Einen schönen guten Abend auch von meiner Seite. Ich freue mich, hier sein zu dürfen mit diesem spannenden Thema. Ich hoffe, dass ich es auch für euch alle spannend machen kann und dass ein bisschen von diesem Funken überspringt.
Es ist leider auch ein komplexes Thema, aber dazu kommen wir gleich noch. Vielleicht kurz zu meiner Person: Man sieht es ja auf den Flyern. Ich heiße Daniel Schönke und bin 34 Jahre alt. Ich komme aus einem christlichen Hintergrund, aus einem christlichen Elternhaus. Mit neun Jahren durfte ich verstehen, dass Jesus gekommen ist und tatsächlich für mich die Sünde bezahlt hat. Ich durfte das annehmen und folge ihm seit nunmehr neun Jahren ganz bewusst als Christ.
Beruflich habe ich Physik studiert. Seit zwei Jahren arbeite ich in der Industrie in einem Labor, in dem wir die elektromagnetische Verträglichkeit von elektronischen Bauteilen untersuchen.
Zu apologetischen Themen bin ich gegen Ende meines Studiums gekommen, vor allem ab 2016. Diese Themen haben mich damals gepackt, obwohl ich sie vorher versucht hatte zu umgehen. Ich hatte viele Fragen und suchte nach Antworten. Manche Fragen sind bis heute offen, aber damit müssen wir auch leben lernen.
Ja, so viel dazu.
Einführung in das Thema und Aufbau des Vortrags
Jetzt zu unserem Thema: Unser lebensfreundlicher Planet und die Feinabstimmung in der Physik – Kosmos fein abgestimmt fürs Leben. Dabei stellen wir uns Fragen wie: Ist der Kosmos für uns geschaffen? Sind wir einer von vielen Zufällen, oder steckt ein Plan dahinter?
Physik ist für die meisten Menschen kein Lieblingsfach – das war es auch bei mir in der Schule nicht. Das liegt daran, dass Physik sehr komplex ist. Es reicht nicht, nur zu pauken; das Verstehen fällt vielen schwer. Trotzdem hoffe ich, dass ich einiges weitergeben kann. Wir werden nur eine einzige Formel sehen. Alles andere wird ohne Formeln erklärt. Wer sich von dieser einen Formel abgeschreckt fühlt, darf einfach durchhalten, bis sie wieder verschwindet.
Ich möchte aber nicht nur über Physik sprechen. Wir wollen eigentlich damit beginnen, einen Blick in die Wissenschaftsgeschichte zu werfen. Damit ist auch etwas für die Historiker dabei. Dabei wird es teilweise auch philosophisch, denn Wissenschaft überschneidet sich oft mit philosophischen und weltanschaulichen Themen.
Anschließend geht es um unseren lebensfreundlichen Planeten Erde, auf dem wir leben dürfen. Im dritten Teil beschäftigen wir uns mit der grundlegenden Feinabstimmung in der Physik. Vor dem dritten Teil werden wir ein Lied singen. Abschließend gibt es einige Erklärungsansätze und Gedankenanstöße aus der Perspektive des Glaubens an einen Schöpfergott.
Das steht in den nächsten fünfzig Minuten an. Wir beginnen mit einem einschneidenden Ereignis in der Wissenschaftsgeschichte.
Wandel der Weltanschauung in der Wissenschaftsgeschichte
Seit dem vierten Jahrhundert vor Christus herrschte in der Wissenschaft Europas die Weltanschauung des Aristoteles vor. Diese besagte, dass die Erde im Mittelpunkt all dessen steht, was es gibt.
Ptolemäus, ein griechischer Mathematiker, der jedoch in Ägypten lebte, formulierte dieses geozentrische System mathematisch aus. Er beschrieb es sehr eindeutig mit Formeln.
Wie sah seine Betrachtungsweise aus? Die Erde stand im Zentrum. Aus Sicht der Erde, also in unserem Bezugsrahmen, geht die Sonne im Osten auf. Ich weiß jetzt nicht, wo hier der Osten ist – ich habe keinen Kompass eingebaut – und zieht über den Himmel nach Westen, um dann wieder unterzugehen. So war damals die vorherrschende Weltanschauung.
Es gab jedoch Beobachtungen, die verwunderten. Man beobachtete nicht nur die Sonne, sondern auch andere Planeten. Hier ist in Rot der rote Planet Mars dargestellt, der sogenannte Wanderplanet. Dabei fiel auf, dass Mars zwar seine Bahn um die Erde zieht, aber aus Sicht der Erde plötzlich rückwärts zu laufen beginnt, bevor er wieder vorwärts läuft.
Man fragte sich, warum das so ist.
1543 kam Nikolaus Kopernikus mit einem ganz neuen Ansatz: Nicht die Erde steht im Zentrum, sondern die Sonne. Die Planeten drehen sich um die Sonne. Diese Idee bedeutete eine gewaltige Änderung im Denken der Menschen. Viele waren sehr skeptisch. Martin Luther soll Kopernikus für einen Narren gehalten haben, weil er die gesamte Kunstastronomie umkehren wollte.
Kopernikus’ heliozentrisches System setzte sich erst Jahre später richtig durch. Johannes Kepler formulierte es dann mathematisch, indem er die elliptischen Umlaufbahnen der Planeten beschrieb.
Philosophische Deutungen des kosmologischen Wandels
Dieses Umdenken in der Betrachtungsweise wurde von Philosophen und Denkern aufgegriffen und auf ihre eigene Art interpretiert. Wir wollen uns drei philosophische Interpretationen aus drei aufeinanderfolgenden Jahrhunderten anschauen.
