Jenseits aller Evolution: Kausalität

Grundlegende Fragestellungen

Eine wichtige Frage in der Evolutionsbiologie ist jene nach dem erstmaligen Erscheinen von Lebewesen. Wie konnte aus unbelebter Materie das erste Lebewesen entstehen? Diese Frage kann nicht im Rahmen der Evolutionsbiologie selbst geklärt werden, da Evolution per Definition nur in Lebewesen stattfindet und so diese Lebewesen eine Entwicklung erfahren. Tote Materie ist hingegen außerhalb der Biologie angesiedelt. Hier müssen Chemie und Physik Antworten liefern. Ein möglicher Ansatz kommt aus einer Richtung, die sich mit der Entwicklung des gesamten Kosmos beschäftigt.

Das Problem der scheinbaren Feinabstimmung der Kräfte und materiellen Bestandteile im Universum, um Leben zu ermöglichen, wird dadurch gelöst, dass man viele Universen annimmt, die zusammen ein Multiversum bilden, jedes aber für sich individuell eine autonome Entwicklung durchgemacht hat. Wenn also in einem Universum die Bedingungen für Lebewesen erfüllt sind, die sich fragen können, warum ihr Universum gerade so beschaffen ist die eigene Existenz zu ermöglichen, dann liegt das schlicht an die vielen Versen ím Multiversum, so dass zufällig auch die richtigen Beziehungen für Leben in eines der Versen auftraten.

Gegen die Existenz weiterer Versen mag man erst einmal nichts einwenden können. Eventuell sind nicht alle Parallelversen so autark wie es den Anschein hat, und es sind indirekte Einflussnahmen auf andere Versen möglich. Dennoch hat die Multiversentheorie ihre eigene Herausforderung zu bestehen. Die Frage stellt sich auf einer höheren Abstraktionsstufe neu. Diesmal nicht nach Leben - denn die sogenannte Feinabstimmung stellt sich gar nicht in dem gedachten Umfang, man muss nur gleichzeitig mehrere grundlegende Parameter (und nicht nur einen) ändern, um ein uns materiell und kräftemäßig ähnliches Universum zu erhalten [1] -, sondern die Frage stellt sich bezüglich der Kausalität.

Kausalität

In einem Universum können nur dann Wechselwirkungen stattfinden, wenn eine Reihenfolge festgelegt werden kann, in denen Prozesse ablaufen. Während man also viele Versen berechnen kann, in denen die meisten kein Leben - jedenfalls wie wir es uns auch nur vorstellen können - ermöglichen, einige aber zufällig doch alle grundlegenden Bestandteile zur Verfügung stellen, so bleibt die Frage, ob dies auch für die Kausalität an sich gilt. Der konsequent kosmologisch-evolutionäre Ansatz geht dabei davon aus, dass sich Kausalität in einem Universum selbst entwickelt, um dann die zeitliche Abfolge weiterer Prozesse zu ermöglichen.

Der Ansatz sich entwickelnder Kausalität wurde durch Stephen Hawkings Bestseller 'Eine kurze Geschichte der Zeit' berühmt [2]. Die Idee nutzt das Prinzip der Superposition. Jedes Objekt befindet sich in einem bestimmten Zustand. Während sich in der klassischen Physik dieser Zustand mit einer eindeutigen Menge von Zahlen beschreiben lässt, muss man sich in einer quantenphysikalischen Beschreibung ein Objekt nicht in einem einzigen Zustand befindlich vorstellen, welcher sich nachfolgend in einen anderen Zustand ändern kann, sondern es befindet sich quantenmechanisch stets in einer Überlagerung aller möglichen Zustände. Man sagt: Es befindet sich in Superposition.

