) Dies ist der »Klassiker der Quantenelektrodynamik«, brillant erzählt von einem der größten Physiker der letzten 100 Jahre.

–Astrophysik

Humboldt Astronomie Lexikon (1990)

Lexikon über viele Begriffe der Astronomie und Astrophysik – auch für Nicht-Physiker geeignet

–Urknalltheorie

Hawking, S.: Eine kurze Geschichte der Zeit (1988)

Ein sehr bekanntes Werk eines sehr bekannten, genialen Physikers. Absolut lesenswert!

Hawking, S.: Die illustrierte kurze Geschichte der Zeit (2000)

Populärwissenschaftliches Buch von Stephen Hawking aus dem Jahr 2000 und sozusagen eine Neuauflage des Buches »Eine kurze Geschichte der Zeit« mit einigen Ergänzungen. Gibt Einblick in Kosmologie, Relativitätstheorie und Quantenmechanik.

Von Stephen Hawking gibt es weitere, äußerst lesenswerte populärwissenschaftliche Bücher, die sich mit moderner Astrophysik, Relativitätstheorie, Quantenmechanik und Fragen nach dem Ursprung des Universums befassen:

Hawking, S.: Das Universum in der Nussschale (2004)

Populärwissenschaftliches Buch, gibt Einblick in die Welt der modernen Astrophysik und Kosmologie.

Hawking, S; Mlodinow, L.: Der große Entwurf (2011)

Dieses Buch behandelt Fragen zur Entstehung des Universums und enthält auch philosophische Gedanken hierzu.

–Kosmologie

Jeans, S. J.: The mysterious universe (1937)

Dieses populärwissenschaftliche Buch behandelt das Universum mit Referenzen zur Quantenphysik und Relativitätstheorie.

Alle o. g. Bücher sind auch für Nicht-Physiker geeignet, eine gewisse »Zähigkeit« wird Nicht-Physikern aber schon abverlangt, ähnlich ist es wohl auch bei diesem vorliegenden Buch. Ich werde gelegentlich aus oben genannten Büchern zitieren.

–Ganzheitliche Beschreibung der Welt nach Burkhard Heim

Den Theorien des relativ unbekannten deutschen Physikers Burkhard Heim habe ich in meinem Buch besonderen Raum eingeräumt. Burkhard Heim hat selbst einige Bücher geschrieben, die aber meist sehr anspruchsvoll und schwer zu lesen sind. Sie sind heute fast alle vergriffen. Interessierten Physikern möchte ich dringend die kostenfreien Online-Versionen empfehlen:

www.imagomundi.biz/bibliothek-2/#Burkhard_Heim

Ansonsten gibt es Sekundärliteratur über Heim, hierunter folgende empfehlenswerte Bücher:

von Ludwiger, Illobrand: Unsterblich in der 6-dimensionalen Welt; Das neue Weltbild des Physikers Burkhard Heim (2013)

Bechmann, Arnim: Zugänge zu Burkhard Heims Einheitlicher Beschreibung der Welt; Annäherungen und Mutmaßungen (2014)

Alle Autoren haben einen viel, viel größeren Namen als ich. Diese Bücher sind brillant. Ich werde nicht den Versuch unternehmen, hier noch etwas Wesentliches hinzuzufügen. Mein Buch behandelt neben der physikalischen Sichtweise auch Betrachtungen zum Thema »Zeit« durch die Bibel. Wer sich dafür interessiert, den möge dieses Buch bereichern und ihm helfen zu verstehen, dass Wissenschaft, speziell auch physikalische Theorien der letzten 150 Jahre, und Glaube auch im Hinblick auf den Begriff »Zeit« verblüffend gut zusammenpassen.

Hierbei gehe ich vom klassischen Verständnis aus, dass Gott über der Zeit steht, also nicht dem »Korsett der Zeit« unterworfen ist. Diese Vorstellung, die bereits der Kirchenvater Augustinus vertreten hat, wird bei wörtlicher Deutung der Bibel vielfach unterstützt, wie wir noch sehen werden.

Heute sagt wohl leider der »Mainstream«, dass Glaube und Wissenschaft einander fast diametral gegenüberstehen. Dies geht so weit, dass viele es als unvernünftig ansehen, noch an Gott zu glauben oder gar bibeltreuer Christ zu sein. Dem interessierten Leser möchte ich zwei Bücher empfehlen, die dieses Thema aufgreifen und die Bibel verteidigen:

1.Craig, W. K.: Theo:logisch (2017)

Dieses Buch spricht Leser an, die strukturiert und ein wenig abstrakt den Wahrheitsgehalt der Bibel unter die Lupe nehmen.

2.McDowell, J.: Die Tatsache der Auferstehung (1993)

Auch dieses Buch widerlegt verschiedene alternative Erklärungsmethoden der Auferstehung Christi und macht auf viele wichtige Tatsachen aufmerksam.

Und zum Thema Glaube versus Wissenschaft sei auf einen sehr interessanten Artikel von Roger Liebi hingewiesen:

Liebi, R.: Die Bibel – absolut glaubwürdig (2019)

Ich möchte noch auf ein sehr neues Buch hinweisen, das auch neuere Ergebnisse der Wissenschaften mit Aussagen der Bibel vergleicht sowie philosophische Aspekte einbezieht:

Leisenberg, W.: Die verbo(r)gene Wirklichkeit (2019)

Wolfgang Leisenberg wählt einen ähnlichen Ansatz wie auch im vorliegenden Buch beschrieben. Er ist jedoch thematisch breiter angelegt, während das vorliegende Buch speziell den Aspekt Zeit relativ tief zu ergründen sucht.

Folgende Kernaussagen werde ich in diesem Buch darstellen und vielfach untermauern:

1.Die Bibel sagt uns an sehr vielen Stellen, dass die Zeit einen »Anfang« und ein »Ende« hat.

Bei wörtlicher Interpretation sehe ich eine sehr enge Übereinstimmung mit der heutigen Standardtheorie der Kosmologie auf Basis der Speziellen und Allgemeinen Relativitätstheorie.

2.Die heutige Vorstellung des Urknalls und speziell das Inflationäre Universum werden in der Bibel in erstaunlich vielen Versen umschrieben – oder können zumindest so interpretiert werden.

Die biblische Aussage einer Schöpfung hat die heute von der überwiegenden Mehrzahl aller Wissenschaftler anerkannte Urknalltheorie »vorweggenommen«. Schließlich wurde die Bibel bereits lange vor der Formulierung der Urknalltheorie geschrieben.

Sogar in erstaunlichen Details gib es Übereinstimmung: So steht in Heb 11, 3 geschrieben, »[…] dass also das Sichtbare aus dem Unsichtbaren kam«.

Viele bibeltreue Christen werden die Urknalltheorie ablehnen. Ich möchte eine Interpretation wagen, die dies nicht tut – und trotzdem keine Aussagen der Bibel in irgendeiner Weise relativiert. Und viele Physiker werden wiederum die Bibel ablehnen.

Ich möchte Sie alle ermutigen, unvoreingenommen diesem Buch zu begegnen.

3.Wir werden uns den Schöpfungsbericht 1 Mos 1 ganz genau anschauen. Wir werden eine Fülle von Hinweisen darauf sehen, dass gerade die zeitliche Reihenfolge des Geschehens sehr gut mit heutigen wissenschaftlichen Modellen zusammenpasst.

4.Die Bibel sagt uns an sehr vielen Stellen, dass die Zeit nicht absolut, sondern vielmehr relativ ist. Auch hier ergibt eine wörtliche Interpretation eine sehr enge Übereinstimmung mit den Aussagen der Speziellen und Allgemeinen Relativitätstheorie.

5.In diesem Buch wird die These aufgestellt, dass in der Nähe Gottes die Zeit anders und insbesondere langsamer vergehen könnte. Zugegeben, dies werden viele Leser als »seltsamen Gedanken« sehen. Sie werden aber auch sehen, dass es bei wörtlicher Interpretation der Bibel viele Anhaltspunkte für diese These gibt. Mit ihr lassen sich viele der scheinbaren Widersprüche zwischen Bibel und Naturwissenschaften sehr gut auflösen:

–Der Schöpfungsbericht der Bibel – Gott schuf in 6 Tagen – könnte möglicherweise mit der Theorie in Einklang gebracht werden, dass das Universum ca. 13 Milliarden Jahre alt ist.

Aus physikalischer Sicht gibt es keine absolute Zeit, insofern müssen die 6-Tage-Schöpfung und ein 13 Milliarden Jahre altes Universum keineswegs ein Widerspruch sein. Es muss kein »entweder – oder« geben.

–Die Dauer der Sintflut von ca. 1 Jahr laut Bibelbericht könnte möglicherweise mit Erkenntnissen der Archäologen einer längeren Erdgeschichte in Einklang gebracht werden.

Auch hier erhebt dieses Buch keinesfalls den Anspruch, dass dies die einzige Interpretation ist.