Wir beginnen mit dem großen Dichter Johann Wolfgang von Goethe und seiner Farbenlehre. In der Regel war er ja dichterisch tätig, doch am Ende seines Lebens hielt er seine Farbenlehre, in der er Isaac Newtons Farbenlehre widerlegen wollte, für sein wichtigstes Werk.
In Bezug auf Kopernikus schreibt er: „Doch unter allen Entdeckungen und Überzeugungen möchte nichts eine größere Wirkung auf den menschlichen Geist hervorgebracht haben als die Lehre des Kopernikus. Vielleicht ist noch nie eine größere Forderung an die Menschheit geschehen, denn was ging nicht alles durch diese Anerkennung in Dunst und Rauch auf: ein zweites Paradies, eine Welt der Unschuld, Dichtkunst und Frömmigkeit, das Zeugnis der Sinne, die Überzeugung eines poetisch-religiösen Glaubens.“ So beschreibt er seine Wahrnehmung.
Ein Jahrhundert später, in der Psychologie, sieht Sigmund Freud drei Angriffe auf den naiven Narzissmus, also auf die Selbstverliebtheit des Menschen. Als erstes nennt er die kosmologische Kränkung durch Kopernikus: Der Mensch steht nicht mehr im Zentrum, sondern etwas anderes ist im Zentrum. Der Mensch ist nicht mehr so wichtig.
Der zweite Angriff ist Darwin mit der Evolutionstheorie. Der Mensch ist kein besonders geschaffenes Wesen mehr.
Als drittes nennt Freud die psychologische Kränkung: Der Mensch ist nicht mehr Herr seiner Sinne, also nicht mehr im Mittelpunkt des Universums. Das ist eine Kränkung, eine Entwürdigung des Menschen.
Aus diesem Jahrhundert stammt auch John Gribbin, ein Wissenschaftshistoriker. Er formuliert es so: „Die wichtigste Sache, die die Wissenschaft uns bezüglich unseres Platzes im Universum gelehrt hat, ist diese: dass wir nichts Besonderes sind. Der Prozess begann mit der Arbeit von Nikolaus Kopernikus im sechzehnten Jahrhundert, der die These aufstellte, dass sich die Erde nicht im Zentrum des Universums befindet.“
Hier fällt besonders seine Aussage auf: „Wir sind nichts Besonderes.“ Man hat dieses Umdenken der Wissenschaft als Anlass genommen, es so auszulegen und zu interpretieren, dass der Mensch im Kosmos nichts Besonderes ist.
Der Blick ins Universum und die Dimensionen des Kosmos
Wie ist denn unser Kosmos? Hier ein Blick des Hubble-Teleskops aus dem Jahr 2004 in die tiefsten Tiefen unseres Universums.
Was wir auf diesem Bild sehen, ist beeindruckend. Die Belichtungszeit dieses Bildes betrug übrigens 16 Tage. Wer fotografiert, kennt die Bedeutung einer so langen Belichtungszeit. Ein Bild mit 16 Tagen Belichtungszeit hat wahrscheinlich noch niemand hier gemacht. Wir brauchen sehr viel Licht, um überhaupt diese Objekte im tiefen Universum sehen zu können. Dafür ist eine sehr lange Zeit des Lichteinfangs notwendig.
Was man festgestellt hat: In diesen Tiefen des Universums hat man auf einen Fleck am Himmel geschaut, der mit bloßem Auge stockdunkel ist. Dieser Fleck ist ungefähr ein Zehntel des Monddurchmessers breit. Man hat einfach lange belichtet, und dann kam dieses Bild heraus.
Hubble ist übrigens ein Weltraumteleskop. Mit unseren erdgebundenen Teleskopen werden wir das nicht hinkriegen, nur als Warnung. Dieses Bild zeigt, dass auf diesem kleinen Fleck zehntausend Galaxien zu sehen sind – nicht Sterne, sondern Galaxien, die wiederum Abermillionen von Sternen enthalten.
Wenn wir den ganzen Himmel mit dieser Auflösung fotografieren wollten, bräuchten wir Millionen Jahre, um alles abzufotografieren – das ist unmöglich! So bekommen wir einen Eindruck davon, wie groß das Ganze ist.
Zum Vergleich: Diese Galaxien, die wir hier sehen, sind circa 13 Milliarden Lichtjahre entfernt. Lichtjahre sind ein Entfernungsmaß, mit dem Kosmologen arbeiten, denn in Kilometern zu rechnen, macht keinen Sinn mehr. Die Einheit ist zu klein. Ein Lichtjahr ist die Distanz, die das Licht innerhalb eines Jahres zurücklegt. Innerhalb einer Sekunde legt das Licht 300.000 Kilometer zurück. Das zeigt, dass es sich um unvorstellbare Distanzen handelt.
Die Distanz von der Erde zum Mond rechnet man noch nicht in Lichtjahren, sondern in Kilometern. Sie beträgt 400.000 Kilometer, was 1,28 Lichtsekunden entspricht. Zur Sonne sind es etwa acht Lichtminuten, zum nächstgelegenen Stern, Proxima Centauri, vier Lichtjahre. Das weiteste Objekt, das wir mit bloßem Auge sehen können, ist die sogenannte Zwillingsgalaxie unserer Milchstraße, die Andromedagalaxie. Sie ist bereits zweieinhalb Millionen Lichtjahre entfernt.