Um das mit der Pfadintegralmethode von Nobelpreisträger Richard Feynman [3] auszudrücken: Ein Teilchen befindet sich nicht nur an einem präzisen Ort mit einer präzisen Geschwindigkeit, sondern es befindet sich in einer Überlagerung gleichzeitig an allen möglichen Orten mit allen möglichen Geschwindigkeiten und man muss für den Ort und die Geschwindigkeit des Teilchen einen gewichteten Mittelwert ansetzen. So lassen sich Wahrscheinlichkeiten berechnen, um das statistische Auftreten von Teilchen zu ermitteln. Dieses Superpositionsprinzip kann man auch auf das gesamte Universum anwenden: Dann besteht die Superposition nicht aus unterschiedlichen Teilchenbahnen, sondern aus allen unterschiedlich möglichen Gestalten der Raumzeit.

Vierdimensionale Raumzeit

Mit den in den 1990er Jahren einziehenden computertechnischen Entwicklungen gelang es, diesen Ansatz in allen Facetten zu simulieren: Während die klassiche Relativitätstheorie überlagernde Raumzeitgestalten nicht zu behandeln vermag, konnte dies mit der euklidischen Quantengravitation an den Hochleistungsrechnern geleistet werden. Dabei gab es eine große Überraschung. Wenn man keine Restriktionen am Modell vornimmt, um wirklich alle möglichen Raumzeitgestalten einfliessen zu lassen, dann resultieren stets zwei große Gruppen von Universen: Entweder es ergibt sich eine Raumzeit, die sehr dünn und ausgedehnt ist und nur aus zwei Dimensionen besteht. Oder aber der gesamte Raum faltet sich dermaßen zusammen, dass ein Knäuel mit unebdlich vielen Dimensionen entsteht.

Dieses Ergebnis zeigt somit auf, dass es eine flache vierdimensionale Raumzeit, wie wir sie bewohnen, in keinem Fall geben dürfte. Auch die mannigfaltigen Möglichkeiten eines Multiversums können an diesem Tatbestand nichts ändern. Wohlgemerkt: Dies gilt dann, wenn man eine wirklich offene Entwicklung ohne Zusatzannahmen - die quasi künstlich hinzugegeben werden müssten - modellieren möchte. Daher ging man nach diesem Ergebnis einen anderen Weg und überlegte sich, welche Restriktionen notwendig seien, um unsere vierdimensionale flache Raumzeit zu erhalten.

Eine neue Simulationsrechung zeigt einen Ausweg. Dieser Ausweg bedingt aber ein vollkommenes Umdenken in der Bewertung bisheriger Wissenschaftsdogmen, auch wenn die beteiligten Forscher dies nicht zu bemerken scheinen. Sie stellen nur fest [4]:

Die Universen, die in die euklidische Superposition eingehen, haben vier räumliche Richtungen statt wie üblich eine für die Zeit und drei für den Raum. Da euklidische Univsersen keinen deutlichen Zeitbegriff haben, fehlt ihnen eine Struktur, um Ereignisse in eine spezielle Ordnung zu bringen. Hawking und andere Anhänger dieses Ansatzes meinten, die Zeit sei 'imaginär' - sowohl im mathematischen wie im umgangssprachlichen Sinn. Sie hofften, mikroskopische Quantenfluktuationen, die für sich genommen keine kausale Struktur enthalten, würden die Kausalität als großräumige Eigenschaft hervorbringen. Doch Computersimluationen haben diese Hoffnung zerschlagen.

Immaterielle Konstruktion

Dieses Ergebnis muss in seiner philosophischen und naturwissenschaftlichen Tiefe erst noch aufbereitet werden, doch sicher ist, dass es ohne weitere immateriellen Größen zur Strukturdeterminierung des Universums nicht geht. Kausalität muss künstlich hinzugefügt werden und kann auch nicht im Rahmen eines Multiversums durch Evolution und ein Überangebot von Zufallsvarianten erklärt werden!

