20th WCP: Das Prä Physiche Stadium und der Anfang der Welt

Die gegenwärtige Kosmologie ist zweifelsohne mit den tiefsten Problemen von philosophisch-existentieller Natur verbunden. Sie berührt nämlich u.a. ein der ältesten und viel diskutierten philosophischen Problemen: das Problem der Ewigkeit der Welt. Eben mit dieser Frage hängt die philosophisch-existentielle Charakteristik des "präphysischen" Stadiums der Weltevolution zusammen, dem ich meinen Beitrag widmen möchte.

I Das physisch-philosophische Aspekt des "präphysischen" Stadiums

Langjä hrige Untersuchungen der Physiker, Astronome und Kosmologen über den Verlauf der evolutionären Entwicklung der Welt ergaben eine bedeutende moderne Konzeption des Standardmodells der Weltevolution. Das Modell wird heute durch Quanten-Inflationstheorien ergänzt und unter einer Gesamtbezeichnung Standard-Inflationsmodell bekannt (im Gegensatz dazu werden klassische Modelle als kosmologisches Standardmodell bezeichnet).

Klassische Theorien, die als Theorie des Grob en Ausbruchs oder die des heib en Universums bekannt sind, setzen einen sonderlichen Zustand voraus, der als physischer Zustand mit der unendlich dichten Materie und der Konzentration der ganzen Masse der Welt in einem Punkt verstanden ist. Eben mit diesem Moment der evolutionären Entwicklung ist das präphysche Stadium verbuden. Es ist das Frühstadium der kosmologischen Evolution, das angesichts der damaligen extremen Verhältnisse durch begründete fundamentale Theorien der gegenwärtigen Physik, wie Quantenmechanik, Relativitätstheorie oder Thermodynamik nicht zu beschreiben oder zu erklären ist. Heute kennen wir nur die obere Zeitgrenze dieses Stadiums, und zwar die Plancksche Schwelle von 10^-43 s. Die Dichte der Materie hat damals den Wert von 10⁹⁴g/cm³ erreicht, was nach einer übereienstimmenden Meinung von Einstein und anderen Physiker und Kosmologen erst die Deutung der erwähnten fundamentalen physischen Theorien, u.a. der allgemeinen Relativitätstheorie, geltend macht. Die seit siebziger Jahren entstandene Quanten-Inflationskonzeptionen (A. Guth, A. Linde, J.B. Hartle, S. Hawking) bieten mindestens das hypothetische Material, das eine vorläufige, physische Charakteristik des zu besprechenden Stadiums ermöglicht. Im Prozeb der philosophisch-ontologischen Charakteristik dieses Stadium ist die Hauptaufgabe seine untere Zeitgrenze festzulegen. Hier stob en wir gegen die gröb te Schwierigkeit und gegen eine wesentliche Meinungsverschiedenheit zur Ewigkeit bzw. Schöpfung (Entstehung?) der Welt. Wenn die Welt ewig (genetisch unbegrenzt) sei, kann man annehmen, dab das präphysische Stadium unbegrenzt lange dauerte (die Welt hatte keinen Anfang), und darüber hinaus keine untere Grenze hätte. Wenn sie aber nicht ewig sei, kann unter Voraussetzung, dab sie im Moment des Grob en Ausbruchs entstand, angenommen werden, dab das präphysische Stadium wohl einen winzigen Sekundenteil dauerte, der der Plankschen Ära gleich ist (der Ära der Quantenkosmologie oder der Epoche der Schwelle, die nur 10^-43 s dauert). Neben den bisher untersuchten, mit diesem Stadium verbundenen wesentlichen philosophischen Fragen, und zwar: wie ist der Zeitraums des "präphysischen" Stadiums (es geht um das Festlegen seiner unteren Zeitgrenze — dauerte es unendlich lang oder aber durch einen winzigen Sekundenteil); ist der Anfang der Zeit (falls es ihn gäbe) zugleich der Anfang der Welt; bildet der Grob e Ausbruch den absoluten Anfang der Welt oder nur den Anfang eines der mehreren Stadien in ihrer Evolution; setzt die Mö glichkeit des absoluten Anfangs der Welt unbedingt die Kreation Gottes voraus (das supranatü rliche Kreationismus) oder läb t die Mö glichkeit der Entstehung der Welt auf eine natü rliche Weise zu (das natü rliche Kreationismus), erscheinen weitere philosophische Fragen als besonders wichtig. Zuerst möchte ich auf eine in der Literatur des Gegenstands auftretende Bedeutung der "Kration" hinweisen, die sich vom alltä glichen Gebrauch dieses Wortes unterscheidet. Unter der "Kreation" versteht P. Davies drei Vorgänge, und zwar: "(1) eine gewaltsame Ordnung der Materie aus einer chaotischen, ungestalteten ursprünglichen Form und ihre Gestaltung in die verfü gbare komplexe Form mit vielseitiger Aktivität, (2) die wirkliche Materieschöpfung aus der merkmallosen Leere (3) ein plötzliches Erscheinen der gesamten physikalischen Welt mit der Zeit und dem Raum aus dem absoluten Nichts" (Davies, 1996,40). Die Annahme, dab die Materie ewig ist (z.B. in Form eines skalaren Ausgangsfeldes), erlaubt uns die Frage der Schöpfung unbeachtet lassen. Im Gegenfall müssen wir überlegen, ob die Welt aus dem Nichts oder aus einem leeren Raum (Raumzeit - Brout, Englert, Gunzig) entstanden ist. Wenn wir dagegen annehmen, dab die Welt entsteht, sollten wir auch eine Alternative überlegen, ob im Moment des Grob en Ausbruch nur die Materie entsteht oder aber nicht nur Materie, sondern auch die Zeit und der Raum. Vorausgesetzt, dab der Raum und die Zeit wirklich aus dem mit dem Grob en Ausbruch verbundenen Nichts auftauchten, hätten wir mit der Schöpfung der Welt in einer endlichen Zeit in Vergangenheit zu tun (vgl. Davies, 1996, 31-34). Zum Überlegen wäre nicht zuletzt das Problem der Enstehung der Ordnung in der Welt, die Frage, warum Naturgesetze so und nicht anders sind? Waren sie vor der Entstehung der materiellen Welt vorhanden oder sind gleich mit ihr entstanden und was ist die Ursache ihrer Entstehung; wie ist die Welt entstanden und wird sie einmal enden? Wie Physiker sagen, die bekannte Vergangehheit ist der Schlüssel zur Zukunft, und deswegen ist das Erkennen der Frühmomente in der Weltgeschichte von besonderer Bedeutung.

