Der Irrgarten E-Book

Arno Rentsch

• Herausgeber: Books on Demand
• Kategorie: Geisteswissenschaft
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2015

Seitenzahl: 357

Beschreibung

In diesem Buch wird der Versuch unternommen, anhand unseres heutigen Wissens und der über viele Generationen angesammelten Erfahrungen ein plausibles Welt- und Menschenbild darzustellen und Leitlinien für ein auf universeller Ethik basierendes globales Bewusstsein aufzuzeigen. Die Themen reichen von den Erkenntnissen der Naturwissenschaften, insbesondere der Kosmologie, Evolution, Anthropologie und Hirnforschung über die Kulturgeschichte bis hin zum Geist des Menschen mit den Phänomenen von Psyche, Bewusstsein, Erkenntnisfähigkeit und den sozialen Wertesystemen von Ethik, Gewissen und Moral. Ausführliche Darstellungen und Bewertungen zu den gesellschaftlichen Leitsystemen von Philosophie und Religion schließen die Analysen ab. Die einzelnen Themen sind in großer Fülle als Frage und Antwort aufbereitet, sodass sich der Leser gezielt mit bestimmten Fragestellungen auseinandersetzen kann. Damit liegt ein weitgehend zeitloses Nachschlagewerk vor, das sowohl sachliche Objektivität besitzt, im Gegensatz zu einem Lexikon aber auch die individuellen Erkenntnisse und Erfahrungen des Autors wiedergibt.

Leseprobe

Inhalt

Vorworte

Warum dieses Buch?

Warum dieser Titel?

Der rote Faden

1. Schöpfung

1.1 Der Kosmos

1.1.1 Gibt es einen Schöpfer?

1.1.2 Hat die Schöpfung einen Sinn?

1.1.3 Gibt es einen Schöpfungsplan?

1.1.4 Können Menschen die Schöpfung verstehen?

1.1.5 Was besagt die Urknall-Theorie?

1.1.6 Welche konkurrierenden Theorien gibt es?

1.2 Die Erde

1.2.1 Wie ist die Erde entstanden?

1.2.2 Was wissen wir über den Aufbau der Erde?

1.2.3 Welche Einflüsse verändern die Erde?

1.2.4 Welche Geschichte hat die Erde?

1.3 Die Naturgesetze

1.3.1 Was sind Naturgesetze?

1.3.2 Woher kommen die Naturgesetze?

1.3.3 Welche Naturgesetze gibt es?

1.3.4 Was besagt die Relativitätstheorie?

1.3.5 Was besagt die Quantentheorie?

1.3.6 Wie gut kennen wir die Naturgesetze?

1.3.7 Sind die Naturgesetze unveränderlich?

2. Evolution

2.1 Das Wesen der Evolution

2.1.1 Was ist Evolution?

2.1.2 Wie funktioniert Evolution?

2.1.3 Welche Grenzen hat die Evolution?

2.2 Die Entstehung des Lebens

2.2.1 Was ist Leben?

2.2.2 Wie kam das Leben auf die Erde?

2.2.3 Welche Voraussetzungen benötigte das Leben?

2.2.4 Wie kam es zur Vielfalt von Lebensformen?

2.3 Tod und Wiedergeburt

2.3.1 Was ist der Tod?

2.3.2 Welchen Sinn hat der Tod?

2.3.3 Was kommt nach dem Tod?

2.4 Zufall und Schicksal

2.4.1 Gibt es Zufall?

2.4.2 Gibt es Schicksal?

2.5 Gesundheit und Krankheit

2.5.1 Was ist Krankheit?

2.5.2 Wie entsteht Krankheit?

3. Die Natur des Menschen

3.1 Das Wesen des Menschen

3.1.1 Was ist der Mensch?

3.1.2 Welche Geschichte hat der Mensch?

3.1.3 Ist der Mensch der Evolution ausgeliefert?

3.2 Vererbung und Sozialisation

3.2.1 Was ist Vererbung?

3.2.2 Wie funktioniert Vererbung?

3.2.3 Kann man Vererbung beeinflussen?

3.2.4 Was ist Sozialisation?

3.2.5 Wie funktioniert Sozialisation?

3.3 Triebe, Wille, Freiheit

3.3.1 Was sind Triebe?

3.3.2 Was ist Wille?

3.3.3 Was ist Freiheit?

3.3.4 Welche Bedürfnisse hat der Mensch?

3.4 Rassen, Ethnien, Völker, Nationen

3.4.1 Was ist Rassismus?

3.4.2 Gibt es biologisch verschiedene Menschenrassen?

3.4.3 Welche Geschichte hat der Rassismus?

3.4.4 Was sind Ethnien?

3.4.5Was sind Völker?

3.4.6 Was sind Nationen?

4. Die Menschheitsgeschichte

4.1 Die Zeit der Jäger und Sammler

4.1.1 Wann begann die Zeit der Jäger und Sammler?

4.1.2 Was geschah in der Zeit der Jäger und Sammler?

4.1.3 Wann endete die Zeit der Jäger und Sammler?

4.2 Meilensteine der Kulturgeschichte

4.2.1 Was kennzeichnet die Kulturgeschichte?

4.2.2 Welche Stadien durchlief die Kulturgeschichte?

Das Ende der Eiszeit

Das Auftauchen von Reiternomaden

Die Gründung von Stadtstaaten

Die Achsenzeit

Die Weltmacht Rom

China wird Kaiserreich

Die Völkerwanderung

Die Gründung des Frankenreiches

Das Werden Europas

Die Geburt des Islam

Die Invasionen der Wikinger

Konstantinopel, das 2. Rom

Die Kreuzzüge

Der Mongolensturm

Die Magna Charta

Das Schießpulver

Der moderne Kapitalismus

Der Buchdruck

Der Aufstieg des osmanischen Reiches

Weitere Entwicklungen

4.3 Wesensmerkmale der Geschichte

4.3.1 Welche Gesetze wirken in der Geschichte?

4.3.2 Hat die Geschichte einen Sinn bzw. ein Ziel?

4.3.3 Kann man aus der Geschichte etwas lernen?

4.4 Alte und neue Menschheitsprobleme

4.4.1 Hat die Erde Brot und Wasser für alle?

4.4.2 Können Armut und Elend überwunden werden?

4.4.3 Kann die Zerstörung der Natur aufgehalten werden?

4.4.4 Ist der Krieg Anfang und Ende aller Dinge?

4.5 Die Rolle der Politik

4.5.1 Was ist die Aufgabe der Politik?

4.5.2 Welche Defizite haben die gegenwärtigen Systeme?

4.5.3 Welche Veränderungen sind erforderlich?

5. Der Geist des Menschen

5.1 Stand der Hirnforschung

5.1.1 Wie hat sich das Gehirn entwickelt?

5.1.2 Woher kommt der Geist des Menschen?

5.1.3 Wie funktioniert unser Gehirn?

5.1.4 Was ist Bewusstsein?

5.1.5 Welche Bedeutung haben Emotionen?

5.1.6 Was ist Intelligenz?

5.1.7 Wie frei ist der Mensch?

5.1.8 Was resultiert aus Erkenntnissen der Hirnforschung?

5.2 Stand der Psychologie

5.2.1 Welche Geschichte hat die Psychologie?

5.2.2 Welche psychischen Disziplinen gibt es?

5.2.3 Wie erfolgreich ist die Psychologie?

5.2.4 Wie wird man glücklich?

5.3 Die sozialen Werte Ethik und Moral

5.3.1 Was ist Ethik?

5.3.2 Woher kommt die Ethik?

5.3.3 Was hat Ethik mit Religion zu tun?

5.3.4 Was heißt Beginn und Ende des Lebens?

5.3.5 Darf man Tiere töten, um sie zu verzehren?

5.3.6 Welche Ethik gilt gegenüber der Natur?

5.3.7 Was ist Moral und woher kommt sie?

5.3.8 Welche Arten von Moral gibt es?

5.3.10 Was hat Moral mit Tugend zu tun?

5.3.11 Was hat Moral mit Recht zu tun?

5.3.12 Worauf basiert die Menschenwürde?

5.4 Die Philosophie

5.4.1 Was ist Philosophie?

5.4.2 Welche Erwartungen weckt die Philosophie?

5.4.3 Welchen Fragen beschäftigen die Philosophie?

5.4.4 Welche Disziplinen gehören zur Philosophie?

Metaphysik

Anthropologie

Naturphilosophie

Logik

Erkenntnistheorie

Wissenschaftstheorie

Ethik (vgl

.

