Dieser Beitrag über die Zeit und unsere Existenz ist inspiriert von Sabine Hossenfelders Buch „Alles nur Atome“. Für mich persönlich war es eine großartige Entdeckung. Ich habe darin Hinweise und Gedanken gefunden, die mich auf meiner eigenen Suche ein Stück weiterbringen. Auch ihr persönlicher Werdegang und insbesondere der Rausschmiss aus ihrer Fakultät sind bemerkenswert. Ich finde es großartig, wie sie sich mit dem etablierten Wissenschaftsbetrieb anlegt, vermeintliche Gewissheiten hinterfragt und vieles von dem, was als selbstverständlich gilt, kritisch auf den Prüfstand stellt.

Für mich als Laien stellt sich dabei immer wieder eine ganz grundlegende Frage: Wie kommen wir als Menschen, die auf der Suche sind und ihre eigene geistige Entwicklung voranbringen möchten, zu einem stabilen Weltbild? Zu einem Weltbild, das nicht einfach übernommen wurde, sondern tief im Inneren verankert ist – entstanden aus eigener Erkenntnis, aus Nachdenken und aus dem Studium von Quellen, die wir selbst ausgewählt und geprüft haben.

Dabei stelle ich mir manchmal ganz einfache Fragen. Und plötzlich öffnen sich daraus erstaunliche Perspektiven.

Die Erde braucht ein Jahr für einen Umlauf um die Sonne. Pluto braucht dafür 248 Jahre. Die Sonne wiederum benötigt ungefähr 230 Millionen Jahre für einen Umlauf um das Zentrum unserer Galaxie. Und ein kosmischer Zyklus könnte Milliarden von Jahren dauern – vielleicht noch sehr viel länger.

Wir neigen dazu, Zeit aus unseren menschlichen Maßstäben heraus zu verstehen. Ein Menschenleben erscheint uns lang, ein Jahrhundert gewaltig, tausend Jahre kaum vorstellbar. Aber gemessen an den Zeiträumen des Kosmos sind selbst diese Dimensionen verschwindend klein.

Vielleicht beginnt genau hier eine interessante Frage: Was bedeutet Zeit eigentlich wirklich – und was bedeutet unsere eigene Existenz, wenn wir sie nicht mehr ausschließlich aus der Perspektive eines Menschenlebens betrachten?

Sekunde → Tag → Jahr → Lebenszeit. Aber physikalisch ist das überhaupt nicht privilegiert. Ein Jahr ist lediglich eine bestimmte periodische Dynamik. Die Erde definiert ihr Jahr durch ihre Bewegung relativ zur Sonne. Die Sonne definiert einen galaktischen Zeitraum durch ihre Bewegung im Milchstraßensystem.

Und ein kosmologischer Zyklus könnte eine Dynamik des gesamten Zustands sein. Das wäre dann nicht: „Das Universum bewegt sich durch die Zeit und wiederholt sich.“ Sondern, das Universum ist eine dynamische Struktur, und das, was wir Zeit nennen, ist die Ordnung der Zustandsänderungen innerhalb der Struktur. Das ist ziemlich nah an dem, was intuitiv die viele Menschen, empfinden können aber nicht unbedingt beschreiben.

In dem aktuellen Buch von Sabine Hossenfelder, alles nur Atome, beschreibt sie ein Gespräch mit Tim Palmer. Tim beschreibt, dass es seiner Ansicht nach keinen Urknall gab, sondern alles in einem Zyklus abläuft, von einem Big Bang zum nächsten Big Crunch zum nächsten Big Bang wieder zu einem Big Crunch und so weiter. Alles läuft in einem Zustandsraum, also in einem Raum, in dem jeder Punkt. Eine Konfiguration des Universums ist. Dabei handelt es sich um einen Hoch dimensionalen Raum. Ich habe dann mal weiter nachgeforscht und bin noch auf weitere Modelle gestoßen.

