Smolin?” Murray Gell-Mann runzelt fragend die Stirn. “Ist das nicht der Bursche mit den verrückten Ideen?” Dann beginnt der Physik-Nobelpreisträger von 1969 zu lächeln. “Vielleicht hat er ja recht!”
Zur Zeit tüftelt der “Bursche mit den verrückten Ideen”, theoretischer Physiker und Professor an der amerikanischen Pennsylvania State University, an einer Hypothese von wahrhaft kosmischem Ausmaß: Unser ganzes Universum könnte das Resultat einer kosmischen Evolution sein, und Schwarze Löcher würden dabei eine entscheidende Rolle spielen.
Seit einigen Jahren rätselt Lee Smolin über die Natur der Natur. Warum die Welt so beschaffen ist, wie sie ist, galt bislang als eine Frage für Philosophen, nicht jedoch für die Wissenschaft, die nur beschreiben will, wie die Welt beschaffen ist, und sich nicht darum kümmert, warum die fundamentalen Naturgesetze gerade so sind, wie sie sind. Die philosophische Frage drängt sich nun auch den Kosmologen auf, nachdem immer deutlicher geworden ist, daß schon minimale Änderungen der grundlegenden physikalischen Eigenschaften unseres Universums dramatische Folgen hätten: Es gäbe dann keine Lebewesen und erst recht keine intelligenten Geschöpfe wie uns Menschen, die diese Naturgesetze formulieren oder entdecken könnten. Das physikalische Standardmodell, das von Murray Gell-Mann maßgeblich mitbegründet wurde und das die kleinsten Bausteine der Materie beschreibt, enthält beispielsweise 20 Konstanten, deren Werte man nicht aus tieferen Prinzipien ableiten kann – eine für Physiker unbefriedigende Situation.
Von dem genauen Wert dieser Konstanten hängt aber ab, welche Atome und Moleküle überhaupt existieren können. Und wären die fundamentalen Naturkräfte nur minimal stärker oder schwächer ausgeprägt, gäbe es keine stabilen Planetenbahnen, keine Sterne und Galaxien, oder das Universum wäre längst in sich zusammengestürzt. Für viele weitere physikalische und kosmologische Parameter gilt dasselbe: kleinste Abweichungen von ihrem tatsächlichen Wert hätten ein langweiliges, lebensfeindliches Universum zur Folge.
Dies alles kann kaum Zufall sein, denn die Wahrscheinlichkeit für die Entstehung eines lebensfreundlichen Universums ist praktisch gleich Null, die Physiker errechneten dafür den irrwitzigen Wert 1 : 10229.
Doch dieses “unmögliche” Universum – unseres – gibt es trotzdem, alle Naturkonstanten in ihm haben den dazu notwendigen Wert. Diese “Feinabstimmung” ist nicht trivial, sondern äußerst erstaunlich. Ohne sie würden wir nicht existieren. “So hat es beinahe den Anschein, als wäre das Universum intelligenten Lebensformen auf den Leib geschneidert worden”, erläutert der Astrophysiker Martin Rees von der University of Cambridge. Manche Wissenschaftler gehen sogar so weit, das als Indiz für die Existenz höherer Mächte anzunehmen, und einige wagen sogar den abenteuerlichen Umkehrschluß, das Universum sei so, wie es ist, weil es uns gibt.
Aber ist die kosmische Bühne wirklich für den Auftritt des Menschen eingerichtet worden? Leben wir gleichsam in einem Universum nach Maß? Das Problem erinnert an die Situation in der Biologie, bevor Charles Darwin seine Theorie der Evolution entwickelt hatte und damit eine ganz neue Sicht auf das Leben möglich machte. Bis dahin war eine “teleologische” Denkweise weit verbreitet: Die “Anpassung” der Lebewesen an ihre Umwelt wurde auf ein ihnen innewohnendes Ziel oder einen äußeren Plan zurückgeführt.
Darwin zeigte, daß neue oder abgewandelte Eigenschaften, die durch zufällige Veränderungen im Erbgut zustande kommen, einer harten Auslese durch die Umwelt unterworfen sind und sich manchmal in einem Fortpflanzungsvorteil ihrer Träger bemerkbar machen.
Die Annahme von Zwecken und Zielen in der Natur wurde damit überflüssig – das Wechselspiel von Mutation und Selektion reicht als Motor für die Evolution völlig aus.
“Könnten die physikalischen Eigenschaften des Universums nicht aus einem ähnlichen Zusammenwirken von Zufall und Notwendigkeit hervorgegangen sein?” fragte sich Lee Smolin immer wieder. Bei einer Segeltour kam ihm dann der zündende Einfall, den er inzwischen zu einer provozierenden Hypothese ausgearbeitet hat, die von seinen Kollegen teilweise mit Begeisterung und teilweise mit skeptischer Ungläubigkeit aufgenommen wurde. Wenn sich herausstellen sollte, daß Smolin recht hat, dürfte man ihn ohne Übertreibung einen “kosmischen Darwin” nennen.
