Genesis E-Book

Guido Tonelli

• Herausgeber: C. H. Beck
• Kategorie: Lebensstil
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2020

Beschreibung

Keine Kultur kann existieren ohne eine Erzählung von den Ursprüngen. Der italienische Teilchenphysiker und Bestsellerautor Guido Tonelli erzählt in "Genesis" die große Geschichte von der Entstehung unseres Universums, angefangen vom Big Bang und den allerersten Augenblicken danach bis zu unserem Sonnensystem. Sein Buch ist der meisterhafte Versuch, aus dem Wissen der heutigen Astrophysik heraus eine Erzählung von den Ursprüngen zu entwickeln, die nie die Grenzen der Wissenschaft verlässt, sich aber an den großen Mythen messen lassen kann.
Mit jedem Fortschritt bei der Erforschung der Materie und des Universums wachse nur noch unser Staunen über das einzigartige Universum und seine Entstehung, meint Tonelli. "Genesis", das in Italien Platz 1 der Bestsellerliste eroberte, ist der überzeugende Beweis, wie man den hochkomplexen Stoff der astrophysikalischen Kosmologie so aufbereiten kann, dass daraus ein originelles, leicht zugängliches Buch entsteht, das man so noch nicht gelesen hat. Eine abenteuerliche Reise in die schwindelerregenden Tiefen der Zeit bis zurück zu der geheimnisvollen Singularität, von der alles seinen Anfang nahm.

Leseprobe

Guido Tonelli

GENESIS

Die Geschichte des Universumsin sieben Tagen

Aus dem Italienischen von Enrico Heinemann

C.H.Beck

Zum Buch

Keine Kultur kann existieren ohne eine Erzählung von den Ursprüngen. Der italienische Teilchenphysiker und Bestsellerautor Guido Tonelli erzählt in GENESIS die große Geschichte von der Entstehung unseres Universums, angefangen vom Big Bang und den allerersten Augenblicken danach bis zum Auftauchen des Menschen. Sein glänzend geschriebenes Buch war in Italien eines der erfolgreichsten Sachbücher des Jahres.

«Eine brillante wissenschaftliche Erzählung, die dank vieler Anekdoten, Beispiele und Geschichten komplizierte Dinge klar und einfach erklärt.» – Il Libraio

Über den Autor

Guido Tonelli ist experimenteller Physiker am CERN in Genf und war in leitender Stellung 2012 an der Entdeckung des Higgs-Bosons beteiligt. Er hat in Italien bereits mehrere erfolgreiche populärwissenschaftliche Sachbücher veröffentlicht.

Inhalt

Prolog

Einführung: Die große Erzählung der Ursprünge

Gründungsmythen und Wissenschaft

Eine schwierige Sprache

Eine gefährliche Reise

Die zwei Wege der Wissenschaft

Lasst, die ihr eintretet, alle Vorurteile fahren!

Am Anfang war das Vakuum

Ein gigantisches, sich ausdehnendes Universum

Der Urknall

Ein Universum, das aus dem Vakuum entsteht

Vakuum oder null?

Vakuum und Chaos

Tag 1: Ein unaufhaltsamer Hauch bringt das erste Wunder hervor

Ein seltsames Urfeld

Eine nicht zu bremsende Expansion

Der Erfolg der Inflationstheorie

Auf der Suche nach dem rauchenden Colt

In der mythischen Ära der Großen Vereinheitlichung

Tag 2: Die sanfte Berührung eines Bosons ändert für immer alles

Der Zauber des Narziss

Die Schönheit der gebrochenen Symmetrie

Die Entdeckung des Higgs-Bosons

Wer hat die Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie gebrochen?