6.Die Bibel sagt uns, dass Gott über der Zeit steht. Auch wenn wir uns das nicht vorstellen können, kommt die Physik mehr und mehr zu der Erkenntnis, dass es etwas »außerhalb von Raum und Zeit« geben muss. Speziell in einigen Teilbereichen der Physik, nämlich der Quantenmechanik, der Quantenelektromechanik sowie der Speziellen und der Allgemeinen Relativitätstheorie, wird das mehr und mehr offenbar. Viele Physiker sehen die Zeit als keine fundamentale physikalische Größe mehr, sondern vielmehr als eine Illusion.

7.Einige Konsequenzen der Quantenmechanik entziehen sich scheinbar unserer Logik, sind aber messbar und reproduzierbar. Wie wir sehen werden, eröffnen einige Aussagen der Bibel Wege zu neuen Interpretationen. (Bellsche Ungleichung, »Totaler Determinismus« – wir werden das später in Kapitel 2.5 erklären.)

Es ist erstaunlich, wie sich Grenzbereiche der Physik nahtlos anschließen an wörtliche Aussagen der Bibel.

Der Physiker Burkhard Heim hat nicht nur eine brillante physikalische Theorie aufgestellt, die experimentell bestätigt wurde. Er geht über die Grenzen der Physik hinaus und entwirft ein völlig neues Weltbild. Nach Heim existieren zusätzliche Dimensionen, von denen einige für uns unsichtbar sind. Sie sind zudem zeitlos und wirken auf eine mathematisch beschreibbare Weise auf die sichtbare Welt ein.

Die Heimsche Theorie ermöglicht uns ein Verständnis für unser Bewusstsein und die Wechselwirkung von Körper und Seele. Parallelen zu biblischen Aussagen drängen sich hierbei förmlich auf.

Ich nehme keineswegs in Anspruch, dass diese sieben Kernthesen die einzig mögliche Interpretation der Bibel sind. Es gibt natürlich einige andere Interpretationen. Gerade die wörtliche Interpretation der Bibel führt aber zu erstaunlichen Schlussfolgerungen.

Doch nach dem Motto »Eine Schwalbe macht noch keinen Sommer« wird der Leser sehen, dass o. g. sieben Kernthesen in erstaunlich vielfacher Weise von der Bibel gestützt werden. Der Leser möge sich seine eigene Meinung hierzu bilden.

Ich werde mich kritisch mit dem sogenannten Standardmodell der Kosmologie auseinandersetzen. Diese Theorie vermag inzwischen vieles zu erklären, weist aber auch eine Vielzahl an Erklärungslücken und Unstimmigkeiten auf. Wir sind sehr weit davon entfernt, das ganze Universum verstehen zu können.

2.Physikalisches Weltbild im Wandel der Zeit

2.1.Entstehung der Naturwissenschaften

Lassen Sie uns zunächst einige Kapitel der Physik erläutern. Ich werde nur auf Aspekte eingehen, die für dieses Buch relevant sind.

Heute ist oftmals in Vergessenheit geraten, wie die Naturwissenschaften entstanden sind. Die ersten Universitäten haben sich aus dem christlichen Bildungswesen und den Gedanken des mittelalterlichen Westeuropas gebildet. Naturwissenschaftliche Fakultäten haben – wie auch andere wissenschaftliche Fakultäten – ihren Ursprung in der Theologischen Fakultät. Die Suche nach Naturgesetzen war motiviert vom Gedanken: Es gibt einen Gesetzgeber, daher gibt es auch Naturgesetze. Deshalb verwundert es auch kaum, dass viele berühmte Physiker Christen waren. Es seien hier erwähnt: Isaak Newton, Johannes Kepler, Michael Faraday, Werner Heisenberg, Albert Einstein, Max Planck. Man könnte diese Reihe lange fortsetzen. All diese Physiker sahen keineswegs einen Widerspruch zwischen Bibel und Wissenschaft. Für sie passte beides sehr gut zusammen.

Heute glaubt dagegen der »Mainstream«, dass eine überwiegend wörtliche Auslegung der Bibel mit Erkenntnissen der modernen Wissenschaften im Widerspruch steht. Hier ist die Evolutionslehre im Vergleich zu dem Schöpfungsbericht der Bibel zu nennen. In der Physik scheint wohl der eklatanteste Widerspruch zu sein, dass die Bibel eine 6-Tage-Schöpfung beschreibt, im Vergleich dazu aber Kosmologen etwa 13,7 Milliarden Jahre als Alter des Weltalls ansetzen. Wir beschäftigen uns auch mit dieser Fragestellung.

Der berühmte Physiker Isaac Newton ist fest von einer absoluten Zeit ausgegangen. Dies entspricht auch dem, wie wir die Zeit »begreifen«, wie wir sie im Alltag erleben. Interessant ist, dass die Absolutheit der Zeit mit den Erkenntnissen der Relativitätstheorie nicht mehr haltbar ist. Und so lässt die Physik und insbesondere die Relativitätstheorie auch Ansätze zu, dass sowohl der 6-Tage-Schöpfungsbericht als auch das Alter des Kosmos mit 13,7 Mrd. Jahren wissenschaftlich kein Widerspruch sein müssen.

Werfen wir noch einen Blick auf physikalische Gesetze und physikalische Theorien im Allgemeinen. Ein physikalisches Gesetz oder eine Theorie muss natürlich die Wirklichkeit korrekt beschreiben. D. h., in Experimenten, die jederzeit reproduzierbar sind, muss sich das Gesetz als zutreffend herausstellen. Je mehr verschiedene Beobachtungen das Gesetz stützen, desto mehr glauben wir an die Gesetzmäßigkeit.

Nehmen wir als Beispiel die sogenannten Erhaltungssätze wie Energieerhaltung oder Impulserhaltung. Diese wurden auch in Jahrtausenden nicht revidiert. Selbst bei noch so verschiedenen Theorien wie der Quantenmechanik oder der Relativitätstheorie wurden bis dato nie Abweichungen experimentell bestätigt. Über die gesamte Wissenschaftsgeschichte gab es keine belegbaren Abweichungen von diesen Erhaltungssätzen. Das gibt uns ein enormes Vertrauen in diese Gesetze.

Wenn ein Physiker in Experimenten Phänomene sähe, die den Erhaltungssätzen zu widersprechen scheinen, würde er das wahrscheinlich nicht sofort »in die Welt hinausposaunen«. Er würde erst versuchen, andere Erklärungen zu finden, bei denen Erhaltungssätze nicht verletzt werden. Erst wenn er sich ganz sicher wäre, würde er sein Experiment und die Ergebnisse vorstellen. Nun, um genau zu sein: Es gibt immer wieder mal Publikationen, die eine Verletzung der Erhaltungssätze beschreiben. Bis dato wurde dies alles aber widerlegt bzw. keines der Ergebnisse konnte reproduziert werden. Man wünschte manchem wissenschaftlich interessierten Menschen gelegentlich, dass man die gleiche Herangehensweise bei der Bibel und insbesondere der wörtlichen Auslegung der Bibel an den Tag lege.

Die Aussagen der Bibel wurden in fast zweitausend Jahren seit ihrer Fertigstellung nicht widerlegt. Warum nur sind wir so schnell damit, eine wörtliche Interpretation der Bibel auszuschließen? Warum suchen wir nicht zumindest nach Erklärungen für scheinbare Widersprüche? Ich jedenfalls kann keine Widersprüche erkennen und sehe sogar eine erstaunlich große Übereinstimmung der Bibel mit dem heutigen Stand der Wissenschaften.

Wenn der Leser dieser Frage aufgeschlossen gegenübersteht, wird er in diesem Buch vielleicht einige Gedanken finden, die ihm bis dato noch nicht in den Sinn gekommen sind. Wir werden uns in Kapitel 5 ausführlich mit dieser Frage beschäftigen.

2.2.Klassische Mechanik, mechanistisches Weltbild

Beginnen wir einen kleinen Exkurs in die Physik, speziell in die klassische Mechanik, auch Newtonsche Mechanik genannt. Sie ist ein Teilgebiet der Physik, das sich mit der Bewegung von festen, flüssigen oder gasförmigen Körpern unter dem Einfluss von Kräften befasst.

Als klassisches Beispiel soll uns der freie Fall dienen – also die Bewegung eines Körpers unter dem Einfluss der Schwerkraft. Um es anschaulicher zu machen: Stellen Sie sich einen fallenden Apfel vor. Hier gibt es eine sehr einfache Bewegungsgleichung:

Hierbei ist y die zurückgelegte Strecke des fallenden Körpers, g steht für die Fallbeschleunigung und t für die Zeit.

Die Erdbeschleunigung beträgt in Deutschland etwa 9,81 m/s2.

Wenn ein Apfel fällt, ändert sich die Position mit der Zeit. Diese Änderung der Position mit der Zeit bezeichnet man als Geschwindigkeit.