II Probleme mit dem sonderlichen Moment

Im Lichte der allgemeinen Relativitätstheorie haben wir mit dem sonderlichen Moment in der Weltgeschichte zu tun. Die Sonderbarkeit unterscheidet sich qualitativ von dem jetzigen Zustand der Welt so radikal, dab bisher bekannte Gesetze der Physik zur Beschreibung der Eigenschaften der Materie unzureichend sind. Die Lehrsätze über die Sonderbarkeiten gelten nur im Kontext der Nicht-Quantenrelativitätstheorie. Die Erkenntnisse der modernen Physik bezeugen, dab bei sehr grob en Materiedichten das Gravitätsfeld, wie auch andere physikalische Felder, quantiert werden sollten, leider wurden die Quanteneffekte der Gravitation in keiner Therorie beschrieben. Die noch nicht bekannten Gesetze der Quantengravitation können sich so diametral von allem Bekannten unterscheiden, dab es nicht sicher ist, ob nach ihrer Entdeckung die Zeit — und Raumbegriffe seine bisherige Bedeutung erhalten. John Wheeler meint beispielsweise, dab "Zeit und Raum im Grunde synthetische Strukturen sind, aus einfacheren Elementen gebildet, die als Prägeometrie bezeichnet werden. Ähnlich wie die scheinbar kontinuierliche Materie in der Wirklichkeit aus Atomen besteht, kann auch die Raumzeit aus mehr primitiven, abstraktiven Gröb en gebaut werden (vgl. Davis P., 1996, 58). Vielleicht wäre dann der Grob e Ausbruch als Anfang der Zeit, des Raumes und der Materie, aber keine Grenze der Physik, zu sehen? Die Quanteneffekte spielen eine besondere Rolle, wenn Zeit — und Raumskalen klein, für die Mikrowelt kennzeichnend sind. Eine solche Situation sollte in ersten Weilen der kosmologischen Expansion stattfinden, wenn das Alter der Welt in undenkbar kleinen Sekundenbruchteilen wie 10^-43 s gerechnet war. Mit der Quantenauffassung übereinstimmend, sollten sowohl die Expansion, wie auch der Zeitverlauf anfänglich nicht kontinuierlich, sondern quantiert, diskret sein. Darüber hinaus mub ten so kleine Zeitabschnitte (von 10^-43) zustande kommen, dab in ihren Grenzen jeweils einzelne, nacheinander folgende Teile nicht zu unterscheiden waren — jeder solcher Zeitabschitte erscheint gleich als Ganzes und sollte als unteilbar, und sich keinesfalls auf einzelne Weilen differenziert betrachtet werden. Es ist nicht ein universelles "Zeitatom", sondern der Quantenmab der Bestimmtheit, der uns die Überlegung der Zeit in ersten Weilen der Weltexistenz ermöglicht. Daraus kann man schlub folgern, dab es kein "exaktes" Nullmoment und keine "exakte" Null der Weltdimensionen gibt. Die Quantenauffassung der "Sonderbarkeit" unterscheidet sich also wesentlich von der Auffassung der klassischen Physik. Wie Heller bemerkte, die Sonderbarkeiten in kosmologischen Modellen (unabhängig von der Symmetrie der Materieverteilung) können als Unmöglichkeit der unbegrenzen Verlängerung der Geschichte von materiellen Partikeln oder Photonen definiert werden (Heller, 1992,249). Aub erdem werden die sonderlichen Punkte (Sonderbarkeiten) nicht als der Raumzeit zugehörig, sondern als ihre Randpunkte betrachtet. Alle Informationen über die "Randpunte" werden aus dem Inneren der Raumzeit gewonnen. Die Frage nach der anfänglichen Sonderbarkeit in der Weltgeschichte läb t die gegenwärtige Wissenschaft der Quantenkosmologie über.