Kap. 5.3)

Religionsphilosophie

Geschichtsphilosophie

Kulturphilosophie

Staatsphilosophie

Philosophie des Geistes

Sprachphilosophie

Ästhetik

5.4.5 Welche Epochen gab es in der Philosophie?

5.4.6 Hat die Philosophie heute noch eine Bedeutung?

5.5 Mythen, Mystik, Religion

5.5.1 Was sind Mythen?

5.5.2 Was ist Mystik?

5.5.3 Was ist Religion?

5.5.4 Was unterscheidet die Religionen?

5.5.5 Welche Argumente hat die Religionskritik?

5.5.6Was sind Sekten?

5.5.7 Was ist Esoterik?

Anhang: Übersicht Weltreligionen

Judentum

Christentum

Islam

Hinduismus

Buddhismus

Bahaismus

Vorworte

Warum dieses Buch?

Dieses Buch soll ein geistiges Vermächtnis an meine Familie und Freunde sowie alle an einem aufgeklärten Weltbild interessierte Menschen sein.

In diesem Werk wird der Versuch unternommen, aus den vielfältigen Erkenntnissen von Disziplinen unserer Kulturgeschichte, wie Kosmologie, Geologie, Evolution, Geschichte, Naturwissenschaften und Geisteswissenschaften ein kohärentes Welt- und Menschenbild abzuleiten, das Antworten auf eine Fülle von Daseinsfragen erlaubt und in der Konsequenz zu einem globalen Bewusstsein und einer universellen Ethik führt.

Ziel dieses Buches ist es, sowohl den eigenen Standpunkt in vielen relevanten Fragen sicherer und schärfer zu fassen als auch dem interessierten Leser Informationen und Anregungen für die eigene Standortbestimmung zu liefern.

Warum dieser Titel?

Wer unsere heutige globalisierte Welt mit all ihren territorialen, ethnischen, nationalen, religiösen, sozialen und wirtschaftlichen Konflikten verstehen will, steht vor einem schier unüberwindlichen Gebirge von Fakten, Ereignissen, Ursachen und Entwicklungen, die sich – wie geologische Schichten – durch eine Vielzahl von großen und kleinen Ereignissen über den Zeitraum der Kulturgeschichte der Menschheit durchmischt und hoch aufgetürmt haben.

Ähnlich den großen Naturkatastrophen, wie Meteoriteneinschlägen, Eiszeiten, Kontinentalverschiebungen und Vulkanausbrüchen, die die Erde und ihre Geschöpfe schwer getroffen haben, gab es auch in der Kulturgeschichte Einbrüche und Umbrüche, die zu Paradigmenwechseln führten. Beispiele sind die Übergänge von der Jägerkultur zum Ackerbau, von der Steinzeit zur Bronze- u. Eisenzeit, das Aufblühen und Vergehen großer Kulturen, das Zeitalter der Entdeckungen, die Aufklärung, die Industrialisierung und die bahnbrechenden Erkenntnisse großer Forscher, wie Kopernikus, Newton, Darwin, Einstein und Freud, die das Weltbild ganzer Generationen umgekrempelt haben.

Viele Menschen verlieren aufgrund der Fülle und Komplexität unseres heutigen Wissensstandes und angesichts der chaotischen Zustände der globalisierten Welt die Orientierung. Sie wähnen sich in einem riesigen Irrgarten den keiner mehr versteht und aus dem keine glaubhaften Wegweiser hinausführen. Erklärungsversuche von Politikern, Kirchenführern und Medien greifen meist zu kurz, da sie nur auf die eigenen Interessen bezogen sind, nicht jedoch objektiv und konzeptionell auf das Ganze mit seinen vielfältigen Wurzeln und Wechselbeziehungen. Von einem einheitlichen Welt- und Menschenbild und einer daraus resultierenden Weltsicht mit globalem Bewusstsein und konzertierten Aktionen zur Bewältigung der großen Menschheitsprobleme sind die Völker der Erde auch heute noch meilenweit entfernt, obwohl es solche Denkmodelle schon länger gibt.

Dies ist die Ausgangssituation für meinen Versuch, anhand unseres heutigen Wissens und meinen persönlichen Erfahrungen ein ganzheitliches Panorama von Welt und Mensch zu skizzieren und damit – um im Bild zu bleiben – aus dem Irrgarten die Vision eines wunderbaren Parks zu entwickeln.

Der rote Faden

Meine These ist, dass es heute genug Erkenntnisse aus sämtlichen Wissensgebieten gibt und dass genug Erfahrungen aus der Geschichte vorliegen, um aus diesem Fundus ein plausibles Welt-und Menschenbild sowie ein globales Bewusstsein und die Prioritäten politischen und sozialen Handelns auf allen Ebenen abzuleiten.

Der rote Faden beginnt bei der Kosmologie, wo alles angefangen hat. Daran schließt sich das faszinierende Thema Evolution an, das uns verrät, wie es zu der Vielfalt und Komplexität der Arten kommen konnte. Daraus resultiert die Natur des Menschen mit all seinen Facetten von individueller und sozialer Vielfalt. Das Kapitel über die Menschheitsgeschichte behandelt Meilensteine der Entwicklung sowie alte und neue Menschheitsprobleme und ihre Lösungsmöglichkeiten. Das letzte Kapitel behandelt den Geist des Menschen, also Psyche, Bewusstsein, Erkenntnis sowie Wertesysteme, wie Gewissen, Moral und Ethik. Philosophie und Religion als Leitsysteme für die Menschheit schließen dieses Kapitel ab.

Als fachliche Quellen habe ich neben diversen Büchern und Lexika eine Fülle von Fachartikeln aus diversen Zeitschriften und Zeitungen verwendet, die ich systematisch über viele Jahre gesammelt und archiviert habe. Das vorliegende Werk soll zwar möglichst fachlich korrekt sein, aber kein Lexikon im herkömmlichen Sinne. Vielmehr sollen Antworten auf Sinnfragen und Interpretationen zu komplexen Zusammenhängen, die so in keinem Lexikon stehen, anhand nachvollziehbarer Erkenntnisprozesse dargestellt werden.

Die einzelnen Themen sind daher als Frage und Antwort aufbereitet worden. Dies bietet den Vorteil, dass jederzeit entsprechende Ergänzungen eingefügt werden können.

Kelkheim, November 2014

1. Schöpfung

1.1 Der Kosmos

1.1.1 Gibt es einen Schöpfer?

Dies ist eine der Schlüsselfragen, die das Weltbild eines Menschen bestimmen.

Bis zum Zeitalter der Aufklärung war schon diese Frage eine Gotteslästerung und brachte den Fragesteller ins Abseits.

Erst die Entdeckung, dass die Erde nicht das Zentrum des Universums ist und erst recht die Feststellung, dass auch der Mensch nur ein Produkt der Evolution ist, provozierte diese Frage und zerstörte das bis dahin geltende Auslegungsmonopol der Kirche.