Auch die Geschwindigkeit ändert sich mit der Zeit – der Apfel wird immer schneller. Die Änderung der Geschwindigkeit mit der Zeit ist nun aber konstant, und zwar 9,81 m/s2.

Das macht es so kinderleicht, den Fallvorgang mit einer Formel zu beschreiben: Es gibt nämlich nur noch zwei »Variable« in der Gleichung: die zurückgelegte Strecke y und die Zeit t. Bei jeder Zeit t kann man somit die zurückgelegte Strecke y sehr einfach berechnen.

Wenn z. B. der Apfel 2 Sekunden fällt, so legt er eine Strecke von ½ * 9,81m/s2 * (2s)2

zurück, also 19,62 m.

Es ist erstaunlich, was wir alles mit dieser einfachen Gleichung beschreiben können. Zunächst einmal sei das sogenannte Zweite Newtonsche Gesetz erwähnt: »Die Änderung der Bewegung ist der Einwirkung der bewegenden Kraft proportional und geschieht nach der Richtung derjenigen geraden Linie, nach welcher jene Kraft wirkt.«

Dies zeigt uns schon, wie Ursache und Wirkung in der klassischen Mechanik zusammenhängen: Eine Kraft verursacht eine Änderung der Bewegung. Es ist erstaunlich, wie einfach die Gleichung ist – ein erster Eindruck der Schönheit der Physik! Es gibt nur eine Konstante und eine Variable auf der rechten Seite der Gleichung. Und trotzdem beschreibt die Gleichung präzise, wie sich der Apfel im freien Fall verhält.

Die Gleichung wäre übrigens sinnlos, wenn es andere Variablen gäbe, die hier eine Rolle spielten, z. B. die Dichte des Apfels. Die Dichte spielt überhaupt keine Rolle, ein großer Apfel fällt wie ein kleiner Apfel. Wenn ein roter oder grüner Apfel verschieden schnell fallen würde, könnte man ein derartiges einfaches Gesetz auch nicht anwenden.

Aber auch die Masse des Apfels spielt keine Rolle. Wir denken hierüber oft wenig nach. Doch bei näherem Hinsehen ist das schon ziemlich erstaunlich.

Immer wenn auf einen Körper eine Kraft F einwirkt, führt dies zu einer Beschleunigung a.

Die Kraft F ist proportional der »trägen Masse« mt (der Index t steht für träge).

Diese Gleichung ist auch Inhalt des sogenannten zweiten Newtonschen Gesetzes.

Nun, beim Fall des Apfels ist die Kraft die Schwerkraft, die auf die »schwere Masse« ms einwirkt (s steht für schwer).

Im Grunde scheint die Trägheit einer Masse und die Schwere einer Masse dem Wesen nach etwas Grundverschiedenes zu sein. Und trotzdem hat die Natur es so eingerichtet, dass sie immer gleich sind. Mit anderen Worten: Bei höherer Masse wirkt auf den Apfel eine höhere Schwerkraft. Aber auch die Trägheit ist höher, so dass der Fall des Apfels unabhängig von der Masse ist.

Mit diesem Zusammenhang ist bereits der Grundstein gelegt für die Allgemeine Relativitätstheorie, mit der wir uns etwas später beschäftigen wollen. Nicht schlecht also, was so ein einfaches Bewegungsgesetz beim näheren Hinschauen alles offenbart, oder?

Etwas Anderes ist auch klar: Das Bewegungsgesetz wäre sinnlos, wenn die Zeit nicht absolut wäre. Wenn jeder Beobachter eine andere Zeit hat, könnte das Bewegungsgesetz so nicht gelten. Auch hierauf werde ich im Rahmen der Speziellen Relativitätstheorie noch zurückkommen.

Übrigens kann der Vorgang – wie alle Vorgänge in der klassischen Mechanik – auch in die andere Richtung verlaufen. Auch das ist eine bemerkenswerte Sache, über die wir meist wenig nachdenken.

Wir werfen den Apfel mit einer Anfangsgeschwindigkeit senkrecht nach oben. Dann wird er in Folge seiner Schwerkraft gebremst. Das kann man ganz einfach mit folgender Erweiterung darstellen:

Hierbei bezeichnet die sogenannte Anfangsgeschwindigkeit. Und wenn man das noch allgemeingültiger formulieren möchte, erhält man folgende Gleichung:

Hierbei bezeichnet y0 die Anfangsposition.v0 und y0 bezeichnet man als »Anfangsbedingungen«. Kennt man die Anfangsbedingungen v0 und y0, so ist die Bewegung unter dem Einfluss der konstanten Schwerkraft vollständig beschrieben.

Und schließlich kann uns diese einfache Bewegungsgleichung bereits einen Hinweis auf den Umgang mit verschiedenen Dimensionen geben. Offensichtlich fällt der Apfel in einer Richtung. Damit kann man das Bewegungsgesetz eindimensional formulieren. Das macht die ganze Sache ziemlich einfach. Man muss nur eine Richtung betrachten.

Nun, das ist natürlich nicht immer so: Es gibt offensichtlich auch zweidimensionale oder dreidimensionale Bewegungen. Nur weil der Fall des Apfels eindimensional beschrieben werden kann, heißt das nicht, dass es nicht mehr Dimensionen gäbe.

Und würde man die Physik und Mathematik nur auf eine Dimension beschränken, könnten wir viele Gesetze nicht erkennen.

Betrachten wir folgendes Gedankenexperiment: Ein Zug fährt mit konstanter Geschwindigkeit in eine Richtung, die wir mit x bezeichnen wollen. Ein Passagier lässt einen Apfel fallen, die Richtung sei mit y benannt. Für den Betrachter im Zug folgt der Apfel dem bereits beschriebenen Gesetz. Dies ist im linken Teil der Abbildung 1 dargestellt: Links oben startend, fällt der Apfel in einer Linie nach unten.

Die verschiedenen Punkte zeigen die Position des Apfels nach jedem gleichen Zeitintervall. Je weiter sich der Apfel nach unten bewegt, desto größer werden die Abstände zwischen je einem Zeitintervall, weil der Apfel sich immer schneller bewegt.

Abbildung 1: Bahnkurve des Apfels

Ein am Bahnsteig stehender Beobachter sieht den Apfel auch in y-Richtung beschleunigen, aber in x-Richtung mit konstanter Geschwindigkeit bewegt.

Zur Veranschaulichung ist dies in der Bahnkurve im rechten Teil der Abbildung 1 dargestellt.

Die Bahnkurve des Apfels lässt sich für ihn nur zweidimensional beschreiben. Sie sieht für ihn aus wie eine halbe Parabel. In diesem Fall können die Bewegung in x und die Bewegung in y völlig unabhängig betrachtet werden. Da die Schwerkraft konstant ist, spielt es für die y-Bewegung keine Rolle, an welcher x-Position sich der Betrachter im Zug gerade befindet. Man kann sagen: x- und y-Bewegung sind nicht gekoppelt. Wir werden später hierauf zurückkommen.

Noch ein Aspekt ist interessant: Alle Gleichungen funktionieren auch weiterhin, wenn man die Zeit t durch –t ersetzt. D. h., würde die Zeit rückwärts laufen, ergäbe sich dieselbe Parabel.

Man stelle sich z. B. vor, der Passagier läge am Boden und würde den Apfel senkrecht nach oben werfen. Dann läuft das Ereignis rückwärts ab: Die Bahnkurve des Apfels ist wieder eine Parabel. Der Apfel hat beim Abwurf eine hohe Geschwindigkeit und wird bei der Bewegung nach oben hin immer langsamer, bis seine Geschwindigkeit schließlich Null ist. Dies ist zunächst völlig unabhängig davon, dass wir aus Erfahrung wissen, dass die Zeit immer nur in eine Richtung läuft. Aber Erfahrung kann täuschen – wir werden später näher hierauf eingehen.

Kommen wir zu Beispielen der Himmelsmechanik, eines Teilgebiets der klassischen Mechanik.

Johannes Kepler hat die Planetenbewegungen studiert und dabei auf präzise Messungen von Tycho Brahe zurückgegriffen. Anfang des 17. Jahrhunderts hat er u. a. herausgefunden, dass ein Planet die Sonne in Form einer Ellipse umkreist, die Sonne befindet sich im Brennpunkt der Ellipse.

Abbildung 2: Planetenbahn

Quelle: Horst Frank, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Jahreszeiten99_DE2.jpg (CC BY-SA 3.0)

Damit konnte man das geozentrische Weltbild (Sonne umkreist Erde) widerlegen, und das heliozentrische Weltbild (Erde umkreist Sonne) war bewiesen. Präziser gesagt umkreist übrigens nicht die Erde die Sonne, sondern Sonne und Erde umkreisen ihren gemeinsamen Schwerpunkt. Weil die Sonne aber um ein Vielfaches schwerer ist als die Erde, liegt dieser Schwerpunkt sehr nahe am Zentrum der Sonne. Ja, hier finden wir wieder ein Beispiel für die Schönheit und Einfachheit der physikalischen Gesetze – was für ein Triumph der Physik!

