73. Jahrestagung der DPG / Ludwigs-Maximilians-Universität München
Referat vor der Arbeitsgruppe Philosophie der Physik (AG Phil) 2.1 am 10. März 2009
Referat vor dem Fachverband Gravitation und Relativitätstheorie (FV GR) 17.4 am 13. März 2009


Kosmologie ohne Scheuklappen


"Jede letzte Tatsache ist nur die erste einer neuen Reihe;
jedes allgemeine Gesetz erweist sich als Teil eines noch allgemeineren Gesetzes,
das nur darauf wartet, sich uns zu erschließen und unseren Horizont zu erweitern."
(Ralph Waldo Emerson 1803-1882)

Abstract

Ohne die Beachtung des Grund-Satzes vom Erhalt der Energie kann es m.E. keine solide Physik und Kosmologie geben. Aus diesem Grund-Satz ergibt sich, dass das Universum keine Grenzen in Raum und Zeit haben kann und dass unser Kosmos wahrscheinlich nur einer von vielen ist, hervorgegangen aus einer Megaexplosion zusammenströmender Materie. So sahen es auch bereits antike Denker z.B. Anaximander aus Milet (um 611-545): "Der Ursprung der seienden Dinge ist das Unbegrenzte. Denn aus diesem entstehe alles und zu diesem vergehe alles. Weshalb auch unbeschränkt viele Welten produziert werden und wieder zu jenem [Unbegrenzten] vergehen, aus dem sie entstehen." Oder wie ich es in heutiger Sprache sage: "Die Kosmen kommen und gehen, doch die Energie, das Universum bleibt." Ich zeige, wie unter diesen Prämissen sich eine Kosmologie von selbst ergibt, in der die Gravitation ein emergentes Phänomen der durch die Megaexplosion verschränkten Materie ist. (Ende des eingereichten Abstracts)

Vorwort
Dies ist wahrscheinlich die einzige Kosmologie, die rein physikalisch und kausal und nur aufgrund gesicherter Befunde argumentiert. Sie erklärt nicht nur wie bisher allein die kosmische Fliehkraft durch den Big Bang sondern auch noch diesen sowie die Entstehung und die Natur der Schwerkraft. Sie ist also so umfassend wie möglich, noch dazu, da sie Kosmos und Universum unterscheidet.

Beilagenhinweise
Im Anschluss an den Langtext gibt es eine Stellungnahme des US-amerikanische Physikers Philip W. Anderson zur Frage der Wichtigkeit von Emergenz sowie als eine Art Kurzfassung des Referats den Abdruck meiner Philosophischen Sentenz des Monats vom Januar 2009 "Gab es einen Urknall?" Im Okt. 2012 habe ich nach meiner Frage nach der Gemeinsamkeit von Kosmos und Vernunft noch Kants bekannte gleichsinnige Formulierung dieses Problems eingefügt. In den nachfolgenden Schlussbemerkungen finden Sie noch eine Auflistung der weiteren Beiträge dieser Website zum Thema Kosmologie.


"Das Sein ist ... je zusammen alles, als EINES zusammenhaltend."
(Parmenides ca. 540 - 480, Über das Sein)

Referat

Von wegen: Die Natur macht keine Sprünge! Ob Quantensprung oder sog. Urknall, ob Kernfusion oder Supernova: jedes Mal entsteht etwas Neues. Und wenn Atome und chemische Elemente verschmelzen oder ein neues Lebewesen infolge geschlechtlicher Fortpflanzung entsteht, dann tritt etwas Neues in Erscheinung, das man den am Entstehungsprozess Beteiligten zuvor nicht angesehen hatte, ebenso wie man Einstein seine Theorien, Beethoven seine Sinfonien oder Picasso seine Bilder zuvor nicht angesehen hat. Letztlich muss man sagen, dass aus wenigen qualitativ unterschiedlichen Formen von Energien aus ihnen selbst heraus unendlich viele neue Formen und Qualitäten des Daseins entstanden sind und weiter entstehen, die uns immer wieder ins Erstaunen setzen und uns nach der Ursache ihrer Entstehung fragen lassen.