Smolins Grundidee besteht in der Annahme, daß sich Universen ähnlich wie Lebewesen vermehren. Dabei sollen sie sich geringfügig verändern und hinsichtlich ihrer Eigenschaften selektiert werden – also einer kosmischen Evolution unterliegen. Doch wie können sich Universen vervielfältigen? Smolins Antwort: mit Hilfe Schwarzer Löcher, wie sie beim Kollaps von massereichen, ausgebrannten Sternen entstehen. Im Zentrum dieser Schwarzen Löcher werden Dichte und Temperatur unendlich, Raum und Zeit verlieren ihre Bedeutung. Dieser Extremzustand – man nennt ihn Singularität – könnte, so postuliert der Wissenschaftler, zur Keimzelle eines neuen Universums werden, das sich in einem Urknall von seinem Ursprungsuniversum abnabelt und fortan ein Eigendasein führt.
Wie dies geschehen könnte, muß Smolin offenlassen. Unsere Physik ist für die Beschreibung solcher Vorgänge noch nicht weit genug entwickelt. Erst eine Theorie, die alle Naturkräfte einheitlich zu beschreiben vermag, wird hier Klarheit bringen. Insofern ist Smolins Ausgangspunkt spekulativ, aber wenigstens im Prinzip überprüfbar.
Die Genialität seiner Überlegung liegt jedoch woanders: Wenn Baby-Universen wirklich aus Schwarzen Löchern sprießen können – wie Hefezellen aus ihresgleichen – und wenn es dabei zu einer geringfügigen, zufälligen Variation der Naturgesetze kommt, dann sind unterschiedliche Fortpflanzungsraten dieser Tochteruniversen die Folge. Man kann geradezu von einem kosmischen Darwinismus sprechen.
Entscheidend ist, daß die unterschiedlichen Reproduktionsraten der isolierten Tochteruniversen auf der Anzahl der Schwarzen Löcher beruhen, die in ihnen entstehen können. Denn die Singularitäten in den Schwarzen Löchern sind gemäß der Hypothese ja der Schoß für neue Universen. Je mehr Schwarze Löcher also ein Universum beherbergt, desto größer ist seine biologische “Fitness”, also die Anzahl seiner Nachkommen. Smolin zufolge stammt unser Kosmos von einem solchen durch die Selektion begünstigten Universum ab und besitzt selbst eine hohe Fitness, weil er viele Schwarze Löcher hervorbringen kann.
Der einfallsreiche Wissenschaftler geht aber noch weiter und schlägt den Bogen zu dem Problem der bislang unerklärlichen Feinabstimmungen. Smolin vermutet, daß der kosmische Fortpflanzungsmechanismus auch die Entstehung von (intelligentem) Leben begünstigt. Dies begründet er folgendermaßen:
Zumindest für erdähnliche Organismen ist die Existenz von Sternen notwendig. Diese führen wiederum zur Bildung Schwarzer Löcher. Deshalb, so meint Smolin, sind die Bedingungen, die die Evolution von Leben ermöglichen, auch vorteilhaft für eine rasche Vermehrung ähnlich lebensspendender Universen. Smolin argumentiert also, daß unser Universum lebensfreundlich ist, weil seine Fitness sowie die seiner physikalisch nahen Verwandten hoch ist – und deshalb müssen solche Universen weit verbreitet sein. Der spezifische Wert der Naturkonstanten unseres Universums wäre somit nicht bloß ein zufälliger Glückstreffer, sondern im Rahmen der kosmischen Evolution einigermaßen wahrscheinlich. Die Annahme irgendwelcher obskuren Kräfte oder eines einmaligen Zufalls wird damit überflüssig: Die Feinabstimmungen wären das Produkt eines blinden, aber äußerst effektiven kosmischen Optimierungsprozesses.
Der britische Physiker und Wissenschaftsjournalist John Gribbin hat aus Smolins Hypothese sogar eine noch viel radikalere Schlußfolgerung gezogen: Wenn sich Universen fortpflanzen, sich dabei verändern können und ihre Eigenschaften vererben, dann könnte man sie doch selbst als Lebewesen ansehen. So weit waren nicht einmal der britische Atmosphärenforscher James Lovelock und die amerikanische Mikrobiologin Lynn Margulis mit ihrer Gaia-Hypothese gegangen. Sie besagt, daß nicht das Universum, aber doch die Erde als Ganzes genommen lebendig sei, weil sich ihre organischen und anorganischen Komponenten in komplexen Rückkopplungsschleifen aufeinander eingespielt haben und gegenseitig erhalten.
Diese Vorstellungen sind freilich nicht neu. Bereits im 4. Jahrhundert v. Chr. hat Platon in seiner Schrift “Timaios” geschrieben: “Nachdem die Welt mit belebten Wesen ausgerüstet und erfüllt worden ist, ist sie so selbst zu einem sichtbaren Wesen dieser Art geworden.”