Ich konnte einmal in den österreichischen Alpen die Andromeda-Galaxie am Himmel sehen. Ein Astrophysik-Student zeigte sie mir. Sie ist nur knapp und nur in sehr dunklen Umgebungen wahrnehmbar.
Mittlerweile wurde Hubble durch das James-Webb-Weltraumteleskop abgelöst. Dieses startete an Weihnachten 2021 und hat bereits erste Bilder geliefert. Hier sehen wir auch ein Bild aus den Tiefen des Kosmos. Es arbeitet mit noch besserer Auflösung und noch besserer Technik. Man ist sehr gespannt auf die Forschungsergebnisse.
Ein weiteres Bild im Vergleich zeigt die sogenannten Säulen der Schöpfung. Diese Säulen sind, wenn ich mich richtig erinnere, von enormen Dimensionen – es sind Sternentstehungsgebiete, also Nebel, die vier Lichtjahre ausgedehnt sind.
Hier ist das Bild von Hubble zu sehen und hier das neuere Bild vom James-Webb-Teleskop. Das Bild wirkt transparenter, weil das James-Webb-Teleskop auf eine andere Strahlung, auf eine andere Wellenlänge, empfindlich ist.
Man fragt sich bei solchen Bildern: Wer ist der Mensch eigentlich? Jacques Monod, der Biochemiker, empfindet es so: Der Mensch weiß nun, dass er seinen Platz wie ein Zigeuner am Rande des Universums hat, für dessen Musik er taub ist und der gleichgültig gegenüber seinen Hoffnungen, Leiden oder Verbrechen bleibt. Ist das wirklich so?
Die Suche nach Leben im Universum und Bedingungen für Lebensfreundlichkeit
Wenn wir uns nun diese beiden Aussagen anschauen – der Kosmos ist groß, und was wir zuvor von Philosophen oder Historikern gehört haben, nämlich dass wir nichts Besonderes sind – könnte man meinen, dass es, wenn Leben einfach ein Nebenprodukt passender Bedingungen ist, noch andere Lebewesen im All geben muss.
Tatsächlich gibt es Forscher, die sich genau darauf spezialisiert haben, nach außerirdischem Leben zu suchen. Ein Beispiel ist das SETI-Projekt, bei dem versucht wird, Signale abzufangen und zu prüfen, ob sie intelligent kodiert sind. Ein weiteres Beispiel ist das Kepler-Programm, das nach Planeten sucht, die potenziell bewohnbar sein könnten.
Die spannende Frage ist jedoch: Was macht einen Planeten überhaupt bewohnbar? Was macht einen Planeten lebensfreundlich?
Wer bereits in der Ausstellung war, weiß, dass eine ganz wichtige Voraussetzung – wenn auch nicht die einzige – das Vorhandensein von flüssigem Wasser ist. Dafür sind verschiedene Bedingungen notwendig. Um Leben zu erhalten, braucht es außerdem die richtigen Dimensionen. Es müssen Schutzfunktionen für das Leben vorhanden sein, zum Beispiel eine stabile Drehachse, damit ein Lebensraum entstehen kann.
Diese Faktoren sind notwendig, damit ein Planet lebensfreundlich sein kann.
Wesentliche Faktoren für die Lebensfreundlichkeit der Erde
Zu den richtigen Dimensionen
Wir wollen uns die inneren Gesteinsplaneten in unserem Sonnensystem anschauen. Hier sehen wir die Sonne im Zentrum und die Umlaufbahnen der vier inneren Planeten: Merkur, Venus, Erde und Mars.
Worauf kommt es an? Zum einen ist der Abstand zur Sonne entscheidend. Wenn wir an einen möglichen anderen Planeten denken, muss der Abstand zu dem Zentralgestirn passen. In der Astrobiologie gibt es die sogenannte habitable Zone, eine bewohnbare Zone, in der es denkbar ist, dass zumindest flüssiges Wasser vorhanden sein kann.
Wir sehen hier, dass sich die Erde innerhalb dieser habitablen Zone befindet, eher im inneren Bereich. Die Venus und der Mars, unsere Nachbarplaneten, liegen an den Rändern dieser Zone. Der Abstand zur Sonne muss also ziemlich genau stimmen.
Wenn wir an die Venus denken: Sie ist bis auf 500 oder 600 Kilometer Unterschied im Durchmesser der Erde sehr ähnlich und gilt als Zwillingsplanet. Trotzdem ist Leben, zumindest komplexes Leben, wie wir es kennen, auf ihr vollkommen undenkbar.
Warum? Die Venus ist etwas näher an der Sonne. Ohne ihre Atmosphäre und ohne den Treibhauseffekt wäre die Temperatur auf ihr etwa 50 Grad Celsius. Auf der Erde beträgt die Temperatur ohne Atmosphäre und Treibhauseffekt übrigens minus 18 Grad Celsius.
Man geht davon aus, dass es auf der Venus einen sich verstärkenden Treibhauseffekt gibt. Durch die Nähe zur Sonne verdunstet das Wasser verstärkt, was den Treibhauseffekt ständig ankurbelt. Dadurch wird es auf der Venus unerträglich heiß – ein Klimawandel in Reinstform.
Wichtig ist auch, dass der Abstand zur Sonne nicht nur für kurze Zeit, sondern über das ganze Jahr passen muss. Wenn die Bahn, die ein Planet um die Sonne läuft, zu elliptisch wäre – und solche Himmelskörper gibt es durchaus – wären die Klimabedingungen nicht das ganze Jahr über stabil.