Mein Text ist kurz und bündig geschrieben, das heißt, er besteht aus kurzen Sätzen, die auf dem Bildschirm möglichst nicht länger als eine Zeile sind. So trage ich hier auch vor, das heißt, nach jedem Gedanken folgt eine kurze Sprechpause.

Das Universum ist ohne Grenzen in Raum und Zeit.
In ihm gibt es unzählige Kosmen, so wie es in einem Kosmos unzählige Galaxien gibt.
Kosmen gehen aus einer Megaexplosion zusammenströmender Materie hervor, der sog. Urknall.
Auslöser der Megaexplosion ist nach heutiger Kenntnis Antimaterie, die sich bei ausreichender Verdichtung bildet.
Hierzu musste die Materie m.E. weder totale Homogenität erreicht haben - enthielte also schon die Keime der neuen Galaxien - noch auf einen extrem kleinen Radius verdichtet gewesen sein, was eine inflationäre Phase erübrigt.
In der Megaexplosion wird alle betroffene Materie zu einer neuen Einheit verschränkt.
Verschränkungen eingehen zu können, ist eine allgemeine Eigenschaft der Materie.
Verschränkte Einheiten reagieren als ein Ganzes unabhängig von Raum und Zeit (sog. Nichtlokalität). Sie sind sich nicht "fern".
Die Anfangsverschränkung einer Einheit gibt sich als Schwerkraft zu erkennen, die alle ihre Teile zueinander hinstreben lässt.
Das Schwerefeld ist so von Anfang an am Ort seines Wirkens.
Die Mechanik ist deshalb durch folgendes Theorem zu ergänzen:
"Jede existierende Materie hat zwei komplementäre Aspekte: ihren eigenen und den des Ganzen.
Ihr eigener Aspekt wird als Trägheit erfahren, der holistische Aspekt zeigt sich als ihr auf sie gerichteter Anteil am Schwerefeld."

