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Kann ein Universum sich entwickeln und fortpflanzen? Können Universen eine Evolution durchmachen, mit Mutation und Selektion? Möglicherweise – wenn das Universum den Gesetzen der exotischen „Schleifenquantengravitation“ gehorcht.
Seit dem Anfang des 20. Jahrhunderts weiss man, dass unser physikalisches Weltbild unvollständig ist: Obwohl sowohl die Quantenphysik als auch die Relativitätstheorie in ihren eigenen Bereichen immer wieder durch unzählige Experimente bestätigt wurden, versagen sie im jeweils anderen Gebiet. Schon früh wurden Versuche unternommen, beide Ansätze in der sogenannten „Weltformel“ zu vereinen: eine physikalische Theorie, die sowohl auf der Makroebene der Sterne und Galaxien als auch auf der submikroskopischen Ebene der Atome und Elementarteilchen verlässliche Vorhersagen über das Verhalten von Objekten macht. Als Kandidat für diese „Theory of Everything“ (wie die Weltformel auf englisch genannt wird) wurde lange die Stringtheorie gehandelt (wonach die Welt aus winzigen Fäden besteht, die in 11 oder auch 26 Dimensionen schwingen und deren harmonische „Töne“ all unsere Elementarteilchen reproduzieren) – mittlerweile hat sie aber an Attraktivität verloren, vermutlich auch, weil es trotz jahrzehntelangen Bemühungen nicht gelungen ist, experimentell überprüfbare Voraussagen aus der Stringtheorie abzuleiten.
Schleifenquantengraviation
Es gibt jedoch interessante Alternativen. Eine davon ist die Schleifenquantengravitation (SQG, auf englisch Loop Quantum Gravity, LQG). In dieser werden aber vorläufig keine Materieteilchen behandelt – nur die Struktur des Raums an sich. Dieser ist, gemäss dieser Theorie, in kleinste Einheiten aufgeteilt: das heisst, man kann Raum nur auf einen ganz bestimmten Bereich hinunter „quetschen“ – danach gehts nicht mehr weiter (diese Beschreibung ist sehr grob – aber mehr ins Detail zu gehen, würde den Rahmen dieses Artikels sprengen). Der Nachteil dieser Theorie ist, dass sie sich – auch nach zwei Jahrzehnten Forschung – immer noch in einer frühen Phase befindet. Der Einfachheit halber lässt man nämlich die Elementarteilchen weg. Anderseits macht die Theorie experimentell überprüfbare Voraussagen: so sollten hochenergetische elektromagnetische Strahlen um einen winzig kleinen Betrag weniger schnell sein als etwas weniger hochenergetische – dies liesse sich zum Beipiel mit Teilchenbeschleunigern, oder mit Beobachtungen von Supernovae (Sternexplosionen) überprüfen.
Was sagt die Schleifenquantengravitation also über den Urknall und Schwarze Löcher aus? Gemäss dieser Theorie gibt es kleinste Einheiten von Raum: die Raumquanten. Kleiner als ein Raumquant kann nichts sein – im Gegensatz zur Relativitätstheorie, wo der Raum als Kontinuum betrachtet wird und beliebig klein werden kann. Bei Urknall und Schwarzen Löchern hat dies nun weitreichende Konsequenzen: bei beiden handelt es sich um sogenannte Signularitäten: Beim Urknall war, folgt man der Relativitätstheorie, das gesamte sichtbare Universum auf einen beliebig kleinen Punkt zusammengedrückt. Ähnlich in einem Schwarzen Loch: die gesamte Masse eines Sterns steckt in einem beliebig kleinen Punkt im Zentrum des Schwarzen Lochs. In der Schleifenquantengravitation ist das nicht mehr möglich: Das Universum kann nicht beliebig klein gewesen sein, die Masse eines Sterns nicht beliebig klein zusammenschrumpfen – aber einer bestimmten Grösse „federt“ der Raum zurück, und die Kompression verwandelt sich in eine Expansion.