Das heißt: Der Abstand zur Sonne muss passen.
Zum Zweiten kommt es auch auf den Stern an. Das wird oft vergessen oder nicht so deutlich kommuniziert, wenn Meldungen erscheinen, man habe einen bewohnbaren oder potenziell bewohnbaren Planeten gefunden.
Der Stern beziehungsweise die Sonne muss ebenfalls passend sein. In unserer Galaxie sind 80 Prozent der Sterne keine Sonnenähnlichen, sondern sogenannte rote Zwerge. Diese haben ein ins Rote verschobenes Licht, wodurch die Photosynthese bei Pflanzen schlechter funktioniert. Außerdem ist ihre Leuchtkraft deutlich geringer als die unserer Sonne.
Man könnte meinen, die Erde einfach näher an einen roten Zwergstern zu bringen, um das Leuchtkraftproblem zu lösen. Doch dann entsteht ein anderes Problem: Wenn ein Planet zu nah an seinem Stern ist, dreht er sich nicht mehr selbstständig, sondern zeigt immer dieselbe Seite zum Stern – ähnlich wie unser Mond zur Erde.
Man kann sich vorstellen, dass das für keine Seite der Erde besonders lebensfreundlich wäre.
Die Sonne ist also ein Stern, der wie gemacht für Leben ist.
Dann muss auch die Größe des Planeten passen. Unsere Atmosphäre wird durch die Schwerkraft, also die Gravitationskraft, gehalten. Damit die Atmosphäre erhalten bleibt, muss der Planet eine gewisse Masse besitzen.
Kleinere Himmelskörper haben in der Regel keine Atmosphäre, da sie sie gravitativ nicht halten können. Die Gase entweichen einfach in den Weltraum.
Das muss also ebenfalls passen.
So viel zu den richtigen Dimensionen.
Es gibt außerdem Schutzfunktionen wie die Magnetfelder der Sonne und der Erde. Sie schützen vor der kosmischen Teilchenstrahlung.
Wer im Norden gewohnt hat oder dort im Herbst oder Winter Urlaub gemacht hat, kennt den Effekt des Erdmagnetfeldes bei Polarlichtern. Diese entstehen durch die Ablenkung hochenergetischer Teilchen, die die Gase in der Atmosphäre anregen und zum Leuchten bringen.
Die Atmosphäre hat eine ganz besondere Schutzfunktion, besonders vor dem ultravioletten Licht der Sonne.
Dann gibt es große Planeten außerhalb des inneren Planetenkreises, wie zum Beispiel den Jupiter. Mit seiner weitaus größeren Masse als die Erde wirkt er wie ein Staubsauger.
Ähnlich wie ein Planet durch seine Schwerkraft die Atmosphäre hält, zieht ein schwerer Planet weiter außen Kometen an, die gefährlich für die inneren Planeten werden könnten. Er saugt sie quasi ab und bewahrt das innere Sonnensystem vor solchen Fremdkörpern.
Hier sieht man zum Beispiel ein Bild von 1994, als der Komet Shoemaker-Levy 9 in das Jupiter-System eindrang. Jupiter zog ihn durch seine Schwerkraft an und zerstückelte ihn in 21 Teile.
Solche Schutzfunktionen sind wichtig, um einen Lebensraum zu bewahren.
Dann braucht es auch eine stabile Drehachse des Planeten, und hier spielt der Mond eine ganz besondere Rolle.
Wer einen Globus zu Hause hat, weiß, dass er in der Regel nicht senkrecht steht, sondern etwas geneigt ist. Das sorgt für die Jahreszeiten.
Die Erde rotiert, und wenn man mit einem Kreisel spielt, sieht man, dass er nicht nur rotiert, sondern auch ein Taumeln zeigt. Physiker nennen das eine Präzessionsbewegung.
Die Erde taumelt ebenfalls, aber nur sehr leicht, um etwa 1,2 Grad.
Warum ist das so? Weil der Mond, im Vergleich zur Erde, eine relativ hohe Masse besitzt – im Verhältnis zu den anderen Mond-Planetensystemen im Sonnensystem.
Jupiter hat zwar auch Monde, aber sie sind im Verhältnis zu seiner Größe viel, viel kleiner als unser Erdmond.
Der Mond stabilisiert die Erde und bewahrt sie vor stärkerem Taumeln.
Außerdem sorgt der Mond durch die Gezeitenwirkung dafür, dass die Erdrotationsgeschwindigkeit gebremst wurde. Heute beträgt die Rotationsdauer 24 Stunden.
Das heißt, Jahreszeiten und gemäßigte Windgeschwindigkeiten sind zumindest im Naturbild auch dank unseres Mondes stabil und gegeben.
Wir haben nun einige Faktoren kennengelernt, die dafür sorgen, dass unsere Erde lebensfreundlich ist und gut zueinander passen. Es sind also nicht nur einzelne Faktoren, sondern eine Kombination verschiedener Bedingungen.
Man könnte meinen, der Kosmos sei sehr, sehr groß. Der erfasste Bereich auf der Suche nach erdähnlichen Planeten ist jedoch sehr klein.
Hier ist auf einer Computergrafik der Milchstraße ungefähr der Bereich eingezeichnet, den man heute mit Teleskopen auf erdähnliche Planeten absuchen kann.
Die Milchstraße, die wir hier sehen, ist wiederum nur eine von Milliarden Galaxien.
