Cycles of Time: An Extraordinary New View of the Universe [Englisch] [Gebundene Ausgabe]

Das neue Buch von Roger Penrose ist so wie seine früheren: originell, hochinteressant, brillant geschrieben, erhellend illustriert - und vor allem ein konstruktiver, bleibender Beitrag zu einem schwierigen Problem.

Hier geht es um das Problem des Urknalls: Wie kam es dazu und warum war er so speziell? Eigentlich sind das sogar zwei Probleme, die eng zusammenhängen, aber von vielen Modellen nicht gemeinsam gelöst werden können.

Bekannt ist, und von Roger Penrose zusammen mit Stephen Hawking bereits in den 1960er Jahren im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie und ein paar recht generellen zusätzlichen Bedingungen bewiesen: Der heute (sogar immer schneller) sich ausdehnende Weltraum muss in der Vergangenheit extrem heiß und dicht gewesen sein. Er entstand im Urknall. Doch wie kam es zum Urknall? Darüber sagt die Relativitätstheorie nichts, sondern sie enthält hier eine "Singularität". Das heißt sie bricht zusammen; sie ist über ihre Gültigkeitsgrenzen hinaus strapaziert. Es gibt aber inzwischen zahlreiche Vorschläge, die Theorie zu erweitern und den Urknall zu erklären. Stephen Hawking hat beispielsweise brillante Vorschläge gemacht - einschließlich einer Entstehung aus dem "Nichts", einer imaginären Zeit oder, neuerdings, dem Kollaps eines Vorläufer-Universums mit umgekehrter Zeitrichtung - siehe: Hawkings neues Universum: Raum, Zeit und Ewigkeit Hawkings neueste Erkenntnisse verstehen: Wie es zum Urknall kam.

Penrose stimmt in dieser Frage nicht mit Hawking überein. Das gilt für ein paar andere grundlegende Fragen ebenfalls - siehe: The Nature of Space and Time (Princeton Science Library). Penrose schlägt nun vor, dass der Urknall nicht der Anfang von allem war, sondern ein Übergang aus einem früheren Zustand des Alls, das kalt und leer war. So wie es künftig wieder sein wird, wenn die Materie und sogar die Schwarzen Löcher zerfallen. Auch dann, so Penrose, entsteht aus dieser Leere wieder eine neue schöpferische Fülle: ein weiterer Urknall. Der Clou dabei ist, dass sich die kalte massenlose Leere und der heiße dichte Urknall mathematisch miteinander identifizieren lassen. Das ist die Hauptthese des Buchs.

Eine konforme Umskalierung sorgt im Rahmen der Relativitätstheorie dafür, dass das Universum einen periodischen Wechsel von Urknall, Ausdehnung, Entleerung, neuem Urknall usw. durchläuft. Das klingt so paradox wie genial: Aber die Umskalierung, die die Kausalität erhält, für die jedoch alle Maßstäbe irrelevant sind, ist nicht kontrovers. Die unerhörte Hypothese von Penrose besagt jedoch, dass dieser mathematische Trick eine physikalische Realität beschreibt. Dazu sind allerdings einige spekulative Zusatzannahmen nötig, die Penrose im Buch ausführlich diskutiert.

Bei diesem Übergang vom - vielleicht unendlich großen - leeren Weltraum zu einem neuen Urknall wird laut Penrose auch die Entropie reduziert, das physikalische Maß für die Unordnung eines Systems. Und das ist das zweite Problem: Der Urknall (und auch unser Universum heute noch) war extrem speziell, d.h. er hatte eine viel geringere Entropie als er hätte haben müssen. Mit anderen Worten: Der Zustand des Universums war (und ist noch) extrem unwahrscheinlich. Wie kam es trotzdem dazu? Auch darauf hat Penrose eine - sehr spekulative - Antwort. Sie hängt mit dem Verdampfen der Schwarzen Löcher zusammen und dem Schicksal der von diesen Schwerkraftfallen verschluckten physikalischen Informationen. Dazu hat Stephen Hawking eine spektakuläre Wette verloren gegeben (ausführlich hier beschrieben mitsamt anderen Urknall-Erklärungsmodellen, auch echten Zeitkreisen, die bei Penrose trotz seines Buchtitels nämlich nicht vorkommen: Tunnel durch Raum und Zeit: Von Einstein zu Hawking: Schwarze Löcher, Zeitreisen und Überlichtgeschwindigkeit).