Das fruchtbare Universum
Auf dieser Basis entwickelte der amerikanische Physiker Lee Smolin folgende Idee, die auch mal das „fruchtbare Universum“ (fecund Universe) genannt wird: Was wäre, fragt er sich, wenn jedes Mal, wenn ein Schwarzes Loch gebildet wird, in seinem Inneren ein neues Universum entsteht? Was für uns von Aussen wie die Enstehung eines Schwarzen Loches aussieht, sieht von Innen aus wie ein Urknall (da die Gesamtenergie in unserem Universum annähernd Null ist, braucht die Bildung eines Universums nicht viel Energie). Durch den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs sind das Universum im Inneren und im Äusseren völlig voneinander getrennt. Wenn in unserem Universum ein riesiger Stern zu einem Schwarzen Loch kollabiert, dann bekommt – gemäss dieser Idee – das neue Universum, das sich im Inneren dieses Schwarzen Lochs bildet, in etwa die gleichen Naturgesetze und -konstanten auf den Weg wie unseres – mit kleinen „Mutationen“ (wie das genau geschieht, bleibt offen: wir haben ja auch sehr wenig Erfahrung im Erschaffen von neuen Universen…). Im grossen und ganzen müsste also das Universum im Inneren des neu gebildeten Schwarzen Loches unserem eigenen gleichen – aber vielleicht ist die Lichtgeschwindigkeit ein ganz klein wenig höher, die Gravitationskonstante oder die Protonmasse ein ganz klein wenig niedriger, und so weiter.
Diese Mutationen sind notwendig, damit das Modell des „fruchtbaren Universums“ funktioniert. Denn wenn die Mutationen derart sind, dass im neuen Universum keine Schwarzen Löcher mehr gebildet werden können (weil zum Beispiel die Gravitation extrem schwach ist), endet dieser Entwicklungsstrang. Entsteht durch die Mutation der Naturgesetze ein Universum, in dem sich sehr viele Schwarze Löcher bilden, wird dieser Entwicklungsstrang bevorzugt und bringt seinerseits viele weitere Universen hervor. Es beginnt so etwas wie eine Evolution, vergleichbar mit der Entwicklung der Lebewesen auf der Erde. Jedes Universum bringt unzählige Schwarze Löcher, und damit unzählige weitere Universen hervor. Mit der Zeit wird das „Multiversum“ (der gedachte Raum, in dem all dies eingebettet ist) von Universen dominiert, deren Naturgesetze und -konstanten derart sind, dass sie möglichst viele Schwarze Löcher erzeugen.
Die Rolle von intelligenten Beobachtern
Damit ein Universum von intelligenten Lebewesen beobachtet werden kann, muss es nicht nur Schwarze Löcher produzieren können, sondern auch Naturgesetze und -konstanten aufweisen, die intelligente Beobachter überhaupt erst möglich machen. Nur diejenigen Universen, die sowohl viele Schwarze Löcher produzieren als auch intelligente Beobachter hervorbringen, können im Multiversum „beobachtet“ werden. Die meisten Universen mit intelligenten Bewohnern dürften also solche sein, die auch möglichst effizient darin sind, Schwarze Löcher zu produzieren (denn solche Universen haben viele Nachfahren und „vermehren“ sich innerhalb des Multiversums entsprechend schnell).
Auf diese Idee gibt es nun eine interessante Variation: Die Entwicklung von intelligentem Leben in einem Universum könnte nicht nur einfach ein Nebenschauplatz, eine Randbemerkung sein, sondern eine zentrale Bedeutung in der Entwicklung des Multiversums einnehmen. Dann nämlich, wenn intelligente Beobachter ihrerseits Schwarze Löcher – und damit neue Universen – erzeugen.
Warum sollten sie das tun? Schwarze Löcher haben viele nützliche Eigenschaften. So können sie zur Energieerzeugung verwendet werden: mit ihnen lässt sich Materie zerstrahlen, auf (theoretisch) tausendfach effizientere Weise als bei der Kernfusion / Kernspaltung – aber auch zur Beseitigung von Abfall (oder, „natürlich“, als Waffen) liessen sie sich nutzen. Weiter wäre es denkbar, dass Universen einfach nur zu Forschungszwecken erzeugt werden. Der typische Lebenszyklus eines solchen Universums sähe also so aus: zunächst bringt ein Universum intelligente Beobachter hervor – diese widerum erzeugen so viele Schwarze Löcher, dass das Universum sich gegenüber anderen, die ohne intelligente Beobachter auskommen müssen, schneller und häufiger im Multiversum ausbreitet. In allen „Tochteruniversen“ gelten wieder die gleichen Bedingungen (Naturgesetze und -konstanten), so dass sich die ganze Geschichte dort widerholt.