Daher ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass es irgendwo anders Leben gibt.
Trotzdem ist die Abschätzung für einen zweiten erdähnlichen Planeten im Universum nach Hugh Ross extrem gering: 0,000 ... 1 auf der dreißigsten Stelle, 1 auf der achtundzwanzigsten Stelle.
Wenn man das in Prozent oder als Dezimalzahl ausdrückt, entspricht das auf der dreißigsten Stelle 10 hoch minus 30 beziehungsweise 10 hoch minus 28 Prozent.
Das ist eine unheimlich kleine Wahrscheinlichkeit.
Warum ist das so? Weil es nicht nur bei der Position des Planeten um die Sonne einen lebensfreundlichen Bereich gibt, sondern auch innerhalb der Galaxien ganz bestimmte Regionen existieren, in denen Lebensfreundlichkeit gewährleistet ist.
Zudem gibt es nur ganz bestimmte Galaxieformen, die Leben in dieser Form zulassen.
Grundlegende Feinabstimmung der Naturgesetze
Es gibt jedoch eine viel tiefere und feinere Einstellung der Naturgesetze und Naturkonstanten, die das Leben überhaupt erst ermöglichen. Diese grundlegende Feinabstimmung in der Physik ist von großer Bedeutung.
Genau diese Feinabstimmung werden wir uns gleich nach dem Lied ansehen. Paul Davis, ein agnostischer Physiker, stellte fest, dass eine wirklich große Frage darin besteht, warum das Universum so lebensfreundlich ist. Es wirkt, als sei es genau dafür arrangiert.
Elementare Kräfte und ihre mathematische Beschreibung
Was schauen wir uns jetzt an? Die elementare Feinabstimmung in der Physik.
Als Beispiel nehmen wir die Gravitationskraft, die wir bereits von der Bindung der Atmosphäre an den Planeten oder der Bindung des Mondes an die Erde kennen. Hier ist die versprochene Formel: Die Kraft, also die Gravitationskraft (Force auf Englisch), ist gleich der Masse der Erde multipliziert mit der Masse des Mondes, geteilt durch den Abstand zum Quadrat. Dazu kommt noch die Gravitationskonstante.
Was haben wir hier? Wir haben Gesetzmäßigkeiten, mit denen diese Kräfte beschrieben werden können. Es sind mathematische Zusammenhänge, die die Richtung dieser Kräfte beschreiben. Das Minuszeichen zeigt an, dass es sich um eine anziehende Kraft handelt. Außerdem beschreibt die Formel die Reichweite dieser Kraft.
Es ist überhaupt interessant, dass wir solche Phänomene mathematisch ausdrücken können – dass die Physik mathematisch beschreibbar ist. Ein Physiknobelpreisträger sagte: Die Tatsache, dass überhaupt Regelhaftigkeiten existieren, die überprüft werden können, grenzt an ein Wunder.
Um uns diese Gesetzmäßigkeiten und die Feinabstimmung darin genauer anzuschauen, müssen wir erst einmal, wie in einer Fremdsprache, ein paar Vokabeln aus der Physik lernen.
Wir beginnen hier mit einem Teil, das wir kennen: dem Wassertropfen. Er setzt sich zusammen aus ganz vielen Wassermolekülen, die wiederum aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom bestehen. Hier ein schematischer Blick in das Sauerstoffatom.
Wenn wir weiter hineinzoomen, sehen wir den Atomkern. Dieser besteht aus Neutronen, die ungeladen sind, und Protonen, die positiv geladen sind. Um den Atomkern herum bewegen sich Elektronen, die negativ geladen sind.
Wenn wir uns jetzt im Atomkern befinden, sind wir bei einer Größenordnung von 0,00000000000000000000000000000000000001 Metern (also 10 hoch minus 14 Meter). Wenn wir uns das Neutron und das Proton noch einmal anschauen, können wir diese weiter aufteilen und gelangen zu den kleinsten Teilchen, die wir heute kennen: den sogenannten Quarks.
Es gibt Up-Quarks und Down-Quarks. Hier endet die Vokabelliste. Wir gehen jetzt richtig ins ganz, ganz Kleine hinein, zu punktförmigen Teilchen. Das sind die Teilchen.
Jetzt gibt es bei diesen Teilchen beziehungsweise bei diesen Dingen von großen Größenordnungen bis hin zum Kleinsten vier verschiedene Grundkräfte in der Physik, die wirken.
Das eine ist die Gravitationskraft, die wir schon kennen und die jeder kennt. Dann gibt es die elektromagnetische Kraft, die wir auch kennen, wenn auch nicht so gut wie die Schwerkraft.
Außerdem gibt es zwei Kräfte, mit denen wohl die wenigsten sich direkt beschäftigt haben: die schwache Kernkraft und die starke Kernkraft.
Die schwache Kernkraft spielt eine Rolle, wenn jemand zum Beispiel ein PET beim Arzt bekommt. Das hat etwas mit radioaktiver Strahlung und radioaktiven Markern zu tun. Dabei ist die schwache Kernkraft bei der Teilchenumwandlung aktiv.
Die starke Kernkraft wirkt im Atomkern selbst.
Jetzt ist es spannend: Diese Kräfte unterscheiden sich in ihrer Stärke, in ihrer Richtung und in ihrer Reichweite. Und all das ist aufeinander abgestimmt.
Es ist nämlich so, dass die starke Kernkraft bei weitem die stärkste Kraft ist, die wir kennen. Sie ist zehn hoch vierzig Mal stärker als die Gravitationskraft. Ich sage immer, sie hat einen dicken Bizeps.