Dennoch hat die Vorstellung eines Schöpfergottes bei religiös geprägten Menschen eine ungebrochene Popularität. Dies resultiert aus der Art menschlichen Denkens, allen Geschehnissen Analogien aus der Erfahrungswelt menschlichen Zusammenlebens zuzuordnen und so eine bildliche Gestalt zu geben. Dass dies ein sehr eingeschränktes und subjektives Empfinden ist, wird nicht reflektiert.

Nach allem, was wir heute wissen, bleibt die Entstehung des Kosmos mehr denn je ein großes Geheimnis.

Klar ist lediglich, dass es eine Schöpfungsenergie gegeben haben muss, die den Prozess der kosmischen Entwicklung angestoßen hat. Die daraus resultierenden unvorstellbaren Dimensionen von Raum und Zeit sowie die verschwindende Größe der Erde und die Kurzlebigkeit und Anfälligkeit organischen Lebens auf ihr lassen die Vorstellung eines Schöpfergottes, der die Welt um des Menschen willen gemacht hat als äußerst naiv erscheinen.

1.1.2 Hat die Schöpfung einen Sinn?

Wenn man an einen Schöpfer glaubt, macht natürlich auch die Schöpfung einen Sinn.

Wenn aber – wie oben erläutert – die Schöpfung ein großes Geheimnis ist, bleibt auch der Sinn dieser Schöpfung verborgen.

Was man feststellen kann, ist, dass der Ablauf kosmischer und irdischer Prozesse insofern sinnvoll ist, als er den im Schöpfungsakt angelegten Gesetzmäßigkeiten folgt, was über die Milliarden von Jahren zu dem komplexen und immer noch hoch dynamischen Prozessen geführt hat, die wir heute beobachten und inzwischen auch weitgehend verstehen können.

Der Mensch empfindet die Naturvorgänge auf der Erde als äußerst sinnvoll, da er ja selbst aus diesen Prozessen hervorgegangen und daran angepasst ist.

Wenn man jedoch das Kausalitätsprinzip (Abhängigkeit von Ursache und Wirkung) anerkennt und auf die Geschichte der Erde und der Biosphäre schaut, wird sehr schnell klar, wie zufällig menschliches Dasein ist und dass der Mensch keinesfalls zwangsläufig entstehen musste.

1.1.3 Gibt es einen Schöpfungsplan?

Schöpfungspläne sind essentielle Bestandteile religiöser Vorstellungen.

Alle Religionen, von den frühen Naturreligionen bis hin zu den etablierten Weltreligionen, haben ihre Mythen über die Schöpfung und den Plan der Götter mit den Menschen.

Diese Geschichten sind so vielfältig und bunt wie die unzähligen Kulturen, die diese identitätsstiftenden Vorstellungen hervorgebracht haben. Die ungeheure Vielfalt dieser Vorstellungen sowie ihre Widersprüchlichkeit und häufig auch offensichtliche Naivität entwertet solche Schöpfungspläne als reine Fantasieprodukte.

Ein glaubwürdiger Schöpfungsplan müsste sich aufgrund seiner Zielrichtung, Einheitlichkeit und Verträglichkeit mit den Naturgesetzen von diesen Mythen deutlich unterscheiden. Diese Kriterien finden sich jedoch in keiner der vielen Religionen oder Welterklärungen.

Im Rückblick auf die Geschichte erscheinen manche Entwicklungen zielgerichtet. Dabei wird aber ausgeblendet, dass diese Entwicklungen auch ganz anders hätten verlaufen können, was im nachhinein auch sinnvoll erschienen wäre.

Der Verlauf der Geschichte hängt von unzähligen Faktoren ab, deren Einfluss und gegenseitige neutralisierende oder synergetische Wirkung unvorhersehbar ist.

Letztlich können nur die Überlebenden subjektiv für sich einen sinnvollen Pfad erkennen.

Die vielen Verlierer und Opfer haben keine vernehmbare Stimme mehr.

1.1.4 Können Menschen die Schöpfung verstehen?

Sei jeher war es das Privileg der Religionen, den Menschen die Schöpfung zu erklären. Solange diese Erklärungen nicht hinterfragt und überprüft werden konnten, nahmen die Menschen auch die abenteuerlichsten Erklärungen als bare Münze hin.

Erst als eine unabhängige Wissenschaft Werkzeuge und Methoden der objektiven Beobachtung einsetzen konnte, wurden die Irrtümer religiöser Deutungen offenkundig. Die oft blutigen Rückzugsgefechte der religiösen Dogmatiker beförderten letztlich nur deren eigenen Untergang.

Zurück blieb ein Vakuum, das auch die Wissenschaft nicht ausfüllen konnte. Schon Platon wies in seinem Höhlengleichnis darauf hin, dass wir die Wirklichkeit nicht direkt erfassen können, sondern nur die Schatten deuten, die auf die Höhlenwand fallen. Wir haben jedoch heute ein ungeheures Potential an Erfahrungen und Werkzeugen, um diese Deutungen auf ihre universelle Gültigkeit und Verträglichkeit untereinander zu prüfen. Durch unzählige Beobachtungen und Experimente ist dabei ein modernes Weltbild entstanden, das uns die Phänomene der Natur vom Atomkern bis zum Kosmos und von der DNS bis zu den komplexesten Lebewesen und Ökosystemen plausibel beschreibt.

Erst durch diese Erkenntnisse haben wir eine Ahnung davon bekommen, wie wunderbar vollkommen die Natur ist und welche Rolle der Mensch in ihr einnimmt. Dieser Prozess des Verstehens ist noch lange nicht zuende, denkt man an Phänomene wie Quantenphysik und Relativitätstheorie. Nur sehr wenige Menschen können hier noch folgen. Genau aus diesem Grund haben auch wieder die großen Vereinfacher mit ihren naiven Erklärungsmodellen Konjunktur.

1.1.5 Was besagt die Urknall-Theorie?

Das heutige Standardmodell für die Entstehung und Entwicklung des Kosmos ist die Urknall-Theorie. Sie besagt, dass die Sterne und Galaxien durch Explosion aus einer ungeheuren punktförmigen Energiekonzentration (Singularität) mit unendlich hoher Temperatur hervorgegangen sind. Bereits nach 10-10 Sekunden waren aus Quarks Protonen und Neutronen entstanden sowie die wesentlichen Naturkräfte, die wir heute kennen: Gravitation, starke und schwache Kernkraft sowie die elektromagnetischen Wechselwirkungen.

Bis zur Entstehung erster Galaxien dauerte es jedoch noch ca. 1 Mrd. Jahre.

Auch wir Menschen bestehen demnach aus Sternenstaub, denn die Atome in unserem Körper sind das Resultat unzähliger Kernfusionen und Sternexplosionen.

Die wichtigsten Belege für diese Theorie sind die gemessene kosmische Hintergrundstrahlung (das Echo des Urknalls), die Expansion des Universums, gemessen als Rotverschiebung der fluktuierenden Sterne und Galaxien sowie die Spektralanalysen unterschiedlich alter Sterne und Galaxien. Aus diesen Daten ergibt sich ein Alter des Universums von ca. 14 Mrd. Jahren und eine mit der Zeit zunehmende Anzahl chemischer Elemente im Kosmos.

1.1.6 Welche konkurrierenden Theorien gibt es?

Die Urknall-Theorie kann einige Phänomene, wie die Dunkle Materie, die Dunkle Energie und die Gravitation nicht erklären.