(Theorem bereits 1996 in Jena und 1997 in München u.a. vor dem FV GR vorgetragen)
Einheit des Kosmos: Alles übt Schwerewirkungen aus und alles unterliegt ihr.
Einheit der Physik: Das Theorem kennt kein "Problem der Quantengravitation", da Quanten und Gravitation zusammengehören.
Das Schwerefeld ist eine zu jeder Form von Materie und Strahlung gehörende unverlierbare permanente Eigenschaft (Konstanz des Gravitationsfaktors) unabhängig davon, ob Strahlung nach heutigem Verständnis "Masse" hat oder nicht.
(Überhaupt ist "Masse" nur ein Maß der Menge von Materie und keine Sache.)
Es gibt also mehr Schwerkraftquellen, als man bisher in Ansatz gebracht hat.
Sie kommen vor allem außerhalb großer Materieballungen wie im Halo von Galaxien zum Tragen.
Das Schwerefeld verteilt sich gleichmäßig im Raum, d.h. seine Schwerewirkung schwindet mit dem Quadrat der Entfernung. (Newtons Gravitationsformel)
Mit der zunehmenden Ausdehnung eines Kosmos erhöht sich dadurch die Fluchtgeschwindigkeit seiner Galaxien.
Hierzu bedarf es prinzipiell keiner zusätzlichen Annahme.
Verstärkend kann aber wirken: Wegen der Quantelung der Energie kann sich die Schwerkraft nicht beliebig verdünnen, ihre Reichweite ist zwar groß, aber begrenzt.
Und weil die Schwerkraft schon vom ersten Moment an am Ort ihres Wirkens war, ist sie weder Fernwirkung, noch muss sie den umgebenden Raum zuvor "krümmen", was ja dann gerade erst eine Fernwirkung wäre.
Schon nach Newton sind Körper nicht die Ursache ihrer Schwerkraft, sondern nur deren Mittelpunkt (Principia, Definition VIII), weshalb es falsch war und ist, Newton die Annahme von Fernwirkungen zu unterstellen.
In meinem Verständnis ist der Raum zudem ein Ordnungsmuster des Beobachters und keine materielle Sache.
(Ebenso ist die Zeit das Ordnungsmuster des Nacheinanders und als physikalische Größe ein Maß der Dauer.)
Die Dichte des Schwerefeldes ergibt sich durch die Menge und den Abstand der geballten Materie und ggf. der sie umgebenden Strahlung einschließlich des Lichts und der Neutrinos.
Da das Schwerefeld auf jedes Teilchen und dabei in gleicher Weise wirkt, kommt es beim Fallen einzig auf die Dichte des Feldes an, nicht jedoch auf die Menge, Form, Ladung oder Natur des Fallenden.
Das gilt auch für Antimaterie.
Als übergeordnete emergente Eigenschaft bleibt zudem das Schwerefeld von wechselnden Konfigurationen der Teilchen unberührt.
Auch wenn Newton vereinfachend ihr Zentrum als Rechenansatz nutzte, so war ihm klar, dass die Schwerewirkung mit den einzelnen Teilchen verbunden ist.
Für sonnennahe Ereignisse ist wegen der Ausdehnung und verschiedenen Dichte der Sonne seine Schwerkraftgleichung daher zu wenig genau.
Genauere Gleichungen allein beweisen daher nicht schon eine bessere Sichtweise.
Wie die Periheldrehung sonnennaher Planetenbahnen zeigt, dreht sich wahrscheinlich das Schwerefeld mit der zugehörigen Materie mit.
Der Schwerkraft wirkt die ebenfalls durch die Megaexplosion entstandene kosmische Fliehkraft entgegen, die sich im Großen - infolge der Verdünnung des Schwerefeldes im intergalaktischen Raum - immer mehr durchsetzt.
Die Resultierende beider Kräfte ist ein gegliederter Kosmos, wovon der von uns beobachtbare ein Beispiel gibt.
Seine Gliederung allein schon ist der zwingende Beweis dafür, dass es die Megaexplosion gegeben haben muss, die freilich nur ein Durchgangsstadium von Materie war.
Wer immer das bestreitet, müsste uns eine andere Herkunft der kosmischen Fliehkraft nennen.
Die Galaxienflucht zeigt, dass die Fliehkraft überwiegt, so dass sich die Teile unseres Kosmos im Unbegrenzten verlieren werden, während in engen Sternverbänden, wie Galaxien und Kugelsternhaufen, die Schwerkraft weiterhin noch lange für Zusammenhalt sorgt.
Im Unbegrenzten treffen Teile vielleicht einmal mit anderer Materie zusammen, mit der sie dann eine neue Verschränkung eingehen und so eine neue Untereinheit des Universums bilden.
Oder sie treffen auf Welten aus Antimaterie, wodurch es ebenfalls zu einer neuen Megaexplosion kommt.
Zusätzlich kann es sein, dass unser Kosmos Teil einer Übereinheit ist, der er schwerkraftmäßig oder in anderer Weise unterliegt.
Vielleicht ist es diese Übereinheit, die wir in Form der "dunklen Energie" erfahren.
Die Anfangsbedingungen eines Kosmos sind maßgeblich für die in ihm durch Emergenz entstehenden Ordnungen vom Atom, über Galaxien bis zum Leben.
Dabei lässt das universelle Gesetz der großen Zahl - neben wahrscheinlich unzähligen anderen Kosmen - auch solche entstehen, in denen intelligentes Leben nach Ursachen fragt.
Jeder Kosmos hat ganz einfach immer jene Ordnungen, die er zulässt, ohne dass da jemand zuerst eine "Feinabstimmung" der Fundamentalkräfte vornehmen muss.
Die Suche nach dem großen "Feinabstimmer" entspricht nur einer menschlichen und daher verständlichen Denkgewohnheit, denn Menschen müssen gezielt handeln, um in überschaubarer Zeit zu einem Erfolg zu kommen.
Doch in einem Universum ohne Grenzen in Raum und Zeit spielt für Unbelebtes weder die Zeit noch die Zahl eine Rolle.
Auch hat Unbelebtes keine Ziele, sondern entwickelt sich nach seinen Möglichkeiten. (die drei großen Z)
Dies alles verstehe ich als Denkanstöße und als Werbung für ein Weltbild von großer Einfachheit, Klarheit und Schönheit.