Das Vorhandensein einer sonderlichen Weile in der Weltevolution wurde von S.Hawking und R.Penrose entschieden vertreten. In ihrer Ausführung aus dem Jahre 1970 haben sie bewiesen, dab eine Sonderbarkeit wie der Grob e Ausbruch stattfinden mub te, wenn die allgemeine Relativitätstheorie recht hat, und die Welt nur eine zu beobachtende Materiemenge enthält (Hawking, Penrose, 1979, 529-548). S. Hawking bemerkt, dab für die Lösung dieses Problems Betrachtungen von J.Chalatnikow und J. Lifszyc bahnbrechend waren. Sie haben nämlich festgestellt, dab die Welt mit dem Grob en Ausbruch anfangen könnte, falls die allgemeine Relativitätstheorie wahr ist (Belinski, Chalatnikow, Lifszyc, 1970, 523-573). Analog kann man schlub folgern, dab nach der Umkehr der Zeitrichtung jede sich erweiternde, mit Friedmans Modell übereinstimmende Welt, mit der Sonderbarkeit anfangen mub te. Auf der Grundlage der allgemeinen Relativitä tstheorie wurde also diese Tatsache bewährt. Das Vermeiden der kosmologischen Sonderbarkeit sei nur als möglich gehalten, wenn man voraussetzte, dab diese Theorie in extremen Verhältnissen der Planckschen Ära ungü ltig wäre. Weil die gegenwärtige Physik, Astronomie und Kosmologie im allgemeinen die Konzeption der hyperbolischen Welt im Sinne Friedmans vertreten, ist ihren Ansichten zufolge der Grob e Ausbruch zustande gekommen, wenn die Krümmung der Raumzeit unendlich oder jedenfalls riesengrob war. (Wohlgemerkt, sind im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie auch Weltmodelle ohne sonderliche Momente zu erhalten, indem in Gleichungen des Gravitationsfeldes ein positives kosmologisches Glied eingeführt wird, das die "kosmologische Abstob ung" bedeutet; in diesem Falle wird nur ein lokaler Kollaps zur Sonderbarkeit führen). Nicht alle Auffassungen der Weltevolution, die sich auf die allgemeine Relativitätstheorie bzw. ihrer Variationen beziehen, setzen aber die Existenz einer punktuellen kosmologischen Sonderbarkeit oder sogar eines "präphysischen" Stadiums in der Weltevolution voraus. Ein dieser Versuche, die Sonderbarkeit umzugehen, ist die Theorie von Einstein-Cartan, die annimmt, dab die Raumzeitmetrik nicht nur durch das Gravitationsfeld, sondern auch durch den Spin der Mikroobiekte als Quantengröb e beeinflub t wird. Diese Theorie stellt ein theoretisches Versuch dar, mit Hilfe eines Quantenmerkmals der Materie, d.i. des Spins (des inneren Drehimpulses von elementaren Partikeln und Atomkernen), der die Raumwindung verursacht, das sonderliche Moment zu überwinden. Die Ursache der Raumkrümung ist in der allgemeinen Relativitätstheorie die Masse und es gibt in dieser Theorie keine Kraft, die der Gravitationsanziehung, die letzten Endes ein Gravitationskollaps des Körpers verursacht, bei grob en Materiedichten entgegenwirken könnte. In der Suche nach dieser Kraft hat der französiche Mathematiker E. Cartan eine Modifikation der allgemeinen Relativitätstheorie entwickelt. Im Rahmen dieser Theorie gibt es eine theoretische Möglichkeit Frhü hstadien der Weltevolution ohne Sonderbarkeiten zu beschreiben. W. Kopczynski i A. Trautman haben dazu geschrieben: "Durch geordnete Spinen entsteht ein 'Abstob potential', der verursacht, dab der Weltradius niemals den Nullwert erreicht" (Kopczynski, Trautman, 1981, 197-200). "Der Abstob potential" wirkt aber nur bei Dichten, die einige zehn Mal gröb er als die der Neutronsternen sind. Bei diesen Dichten hemmen gegenseitige Einflüb e der Partikelspinen eine weitere Steigerung der Materiedichte und somit die Entstehung der Sonderbarkeit.