Dunkle Materie ist nicht direkt beobachtbar, da deren Gravitationswirkung so groß ist, dass selbst Licht nicht entweichen kann. Man nennt solche Materieballungen Schwarze Löcher. Sie machen ca. 30% der Masse in Galaxien aus. Extrem große Schwarze Löcher vermutet man im Zentrum von Galaxien, wo sie wegen ihrer enormen Gravitationswirkung den Zusammenhalt und die Rotation der Galaxien bewirken.

Die Dunkle Energie steckt im Vakuum und enthält ca. 70% der gesamten Energie des Kosmos. Das Vakuum ist also keinesfalls ein absolut leerer und toter Raum, wie man lange glaubte, sondern ein brodelnder See voller Energie. Dies wurde bereits experimentell nachgewiesen, so schwer das auch vorstellbar ist. Die durch die Dunkle Energie getriebene Expansion des Universums vergrößert kurioserweise die Summe der Dunklen Energie. Dadurch erfolgt eine Beschleunigung der Expansion, wie neuerdings auch nachgewiesen wurde. Ob das ewig so weitergeht, ist derzeit nicht klar.

Nach dem physikalischen Gesetz, dass gegensätzliche Energiepotentiale, wie z. B. unterschiedliche Temperaturen, zum Ausgleich streben, würde der Kosmos eines Tages den Kältetod sterben und alles zur Ruhe kommen.

Eine andere Vorstellung geht von einem zyklischen Universum aus, das zwischen Urknall- Expansion und Kontraktion infolge Gravitation hin- und her pendelt.

Schließlich gibt es noch die Idee, dass Schwarze Löcher, die alle Materie um sich herum einsaugen, das Licht im Kosmos völlig verschwinden lassen oder am Ende gar mit ihren Wurmlöchern neue Universen hervorbringen .

Die Physiker suchen daher nach einer übergreifenden Theorie, die neben den bekannten Naturkräften auch das Phänomen der Dunklen Materie/Energie und die Geschehnisse beim Urknall beinhaltet. Dazu fehlt noch der Nachweis des hypothetischen „Higgs-Teilchens“, das der Theorie nach den Elementarteilchen ihre Masse verleiht. Mit Hilfe des größten Teilchenbeschleuniger der Welt, dem LHC (Large Hydron Collider), der vom Europäischen Kernforschungszentrum (CERN) bei Genf, tief unter der Erde, in Kürze seinen Betrieb wieder aufnehmen soll, hofft man, dieses Teilchen nachweisen zu können. Gelingt das, könnte man die Geschehnisse beim Urknall und danach berechenbar machen und so die Urknalltheorie endgültig bestätigen. Findet man das Teilchen nicht, geht das Rätselraten weiter.

Populär ist in dieser Hinsicht derzeit die String-Theorie, der zu folge alle atomaren und subatomaren Teile aus winzigsten Teilchen, den sogenannten Strings bestehen, die in sehr komplexen Mustern schwingen. Eine Konsequenz aus dieser Theorie mit ihren 11 Dimensionen ist, dass es nicht nur ein Universum geben kann, sondern viele.

Derzeit sind die konkurrierenden Theorien noch so spekulativ, dass sie das Urknall-Modell noch nicht ernsthaft infrage stellen.

1.2 Die Erde

1.2.1 Wie ist die Erde entstanden?

Die Erde ist – wie alle Planeten – ein Satellit eines Zentralgestirns, in unserem Fall also unserer Sonne.

Nach der Urknall-Theorie entstanden aus der expandierenden heißen Materiewolke eine Vielzahl von Clustern als Vorläufer der Galaxien. In diesen Clustern bildeten sich in dichteren Zonen Gravitationszentren, die immer mehr Materie aus der Umgebung anzogen und damit schwerer und heißer wurden.

War genügend Materie verfügbar, wurde dieser Materieball schließlich so groß, dass es in seinem Inneren bei ca. 15 Mio. °C zur Zündung nuklearer Fusionsprozesse kam und eine Sonne geboren wurde.

Die Energien und Temperaturen der Fusionsprozesse dieser ersten Sonnen reichten aber nur zur Verschmelzung von Wasserstoff zu Helium. Das zeigen Spektralanalysen der ältesten Sonnen.

Zur Erbrütung der nächst folgenden, leichteren Elemente sind wesentlich höhere Temperaturen von einigen 100 Mio. °C erforderlich. Solche Prozesse laufen bei Supernovaexplosionen, dem Kollaps und der nachfolgenden Explosion großer Sterne ab, deren Lebenszyklus durch Verbrauch der Fusionsmasse an sein Ende gekommen ist. Durch den fehlenden Expansionsdruck der Fusionsenergie fällt der Stern in sich zusammen und erhitzt sich aufgrund der Gravitation der riesigen Masse so stark, dass die Atomkerne zu höheren Elementen verschmelzen können, ehe die abstoßenden Kräfte zur Explosion des Sterns führen. Dabei wird eine gewaltige Materiewolke mit extremer Geschwindigkeit ins All abgestoßen, während ein extrem verdichteter Materiekern aus reinen Neutronen zurückbleibt.

Aufgrund des gewaltigen Expansionsdrucks der abgestoßenen Materiewolke können sich in dieser Materiepartikel verdichten und aufgrund der Gravitation zu größeren Agglomeraten entwickeln. Damit ist ein Teil der nächsten Sterngeneration geschaffen.

Die höheren Elemente, wie die Metalle, benötigen jedoch zu ihrer Entstehung noch größerer Energien als es Supernovaexplosionen leisten können. Dazu sind Kollisionen der Neutronensterne erforderlich, bei denen Temperaturen im Bereich von Milliarden °C auftreten. Auch dabei erfolgt zunächst eine Fusion der Neutronen zu schwereren Elementen mit einer nachfolgenden gigantischen Explosion des Systems. Dabei werden ein Teil der erbrüteten Elemente ringförmig in den Weltraum abgestoßen und dabei partiell verdichtet.

Aus diesen Materietrümmern bilden sich durch Gravitation erneut Sonnen, Planeten und interstellare Objekte, wie Meteoriten und Kometen.

Unsere Sonne ist eine späte Generation dieser kosmischen Zyklen, denn sie weist in ihren Spektren nahezu alle natürlichen Elemente auf, die auch unsere Erde auszeichnen. Damit ist ein etwa gleiches Alter von unserer Sonne und Erde plausibel.

Das Alter unserer Sonne beträgt ca. 5 Mrd. Jahre. Die Erde ist mit ca. 4.6 Mrd. Jahren nur wenig jünger. Daraus lässt sich schließen, dass sich Sonne und Planeten in unserem System nahezu gleichzeitig gebildet haben, wobei die Sonne wegen ihrer Größe etwas mehr Zeit benötigte und durch ihre wachsende große Anziehungskraft auch die Bildung der Planeten aus der ursprünglichen Staubwolke beschleunigte.

Dies wäre der frühen Erde beinahe zum Verhängnis geworden, denn ein auf die Sonne zurasender großer Materiebrocken traf die Erde und schlug aus ihr all die Materie heraus, aus der sich dann unser Mond bildete.

Nachdem diese Wunde verheilt war, nahm die Erde nach und nach ihre heutige Gestalt an und bildete eine sehr empfindliche Biosphärenschicht auf ihrer Oberfläche, unseren Lebensraum.

1.2.2 Was wissen wir über den Aufbau der Erde?

Bereits um 240 vor Christus postulierte der Grieche Eratosthenes die Kugelgestalt der Erde und berechnete ihren Umfang bis auf 1 % genau.

Dieses Wissen ging jedoch verloren, und noch zu Zeiten von Kolumbus im 15. Jh. schätzte man den Umfang der Erde viel zu klein.

Erst nach der bewussten Entdeckung Amerikas 1507 durch Amerigo Vespucci ahnte man die wirkliche Größe.