So berichten die Autoren von ihrem Erfolg [5]:

Der Fachausdruck für unsere Methode lautet kausale dynamische Triangulation. Dabei weisen wir zunächst jedem Vier-Simplex einen Zeitpfeil zu, der von der Vergangenheit in die Zukunft weist. Dann erzwingen wir kausale Kleberegeln: Zwei Simplices müssen so verklebt werden, dass ihre Zeitpfeile dieselbe Richtung haben. Den Simplices muss eine Zeit gemeinsam sein, die sich stetig in Richtung dieser Pfeile entfaltet und niemals stillsteht oder rückwärtsläuft... Man stelle sich unsere Begeisterung (2004) vor, als die Anzahl der Dimensionen vier betrug - genauer 4,02 +/- 0,1. Zum ersten mal hatte jemand die beobachtete Dimensionszahl aus Grundprinzipien hergeleitet. Bis heute (2010) ist der Einbau der Kausalität in die Computermodelle das einzige bekannte Mittel gegen die Instabilität überlagerter Raumzeitgeometrien.

Heims erweiterte Quantenfeldtheorie

So sehr man den Wissenschaftlern für ihre Simulationserfolge gratulieren kann, muss man korrekterweise festhalten, dass die Idee der Berücksichtigung zusätzlicher immaterieller Organisationsstrukturen für den Aufbau der vierdimensionalen Raumzeit schon seit den späten 1950er Jahren vom 2001 verstorbenen Burkhard Heim erarbeitet wurde [6]. Heim erkannte mit seiner Dimensionsformel [7], dass für eine vierdimensionale Raumzeit mindestens zwei weitere immaterielle Dimensionen, die selbst nicht raumzeitlich sind, existieren müssen. Diese nannte er den Strukturraum, der den Organisationsgrad der Materie enthält, wobei auch die Kausalität als richtungssteuernde Abfolge grundlegend ist. Seine Ausarbeitungen waren von so einer stringenten Konsequenz, dass er auch weitere Informationsdimensionen als existent erkannte. In unserer Zeit hat erst wieder Nobelpreisträger Anton Zeilinger die Existenz einer immateriellen Informationsebene in die breite Diskussion eingebracht [8].

Burkhard Heims Theorie ist dabei noch erfolgreicher, da er nicht einfach solche immateriellen Strukturen postulierte und dann nachrechnete, ob sie für unsere Raumzeitform Relevanz besitzt. Sondern er zeigte ausgehend von der Allgemeinen Relativitätstheorie, dass es neben den dort formulierten zwei Äquivalenzprinzipien, noch eine dritte geben muss, und zwar die Äquivalenz zwischen Energiedichtetensor und dem Ricci-Tensor, der für die rein geometrische Beschreibung der Raumkrümmung zuständig ist. Da nun aber für die Energie ein Wirkungsquantum existiert, muss diese Quantisierung auch in der Geometrie der Raumzeit als Wirkungsrealität herangezogen werden. Während die zitierten Autoren in ihrer Arbeit eine reale Quantisierung der Raumzeit derzeit nicht erkennen, und somit ihre Triangulierung allein zur Konstruktion der Kausalität heranziehen [9], erkannte Burkhard Heim aus diesem dritten Äquivalenzprinzip die Existenz kleinster Flächen mit Gravitationswirkung aus denen die Raumzeit besteht.

Aufgrund der Existenz kleinster Flächen müssen daher alle Berechnungen im Rahmen der Differenzenrechnung und nicht mehr mit der Differentialrechnung duchgeführt werden. Dies ist mehr als nur eine Änderung der Formelbezeichnungen, was leider oft unterschätzt wird. Vielmehr führt dies zu einer Modifizierung des Newtonschen Gravitationsgesetzes für sehr sehr kleine aber auch für sehr große Abstände. Ferner führten diese Überlegungen gleichsam zu den immateriellen Organisationsstrukturen und ihrer fundamentalen Bedeutung für unsere vierdimensionale Raumzeit.

So ergab sich aus diesen immateriellen Strukturen die Existenz unterschiedlicher parallel existierender Universen. Wobei Heim selbst die gesamte Struktur aller Varianten als Gesamtuniversum bezeichnete (was heute als Multiversum gängig ist) und die darin existierenden Universen als Subuniversen kennzeichnete. Heim erkannte also als erster, dass nicht die Existenz eines Multiversums so etwas wie Kausalität oder Leben ermöglichte, sondern die Existenz immaterieller Strukturen wie Ordnungsebenen und Informationsebenen ermöglichen erst Kausalität und Leben und auch die Existenz paralleler 'Universen'.

