Teil 1: Die Widersprüche in Hawkings Vermächtnis

Multiversum
Multiversum – Idee oder Realität?

Stephen Hawking wollte in seinem letzten populärwissenschaftlichen Buch nicht nur wichtige kosmologische, sondern auch große philosophische Fragen beantworten. Hat er erreicht, was Generationen von Wissenschaftlern und Philosophen misslang?

Stephen Hawking ist wieder in den Bestsellerlisten. Das hätte dem weltberühmten, öffentlichkeitsaffinen Kosmologen, der im März dieses Jahres verstarb, sicher gefallen. So ganz glücklich wäre er über das Werk, das ihn – wieder – in den populärwissenschaftlichen Charts vertritt, aber wahrscheinlich nicht. Es handelt sich nämlich um sein Erstlingswerk Eine kurze Geschichte der Zeit, das bereits vor 30 Jahren ganz nach oben stürmte. Das ist der Fluch des frühen Erfolges, wie man ihn auch von Michael Jackson kennt: Der King of Pop litt im Grunde sein ganzes Leben darunter, dass er sein Debutalbum Thriller nicht mehr toppen konnte.

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Hawkings Millionseller (1988)

Nun ist es nicht so, dass man aus Hawkings Millionseller von 1988 heute nichts mehr lernen könnte. Im Gegenteil, man kann es ebenso noch mit Gewinn lesen, wie man auch Thriller heute noch mit Genuss hören kann. Aber: Um Hawkings Vermächtnis handelt es sich bei diesem Buch nicht! Das ist nämlich sein Buch Der große Entwurf von 2010. Während Eine Kurze Geschichte der Zeit vor allem durch seine brillante, auch für Laien nachvollziehbare Darstellung kosmologischer Theorien punktet, sollen in Der große Entwurf die ganz dicken Bretter gebohrt werden. Auch der Untertitel lässt daran keinen Zweifel. Er lautet ganz bescheiden: Eine neue Erklärung des Universums.

Hawking will die dicken Bretter der Philosophie bohren

Der große Entwurf ist also viel mehr als ein Buch über Kosmologie, wie auch der Titel des ersten Kapitels Das Geheimnis des Seins ahnen lässt. Hawking macht keinen Hehl aus seinen ehrgeizigen Zielen: Er will auch die Fragen klären, von denen man bisher glaubte, sie seien der Philosophie oder gar der Theologie vorbehalten. Damit diesbezüglich erst gar keine Missverständnisse aufkommen, schreibt er gleich zu Beginn:

„Traditionell sind das Fragen für die Philosophie, doch die Philosophie ist tot.“
(S. 11, alle Seitenzahlen beziehen sich auf „Der große Entwurf“)

Sie habe nämlich mit der Entwicklung der Naturwissenschaften nicht Schritt gehalten. Aha! So macht man sich Freunde in anderen Fakultäten. Ein paar Seiten später führt Hawking dann genauer aus, was er meint:

„Um das Universum auf fundamentalster Ebene zu verstehen müssen wir nicht nur wissen, wie sich das Universum verhält, sondern auch warum.
– Warum gibt es etwas und nicht einfach nichts?
– Warum existieren wir?
– Warum dieses besondere System von Gesetzen und nicht irgendein anders?“ (S. 15)

Höher kann sich ein Naturwissenschaftler die Latte kaum legen. Werner Heisenberg stellte noch fest, je mehr man forsche, desto mehr müsse man das Wort Naturerklärung durch Naturbeschreibung ersetzen. Soll heißen: Je weiter man das wie ergründet, desto unklarer wird das warum. Wenn man so will, eine metaphysische Analogie zu seiner berühmten Unschärferelation. Hawking steht Heisenberg in diesem Punkt diametral entgegen. Er begnügt sich nicht mit dem wie, er will auch das warum. Er will nicht nur eine Beschreibung der Natur, er will alles. Und er glaubt, dass die Erforschung des wie letztlich auch zum Verständnis des warum führen muss.

Das Muliversum – Vision oder Realität?

Ein zentraler Begriff auf dem Weg zu diesem ehrgeizigen Ziel, ist der des Multiversums, den ich in meinen letzten Beiträgen schon aufgegriffen habe (hier, hier und hier), also die Vorstellung, dass es neben dem von uns beobachtbaren Universum (manchmal auch Hubble-Raum genannt) eine gigantische Anzahl von anderen Universen mit allen nur denkbaren Eigenschaften gäbe. Der Vorteil, den das Multiversum für Welterklärer bietet, liegt auf der Hand: Man muss die besonderen Eigenschaften unseres Universums nicht mehr erklären und zwar schlicht und einfach deshalb, weil es ja gar keine besonderen Eigenschaften mehr sind, da alle Eigenschaften irgendwo im Multiversum verwirklicht sind. Fragen wie Warum hat unser Universum drei räumliche Dimensionen?, Warum hat die Gravitationskonstante gerade diesen Wert? oder die Frage nach der Feinabstimmung werden damit obsolet.