Bis vor wenigen Jahrzehnten jedoch war aber noch völlig unbekannt, wie unsere Erde im Inneren aufgebaut ist und welche Vorgänge sich dort abspielen.

Erst die Erforschung und Deutung von Erdbebenwellen in den 30er Jahren öffneten erste Fenster ins Erdinnere. Die richtige Deutung seismischer Wellen konnte erst erfolgen, als man Versuche zu Laufgeschwindigkeit und Reflexionsverhalten in flüssigem und hoch verdichtetem Gestein durchführen konnte.

Die von dem Deutschen Alfred Wegener 1912 aufgestellte Theorie der Plattentektonik, die noch bis in die 50er Jahre heftig angezweifelt wurde, dann aber durch viele geologische Forschungen (z. B. die Entdeckung des Vulkanismus an den Plattenrändern) grandios bestätigt wurde, brachte endlich den Durchbruch zum Verständnis des Gesamtsystems Erde. Demnach gab es vor 250 Millionen Jahren nur einen Großkontinent „Pangäa“ und einen Ozean „Panthalassa“. Pangäa teilte sich nach und nach in die heutigen Kontinente auf, die seitdem weite Strecken auf unserem Globus verdriftet sind und sich immer noch weiter bewegen.

Pangäa und Panthalassa hatten in der langen Erdgeschichte mehrere Vorläufer, d. h. in Abständen von mehreren 100 Mio. Jahren kommt es immer wieder zur Bildung von Großkontinenten und Superozeanen.

Nach dieser Erkenntnis konnte man endlich Phänomene, wie Erdbeben, Vulkanismus, Gebirgsbildung, Kontinentaldrift, erdgeschichtliche Epochen und Klimaänderungen in einen plausiblen Zusammenhang bringen.

Nach heutigen Erkenntnissen baut sich die Erde wie folgt auf:

- Erdkruste: Dicke 10 km (unter den Ozeanen) bis ca. 40 km (unter den Kontinenten)

- Lithosphäre: Tiefe 0-100 km, fest, sehr mineralreich durch häufige Umgestaltung infolge von Vulkanismus, Gebirgsbildung, Erosion.

- Astenosphäre: Tiefe 100-300 km, viskos bis flüssig, obere Ebene der Konvektionsströmungen aus dem Erdmantel, maßgebend für horizontale Kontinentalverschiebungen.

- ob. Erdmantel: Tiefe 40-400 km, überwiegend fest aber plastisch verformbar, Gestein wird durch hohen Druck und Temperatur (bis 1700°C) in dichteste Packung gezwungen.

- Übergangszone: Tiefe 400-900 km, überwiegend fest, Temperaturen bis 2000°C.

- unt. Erdmantel: Tiefe 900-2900 km, überwiegend fest, im unteren Teil steiler Temperaturanstieg von 2700°C auf ca. 4000°C, Mg- u. Fe-Silikate.

- äußerer Erdkern: Tiefe 2900-5100 km, flüssig, Temperaturen 4000°C-6000°C, gravitationsbedingt nur noch Eisen und Nickel, Bereich, bis in den die Schollen der Erdkruste in Subduktionsbereichen abtauchen können (dauert Jahrtausende).

- innerer Erdkern: Tiefe 5100-6371 km (Erdmittelpunkt), fest, nur Eisen und Nickel. Temperatur ca. 7000°C.

Die enorme Wärme im Inneren der Erde resultiert etwa je zur Hälfte aus 2 Prozessen:

1. der Zerfall natürlicher radioaktiver Elemente (Uran, Thorium, Kalium 40) im Erdmantel.

2. die freiwerdende Schmelzwärme bei der Anlagerung von Teilen des flüssigen Erdkerns an den festen Erdkern.

Der flüssige Erdkern ermöglicht Differentialbewegungen zwischen Mantel und Kern, die durch die Erdrotation und langsam aufsteigende riesige Magmaströme angeregt sein können und so das Erdmagnetfeld erzeugen. Dieses Magnetfeld verändert sich langsam aber stetig und kann sich im Laufe von einigen 100000 Jahren sogar völlig umpolen, wie man anhand von Gesteinen nachweisen konnte.

Das Magnetfeld der Erde reicht bis weit in den Weltraum (60000130000 km). So gibt es z. B. in 10000-20000 km Höhe den „van Allen-Strahlungsgürtel“, eine radioaktive Zone, in der die von der Sonne kommenden Protonen und Elektronen eingefangen werden.

Auch das Polarlicht (Nordlicht) wird durch das Magnetfeld beeinflusst, indem sich die vom Sonnenwind ionisierten Atome des Sauerstoffs, Stickstoffs und Natriums in der Stratosphäre und Ionosphäre entsprechend den Feldlinien ausrichten und nahe den Polen verdichtet in die Erdatmosphäre eintreten, wo sie verstärkt leuchten.

Auch die Erdatmosphäre ist in Schichten gegliedert:

Die Troposphäre reicht bis ca. 12 km Höhe und beinhaltet ca. 90 % aller atmosphärischen Gase. Diese wenige km dicke erdnahe Schicht, in der Leben möglich ist, setzt sich zu rund 78 % aus Stickstoff und 21 % Sauerstoff zusammen.

Innerhalb der Troposphäre erfolgt das Wettergeschehen. Die Temperatur nimmt mit der Höhe bis auf ca. -60°C ab. In der oberen Grenzschicht bei 10-12 km gibt es die vom Fliegen bekannten Jetstreams, die sich mit einer Geschwindigkeit bis zu 400 km/h von Westen nach Osten bewegen.

Die Stratosphäre erstreckt sich bis in ca. 50 km Höhe. Hier befindet sich in 20-30km Höhe die Ozonschicht, die die Erde vor den schädlichen UV-Strahlen schützt. Die Temperatur der Stratosphäre umfasst den Bereich von -60°C bis +60°C.

Zwischen etwa 50 km und 85 km Höhe befindet sich die Mesosphäre. Darüber beginnt die Thermosphäre/Ionosphäre. Sie reicht bis ca. 350 km Höhe und ist mit Elektronen angereichert. In ca. 200 km Höhe befindet sich die Heaviside-Schicht, an der die Kurzwellen-Radiowellen reflektiert werden, wodurch vor dem Satelliten-Zeitalter weltweiter Radioempfang möglich war. In der Ionosphäre zeigt sich auch das Polarlicht.

Die Temperatur kann in der Höhe mehrere hundert °C betragen.

Die Erdoberfläche selbst ist - bezogen auf Meereshöhe - im Extrem nahezu gleich stark zu beiden Seiten vertieft bzw. erhöht. Die tiefsten Stellen liegen an den Kontinentalabhängen in den Tiefseerinnen bei ca. 11 km, die größten Erhebungen finden sich mit fast 9 km im Himalaya.

Die Anteile von Wasser- zu Landfläche betragen etwa 70 zu 30.

1.2.3 Welche Einflüsse verändern die Erde?

Häufige kleine bis starke Veränderungen in kurzen Zeiten bewirken Vulkanausbrüche, die entlang des Feuergürtels der Erde (Plattengrenzen), an sog. Hot Spots (z. B. Hawaii) und an den mittelozeanischen Rücken, wo sie die Kontinentaldrift bewirken, auftreten.

Verheerende Ausbrüche waren z. B. die Explosion der Insel Santorin im Jahr 1628 v. Chr., die den gesamten Mittelmeerraum schwer getroffen hat und vermutlich die minoische Kultur auf Kreta vernichtete.

Ferner der Ausbruch des Tambora (Indonesien) um 1815, der zu einer kleinen Eiszeit geführt hat und Hungersnöte in Nordamerika und Europa zur Folge hatte.

