Idee, das Universum habe seine Existenz aus einer extrem dichten und heißen Materiekugel heraus begonnen, wurde erstmals vom Pater Lemaître in die Welt gesetzt. Er bezeichnete den ursprünglichen Zustand als Uratom, verstand darunter aber kein extremst kleines Gebilde, sondern ein „Atom“ mit gewissen stattlichen Ausmaßen.
Heute wird dem ursprünglichen Zustand nur wenig räumliche Ausbreitung zugebilligt. Und hier beginnen die eigentlichen Probleme, die die Wissenschaftler mit dem Urknallmodell haben. Warum sollen wir denn den rückwärts laufenden Film gerade an dieser Stelle anhalten und wieder umkehren? Klar, so würde sich der Beginn beschreiben lassen und so wird er ja auch häufig beschrieben. Da war am Anfang alle Materie auf kleinsten Raum konzentriert und dieses Gebilde begann sich plötzlich und wie bei einer Explosion auszudehnen. Das kann sich sogar unser so genannter gesunder Menschenverstand gut vorstellen. Etwas wird so gewaltig komprimiert, dass es dem so entstehenden Druck nicht mehr standhält und explodiert.
An dieser Stelle zum Beispiel kollidiert der so genannte gesunde Verstand auf ganz andere Weise mit der Physik. Was wir uns so einfach vorstellen, können wir uns mit der Physik plötzlich nicht erklären. Warum sollte sich ein Gebilde mit dieser gigantischen Dichte und der daraus resultierenden gigantischen Schwerkraftwirkung oder auch Raumzeitkrümmung plötzlich ausdehnen? Wer oder was hat das ausgelöst? Sollte das superschwere und superheiße Materiebällchen unter der Wirkung der Schwerkraft nicht besser noch weiter zusammenfallen und schließlich im Nichts verschwinden? Wenn wir den Film erst wirklich ganz am Schluss stoppen, um ihn wieder normal laufen zu lassen, haben wir einen sehr präzise definierten Beginn des Universums festgelegt: Das Universum begann seine Existenz – aus dem Nichts!
Das Universum begann seine Existenz aus dem Nichts?
Wie kann das ganze Universum mit all seinen Sternen und Galaxien, mit diesen gewaltigen Materieansammlungen und diesem bombastischen energetischen Inhalt aus dem Nichts entstanden sein? Und vor allem: Warum? Wenn es so begann, dann begann es ohne jede Ursache. Im Nichts hat nämlich nichts Platz, nicht einmal etwas, das man als Ursache für Folgendes ansehen könnte.
Hier möchte ich einen Einschub machen. Kürzlich sah ich einem dieser amerikanischen TV-Wissenschafts-Filme, in denen Wissenschaftler – amerikanische oder solche, die früher mal sowjetische waren, jetzt aber amerikanische sind – der staunenden Öffentlichkeit das Universum erklären wollen. Ein Physiker, jedenfalls wurde er im Film im Untertitel so bezeichnet, wollte die Macht des Nichts demonstrieren. Dazu nahm er ein Blechfass, schloss eine Pumpe an, pumpte Luft heraus und siehe da, das Blech gab nach und das Fass verformte sich.
Was das mit dem Nichts zu tun hat? Nichts, gar nichts! Das Fass gab nach, als der äußere Luftdruck so viel größer war als der Druck im Innern, dass das Blech dem nicht mehr standhalten konnte. Im Inneren war gewiss nicht einmal ein Vakuum, das ist nämlich so einfach auch nicht herstellbar. Und das Nichts war weder im Fass noch außen herum. Erstaunlich, dass Physiker – und Medienverantwortliche – uns solchen Unsinn zumuten.
Aber auch bei vielen anderen Physikern und ihren Modellen kann man seit Jahren kopfschüttelnd einen lockeren Umgang mit den Begriffen der Leere und des Nichts beobachten. Das Universum sei aus dem Nichts entstanden, da die Quantenfelder des leeren Raumes ein turbulentes Energiefeld repräsentieren, aus dem heraus Fluktuationen entstehen, die schließlich zum Urknall führten, wird häufig gesagt.
Das ist ebenfalls Unsinn. Ein leerer Raum ist nicht das Nichts, sondern ein leerer Raum.
Eine Vermischung der Begriffe Nichts und Leere ist unzulässig. Leere oder Vakuum ist die Abwesenheit von Raumerfüllenden. Ein Gefäß, ein Behältnis, ein Raum ist leer, wenn sich in ihm keinerlei Substanz, nichts Gegenständliches befindet. Wenn sich in einem solchen Raum Felder befinden, kann man ihn schon nicht mehr als leer betrachten. Das ist dann eine Frage der Konvention. Akzeptiere ich Raumerfüllendes nur in Gestalt gegenständlicher Stofflichkeit, dann ist er leer, wenn sich in ihm keine Materiepartikel, also Partikel mit Masse befinden. Aber es ist dann immer noch ein Gefäß, ein Behältnis oder ein Raum und nicht das Nichts.
