Dieser Beitrag schließt an den Beitrag „Was ist Materie?“ an und ist (mit geringen, dem Format geschuldeten Abwandlungen) ein Auszug aus meinem Buch „Phänometrie. Ist Bewusstsein mathematisch greifbar?

Es gibt viele Ansätze, sich dem Phänomen der Raumzeit ontologisch zu nähern. Dem heute dominanten physikalistischen Paradigma am nächsten ist wohl die relationistische Interpretation der Raumzeit. So wie das Wesen einer Entität allein durch ihre dynamischen Relationen bzw. ihre kausale Rolle im Zusammenhang mit anderen Entitäten definiert ist – siehe hier -, so ist auch die Raumzeit eben nichts anderes als die Darstellung der dynamischen Relationen von (materiellen respektive energetischen) Entitäten zueinander. Allein diese Entitäten sind als real zu betrachten. Albert Einstein vertrat diese Auffassung und machte sie sehr anschaulich in folgender Aussage:

„Man kann es scherzhaft so ausdrücken. Wenn ich alle Dinge aus der Welt verschwinden lasse, so bleibt nach Newton der Galileische Trägheitsraum, nach meiner Auffassung aber nichts übrig.“

Albert Einstein in einem Brief an Karl Schwarzschild, Berlin 9.1.1916, ges. in Kober, Martin (2010): Über die Beziehung der begrifflichen Grundlagen der Quantentheorie und der Allgemeinen Relativitätstheorie, Saarbrücken: Suedwestdeutscher Verlag für Hochschulschriften, S.47

Ist es wirklich das, was die Allgemeine Relativitätstheorie über die Natur der Raumzeit nahelegt? Zunächst scheint es so: Das grundlegende Prinzip der Allgemeinen Relativitätstheorie ist das der Diffeomorphismeninvarianz oder auch Hintergrundunabhängigkeit: Sie postuliert, dass es einen absoluten, statischen Raum bzw. eine absolute, statische Raumzeit, auf der sich alle anderen relativen Dinge abspielen, nicht gibt. Die Metrik der Raumzeit selbst ist eine dynamische Größe, die relativistischen Effekten unterliegt. Angesichts dessen ergeben sich aber für mich zwei Fragen: Wie kann es dann sein, dass etwas, was doch keine eigenständige Entität ist, Effekten unterliegen kann? Wie kann es sein, dass an einer fiktionalen Entität eine Wirkung ausgelöst werden kann? Gut, nun kann man sagen, das ist nur ein Taschenspielertrick der Mathematik, indem sie eine fiktionale Hilfsentität postuliert, die ebenso fiktionalen Effekten unterliegt, weil dies explanatorisch nützlich ist, um das Verhalten von Materie zu beschreiben.

Doch dass dies nicht so einfach behauptet werden kann, zeigt die Problematik der Expansion: Wie kann etwas, das keine eigenständige Existenz hat, Moment für Moment expandieren? Was expandiert denn dann da? Eine fiktionale Entität und in Wahrheit bewegen sich doch nur materielle Objekte relativ zueinander? Denn das muss man doch annehmen, wenn man annimmt, dass nur Materie real ist. Doch dann müsste man annehmen, dass sich weit entfernte kosmische Objekte mit Überlichtgeschwindigkeit von uns wegbewegen. Dafür wiederum müsste man annehmen, dass die Allgemeine Relativitätstheorie und deren zentrales Postulat, dass nämlich die Lichtgeschwindigkeit die höchstmögliche Geschwindigkeit innerhalb der Raumzeit ist, falsch ist. Da sie aber ganz offenbar eine sehr präzise Theorie ist, die in unzähligen Fällen experimentell bestätigt wurde und noch immer wird, ist das keine gute Idee. Also sollten wir uns besser an den Gedanken gewöhnen, dass die Raumzeit wirklich existiert, wenn wir nicht die Allgemeine Relativitätstheorie über den Haufen werfen wollen. Dementsprechend lautet auch der heutige Konsens unter Astrophysikern, dass die Raumzeit selbst expandiert. Die Raumzeit selbst ist nämlich nicht an die kosmische Geschwindigkeitsbeschränkung gebunden, diese gilt nur innerhalb der Raumzeit. Zwar wird sie laut Standardmodell der Kosmologie angetrieben durch eine hypothetische Dunkle Energie, aber dennoch ist es Raumzeit, die expandiert und nicht Materie, von der die Bewegung herrührt.