Starke Ausbrüche sind mit den Namen Krakatau (1884), St. Helens (1980) und Pinatubo (1994) verbunden.

Der auf einem Hot Spot schlafende Supervulkan unter dem Yellowstone-Nationalpark in Wyoming würde alle Maßstäbe brechen, wenn seine Magmakammer mit 24000 Kubikkilometer Größe aufbrechen würde. Ein globaler vulkanischer Winter würde die Erde heimsuchen.

Stärker noch als Vulkane, jedoch äußerst langsam verändert die Kontinentaldrift das Gesicht der Erde. Kontinente können auseinander brechen (wie gerade in Ostafrika zu beobachten ist), in andere Klimazonen wandern und bei Kollisionen mit anderen Platten gewaltige Gebirge auffalten. Auf diese Weise sind Himalaya, Anden und Alpen entstanden.

Verheerende globale Wirkungen richten seltene Einschläge großer Meteoriten oder Kometen ab einem Durchmesser von ca. 1 km an. Ein solcher Einschlag mit Geschwindigkeiten bis zu 60 km/sec führt zu einer Kettenreaktion von Katastrophen:

Hitzewellen verbrennen im Umkreis von hunderten von Kilometern sofort alles organische Material. Die Druckwelle fegt jede Vegetation beiseite. Tsunamis mit Höhen von mehreren hundert Metern rasen um den Erdball, brechen die Eiskappen an den Polarmeeren auf und schwappen über hohe Gebirge. Der Niederschlag geschmolzenen heißen Gesteinspulvers wandert um die Erde und setzt die Wälder in Brand. Vermischt mit Wasserdampf in den Wolken bilden sich giftige Substanzen, die die Vegetation verätzen. Die ungeheure Menge an Staub in der Atmosphäre verdunkelt die Sonne und unterbricht die Photosynthese. Pflanzen und Tiere sterben aus.

In der Vergangenheit haben solche Ereignisse mehrfach stattgefunden und zum Massensterben von Arten geführt. Auch heute noch sind solche Ereignisse möglich, da es im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter sowie am Rande des Sonnensystems, im Kuipergürtel, massenweise Bruchstücke jeder Größe gibt, die durch Gravitationsschwankungen aus ihrer Bahn gebracht werden können und dann unberechenbar im Sonnensystem herumfliegen.

Es gibt auch noch permanent wirkende, nahezu unmerkliche Einflüsse, die aber über lange Zeiträume enorme Veränderungen bewirken.

Dazu gehört einmal die Gezeitenreibung infolge der Anziehungskraft des Mondes. Dadurch wird die Erdrotation gebremst und in ferner Zukunft zum Stillstand gebracht. Es gibt dann keinen Tag-Nacht-Rhythmus mehr, der zur Zeit noch viele biologische Uhren synchronisiert. Außerdem gibt es statt Ebbe und Flut nur noch stehende Flutberge und konstante Niedrigwasser-Zonen. Auch dies hat einschneidende Wirkungen auf alle Lebewesen im Meer und an den Küsten.

Ein zweiter Effekt ist die durch Sonne und Mond hervorgerufene Kreiselbewegung der Erdachse um den Pol der Ekliptik. Für einen Umlauf benötigt der Erdkreisel 25700 Jahre (Platonisches Jahr). Dadurch verschieben sich die Jahreszeiten sowie die Klimazonen in diesem Zeitraum ganz allmählich um ein ganzes Jahr. Der Himmelsnordpol (Polarstern) sowie der gesamte Fixsternhimmel wandert auf einer Kreisbahn um 360°.

Auch die Sonne selbst übt infolge ihrer schwankenden Strahlungsintensität erheblichen Einfluss auf das Weltklima aus. So ist z. B. der 11-jährige Sonnenflecken-Zyklus verbunden mit erhöhter Strahlungsaktivität. Dieser Zyklus resultiert aus den pulsierenden Prozessen im Inneren der Sonne, wo Kernfusionsprozesse stattfinden, bei denen pro Sekunde ca. 600 Millionen t Wasserstoff zu Helium verschmolzen werden. Die dabei frei werdende Energie muss sich an die Sonnenoberfläche durcharbeiten, was zu turbulenten Strömungen im Sonnenmantel und an ihrer Oberfläche führt. Die Abstrahlung ist daher ungleichmäßig. Die Erde erhält zwar nur einen verschwindend geringen Anteil der abgestrahlten Energie, dieser ist aber genau so groß, dass sich eine Biosphäre und eine ungeheure Biodiversität entwickeln konnte.

1.2.4 Welche Geschichte hat die Erde?

Die Erdgeschichte wird von den Geologen in verschiedene Erdzeitalter eingeteilt, die jeweils für eine bestimmte Epoche geologisch abgegrenzter Zustände gelten.

Die Zeit von der Entstehung der Erde bis vor ca. 600 Millionen Jahren wird als Präkambrium bezeichnet. Da es in dieser extrem langen Periode keine differenzierte Fauna und Flora gab, kann man diesen Zeitraum nicht anhand von Leitfossilien unterteilen, wie es danach möglich ist. Daher kann man über erdgeschichtliche Ereignisse dieser Epoche nur vage Angaben machen.

Für die Zeit danach, also ab ca. 600 Millionen Jahre vor heute, gibt es eine differenzierte Einteilung nach den jeweiligen Leitfossilien in die Perioden Kambrium, Ordovizium, Silur, Devon, Karbon, Perm, Trias, Jura, Kreide, Tertiär und Quartär.

Diese Epochen dauerten im Schnitt jeweils ca. 50 Millionen Jahre. Der Übergang von einer Epoche zur folgenden ist gekennzeichnet durch dramatische Ereignisse, wie eine großräumige Umverteilung der Kontinentalschollen, gewaltige Vorstöße der Meere ins Innere der Kontinente bzw. der Rückzug der Meere, starke Gebirgsbildungen, extremer Vulkanismus oder Einschläge großer Meteoriten oder Kometen.

Bei solchen Umwälzungen werden Fauna und Flora in massiver Weise in Mitleidenschaft gezogen, denn die enormen Klimaänderungen mit Differenzen der globalen Durchschnittstemperaturen von 10 Grad und mehr bewirken den Wechsel von Warmzeiten zu Eiszeiten und umgekehrt. Arten können dabei aussterben, andere werden evolutionär begünstigt.

1.3 Naturgesetze

1.3.1 Was sind Naturgesetze?

Naturgesetze sind Regelmäßigkeiten, die bei Erscheinungen in der Natur, z. B. bei Wechselwirkungen zwischen Materie und/oder Energie, auftreten und durch zahlreiche Beobachtungen und Experimente bestätigt sind.

Energie ist die Fähigkeit eines Systems, Arbeit zu verrichten. Energie kann nicht verloren gehen oder erzeugt werden, sondern nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden (Energieerhaltungssatz).

Es gibt 5 Energieformen:

Mechanische Energie kann als Bewegungsenergie oder Lageenergie auftreten.

Elektrische Energie steckt in den Kräften zwischen geladenen Teilchen, z. B. Elektronen.

Thermische Energie befindet sich in der ungeordneten Bewegung von Atomen oder Molekülen.

Chemische Energie steckt in der Bindung zwischen Atomen oder Molekülen eines Stoffes.

Kernenergie schlummert in den Kräften zwischen den Protonen und Neutronen im Atomkern. Bei der Kernspaltung oder –fusion wird sie vor allem als thermische Energie frei.

Den Naturgesetzen liegen die 4 Fundamentalkräfte Gravitation, Elektromagnetismus, starke Kernkraft und schwache Kernkraft zugrunde, die im gesamten Kosmos wirken (siehe 1.3.3).