Übrigens ist auch diese Bewegung in die andere Richtung möglich: Der Planet bleibt auf derselben Ellipse, dreht sich aber im entgegengesetzten Uhrzeigersinn um die Sonne. Formell lässt sich die Bewegungsumkehr dadurch beschreiben, dass die Zeit rückwärts läuft. Auch hier finden wir die Symmetrie des Bewegungsgesetzes.

Gegen Ende des 17. Jahrhunderts war es Isaac Newton, der das Ganze auf eine noch einfachere Grundlage zurückführte, das Gravitationsgesetz. Gemäß dem Gravitationsgesetz ziehen sich zwei Körper der Massen m1 und m2 mit einer Kraft an, die umgekehrt proportional ihrem Abstand r2 ist:

Abbildung 3: Gravitationsgesetz

Newton konnte zeigen, dass die elliptischen Planetenbahnen mit dem Gravitationsgesetz hergeleitet werden können. Dazu braucht es allerdings schon etwas Mathematik, und ich möchte hierauf verzichten. Wiederum: Was für eine Schönheit und Einfachheit der Gesetze, aber auch was für ein Triumph der Physik!

Im Gegensatz zu unserem einfachen Beispiel mit dem fallenden Apfel im Zug sehen wir nun eine Kopplung von x und y. Stellen wir uns in Abbildung 2 zwei Achsen in x und y vor. Dann hängt es von den Koordinaten x und y des Planeten ab, wie weit er von der Sonne entfernt ist und welche Kräfte entsprechend wirken. In diesem Sinne sind x und y gekoppelt.

Es ist unmöglich, die Planetenbahn nur in einer Dimension x oder einer Dimension y physikalisch richtig zu beschreiben. Aber man braucht zur physikalischen Beschreibung zumindest nicht drei Dimensionen.

Insofern ist der Beweis erbracht, dass es eine weitere Dimension als nur eine »geben muss«, weil sich sonst der Lauf der Dinge nicht in physikalischen Gesetzen beschreiben lässt. Diese Betrachtungsweise wird uns später bei der Beschreibung der vierdimensionalen Raum-Zeit wieder begegnen.

Interessant ist auch, dass der Fall des Apfels in einer Dimension ein »Spezialfall« der Planetenbahn ist: Hätte ein Planet nur eine Geschwindigkeitskomponente, die der Richtung der Gravitationskraft zur Sonne entspricht, würde er nur zur Sonne hin »fallen« und seine Bewegung könnte eindimensional beschrieben werden. Auch diesen Zusammenhang werden wir später wieder aufgreifen:

Auch in der vierdimensionalen Raum-Zeit kann man sehr viele Gesetze auf den dreidimensionalen Raum reduzieren. Die »Kopplung« von Raum und Zeit zeigt sich nur im Bereich von Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit, also 299.792.458 m/s.

Da in unserer Alltagswelt so hohe Geschwindigkeiten nie vorkommen, »brauchen« wir die vierte Dimension nicht, um uns darin zurechtzufinden. Es ist sogar so, dass wir uns vier Dimensionen nicht vorstellen können. Ich kenne übrigens niemanden, der sich vier Dimensionen vorstellen kann. Selbst den intelligentesten Menschen gelingt das nicht. Auch Albert Einstein machte hier keine Ausnahme. Wir Menschen sind beschränkt, und dies ist ein gutes Beispiel hierfür.

Letztendlich hat das Verständnis der Mechanik zu einem mechanistischen Weltbild und später einem deterministischen Weltbild geführt. Man kann den Gedanken so formulieren: Kennt man alle Randbedingungen eines Systems (Richtung und Geschwindigkeit aller Körper), kann man den weiteren Verlauf der Bewegungen präzise vorhersagen. Man nennt dies Determinismus. Weil sich die Planetenbewegungen durch die Keplerschen Gesetzte präzise vorhersagen ließen, meinten viele, dass das nun auf alles übertragbar wäre.

Dies wird gelegentlich von Atheisten aufgegriffen: Wenn alles vorausbestimmt ist, wozu dann noch einen Gott? Das lässt sich – an Überheblichkeit kaum zu übertreffen – auch auf den Menschen übertragen: Die menschlichen Gedanken seien ja auch nur Austausch von elektrischen Impulsen etc. Das hat alles seine physikalischen Randbedingungen. Deshalb gäbe es auch keinen freien Willen. Auf diesen Zug sind dann auch verschiedene Philosophen aufgesprungen.

Nun, der Determinismus ist in dieser Form in der modernen Physik längst widerlegt. Wir werden dies später im Rahmen des Kapitels 2.5 über die Quantenmechanik sehen.

2.3.Thermodynamik, Entropie

Für das weitere Verständnis einiger Aspekte der Kosmologie müssen wir zunächst auf wenige Grundlagen der Thermodynamik (Wärmelehre) eingehen. In diesem und den folgenden Kapiteln aus der Physik braucht man ggf. ein wenig »Zähigkeit« beim Lesen. Dies gilt insbesondere dann, wenn man sich bislang wenig mit Physik beschäftigt hat. Deshalb werde ich die wesentlichen Aussagen jeweils am Ende dieser Kapitel zusammenfassen. Man kann also auch ein Kapitel überspringen und lediglich die Zusammenfassung am Ende dieses Kapitels lesen.

Zunächst einmal sei der erste Hauptsatz der Thermodynamik (Energieerhaltungssatz) erwähnt. Er sagt aus, dass die Energie eines abgeschlossenen Systems immer konstant ist.

Ein abgeschlossenes System ist ein System ohne Wechselwirkung mit seiner Umgebung. Energie kann umgewandelt werden, z. B. von potenzieller Energie (Höhenenergie aufgrund der Höhe im Schwerefeld) zu kinetischer Energie (Bewegungsenergie), wie wir es am Beispiel eines fallenden Apfels im letzten Kapitel gesehen haben. Auch die Umkreisung der Planeten um die Sonne in einer Ellipse ist nichts anderes als der immer wiederkehrende Wechsel von potenzieller zu kinetischer Energie.

Es ist nie irgendeine Verletzung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik beobachtet worden. Dies gilt in allen Bereichen der Physik, also auch der Quantenmechanik, und die Elementarteilchenphysik macht hiervon keine Ausnahme. Dies gilt aber auch in der Kosmologie, denn es ist natürlich naheliegend, den Kosmos als abgeschlossenes System anzusehen. Falls dem nicht so wäre, von woher sollte die Energie dann stammen? Hierauf werden wir später genauer eingehen.

Für uns von Bedeutung ist auch der zweite Hauptsatz der Thermodynamik. Man kann ihn wie folgt formulieren:

»Wärme kann nicht von selbst von einem Körper niedriger Temperatur auf einen Körper höherer Temperatur übergehen.«

Dies ist einleuchtend und entspricht unserer Alltagserfahrung.

Eine hiermit äquivalente (gleichwertige) Formulierung auf Teilchenebene lautet:

»In einem geschlossenen adiabatischen System kann die Entropie nicht abnehmen, sie nimmt in der Regel zu. Nur bei reversiblen Prozessen bleibt sie konstant.«

Ein adiabatisches System ist ein perfekt thermisch isoliertes System, also Wärme gelangt weder in das System hinein noch aus dem System heraus. Natürlich kann man davon ausgehen, dass das Universum ein adiabatisches System ist. Woher auch sollte Wärme zugeführt oder wohin ausgeführt werden?

Mit Entropie ist das Maß für die Unordnung eines Systems gemeint. Etwas umgangssprachlich könnte man das so beschreiben: Wenn ein Stapel Papier auf einem Schreibtisch gestapelt ist, ist das Arbeitszimmer aufgeräumt. Es herrscht eine hohe Ordnung. Verteilt sich der Stapel Papier aber – z. B. aufgrund eines Windstoßes – chaotisch auf dem Boden, dann ist die Unordnung, also die Entropie angewachsen. Man muss einigen Aufwand reinstecken, um aus dem gleichmäßigen, ungeordneten Zustand wieder in einen strukturierten, geordneten zu kommen.

Wir betrachten nun folgendes Beispiel: Ein Gas nimmt einen bestimmten Raum ein – siehe Abbildung 4, obere drei Würfel. Vergrößert man den Raum (Abfolge nach rechts), wird das Gas den größeren Raum einnehmen. Damit hat das System seine Unordnung vergrößert. Das Gas wird sich von sich aus nicht mehr in einen kleinen Raumanteil zurückziehen.

Natürlich kann man den Ausgangszustand wiederherstellen, indem man das Gas komprimiert. Dazu muss man aber von außen Kraft aufwenden und Arbeit hineinstecken.