Bei ihrer Ausdehnung begleitet die Raumzeit noch eine Kosmologische Konstante, genannt Lambda (Λ). Diese Variable repräsentiert, so die gängige Interpretation, die Energiedichte des Vakuums, die, wie der Name schon sagt, konstant bleibt. Anders als alle anderen Energieformen dünnt sie nicht aus, wenn ihr Trägervolumen vergrößert wird. Man kann im Falle des Verhältnisses von Vakuumenergie und Raumzeit streng genommen gar nicht von Energie im Verhältnis zum Trägervolumen sprechen, denn sie ist nicht zu trennen von jener Entität, die expandiert. Sie ist ein intrinsischer, irreduzibler Aspekt der Raumzeit. Also quillt mit der frischen Raumzeit in jedem Moment zwangsläufig ebenso frische Energie ins Universum, die aber von so grundlegend anderer Natur zu sein scheint als die gewöhnliche Energie. Sie ist unauflöslich an ihr Trägervolumen gekoppelt und weder räumlich noch zeitlich veränderlich. Mir stellt sich die Frage, ob diese Energie, die sich damit in so wesentlichen Eigenschaften von der gewöhnlichen Energie unterscheidet, wirklich den Namen „Energie“ verdient hat. Ja, man kann sie messen, wie man auch die gewöhnliche Energie misst. Aber normalerweise zeichnet sich Energie wesenhaft durch ihre räumliche und zeitliche Veränderlichkeit aus sowie dadurch, dass sie sich innerhalb eines Trägervolumens bewegen kann und bei Vergrößerung desselben ausdünnt. Ich glaube daher nicht, dass wir es bei der Entität, deren Wert wir durch die Kosmologische Konstante Λ bestimmen, wirklich mit Energie im ursprünglichen Wortsinne zu tun haben. Wenn das stimmt, hätte dies auch die angenehme Folge, dass die Streitfrage, ob die Expansion der Raumzeit und die mit ihr verbundene vermeintliche Neuentstehung von Energie den Energieerhaltungssatz verletzt, geklärt wäre, und zwar insofern, dass hier in Wahrheit gar keine Energie vorliegt und dass für das, was da entsteht, der Energieerhaltungssatz keine Gültigkeit hat. Für mich scheidet daher auch die in Physikerkreisen oft angedachte Assoziation der Vakuumenergie mit dem Quantenvakuum aus. Diese Identifikation ist, sofern ich das beurteilen kann, Usus in der Physik. Wenn sie wirklich identisch wären, dann müssten in der Vakuumenergie Fluktuationen auftreten und damit wäre sie nicht gefeit vor Effekten wie dem Unruh-Effekt oder der Hawking-Strahlung, welche dann ebenso ganz klar wieder Fragen im Zusammenhang mit dem Energieerhaltungssatz aufwerfen würden. Aber wenn die Vakuumenergie gar nicht identisch ist mit dem Quantenvakuum und folglich auch nichts in ihr fluktuiert, würde sich dieses Problem gar nicht erst ergeben.

Ebenfalls mit Λ und zugleich mit dem Quantenvakuum (was ja als identisch gedacht wird) wird häufig die hypothetische Dunkle Energie assoziiert oder auch identifiziert, welche wie schon erwähnt im derzeitigen Standardmodell der Kosmologie für die Expansion des Universums verantwortlich gemacht wird, indem sie einen antigravitativen Effekt ausüben und dadurch die Raumzeit dazu zwingen soll, zu expandieren anstatt sich, wie in Anwesenheit gewöhnlicher Energie, zu krümmen. Fakt ist, dass die Expansion des Universums tatsächlich mit Λ gut beschrieben werden kann, dementsprechend gehe ich wie viele Physiker stark davon aus, dass die Dunkle Energie mit diesem Lambda identisch ist. Daher gilt für mich auch: Ich glaube nicht, dass die Dunkle Energie wirklich Energie ist, da ich Λ wie oben erwähnt nicht für Energie halte. Dementsprechend halte ich die Dunkle Energie auch nicht für identisch mit dem Quantenvakuum.