Bei Naturgesetzen besteht ein wesentlicher Zusammenhang zwischen Ursache und Wirkung, das sog. Kausalitätsprinzip. Dadurch lassen sie sich mathematisch formulieren.

Naturgesetze werden durch Forschung, d. h. durch Beobachtung, analytisches Denken und Experimente „entdeckt“.

1.3.2 Woher kommen die Naturgesetze?

Ob Naturgesetze Bestandteile der Natur, d. h. der Schöpfung, sind, oder nur geniale Konstrukte zur Beschreibung der Naturvorgänge, ist umstritten.

Nach „Popper“ können die von der Forschung definierten Naturgesetze nicht bewiesen, sondern nur widerlegt werden.

Die „wahren“ Naturgesetze und die sie bestimmenden Fundamentalkräfte resultieren aus dem Schöpfungsakt des „Big Bang“ und konstituierten sich sehr schnell nach der Bildung von Materie. Möglicherweise gab es beim „Big Bang“ auch alternative, in sich stimmige, Varianten mit entsprechend vertauschten Polaritäten und Symmetrien. Aus der Chaostheorie wissen wir, dass ein chaotisches System, wie es der Big Bang war, mehrere Optionen der Determination beinhaltet. Welche Konfiguration entsteht, hängt oft von winzigen Einflüssen, wie Dichtefluktuationen, Temperatur- und Druckgradienten etc. ab. Vielleicht ist es wie beim Wetter, das durch den Flügelschlag eines Schmetterlings zu einem Hurrikan angeregt werden kann.

1.3.3 Welche Naturgesetze gibt es?

Die geheimnisvollste und zugleich vertrauteste Naturkraft ist die Gravitation. Sie bewirkt die Schwerkraft, die alles zum Erdmittelpunkt zieht, die Bewegung der Planeten um die Sonne und die Rotation der Galaxien um ihr Gravitationszentrum in der Mitte bewirkt.

Bereits Isaak Newton (1642-1727) entdeckte die Gesetzmäßigkeit, nach der die Gravitationskraft zweier Massen proportional dem Massenprodukt und reziprok dem Quadrat ihres Abstandes ist:

Dieses Gesetz galt lange als unumstößliches Naturgesetz und ist in der Tat auch eine sehr gute Näherung, wenn man keine extremen Bedingungen betrachtet. Bei höchsten Ansprüchen an Exaktheit kommt man aber z. B. bei der Berechnung von Bahnparametern für Planeten an einer Korrektur aufgrund der von Einstein entdeckten Raumkrümmung durch Massen nicht vorbei. Dabei wird die Gravitation als Feldwirkung auf die Geometrie der Raum-Zeit zurückgeführt: die Masse der Himmelskörper bestimmt, wie sich die Raum-Zeit zu krümmen hat, und die Krümmung bestimmt, wie sich ein Körper in der Raum-Zeit zu bewegen hat.

Man geht davon aus, dass sich die Gravitation mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, obwohl es noch keine Beweise für die vermuteten Gravitationswellen gibt.

Dieses Beispiel zeigt, wie trügerisch die vom Menschen als Naturgesetze angenommenen Zusammenhänge sein können, wenn sie die Wirklichkeit scheinbar perfekt repräsentieren. Bei übergeordneter Betrachtung kann eine Korrektur oder gar ein totaler Paradigmenwechsel fällig werden.

Vertraut und zugleich unheimlich ist auch die zweite der Fundamentalkräfte, der Elektromagnetismus.

Alle Erscheinungen, die mit Elektrizität, Magnetismus und Strahlung zusammenhängen, basieren auf elektromagnetischen Vorgängen.

Die Elektromagnetische Kraft verbindet auch die Kerne mit den Elektronen im Atom.

Verwirrend ist z. B., dass Licht zugleich als elektromagnetische Welle und Partikel (Photonen) in Erscheinung treten kann, je nachdem, wie man es betrachtet.

Elektromagnetische Wellen (Röntgenstrahlung, Licht, Wärmestrahlung, Radiostrahlung) breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus. Die Lichtgeschwindigkeit (300000 km/sec im Vakuum) ist eine Naturkonstante und ist unabhängig vom Bewegungszustand der Lichtquelle, was schwer vorstellbar ist (die Bewegungsrichtung der Lichtquelle lässt sich aufgrund der Blau-bzw. Rotverschiebung feststellen).

Die unendlich vielen Phänomene dieser Vorgänge lassen sich mit Hilfe der Maxwell’schen Gleichungen darstellen, die sogar der relativistischen Theorie genügen. Maxwell (1831-1879) gebührt daher ein Ruhmesplatz neben Forschern wie Newton und Einstein.

Von der dritten Fundamentalkraft, der Starken Kernkraft, wissen wir erst seit der Entdeckung der Kernspaltung. Die Starke Kernkraft hält die Atomkerne gegen die gegenseitig abstoßenden Kräfte der positiv geladenen Protonen zusammen.

In Worten heißt das: die Energie ist äquivalent der Masse mal dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit.

Zur Veranschaulichung soll hier die Berechnung für eine Masse von 1g demonstriert werden:

In nur 1 g Masse steckt somit also eine Energie von ca. 10 14 Nm bzw. Joule.

Welch unglaubliches Potential das beinhaltet, zeigen Atomkraftwerke und Nuklearwaffen. So wurde in der Hiroshima-Bombe die Energie aus nur 1 g Uran freigesetzt.

Ein anderes Beispiel zeigt das noch anschaulicher: In 1 kg ruhender Masse stecken 1017 Nm.

Damit könnte man eine Menge von 8km3 Wasser (z. B. einen See von 20*2 km und 200 m Tiefe) um 1 km in die Höhe heben.

Die Suche nach den letzen Bausteinen der Materie und Gesetzmäßigkeiten ihres Aufbaus hat einen ganzen Zoo von Elementarteilchen ans Licht gebracht: Protonen und Neutronen bestehen aus Quarks (schwere Teilchen, die der Starken Kernkraft unterliegen) und Leptonen (leichte Teilchen, die der Schwachen Kernkraft unterliegen). Daneben gibt es noch etliche flüchtige Teilchen, wie Elektronen, Photonen, Myonen und Neutrinos.

Wie groß dieser „Zoo“ wirklich ist, und wie alles zusammenwirkt, ist derzeit noch rätselhaft.

Die vierte und letzte Fundamentalkraft ist die Schwache Kernkraft. Sie bestimmt den radioaktiven Zerfall der Atomkerne und das Verhalten der Leptonen.

In den 1970er Jahren gelang die theoretische Vereinigung der Schwachen Kernkraft mit der Elektromagnetischen Kraft zur Elektroschwachen Kraft. In Teilchenbeschleunigern gelang danach auch der experimentelle Beweis für diese Verschmelzungstheorie.

Der Versuch, auch die Starke Kernkraft oder gar noch die Gravitation theoretisch zu einer einheitlichen Kraft zu vereinigen, ist bisher trotz immenser Anstrengungen nicht gelungen.

Mit Teilchenbeschleunigern hat man experimentell keine Chance, dies zu demonstrieren, da die erforderlichen Energien alle verfügbaren Möglichkeiten überschreiten.

Hinter all den physikalischen und chemischen Gesetzmäßigkeiten, die zu unserem heutigen technischwissenschaftlichen Wissen gehören, stecken letztendlich die geschilderten vier Naturkräfte.