Fazit: Die Kosmen kommen und gehen, doch die Energie, das Universum bleibt!

Meine Prämissen

Als Erstes gilt es "Universum" als das unbegrenzte All-Eine und "Kosmos" als eine durch ein gemeinsames Ereignis gegliederte begrenzte Ordnung im All-Einen zu unterscheiden. Das ist der Schlüssel meiner Kosmologie. Die gängige ständige Vertauschung beider Begriffe muss ein Ende haben. Auch ist die heute zunehmende, schon etwas fortschrittlichere Rede von Universen oder Multiuniversen logisch und grammatisch unzulässig. Es kann nur EIN All-Eines geben! Anderenfalls wäre es kein Universum. Nur die korrekte Verwendung der Begriffe verhilft zur Klarheit des Denkens!

Als Zweites gilt es den Satz von der Erhaltung der Energie ohne Wenn und Aber zu beachten. Mit ihr erübrigt sich die heute so beliebte irrationale These von der Entstehung der Welt (bzw. des Kosmos) aus dem "Nichts", deren Entstehung auch durch die Zuhilfenahme Gottes oder eines Quantenschaums nicht verständlicher wird. Physik und Kosmologie sind m.E. nur solange strenge Wissenschaften, wie ihnen der Satz vom Erhalt der Energie zugrunde liegt. Ohne ihn wird alles Argumentieren beliebig. (Der Energieerhaltungssatz ist eine Anwendung des allgemeinsten Satzes auf die Physik, dass "Seiendes ist" (Parmenides), d.h. immer schon war und immer sein wird.)

Zusätzlich sehe ich, vielleicht als Erster, die Fähigkeit der Materie, Verschränkungen eingehen zu können, als eine allgemeine Eigenschaft von ihr an und benenne zudem ganz klar die Quelle von kosmischer Schwer- und Fliehkraft: die Megaexplosion bei der Geburt unseres Kosmos. Ich denke von der Sache her und verwende die Begriffe in ihrer uns Verständnis gebenden Bedeutung. Wer z.B. nicht Universum und Kosmos, Materie und Masse, Zeit und Uhr usw. unterscheiden kann oder will, weiß letztlich gar nicht, von was er redet.

Daher halte ich es auch für wichtig, physikalische Größen physikalische Größen sein zu lassen, mit denen wir uns die Welt rein geistig aneignen. Bei mir werden sie nicht zu physikalischen Pseudogegenständen mit denen heute so gern argumentiert wird. Diese Pseudophysik hat die Physik von ihrem wahren Gegenstand - der Materie in jeder Form - m.E. am meisten entfremdet hat, weshalb sie neu erfunden werden müsste, wie der Untertitel von Robert B. Laughlins Buch "Abschied von der Weltformel" besagt, auch weil sie in ihrem Reduktionismus emergente Phänomene bisher zu wenig gewürdigt hat.

Letztendlich geht es also noch darum, der Idee der Emergenz in der Physik mehr Raum zu geben. Schon die Bildung von Antimaterie, die zum "Urknall" führt, ist ein emergentes Phänomen der großen Zahl auf engen Raum, das eine neue dominierende Ordnung - den Kosmos - bewirkt, welche man der zugrundeliegende Materie nicht ansieht - die sie jedoch regiert! Diesen urschöpferischen, weil nicht weiter ableitbaren Prozess empfand Einstein in seiner religiösen Metaphorik als Gedanken Gottes als des Schöpfers von allem. Und er sah ganz richtig, dass bei Verständnis und Akzeptanz dieses Prozesses, der gewissermaßen die Urformel ohne Gleichung ist, die restlichen Fragen dann nur noch Details sind.