Nach B. Kuchowicz und J. Szymczak wird die Steigerung der Materiedichte über eine kennzeichnende kritische Gröb e von 10⁵⁴ kg/m³nicht mehr mö glich. "Somit wird die Sonderbarkeit unerreichbar" (Kuchowicz, Szymczak, 1978, 147). Zugleich ist das "präphysische" (unter der Planckschen Schwelle liegende) Stadium in der Weltevolution unerreichbar. Auf der Grundlage der Theorie von Einstein-Cartan entstanden einige Modelle der anfänglichen Evolution der Welt ohne Sonderbarkeiten. Sie berücksichtigen beispielsweise einen unmittelbaren Einflub des Spines auf die Geometrie der Raumzeit (A. Trautman), das durch den strudelnden Staub bewirkte Gravitationsfeld mit Kugelsymmetrie (W. Kopczynski) oder wie bei B. Kudrowicz eine ideale Flüssigkeit mit dem Spin (Weyssenhoffs Flüssigkeit) als Baustoff der Welt, der durch zwei skalare Gröb en gekennzeichnet wird: die Energiedichte (q) und den isotropen Druck (p).

(Kuchowicz unterstreicht, dab in den frühesten Stadien der Weltevolution bei extrem hohen Druckwerten die Wechselwirkung zwischen Materiespinen eine entscheidende Rolle spielt) (vgl. Butryn, 1989, 27). Alle diesen Modelle sind rein theoretische Konstruktionen, die empirisch bestä tigt sein müssen um erst festzustellen, ob eine Quantengröb e der Materie — der Spin — wirklich die kosmologische Sonderbarkeit vermeiden läb t und somit zur Lösung der Frage beiträgt, ob der "präphysische" Zustand der Welt wirklich stattgefunden hat. In der einschlägigen Literatur (vgl. Barrow, 1995, 115) sind manche hypothetische Anfänge der Weltexpansion graphisch dargestellt.

