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Sternengeschichten Folge 423. Die Feinabstimmung des Universums. Heute geht es um die Feinabstimmung des Universums und das klingt ein bisschen seltsam, ist aber eigentlich nichts anderes als die Verwunderung darüber, dass alles irgendwie super ist. Was jetzt natürlich noch ein bisschen erläutert werden muss. Mit super sind die Bedingungen im Universum in seiner Gesamtheit gemeint, nicht das Alltagsleben der Menschen. Da ist natürlich nicht immer alles super. Das hat aber auch nichts mit Astronomie zu tun oder nur sehr selten. Es geht um die Beobachtung, dass unser Universum überraschend gut dafür geeignet ist, um als Mensch darin zu wohnen und dass es auch ganz anders sein hätte können.

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Das es sogar sehr viel wahrscheinlicher ist, dass es nicht so gut für uns Menschen geeignet ist, wie es ist. Das waren jetzt drei ist die Feinabstimmung des Universums, hat aber eigentlich viel mehr mit könnte zu tun als mit ist. Aber bevor ich noch weiter so unkonkret herum erzähle, schauen wir uns lieber mal ein Beispiel an Nehmen wir Sterne. Das wird die im Universum haben. Ist ziemlich praktisch. Ohne einen Stern hätten Planeten nicht zum dass sie kreisen könnten.

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Ohne einen Stern hätte ein Planet auch nicht ausreichend Licht und Wärme, um Leben zu entwickeln. Und ohne Sterne gäbe es im Universum auch nichts, abgesehen von Wasserstoff und Helium, denn das waren ja die einzigen chemischen Elemente, die direkt beim Urknall entstanden sind. Der ganze Rest ist erst durch Kernfusion im Inneren von Sternen gebildet worden. Auch der Kohlenstoff, aus dem wir Menschen zu einem großen und relevanten Teil bestehen und auch alle anderen uns bekannten Lebewesen. Ohne Kohlenstoff gibt's kein Leben, ohne Sterne keinen Kohlenstoff.

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Sterne haben wir deswegen im Universum, weil die überall im Kosmos verteilten Wolken aus Wasserstoff und Sauerstoff unter ihrer eigenen Gravitationskraft in sich zusammengefallen sind, immer dichter und heißer geworden sind, bis irgendwann dort die Kernfusion eingesetzt hat. Und das wiederum hat nur funktioniert, weil die Gravitationskraft ausreichend stark ist, dass die Wolken zusammenfallen können. An sonsten wäre das Zeug einfach weiter durchs All gewandert, ohne dass irgendwann irgendetwas passiert und das ganze Universum würde nur aus Wasserstoff Wolken bestehen. Damit ein Stern, sofern er einmal entstanden ist, in seinem Inneren neue chemische Elemente wie Kohlenstoff machen kann, müssen auch die Anziehung und Abstoßung Urkräfte zwischen den Atomkernen genau passen, sonst fusioniert nix oder es kommen andere Elemente dabei raus und kein Kohlenstoff.

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Das Universum hätte sich auch nach dem Urknall viel schneller ausdehnen können, als es das getan hat. Dann hätten sich überhaupt keine Wolken gebildet, aus denen Sterne entstehen hätte können. Dann wäre die ganze Materie extrem im Raum verdünnt worden und sonst wäre nicht mehr passiert im Universum und so weiter. Es gibt viel mehr Beispiele und ich werde bald davon erzählen. Aber genau das ist es, worum es geht. Die grundlegenden Eigenschaften unseres Universums, die Naturkonstanten, die quasi von Werk aus eingebaut sind, die passen erstaunlich gut zusammen.

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Während die nur ein bisschen anders, als sie es sind. Dann wäre das Universum ein Universum, in dem keine Sterne und kein Leben existieren könnte. Das ist erstaunlich. Das ruft nach einer Erklärung und nach der Sucht die Wissenschaft, aber auch andere Disziplinen schon seit einiger Zeit. Der erste, dem die Sache mit dem überraschend gut für uns eingerichteten Kosmos aufgefallen ist oder zumindest der erste, der sich damit nachweislich im modernen Sinne wissenschaftlich auseinandergesetzt hat. Das war der amerikanische Chemiker und Biologe Lawrence Joseph Henderson.