Abbildung 4: Entropie

Überträgt man diese Überlegung nun auf die Kosmologie, so muss man auch noch die Gravitationskraft berücksichtigen. Sie führt zur Aggregation in bestimmten Regionen. Diese Aggregationen verteilen sich wieder unregelmäßig im Raum. Man erhält den Verlauf der unteren drei Würfel in Abbildung 4.

Ein bisschen kann man sich ein System hoher Ordnung als den Zustand einer aufgezogenen Uhr vorstellen. Auf die Kosmologie angewandt: Beim Urknall gab es ein System hoher Ordnung. Durch die Ausdehnung des Universums hat dann die Unordnung zugenommen.

Es gibt noch einen anderen Aspekt: Nach dem Urknall waren zunächst nur die leichten Teilchen wie Wasserstoff und Helium vorhanden. Hätte es nur schwerere Teilchen gegeben, wäre später auch keine Kernfusion mehr möglich gewesen. Und allem Leben der Erde wäre die Energiequelle entzogen gewesen, also der gewaltige Fusionsreaktor, den wir Sonne nennen. Man vergisst diese Zusammenhänge gerne, wenn man vom Urknall spricht: Das war alles andere als ein »chaotisches Ereignis«: Es war ein Zustand höchster Ordnung!

Und wenn das Universum ein abgeschlossenes adiabatisches System ist, dann nimmt die Entropie immer weiter zu. Irgendwann ist das gesamte »Kraftstoffreservoir« aufgebraucht. Dann sind keine Ereignisse mehr möglich. Es ist kein Stoffwechsel mehr möglich. Es ist auch kein Leben mehr möglich. Die Physiker sprechen vom »Kältetod«. Dies ist unvermeidlich. Die »aufgezogene Uhr« ist dann abgelaufen.

Man hört manchmal vom »Kreislauf der Geburt der Sterne bis zum Sternentod und schließlich der Geburt neuer Sterne«. Das ist zumindest irreführend. Wenn eine Sonne ihren Treibstoff verbraucht hat, wird sie unter dem Druck ihrer Schwerkraft zusammenbrechen. Sie wird vielleicht mit einer Supernova noch einmal riesige Energiemengen freisetzen. Doch all die schweren Elemente, die sie abstößt, können keine weitere Fusion in Gang setzen. Es ist wie Asche, die man nicht nochmal verbrennen kann.

Schließlich spielt die Zunahme der Entropie auch eine entscheidende, ja, die entscheidende Rolle beim klassischen Verständnis der Zeit für die Physik.

Wir haben bereits im letzten Kapitel gesehen, dass sich die klassische Physik durch eine Zeitsymmetrie auszeichnet. Ersetzt man die zeitliche Variable t in einer Gleichung durch –t, so erhält man Bewegungen, die nicht weiter auffällig sind. Sie entsprechen unserer Alltagserfahrung.

Würde man z. B. die Bewegung eines Planeten um unsere Sonne in einem rückwärts laufenden Film ansehen, fiele uns das gar nicht auf.

Trotzdem würden wir bei einem Film mit etwas mehr Ereignissen aus dem Alltag sehr schnell sehen, dass er rückwärts läuft.

Ein Beispiel: Eine Glasvase fällt zu Boden und zerspringt. Sieht man sich das in einem rückwärts laufenden Film an, so würden sich viele Scherben zielgenau treffen, wie Puzzles. Daraus würde eine unversehrte Glasvase entstehen. Das würde einem in diesem Film sofort auffallen. Aber warum ist das so? Es liegt schlicht daran, dass die intakte Glasvase eine höhere Ordnung aufweist als die auf dem Boden liegenden Glasscherben.

Man kann das auch über die Statistik erklären: Beim Zerspringen einer Glasvase gibt es sehr, sehr viele Möglichkeiten, wie die Scherben am Boden zu liegen kommen. Wollte man aus Glasscherben wieder eine Vase entstehen lassen, müssten sich alle Scherben mit je einer bestimmten Richtung und Geschwindigkeit und einem bestimmten Drehimpuls aufeinander zu bewegen, und das auch noch mit einer sehr, sehr hohen Genauigkeit. Es gibt nur diesen einen »Pfad«. Statistisch gesehen ist dies praktisch beliebig unwahrscheinlich.

Unser subjektives Zeitempfinden ist also eng mit der Zunahme der Entropie, also der Unordnung verbunden. Wir empfinden den sogenannten »Zeitpfeil« als immer in eine Richtung laufend: Von der Vergangenheit über die Gegenwart in die Zukunft.

Wenn man diesen Gedanken nun auf das Weltall überträgt, kommt man zu folgendem Schluss: Wir steuern unausweichlich dem »Kältetod« zu, einem Zustand maximaler Unordnung. Danach können keine Ereignisse mehr stattfinden, denn es gibt keinen Antrieb mehr hierfür. Die »aufgezogene Feder« hat sich völlig entspannt und trägt keine Energie mehr.

Physiker gehen davon aus, dass in diesem Zustand Zeit nicht mehr existiert. Dies ist logisch, denn wenn Entropie nicht mehr ansteigt, gibt es nichts, was man mit einer Zeitrichtung würde korrelieren können. (Zeitpfeil, 2019)

Zusammenfassung

1.Bei irreversiblen (nicht umkehrbaren) Vorgängen steigt die Entropie an – ein Maß für die Unordnung eines Systems.

2.Die Zunahme der Entropie ist der physikalische Vorgang, mit dem wir auf makroskopischer Ebene Zeit korrelieren können.

3.Ist die Entropie eines Systems maximiert, können keine irreversiblen Vorgänge mehr stattfinden. Dadurch kann man auch keine Zeit mehr definieren.

2.4.Elektromagnetismus

2.4.1.Elektrizität und Magnetismus

Heute sind wir im Alltag von verschiedensten Anwendungen des Elektromagnetismus umgeben. Ohne diese Anwendungen gäbe es keinen Strom, keine elektrischen Verbraucher, keinen Handyempfang etc., etc. Für die Jüngeren mag das fast wie »Steinzeit« klingen. Dabei vergessen wir leicht, dass erst in den letzten etwa 300 Jahren die Gesetze des Elektromagnetismus entschlüsselt wurden. Selbstverständlich ist hieraus eine unglaubliche Fülle von Anwendungen hervorgegangen, die unser Umfeld gravierend verändert haben.

Alle uns bekannten Lebewesen haben einiges gemeinsam: Sie bestehen größtenteils aus Wasser, haben Zellen, Zellkerne, DNA etc. Jedwede Computer, Handys, Künstliche Intelligenzen etc. sind durch elektrischen Strom »angetrieben«. Das ist ihre Gemeinsamkeit.

Schauen wir kurz zurück in die Geschichte des Elektromagnetismus: Im Jahr 1780 stellte der italienische Arzt Luigi Galvani fest, dass Froschbeine bei Kontakt mit Kupfer und Eisen zuckten. Das war der Impuls zur Erfindung der ersten Batterien von Alessandro Volta im Jahr 1800.

Die weitere experimentelle Erforschung elektrischer und magnetischer Phänomene ist unzertrennlich mit dem Namen Michael Faraday verbunden. Michael Faraday gilt als einer der bedeutendsten Experimentalphysiker überhaupt. Er war übrigens auch ein Christ, wie die meisten Naturwissenschaftler zu dieser Zeit. Als Chemiker erforschte er zunächst die Elektrolyse. Bekannt sind die nach ihm benannten Faradayschen Gesetze.

In den Jahren 1831 bis 1838 entdeckte Michael Faraday die »elektromagnetische Induktion«, also die Erzeugung von Elektrizität durch Magnetismus. Dies ist die Grundlage eines Dynamos.

Aber mit bewegten elektrischen Ladungen lassen sich auch Magnetfelder erzeugen. Dies nutzt man z. B. für Elektromotoren. Die Erkenntnis, dass elektrische und magnetische Effekte sozusagen »zwei Seiten einer Medaille« sind, geht auf Michael Faraday zurück.

Etwas später konnte James Maxwell alle entdeckten elektrischen und magnetischen Phänomene auf vier Gleichungen zurückführen, die sogenannten »Maxwellschen Gleichungen«. Man darf sie als eine der größten Errungenschaften der Physik bezeichnen – auch ein Ausdruck der Schönheit und Einfachheit der Physik!

Übrigens sind auch die Maxwellschen Gleichungen symmetrisch bez. der Zeitumkehr. Nachdem wir hierfür schon einige Beispiele gesehen haben, stellt sich die Frage, ob alle unsere bekannten physikalischen Gesetze diese Eigenschaft haben. Die Antwort lautet: In der »Alltagsphysik« ist das immer so.

Kommen wir kurz auf unsere Betrachtungen der Dimensionen aus Kapitel 2.2 zurück: Die Maxwellschen Gleichungen lassen sich – bis auf einige triviale Sonderfälle – nur in dreidimensionalen Gleichungen beschreiben.

Eine einfache Veranschaulichung hierfür ist die sogenannte »Drei-Finger-Regel« oder »Linke-Hand-Regel« – siehe Abbildung 5.