Die grundlegendste der Symmetrien

Kurzer Exkurs über die Teilchenbeschleuniger der Zukunft

Tag 3: Die Geburt der Unsterblichen

Die vollkommenste der Flüssigkeiten

A Proton is Forever

Leicht, aber unverzichtbar

Die Schüchternsten und Freundlichsten gehen zuerst

Sie bilden das Herz der Sterne

Tag 4: Und endlich ward Licht

Eine Welt ohne Licht und bevölkert von dunklen Dingen

Die Stunde der Materie schlägt

Die Geheimbotschaften im Mauerversteck

Eine sehr detailreiche Erzählung

Tag 5: Der erste Stern beginnt zu strahlen

Dann traten wir hinaus und sahn die Sterne

Die epische Ära der Megasterne

Ein unglaubliches kosmisches Feuerwerk

Die Faszination der Schwarzen Sterne

Die Singularität der Schwarzen Löcher

Eine Fusion, die Gold wert ist

Tag 6: Und das Chaos verkleidete sich als Ordnung

Spira mirabilis

Galaxien, Galaxienhaufen und Kollisionen

Das Herz der Finsternis unserer Milchstraße

Schlafende Drachen soll man nicht wecken

Die feinen Pfeile des Orion

Tag 7: Ein Gewimmel komplexer Formen

Die Sonne und ihre wandelnden Begleiter

Gott sei Dank hat uns Theia verwüstet

Die Wiege der Komplexität

Exoplaneten

Was uns zu Menschen macht

Die Entstehung des Symbolischen

Am Anfang war das Thauma

Die Macht der Vorstellungskraft

Epilog: Das Pogrom zu Mariä Himmelfahrt

Danksagung

Dem kleinen Jacopo

«Dichtung hilft uns, auf verzweifelte Weise.»

Anonymer Verfasser einer Inschrift auf der Mauer einer Gasse im Zentrum Palermos, Oktober 2018

«Alle Sorgen sind zu ertragen, wenn man sie in eine Geschichte packen oder eine Geschichte über sie erzählen kann.»

Isak Dinesen (zitiert nach Hannah Arendt)

«Die Verwurzelung ist wohl das wichtigste und am meisten verkannte Bedürfnis der menschlichen Seele.»

Simone Weil

Prolog

Hallo, Professor? Darf ich Ihnen eine Frage stellen? Habe ich das richtig verstanden, dass es immer noch ein Vakuum ist? Das gesamte uns umgebende Universum, meine ich? Sogar mit Donald Trump und den Aktionären von Fiat Chrysler Automobiles, die mich ganz verrückt machen? Zu schön. Wunderbar. Ich wusste schon immer, dass ich hätte Physik studieren und diesen ganzen Unfug sein lassen sollen, mit dem ich mich seit vierzig Jahren befasse.»

Sergio Marchionne ruft mich aus den Vereinigten Staaten an, am Ende seiner üblichen hektischen Arbeitswoche: ein paar Tage in Maranello, dem Sitz von Ferrari, im Hubschrauber nach Turin, um nach Detroit zu fliegen, dort die Woche zu beenden und den Turnus von vorn zu beginnen. Wenig Abwechslung, keine Pausen und auch keine Zeit zur Entspannung.

Alles begann Ende Juli 2016, als ich eine Einladung erhielt, zu einem Interview das Ferrari-Werk zu besichtigen, für mich Gelegenheit, die Wunderwerke der Technik persönlich in Augenschein zu nehmen. Ich kam mit jungen Monteuren und Ingenieuren ins Gespräch, die sich aufopfernd wie Handwerker der alten Schule um die neuen Modelle kümmern. Der Vormittag verging wie im Flug. Jetzt sitzen wir am Tisch des Restaurants, in dem Enzo Ferrari regelmäßig zu Mittag gegessen hat. Rings um uns herum Fotos des «Patriarchen» und Trophäen zahlreicher Siege. Während wir über Formel 1 und Elektro-Ferraris reden, kommt völlig überraschend ein Anruf: Sergio Marchionne fragt, ob ich in seinem Büro vorbeischauen könnte.

Ich fahre durch die Etagen in der Überzeugung nach oben, einen Höflichkeitsbesuch zu absolvieren, aber noch ehe ich mich setzen kann, kommt abrupt die am wenigsten erwartete Frage: «Glauben Sie eigentlich an Gott, Professor?»