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Der hat 1913 ein Buch mit dem Titel The Fitness oft in Viral Moment veröffentlicht. Auf mehr als 300 Seiten hat er da dargelegt, wie gut wir es mit unserer Umgebung getroffen haben. Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Die sind alle genau so beschaffen, dass daraus Leben entstehen kann. Wasserstoff und Sauerstoff können sich zu Wasser verbinden und ohne das gäbe es kein Leben. Jede Menge unterschiedliche chemische Elemente haben unabhängig voneinander genau die Eigenschaften, die es braucht, um Leben hervorzubringen.

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Henderson schreibt in seinem Buch Es gibt keine nennenswerte Wahrscheinlichkeit, dass diese einzigartigen Eigenschaften grundlos organische Abläufe begünstigen sollten. Das sind keine bloßen Zufälle. Eine Erklärung muss gesucht werden. Und je mehr die Wissenschaft das Universum erforscht hat, desto größer ist der Drang geworden, so eine Erklärung zu finden. Nehmen wir zum Beispiel die Feinstruktur Konstante. Das ist eine Grundlage. Der Naturkonstante, die angibt, wie stark die elektromagnetische Kraft im Vergleich zu den anderen Grundkräfte des Kosmos wie z.B. der Gravitationskraft ist der Wert der Feinstruktur Konstante beträgt zirka 1 durch 137 und kann aus anderen Konstanten berechnet werden, z.B. der elektrischen Ladung eines Elektrons, der Lichtgeschwindigkeit und so weiter.

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Eine ähnliche Rechnung, die kann man auch für die Stärke der Gravitationskraft machen und kommt zu dem Ergebnis, dass die elektromagnetische Kraft 10 hoch 36 mal stärker ist als die Gravitation oder wer es gerne mit echten Zahlen Namen hören will. Der Elektromagnetismus ist eine 6 Millionen mal stärker als die Gravitation und das ist gut so, denn die Atome und Moleküle, die halten genau durch die sehr starke elektromagnetische Kraft so zusammen, wie sie es tun. Die zwischen einzelnen Atomen wirkende Gravitationskraft, die ist dagegen so enorm schwach, dass man die quasi vernachlässigen kann.

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Die Gravitation, die fällt nur dann auf, wenn man es mit wirklich großen Massen zu tun hat, mit Planeten, Sternen und so weiter. Würden sich die einzelnen Atome ähnlich stark durch Gravitation anziehen, wie sie sich durch Elektromagnetismus anziehen oder abstoßen was ja da möglich ist, bei der Gravitation aber nicht. Dann würde die ganze Chemie so wie wir sie kennen, nicht mehr funktionieren. Warum aber die Gravitation so enorm viel schwächer ist, das wissen wir nicht. Allzu viel Spielraum hat man bei der Auswahl der grundlegenden Konstanten aber nicht.

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Dazu können wir uns den drei Alpha Prozess anschauen. Das ist etwas, das bei Sternen passiert, wenn dies sich ihrem Lebensende nähern. Die haben dann in ihrem Inneren durch Kernfusion schon jede Menge Helium erzeugt und sind heiß genug geworden, dass drei dieser Helium Atome zu Kohlenstoff verschmelzen können. Das geht aber nicht direkt. Dazu muss der Stern einen Umweg über das Element Beryllium nehmen. 2. Helium Atomkerne, die fusionieren. Zuerst SuperIllu. Und das Beryl Yum mit einem dritten Helium Kern zu Kohlenstoff.

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Das sollte aber eigentlich nicht klappen, weil Beryllium sehr instabil ist und deswegen in Sekundenbruchteilen wieder zerfällt. Die weitere Fusion zu Kohlenstoff, die es nur auf Grund einer sogenannten Resonanz möglich, dass im Detail zu erklären, würde zu weit führen. Aber es geht darum, dass Atomkerne einfacher und schneller verschmelzen können, wenn ihre Energien gut zusammenpassen und die Energie von einem Beryllium Atom und einem Helium Atom. Die ist ziemlich exakt so groß wie die von einem Kohlenstoffatome. Allerdings eines angeregten Zustand des Kohlenstoffs, was heißt, dass der Kern ein bisschen mehr Energie hat, als er normalerweise haben würde.