Die grundsätzliche Vorstellung, dass das Universum selbst ein dynamisches System ist, dessen Zustände in einem hochdimensionalen Zustandsraum liegen und dessen tatsächlich realisierte Zustände auf einer fraktalen invarianten Struktur liegen. Das ist Tim Palmers Forschungsprogramm. Palmer nennt das die Invariant Set Theory bzw. das Cosmological Invariant Set Postulate, seine Grundidee lautet vereinfacht: Der Zustandsraum enthält alle mathematisch denkbaren Zustände des Universums. Die physikalische Realität ist aber nicht dieser gesamte Raum. Die tatsächlich realisierten Zustände liegen auf einer besonderen, fraktalen Teilmenge dieses Zustandsraumes. Ein Punkt im Zustandsraum steht dabei nicht etwa für einen Ort im Universum, sondern für eine vollständige Konfiguration des Universums. Palmer beschreibt das ausdrücklich so: Jeder Punkt seines kosmologischen Zustandsraums spezifiziert den Zustand des gesamten Universums.  Und diese reale Menge ist invariant: Wenn sich das Universum auf ihr bewegt, bleibt es auf ihr.

Und wichtig bei der Frage nach dem Zyklus ist, dass wir zwei Dinge auseinanderhalten müssen, weil sie bei Palmer leicht ineinanderlaufen:

Palmer = fraktaler Zustandsraum / Invariant Set

Steinhardt & Turok = zyklisches Universum / Big Crunch → Big Bang

Steinhardt und Turok haben Anfang der 2000er tatsächlich ein kosmologisches Modell entwickelt, in dem das Universum eine endlose Folge von Expansion und Kontraktion durchläuft: Big Bang → Expansion → Big Crunch → neuer Big Bang usw.  Und das ist sogar noch näher an dem, was ich hier beschreibe.

Interessanterweise ist Neil Turok auch jemand, mit dem man sich unbedingt beschäftigen sollte. Er hat sehr ausdrücklich die Vorstellung kritisiert, dass der Urknall einfach ein „Anfang der Zeit“ gewesen sei. In einem Gespräch sagte er sinngemäß: Wenn unsere Gleichungen beim Zurückrechnen am Big Bang versagen, muss das nicht bedeuten, dass dort die Zeit beginnt – es kann genauso bedeuten, dass unsere Theorie dort versagt.

Roger Penrose hat mit der Conformal Cyclic Cosmology (CCC) eine ganz andere Form des zyklischen Universums vorgeschlagen.

Seine Vorstellung ist: Unser Universum ist nicht das eine Universum. Es ist ein sogenannter Aeon. 

Ein Aeon beginnt mit einem Zustand, den wir als Big Bang beschreiben, entwickelt sich über unvorstellbar lange Zeit weiter und geht schließlich in den nächsten Aeon über. Das Ende eines Universums wird also zum Anfang des nächsten. 

Penrose hat darüber ein sehr schönes Buch geschrieben: Cycles of Time. Aber Penrose denkt den Übergang anders als Steinhardt/Turok: Bei ihm ist es nicht unbedingt ein klassischer Big Crunch, bei dem das Universum wieder auf einen winzigen Punkt kollabiert. Entscheidend ist vielmehr die konforme Geometrie.

Die Erde braucht ein Jahr für ihre Umkreisung der Sonne. Pluto 248 Jahre. Die Sonne braucht etwa 230 Millionen Jahre für eine Umkreisung des galaktischen Zentrums. Und ein kosmischer Zyklus könnte Milliarden oder noch viel länger dauern. Wir neigen dazu, Zeit mit unseren menschlichen Maßstäben zu identifizieren.

Sekunde → Tag → Jahr → Lebenszeit. Aber physikalisch ist das überhaupt nicht privilegiert. Ein Jahr ist lediglich eine bestimmte periodische Dynamik. Die Erde definiert ihr Jahr durch ihre Bewegung relativ zur Sonne. Die Sonne definiert einen galaktischen Zeitraum durch ihre Bewegung im Milchstraßensystem.

Und ein kosmologischer Zyklus könnte eine Dynamik des gesamten Zustandsraumes sein.

Das wäre dann nicht: „Das Universum bewegt sich durch die Zeit und wiederholt sich.“

Sondern möglicherweise viel radikaler: Das Universum ist eine dynamische Struktur, und das, was wir Zeit nennen, ist die Ordnung der Zustandsänderungen innerhalb der Struktur. Das ist ziemlich nah an dem, was intuitiv die viele menschen, empfinden können aber nicht unbedingt beschreiben.