Abbildung 5: Drei-Finger-Regel

Fließt der Strom (in Form von Elektronen) z. B. in einem Leiter in einer Richtung x und ist ein Magnetfeld in Richtung y gegeben, so wird eine Kraft in Richtung z erzeugt, die sogenannte Lorentzkraft.

Hiermit kann man z. B. das Wirkprinzip eines elektrischen Motors relativ leicht erklären. Die Mathematik dahinter beruht auf Vektoren. Vektoren zeigen nicht nur den Wert an, sondern auch eine Richtung. Ein Geschwindigkeitsvektor zeigt beispielsweise an, wie hoch die Geschwindigkeit ist, aber auch, in welche Richtung die Bewegung erfolgt.

Wenn man die elektrische Feldstärke an einem beliebigen Ort im Raum charakterisieren will, braucht man neben der Stärke auch die Richtung des elektrischen Feldes. So kann das elektrische Feld E Komponenten in alle drei Raumrichtungen haben. Diese Komponenten sind entsprechend Ex, Ey und Ez. Mit diesen Komponenten ist die Richtung der elektrischen Feldstärke E eindeutig definiert.

Und Gleichungen mit Vektoren werden somit dreidimensionale Gleichungen. In dieser Form sind die vier Maxwellschen Gleichungen auch mit wenigen Symbolen beschreibbar. Es sei hier noch einmal auf die Einfachheit und Schönheit der physikalischen Gesetze hingewiesen!

2.4.2.Elektromagnetische Wellen

Wir wollen uns noch kurz damit befassen, wie das »Wesen des Lichts« entschlüsselt wurde: Licht ist eine sogenannte elektromagnetische Welle. Man kann auch elektromagnetische Strahlung hierzu sagen. Diese Erkenntnis geht übrigens auch auf Michael Faraday zurück. Es war bereits bekannt, dass Licht eine Polarisationsrichtung aufweist. Mit bestimmten Filtern kann man Licht mit einer bestimmten Polarisationsrichtung herausfiltern.

Michael Faraday gelang es, die Polarisationsrichtung durch Magnetfelder zu beeinflussen (»Faraday-Effekt«). Damit war der Beweis erbracht, dass Licht und Magnetismus zwei miteinander verbundene physikalische Phänomene sind.

Schauen wir uns eine elektromagnetische Welle genauer an: Zu einem bestimmten Zeitpunkt weist diese Welle eine elektrische Schwingung auf, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung x in einer Ebene schwingt (siehe Abbildung 6 in Blau). Die magnetische Schwingung ist immer senkrecht zur elektrischen Schwingung polarisiert (siehe Abbildung 6 in Rot).

Abbildung 6: Elektromagnetische Welle

Was charakterisiert nun eine elektromagnetische Welle? Das ist zum einen die Ausbreitungsrichtung (in Abbildung 6 mit x dargestellt), zum anderen die Intensität, also gewissermaßen die Größe der elektrischen und magnetischen Feldstärken, die schwingen. Hinzu kommt die Polarisationsrichtung, die wir eben schon erwähnt haben. Und dann ist noch die Wellenlänge wichtig, also der Abstand zwischen zwei Wellen, in Abbildung 6 mit dem Symbol bezeichnet.

Mit der Ausbreitungsrichtung sowie den oben genannten drei weiteren Eigenschaften ist eine elektromagnetische Welle vollständig beschrieben. Es gibt keine weitere Eigenschaft wie Masse, Drehimpuls oder sonst etwas.

Elektromagnetische Wellen besitzen eine Reihe von erstaunlichen Eigenschaften: Sie können sich gegenseitig durchdringen, ohne sich irgendwie zu beeinflussen. Die Intensität des Lichtes entspricht der maximalen Größe des elektrischen oder magnetischen Feldes (»Amplitude der Welle«). Die Intensität ist erstaunlicherweise nicht nach oben hin begrenzt: Wenn man z. B. Licht mit einem Brennglas auf einen Punkt fokussiert, bekommt man eine sehr große Intensität. Damit kann man prima Feuer erzeugen.

Noch höhere Intensitäten bekommt man mit einem Laserstrahl. Damit kann man z. B. dicke Metallplatten zerschneiden. Im Prinzip kann man sich also auch vorstellen, dass alles Licht im Weltall irgendwann auf einen sehr kleinen Punkt fokussiert war, wie wir später noch sehen werden. Ja, Licht lässt sich beliebig überlagern und hat keine Intensitätsobergrenze!

Die elektromagnetischen Wellen brauchen kein »Trägermedium«, um sich auszubreiten – im Gegensatz etwa zu einer Schallwelle. Schallwellen sind im Prinzip Dichteschwankungen und können sich im Vakuum nicht ausbreiten.

Elektromagnetische Wellen brauchen nur »Raum« und breiten sich auch im Vakuum aus. Sie breiten sich immer mit derselben Geschwindigkeit im Vakuum aus, nämlich der Lichtgeschwindigkeit.

Die uns bekannten Wellenlängen elektromagnetischer Wellen umfassen sehr viele Zehnerpotenzen. Das für uns sichtbare Licht liegt im Bereich von 10-6 m – siehe Abbildung 7. Links neben dem sichtbaren Licht befindet sich Infrarotlicht. Das ist z. B. die Strahlung, die wir von einem Kachelofen bekommen. Das können wir indirekt spüren. Bei noch längeren Wellen fehlen uns die entsprechenden Sinnesorgane.

Abbildung 7: Wellenlängen elektromagnetischer Wellen

Quelle: NASA, translation by littledoug7, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:EM_Spectrum_Properties_de.svg (CC BY-SA 3.0)

Es ist übrigens interessant, warum unsere Augen »nur« dazu gebaut sind, sichtbares Licht wahrzunehmen und nicht andere Wellenlängen.

Der Grund liegt darin, dass die Sonne im Frequenzbereich des sichtbaren Lichts die größte Intensität ausstrahlt. Unser Auge ist also spezifisch für das Sonnenlicht optimiert.

Abbildung 8: Sonnenspektrum

Quelle: Baba66, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?lang=de&title=File%3ASonne_Strahlungsintensitaet.svg (CC BY-SA 2.0 DE)

An dieser Stelle wollen wir uns noch mit dem Begriff des »schwarzen Strahlers« oder »idealen schwarzen Körpers« vertraut machen, den wir später noch brauchen werden. Jedes Objekt mit einer bestimmten Temperatur strahlt Energie in Form von elektromagnetischen Wellen ab. Der Körper strahlt nicht etwa mit einer bestimmten Frequenz Strahlung ab, sondern mit einer bestimmten Frequenzverteilung. Diese ideale Frequenzverteilung ist in Abbildung 8 in der gelben »Hüllkurve« eingezeichnet.

Wenn wir auf die Sonne schauen, so stammt das zur Erde emittierte Licht von einer bestimmten Schicht der Sonne, der sogenannten Photosphäre. Die Temperatur in dieser Photosphäre beträgt etwa 5.000 bis 7.000 Grad. Weiter innen ist die Temperatur der Sonne bedeutend höher, aber von dort gelangt keine Strahlung nach außen, sondern wird vorher absorbiert.

Natürlich kann man ein dem Sonnenspektrum ähnliches Licht auch dadurch erzeugen, dass man einen Körper auf diese hohe Temperatur aufheizt. So wird in einer Glühbirne genau das gemacht. Die Oberflächentemperatur etwa eines Kachelofens ist perfekt geeignet, eine Strahlungsverteilung vorwiegend im Infrarotbereich zu erzeugen. Diese Strahlung können wir als angenehme Strahlung spüren, aber nicht sehen.

Die Erklärung des Strahlungsspektrums eines schwarzen Körpers gelang erstmals Albert Einstein. Nur wenn man davon ausgeht, dass das Licht in »kleinsten Portionen« auftritt, kann man das Spektrum physikalisch erklären. Diese »kleinsten Portionen« werden Lichtquanten oder auch Photonen genannt.

2.4.3.Zusammenfassung

–Elektrische und magnetische Phänomene sind »zwei Seiten derselben Medaille«.

–Licht ist eine elektromagnetische Welle. Elektrische und magnetische Feldstärke schwingen je senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts.

–Licht braucht zur Ausbreitung kein Trägermedium.

–Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist konstant und beträgt 299.792.458 m/s.

–Licht tritt in kleinsten »Portionen« auf, den sogenannten Lichtquanten oder Photonen.

2.5.Quantenmechanik

2.5.1.Einführung

Wir starten unseren kurzen Ausflug in die Welt der Quantenmechanik mit der sogenannten Heisenbergschen Unschärferelation. Sie wurde im Jahr 1927 vom deutschen Physiker Werner Heisenberg formuliert. Die Heisenbergsche Unschärferelation sagt aus, dass man Ort und Impuls eines Teilchens nicht gleichzeitig beliebig genau messen kann.

