Zyklen der Zeit: Eine neue ungewöhnliche Sicht des Universums [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 wissenschaftlichen Problem.

Hier geht es um das Problem des Urknalls: Wie kam es dazu und warum war er so speziell? Eigentlich sind das sogar zwei Schwierigkeiten, 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 dicht und heiß gewesen sein. Er entstand im Urknall. Doch wie kam es zum Urknall? Darüber kann die Relativitätstheorie keine Aussagen machen, sondern sie enthält hier eine "Singularität". Das heißt die Theorie 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, einem Kollaps aus einem Vorläufer-Universum 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: Nature of Space and Time (Princeton Science Library)). Penrose schlägt nun vor, dass der Urknall gar 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 sogenannte 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 aber, 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 (das ist das Problem des Zeitpfeils, siehe Time's Arrows: A Debate in Cosmology (Fundamental Theories of Physics)). Mit anderen Worten: Der Zustand des Universums war (und ist noch) extrem unwahrscheinlich, er hat einen außerordentlich hohen Ordnungsgrad. 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 Theorien über Zeit-Zyklen, 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: "Zyklen der Zeit" 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!

Sir Roger Penrose wird wohl mit diesem Buch einen weiteren Bestseller kreiert haben. Und das obwohl laut meiner Schätzung bestimmt weniger als 10% der Leser dem Inhalt in Gänze mathematisch folgen können. Im Gegensatz zu den anderen geschätzten Rezensenten hier möchte ich etwas deutlicher versuchen auf den Mehr- oder Gebrauchswert des Buches für den normalen Leser populärwissenschaftlicher Bücher ähnlicher Art eingehen und keine weitgehende inhaltlich-wissenschaftliche Analyse vornehmen. Dazu wäre der Platz auch hier nicht vorhanden.

Neben der Einführung und dem mathematischen Anhang gliedert sich das Buch gut und übersichtlich strukturiert in 3 Teile um aufbauend auf dem Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik und der Lichtkegel-Geometrie der Raumzeit beides in einen zyklisch sich wiederholenden Entwicklungszyklus von Urknall, Lebensdauer des Weltalls, Übergang und konformer Reskalierung zu beschreiben. Dies ist der Kern seiner neuen Theorie in einfach verständlichen Worten. Die 3 Teile des Buches sind wie folgt gegliedert:

TEIL 1
Der Zweite Hauptsatz und sein tiefes Geheimnis (ca. 50 Seiten)

TEIL 2
Die seltsam besondere Natur des Urknalls (ca. 80 Seiten)

Teil 3
Konforme zyklische Geometrie (ca. 100 Seiten)

Ich unterstelle, dass die Zielgruppe von Penrose schon der Leser populärwissenschaftlicher Bücher ist da wir es hier ja nicht mit einem Fachaufsatz zu tun haben. Zusammenfassend kann bemerkt werden, dass ZYKLEN DER ZEIT auf keinen Fall für kosmologische Anfänger geeignet ist. Obwohl es einen separaten ca. 40 Seiten starken rein mathematischen Anhang gibt findet man auch im normalen Teil des Buches oft absatz- oder seitenweise Beschreibungen und Formeln um gegebene Forschung oder seine Annahmen der "conformal cyclic cosmology" (CCC) oder "Konforme zyklische Geometrie" mathematisch zu hinterfüttern.

Die sehr dicht gepackten Fakten verleiten dazu diverse Absätze mehrmals zu lesen um zu versuchen dem Autor weitestgehend zu folgen. Dies ist usus bei Werken einer Koryphäe wie Penrose, dennoch werden ggfs. eine Reihe von Lesern den Zahlenteil seiner Hinführungen als gegeben annehmen und nicht parallel versuchen nachzuvollziehen und schlussendlich daraus eben keinen primären Nährwert schöpfen können.

Im Gegensatz zu anderen Autoren populärwissenschaftlicher Bücher ist es Penrose eben nicht primär daran gelegen möglichst vielen Lesern seine Theorien zu erklären oder Schritt für Schritt anschaulich und ohne Mathematik näher zu bringen. Dies liegt in der Natur der Sache. Dennoch ist vieles auch ohne abgeschlossenes Mathematik oder Physikstudium verständlich ohne den mathematischen Teil nachzuvollziehen. Dazu helfen in bewährter Form extrem anschauliche Grafiken und die anspruchsvolle aber klare Sprache von Penrose (und dem Übersetzer Thomas Filk).

Der Autor scheut nicht diverse Grundpfeiler der Urknallforschung wie die Inflation schlichtweg zu negieren und dies auch profund zu begründen. Penrose hat es eben auch nicht wirklich "nötig" jemanden etwas näher zu bringen. Er ist einer der wenigen Autoren der tatsächlich auch im Rahmen seiner wissenschaftlichen Karriere einen nachhaltigen wissenschaftlich anerkannten Beitrag zur Kosmologie und theoretischen Physik schon seit den 70ern mit und ohne Hawking erbracht hat. Vielleicht trug auch diese spezielle Form der Gelassenheit dazu bei dieses sehr empfehlenswerte Buch überhaupt möglich zu machen.