Die Möglichkeit eines Multiversums ergibt sich aus der M-Theorie, die unter anderem die Stringtheorie umfasst. Dabei handelt es sich um ein mathematisches Modell epischen Ausmaßes, das mit elf Raumzeitdimensionen arbeitet. In unserer alltäglichen Erfahrung gibt es bekanntlich nur vier Raumzeitdimensionen, was laut der M-Theorie daran liegt, dass sich die fehlenden sieben Dimensionen versteckt halten. In einem mathematischen Verfahren, das als Aufwickeln von Dimensionen bezeichnet wird, werden die elf Dimensionen nach bestimmten mathematischen Regeln so „zusammengefaltet“, dass sieben davon für uns nicht mehr wahrnehmbar sind. Bei diesem Aufwickeln ergeben sich nun unter anderem auch Werte für die physikalischen Konstanten, die man ansonsten einfach so akzeptieren muss.

Gäbe es nur eine Möglichkeit für das Aufwickeln der Dimensionen und kämen dabei

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Hawkings Vermächtnis (2010) – „die Philosophie ist tot“

gerade unsere Naturkonstanten heraus, dann wäre das Ganze eine ziemlich phänomenale Theorie. Dem ist allerdings nicht so. Es gibt nämlich, sagen wir mal, ziemlich viele Möglichkeiten des Aufwickelns. Um der Wahrheit die Ehre zu geben: abartig viele. Man schätzt etwa 10 hoch 500 Stück. Und jede davon könnte nun einem real existierenden Universum entsprechen. Zum Vergleich: Die Anzahl der Atome im sichtbaren Universum schätzt man auf 10 hoch 80. Im Vergleich zur Anzahl der möglichen Universen nicht mehr als ein Fliegenschiss neben einem gigantischen Misthaufen.

Das klingt nun alles recht beeindruckend und das ist es wohl auch tatsächlich. Es gibt nur ein Problem dabei: Das Multiversum ist eine rein mathematische Kopfgeburt. Noch nie hat jemand ein anderes Universum gesehen und es gibt keinen einzigen Vorschlag, wie man die Existenz eines solchen experimentell überprüfen könnte.

Und es kommt noch schlimmer: Es wird auch nie jemand eines sehen und es wird niemals einen Vorschlag für ein solches Experiment geben. Dazu müsste man nämlich die Relativitätstheorie außer Kraft setzen. Wie wir seit Albert Einstein wissen, kann sich nichts schneller fortbewegen als Licht. Damit ist aber jegliche Art von Informationsübertragung mit irgendetwas, das sich außerhalb des Hubble-Raums befindet, ausgeschlossen. Was immer sich dort befinden mag, wir können es weder sehen, noch von dort einen Funkspruch empfangen, noch irgendeine Art von Wechselwirkung mit ihm erzwingen.

An dieser Stelle könnte dieser Artikel mit folgender Zusammenfassung enden:
Man ist sich über folgende Punkte einig: Die M-Theorie ist eine hochinteressante mathematische Konstruktion. Die Teile der Theorie, die ein Multiversum benötigen, werden allerdings, nach allem was wir heute wissen, niemals überprüfbar sein. Man kann sie daher glauben oder auch nicht. Vor diesem Hintergrund scheint es sinnvoll, sich vorwiegend den vielen ungelösten Fragen zuzuwenden, die es innerhalb des beobachtbaren Teils des Universums gibt.

Wie beweist man die Existenz von etwas Unsichtbarem?

Von Einigkeit kann allerdings keine Rede sein. Der Mensch will immer Grenzen überschreiten und es ist nicht Sache eines jeden Schusters, bei seinen Leisten zu bleiben. Und damit sind wir wieder bei Stephen Hawking. Wer die Fragen nach dem warum beantworten will, der kann sich nicht damit zufriedengeben, dass Teile seiner Theorie Glaubensfragen sind, denn damit ist man ja fast schon wieder bei der Theologie oder der Philosophie – und die ist doch angeblich „tot“. Es reicht dann nicht, dass das Multiversum ein ebenso interessantes wie schillerndes mathematisches Konstrukt ist. Für diesen Anspruch muss es tatsächlich existieren. Nur dann hat man überhaupt die Chance, die letzten Frage zu klären (ob das Multiversum dafür tatsächlich geeignet ist, sei an dieser Stelle einmal dahingestellt). Aber wie beweist man die Existenz von etwas, von dem man selbst zugeben muss, dass man es weder sehen, hören oder schmecken, noch mit irgendeinem Messgerät detektieren kann?