Das gilt auch für die relativistischen Theorien Einsteins und die quantentheoretischen Mechanismen. Deshalb sollen beide Theorien an dieser Stelle kurz erläutert werden:

1.3.4 Was besagt die Relativitätstheorie?

Diese, allein von Einstein (1879-1955) entwickelte Theorie besteht aus zwei Teilen: der 1905 veröffentlichten „Speziellen Relativitätstheorie“ (im Folgenden mit SR bezeichnet) und der ergänzenden „Allgemeinen Relativitätstheorie“ (im Folgenden mit AR bezeichnet) von 1915.

Die grundlegende These ist, dass die Lichtgeschwindigkeit die theoretisch höchstmögliche Geschwindigkeit im Kosmos ist und immer denselben Wert von rund 300000 km/s hat, egal, ob sich die Lichtquelle bewegt oder nicht.

Die SR zeigt, dass Raum und Zeit nicht mehr als getrennte Wesenheiten anzusehen sind, sondern als Aspekte einer höheren Einheit, der „Raum-Zeit“ (im Folgenden als RZ bezeichnet).

Aus der Sicht ruhender oder bewegter Beobachter folgt als 1. Konsequenz die Zeitdilatation, d. h. dass die Ganggeschwindigkeit von Uhren von deren Bewegungszustand zum jeweiligen Koordinatensystem abhängt. In einer schnell fliegenden Rakete gehen die Uhren langsamer als in einem ruhenden Vergleichssystem. Auch alle anderen Prozesse, wie Herzschlag und Alterung der Astronauten, verlaufen langsamer.

Die 2. Konsequenz ist die Längenkontraktion, d. h. alle bewegten Objekte schrumpfen in Bewegungsrichtung. Zum Beispiel verkürzt sich die Rakete in Flugrichtung.

Beide Effekte, Zeitdilatation und Längenkontraktion erfolgen gleichzeitig, jedoch merklich erst ab etwa 10% der Lichtgeschwindigkeit (was aus heutiger Sicht für technische Systeme absolut utopisch ist).

Die 3. Konsequenz ist die relativistische Massenzunahme. Je schneller ein Körper bewegt wird, umso größer wird seine Masse. Um diese zu beschleunigen, ist eine immer größere Energie nötig. So nimmt die Masse nahe der Lichtgeschwindigkeit um das Vieltausendfache zu und wird bei Lichtgeschwindigkeit unendlich groß, genauso, wie die zur Beschleunigung erforderliche Energie. Nur so ist die berühmte Äquivalenzformel E=m*c2 auch für den Grenzfall einer absolut geltenden Maximalgeschwindigkeit (nämlich von c) plausibel.

Die Konsequenz aus der SR ist, dass die Newton’sche Mechanik in Grenzbereichen (Raumfahrt, GPS-Technik) durch die relativistische Mechanik ersetzt werden muss.

Das Kausalitätsprinzip bleibt aber erhalten, d. h. Ursache und Wirkung bleiben unumkehrbar (ein Ausflug in die Vergangenheit ist nicht möglich).

Erst 10 Jahre nach der SR gelang Einstein mit der AR die Einbeziehung der Gravitation. Hier gilt das Äquivalenzprinzip von Massenträgheit und Schwerkraft.

In Analogie zur SR bewirkt hier die Masse bzw. die Gravitation die gleichen Effekte wie die Bewegung: Massen verlangsamen den Gang von Uhren und führen zur Schrumpfung von Körpern. Darüber hinaus krümmen Massen den Raum bis hin zu schwarzen Löchern, aus denen kein Licht mehr entweichen kann und die Zeit stillsteht.

Auch diesen Aspekt der relativistischen Mechanik muss man bei exakten Systemen, wie dem Abgleich von Atomuhren, berücksichtigen.

Die Richtigkeit von SR und AR wurde durch zahlreiche Beobachtungen und Experimente immer wieder bestätigt:

Vergleiche von Atomuhren in Ruhe und im Düsenjet

Rotverschiebung von Sternenlicht (expandierendes Universum)

Drehung der Ellipsenbahn des Merkur (Krümmung der Raumzeit durch Masse)

Krümmung von Sternenlicht sonnennaher Sterne beim Passieren der Sonne (bei Sonnenfinsternis beobachtbar)

Einstein führte auch bereits einen Faktor für die Dunkle Energie in sein Formelwerk ein, bezeichnete dies aber als seine „größte Eselei“. Neueste Forschungen bestätigen aber diesen Faktor, der in seiner Konsequenz die beschleunigte Ausdehnung des Universums und seine ebene Raumzeit-Struktur beinhaltet.

1.3.5 Was besagt die Quantentheorie?

So schön und genau die relativistischen Theorien und die Maxwellschen Gleichungen in der Makrowelt auch die Naturphänomene beschreiben, in der Mikrowelt der Atome versagen sie. Die Massen sind hier so klein, sodass die Quanteneffekte dominieren. Das bedeutet eine prinzipielle Unbestimmtheit und Unschärfe, die zudem noch vom Beobachter und seinem Instrumentarium beeinflusst wird. Das strenge Kausalitätsprinzip ist aufgehoben, und es gelten statistische Wahrscheinlichkeiten, z. B. für den Durchgang von Photonen durch die Spalte beim Doppelspaltversuch.

Der Physiker Max Planck (1858-1947) entdeckte um 1900, dass Energie im atomaren Bereich nicht kontinuierlich, sondern in Quanten ausgetauscht wird. Die Maßeinheit dieser Naturkonstanten ist das „Plancksche Wirkungsquantum h“.

Werner Heisenberg (1901-1976) formulierte 1927 die „Heisenbergsche Unschärferelation“, die aus dem Charakter der atomaren Materie eine prinzipielle Unschärfe für physikalische Kenngrößen, wie Ort, Impuls, Energie etc. für die Elektronen und Photonen postuliert. Diese Unschärfe der Messungen resultiert aus dem Einfluss der zur Messung verwendeten atomaren Partikel bzw. Photonen auf das quantenmechanische System, wobei diese Impulse das System verändern. Man kann auch nicht zwei unterschiedliche Eigenschaften gleichzeitig mit höchster Genauigkeit messen, sondern nur eine. Je genauer dies erfolgt, umso ungenauer wird die andere Messung. Auch Umgebungseinflüsse wirken ständig auf das System ein und verändern es.

Teilchen und Welle bei elektromagnetischer Strahlung sind keine getrennten Wesensmerkmale sondern repräsentieren zwei Aspekte der physikalischen Realität. Dieser Dualismus tritt am deutlichsten beim Licht auf, das je nach experimenteller Analyse mal als Teilchen (Photon) oder als Welle (Spektrum) in Erscheinung tritt.

Inzwischen ist die Wellennatur und damit die Gültigkeit quantenphysikalischer Effekte auch bei größeren Atomkomplexen, wie den Fullerenen, nachgewiesen.

Ein verblüffendes Phänomen der Quantenphysik ist die Verschränkung von Elementarteilchen. So sind z. B. die Polarisationszustände von Photonen, die von einer Lichtquelle ausgehen, einheitlich ausgerichtet, was bedeutet, dass sie auch bei der Aufspaltung dieses Lichtstrahles diese Verschränkung beibehalten. Versuche haben gezeigt, dass es zwischen den Photonen keine Kommunikation gibt und sie auch keine Zwillinge sind, sondern Teile eines geheimnisvollen Ganzen.

Die Verschränkung von Elementarteilchen kann nicht nur gemessen, sondern auch gezielt erzeugt werden. So kann man z. B. Ionen durch Laserstrahlung in einen absoluten Ruhezustand versetzen und sie anschließend gezielt anregen. Diese Anregung vererbt sich durch Stoßvorgänge auf benachbarte Ionen, die dadurch definiert verschränkt werden. Mit dieser Methode können Quantencomputer gebaut werden oder extrem genaue Messungen von Eigenschaften erfolgen.