Diese Herausforderung hat auch schon Kant bewegt als er in der "Kritik der praktischen Vernunft" schrieb: "Zwei Dinge erfüllen das Gemüt mit immer neuer und zunehmender Bewunderung und Ehrfurcht, je öfter und anhaltender sich das Nachdenken damit beschäftigt: der bestirnte Himmel über mir und das moralische Gesetz in mir. ... (und wie) ich mich mit allen jenen sichtbaren Welten nicht wie dort in bloß zufälliger, sondern (in) allgemeiner und notwendiger Verknüpfung erkenne."
Nachtrag vom Okt. 2012
Und wie rational dachten antike Denker?

Lukrez (96-55): "Stets regen sich (im Kosmos) alle Dinge auf allen Seiten in unablässiger Bewegung und sie ergänzend schnellen ewig Materiekörper aus dem Unendlichen hervor." - Wohlgemerkt: aus dem Unendlichen und nicht aus dem Nichts!

Heraklit (ca. 544-483): "Die gegebene schöne Ordnung aller Dinge, dieselbe in allem, ist weder von einem der Götter noch von einem der Menschen geschaffen worden, sondern sie war immer, ist und wird sein; Feuer, ewig lebendig, nach Maßen entflammend und nach [denselben] Maßen erlöschend."

Bereits noch früher hatte Anaximander aus Milet (um 611-545) gelehrt: "Der Ursprung der seienden Dinge ist das Unbegrenzte. Denn aus diesem entstehe alles und zu diesem vergehe alles. Weshalb auch unbeschränkt viele Welten produziert werden und wieder zu jenem [Unbegrenzten] vergehen, aus dem sie entstehen." - Das ist gewissermaßen die kürzeste Kurzfassung meiner Kosmologie.

    Ich danke Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit.

Autor:
Helmut Hille, Heilbronn
FV DD, Mitglied der AG Phil


Zum Thema "Emergenz" fand ich im Heft MaxPlanckForschung 4/2008 auf S.38 folgenden bemerkenswerten Text: "Schon 1972 warnte der US-amerikanische Physiker Philip W. Anderson im Wissenschaftsmagazin SCIENCE vor den Konsequenzen einer reduktionistischen Forschungsphilosophie, wie sie damals vorherrschte. Sie geht davon aus, dass man die Dinge verstehen kann, in dem man sie in ihre kleinsten Bestandteile zerlegt. ... Anderson hielt dagegen, dass der Reduktionismus makroskopische Phänomene wie Festkörper, Pflanzen, Menschen oder das Universum niemals vollständig wird erklären können. Er schloss seinen Aufsatz: 'Das Ganze ist nicht nur mehr, sondern etwas ganz anderes als die Summe seiner Teile.' Um das Verhalten von großen und komplexen Konglomeraten aus Elementarteilchen zu verstehen, müsse Forschung betrieben werden, die genauso fundamental sei wie die Erforschung der kleinsten Partikel selbst."
s. auch Text [6] "Emergenz contra Reduktionismus" der Texte in Versform sowie die Philosophische Sentenz "Tanz der verschränkten Quanten", im Sentenzenarchiv von 2009.


Die von Astronomen Anfang des 20. Jahrhunderts festgestellte sog. "Flucht der Galaxien" hat zu der Schlussfolgerung geführt, dass der von uns bewohnte Kosmos vor vielen Milliarden Jahren in einem Urknall (Big Bang) quasi aus dem Nichts "entstanden" wäre, was von katholischer Seite sehr begrüßt wurde, sieht sie doch in ihm das Wirken des Schöpfers aller Dinge. Selbst die Kosmologen haben weitgehend dieses Modell übernommen, obwohl es gegen den höchsten Satz der Physik, den Grund-Satz von der Erhaltung der Energie verstößt. Bei seiner Beachtung muss man jedoch annehmen, dass der sog. Urknall das Ergebnis einer zusammenströmenden Materie war, die sich in dem Ereignis neu formatierte, was zu keinerlei logischen Widersprüchen führt. Es ist wohl eher die menschliche Endlichkeit, die Menschen annehmen lässt, alles müsste einen Anfang und ein Ende haben und die sie das Unendliche nicht denken lässt.