Das Produkt aus Ortsunschärfe und Impulsunschärfe ist immer größer als eine Naturkonstante, das sogenannte Plancksche Wirkungsquantum.

Mit Impuls bezeichnet man Masse mal Geschwindigkeit eines Teilchens. Ist die Masse groß, so kann die Ortsunschärfe und Geschwindigkeitsunschärfe sehr, sehr klein sein. So ist der Übergang zur klassischen Mechanik gegeben:

Bei Objekten etwa der Masse eines Fußballs kann man Ort und Geschwindigkeit gleichzeitig sehr, sehr genau messen. Bei sehr kleinen Objekten wie etwa einem Elektron ist das anders.

Wie kann man sich diese Unschärfe veranschaulichen? Nun, wenn wir ein Elektron »anschauen« möchten, brauchen wir Licht. Licht aber wird seinerseits das Elektron beeinflussen – wir werden das in Kapitel 2.8 noch ausführlich sehen.

Nehmen wir zur Messung nun Licht großer Wellenlänge, dann können wir den Ort des Elektrons auch nur relativ ungenau messen. Nehme ich Licht mit kleinerer Wellenlänge, so kann ich den Ort des Elektrons genauer messen. Licht mit kleinerer Wellenlänge hat aber mehr Energie. Das Licht wird das Elektron »anstoßen« und seine Geschwindigkeit verändern. Mit anderen Worten: Die Messung selbst beeinflusst das Elektron!

Wie sich experimentell herausstellte, ist diese Einschränkung der zu messenden Wertepaare sehr prinzipieller Natur. Sie gilt für jede Art einer Messung!

Und so muss man feststellen, dass wir niemals den Ort und die Geschwindigkeit des Elektrons gleichzeitig beliebig genau messen können. Dies erklärt nun auch, warum das deterministische Weltbild der klassischen Mechanik im mikroskopischen Bereich kaum gelten kann: Wenn wir nicht einmal den Ort und die Geschwindigkeit eines Elektrons genau bestimmen können, so können wir auch unmöglich die Bewegung eines Elektrons unter irgendwelchen Kräften genau vorhersagen. Wir sind hier gewissermaßen von den notwendigen Informationen »ausgegrenzt«.

Nun wird mancher vielleicht einwenden: Es kann ja trotzdem so sein, dass das Elektron einen definierten Ort und eine definierte Geschwindigkeit hat, auch wenn wir sie nicht – aus welchen Gründen auch immer – beliebig genau messen können. Diese naheliegende Vermutung erweist sich aber auch als falsch. Tatsächlich lässt sich das Wesen eines Elektrons nicht richtig beschreiben, indem man es als massebehafteten Punkt (oder Kugel mit kleinem Durchmesser) betrachtet. Stattdessen gibt es eine Wahrscheinlichkeitsverteilung. Sie gibt an, mit welcher Wahrscheinlichkeit das Elektron »an einem bestimmten Ort ist« bzw. dort gemessen werden kann.

Was für eine deutliche Abkehr von der klassischen Mechanik! Im Mikrokosmos regiert der Zufall; nichts, aber auch gar nichts lässt sich präzise vorhersagen. (Um jedoch etwas genauer zu sein: Die Wahrscheinlichkeitsverteilung lässt sich schon präzise vorhersagen.) Für Albert Einstein war dies übrigens ein Gräuel. Er hat einmal gesagt: »Gott würfelt nicht.«

Wir können sogar noch einen Schritt weitergehen und vermuten: Die Bewegung des Elektrons vermögen wir nach heutigem Stand der Physik nur mittels Wahrscheinlichkeitsverteilungen anzugeben. In Wirklichkeit könnte es doch aber ein Gesetz geben, das die Bewegung eines punktförmig angenommenen Elektrons exakt beschreibt, also ein Modell analog klassischer Mechanik. Wir haben das Gesetz nur noch nicht gefunden. Diese Herangehensweise wäre bestimmt im Geiste der klassischen Mechanik eines Isaac Newton.

Aber nochmal setzt die Quantenmechanik »eines drauf«. Es lässt sich nämlich nachweisen, dass ein derartiges noch unbekanntes Gesetz nicht existieren kann!

Es mag wohl etwas verblüffen, dass man so einen Nachweis überhaupt führen kann. Aber das ist tatsächlich möglich: Im Jahre 1964 zeigte der Physiker John Stewart Bell, dass man experimentell überprüfen könnte, ob es bei Elementarteilchen sogenannte »verborgene Parameter« gibt. Damit ist ein mögliches unbekanntes Gesetz gemeint, das das Zufallsprinzip der Quantenmechanik auf ein klassisches Bewegungsgesetz zurückführt.

Anton Zeilinger erklärt »verborgene Parameter« sehr anschaulich: Wenn eineiige Zwillinge besondere Ähnlichkeiten besitzen (Haarfarbe, Augenfarbe, …), dann geht man natürlich davon aus, dass dieses bereits bei der Geburt »festgeschrieben« war. Denn man weiß ja, dass diese Übereinstimmungen auch dann auftreten, wenn die Zwillinge z. B. getrennt voneinander aufwachsen. Selbst wenn man den genauen Mechanismus der »Informationsfestschreibung« nicht wissen würde, würde man hiervon ausgehen. Nun, heutzutage ist uns allen klar, dass derartige Informationen auf den Genen festgeschrieben sind. Uns sind die Mechanismen somit nicht mehr verborgen. (Zeilinger, Einsteins Spuk. Teleportation und weitere Mysterien der Quantenphysik, 2007, S. 171ff)

Das Gedankenexperiment von Stuart Bell ist leider nicht in wenigen Sätzen niederzuschreiben. Es ist nicht so, dass es überaus kompliziert wäre oder gar hohes physikalisches Fachwissen erfordern würde. Es erfordert aber einige Zähigkeit beim Lesen und Durchdenken. Schon aus Platzgründen möchte ich auf die vollständige Erklärung verzichten. Im Prinzip geht es darum, sich Eigenschaften von Elementarteilchen durch gewisse statistische Messungen anzuschauen und zu analysieren. Damit kann man dann – so das Gedankenexperiment – unterscheiden, ob diese Eigenschaften rein zufällig auftreten oder in irgendeiner Weise als »verborgener Parameter« im Elementarteilchen bereits »abgespeichert« sind.

Lesern, die das Gedankenexperiment nachvollziehen möchten, empfehle ich ein Buch von Brian Greene. (Greene, 2008, S. 128–137). Brian Greene weist darauf hin, dass man für das Gedankenexperiment »eine Reihe von Schritten ausführen und sie miteinander verbinden muss«, was er auf 9 Seiten auch darstellt.

Im Jahr 1982 hat man dann erstmals das Gedankenexperiment von Bell als tatsächliches Experiment realisiert. Es bestätigt – wie auch unzählige Experimente in den Folgejahren –, dass es keine verborgenen Parameter gibt (Bellsche Ungleichung, 2019).

Wer dies ausführlicher nachlesen will, dem möchte ich abermals das Buch von Anton Zeilinger empfehlen (Zeilinger, Einsteins Spuk. Teleportation und weitere Mysterien der Quantenphysik, 2007, S. 177–200).

Der Zufall ist also in der Quantenmechanik sehr prinzipieller Natur und lässt sich einfach nicht umgehen. Uns bleibt nichts weiter übrig als anzuerkennen, dass uns hier harte Grenzen gesetzt sind, die wir nicht überschreiten können. Oder wie es Anton Zeilinger ausdrückt: »Jahrhunderte naturwissenschaftlichen Forschens, Jahrhunderte des Suchens nach den Ursachen und Erklärungen der Dinge führen uns plötzlich an eine Wand.« (Zeilinger, Einsteins Spuk. Teleportation und weitere Mysterien der Quantenphysik, 2007, S. 337)

2.5.2.Nicht-Realismus

Zwei berühmte Diskussionen zeigen, wie sehr die Quantenmechanik von unseren alltäglichen Erfahrungen abweicht:

1.Albert Einstein stellte einmal die etwas sarkastische Frage: »Ist der Mond da, wenn wir nicht hinsehen?« Er wollte nicht akzeptieren, dass Teilchen ohne Beobachtung und Messung nur Wahrscheinlichkeitsverteilungen sind, also ein »undefiniertes, verteiltes, wellenartiges Etwas«.

Eine Interpretation der Quantenmechanik geht nämlich davon aus, dass erst durch die Messung selbst oder das »Hinsehen« Dinge in gewisser Weise real werden, vorher ist das nicht der Fall. Auf den Mond übertragen heißt das: Der Mond ist da und gleichzeitig nicht da. Erst wenn man hinsieht, »entscheidet er sich«, ob er da ist oder nicht. Nun, bei der großen Masse des Mondes ist die Wahrscheinlichkeit für »da sein« natürlich sehr groß. Bei einem Elektron ist das aber anders.

Physiker sagen hierzu, die Quantenmechanik sei möglicherweise keine »realistische Theorie«.