Zwischen dem gesamten Universum und irdischen Lebewesen allzu enge Parallelen zu ziehen, ist allerdings ungerechtfertigt. Denn Smolins Universen haben keinen Stoffwechsel im Austausch mit einer Umwelt, sie stehen nicht miteinander in Konkurrenz und reagieren nicht auf äußere Reize – alles Merkmale, die für Leben nach unserem Verständnis charakteristisch sind.
Auch die darwinistische Analogie einer kosmischen Auslese trifft nicht zu. Die von Biologen beschriebene natürliche Selektion beruht nämlich auf der Annahme, daß die Populationen und ihre Vermehrung durch äußere Faktoren (Mangel an Nahrung, Lebensraum und so weiter) begrenzt werden. Bei Smolins Universen ist das nicht der Fall. Ihre Fitness wird nur durch einen einzigen Faktor eingeschränkt, und dieser ist intern: die Anzahl der Schwarzen Löcher.
Die Isolation der einzelnen Universen macht eine Evolution im strengen biologischen Sinn allerdings unmöglich. Denn Smolins Universen können gar nicht gegeneinander um Ressourcen wetteifern, wie Lebewesen das unweigerlich tun. Es gibt also auch keine “Überbevölkerung” oder einen Selektionsdruck, lediglich unterschiedliche Fortpflanzungsraten aufgrund der unterschiedlichen Anzahl Schwarzer Löcher.
Diese begriffliche Kritik widerlegt Smolins Vorschlag jedoch nicht. Seine Hypothese ist, obwohl spekulativ, auch nicht unwissenschaftlich. Denn es gibt wenigstens im Prinzip Möglichkeiten, sie zu testen oder durch eine zukünftige fundamentale Theorie zu untermauern – nach der die Physiker schon lange suchen -, in der die Allgemeine Relativitätstheorie und die Quantentheorie vereint sind. Außerdem gehen mittlerweile zahlreiche Wissenschaftler im Rahmen der Quantenkosmologie davon aus, daß selbst der Urknall kein prinzipiell unerklärbares Phänomen ist und daß unser Universum nur eines unter unzähligen darstellt. Der weiterführende Gedanke einer kosmischen Fortpflanzung “ist daher eine willkommene Möglichkeit, darüber nachzudenken, warum das Universum ist, wie es ist”, sagt Paul Davies, Physikprofessor an der australischen University of Adelaide.
Problematisch an Smolins Überlegungen ist jedoch seine Hypothese von einem notwendigen Zusammenhang zwischen singularitätsreichen und lebensfreundlichen Universen. Denn man kann sich auch Universen vorstellen, die völlig unbelebt sind, sich aber trotzdem kräftig vermehren: wenn sie zum Beispiel lediglich Riesensterne mit kurzen Brenndauern hervorbringen, so daß für die Entstehung und Evolution von Lebensformen gar keine Zeit bliebe. Denkbar wäre das etwa aufgrund eines anderen Masseverhältnisses zwischen Protonen und Neutronen oder eines höheren Wertes der Gravitationskonstante. Diese Riesensterne würden sich schließlich alle zu Schwarzen Löchern entwickeln, so daß sich ein solches Universum Smolins Hypothese zufolge kräftig vermehren würde.
Ähnliches mag für Universen gelten, in denen sich überhaupt keine Sterne, wohl aber viele Schwarze Löcher während ihres Frühstadiums aufgrund von heftigen Turbulenzen im Urgas gebildet haben. Außerdem kann Smolin nicht ausschließen, daß die Baby-Universen in ihr Mutteruniversum hineinexplodieren und das Leben darin womöglich auslöschen.
Besonders reproduktionsfähige Universen mit vielen Schwarzen Löchern brauchen also nicht notwendig auch lebensfreundlich zu sein. Zufällig könnte das Leben jedoch sehr wohl eine Art “Trittbrettfahrer” der kosmischen Selektion sein, die zu unserem Universum führte. Damit hätten wir unser eigenes Dasein letztlich der Existenz von Schwarzen Löchern mitzuverdanken.
Vielleicht leben wir sogar mitten in einem riesigen Schwarzen Loch. Dies hängt von der mittleren Dichte unseres Universums ab. Übersteigt sie einen kritischen Wert, wird die Masse die Ausdehnung des Raumes – die mit dem Urknall begann und bis heute anhält – nicht nur bremsen, sondern sogar umkehren. Dann wäre unser Universum nicht unendlich groß, sondern hätte wie die Schwarzen Löcher in ihm einen Ereignishorizont, dem nichts zu entrinnen vermag. In vielen Milliarden Jahren müßte das Universum zu kollabieren beginnen, immer kleiner und heißer werden und sich schließlich selbst in einer Endknall-Singularität verschlingen. Ob die mittlere Dichte groß genug dafür ist, steht allerdings noch nicht fest.
Wenn Smolin recht hat, wäre jedoch selbst dieser kosmische Kollaps nicht das absolute Ende. Die Endknall-Singularität könnte zur Keimzelle eines neuen Universums werden, in dem vielleicht eines Tages wieder intelligente Lebensformen entstehen, die sich dieselben Fragen stellen wie wir.
Rüdiger Vaas
