Philosophische Probleme der Naturwissenschaften

Das Universum als „ökologische Nische“ der Menschheit: Der anthropische Prinzip und die Idee der Zweckmäßigkeit in der Kosmologie

Seit jeher haben Menschen darüber nachgedacht, ob das Universum einem bestimmten Plan, einer Ordnung, unterliegt. Sie fanden Erklärungen für ihre lokale wie globale Umgebung: Der Boden schien geschaffen, um essbare Pflanzen hervorzubringen, Himmelskörper dienten der Navigation, Winde und Wellen lieferten Energie. Über Jahrhunderte entstand der Eindruck, die Welt und ihre Reichtümer seien eigens darauf abgestimmt, menschliche Bedürfnisse zu befriedigen.

Die antiken Griechen betrachteten das Universum als einen Organismus, dessen Bestandteile auf das Wohl des Ganzen ausgerichtet seien. Dieser Blick gründete auf der Analogie zwischen der natürlichen Welt und der menschlichen Gesellschaft. Auch in der Renaissance hielt sich dieses Prinzip der Analogie, wenngleich die Paradigmen sich wandelten: von einer organischen hin zu einer mechanischen Sichtweise. Heute ist uns bewusst, dass die Natur unfertig und wandelbar ist, was sie grundlegend von den “mechanischen Uhren“ der Renaissance unterscheidet. Eine unvollständige Uhr funktioniert nicht. Die Erforschung der Zeit in der Natur führt uns zur Abkehr von Argumenten, die auf allgegenwärtiger Harmonie und Vollkommenheit basieren.

Berühmte Denker der Neuzeit äußerten sich skeptisch gegenüber der Idee eines bewussten Plans. Galileo Galilei kritisierte den menschlichen Hochmut, anzunehmen, Gottes Hauptbeschäftigung bestehe darin, für die Menschen zu sorgen, und dass sie das einzige Ziel göttlicher Vernunft und Macht seien. René Descartes stellte fest, dass wir die Existenz zahlloser Dinge nicht leugnen können, die nie von Menschen bemerkt, verstanden oder genutzt wurden. Obwohl Descartes den Plan an sich nicht völlig verwarf, betonte er, dass dessen Erkennen unser Verständnis übersteige. Der Physiker Pierre-Louis Moreau de Maupertuis vertrat, inspiriert von Leibniz, die Auffassung, dass neben unserer “besten aller möglichen Welten“ auch andere existieren könnten. Maupertuis suchte Erklärungen in allgemeinen regulativen Prinzipien und physikalischen Gesetzen, die durch das Prinzip der geringsten Wirkung bedingt seien. Nach ihm müsse der Plan in den fundamentalen Gesetzen des Kosmos und den einzigartigen Ordnungsprinzipien gesucht werden, die dem Ganzen zugrunde liegen.

Eine der faszinierendsten Eigenschaften der Welt ist die Möglichkeit, dass sich Ordnung (oder ein Plan) nicht durch das Eingreifen eines Schöpfers, sondern spontan entwickeln kann. Diese Erkenntnis verdanken wir der Synergetik, einer neuen Wissenschaft, die Mechanismen der Selbstorganisation untersucht. Sie beschreibt das spontane Entstehen, relativ stabile Bestehen und den Zerfall makroskopisch geordneter Strukturen in bestimmten Systemen. Synergetik zeigt, dass die Welt nicht als statisches Museum zu betrachten ist, sondern als Abfolge destruktiver und kreativer Prozesse. Über Jahrhunderte wurde der Mensch von der Natur, vom Universum und von seinem eigenen Wesen entfremdet, da die klassische Wissenschaft größtmögliche Objektivität forderte. Der alte Bund zwischen Mensch und Natur wurde zerstört. Seit Kopernikus wissen wir, dass die Erde nicht das Zentrum des Universums ist, seit Darwin, dass der Mensch nicht grundlegend vom Tier getrennt ist, und seit Freud, dass das Bewusstsein nur ein Teil einer uns verborgenen Realität ist. Indem sich der Mensch als Teil der Natur begreift, hat er seine Vormachtstellung und das Besondere seines Verhältnisses zur Natur verloren.