Penrose widerspricht Hawking und behauptet, die Informationen sind wirklich zerstört. Das freilich steht im Gegensatz zur Quantentheorie, die Penrose aber schon früher mit guten Gründen ebenfalls attackiert hat (The Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe (Vintage)). Trotzdem ist sein Lösungsvorschlag der Entropie-Reduktion - immerhin eine Art Verletzung des Zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik, auch wenn er das nicht ganz so sieht - ziemlich kryptisch und unausgearbeitet. Bedenkenswert jedoch allemal.

Fazit: "Cycles of Time" ist ein intellektueller Genuss für alle, die sich mit Kosmologie schon etwas auskennen. Für Anfänger und solche Leser, die Mathematik scheuen, ist das Buch weniger geeignet. Auch muss betont werden, dass das neue Modell von Penrose keineswegs erwiesen ist. Es ist eine - teils sehr spekulative - Hypothese. Aber sie lässt sich doch überprüfen, wie Penrose am Ende des Buchs deutlich macht. Und sie ist in mancherlei Hinsicht weniger exotisch als konkurrierende Modelle. Vor allem aber ist sie ein prinzipiell neuer Ansatz, der sich von anderen Hypothesen stark unterscheidet und zugleich auf der festen Grundlage der Relativitätstheorie steht. Kurzum: Eine großartige Idee und ein großartiges Buch!

Es sind wohl immer besondere und empfehlenswerte Bücher, die Roger Penrose geschrieben hat, so auch dieses. Was den Anfang und das Ende unseres Universums betrifft, hat er einen neuen (kontrovers diskutierten) Ansatz. Unter Berücksichtigung des Zweites Hauptsatzes der Thermodynamik hat das Universum am Ende eine maximale Entropie. Wenn die zeitliche Entwicklung des Universums zyklisch sein sollte, dann gilt dies auch für ein früheres Universum, das vor dem Urknall existiert hat. Informationen darüber müssten sich aus den geringen Schwankungen der Hintergrundstrahlung ermitteln lassen. Penrose begründet dies in seinem Buch im wesentlichen mit geometrischen Betrachtungen aus der ART. Im Anhang findet man auch einen mathematischen Ansatz für sein Modell. Er hätte vielleicht auf ein paar Gegenargumente eingehen sollen, zumal nach heutigen Erkenntnissen unser Universum ewig zu expandieren scheint.

Ich bin Ingenieur, mit grossem Interesse an Mathematik und Physik, dennoch war das Buch voellig unverstaendlich fuer mich!

Ich weiss nicht, welche Leserschaft Herr Penrose erreichen will, die Vorbildung wie ich sie habe genuegt jedenfalls bei weitem nicht!
Er redet beispielsweise staendig ueber conformal mappings, ohne je zu erklaeren, was damit gemeint ist.( natuerlich kenne ich die normale Definition, aber die Ausdehnung auf das Raum/Zeit Kontinuum kenne ich nicht). Infolge dessen sind die vielen Zeichnungen total nutzlos.
Ein Kernpunkt seiner Ueberlegungen scheint die Entropie zu sein ( ich sage scheint, weil ich es vielleicht nicht richtig verstand...). Dieses an sich nicht einfache Konzept wird durch Mr. Penrose total vernebelt.

Wohl das schlechteste Sachbuch, das ich seit langem gelesen habe!