Die Tätigkeit der Expansion ist vielleicht eher eine grundlegende Eigenschaft der Raumzeit selbst, für die sie keiner antigravitativ wirkenden Energie bedarf. Mann könnte Raumzeit möglicherweise als eine Entität interpretieren, deren natürliches Verhalten in Abwesenheit von Energie/Materie das der Expansion ist (zumindest bis dato), die nur durch die Anwesenheit von Energie/Materie verlangsamt oder auch gar umgekehrt werden kann. Wenn sie nicht wie im physikalismusnahen Relationismus als fiktionale Entität angesehen wird, spricht auch nichts dagegen, dass sie der Energie gegenüber eigenständige Fähigkeiten verfügt. Dann bräuchte es nicht das Postulat einer Dunklen Energie, welches im Konflikt mit dem Energieerhaltungssatz steht: Denn wenn eine mysteriöse Dunkle Energie für das beständige Hervorquellen neuer Raumzeit verantwortlich ist, könnte man meinen, dass sie das nur unter Missachtung der Energieerhaltung tun kann, weil ja mit jedem Kubikmeter neuer Raumzeit auch eine konstante Menge neuer Energie ins Universum kommt. Zumindest gehen einige Wissenschaftler davon aus, dass die Dunkle Energie ein Beweis für die Ungültigkeit des Energieerhaltungssatzes ist. Zwar gibt es auch Wissenschaftler, die dafür argumentieren, dass der Energieerhaltungssatz durch die Dunkle Energie nicht verletzt sei, zum Beispiel der theoretische Astrophysiker Matthias Bartelmann, doch bis heute wird dies kontrovers diskutiert. Was ist aber, wenn die Frage „Verletzt die Dunkle Energie den Energieerhaltungssatz oder nicht?“ vollkommen am Kern des Problems vorbeigeht, weil hier gar nicht Energie, sondern eine eigenständige Eigenschaft der Raumzeit am Werke ist? Die Expansion könnte auch als intrinsisches Verhalten der Raumzeit selbst gedacht werden, welches durch den empirisch ermittelten Wert von Λ mit in die Berechnungen einbezogen werden kann. Doch scheint es Menschen offenbar schwer zu fallen, sich vorzustellen, dass auch etwas, was nicht energetischer/materieller Natur ist, einen Effekt ausüben kann – eine offenbar physikalistische Überzeugung, sei sie bewusst oder unbewusst.

Auch die Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie scheinen mir vor dem Hintergrund einer relationistischen Interpretation der Raumzeit wenig Sinn zu ergeben. Diese weisen folgende Sinnstruktur auf: Energie/Materie = Geometrie der Raumzeit (bzw. Gravitationsfeld). Das bedeutet: Die Energie/Materie diktiert der Raumzeit, wie sie sich zu krümmen hat, die Raumzeit diktiert der Energie, wie sie sich zu bewegen hat. Von einer rein relationistischen Perspektive müsste die Krümmung der Raumzeit streng genommen als die Krümmung einer fiktionalen Entität betrachtet werden und die rechte Seite der Gleichungen käme mithin der Beschreibung des Verhaltens einer fiktionalen Entität gleich. Die Aussage der Gleichungen liefe dann auf Folgendes hinaus: Materie/Energie = fiktionale Geometrie einer fiktionalen Entität. Also in Wahrheit wäre dann da keine Raumzeit, die eine spezielle Geometrie hat, die die Bewegungen der Materie diktiert, sondern da wären nur die Objekte, die sich so bewegen, als ob ihren Bewegungen eine spezielle, wohldefinierte Geometrie zugrunde läge, die von ihren Eigenschaften und den Eigenschaften der Objekte abhängen, mit denen sie sich in Relation befinden. Aber wenn sie sich doch so bewegen, als ob dem eine spezielle, wohldefinierte Geometrie zugrunde läge, dann liegt diese Geometrie der Bewegung nicht im Konjunktiv, sondern im Indikativ zugrunde! Die Bewegung ist ja genau so beobachtbar und berechenbar! Warum ist die Raumzeit in den Augen des Relationismus dann fiktional? Weil sie kein Sein in dem Sinne hat, dass sie eine materielle respektive energetische Substanz ist und nur materielle und energetische Dinge real sind?