Palmer geht sogar noch einen Schritt weiter. Er sagt nicht einfach: Universum = Kreis, sondern eher, das Universum ist in Bewegung auf einer komplizierten fraktalen Struktur.

Das ist ein großer Unterschied. Ein Kreis wäre: A → B → C → D → A 

Nicht als Zeichnung eines Modells – aber als Intuition. Das Universum durchläuft dann nicht notwendigerweise immer exakt denselben Zyklus. Es bewegt sich auf einer invarianten fraktalen Struktur. Und genau deshalb ist der Begriff „Invariant Set“ so wichtig. Palmer formuliert es ausdrücklich als ein deterministisches dynamisches System, das sich auf einem fraktalen, dynamisch invarianten Teil des Zustandsraums entwickelt. 

 

Literaturnachweise:

1. Tim Palmer – The Primacy of Doubt

Das ist ein Einstieg in Palmers Denkweise, ohne sofort in mathematische Fachliteratur einzusteigen und ein öffentlichen Vortrag:

Tim Palmer: Chaos theory and geometry – Royal Institution

Der Vortrag erklärt dort Chaos, Fraktale, Zustandsräume, Lorenz-Attraktor und anschließend die Übertragung dieser Ideen auf fundamentale Physik. 

2. Palmers ursprüngliches „Invariant Set Postulate“

Wenn man wissen möchte, was er mathematisch meint: The Invariant Set Postulate: A New Geometric Framework for the Foundations of Quantum Theory and the Role Played by Gravity. Das ist seine grundlegende Arbeit von 2009. 

Noch wichtiger ist: Invariant Set Theory: Violating Measurement Independence... 

Dort steht die Vorstellung des Universums als deterministisches dynamisches System auf einem fraktalen invarianten Set noch deutlicher. 

3. Paul Steinhardt & Neil Turok – The Cyclic Universe

Das ist die Literatur, wenn speziell das Schema : Big Bang → Expansion → Big Crunch → neuer Big Bang interessiert. Ihre Arbeit A Cyclic Model of the Universe ist der Klassiker. 

The Cyclic Universe – Steinhardt & Turok

4. Roger Penrose – Cycles of Time

Denn dort wird die Frage „Was, wenn wir unsere Vorstellung von Zeit aufgeben müssen?“ besonders behandelt. Penroses CCC verbindet das Ende eines kosmischen Aeons mit dem Beginn des nächsten über konforme Geometrie.

Ich glaube, die meisten Menschen, die an dieser unsäglichen Urknalltheorie zweifeln, suchen eigentlich nicht nur nach einer alternativen Theorie, sonder nach einem anderen Grundbild von Wirklichkeit ihrer eigenen und unserer ganzen Existenz:

Nicht etwa : Zeit → Universum entwickelt sich → irgendwann begann alles, sondern eher: Ein ganzer Prozess in dem alles in einem Zustandsraum enthalten ist → in dynamischer Bewegung → wiederkehrende bzw. fraktale Struktur → das, was wir als Zeit erleben, ist eine Eigenschaft dieser Dynamik.

Und da treffen sich bei Palmer tatsächlich Chaostheorie, Fraktalgeometrie, Kosmologie, Determinismus und die Frage nach dem Wesen der Zeit. Das ist meiner Ansicht nach wesentlich interessanter als die bloße Behauptung „Es gab keinen Urknall“.

Eine wichtige Einschränkung muss man allerdings machen: Dass die Standardkosmologie keinen philosophisch notwendigen „Beginn aus dem Nichts“ liefert, ist etwas anderes als die Aussage, dass es wissenschaftlich erwiesen keinen Urknall gab. Die zyklischen und fraktalen Modelle sind ernsthafte Forschungsansätze, aber sie sind NOCH KEINE FEST etablierte Alternative zum Standardmodell der Kosmologie.

Und ich glaube, für meine weiteren Gedankengänge ist es besonders lohnend, Palmer und Penrose direkt nebeneinanderzulegen: Palmer mit seinem fraktalen Zustandsraum und Penrose mit seinen Aeons. Da entsteht eine erstaunlich spannende Verbindung – obwohl ihre Theorien nicht identisch sind.