Ursprung des Universums : Alles aus Nichts

Warum gibt es überhaupt etwas und nicht vielmehr nichts? Der Physiker Lawrence Krauss glaubt, die Antwort gefunden zu haben – und hat eine heftige Debatte angestoßen.

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Wenn Sie morgens die Zeitung umblättern, werden Sie feststellen, dass Ihnen die Luft keinen nennenswerten Widerstand entgegensetzt. Die Luftmoleküle nehmen nur einen kleinen Teil des Raumvolumens um Sie herum ein. Im Weltall sind Moleküle und Atome noch sehr viel rarer gestreut. Aber auch fernab von Sternen und Galaxien gibt es nirgends ein völliges Nichts. Wo keine Atome und Moleküle herumschwirren, ist der Raum erfüllt von elektromagnetischer Strahlung oder exotischen Elementarteilchen wie Neutrinos .

Ein völliges Nichts ist kaum vorstellbar – und doch soll unser Universum, alle Galaxien, Sterne, Planeten und die ganze belebte Vielfalt in unserem Kosmos, daraus hervorgegangen sein. Das behaupten jedenfalls Physiker wie Lawrence Krauss von der Arizona State University. „Ein Universum aus dem Nichts“ heißt sein jüngstes Buch, das in den USA heftige Diskussionen entfacht hat. Kein Wunder. „Selbst die letzte verbliebene Trumpfkarte des Theologen, die Frage, warum es statt nichts überhaupt etwas gibt, verdorrt vor unseren Augen, wenn wir diese Seiten lesen“, schreibt der religionskritische Evolutionsbiologe Richard Dawkins im Nachwort.

In den modernen Naturwissenschaften könnte es wohl nichts Interessanteres geben als das Nichts, betont Krauss. Allerdings ist sein Nichts schwer zu fassen. Das Vakuum des theoretischen Physikers ist nicht das der Philosophen, also keine vollkommene Leere, sondern entspricht eher dem, was übrig bleibt, wenn man aus einem gegebenen Volumen all das entfernt, was sich daraus entfernen lässt.

Krauss beruft sich insbesondere auf Erkenntnisse aus der Quantenphysik. Demnach ist das Nichts ein höchst instabiler Zustand. Wenn Physiker versuchen, alle Partikel aus einem Behälter zu beseitigen, tauchen darin blitzartig neue Teilchen und ihre Antiteilchen auf und verschwinden kurz darauf wieder. Auf ähnliche Weise könnten aus einem kosmischen Vakuum Blasen oder ganze Universen aufscheinen und wieder ins Nichts abtauchen. Wäre es möglich, dass eine solche Blase Jahrmilliarden überdauert und sich in die uns vertraute Welt verwandelt hat? Und das alles aus dem Nichts?

„Die Schöpfung hat sich so breitgemacht, da ist nichts leer, alles voll Gewimmels“, schrieb der deutsche Dichter Georg Büchner. Über Jahrtausende hinweg war dies die Überzeugung vieler Naturphilosophen: Ein vollkommenes Nichts ist unmöglich. Die Natur scheut das Vakuum.

Für diesen „Horror vacui“ fanden Gelehrte zahlreiche Belege. Taucht man zum Beispiel ein Röhrchen in eine Flüssigkeit und hält es oben mit dem Finger geschlossen, während man es wieder herauszieht, kann das Wasser nicht abfließen. Andernfalls würde ein Leerraum entstehen. Auf diesem Effekt basiert ein im antiken Griechenland „Klepshydra“ oder „Wasserdieb“ genanntes Gefäß. Erst wenn man die obere Öffnung freigibt und Luft nachströmt, kann das Wasser ablaufen. Denkbar also, dass eine dem „Horror vacui“ entsprechende Kraft dafür sorgt, dass jeder Raum von Materie durchdrungen wird.

Die neuzeitliche Forschung gab der antiken Lehre der Atomisten neuen Auftrieb: dass es in der Natur kleinste Teilchen oder Atome geben sollte, die sich in einem ansonsten leeren Raum bewegen. Dieser Frage gingen Naturforscher wie Otto von Guericke im 17. Jahrhundert auch mit neuen experimentellen Mitteln nach.

Als Bürgermeister der Stadt Magdeburg, die im Dreißigjährigen Krieg in Schutt und Asche gelegt worden war, kannte sich von Guericke mit Wasserpumpen aus. Zunächst versuchte er, die Flüssigkeit aus Wein- und Bierfässern abzupumpen. Als er merkte, dass die Fässer nicht dicht waren, probierte er es mit Kupferkesseln, die aber in sich zusammenfielen, „wie ein Leinentuch in der Hand zerknüllt“.