Doch in der Synergetik ändert sich die Rolle des Menschen: Er wird von einem abstrakten Beobachter zu einem integralen Bestandteil eines sich selbst organisierenden Universums. Die Beschreibung der Natur ist kein distanziertes Unterfangen, sondern ein lebendiger Dialog, der zeigt, dass wir in die reale physische Welt eingebettet sind. Forschungen offenbaren instabile Systeme und Phänomene wie innere Zufälligkeit und Irreversibilität. Über diese Erkenntnisse gelangt der Beobachter zu dissipativen Strukturen in weit vom Gleichgewicht entfernten Systemen, wodurch er seine eigene, zeitlich orientierte Tätigkeit als Beobachter versteht. Der Beobachter erkennt sich nun als untrennbaren Teil der Welt, die er beschreibt. Damit der makroskopische Kosmos bewohnbar ist, ein Ort, an dem Beobachter existieren, muss das Universum in einem stark unausgeglichenen Zustand sein.

Doch ist die Menschheit allein im Universum? Viele Wissenschaftler, darunter I. S. Schklowski, Freeman Dyson und Michael Hart, halten die Wahrscheinlichkeit für die Entwicklung technologisch fortgeschrittener, interstellar kommunikationsfähiger Zivilisationen für äußerst gering. Russische Forscher wie L. S. Marotschkin und L. M. Muchin wiesen auf die besonderen Bedingungen in der sogenannten korotationalen Zone unserer Galaxie hin, in der die galaktische Umlaufbahn des Sonnensystems verläuft. Diese Zone könnte der Entstehung von Leben, wie wir es kennen, förderlich sein. Möglicherweise sind wir die einzigen vernunftbegabten Wesen in unserer Galaxie oder gar im gesamten Universum. Carl Sagan und William Newman argumentierten, dass eine technisch hochentwickelte Intelligenz bereits die Sonnensysteme erreicht und sich bemerkbar gemacht hätte, falls sie existierte. Da dies nicht der Fall ist, bleibt die Menschheit vorerst allein.

Irgendwann könnten jedoch Bedingungen eintreten, die das Leben vernunftbegabter Wesen unmöglich machen — sei es durch extreme Hitze, Kälte oder Strahlung. Hochentwickelte Zivilisationen könnten dann gezwungen sein, Roboter zu schaffen, sogenannte von Neumann-Sonden, die in der Lage wären, unter extremen Bedingungen zu existieren und genetisches Material sowie kulturelle Werte zu bewahren.

In der Hierarchie der Materieebenen nimmt der Mensch einen bestimmten Platz ein. Sein Dasein ist jedoch von Prozessen abhängig, die die Entstehung organischen Lebens ermöglichen. Diese Prozesse setzen bestimmte Formen und Zustände der Materie voraus, die möglicherweise nur in den Bereichen des Universums vorkommen, wo Leben und Vernunft existieren. In den 1970er Jahren führte der englische Astrophysiker Brandon Carter den Begriff des anthropischen Prinzips ein, um der kopernikanischen Idee entgegenzutreten, der Mensch nehme keinen privilegierten Platz im Universum ein. Unsere Existenz als komplexe physikalisch-chemische Wesen erfordert spezifische Bedingungen, die nur an bestimmten Orten des Universums und zu bestimmten Zeiten seiner Geschichte gegeben sind. Etwa passende Temperaturen, die nur in einem engen Bereich von Entfernungen zu Sternen wie unserer Sonne vorkommen. Die Existenz eines “gastfreundlichen Hauses“ in Form eines Planeten mit einer Energie liefernden Sonne ist eine weitere Bedingung.