Stellt euch mal vor, diese Kraft würde überall wirken, nicht nur im Atomkern, um die positiv geladenen Protonen und Neutronen zusammenzuhalten. Ihr kennt das vielleicht von einem Magneten: Gleiche Ladungen stoßen sich ja eigentlich ab, wissen wir. Und wenn man Magnete von einer bestimmten Seite zusammenbringen will, funktioniert das nicht.
So ungefähr ist das im Atomkern. Und irgendwie muss es trotzdem eine Kraft geben, die alles zusammenhält. Genau das ist die starke Kernkraft.
Aber stellt euch vor, diese Kraft hätte nicht nur einen dicken Bizeps, sondern auch einen langen Arm. Dann würde alles verklumpen.
Bei der Gravitationskraft ist es umgekehrt: Die Gravitationskraft ist schwach, mit einem ganz schwachen Arm, aber einem langen Arm. Und so funktioniert der ganze Kosmos wunderbar.
Das ist ein Beispiel für diese Abstimmung – alles ist austariert.
Feinabstimmung der Naturkonstanten und ihre Bedeutung
Wir kehren zurück zu unserer Formel. Zuvor haben wir Gesetzmäßigkeiten betrachtet, die fein austariert sind. Nun wollen wir uns auch die Konstanten anschauen.
In sehr vielen, eigentlich in allen physikalischen Formeln findet man solche Konstanten, die im Studium oft einfach als gegeben hingenommen werden. Es sind bestimmte Zahlenwerte, die einfach da sind. Das Spannende daran ist, dass es ganz exakte Zahlenwerte sind. Diese müssen sehr oft so präzise sein, damit nicht nur eine Erde existieren kann, nicht nur Leben möglich ist, sondern überhaupt Chemie entstehen kann, Protonen und Neutronen existieren können und unser Universum nicht einfach langweilig aus einzelnen, nicht miteinander wechselwirkenden Teilen besteht. Diese Werte müssen extrem genau sein.
Ein Beispiel ist die Gravitationskonstante. Oben sind nochmal die verschiedenen Kräfte dargestellt: die Gravitationskraft, die schwache Kraft (aus dem Englischen "Weak"), die starke Kraft und die elektromagnetische Kraft. Hier sehen wir die Gravitationskonstante, und wir spielen jetzt ein wenig damit. Wir verschieben sie auf dieser Skala und entfernen uns vom lebensfreundlichen Bereich.
Wenn wir die Gravitationskonstante stärker machen – sie ist aber immer noch um Welten schwächer als alle anderen Kräfte – müssen wir bedenken, dass diese Skala gestaucht ist. In Wirklichkeit ist die Gravitationskraft noch viel, viel schwächer, als es hier aussieht. Der Abstand zur schwachen Kraft ist noch viel größer und liegt weit links außerhalb der Skala. Selbst wenn sie immer noch die schwächste aller Kräfte ist, aber um den Faktor 10^12 stärker als hier eingezeichnet (grün), wäre Leben auf dem Land nicht möglich. Das Eigengewicht wäre zu hoch. Man würde sich vielleicht wie ein gestrandeter Wal vorkommen. Ein Ausgleich durch eine leichtere Erde ist ebenfalls unwahrscheinlich, weil die Erde dann kein Erdmagnetfeld ausbilden könnte. Das funktioniert also nicht.
Wenn wir die Gravitationskonstante dreimal schwächer machen und nach links verschieben, könnte die Atmosphäre nicht mehr gravitativ gehalten werden. Das ist jetzt noch nicht so extrem, aber es verdeutlicht, was passiert, wenn wir an diesen Werten herumspielen. Es funktioniert nicht.
Schauen wir uns nun die Feinabstimmung im Rahmen des kosmologischen Standardmodells an, werden die Zahlenwerte noch viel extremer. Wie sieht es dort aus? Im kosmologischen Standardmodell brauchen wir Sterne mit zwei Bedingungen: Es muss stabile Sterne geben, in deren Umgebung Leben existieren kann. Außerdem brauchen wir schwere Sterne, denn nur in schweren Sternen entstehen bei Supernova-Explosionen schwerere Elemente, die für Leben notwendig sind.
Wenn man annimmt, dass diese Bedingungen erfüllt sein müssen, ergibt sich eine höchst präzise Abstimmung zwischen elektromagnetischer und Gravitationskraft. Diese Abstimmung liegt bei etwa 10^-40. Das sind Werte, die wir uns kaum vorstellen können. Paul Davies hat diesen Wert mit einem Schützen verglichen, der blindlings in den Kosmos zielt und in 20 Milliarden Lichtjahren Entfernung auf gut Glück eine Münze trifft. Das ist die Wahrscheinlichkeit für diese Feinabstimmung.
Wir sehen also: Eine enorme Feinabstimmung ist notwendig. Es gibt weitere Beispiele: die Massenverhältnisse der Elementarteilchen, insbesondere der Quarks, oder die kosmologische Konstante. Für letztere liegt die Unwahrscheinlichkeit sogar bei 1 zu 10^53. Die kosmologische Konstante ist eine Art Antigravitationskraft, die dafür sorgt, dass nicht alles verklumpt.
Was bedeutet 1 zu 10^53? Wir bemühen wieder unseren Schützen, diesmal schießt er aus dem Weltraum auf die Erde. Seine Zielscheibe wäre 10^-20 der Größe eines Atomkerns. Unvorstellbar, wenn es nur Glück wäre.