Von Guericke ließ sich nicht abschrecken, bestellte Kessel mit dickeren Wänden in Form von Halbkugeln, ließ Dichtungen und Ventile verbessern, um den enormen Kräften zu begegnen, die beim Absaugen der Flüssigkeit entstanden. Nachdem er zwei Halbkugeln zusammengefügt und die Luft zwischen ihnen abgepumpt hatte, schafften es selbst zwei Gespanne mit zunächst sechs, später acht, dann zehn Pferden auf jeder Seite nicht, die Hälften wieder voneinander zu trennen. Seine Deutung der Versuche: Die Luft hat ein Gewicht, das auf allen Körpern lastet und die evakuierten Halbkugeln zusammendrückt.

Von Guerickes Experimente weckten den Ehrgeiz der Forscher, immer tiefer ins Vakuum vorzudringen. Aber ist eine so erzeugte Leere nur ein Effekt der Technik? Ein Phantasma?

Der modernen Quantentheorie zufolge brodelt es in jedem ansonsten noch so leeren Raum. „In der Quantenmechanik stellt das Vakuum den Zustand niedrigster Energie dar“, so Dieter Lüst, Direktor am Max-Planck-Institut für Physik in München. „Im quantenmechanischen Vakuum sind die Teilchen in dauernder Unruhe und stetiger Bewegung.“ Insbesondere können für Sekundenbruchteile Paare von Teilchen und ihren Antiteilchen ans Tor zum Dasein klopfen und sogleich wieder zerstrahlen. Diese Partikel lassen sich grundsätzlich nicht aus der Welt schaffen.

Der Physiker Henning Genz hat dies folgendermaßen veranschaulicht: „Nehmen wir einen armen Schlucker, der weder brutto noch netto etwas besitzt, weil alle seine Konten jederzeit leer sind, und vergleichen wir ihn mit einem Pumpgenie, dessen Konten insgesamt und immer ebenfalls die Bilanzsumme null ergeben, einzeln aber mal hier, mal dort große positive und negative Beträge aufweisen.“ Der leere Raum unserer Vorstellung sei leer wie die Konten des armen Schluckers. Dagegen gliche der leere Raum der Quantenphysik den Konten des Pumpgenies.

Das Nichts erzeuge immer etwas, wenn auch nur für einen winzigen Augenblick, schreibt Krauss. Und diese Vakuumfluktuationen hätten messbare Folgen. Ihretwegen ziehen sich beispielsweise zwei parallele, sehr dicht beieinander liegende elektrisch leitende Platten im Vakuum gegenseitig an.

Der Effekt ist winzig. Er ist nur für Abstände von weniger als einem Tausendstelmillimeter nachweisbar. Ähnlich wie einer Violinsaite nur bestimmte Schwingungen möglich sind, wenn sie zwischen zwei Enden eingespannt ist, passen auch zwischen die beiden Platten nur bestimmte Fluktuationen elektromagnetischer Wellen, da diese Wellen auf den Oberflächen der Platten einen Schwingungsknoten besitzen. Außerhalb der Platten können sich dagegen sämtliche Wellen ungehindert ausbreiten. Aus dieser Differenz zwischen Innen- und Außenraum resultiert eine anziehende Kraft.

Möglicherweise prägten Quantenfluktuationen auch die Frühphase unserer Welt. Krauss glaubt, dass das Nichts so instabil ist, dass früher oder später Universen daraus hervorgehen müssen. Er ist Fürsprecher einer Theorie, welche die Physiker Andrei Linde und Alexander Vilenkin gemeinsam entwickelt haben, und geht davon aus, dass sich unentwegt kosmische Blasen im Raumzeitschaum bilden und wieder vergehen. Inmitten dieser Paralleluniversen wäre das für uns beobachtbare Universum ein vergleichsweise seltener Fall. Es hätte nur deshalb solche Dimensionen angenommen, weil es beizeiten eine Phase extrem rascher Expansion durchlief.

„Unsere Teilhabe am Sein nimmt uns die Möglichkeit, die ersten Gründe, die dem Nichts entstammen, zu erkennen, und das Wenige dieser Teilhabe verdeckt die Schau des Unendlichen“, schrieb einst der französische Naturphilosoph Blaise Pascal. Krauss ist optimistischer. Noch offene Fragen möchten er und andere Forscher durch eine baldige Vereinigung von Quanten- und Allgemeiner Relativitätstheorie zu einer Quantengravitationstheorie beantworten. Eine solche Theorie liefe unter anderem darauf hinaus, die Regeln der Quantenmechanik auf den Raum selbst anzuwenden und nicht nur auf die Eigenschaften von im Raum vorhandenen Objekten, so Krauss.

Sein Schluss aus alledem ist eine seltsame Mischung aus persönlicher Überzeugung und blanker Spekulation: „Die Lektion ist eindeutig: Die Quantengravitation scheint nicht nur zuzulassen, dass Universen aus dem Nichts hervorgehen–- was hier, wie ich betone, als Abwesenheit von Raum und Zeit zu verstehen ist –, sie könnte dies sogar erfordern. Das Nichts – in diesem Fall kein Raum, keine Zeit, kein gar nichts! – ist tatsächlich instabil.“

Das Buch „Ein Universum aus dem Nichts“ (252 S., 19 Euro 99) ist im Knaus Verlag erschienen.

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