Wir leben in einer bestimmten Epoche und sind Zeugen der zuvor beschriebenen Faktoren: In früheren oder späteren Zeitaltern hätten wir schlicht nicht existieren können. Aus diesen Überlegungen formt sich eine Variante des anthropischen Prinzips, das sogenannte schwache anthropische Prinzip: Das, was wir zu beobachten erwarten, muss durch die Bedingungen unseres Daseins als Beobachter eingeschränkt sein. Nach Stephen Hawking besagt das schwache anthropische Prinzip, dass in einem Universum, das räumlich oder zeitlich unendlich groß ist, die Bedingungen, die für die Entwicklung intelligenter Wesen notwendig sind, nur in einigen räumlich und zeitlich begrenzten Bereichen erfüllt sein können. Daher sollten sich intelligente Wesen in diesen Bereichen nicht wundern, dass der Ort, an dem sie leben, die Voraussetzungen erfüllt, die für ihr Dasein notwendig sind. So wie ein reicher Mensch, der in einem angesehenen Viertel lebt, keine Armut um sich herum wahrnimmt. Mithilfe des schwachen anthropischen Prinzips lässt sich erklären, warum der Urknall vor etwa 13 Milliarden Jahren stattfand — weil intelligente Wesen genau so viel Zeit benötigten, um zu entstehen und sich zu entwickeln.

Eine weitergehende Variante ist das starke anthropische Prinzip: Das Universum muss solche Eigenschaften aufweisen, die es ermöglichen, dass sich zu einem bestimmten Zeitpunkt in seiner Geschichte Leben entwickeln kann. Oder anders gesagt: Das Universum ist so beschaffen, weil wir existieren. Diese Modifikation verweist auf die besonderen Eigenschaften des Universums, das wir bewohnen. Für das stabile Bestehen von Atomen, Sternen und Galaxien ist eine äußerst präzise “Feinabstimmung“ verschiedener numerischer Werte fundamentaler physikalischer Konstanten erforderlich. Schon geringfügige Abweichungen von diesen Werten würden zu einer radikalen Instabilität führen oder bestimmte Entwicklungsschritte verhindern. Wäre etwa die Gravitationskonstante etwas schwächer, so gäbe es nur “rote Zwerge“ unter den Sternen. Wäre sie hingegen stärker, bestünde die Hauptreihe der Sterne ausschließlich aus “blauen Riesen“. Sterne mittlerer Masse, wie unsere Sonne, würden fehlen — und damit auch die Möglichkeit, dass im Universum intelligente Wesen entstehen.

Der Theologe John Leslie sieht im starken anthropischen Prinzip einen naturwissenschaftlichen Beweis für die Existenz eines Schöpfers. Aus der feinen “Abstimmung“ der numerischen Werte fundamentaler physikalischer Konstanten wird geschlossen, dass unser Universum von einem höchsten Wesen “programmiert“ wurde — und das auf die bestmögliche Weise. Wissenschaftler hingegen stellen der theologischen Position die Hypothese der Multiversen entgegen: Jeder dieser Universen hat seine eigenen Anfangsbedingungen, seine eigenen Naturgesetze und seine spezifischen numerischen Werte der fundamentalen Konstanten. In den meisten dieser Universen wären die Bedingungen ungeeignet für die Entwicklung komplexer Organismen; nur in wenigen, die unserem Universum ähneln, konnten sich intelligente Wesen entwickeln. Diese stellen dann die Frage: “Warum ist unser Universum so, wie wir es wahrnehmen?“ Die Antwort lautet: “Wenn das Universum anders wäre, gäbe es uns nicht.“