Nun darf man aber nicht vergessen, dass die relationistische Sichtweise der Raumzeit meist im Zusammenhang mit einem erkenntnistheoretischen Konstruktivismus steht. Relationisten würden also, wenn sie wirklich konsequent sind, gar nicht von der Realität irgendwelcher Dinge oder von der Wahrheit irgendwelcher Theorien sprechen, sondern so etwas sagen wie: Die Allgemeine Relativitätstheorie ist nicht wahr in dem Sinne, dass sie das Sein der Dinge wahrheitsgemäß wiedergibt – zum wahren Sein der Dinge können wir grundsätzlich keine Aussagen machen -, sie ist nur nützlich. Und wenn sie jetzt eine Raumzeit postuliert, dann ist das nur ein menschliches Konstrukt, um das Verhalten von massebehafteten Objekten zueinander zu beschreiben und zu prognostizieren. Es wird eine Eigenschaft, die eigentlich in der Materie selbst liegt, gewissermaßen über diesen Trick der Raumzeit anschaulich gemacht, ausgelagert. Diese Sichtweise ist aus zweierlei Hinsicht problematisch: Wenn wir Raumzeit als Konstrukt betrachten, dann müssen wir konsequenterweise den Aspekt der Materie, so wie sie in der Allgemeinen Relativitätstheorie formuliert und charakterisiert wird, auch als Konstrukt betrachten. Dann wäre alles gleichberechtigt fiktional bzw. konstruiert. Es leuchtet mir nicht ein, warum nur das eine als fiktionale Entität betrachtet werden soll, die anderen beteiligten Konstituenten der Theorie aber nicht. Es kann wohl niemand bestreiten, dass die linke Seite der Gleichung genau so nützlich ist wie die rechte. Wie kommt es dann, dass nur der einen Seite der Gleichung ontologische Realität zugesprochen wird bzw. diese als wahrscheinlicher angenommen wird als die ontologische Realität der anderen Seite der Gleichung? Weil wir Materie sehen und anfassen können, die Raumzeit zwischen zwei Objekten aber nicht? Aber haben Sie schonmal versucht, ohne Raumzeit zu sehen? Oder irgendetwas ohne Raumzeit zu tun? Stellen Sie sich mal vor, alle Materie sei in einem Punkt ohne jegliche raumzeitliche Ausdehnung enthalten. Ohne Raumzeit ist nichts mit diskreten Objekten, die man voneinander durch ihre raumzeitliche Distanz unterscheiden kann! Da ist auch nichts mit „man“ im Sinne von in einem Universum beheimateten, erfahrenden Lebewesen, denn diese brauchen eine gewisse Ausdehnung und vor allem Abstand beziehungsweise eine Relation zu anderen materiellen Entitäten, um existieren und erfahren zu können. Um es etwas scherzhaft zu formulieren: Sie dürfen nicht bis zur Ausdehnungslosigkeit aneinandergequetscht sein, sondern brauchen auch mal etwas Raum und Zeit für sich, um bei sich selbst anzukommen und die eigenen Grenzen zu spüren. Ohne den Raum zwischen materiellen Objekten und ohne die Zeit zwischen zwei Ereignissen wird ein Phänomen namens Kosmos wohl ziemlich schwierig zu realisieren sein. Es ist ja gerade die diskrete Zurückhaltung und Offenheit der Raumzeit, die uns den nötigen Erfahrungsraum und auch die nötige Zeit für die Erfahrung der materiellen Realität bietet. Demnach kann ich es nicht nachvollziehen, wie man den Raum zwischen zwei Objekten und die Zeit, in der sich Ereignisse abspielen, für fiktional oder ontologisch unnötig oder auch nur nicht fundamental halten kann. Die Raumzeit ist meines Erachtens völlig offensichtlich ein notwendiger und realer Bestandteil der Wirklichkeit. Es ist ja nunmal wirklich auch Raum zwischen den Objekten des Universums vorhanden, sie sind nicht alle in einem einzigen Punkt ohne raumzeitliche Ausdehnung konzentriert. Es ist keine Fiktion, dass wir einen Raum zwischen den Objekten und einen zeitlichen Abstand zwischen verschiedenen Ereignissen haben, das ist eine unerlässliche Grundlage unserer Realität.

Erschwerend zugunsten der Realität der Raumzeit kommt noch ein weiterer empirischer Umstand, der ja eben schon angesprochen wurde: Die Raumzeit expandiert, und wir müssen annehmen, dass wirklich die Raumzeit expandiert, wenn wir die Allgemeine Relativitätstheorie vor dem Kollaps retten wollen. Gut, auch da könnte man nun sagen: Das sagt uns auch nichts über die ontologische Realität der Raumzeit, sondern das ist derzeit unsere nützlichste Erklärung. Eine andere Erklärung zu finden, wäre mit zu hohen Kosten verbunden (nämlich der Aufgabe der Allgemeinen Relativitätstheorie) und die Expansion der Raumzeit anzunehmen war diejenige Erklärungsmöglichkeit, die die Theorie retten konnte. Aber auch da gilt wieder die obige Argumentation: Wenn wir schon die ontologische Realität der Raumzeit in Zweifel ziehen, weil wir sie stattdessen nur als nützliches logisches Konstrukt bezeichnen wollen, dann müssen wir dies fairerweise auch für alle anderen beteiligten Faktoren gelten lassen, weil wir keinerlei Unterschied in ihrer Nützlichkeit sowohl innerhalb der Theorie als auch in der Wirklichkeit ausmachen können und sie offensichtlich alle gleich notwendig sind.

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