Wir können sogar durch einige generelle Überlegungen ein bisschen mehr aus diesem Modell heraus holen. Wenn wir mal annehmen, dass die Grössenordnung der Menschen, die jemals existieren werden, so irgendwo im Bereich von einige 100 Mrd sein wird, und jeder Mensch ein Schwarzes Loch zu seiner Verfügung haben wird (das scheint mehr als genug zu sein…), dann wird die Menschheit also maximal einige 100 Mrd künstliche Schwarze Löcher hervorbringen. Damit kann sie es schon mit einigen Millionen Galaxien aufnehmen (jede Galaxie wird wohl in ihrer Geschichte nicht mehr als ein paar Millionen Schwarze Löcher erzeugen), das heisst, eine Zivilisation pro Million Galaxien reicht schon aus, um die Universumsweite Produktion von Schwarzen Löchern zu verdoppeln. Aber es geht sogar noch etwas „effizienter“ (auch dann, wenn die totale Anzahl Menschen sehr viel grösser als die oben genannte Zahl ist). Wenn sich die Zivilisationen nicht auf ein Schwarzes Loch pro Inidivduum beschränken würden, könnte das Universum sich noch besser ausbreiten. Viel besser wäre es, wenn die gesamte Materie des Universums in möglichst viele, möglichst kleine Schwarze Löcher investiert würde: dannn nämlich würde das Universum ein Maximum aus seiner ihm zur Verfügung stehenden Masse in seine „Fortpflanzung“ investieren – kein „natürliches“ Universum könnte es mit ihm aufnehmen.
Die Replikatorkatastrophe
Nun, es gibt eine sehr effiziente Möglichkeit, das Universum in enorm viele, kleine Schwarze Löcher zu transformieren: mit einer Replikatorkatastrophe. Ein Replikator ist eine Maschine (die nicht intelligent sein muss), die aus Materie, die sie im Universum findet, Kopien ihrer selbst baut. Ein Replikator braucht natürlich eine Energiequelle, und die effizienteste denkbare Energiequelle ist ein kleines Schwarzes Loch. Eine Replikatorkatastrophe tritt dann ein, wenn einer der Replikatoren damit beginnt, sich unkontrolliert zu vermehren (in jeder Replikatorpopulation, und sei sie noch so kontrolliert, dürfte das früher oder später passieren…). Er frisst Asteroiden, Planeten, Sterne auf, gibt seinen Bauplan und seine Handlungsweise an eine exponentiell wachsende Schar von genauso gefrässigen Nachfahren weiter – eben so lange, bis alle Materie im Universum von Replikatoren aufgefressen wurde.
Ein Universum, das die Entstehung von Replikatoren und Replikatorkatastrophen begünstigt, wäre extrem effizient darin, sich im Multiversum fortzupflanzen. Da Replikatoren wohl nur über intelligente Lebensformen entstehen können, würde das Universum zunächst intelligente Lebensformen entstehen lassen – wohl möglichst viele, um die Chancen der Entstehung von Replikatoren zu erhöhen (ich rede hier immer davon, als ob das Universum eine bewusste Entscheidung treffen würde – das ist natürlich nicht so, aber es macht das erklären einfacher. Korrekt ist es einfach so, dass Universen, die derart beschaffen sind, dass die Entwicklung diesen Weg nimmt, gegenüber allen anderen begünstigt sind und damit die Population der (bewohnbaren) Universen innerhalb des Multiversums dominieren, womit die Wahrscheinlichkeit, dass wir ein solches Universum bewohnen, erhöht wird). Die intelligenten Lebensformen würden dann ihrerseits Replikatoren bauen, die irgendwann eine Replikatorkatastrophe auslösen und so die nächste Generation an Schwarzen Löchern (und damit Universen mit derselben „Einstellung“) erzeugen. Eine Replikatorkatastrophe würde im Übrigen auch erklären, warum die Menschheit relativ früh in der Geschichte der Galaxis auftaucht (es wird noch für viele hundert Milliarden Jahre bewohnbare Welten in der Galaxis geben) und warum wir keine anderen Zivilisationen beobachten. Die mittel- und langfristige Zukunft wird nämlich, zumindest in diesem Szenario, von Replikatoren beherrscht, und es bilden sich keine Zivilisationen neuen mehr. Die Zivilisationen sind widerum soweit voneinander entfernt, dass sie eher Replikatoren entwickeln, bevor sie überhaupt die Möglichkeit haben, mit einer anderen Zivilisation in Kontakt zu treten.
Kurz, das Universum sähe für die allermeisten Zivilisationen genauso aus, wie es sich uns darstellt. Harmlos, aber mit einer äusserst düsteren Zukunft.