Die Gesetze der modernen Wissenschaft umfassen eine Reihe fundamentaler physikalischer Konstanten wie die elektrische Ladung des Elektrons, die Masse des Protons, das Verhältnis der Protonen- zur Elektronenmasse, die Gravitationskonstante und andere. Erstaunlich ist, dass diese Werte stark “abgestimmt“ sind, um das Entstehen und die Entwicklung von Leben zu ermöglichen. Stephen Hawking hält jedoch einige Einwände gegen die Anwendung des starken anthropischen Prinzips zur Erklärung des beobachteten Zustands des Universums für berechtigt. Erstens: Sollten andere Universen existieren, so wären sie voneinander isoliert, und Ereignisse außerhalb unseres Universums könnten keine beobachtbaren Folgen in unserem Universum haben. Wenn diese Universen lediglich unterschiedliche Bereiche eines einzigen Universums wären, müssten die Naturgesetze in jedem Bereich identisch sein, da sonst ein kontinuierlicher Übergang zwischen den Bereichen unmöglich wäre. Dann aber würden sich die Bereiche nur durch ihre Anfangsbedingungen unterscheiden, und das starke anthropische Prinzip würde auf das schwache reduziert. Zweitens: Das starke anthropische Prinzip impliziert stillschweigend, dass unsere gesamte Metagalaxis mit ihrer Galaxie, der Sonne und anderen kosmischen Objekten zu unserem Zweck existiert. Das erscheint schwer vorstellbar. Unsere Sonne und unser Sonnensystem sind zweifellos notwendige Voraussetzungen für unser Dasein; Ähnliches gilt für unsere Galaxie. Es besteht jedoch keine Notwendigkeit, dass alle anderen Galaxien und das gesamte Universum auf großen Skalen und in alle Richtungen gleichförmig sind.

Die moderne Wissenschaft neigt eher zur Hypothese der Multiversen als zur Hypothese eines Schöpfers. Die Vielfalt der Welten ist im 20. Jahrhundert von einer Hypothese zu einem empirischen Faktum geworden. Beispielsweise beweist die Existenz von Makro-, Mikro- und Megawelten diese Vielfalt. Die Ersetzung der Idee der Multiversen durch die Gottesidee wäre der Austausch einer einfacheren Hypothese gegen eine kompliziertere. Gott wäre eine übernatürliche Kraft, die außerhalb von Raum und Zeit existiert und nicht dem Kausalitätsprinzip unterliegt. Aussagen über eine solche Kraft und ihre Eigenschaften können nur geglaubt, aber nicht experimentell überprüft werden. Stephen Hawking argumentiert: Solange wir annehmen, dass das Universum einen Anfang hatte, können wir glauben, dass es einen Schöpfer gab. Wenn jedoch das Universum tatsächlich vollständig geschlossen und ohne Grenzen oder Ränder ist, dann hätte es weder Anfang noch Ende: Es existiert einfach. Für einen Schöpfer gäbe es in diesem Fall keinen Platz.

