Ernst Meckelburg und die Physik

Dieser Text ist schon etwas älter - er dürfte 1992 oder 1993 entstanden sein, nachdem ich Ernst Meckelburgs Buch Zeittunnel zum Geburtstag geschenkt bekommen hatte. Ich hatte mit einer Mischung aus Faszination und Skepsis gelesen, was Meckelburg dort an Erkenntnissen der modernen Physik beschrieb, die mir als Physikstudenten noch gar nicht untergekommen waren. Als ich daranging, die Aussagen, die Meckelburg über mein Fachgebiet, die Physik, macht, zu überprüfen und zu den angegebenen Quellen zurückzuverfolgen, stellte sich dagegen rasch Ernüchterung ein. In allen Fällen, die ich nachprüfte, schien Meckelburg die Erkenntnisse der betroffenen Forscher übertrieben und verzerrt dargestellt und zudem freizügig mit eigenen, allzu oft unfundierten Spekulationen vermischt zu haben. Meckelburg war nicht der einzige Autor, zu dessen Texten ich in jener Zeit skeptische Nachforschungen anstellte; die Bücher von Erich von Däniken und Johannes von Buttlar erfuhren eine vergleichbar kritische Prüfung. Auch hatte ich bereits begonnen, meine Kritik schriftlich niederzulegen, ursprünglich mit dem Ziel eines längeren Textes, der sich mit allen drei Autoren auseinandersetzen sollte. Aus den Texten über Buttlar und Däniken ist in der Zwischenzeit mein Buch Phantastische Wissenschaft geworden1. Dagegen hatte ich bald den Eindruck gewonnen, daß Meckelburg nach Bekanntheitsgrad und Auflagenzahl doch zuweit unterhalb der anderen Autoren lag, als daß es sich gelohnt hätte, ihm einen eigenen Teil des Buches zu widmen. Stattdessen faßte ich das, was ich bis dahin über Meckelburg geschrieben hatte, zusammen und stellte es als Postscript-Datei auf meine (damals noch am DESY in Hamburg befindliche) "Unorthodoxe Physik"-Webseite. Ich habe seither mehrmals Anfragen erhalten, den Text doch bitte auch in einem anderen Format zur Verfügung zu stellen; jetzt, zum Jahreswechsel 2002/2003, habe ich daher die vorliegende HTML-Version erstellt. Bis auf kleinere kosmetische Korrekturen ist der folgende Text unverändert; einige neuere Kommentare zum Thema Zeitreisen habe ich an der entsprechenden Stelle als Fußnote hinzugefügt. Im folgenden Text beziehen sich alle Seitenangaben ohne anderweitigen Verweis auf Ernst Meckelburg, Zeittunnel, München: Langen Müller 1991. Markus Pössel, Januar 2003

Einleitung

Zeitreisen mit Thorne & Co.

Die Hintergründe dieser Aussage sind interessant genug, allerdings weniger spektakulär als Meckelburgs Darstellung nahelegt. Im Jahre 1987 schrieb Carl Sagan an einem Science-Fiction-Roman ( Contact), in dem die Durchquerung eines Wurmloches eine wichtige Rolle spielen sollte. Aus diesem Grunde hatte Sagan seinen Freund Kip Thorne, einen Physik-Professor am California Institute of Technology, über die relevanten physikalischen Verhältnisse befragt.

Zum besseren Verständnis möchte ich zuächst kurz darauf eingehen, was Wurmlöcher eigentlich sind. Wurmlöcher gehören ins Reich der Allgemeinen Relativitätstheorie, der 1916 von Albert Einstein veröffentlichten Gravitationstheorie. In Einsteins Theorie ist die Gravitation keine Fernkraft, sondern ihre Wirkung ergibt sich aus den geometrischen Eigenschaften der sogenannten Raumzeit - der vierdimensionalen Vereinigung von dreidimensionalem Raum und eindimensionaler Zeitkoordinate. Diese Beschreibung der Gravitation führt zu neuartigen Phänomenen - im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie lassen sich beispielsweise Schwarze Löcher beschreiben, Raumregionen, aus denen noch nicht einmal Licht entkommen kann, und eben die erwähnten Wurmlöchern. Durchquerbare Wurmlöcher kann man sich an einem vereinfachten, zweidimensionalen Bild veranschaulichen. Betrachten wir nicht einen dreidimensionalen, sondern einen zweidimensionalen flachen Raum, also das, was gemeinhin "Fläche" heißt. Eine konkrete Realisation solch einer Fläche ist ein Blatt Papier. Jetzt biegen wir das Blatt, so daß es in etwa wie folgt aussieht:

An dieser Stelle eine kurze Anmerkung zu einer naheliegenden Begriffsverwirrung. In Einsteins Theorie ist die geometrische Eigenschaft der Krümmung direkt mit der Gravitation verbunden. Dem alltäglichen Sprachgebrauch folgend könnte man meinen, auch unser Blatt Papier sei nunmehr auch gekrümmt. Tatsächlich ist es aber im geometrischen Sinne ungekrümmt, lediglich verbogen: Es hat sich nur verändert, wie seine (zweidimensionale) Fläche im (dreidimensionalen) Raum eingebettet ist. Krümmung ist dagegen eine Eigenschaft, die von der Einbettung der entsprechenden Fläche unabhängig ist. Ungekrümmt ist jede Fläche, die sich ohne Dehnung und Verzerrung zu einer Ebene verformen läßt, wie etwa das Blatt Papier in unserem Fall. Bei jeder Ebene sind die kürzesten Linien zwischen zwei Punkten (diese kürzesten Linien werden im allgemeinen Fall auch als Geodäten bezeichnet) Geraden. Wenn man versucht, eine gekrümmte Fläche wie beispielsweise eine Kugel auf eine Ebene abzubilden (wie es ja in jedem Atlas mit der Erdkugel gemacht wird), so sind die kürzesten Linien (die Geodäten), etwa die ideale Bahn eines Flugzeuges, keine Geraden mehr, sondern erscheinen als verbogene Kurven.

Doch nun weiter auf dem Weg zum Wurmloch. Wir können die gebogene Fläche verändern, indem wir eine Art Zylinder oder Schlauch durch die parallel liegenden Flächenstücke stoßen:

In der Umgebung des "Loches" - also in den Bereichen B und C - liegt jetzt Krümmung vor. Der Rest des Papieres, weit weg von der Durchstichstelle, ist unverändert flach. Übrigens ist auch der Zylinder, den wir eingefügt haben, nur in der Umgebung des "Loches" gekrümmt. Ein Zylinderoberfläche selber ist ja auch nur eine gebogene, ungekrümmte Fläche und somit ebenfalls ungekrümmt.

Die neue Gesamtfläche hat nun eine besondere Eigenschaft für Wesen, die sich in der Fläche bewegen: wenn sie vom Punkt A nach Punkt D gelangen wollen, so gibt es einen längeren Weg (von A über E nach D) und eine Art Abkkürzung (von A über B über C nach D). Wohlgemerkt: Was wir, die wir die dreidimensionale Anordnung des Blattes Papier samt verbindendem Zylinder betrachten, als "Loch" wahrnehmen, ist den Flächenwesen unbekannt. Sie nehmen lediglich war, daß es auf dem Blatt Papier einen kreisförmigen Bereich (am Durchstoßpunkt des Zylinders) gibt, und daß jeder, der in diesen Bereich eintritt, an einem ganz anderen Ort auf dem Blatt Papier gelangt. Eine etwaige Einbettung ihrer kleinen Welt in einen höherdimensionalen Raum hat für sie keine Bedeutung.

Nach diesen Vorbereitungen können wir nun zu Wurmlöchern in unserer vierdimensionalen Raumzeit übergehen, die wir ähnlich wahrnehmen wie die Flächenwesen ihre zweidimensionale Abkürzung: Gäbe es in unserer Nähe ein durchquerbares Wurmloch im All, so würden wir es als Region mit einer kugelflächenähnlichen Grenze wahrnehmen. Wer in diese Kugeloberfläche eintritt, durchquert einen Raum analog dem zweidimensionalen Zylinder, tritt nach einer Weile aus einer zweiten Kugelfläche aus und befindet sich am Ende womöglich in einer ganz anderen Region unseres Alls als der, in der er seine Reise begonnen hat. Ein Wurmloch wäre also eine Region, durch die wir in relativ kurzer Zeit in Raumbereiche gelangen könnten, die auf "herkömmliche" Weise (im zweidimensionalen Fall: über E) weit entfernt wären. Für das Wurmloch selber macht es übrigens keinen prinzipiellen Unterschied, ob seine beiden Eingänge im selben Universum liegen oder nicht. Es könnte sich bei dem Wurmloch in unserem zweidimensionalen Fall also ebensogut um eine Verbindung zweier paralleler Blätter Papier - oder im vierdimensionalen Fall um eine Verbindung zweier "paralleler" Raumzeiten handeln.