Bei so einem Auftakt ist klar, dass es bei einem kurzen förmlichen Gruß nicht bleiben wird. Die nächste Stunde bringen wir mit einem Gespräch darüber zu, wie sich das Universum gebildet hat, diskutieren, was das Vakuum ist, und fragen uns, wie die Raumzeit entstand und wie sie enden wird. Marchionne zündet sich eine Zigarette nach der anderen an, während er zu allem Erklärungen verlangt. In seinen Augen lese ich echte Neugierde und Staunen. «Diese Dinge hätte ich als junger Mann studieren wollen. Bei mir hat es nie dazu gereicht, mich naturwissenschaftlichen Fragen zu stellen. Deswegen habe ich in Philosophie abgeschlossen. Und dann hat mich das Leben in eine andere Richtung gelenkt.» Er erzählt mir von seiner keineswegs einfachen Jugend in Kanada und den eher zufälligen Umständen, unter denen er zum Chef eines der bekanntesten Unternehmen der Welt aufstieg. Als mich die Sekretärin darauf aufmerksam macht, dass der Fahrer, der mich zum Flughafen bringen soll, allmählich nervös wird, weil ich meinen Rückflug verpassen könnte, müssen wir uns verabschieden. Zuvor hat mich Marchionne noch um eine Widmung für sein Exemplar meines Buchs La nascita imperfetta delle cose (Die unvollendete Geburt der Dinge) gebeten, und ich habe ihm angedroht, irgendwann nachzufragen, ob er es auch gelesen hat. Als er mich nach einigen Wochen zum ersten Mal anruft, wird mir klar, dass er drangeblieben ist.

Der entstandene Kontakt führt mich Monate später nach Modena, wo Ferrari das jährliche Treffen mit den Führungskräften seiner Partnerunternehmen veranstaltet. Beim Abendessen setzen wir unser Fragespiel fort, in das sich ab und zu auch andere Gäste einschalten. Den Abend über diskutierten wir über Schwarze Löcher, Stephen Hawking und Gravitationswellen. Kurz vor dem Dessert bittet Marchionne um Ruhe und fordert mich auf, das Wort zu ergreifen. Ich soll erzählen, wie das Universum entstanden und wie das Higgs-Boson entdeckt worden ist, und zwar ohne Rücksicht auf Verluste: «Zeigen Sie es ihnen, Professor. Ich möchte, dass diese Kerle begreifen, welches die wirklich wichtigen Dinge in der Welt sind.»

Am Ende des Abends, als er sich bei mir einhakt, sagt er mir: «In ein paar Jahren ziehe ich mich aus allem zurück und befasse mich wieder mit Physik. Sie müssen versprechen, mir eine kurze Liste mit Schriften über Quantenmechanik und Elementarteilchen zusammenzustellen, allgemeinverständlich, aber nicht zu grob vereinfachend, damit ich die Sache besser verstehe.»

Ich sage immer wieder, dass die großen Fragen, mit denen sich die Physik beschäftigt, in jedem von uns stecken, und dass die uranfängliche Neugierde noch immer in der Seele jedes Einzelnen brennt. Ich verspreche, ihm die Literaturliste zu schicken, kann aber eine gewisse Skepsis in meinem Blick nicht unterdrücken: «Glauben Sie mir, Professor, ich mache das.» In dem Moment konnte sich keiner von uns beiden vorstellen, wie schnell eine Krankheit – Marchionne starb am 25. Juli 2018 – solche Pläne durcheinanderbringen kann.

Einführung

Die große Erzählung der Ursprünge

Als vor rund 40.000 Jahren in einer zweiten Migrationswelle der Homo sapiens aus Afrika in Europa eintraf, bevölkerten die Neandertaler bereits weite Teile des Kontinents. In kleinen Klans organisiert, besiedelten sie Schluchten, in denen sich untrügliche Anzeichen für eine komplexe, auf Symbolen beruhende kollektive Vorstellungswelt finden: Felswände, bemalt mit Symbolen und Tierdarstellungen, menschliche Überreste in Embryonalstellung, Knochen und große, zu rituellen Kreisen arrangierte Stalaktiten. Zahllose Zeugnisse einer Zivilisation, die aller Wahrscheinlichkeit nach eine ausgereifte Sprache besaß, die wir niemals ergründen werden.