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Aber man kann z.B. durch Zusammenstöße die Energie von Atomkernen erhöhen. Das geht aber nur in ganz bestimmten Schritten. Man kann nicht einfach beliebige Mengen an Energie in einen Atomkern reinstecken. Diese Energie gibt der Kern dann auch wieder ab. Aber da dieser angeregte Energie Zustand des Kohlenstoffs prinzipiell möglich ist und genau zur Energie vom Beryl zum Plus Helium passt, kann diese Fusion zu Kohlenstoff stattfinden. Und auch hier sehen wir wieder Alles passt überraschend gut zusammen und auch das hängt wieder von den exakten Werten der Naturkonstanten ab.

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Wenn man die Stärke der elektromagnetischen Kraft ändern würde oder die von der starken Kernkraft, die zwischen den Teilchen wirkt, aus denen die Atomkerne bestehen, dann würde man Probleme kriegen. Denn man hat das ausgerechnet. Man hat das simuliert. Werden die Kräfte um 4 bzw. 0,5 prozent stärker oder schwächer, als sie es sind, dann würde kein Kohlenstoff und kein Sauerstoff mehr produziert werden können. Es geht noch jede Menge weitere Beispiele. Etwa Unser Universum hat drei ausgedehnte Raumdimensionen.

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Wenn es stattdessen vier oder fünf wären, dann könnten sich weder Planeten stabil um Sterne herum bewegen, noch könnten sich stabile Atome bilden. Warum wir jetzt aber genau drei Raumdimensionen haben, ist völlig unbekannt. Wir wissen, dass es so ist, aber wir wissen nicht, warum es so ist. Auch das ist eine Eigenschaft des Universum. Von Anfang an hatte und wir haben keine Ahnung, warum die fundamentalen Konstanten, die das Universum so machen, wie es ist.

[00:09:56]

Die haben genau die Werte, die es braucht, damit wir darin leben können. Das ist gut für uns, aber es bleibt die Verwunderung, warum alles so fein abgestimmt ist. Man kann die Sache natürlich einfach ignorieren bzw. sagen Es ist überhaupt kein Wunder, dass es so ist, wie es ist. Wenn es anders wär, dann wären auch wir nicht da, um uns darüber zu wundern, wie es ist. Das ist jetzt zwar prinzipiell ein logischer Gedankengang, aber auch nicht sonderlich hilfreich.

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Eine andere Möglichkeit wäre einfach, eine ganze Vielfalt an Universen zu postulieren. Es könnte jede Menge Universen, also ein Multiversum geben und jedes dieser Universen hat bei seiner Entstehung zufällig irgendwelche Konstanten bekommen. Und wir leben dann logischerweise in einem, indem alles gerade so passt, das Leben möglich ist. Wenn diese Erklärung funktioniert die anderswo ganz gut. Das Universum ist voll mit Planeten, auf denen jede Menge unterschiedliche Bedingungen herrschen. Manche davon sind lebensfeindlich, manche sind lebens freundlich und wir wohnen logischerweise auf einem Planeten, auf dem Leben entstehen kann.

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Und man muss sich daher auch nicht wundern, dass wir gerade auf der Erde wohnen und nicht am lebensfeindlichen Mars oder der lebensfeindlichen Venus. Beim Multiversum ist die Sache aber komplizierter. Denn im Gegensatz zu den vielen verschiedenen Planeten haben wir bis jetzt noch nicht einmal die Spur. Eines Belegst dafür, dass es mehr als nur ein Universum gibt und wir wissen, wie und warum unterschiedliche Planeten entstehen. Wir wissen aber überhaupt nicht, wie Universen entstehen und wieso ein Multiversum gerade so entstehen sollte, dass am Ende mindestens ein Lebensfreude iges Universum mit dabei ist.