Hawking versucht dieses Kunststück mit Hilfe eines Ansatzes, den er modellabhängigen Realismus nennt. Realismus – das sollte für einen Naturwissenschaftler selbstverständlich sein, ebenso wie Modelle. Modelle sind Vorstellungen, die sich Wissenschaftler machen, um Beobachtungen in einen sinnvollen Zusammenhang zu bringen. Es gibt zum Beispiel unterschiedliche Atommodelle, die zu erklären versuchen, was im Inneren eines Atoms vor sich geht, wenn es anfängt zu leuchten. Niemand hat das Innere eines Atoms je gesehen. Insofern weiß auch niemand, ob die Modelle tatsächlich zutreffend sind. Man kann nur sagen, ob sie funktionieren oder nicht.

Wenn ein Modell viele Phänomene erklärt und durch zahlreiche Experimente gestützt wird, spricht man von einer Theorie. Es gibt also keinen grundsätzlichen Unterschied zwischen Modell und Theorie. Auch die M-Theorie ist ein sehr komplexes Modell.

Der modellabhängige Realismus macht nun Aussagen darüber, was real ist und damit den Anspruch auf Existenz erheben darf. Dafür hält Hawking zunächst fest:

 „Es gibt keinen abbild- oder theorieunabhängigen Realitätsbegriff.“ (S.42),

wobei, wie wir gerade gesehen haben, theorie- und modellabhängig dasselbe meint. Er begründet das damit, dass auch das Gehirn Modelle der Welt erzeuge. Damit spielt er auf die unbestreitbare Tatsache an, dass unser Bild von der Umwelt nicht allein durch die Projektion auf unsere Netzhaut entsteht, sondern zu großen Teilen vom Gehirn konstruiert wird. Die Modelle unseres Gehirns haben sich im Laufe der Evolution entwickelt, um das Überleben zu sichern und nicht um ein „objektives“ Bild unserer Umwelt zu erzeugen. Beispielsweise nehmen wir Höhen übertrieben wahr, damit wir uns vor den mit ihnen verbundenen Gefahren besser in Acht nehmen.
Die naturwissenschaftliche Modellbildung sieht Hawking nun als eine Art Weiterentwicklung der cerebralen Modellbildung und definiert modellabhängigen Realismus als

„die Vorstellung, dass eine physikalische Theorie oder ein Weltbild ein (meist mathematisches) Modell ist und einen Satz Regeln besitzt, die die Elemente des Modells mit den Beobachtungen verbinden. Das liefert uns ein Gerüst zur Interpretation der modernen Wissenschaft.“ (S. 42)

Dem wird kaum jemand widersprechen wollen, denn dies ist naturwissenschaftlicher Pragmatismus. Allerdings ist damit über die Existenz der Elemente eines Modells nichts gesagt. Tatsächlich ist es so, dass es für das Funktionieren eines Modells irrelevant ist, ob seine Elemente tatsächlich existieren.

Modelle und die Realität – ein schwieriges Verhältnis

So konnte das ptolemäische Weltbild die Bewegung der Planeten anfangs genauer vorhersagen, als das kopernikanische. (Das änderte sich erst, nachdem Johannes Kepler die kreisförmigen Umlaufbahnen der Planeten durch Ellipsen ersetzte.) Bekanntlich ging Ptolemäus aber davon aus, dass sich die Sonne und alle Planeten um die Erde drehen. Außerdem machte er sehr komplexe Annahmen über die Umlaufbahnen der Planeten (die sogenannten Epizykel). In Wirklichkeit existieren aber weder die geozentrischen Umlaufbahnen, noch die Epizykel. Man sieht: Ein „falsches“ Modell kann richtige Voraussagen machen, wenn man geeignete Elemente hinzuphantasiert.

Aber auch ein „richtiges“ Modell kann Elemente enthalten, die es in Wirklichkeit nicht

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Wetterkarte – Sind Isobaren real?

gibt. So ist die Wetterkarte ein gutes Modell für das Geschehen in der Atmosphäre. Allerdings wird man die Isobaren, also jene Linien, die Orte gleichen Drucks miteinander verbinden, in der Realität vergebens suchen. Auch hier zeigt sich: Die Tatsache, dass ein Modell funktioniert, bedeutet nicht, dass (alle) seine Komponenten in der Realität existieren müssen. (Zu diesem wichtigen Punkt wird es im nächsten Teil dieses Beitrags noch zwei etwas ausführlichere Beispiele geben.)