Folglich kann man sich eine Erzählung der Ursprünge der Welt vorstellen, die schon in diesen Höhlen widerhallte, mit Alten, die den ganz Jungen – mit der Kraft des Wortes und der Magie der Erinnerung – eine uralte Geschichte überlieferten. Es sollte Tausende Generationen dauern, ehe uns Hesiod mit der Theogonie ein schriftliches Zeugnis dieser Erzählung hinterließ und damit als Erster eine Verbindung zwischen Dichtung und Kosmologie knüpfte.

Diese Erzählung der Ursprünge setzt sich dank des wissenschaftlichen Wortes bis heute fort. Auch wenn Gleichungen nicht die beschwörende Kraft der dichterischen Sprache haben, wirken die Anschauungen der modernen Kosmologie – die eines aus Vakuumfluktuation oder der kosmischen Inflation hervorgegangenen Universums – auf uns immer noch atemberaubend.

Alles rührt von einer einfachen Frage her, der man sich nicht entziehen kann: «Woher kommt das alles?»

Diese Frage beschäftigt nach wie vor überall auf der Welt Menschen der verschiedensten Kulturkreise, sie eint Zivilisationen, zwischen denen Welten zu liegen scheinen. Ob Kinder oder Führungskräfte, Naturwissenschaftler oder Schamanen, Astronauten oder die letzten Vertreter der kleinen Gruppen von Jägern und Sammlern, die noch isoliert in einigen Gebieten Borneos oder am Amazonas leben: Sie alle stellen sich diese Frage.

Sie ist so ursprünglich, dass manch einer sich vorstellt, dass die Spezies, die uns vorangingen, sie uns geradezu in die Wiege gelegt hätten.

Gründungsmythen und Wissenschaft

Für die Kuba im Kongo war der Schöpfer des Universums der große Mbombo, Herr über eine finstere Welt, der die Sonne, den Mond und die Sterne ausspie, um sich von einem schrecklichen Magengrimmen zu befreien. Laut den Fulbe in der Sahelzone verwandelte der Held Doondari einen gewaltigen Tropfen Milch in Erde, Wasser, Eisen und Feuer. Für die Pygmäen in den Wäldern Äquatorialafrikas ging alles aus einer riesigen Schildkröte hervor, die im Urmeer Eier ablegte.

Am Anfang von Schöpfungsmythen steht fast immer ein furchteinflößendes Unbestimmtes: das Chaos, die Finsternis, die uferlosen Weiten eines Meers, ein großer Nebel, eine wüste Erde. Bis ein überirdisches Wesen eingreift, um Form hineinzutragen und Ordnung zu stiften: Das große Reptil, das Urei, der Held oder der Schöpfer taucht auf, um Himmel und Erde, Sonne und Mond voneinander zu scheiden und Tieren und Menschen Leben zu spenden.

Ordnung zu schaffen ist ein notwendiger Übergang, weil so die Regeln bestimmt und die Grundlagen für Abläufe gelegt werden, die einem gemeinschaftlichen Leben den Takt vorgeben: die Zyklen von Tag und Nacht sowie der Wechsel der Jahreszeiten. Das uranfängliche Chaos beschwört die Urangst, den Schrecken herauf, entfesselten Naturkräften zum Opfer zu fallen, ob reißenden Bestien oder Erdbeben, Dürren oder Sintfluten. Aber wird die Natur so geprägt, dass sie den Regeln dessen gehorcht, der Ordnung in die Welt getragen hat, dann kann die zerbrechliche menschliche Gemeinschaft überleben und sich weiter fortpflanzen. Die natürliche spiegelt sich in der gesellschaftlichen Ordnung wider, in einer Menge aus Regeln und Tabus, die bestimmen, was erlaubt und was absolut verboten ist. Wenn die Gruppe, der Stamm oder das ganze Volk den Regeln dieses uranfänglichen Pakts folgt, schützt dieser Zaun aus Geboten die Gemeinschaft vor der Auflösung.