[00:11:40]

Dieser Ansatz verlagert die Frage nach der Feinabstimmung also nur man kann sich auch und das ist vermutlich eine sehr wahrscheinliche Variante auf unser Unwissen ausreden. Wir kennen zwei unterschiedliche Theorien, die das Universum wirklich grundlegend beschreiben. Die Quantenmechanik und die Relativitätstheorie. Und mit beiden können wir den Kosmos gut beschreiben. In beide Theorien müssen wir aber die meisten Werte für die Konstanten einfach einsetzen. Die können wir nicht aus der Theorie selbst ableiten. Außerdem ist uns klar, dass da noch nicht Schluss sein kann.

[00:12:15]

Es muss eine oder mehrere Theorien geben, die über Quantenmechanik und Relativitätstheorie hinausgehen. Da die beiden für sich genommen nicht das leisten können, was sie leisten sollten. Die Quantenmechanik, die z.B. nicht in der Lage zu beschreiben, wie sich Elementarteilchen gegenseitig durch Gravitation beeinflussen. Wir brauchen eine Theorie, die Atome und Sterne gleichzeitig beschreiben kann. Wir brauchen eine Quantentheorie der Gravitation und die haben wir nicht. Aber wenn wir sie einmal finden sollten, dann erklärt sich damit vielleicht, dass diese Feinabstimmung nur eine scheinbare ist und dass es gar keine andere Möglichkeit gibt, für ein Universum als so zu sein, wie es eben ist.

[00:13:00]

Man könnte auch einfach das tun, was wir Menschen immer schon gern getan haben unsere Probleme auf irgendwelche übernatürliche Wesen abzuladen. Wenn das Universum wie für uns gemacht ausschaut, dann hat es ja vielleicht auch jemand für uns gemacht. Vielleicht sind wir nur Teil einer Simulation, die irgendwelche gottähnlichen Aliens laufen lassen. Oder vielleicht hat tatsächlich irgendein Schöpfer den Kosmos geschöpft und dabei es solange an den Knöpfen gedreht, bis er seiner Schöpfung darin auch wirklich gut geht. Obwohl das das Problem natürlich auch nicht löst.

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Denn einerseits muss ein Schöpfer, der ein Universum so auf uns Menschen abstimmen kann, selbst ein ziemlich komplexes Was auch immer sein, dessen Existenz eine noch kompliziertere Erklärung benötigt als ein fein abgestimmt das Universum. Und andererseits könnte ein Schöpfer, der in der Lage ist, ein ganzes Universum aus dem Nichts zu schaffen, darin ja auch einfach ein paar fix fertige Sterne reintun oder einen großen Haufen an Kohlenstoff, den Umweg über den komplizierten 3. Alpha Prozess, den könnte man sich sparen.

[00:14:08]

Was wäre das für ein Schöpfer, der nicht in einem lebensfeindlichen Universum irgendwo eine nette Ecke für uns Menschen freiräumen könnte? Vielleicht, und das halte ich für die wahrscheinlichste Möglichkeit ist das Universum aber auch gar nicht so fein abgestimmt, wie wir denken. Man kann zumindest zeigen, hat es auch getan, dass man durchaus auch Sterne in Universen kriegt, die andere Naturkonstanten haben als unseres. Die Sterne leben dann vielleicht ein bisschen kürzer oder länger, als sie es hier tun.

[00:14:36]

Aber die Sterne sind da und die Sterne können dort entstehen. Und wer sagt denn, dass das Leben exakt so funktionieren muss, wie wir das tun? Klar, wir wissen nicht, wie Leben noch funktionieren könnte und können deswegen wissenschaftlich seriös wenig darüber sagen. Aber es kann absolut sein, dass andere Kombinationen von Naturkonstanten zu Universen führen, die vielleicht für uns lebensfeindlich sind, aber für andere Arten von Leben ganz genau passen. Und dann würden halt die rumsitzen und sich wundern, warum alles so super ist.

[00:15:10]

Am Ende bleibt also vorerst dabei. Es ist so, wie es ist, weil wenn es anders wäre, wäre es anders.