Wenn das Universum aus dem Nichts, also der Abwesenheit von allem, entstanden sein soll, dann muss sich das Nichts in ein Etwas gewandelt haben. Und das ist die große Schwierigkeit, zu erklären, warum und wie ein solcher Wandel stattgefunden haben könnte. Quantenfluktuationen scheiden aus, denn sie benötigen bereits Raum und Zeit. Also könnte der allererste Schritt vom Nichts in ein Etwas darin bestanden haben, dass sich Raum und Zeit aus dem Nichts heraus entfalteten.
Die Quantenphysik sieht den „leeren“ Raum als an- und ausgefüllt von virtuellen Partikeln, die einen wilden Tanz aufführen, indem sie extrem kurzzeitig auftauchen und wieder verschwinden. Das kann man als Quantenvakuum definieren, als einen leeren Raum in dem Sinne, dass er ohne Partikel mit Masse ist, Aber das Nichts wäre er auf keinen Fall. Das Nichts ist die Abwesenheit von allem. Es ist also nicht nur ohne Raumerfüllendes, sondern es ist auch ohne Raum und sogar ohne Zeit.
Man könnte vielleicht definieren, die Quantenfelder würden einem leeren Raum jene physikalischen Eigenschaften verleihen, die notwendig sind, damit sich der leere Raum vom Nichts unterscheidet. Felder gleich welcher Art repräsentieren physikalische Eigenschaften, sind also ein Etwas. Und sie verleihen dem Raum physikalische Eigenschaften. Ein solcher Raum aber wäre dann nicht Nichts, sondern schon ein Etwas.
Der leere Raum aber kann und muss über mindestens eine physikalische Eigenschaft verfügen. Und diese muss sich herstellen, wenn der leere Raum aus dem Nichts hervorgehen soll. Wie aber soll das Nichts ein wie auch immer geartetes Etwas hervorbringen, wenn es in ihm nichts gibt, was sich in Etwas wandeln könnte? Die Frage ist unbeantwortet und niemand vermag zu sagen, ob sie überhaupt beantwortbar ist. Es ist leicht gesagt, das Universum sei aus dem Nichts entstanden. Das ist ein bloße Behauptung, die nichts erklärt.
Einige Denker neigten zu der Haltung, es sei halt so, dass das Universum aus dem Nichts entstand. Es existiert doch, also hat es auch einen Beginn gehabt. Wer will daran zweifeln oder es gar bestreiten? Wie genau der Beginn von statten ging und warum? Wen interessiert das schon. Von uns war niemand dabei, nachträgliche Beobachtungen des Vorgangs sind uns versagt, also was soll’s; es hatte einen Anfang, einfach so, es konnte gar nicht anders, freut euch und gebt Ruhe!
Also, so sagen die Wissenschaftler das natürlich nicht, sondern ihre Haltung in dieser Frage wird sehr viel wissender, vor allem wissenschaftlicher ausgedrückt. Der Anfang sei etwas ganz Unbeschreibliches, Besonderes, Einmaliges, gewesen, nämlich eine Singularität.
Das mit der Singularität ist eine sehr clevere Begriffswahl, mit der dem Anfang ein ganz besonderer, aber auch ganz selbstverständlicher Status zugebilligt wird.
Was hat es mit der Singularität auf sich? Was meint der Begriff genau? Er ist aus dem lateinischen singulus abgeleitet, was nichts weiter als einzeln bedeutet. Im Englischen hat der Begriff singular auch die Bedeutung von ungewöhnlich, sonderbar oder eigentümlich. Das bringt uns der Sache näher.
Besonders die Mathematik ist den Umgang mit Singularitäten gewöhnt. Immer wenn Division durch Null notwendig wird, handelt es sich um eine Singularität; wenn eine Gleichung eine Kurve liefert, die einen Punkt aufweist, an dem sich keine Tangente anlegen lässt, ist das eine Singularität; überhaupt wenn eine Gleichung oder eine andere mathematische Prozedur irgendetwas Sonderbares liefert, ist es bestimmt eine Singularität.
So wundert es nicht, dass es die Mathematik auch schon mit einem kleinen Arsenal verschiedener Singularitäten zu tun hat. Es gibt wesentliche und unwesentliche Singularitäten, hebbare Singularitäten, reguläre und irreguläre singuläre Punkte, Koordinatensingularitäten und Krümmungssingularitäten und bestimmt auch noch andere. Singularitäten grämen die Mathematiker kaum. Eine Gleichung versagt gewissermaßen an einem Punkt, obwohl sie ansonsten differenzierbar ist. Solche Formeln gibt es halt und solche Punkte in Kurven auch.