Robin Collins, ein Physiker und Religionsphilosoph, sagt: Selbst wenn die kosmologische Konstante das einzige Beispiel für Feinabstimmung wäre, würde sie meiner Meinung nach schon ausreichen, um die Vorstellung zu untermauern, dass das alles das Resultat eines bewussten Plans ist.
Ein drittes Beispiel ist die Ordnung des Universums. Roger Penrose, Mathematiker und theoretischer Physiker, hat die Unwahrscheinlichkeit berechnet. Sie beträgt sage und schreibe 1 zu 10^(10^123). Was bedeutet das?
Penrose stellt sich das so vor, als würde jemand aus einem riesigen Raum an Möglichkeiten mit einer Nadelspitze eine von 10^(10^123) Möglichkeiten herauspicken, damit ein Universum wie unseres entstehen kann.
Was können wir uns darunter vorstellen? Wenn wir alle Protonen und Neutronen im gesamten Universum – in allen Galaxien, die wir gesehen haben und auch in allen, die wir sehen würden, wenn wir Millionen Jahre Zeit hätten, den Himmel abzusuchen – zusammenzählen, dann kommen wir auf etwa 10^80 Teilchen.
Wenn wir all diese Protonen und Neutronen nebeneinander aufreihen, Nullen aufschreiben, ein Komma setzen und am Ende immer noch keine Eins schreiben dürfen, weil wir sonst erst bei 10^80 angekommen wären, dann ist diese Zahl (10^(10^123)) viel, viel, viel, viel größer als 10^80. Sie ist also um ein Vielfaches größer, als wir uns vorstellen können.
Erklärungsansätze für die Feinabstimmung
Und jetzt stellen wir uns die Frage: Woher kommt die Feinabstimmung?
Es gibt verschiedene Ansätze. Gibt es eine naturalistische, noch unbekannte Erklärung für die Feinabstimmung? Das wäre keine wirkliche Lösung, sondern nur eine Verschiebung des Problems. Denn dann hätten wir logischerweise ein Feinabstimmungsproblem auf einer tieferen Ebene.
Und wenn es doch nur Zufall ist, müssen wir ernsthaft fragen: Wie wahrscheinlich ist das bei einer Wahrscheinlichkeit von 10 hoch minus 53 oder 10 hoch 10 hoch 123 im Kehrwert?
Man sah sich gezwungen, das Konzept von Multiversen einzuführen. Die Idee ist, dass es unendlich viele oder zumindest annähernd unendlich viele Universen gibt. Dann wären wir das glückliche Universum unter unendlich vielen.
Aber das ist keine sparsame Lösung. Es ist auch keine Wissenschaft mehr, sondern eine Spekulation, die philosophisch nur bedingt haltbar ist.
Ist da doch ein Schöpfer dahinter? Man muss sagen, das ist tatsächlich die beste Erklärung. Es sieht eindeutig geplant und gewollt aus. Es ist ein Fingerabdruck Gottes.
Zur Multiversumshypothese sagt Matthias Schleife, der seine Doktorarbeit zur Feinabstimmung geschrieben hat: Empirisch, also erkenntnistheoretisch, ist die Multiversumshypothese gehaltlos, weil sie sich der Überprüfung grundsätzlich entzieht.
Dagegen lässt sich die Schöpfungshypothese auf Aussagen ein, die sich an der Erfahrung bewähren müssen.
Was ist seine Aussage hier? Er sagt: Die Geschichte mit den Multiversen wirst du nie überprüfen können. Aber wenn die Sache mit Gott stimmt, dann lässt sich das überprüfen. Gott, wenn seine Aussagen stimmen, dann lässt er sich finden.
Gedanken zur Bedeutung des Menschen und Gottes Treue
Einige Gedanken zum Abschluss aus der Perspektive des Glaubens an einen Schöpfer, zunächst in Bezug auf den Menschen.
Wir denken wieder an den Anfang des Vortrags: Demütigung ist gut und angebracht, wenn wir die gewaltige Dimension des Universums und unsere eigene Begrenztheit bedenken. Psalm 8 sagt: „Wenn ich deinen Himmel betrachte, das Werk deiner Finger, den Mond und die Sterne, die du bereitet hast, was ist der Mensch, dass du an ihn gedenkst, und der Sohn des Menschen, dass du auf ihn achtest?“ Das ist eine gesunde Einstellung.
Wenn diese Haltung jedoch zu einer Entwürdigung des Menschen führt, dann stimmt etwas nicht mehr. Weiter heißt es in Psalm 8: „Du hast ihn ein wenig niedriger gemacht als die Engel, mit Herrlichkeit und Ehre hast du ihn gekrönt. Du hast ihn zum Herrscher über die Werke deiner Hände gemacht.“ Wir sind gewollt. Es ist nicht so, dass unsere Position im Kosmos über unsere Bedeutung oder Wichtigkeit entscheidet.
Gott rechnet nicht immer in solchen Kategorien. Deshalb ist es wichtig, dass wir, wenn wir uns mit Wissenschaft beschäftigen, darauf achten, wissenschaftliche Ergebnisse nicht mit philosophischen oder weltanschaulichen Ableitungen zu verwechseln. Manchmal werden wissenschaftliche Erkenntnisse von bestimmten Weltanschauungen vereinnahmt und als eigene Wahrheit proklamiert.