Anton Zeilinger formuliert das so: »Wir haben […] gelernt, dass die Vorstellung, die Welt sei in ihren Eigenschaften unabhängig von uns, und wir beobachten sie nur passiv, falsch ist.

Der österreichische Physiker Wolfgang Pauli hat gemeint, dass diese Vorstellung eines von der Welt losgelösten Beobachters nicht mehr funktioniert.

Ein losgelöster Beobachter wäre etwa so wie der Zuschauer, der sich ein Theaterstück ansieht. Die Frage, ob er zusieht oder nicht, beeinflusst überhaupt nicht das Geschehen der Dinge.« (Zeilinger, Einsteins Spuk. Teleportation und weitere Mysterien der Quantenphysik, 2007, S. 336)

Und Stephen Hawking schreibt hierzu: »Zwar mag der Realismus ein verlockender Standpunkt sein, doch ist er, wie wir später sehen werden, nach alledem, was wir über die moderne Physik wissen, schwer zu verteidigen.« (Hawking & Mlodinow, Der große Entwurf, 2011, S. 43)

2.Auch Erwin Schrödinger hat ein berühmtes Gedankenexperiment formuliert, das für uns absurd erscheinende Folgen der Quantenmechanik veranschaulicht: Wir nehmen an, eine Katze befindet sich in einem geschlossenen Kasten.

In dem Kasten befindet sich eine sehr kleine Menge einer radioaktiven Substanz. Ein Geigerzähler im Kasten misst, wenn eines der radioaktiven Atome zerfällt. Dann schaltet er eine Bewegung eines Hammers, der ein Gefäß mit Gift zerschlägt, und die Katze stirbt.

Die Quantenmechanik sagt nun: Bis wir den Kasten öffnen und nachschauen, ob die Katze noch lebt, sei sie in einem Mischzustand: Sie würde gleichzeitig leben und tot sein. Erst mit der »Messung«, also dem Nachsehen eines Beobachters, wird einer der beiden Zustände »tot« oder »lebendig« Wirklichkeit.

Es ist schon sehr sonderbar, wie die Quantenmechanik unserem Verständnis der Realität »zusetzt«. Und trotzdem ist und bleibt sie eine der erfolgreichsten Theorien der Physik, die immer und immer wieder experimentell bestätigt wurde.

Wir haben schon gehört, die Quantenmechanik sei möglicherweise keine »realistische Theorie«. Man kann das auch so umschreiben: Die Welt um uns herum ist nicht »einfach da«, wie unser Bewusstsein und unsere Alltagserfahrungen uns eingeben. Erst durch die Interaktion des Beobachters mit der Welt um sich herum wird diese Welt in gewisser Weise »real«.

Lassen Sie uns die Rolle des Beobachters noch anderweitig veranschaulichen: Der Zerfall eines radioaktiven Atoms geschieht entsprechend der Quantenmechanik rein zufällig mit einer rein statistischen Gesetzmäßigkeit.

Die quantenmechanischen Zustände »Zerfallen« oder »Nicht Zerfallen« sind bis zur Messung durch den Beobachter gleichzeitig mit bestimmten Wahrscheinlichkeiten existent. Man kann sich nun ein Experiment überlegen, bei dem man in kurzen Zeitabständen immer wieder überprüft, ob das Atom zerfallen ist oder nicht. Damit »zwingt« man das Atom, zu den Zeitpunkten der Messung immer genau einen der beiden Zustände einzunehmen.

Und siehe da, durch das genaue Hinschauen lässt sich die Zerfallsrate des Atoms beeinflussen: Man bekommt eine niedrigere Zerfallsrate, als man sie ohne die häufigen Zwischenmessungen bekommen würde. Nach einer gegebenen Zeit scheinen dann weniger radioaktive Atome zu zerfallen, wenn man zwischendurch mehrmals hingesehen hat, als ohne die mehrfachen Kontrollen zwischendurch. Dies wurde von einer ganzen Reihe von Experimenten bestätigt. (Quanten-Zeno-Effekt, 2019)

Hier sei allerdings darauf verwiesen, dass einige Physiker den Quanten-Zeno-Effekt nicht anerkennen und nach anderen Erklärungen suchen. Selbstverständlich ist es für uns eine sehr seltsame Interpretation: Die Welt wäre irgendwie »von uns abhängig«. Oder um das zu erweitern: Abhängig von uns oder einem anderen.

Der englische Philosoph George Berkeley hat übrigens schon im Jahre 1710 folgenden Satz formuliert: »Esse est percipi«, was man übersetzen kann mit »Sein bedeutet, wahrgenommen zu werden«.

Berkeley ist sogar so weit gegangen, dass er Gott als den »allerhöchsten Beobachter« interpretiert hat, als jemanden, der die Welt auch dann ansieht, wenn wir Menschen es nicht tun. Er spricht hier sogar von einer Art Beweis für die Existenz Gottes. (Zeilinger, Einsteins Spuk. Teleportation und weitere Mysterien der Quantenphysik, 2007, S. 213)

Allein über philosophische Aspekte der »Nicht-Realität« könnte man lange diskutieren. Wir haben ein Grenzgebiet der Physik erreicht, und auch die philosophischen Interpretationen hieraus wären sehr interessant. Lesern, die Interesse an diesem Aspekt haben, will ich gerne einen interessanten Artikel empfehlen: .»Niemand versteht die Quantenmechanik« – davon war schon der bekannte Physiker Richard Feynman überzeugt. Eine bemerkenswerte Formulierung stammt von Hans-Peter Dürr: »Wir erleben mehr, als wir begreifen können.« (Dürr, Es gibt keine Materie!, 2018, S. 13)

An dieser Stelle möchte ich schon erwähnen, dass der »Nicht-Realismus« natürlich ein harter Schlag für die »Materialisten« ist. Es ist interessant, dass dies in der breiten Öffentlichkeit aber kaum bekannt zu sein scheint.

2.5.3.Nicht-Lokalität, räumlich und zeitlich verschränkte Teilchen

Viele Leser werden nun fragen: Es muss doch noch eine andere Interpretation als den »Nichtrealismus« geben?

In der Tat ist es so: Allerdings werden Sie sehen, dass diese Interpretation unser Weltbild auch gehörig durcheinanderbringen wird. Wir sprechen von der sogenannten »Nicht-Lokalität«. Und vorab sei schon gesagt: Viele Möglichkeiten der Interpretation haben wir nicht …

Eine Folge der experimentell bestätigten Verletzung der Bellschen Ungleichung besagt: Eines der beiden Prinzipien von Realismus oder Lokalität muss aufgegeben werden. (Bellsche Ungleichung, 2019)

Was bedeutet nun »Nicht-Lokalität«? Aufschluss gibt uns die sogenannte Quantenverschränkung, auch Quantenkorrelation genannt. Zunächst betrachten wir räumliche Verschränkungen, dann – Sie werden es vielleicht schon ahnen – sogar auch zeitliche Verschränkungen!

Machen wir uns zunächst die Bedeutung einer Korrelation klar: Nehmen wir an, zwei Tankstellen in Deutschland würden immer zur gleichen Zeit den Benzinpreis um 2 Cent anheben. Wenn sie das immer und immer wieder machen, glauben wir irgendwann nicht mehr an einen Zufall, und dann sprechen wir von einer Korrelation. Wir kennen zwar nicht die Ursache dieser Korrelation, hätten in dem bestimmten Fall aber doch einen gewissen »Verdacht«. Korrelationen kann man nur dadurch feststellen, dass man zwei verschiedene Ereignisse vergleicht, die aber durchaus räumlich oder zeitlich getrennt sein können.

Wir betrachten ein Photon (also ein Lichtteilchen), das in zwei Photonen aufgespaltet wird. Nur diese beiden neu entstandenen Photonen wollen wir im Folgenden betrachten.

Experimentell lässt sich die Aufspaltung ziemlich einfach realisieren. Bestimmte nichtlineare Kristalle können eine derartige Aufspaltung von Licht erzeugen. Aus einem Photon entstehen zwei Photonen mit je halber Energie. Diese beiden Photonen haben bei ihrer Entstehung die gleiche Polarisationsrichtung.

Wir wissen zwar nicht, in welche Richtung die Photonen polarisiert sind, aber wenn das eine in eine Richtung polarisiert ist, dann ist das andere auch immer in die gleiche Richtung polarisiert. Sie sind sozusagen »eineiige Zwillinge«. Die Physiker nennen das verschränkte Teilchen. Nun, die zwei verschränkten Teilchen sollen sich in entgegengesetzter Richtung voneinander entfernen.

Entsprechend der Quantenmechanik sind die verschiedenen Polarisationsrichtungen verschiedene Zustände, die gleichzeitig vorliegen. Wir wiederholen hier nochmal: Es kann nicht sein, dass die Polarisationsrichtung vor der Messung feststeht, denn es gibt keine »verborgenen Parameter«.