Modelle sind Hilfskonstruktionen mit denen unser beschränkter, evolutionär geprägter Geist sich ein Bild von der Realität zu machen versucht. Ganz so, wie wir uns mit Hilfe einer Landkarte einen Überblick über ein Gelände verschaffen. Auch sie enthält viele Elemente, die uns zwar die Orientierung erleichtern, aber keine Entsprechung in der Realität haben. Man denke an Einfärbungen, Zahlen, Namen oder die Legende. Ein Modell ist so wenig die Realität, wie eine Landkarte das Land ist.

Das weiß natürlich auch Hawking. So schreibt er

„Der modellabhängige Realismus löst – oder vermeidet zumindest – auch die schwierige Frage, was Existenz bedeutet.“ (S. 46)

Wobei von „lösen“ natürlich keine Rede sein kann. Der modellabhängige Realismus vermeidet es über Existenz zu sprechen und begnügt sich mit der Frage, ob Modelle brauchbare Vorhersagen machen. Das ist für Naturwissenschaftler auch völlig legitim und im Forschungsalltag ohnehin der einzig gangbare Weg.

Hawkings Widerspruch

All dem könnte man bedenkenlos zustimmen, würde sich Hawking in seinem Buch nicht in schwere Widersprüche verwickeln. An anderer Stelle klingt das mit dem modellabhängigen Realismus nämlich ganz anders:

„Wenn es einem (…) Modell gelingt, Ereignisse zu erklären, billigen wir in der Regel ihm sowie den Elementen und Konzepten, aus denen es besteht, den Status der Wirklichkeit und absoluten Wahrheit zu.“ (S. 13)

Einerseits vermeidet der modellabhängige Realismus also die Frage, was Existenz ist. Andererseits bietet er die Möglichkeit etwas als absolute Wahrheit anzuerkennen? Und das auch noch „in der Regel“? Welche Regel soll das sein? Wer entscheidet über Zubilligung des „Status der Wirklichkeit“? Der Papst?

Und es kommt noch besser. Gegen Ende des Buches bekräftigt Hawking nochmals seine These, dass es „keinen modellunabhängigen Test der Wirklichkeit“ gebe und folgert daraus,

„dass ein gut konstruiertes Modell eine eigene Realität schafft.“ (S. 168)

Als Beleg nennt er ein Computerspiel. Derlei kennt man von Max Tegmark, der auch allen Ernstes behauptet, die Inflationstheorie verwandle „das Mögliche in das Wirkliche“. Damit vertreten die beiden Kosmologen eine Idee, die ich an anderer Stelle bereits als creatio ex theoria bezeichnet habe. Da alle Modelle vom Gehirn erzeugt werden, bedeutet dies letztlich, dass auch die Realität vom Gehirn erzeugt wird. Wir haben es also mit einer neuen Dimension des Gehirnfetischismus in der aktuellen Naturwissenschaft zu tun. Es gilt nicht nur „in bin mein Gehirn“, sondern auch „das Gehirn erschafft die Realität“. Wobei sich dabei die Frage stellt, welches von den vielen Gehirnen das nun genau macht.

Natürlich ist es unstrittig, dass unser Gehirn die Wahrnehmung der Realität maßgeblich formt und dass diese Wahrnehmung nicht immer objektiv ist. Wie oben erwähnt, nehmen wir beispielsweise Höhen übertrieben wahr. Wir können diese verzerrte Wahrnehmung aber korrigieren, indem wir Messgeräte benutzen. In diesem Fall einen einfachen Zollstock. Das sollte doch gerade für Naturwissenschaftler selbstverständlich sein.

Aus der Tatsache, dass das Gehirn Modelle für die Umwelt verwendet, den Schluss zu ziehen, dass diese Umwelt nur im Gehirn real ist, ist eine extreme und recht willkürliche philosophische Position, die sich durch nichts beweisen lässt, schon gar nicht im naturwissenschaftlichen Sinne.

Und so erweist sich Hawkings Antwort auf die großen Warum-Fragen als Taschenspielertrick. Denn für diese Antwort braucht er ein existierendes und nicht nur ein erdachtes Multiversum. Und sein „Beweis“ für dessen Existenz lautet letztlich: Was erdacht ist muss auch existieren. Kein Argument, das irgendeiner wissenschaftlichen Prüfung standhalten würde. Eher schon: ein Bluff.

Vielleicht hat er ja jetzt Gelegenheit, sich mit einem großen Philosophen über das Problem der Existenz auszutauschen.

Hier geht es zum 2. Teil des Beitrags.

Abbildungen:

Bücher: Mit freundliche Genehmigung von Rohwolt

andere Abbildungen: Screeshots Youtube