Paradigmenwechsel

Das Problem, das Burkhard Heim zeitlebebens hatte, war, dass er in seiner Konsequenz auch vor jenen Fragen nicht zurückschreckte, die bei der Existenz immaterieller Realitäten auf der Hand liegen. Die Fragen nach der Herkunft dieser immateriellen Daseinsformen, nach Bewusstsein, dessen postmortalen Zuständen und der Frage nach einer denkenden immateriellen Instanz, die allgemein auch als Gott bezeichnet wird, blendete er nicht aus. Seine Antworten regen bis heute zur Diskussion an. Der besprochene notwendige Kunstgriff bei der Hinzufügung der Kausalitätsstruktur zeigt, dass die Beantwortung dieser Fragen sowie die erneute Hinwendung zur erweiterten Quantenfeldtheorie von Burkhard Heim im Rahmen der interdisziplinären Arbeit von Natur- und Geisteswissenschaften überfällig ist.

Ein weiteres Problem für die Bewertung der Heimschen Quentenfeldtheorie liegt in der Ausdrucksweise seiner Beschreibungen. Burkhard Heim war aufgrund starker Behinderungen zu einem sehr isolierten Arbeiten gezwungen. Dies führte dazu, dass er eigene Begrifflichkeiten auch für schon bestehende mathematische und physikalische Strukturen gebrauchte. Leider werden diese heute auch noch von vielen seiner Fürsprecher benutzt, so dass ein Austausch mit der übrigen Fachwelt schwierig ist. Ein anderer Grund liegt aber auch auf philosophischem Gebiet. Hier benutzte Burkhard Heim - und benutzen heute seine Anhänger - jene durch die Philosophin Hedwig Conrad-Martius (siehe [10] bis [15]) Ende der 1950er Jahre eingeführte Begrifflichkeiten, die heute nicht mehr eingängig sind. Doch genau die von ihr verwendete phänomenologische Methode ist notwendig, um angesichts aktueller Diskussionen in der Wissenschafttheorie wie auch in den verschiedenen Disziplinen der Naturwissenschaft selbst voran zu kommen. Es braucht wieder einen Paradigmenwechsel. Oder wie Hedwig Conrad-Martius dies zu formulieren pflegte [16]:

Nicht die Dinge zu belehren, sondern ihnen zuzuhören und sich von ihnen belehren zu lassen!

Quellen und vertiefende Literatur

[1] Alejandro Jenkins, Gilad Perez, Leben im Multiversum, Spektrum der Wissenschat 05/10, Seiten 24 - 31

[2] Stephen Hawking, Eine kurze Geschichte der Zeit, Rowohlt 1991

[3] Richard P. Feynman, QED - Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie -, Piper 1990

[4] Jan Ambjorn, JerzyJurkiewicz, Renate Loll, Das fraktale Quantenuinversum, Spektrum der Wissenschaft Dossier 02/10, Reise durch das Quantenuniversum, Seiten 17f.

[5] a.a.0. Seite 18

[6] Walter Dröscher und Burkhard Heim, Strukturen der physikalischen Welt und ihrer nichtmateriellen Seite, 1996

[7] Burkhard Heim, Elementarstrukturen der Materie Bd.1, 1998, Seite 48

[8] Anton Zeilinger, Einsteins Schleier, Goldmann 2005, Seiten 207ff.

[9] Artikel in [4], Seite 16

[10] Hedwig Conrad-Martius, Der Selbstaufbau der Natur, Entelechien und Energien, Hamburg 1944

[11] Hedwig Conrad-Martius, Bios und Psyche, Hamburg 1949

[12] Hedwig Conrad-Martius, Die Zeit, Müchen 1954

[13] Hedwig Conrad-Martius, Das Sein, Müchen 1957

[14] Hedwig Conrad-Martius, Der Raum, Müchen 1958

[15] Hedwig Conrad-Martius, Die Geistseele des Menschen, Müchen 1960

[16] Zitiert nach Ursula I. Meyer: Die Welt der Philosophin, 4.Teilband, Aachen 1998, Seite 108