Es gibt aber auch immer noch Gegner der Urknallthese, die sie sehr beunruhigend finden und ein statisches Universum vorziehen. Aber auch hier handelt es sich um eine verständliche menschliche Neigung nach Bewahrung und nicht um eine vernünftige Annahme. Schon Heraklit stellte aufgrund seiner Beobachtungen fest, dass alles fließt: "Die gegebene schöne Ordnung [Kosmos] aller Dinge, dieselbe in allem, ist weder von einem der Götter noch von einem der Menschen geschaffen worden, sondern sie war immer, ist und wird sein; Feuer, ewig lebendig, nach Maßen entflammend und nach [denselben] Maßen erlöschend." Es gibt eben nichts in der Welt, was ewig währt, als die Welt selbst. Ob unbelebte Materie oder lebendige: alles ist voller Dynamik. Auf die Frage nach dem Ursprung der allerorten vorhandenen Fliehkräfte, die die genauso universelle Schwerkraft hindert, alles in einem Punkt zu vereinen, gibt einzig die Urknallthese eine zufriedenstellende Antwort, wobei zwar durch den Urknall eine neue Ordnung von Materie und Energie entstanden ist, aber eben nicht aus dem Nichts. Denn wenn schon unser Kosmos keiner physikalischen Ursache bedarf, dann bedarf eigentlich nichts einer solchen und wir könnten die Physik mit ihrem Grund-Satz von der Erhaltung der Energie vergessen.

Die Beobachtungen zeigen, dass in unserem Kosmos die Fliehkraft überwiegt und die Ausdehnung sich sogar noch beschleunigt, schon weil sich mit der Ausdehnung die intergalaktisch wirksame Schwerkraft mehr und mehr verdünnt, wodurch sich seine Teile im Unendlichen verlieren werden. Dort könnten sie jedoch wieder auf andere Materie oder auch auf Antimaterie treffen und es könnte erneut zu einer Art "Urknall" kommen.

Mein Fazit lautet: "Die Kosmen kommen und gehen, doch die Energie, das Universum bleibt."


Schlussbemerkungen

Das Thema Kosmologie war mir schon immer wichtig. Bereits mein zweiter Text für ZEIT UND SEIN vom Dezember 2001 heißt [2] "Niemand ist der Herr der Sterne", danach kam das Lehrgedicht [7] "Die Lehre von der Allgewalt der Schwere" frei nach Goethe hinzu. Im Einsteinjahr der Physik 2005 habe ich in Berlin u.a. "Antike Denker für ein dynamisches Universum, ohne Grenzen in Raum und Zeit" vor der DPG vorgetragen, s. unter (1) den 3. Text. Die Kosmologie ist mir als Hintergrund allen Geschehens und Verstehens ein Dauerthema, denn wer das Ganze bedenken will, muss auch das größte Ganze und den Zusammenhang von allen bedenken, um was es mir bereits in der Vorrede zu den Texten in Versform geht: "Teile das Ganze nicht. Ein Lehrgedicht für eine ganzheitliche Sicht".
      Nachtrag vom Okt. 2016: Gewissermaßen der Schlussstein meiner Kosmologie ist auf WEGE DES DENKENS der Text vom März 2015 "Das Universum nach Hille" im Vergleich mit dem "Universum nach Einstein" und dazu passend danach das "Lob der Gravitation". In WAYS OF THINKING (s. WEGE DES DENKENS) finden Sie die wichtigsten Texte zur Gravitation und zur Kosmologie auch in englischer Übersetzung.
      Eine Auflistung dessen, was wir von der Gravitation und vom Kosmos im Sinne des moderaten Positivismus der Quantenphysik aus Erfahrung definitiv wissen und soliderweise sagen können, habe ich auf den entsprechenden Seiten nach 2009 auf WEGE DES DENKENS niedergelegt und 2017 im nachfolgenden DPG-Tagungsbeitrag zusammengefasst.


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