Aus dem Mythos gehen auch weitere Konstrukte hervor, aus denen sich Religion und Philosophie, Kunst und Wissenschaft entwickeln, Disziplinen, die ineinandergreifen und sich wechselseitig befruchten und das Erblühen tausendjähriger Kulturen ermöglichen. Diese Verflechtung beginnt sich mit dem Zeitpunkt aufzulösen, ab dem die wissenschaftlichen Disziplinen eine stürmische Entwicklung erfahren, die, verglichen mit der anderer spekulativer Ansätze, unverhältnismäßig rasant voranschreitet. Die schläfrige Gangart von Gesellschaften, die über Jahrhunderte unverändert blieben, beschleunigt sich abrupt durch Entdeckungen, die die Lebensart ganzer Völkerschaften umwälzt. Schlagartig wird alles anders und wandelt sich weiterhin in fürchterlichem Tempo.

Mit der Weiterentwicklung der Naturwissenschaften entsteht die Moderne. Die Gesellschaften werden dynamisch und stetigen Wandlungen unterzogen. Zwischen den sozialen Gruppen beginnt es zu brodeln. Die herrschenden Schichten machen tiefgreifende Veränderungen durch. Jahrhundertealte Gleichgewichte geraten binnen weniger Jahrzehnte, wenn nicht Jahre aus der Balance.

Aber am grundlegendsten verändert sich nicht die Art, wie wir kommunizieren oder Wohlstand produzieren, uns heilen lassen oder verreisen. Die radikalsten Veränderungen finden einmal mehr in unserer Betrachtung der Welt statt und darin, wie wir uns folglich selbst verorten. Die Erzählung der Ursprünge, die aus der modernen Wissenschaft hervorgeht, gewinnt sehr rasch eine Stichhaltigkeit und Vollständigkeit, gegen die nur schwer anzukommen ist. Keine andere Disziplin liefert überzeugendere Erklärungen, die anhand einer Fülle von Beobachtungen überprüfbar und mit diesen zur Deckung zu bringen sind.

Die geistige Landschaft, in der sich die Menschheit bewegt, ihre magischen und geheimnisvollen Züge, die sie Jahrtausende umgaben, geht in diesem Prozess zunehmend verloren. Doch zugleich entwickelt sich eine Weltsicht, die an Unglaublichkeit unser Vorstellungsvermögen noch übertrifft. Die Wissenschaft erzählt uns unsere Ursprünge in einer Geschichte, die deutlich fantastischer und gewaltiger als die der Mythen ist. Um diese Erzählung zu formen, haben die Forscher die entlegensten und winzigsten Bereiche des Realen erkundet, sich zur Erforschung der fernsten Welten aufgemacht und sich mit Zuständen von Materie befassen müssen, die so anders waren als die uns gewohnten, dass es einen geradezu schwindelt.

Daraus gehen die Paradigmenwechsel hervor, die eine Epoche bestimmen und auf unumkehrbare Weise unsere Maßstäbe verändern. Die unablässige rasante Abfolge der Entdeckungen gibt dieser Bewegung, die sich unter der Oberfläche vollzieht, ein Tempo vor wie der gewaltige Druck des glühenden Magmas, das die Erdkruste zerknautscht und sie mitunter unweigerlich aufreißt.

Die Erzählung, die die Wissenschaft vom Ursprung des Universums liefert, prägt schon jetzt unser Leben, verändert die Fundamente, auf denen wir neue Gesellschaftsverträge schließen, eröffnet unerhörte Szenarien von Chancen und Risiken und bestimmt die Zukunft künftiger Generationen mit.

Deswegen muss die Erzählung der Ursprünge, die uns die Wissenschaft heute vorlegt, allen so bekannt werden wie einst die Gründungsmythen der eigenen Polis, mit denen jeder im antiken Griechenland vertraut war. Dazu gilt es allerdings, ein großes Hindernis zu überwinden: Es ist die wissenschaftliche Sprache, in der die neue Weltsicht vorgetragen wird, die uns Schwierigkeiten bereitet.