Eine weitere Modifikation des anthropischen Prinzips ist das Prinzip der Beteiligung: Beobachter sind notwendig, damit das Universum existiert. Es gibt eine Klasse von Problemen in der Astronomie und Physik, die grundlegende Fragen über die Begrenztheit der menschlichen Wahrnehmung und des Denkens aufwirft. Dazu zählen Fragen wie die “zufälligen“ Werte fundamentaler physikalischer Konstanten, die Interpretation der Quantenmechanik oder das offensichtliche Fehlen außerirdischer Intelligenz. Für jedes dieser Probleme gibt es eine oder mehrere Theorien, die unkonventionelle ad-hoc-Erklärungen vorschlagen. Die Bedingungen, unter denen Wissenschaft betrieben wird, haben sich grundlegend verändert. Der Mensch nimmt sinnliche Daten nicht passiv auf und speichert sie für eine spätere Verwendung. Vielmehr wählt er die Daten aktiv aus, modifiziert sie und ordnet sie in Raum-Zeit-Rahmen ein. So ist unsere phänomenale Welt selbst konstruiert und so beschaffen, dass sie alles Fremde abwehrt. Unsere subjektiven Eigenschaften begrenzen unsere Fähigkeiten. Das Prinzip der Beteiligung ist eng mit dem Anthropozentrismus in der Beschreibung des Universums verbunden, indem der Entwicklungsprozess des Universums der schöpferischen Tätigkeit des Menschen gleichgesetzt wird. In der Wissenschaft sprechen wir primär vom Beobachter. Das Konzept des Beobachters entsteht aus der Wechselwirkung zwischen Mensch und materieller Welt, wobei idealisierte Gebilde wie Begriffe, Ziele oder Aufgaben entstehen. Die Einführung des Beobachters in die Quantenkosmologie führt zu der Vorstellung, dass das Universum durch einen Akt der Messung erschaffen wurde. Die Kopenhagener Schule weist dem Beobachter die Rolle des Interpreten quantenmechanischer Phänomene zu. Es ist offensichtlich, dass der Mensch eine doppelte Stellung einnimmt: als Teil der Welt und als deren Untersuchender und Bewertender. Daraus ergibt sich der Name dieses Prinzips — anthropisch. Der Mensch wird als eine Art Bezugspunkt, als Maßstab für die Komplexität der Verbindungen und Beziehungen der gesamten Umwelt betrachtet. Aber gab es einen solchen Bezugspunkt vor dem Menschen, und wird es ihn nach ihm geben?

Der finale anthropische Prinzip besagt: Ein intelligenter Informationsprozess muss im Universum entstehen, und sobald er entstanden ist, wird er niemals aufhören. Sollte die Entstehung von Bewusstsein notwendigerweise durch die universelle Ordnung impliziert sein, so erscheint es schwierig, sich mit der Aussicht auf dessen zukünftige Zerstörung zu versöhnen, die in einigen kosmologischen Szenarien unvermeidlich scheint. Es wäre vernünftiger anzunehmen, dass die Natur nicht gleichgültig gegenüber dem Schicksal des Bewusstseins ist und Bedingungen für dessen ewiges Fortbestehen schaffen wird — jedoch keineswegs zwingend in den gegenwärtigen menschlichen Formen. Wissenschaftler vermuten, dass der Homo sapiens in der Zukunft vom Homo computeras abgelöst werden könnte.

Die letzten beiden Modifikationen des anthropischen Prinzips weichen von der wissenschaftlichen Rationalität ab und verdienen eine kritische Betrachtung. In manchen wissenschaftlichen Publikationen werden sie gar nicht erwähnt.

Wie lässt sich das anthropische Prinzip klassifizieren? Hierzu existieren unterschiedliche Meinungen. Einige Autoren, wie etwa A. W. Nesteruk, setzen das anthropische Prinzip mit einem neuen wissenschaftlichen Paradigma gleich. Andere, darunter B. Carter, R. Wheeler, W. W. Kasjutin und J. W. Balaschow, betrachten es als einen methodologischen und heuristischen Grundsatz. W. P. Branski wiederum sieht darin ein metaphorisches Prinzip, das heuristisch ist und einen systemisch-informativen Charakter trägt.

Eine tiefgehende Analyse des anthropischen Prinzips zeigt, dass es sich um eine Variante des Beobachtbarkeitsprinzips handelt. Wenn wir von einem wissenschaftlichen Weltbild ausgehen, so sollten wir aus dem wahrscheinlichen Spektrum kosmologischer Modelle jenes auswählen, in dem die Entstehung eines Beobachters möglich ist. Nur in diesem Fall wird das Universum, das durch dieses Modell beschrieben wird, aus prinzipiell beobachtbaren Objekten bestehen. Aus der Perspektive eines konsequenten wissenschaftlichen Weltbildes entspricht die objektive Realität der Gesamtheit solcher Objekte. Ein kosmologisches Modell hingegen, das die Möglichkeit der Entstehung eines Beobachters im Universum ausschließt, kann folglich keine angemessene Beschreibung der realen Welt liefern.