1. Raum, Zeit und Materie entstanden im Zustand einer begrenzten (und nicht unbegrenzten) Dichte und beginnen die Expansion

3. Die Welt beginnt plötzlich die Expansion von dem statischen Zustand, in dem sie sich durch die unedliche Zeit befand

2. Die Welt geht von dem vorherigen Zustand der maximalen, aber begrenzten Kontraktion in den Expansionszustand über

4. Die Welt war in der Vergangenheit immer kleiner, wobei er niemals Nulldimensionen erreichte. Dieser Welt hatte keinen Anfang

Interessant ist auch das theoretische Modell der Welt ohne Ränder von S. Hawking (Hawking, 1991, 132-134). Wie ich schon erwähnt habe, die Quantenkosmologie setzt voraus, dab die Zeit um den Grob en Ausbruch "sich verwischt" und verschwindet, man kann also nicht nicht mehr ü ber "den Anfang der Welt" sprechen oder "Was war vor dem Anfang?" fragen, die Beziehung auf das Anfangsmoment wird keine aufklärende Kategorie mehr. In der bekannten Konzeption der Welt ohne Ränder von S. Hawking ist es bemerkenswert, dab die Weltpolen trotz des Nullradius keine Sonderbarkeiten darste;;em, wie auch nichts Sonderbares an Polen der Erde ist, an denen (übliche) Wissenschaftsgesetze gelten. Man mub an dieser Stelle hinzufügen, dab das Problem der Sonderbarkeit in der Konzeption von Hawking nur dann vermieden werden kann, wenn wir die Entwicklung der in einer imaginä ren Zeit (t ® Ö-1 t) evolvierenden Ereignisse analysieren.

Bei solcher Auffassung wä re die Beantwortung der Frage, hat die Welt ihren Anfang in der Zeit oder nicht, nur die Sache der Bequemlichkeit, genauer gesagt, der Wahl eines handlichen Begriffsapparats (was ich für einen Schwachpunkt dieser Theorie halte). Im Zusammenhang damit, folgert Hawkins selbst, dab "es keinen Sinn hat zu fragen, was wirklich ist, eine <wirkliche> oder eine <imaginäre> Zeit? Das Problem ist nur darauf zurü ckzuführen, welche für die Beschreibung der Ereignsse bequemer ist (Hawking, 1991,133), was uns schlieb en läb t, dab die Berü cksichtigung der Quanteneffekte den Zeitbegriff beeinflub en wird. "In der Quantenkosmologie tritt die Zeit nicht direkt auf. Die Zeit ist ein Produkt des materiellen Weltinhalts und seines Abbaus. Es ist nicht nötig über irgendwas zu sprechen, was als Zeit bezeichnet wird" (Barrow, 1997,126). Vielleicht im Lichte der neuen Quantentheorie der Gravitation finden somit das Problem der Sonderbarkeit sowie das Problem der Zeit eine ganz andere Lösung (vgl. Penrose, Hawking, 1996).

III. Schlub bemerkung

In der gegenwärtigen Entwicklungsstufe der Wissenschaft wurde bisher kein der fundamentalen philosophischen Probleme des "präphysischen" Stadium der Weltevolution endgültig gelöst. Es ist doch sicher, dab das "präphysische" Stadium (als Periode der Weltexistenz, die keinen bekannten Grundsätze der gegenwärtigen Physik unterlag) mindestens in einem kleinen Zeitabschnitt der Existenz unserer Welt stattgefunden hatte. Ich will bemerken, dab ich persönlich aufgrund der untersuchten Materialien der Ansicht zustimme, dab die Welt keinen zeitlichen Anfang (keine untere Zeitgrenze) hat, d.h. eine Welt ohne (auch räumliche) Ränder darstellt. (Diese Stellung liegt wohl der von S. Hawking nahe). Anders gesagt, die Welt ist ewig (gentisch unbegrenzt) und zugleich genetisch edlich (dauert nicht unendlich lang).

Es ist hinzufügen, dab zur Lösung der obengenannten physikalisch-existentiell-philosophischen Probleme die Theorien der Quantenphysik beitragen können, die die Enststehung der Welt aus dem Nichts zulassen (Tunneln aus dem Nichts, Fluktuation der Leere, Entstehung der Materie aus dem Gravitationsfeld im leeren Raum oder eine Möglichkeit der Zeit — und Raumentstehung auf eine so unvorgesehene Art und Weise wie bei anderen Quantenobjekten der Fall ist).