Eine schwierige Sprache

Alles begann mit einer scheinbar nebensächlichen Episode, die sich vor etwas mehr als vierhundert Jahren ereignete, mit einem Gelehrten aus Pisa als Helden, der an der Universität Padua Geometrie und Mechanik unterrichtete. Als Galileo Galilei sich daranmacht, das seltsame Rohr eines holländischen Linsenschleifers so umzubauen, dass er mit ihm Himmelskörper beobachten kann, ahnt er nicht im Entferntesten, welchen Ärger er sich einhandeln wird. Und noch weniger sieht er den Aufruhr voraus, den seine Beobachtungen in aller Welt hervorrufen werden.

Was Galilei durch dieses System aus Linsen entdeckt, macht ihn sprachlos: Der Mond ist keineswegs der vollkommen runde Himmelskörper, den die maßgeblichen Schriften beschreiben. Anstatt aus unverwüstlicher Materie zu bestehen, zeigt er Berge, Krater mit zerklüfteten Rändern und Ebenen ähnlich denen auf der Erde. Die Sonne hat Flecken und dreht sich um die eigene Achse. Die Milchstraße ist eine gewaltige Zusammenballung aus Sternen. Die «Sternchen», die den Jupiter umgeben, umkreisen ihn als mondähnliche Trabanten.

Als er 1610 all dies in Sidereus Nuncius («Sternenbote») veröffentlicht, tritt er – wohl ohne sich dessen bewusst zu sein – eine Lawine los, die ein ganzes Glaubens- und Wertesystem, das seit über tausend Jahren vorherrschte und das niemand infrage zu stellen gewagt hätte, ins Wanken bringt.

Mit Galilei bricht die Neuzeit an: Der Mensch macht sich von jedweder Bevormundung frei und steht, nur mit dem eigenen Verstand gewappnet, einsam vor der Größe des Universums. Der Wissenschaftler sucht nicht mehr in Büchern nach der Wahrheit, kuscht nicht mehr vor dem Autoritätsprinzip, betet nicht mehr die altüberlieferten Formeln herunter, sondern unterzieht alles entschlossenster Kritik. Wissenschaft wird zur kreativen Suche nach «provisorischen Wahrheiten», die durch «vernünftige Erfahrung» und «zwingende Beweisführung» ermittelt werden.

Die Stärke der wissenschaftlichen Methode beruht darauf, Vermutungen mithilfe von Methoden zu überprüfen, mit denen sich unterschiedlichste Naturphänomene beobachten, messen und katalogisieren lassen. Die Ergebnisse von Experimenten – «vernünftige Erfahrungen», wie Galilei sie nennt – entscheiden darüber, ob eine Vermutung taugt oder aufgegeben werden muss. Bald erbringen seine Beobachtungen unwiderlegbare Nachweise, die Kopernikus’ und Keplers «wahnwitzige» Theorien bestätigen, und verändern wenig später das Weltbild so radikal, dass kein Stein auf dem anderen bleibt. Kunst, Ethik, Religion, Philosophie und Politik – schlicht alles wird erschüttert durch diese begriffliche Revolution, die den Menschen mit seinem Verstand ins Zentrum von allem rückt. Die Erschütterungen, die von dem neuen Ansatz in einem insgesamt überschaubaren Zeitraum ausgehen, sind so tiefgreifend wie wohl noch nie zuvor in der Geschichte.

Die galileische Wissenschaft ist deshalb so revolutionär, weil sie sich nicht anmaßt, die Wahrheit zu besitzen, sondern unablässig nach Widerlegungen der eigenen Vorhersagen sucht. Sie begeistert sich für den Gedanken, die bis dahin erworbenen Gewissheiten auf einen Satz zum Einsturz zu bringen. Sie korrigiert sich selbst auf der Grundlage experimenteller Überprüfung. Und um ihre immer komplexeren Vermutungen Härtetests zu unterziehen, hebt sie schließlich dazu an, die entlegensten Bereiche der Materie und des Universums zu ergründen.

Aus diesem geduldigen und reflektierten Ansatz gehen neue Anschauungen hervor, die auch schwer begreifbare und scheinbar nebensächliche Phänomene erfassen. Während so ein immer vollständigeres und wirklichkeitsgetreueres Weltbild entsteht, werden die ausgefallensten Naturphänomene bis ins Kleinste beherrscht und immer raffiniertere Technologien entwickelt.