In Bezug auf Gott ist die Feinabstimmung des Universums ein beeindruckender Hinweis auf seine Treue. Matthias Schleif schreibt dazu: Das Feinabstimmungsargument ist nicht nur auf den Anfang der Welt beschränkt. Gottes Schöpfer ist nicht der Gott des Deismus – also ein Gott, der etwas geschaffen hat und sich dann zurückgezogen hat.
Die Tatsache, dass die Physik natürliche Abläufe mit Konstanten beschreibt, die über Raum und Zeit unveränderlich sind, lässt sich vielmehr als Hinweis auf einen Schöpfer verstehen, der seiner Schöpfung treu bleibt, sie begleitet und erhält. Der amerikanische Mathematiker und Theologe Verne Peufres schreibt in seinem Buch „Interpreting Eden“: Gott ist so treu, dass wir detaillierte Beschreibungen von Regelmäßigkeiten machen können. Wissenschaftler beschreiben lediglich einige der regelmäßigen Wege, mit denen Gott die Welt umfassend regiert.
Es gibt verschiedene Bibeltexte, die Gottes Treue in natürlichen Regelmäßigkeiten betonen. In Jeremia 31 sagt Gott: „Wenn ihr die Ordnung des Himmels verändern könnt, dann werde ich auch untreu sein gegenüber meinem Volk.“ An diesen Ordnungen lässt Gott sich messen. Er sagt, er lässt es regnen und die Sonne aufgehen über Gerechte und Ungerechte. An diesen natürlichen Ordnungen demonstriert Gott seine Treue.
Noch einmal in Bezug auf Gott: Er hat mit seinem Vorwissen geplant und arbeitet nicht chaotisch, sondern zielgerichtet. In Gottes Schöpfung ist Zielgerichtetheit feststellbar, nicht einfach Zufall und Notwendigkeit.
Welches Ziel verfolgt Gott? Dieses Ziel möchte ich mit einer Aussage aus Hesekiel 16 ausdrücken. Dort sagt Gott zu seinem Volk: „Du sollst leben.“ Es ist Gottes ausgesprochenes Ziel, Leben zu ermöglichen. Gott selbst ist das Leben, und er will auch, dass wir leben. Er hat uns zum Leben geschaffen.
Lassen Sie uns noch einmal in Jesaja 45, Vers 18 hineinschauen, ein Vers, der dies sehr prägnant ausdrückt: „Denn so spricht der Herr, der Schöpfer der Himmel, er ist Gott, der die Erde gebildet und bereitet hat, er hat sie gegründet. Nicht als Einöde hat er sie geschaffen, sondern um bewohnt zu sein hat er sie geschaffen, hat er sie gebildet. Ich bin der Herr, und sonst ist keiner.“ Gott schafft einen Wohnraum für uns hier auf dieser Erde.
Dafür dürfen wir ihm wirklich dankbar sein – für den ganz natürlichen Wohnraum, den er uns hier geschaffen hat. Es ist Gottes Ziel, dass wir leben.
Vielleicht denkt mancher jetzt: Ja, aber das mit dem Leben ist so eine Sache. Wir müssen wirklich sagen, dass wir zwar die Feinabstimmung erkennen, aber das Leben hat einen Knacks bekommen. Wenn wir an die frühe Geschichte mit der Schlange zurückdenken, wissen wir, dass auch der Tod da ist.
Doch es ist schön, dass wir auch einen Ausblick haben dürfen. Diesen können wir zwar jetzt nicht wissenschaftlich belegen, aber Gott gibt ihn uns neben der allgemeinen Offenbarung in der Schöpfung auch in seinem Wort. Er verheißt eine neue Schöpfung, die besonders lebensfreundlich sein wird und ewiges Leben ermöglichen wird.
Ich wünsche mir, dass dieser Vortrag eine Einladung ist, einem beeindruckenden Gott zu vertrauen, der dafür gesorgt hat, dass Leben auf dieser Erde möglich ist. Er will uns Leben schenken in einem Maße, das wir hier nur erhoffen und ersehnen können. Dieses Sehen liegt in uns, aber es kann sich nur in der Hingabe an Gott erfüllen. Das wünsche ich.
Abschluss mit einem Gedicht und Lied
Abschließend möchte ich mit einem Lied und einem Gedicht von Johann Philipp Neumann schließen. Er war im neunzehnten Jahrhundert Physikprofessor, unter anderem in Graz und, so denke ich, auch in Wien. Das Gedicht ist von Franz Schubert vertont und Teil der Deutschen Messe.
Ich möchte es vorlesen, denn an dieses Lied habe ich immer wieder bei der Vorbereitung gedacht. Es drückt die Zielgerichtetheit des Wirkens Gottes aus und auch, dass wir durch Gottes Gnade einen Wohnraum haben.
Wohin soll ich mich wenden, wenn Gram und Schmerz mich drücken? Wem könnte ich mein Entzücken zeigen, wenn freudig pocht mein Herz?
Wir erinnern uns an das Zitat von Jacques Monod: Ein Universum, das taub ist für unsere Musik, unsere Verbrechen und Ähnliches. Johann Philipp Neumann hatte eine andere Antwort:
Zu dir, zu dir, o Vater, komme ich in Freud und Leiden.
Du sendest ja die Freuden, du heilest jeden Schmerz.
Ach, wenn ich dich nicht hätte, was wär mir Erd und Himmel,
ein Bahnort, jede Stätte, ich selbst in Zufallshand?
Du bist's, der meinen Wegen ein sicheres Ziel verleiht
und Erd und Himmel weiht zu süßem Heimatland.