Sir Rogers unorthodoxe Theorie des Universums

  • Sir Roger Penrose kurz vor seinem Wiener Vortrag über seine neue zyklische 
Theorie des Universums.
    foto: standard/christian fischer

    Sir Roger Penrose kurz vor seinem Wiener Vortrag über seine neue zyklische Theorie des Universums.

  • Eine der bunten Vortragsfolien des passionierten Zeichners Penrose: seine Version des kosmologischen Standardmodells.
    foto: standard/christian fischer

    Eine der bunten Vortragsfolien des passionierten Zeichners Penrose: seine Version des kosmologischen Standardmodells.

Wie hat das Universum begonnen und wie wird es enden? Der renommierte englische Physiker Roger Penrose hat eigene Ideen, die er kürzlich in Wien präsentierte: Unser Universum sei zyklisch und zugleich unendlich

Im Moment sei er ein wenig frustriert, gesteht Roger Penrose nach rund einer Stunde Gespräch, die bis dahin weniger ein Interview als eine beeindruckende Nachhilfestunde unter anderem über das Wesen und den Zweck des Universums waren. Der Grund für die Frustration des weltbekannten Forschers, der außer dem Nobelpreis so ziemlich alle Ehrungen erhalten hat, mit denen man als Physiker ausgezeichnet werden kann: Seine eigene Theorie des zyklischen Universums werde nicht wirklich ernst genommen.

Wenn er Vorträge darüber halte, würden die Zuhörer nachher stets zu ihm sagen: "Netter Vortrag und hübsche Bilder", so Penrose: "Aber die Art, wie sie es sagen, macht mir klar, was sie wirklich meinen, nämlich: Das ist aber eine ziemlich verrückte Idee." Der 81-jährige Emeritus der Universität Oxford, der sehr viel jünger wirkt, würde hingegen den Begriff "unorthodox" vorziehen.

Sehr viel euphorischer fielen kurze Zeit später die Reaktionen aus, als Penrose vergangenen Freitag auf Einladung der Fakultät für Physik der Uni Wien einen öffentlichen Vortrag über seine Theorie hielt - wie üblich ohne Powerpoint, sondern mit einer Flut an handgezeichneten Overheadfolien, die es auch im Netz nachzuklicken gibt. Zuhörer beschreiben den Vortrag als "Sternstunde", und der Referent wurde weit über die vorgesehene Zeit mit Fragen bestürmt.

Im Laufe seines langen Forscherlebens hat sich der längst zum Sir geadelte Penrose nicht nur mit Fragen der Kosmologie, sondern mit einer erstaunlichen Bandbreite von Themen befasst, "die aber fast alle irgendetwas etwas miteinander zu tun haben", so der mitteilungsfreudige Physiker. Berühmt machte ihn unter anderem der mit Stephen Hawking vorgelegte Beweis, dass - vereinfacht formuliert - einige von Einsteins Gleichungen ohne Urknall oder Schwarze Löcher nicht zu haben sind; die grundlegenden Arbeiten von Penrose zur Allgemeinen Relativitätstheorie inspirierten Generationen von Physikern und Mathematikern.

Faszinierende Geometrien

Daneben schuf der leidenschaftliche Zeichner indirekt auch in der Kunstgeschichte und der Geometrie Bleibendes: Bereits mit 23 erfand er nach dem Besuch einer Ausstellung des Zeichners M.C. Escher das sogenannte Penrose-Dreieck, nach seinen eigenen Worten "die Unmöglichkeit in ihrer reinsten Form". Das Dreieck, das in gewisser Weise eine Abstraktion von Eschers Zeichnungen war, inspirierte den niederländischen Künstler seinerseits wieder zu einigen seiner berühmtesten Zeichnungen: den "Wasserfall" sowie "Ascending und Descending", das ein burgartiges Gebäude zeigt, dessen oberer Rundgang zugleich nach oben und unten führt.

Seine Passion für Geometrie machte den Physiker und Mathematiker aber auch zum Erfinder der nach ihm benannten unregelmäßigen Parkettmuster, deren besondere Pointe darin besteht, dass sie sich trotz ihrer scheinbar einfachen Grundschemata niemals periodisch wiederholen. Schließlich wurde der Physiker auch noch durch seine populärwissenschaftlichen Beiträge zur Arbeitsweise des menschlichen Gehirns bekannt: In Büchern wie Computerdenken oder Schatten des Geistes versucht er, Phänomene des Bewusstseins mit einer Art "Quantenbiologie" zu erklären.

Seine Erklärung des Geistes aus einer neuen Art von Quantenphysik wurde von den Fachkollegen freilich ähnlich skeptisch aufgenommen wie seine Theorie des zyklischen Universums - was Penrose mit einem gerüttelt Maß an britischer Ironie trägt. Dennoch möchte er, dass die in siebenjähriger Arbeit entwickelte Theorie ernster genommen werde als bisher. Mit seiner Teilnahme am "Vienna Central European Seminar on Particle Physics and Quantum Field Theory" und seinem Vortrag in Wien hat er dazu gewiss einen Beitrag geleistet.

Worum aber geht es in Penroses Theorie und was macht sei so verrückt oder eben "unorthodox"? Nach dem kosmologischen Standardmodell ereignete sich vor etwa 13,7 Milliarden der Urknall. Danach kam es zur sogenannten kosmologischen Inflation, was nichts mit Entwertung zu tun hat, sondern die frühe Phase extrem rascher Ausdehnung des Universums bezeichnet, die sich nach wie vor fortsetzt.