Als Preis für die Verfolgung dieses Wegs kommen zunehmend komplexe Instrumente und eine Sprache zum Einsatz, die sich vom gesunden Menschenverstand immer weiter entfernt. Kaum tritt man ein Stück weit aus der Umgebung heraus, in der sich unser Alltagsleben abspielt, erweisen sich die Werkzeuge und der Begriffsapparat, die gewöhnlich unsere Herangehensweise steuern, als vollständig unzulänglich. Um die winzigen Dimensionen, in denen sich die Geheimnisse der Materie verbergen, oder die immensen kosmischen Räume zu erkunden, die vom Ursprung des Universums zeugen, benötigen wir weitaus spezielleres Gerät und jahrelange Vorbereitung.

Dies darf nicht überraschen. Auch die abenteuerlichsten Erkundungen der Erde erfordern gewaltige Anstrengungen und besondere Instrumente. Man denke an Extremregatten, Bergbesteigungen im Himalaya oder Expeditionen in Tiefseegräben. Warum sollte sich wissenschaftliche Forschung einfacher gestalten?

Wer die Physik also wirklich wertschätzen will, muss sich jahrelangen Anstrengungen unterziehen, Gruppentheorie und Differentialrechnung studieren, sich in die Relativitätstheorie und Quantenmechanik einarbeiten sowie Feldtheorie erlernen – alles schwierige Gebiete in einer Sprache und mit Begriffen, die selbst derjenige nur schwer meistert, der sie seit Jahren praktiziert. Aber die fachsprachliche Barriere, die die meisten daran hindert, ins Herz der modernen wissenschaftlichen Forschung vorzudringen, lässt sich leicht beiseiteräumen. Auch die gewöhnliche Sprache kann dazu dienen, Grundbegriffe zu erläutern und vor allem das neue Weltbild, das die Wissenschaft gegenwärtig erstellt, jedermann zugänglich zu machen.

Eine gefährliche Reise

Um den Ursprung unseres Universums zu verstehen, muss man sich allerdings auf eine hochriskante Reise einlassen. Gefährlich ist sie deshalb, weil sie unser Denken in so unbekannte Bereiche führt, dass sich unsere gewöhnlichen Kategorien als völlig untauglich erweisen. So werden wir gezwungen, das Unsagbare zu sagen, uns das Unvorstellbare vorzustellen und bis an die Grenzen der Verstandeskraft eines Homo sapiens sapiens vorzustoßen, der zwar höchst erfolgreich darin war, den Planeten zu erobern und zu besiedeln, sich aber ganz untauglich dabei zeigt, eingehend zu verstehen, was sich in so weiten Fernen abspielt. Wie den antiken Entdeckern bleibt uns nichts anderes übrig, als in Richtung Horizont loszusegeln und uns auf die Fährnisse und Ungewissheiten in einem unbekannten Ozean einzulassen.

Gleichwohl ist in der Naturwissenschaft auch die Rückkehr in den Heimathafen wichtig. In diesem Punkt ähnelt der moderne Forscher stark Odysseus, der überall, wo er sich aufhält, stets den Moment herbeisehnt, an dem er wieder Ithaka anlaufen wird. Nach Hause zurückzukehren heißt, anderen Seeleuten berichten zu können, welche Routen nicht weiterführen oder wo gefährliche Untiefen lauern, und das selbst dann, wenn die Fahrt an keine neuen Gestade geführt hat oder im Schiffbruch geendet ist.

Denn moderne Wissenschaft ist auch ein großes kollektives Abenteuer. Obwohl uns Theorien und Karten leiten, führt uns der Zufall häufig an völlig unbekannte Orte. Wir haben «Schiffe», die bis ins kleinste Detail gewartet werden, bei denen aber womöglich schon ein winziges Versäumnis genügt, um die Katastrophe heraufzubeschwören. Unsere Besatzung ist eine bunte und ungestüme Truppe aus Tausenden begeisterter Köpfe, moderne geduldige und neugierige Forscher, die so geschwind wie Odysseus neue Listen ersinnen, um jedes unvorhergesehene Hindernis zu überwinden.