4/5 Sternen (= 5/5 für Inhalt + 3/5 für populärwissenschaftlichen Gebrauchswert)

Das recht schnell ins Deutsche übertragene (2010 erstaufgelegte) Buch des berühmten Mathematikers Penrose stellt meines Erachtens einen großen Gewinn dar für jede/n die/der es sich vornehmen mag, und zwar aus mindestens zwei Gründen:

1. Erstens mangelt es auf dem populärwissenschaftlichen Markt an Büchern, in denen die neueren physikalischen Theorien von ihrer Mathematik her "angepackt" und erklärt werden - vielleicht weil es für die Autoren einfacher ist, oder weil man den heutzutage weit verbreiteten Unsinn teilt, man würde die Leserschaft vergraulen, wenn man Formeln aufschreibt (dann wundert man sich darüber, dass Mathematik Vielen als schweres, letztlich entbehrliches Fach gilt. Aber lassen wir das an dieser Stelle).

Roger Penrose kann unmöglich der Trockenheit oder Schwerverständlichkeit bezichtigt werden, dafür surft er viel zu virtuos auf dem stürmischen Meer mathematischer Begriffe, und ich habe nach der Lektüre den Eindruck, dass er das Buch absichtlich pädagogisch aufbaut, eventuell um es der jungen Leserschaft leichter zu machen.

Er beschreibt das Theoriegebäude ausführlich, nimmt sich Zeit für suggestive Erklärungen. Anhand von Skizzen und Analogien wird die Mathematik so aufbereitet, dass sie "unter die Haut" geht; man bekommt quasi ein Gefühl für die Beschaffenheit und Funktionsweise der mathematischen Instrumente, denen sich die moderne Physik für die Naturbeschreibung bedient. Natürlich nicht so gut, als wenn man selber rechnen würde - immerhin wird somit zwischen dem Erdgeschoß des "puren Wissenschaftspopulismus" und dem Turmzimmer der "ernsten Wissenschaft" eine wohnliche Zwischenebene eingerichtet (bisschen wie Brian Greene oder R. P. Feynman, nur fordernder).

2. Ein solches Buch, auf Deutsch vorliegend, dient der Sprachpflege. Vor allem als Sprache des Wissens geht das Deutsche zurzeit am Stock, da es vom allgegenwärtigen Englisch verdrängt wird. Man kann natürlich argumentieren, an der geistigen Spitze der Gesellschaft ist nun mal Englisch vonnöten, um den Austausch mit den ausländischen Wissenschaftlern/innen zu erleichtern. Dies funktioniert aber nur, solange man konsequent und erfolgreich neue Begriffe eindeutscht, damit die Sprache nicht verarmt, wodurch diese, langsam aber sicher, unfruchtbar werden würde.

Sprachliche Verarmung/Verrohung tritt dann ein, wenn das aufkommende Wissen nicht in den Korpus der Gesellschaft eindringen kann, weil es eben nur sprachlich verkapselt vorliegt (ähnliche Situation: die Verwendung des Lateinischen im Mittelalter als einzige Wissenschaftssprache trug dazu bei, dass die überwältigende Mehrheit der Menschen vom Wissen praktisch ausgeschlossen war. Eine erfolgreiche Ausbildung und Pflege der europäischen Kultursprachen, so wie wir sie heute kennen, wurde erst durch die Übersetzungen der wichtigen Werke in die jeweilige Volkssprache ermöglicht, siehe Bibel, etc.). So gesehen war der damalige Nationalismus unter anderem auch kulturell bedingt, was uns heute vor ernsten Problemen stellt, zumindest was die unentbehrliche Wissensvermittlung anbetrifft.

Eine eindringliche Beschreibung der Sprachverarmung und deren Konsequenzen in historischer Perspektive bieten manche Stellen aus Otto Neugebauers Schriften zur Mathematikgeschichte (Ägypten, Babylon, usw).

Es ist also sehr zu begrüßen, wenn ein Übersetzer wie Thomas Filk seine Arbeit elegant und gewissenhaft erledigt, so wie im Falle des vorliegenden Buches, und sich nicht auf Anglizismen ausruht, sondern wirklich übersetzt.

Das Buch wird durch sehr lesenswerte Anmerkungen mit Literaturtipps + Index abgerundet.

Zum Schluss dieser Betrachtungen sei noch das gute Aussehen des Buches gelobt: ansprechende Optik, klare Graphiken und gute Bindung. Sorgfältig verarbeitet, liegt gut in der Hand und droht nicht beim ersten schiefen Blick auseinander zu fallen (obwohl dieser selten so ungerechtfertigt wäre wie hier).