Warum das so ist, gilt als eines der größten physikalischen Rätsel - für das Penrose eine alternative Lösung vorschlägt, bei der Schwarze Löcher, dunkle Materie, Information und insbesondere der zweite Hauptsatz der Thermodynamik ("Entropie nimmt ständig zu") eine entscheidende Rolle spielen. Die meisten dieser Phänomene würden sich auf dem ersten Blick zwar ganz gut mit dem kosmologischen Standardmodell erklären lassen.

Streit um Schwarze Löcher

"Aber da gibt es noch etliche Fragen", sagt Penrose. Etwa, was mit supermassiven Schwarzen Löchern passiert, wenn diese bei Zusammenstößen von Galaxien kollidieren. Astrophysiker wie Stephen Hawking und Penrose gehen davon aus, dass die sich gegenseitig "fressen" und es dabei zu einem enormen Ausbruch von Gravitationswellen kommt - ohne dass es weder für solche Kollisionen noch für die Folgen konkret beobachtete Belege gibt. "Der frühe Stephen Hawking hat auch noch behauptet, dass mit Schwarzen Löchern auch die gesamte Information verschwindet", sagt Penrose. "2004 hat er dann seine Ansicht geändert. Ich glaube aber, dass der frühe Hawking recht hatte."

Durch konsequentes Weiterdenken solcher Hypothesen kommt Penrose zum Modell eines zyklischen Universums, bei dem ein sogenanntes Äon (mit dem Begriff bezeichnet Penrose einen solchen Zyklus) auf das nächste folgt - wobei ein Äon paradoxer Weise ewig dauert. Wie aber ist das möglich? Ganz einfach: "Zeit ist keine so definitive Angelegenheit, wie wir gerne annehmen", sagt Penrose. "Denn in letzter Konsequenz ist Zeit durch die Masse von Teilchen bestimmt. Gibt es keine Masse mehr gibt, gibt es auch keine Zeit mehr."

Und wie kann man sich vorstellen, dass es - wann auch immer - keine Masse mehr gibt? Für Penrose tritt dieser Fall beim Übergang von einem Äon zum nächsten ein, also auch beim Urknall. Dann komme es zu einem " verkehrten Higgs-Mechanismus". (Der "richtige" Higgs-Mechanismus ist der Vorgang, der nach dem Urknall den Teilchen erst Masse verleiht.) Deshalb ist Penrose auch sehr daran interessiert, was die Cern-Physiker dieses Jahr über das Higgs-Teilchen herausfanden.

Ansonsten hält Penrose die jüngeren Entwicklungen der Teilchenphysik für zu kompliziert. "Ich weiß einfach zu wenig darüber, um das alles zu verstehen." Auch neueren theoretischen Trends wie der String-Theorie kann er nicht allzu viel abgewinnen: "Das hat ziemlich wenig mit Physik zu tun und ist eher für die Mathematik interessant." Insofern seien Entdeckungen wie die des Higgs-Teilchens womöglich gut, die Leute wieder dazu zu bringen, sich mehr mit "wirklichen" physikalischen Phänomenen zu beschäftigen - die bei Penrose freilich sehr bald recht theoretisch werden.

Bewusstsein im Universum

Apropos: Wie sei seine Äußerung zu verstehen, dass das Universum einen Zweck habe und nicht zufällig da sei? "Diese Frage wurde mir kürzlich auch in der Ukraine gestellt", erinnert sich Penrose: "Ich denke, dass es etwas geben muss, das sich des Universums bewusst ist. Ohne das wäre es sonst nicht da." Im Übrigen geht der Physiker nicht davon aus, dass Zivilisationen mit solchen höheren Formen des Bewusstseins im Universum allzu weit verbreitet sind. "Im Fall der Erde und der Menschheit brauchte es einfach sehr sehr viele Zufälle."

Damit sind wir indirekt wieder bei einer anderen zentralen Frage in der Theorie des zyklischen Universums: der nämlich, was mit der Information passiert, wenn es zum Übergang von einem Äon zum nächsten kommt. Laut Penrose wird die im Gegensatz zur Masse weiter transferiert. Und quasi als Beweis schlägt er eine besonders gewagte Idee vor, an der er seit geraumer Zeit arbeitet und die wiederum mit der sogenannten kosmischen Hintergrundstrahlung zu tun hat.

Die wird gemeinhin als "Echo" des Urknalls interpretiert. Noch etwas rätselhaft sind die Temperaturschwankungen dieser Strahlung, die aber prinzipiell mit der Theorie vom sich immer schneller ausdehnenden Universums erklärbar sind. Penrose bietet eine alternative Erklärung: Kreisförmige Temperaturunterschiede könnten indirekte Signale von Kollisionen supermassiver Schwarzer Löcher aus früheren Äonen sein.

Genau über diese unorthodoxe Idee hat er mit seinem armenischen Kollegen Vahe Gurzadyan vor zwei Jahren einen Artikel bei der Royal Society zur Publikation eingereicht. Bereits drei Mal hätten die Gutachter immer wieder neue Einwände geäußert. "Aber vielleicht klappt es ja beim vierten Mal", sagt Penrose - nicht wirklich allzu frustriert. (Klaus Taschwer, DER STANDARD, 05.12.2012)

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