Obwohl die Ziele unserer Forschungen geradezu philosophische Fragen berühren (Woraus besteht Materie? Wie entstand das Universum? Wie wird unsere Welt enden?), gehört die Arbeit der experimentellen Physiker zu den denkbar praktischsten Tätigkeiten.

Ein Teilchenphysiker, einer der zehntausend Forscher auf der Welt, die das Verhalten der winzigsten Materiefetzen untersuchen, sitzt nicht am Schreibtisch, um Berechnungen anzustellen, über Theorien zu brüten und neue Teilchen zu ersinnen. Ein modernes Gerät der Hochenergiephysik ragt so hoch wie ein fünfstöckiges Wohnhaus auf, wiegt so viel wie ein Kreuzfahrtschiff und ist mit zig Millionen Sensoren bestückt. Um diese Wunderwerke der Technik zu konstruieren und in Betrieb zu nehmen, sind Tausende von Personen und eine detailversessene Arbeit notwendig, die sich über Jahrzehnte hinziehen kann. Um neue, noch raffiniertere Instrumente zu bauen – um wendigere und schnellere «Schiffe» für unsere Fahrten vom Stapel zu lassen –, vergehen Jahre, in denen Prototypen entwickelt, mühselig getestet und dann in großem Maßstab hergestellt werden. Und auch wenn die so geduldig gewarteten Detektoren im Experiment installiert sind und monatelang reibungslos funktionieren, schwebt über allem immer die Furcht vor dem Desaster. Ein vernachlässigtes Detail, ein defekter Chip, ein brüchiger Leiter, ein schlampig zusammengeschweißtes Kühlrohr kann dem gesamten Gemeinschaftsunternehmen jederzeit irreparable Schäden zufügen. Ob das Experiment in einem glänzenden wissenschaftlichen Erfolg oder in der jämmerlichsten Niederlage endet, entscheidet sich häufig an einer dummen, unerheblichen Kleinigkeit.

Die zwei Wege der Wissenschaft

Wie erlangt man experimentelle Erkenntnisse zur Entstehung der Raumzeit? Wie untersuchen Forscher die ersten Zuckungen des entstehenden Kosmos? Hier kommen die beiden Wege der Erkenntnisgewinnung ins Spiel, die unabhängig voneinander und auf ganz verschiedene Weise zu Ergebnissen führen.

Einerseits erforschen Teilchenphysiker das schier unendlich Kleine. Ihr Ausgangspunkt sind die ganz speziellen Merkmale der uns umgebenden Materie – aus der Felsen und Planeten, Blumen und Sterne, also alles, auch wir selbst bestehen –, Eigenschaften, die uns gewöhnlich erscheinen, aber in Wahrheit ganz besonders sind, mitsamt der Tatsache, dass es sich beim Universum um eine sehr alte und besonders kalte Struktur handelt. Die neuesten Daten verraten uns, dass «unser Haus» vor fast 14 Milliarden Jahren errichtet wurde und es eine wahrhaft eisige, ja geradezu unmöglich kalte Umgebung bildet. Auf dem isolierten Planeten Erde erscheint uns alles mild und behaglich, doch kaum verlässt man die schützende Hülle der Atmosphäre, stürzt die Thermometeranzeige ab. Misst man die Temperatur an einem beliebigen Punkt in der schier endlosen Leere zwischen den Sternen oder im intergalaktischen Raum, misst das Thermometer nur wenige Grade über dem absoluten Nullpunkt. Rund –270 Grad Celsius. Die Materie des gegenwärtigen – auseinandergezogenen, uralten und eiskalten – Universums verhält sich ganz anders als die des ganz jungen Kosmos, der ein glühend heißes Objekt von ungeheurer Dichte war.

Um zu verstehen, was in diesen allerersten Augenblicken des Daseins geschah, muss man sich etwas einfallen lassen und Möglichkeiten ersinnen, um winzige Teilchen heutiger Materie wieder auf die Extremtemperaturen zu erhitzen, die diese uranfänglichen Zustände kennzeichneten. Man muss gewissermaßen eine Zeitreise rückwärts zu unternehmen versuchen.