Das Kernstück der allgemeinen Relativitätstheorie sind die sogenannten Einsteinschen Feldgleichungen. Sie beschreiben, wie die lokale Verteilung von Energie und Materie die Krümmung des Raumes beeinflußt (Faustregel: je mehr Energie/Materie, desto mehr Krümmung). Die Krümmung des Raumes aber wiederum bestimmt, wie sich freie Materieteilchen bewegen (Faustregel: Teilchen versuchen, sich auf den geradest möglichen Bahnen, eben den Geodäten, fortzubewegen. Liegt Krümmung vor, dann beschreiben die Teilchen Bahnen vergleichbar denen in einem Gravitationsfeld der klassischen Physik). Bei den Feldgleichungen handelt es sich um sogenannte partielle Differentialgleichungen (Gleichungen, die eine Funktion und ihre Ableitungen nach verschiedenen Variablen enthalten, hier: den Raumkoordinaten und der Zeitkoordinate). Es ist keineswegs einfach, solche Differentialgleichungen zu lösen, und es gibt kein allgemeingültiges Verfahren, mit denen man einer beliebigen partiellen Differentialgleichung sofort alle ihre Lösungen abgewinnen kann. Die Situation ist eine Fortsetzung dessen, was man schon aus dem Mathematikunterricht in der Schule kennt: Es ist einfach, die Ableitung einer Funktion zu finden, denn dafür gibt es eindeutige Regeln, denen man nur folgen muß. Es ist dagegen schwer (und manchmal nur durch geschicktes Raten oder Probieren möglich), die Stammfunktion einer Funktin zu finden. Partielle Differentialgleichungen erhöhen den Schwierigkeitsgrad noch einmal beträchtlich.

Seit Einstein die Feldgleichungen aufstellte, haben Physiker eine Reihe entsprechender Lösungen gefunden. Lösungen der Feldgleichungen entsprechen bestimmten geometrischen Strukturen, wie etwa dem Raum um kugelsymmetrische Sterne, statischen oder rotierenden Schwarzen Löchern, Weißen Löchern oder eben auch Wurmlöchern, und den zu ihrer Erzeugung notwendigen Masseanordnungen. Allerdings haben "normale" Wurmlöcher einen gravierenden Nachteil: sie lassen sich nicht durchqueren, da sie, sobald der Versuch unternommen wird, instabil werden und kollabieren. Zudem wären Raumfahrer, die sich diesen Wurmlöchern näherten, großen Gezeitenkräften ausgesetzt, die sie unmöglich heil überstehen könnten. Wenn so ein Raumfahrer sich nämlich einem Wurmlocheingang, der sich wie ein sehr massiver Körper verhält, näherte, so würde der Teil von ihm, der sich näher am Wurmloch befindet, stärker vom Wurmloch angezogen werden als die weiter entfernten Teile seines Körpers. Der Unterschied an Anziehung würde, sobald er dem Wurmloch genügend nahe gekommen ist, den Raumfahrer einfach zerreißen.

Mit solchen Problemen sah sich auch Kip Thorne konfrontiert, als er für Sagan nach einem science-fiction-tauglichen Wurmloch suchte. Doch dann fand er zu seiner Überraschung doch noch eine vergleichsweise einfache Lösung der Einsteinschen Feldgleichungen, die einem durchquerbaren Wurmloch entsprach, das keine Instabilitäten und nur minimale Gezeitenkräfte aufwies.

Man muß sich allerdings bewußt sein, was es bedeutet, daß die Feldgleichungen eine solche Lösung haben, und was nicht. Die Existenz einer solchen Lösung bedeutet insbesondere noch nicht, daß eine solche Lösung physikalisch möglich ist, geschweige denn, daß es solche Gebilde in der Natur wirklich gibt. Sie besagt nur, daß eine Ansammlung von Materie mit bestimmten Eigenschaften eine bestimmte Raum-Zeit-Struktur erzeugt, nicht aber, ob die erforderliche Materiekonfiguration ihrerseits möglich, d.h. nach den Gesetzen der Physik erlaubt ist. Die Materie, die Thornes Lösung voraussetzte, hatte sehr exotische Eigenschaften, die in der Natur noch nicht beobachtet worden waren - in genau definierter Weise wies diese Materie so etwas wie eine "negative Energiedichte" auf. Nur in der Quantenphysik kannte man einen Effekt, der Materie die erforderlichen Eigenschaften - allerdings nur im mikroskopischen Maßstab - aufweisen ließ (der sogenannte Casimir-Effekt, der besagt, daß in bestimmten quantenmechanisch beschreibbaren Situationen negative Drücke auftreten können).

1988 veröffentlichten Thorne und Michael Morris ihre entsprechenden Ergebnisse im American Journal of Physics (herausgegeben von der Vereinigung Amerikanischer Physiklehrer), da sie sich sehr gut als Lehrbeispiele zum Unterrichten der allgemeinen Relativitätstheorie eigneten - die entsprechenden Lösungen waren formal sehr einfach.

Wenig später stellten sie in einem Artikel im Physical Review D die Möglichkeit vor, ein durchquerbares Wurmloch unter besonderen Bedingungen als " Zeitmaschine" zu nutzen. Das Prinzip der Wurmloch-Zeitmaschine wäre, den einen Wurmlocheingang gegenüber dem anderen schnell zu bewegen. Die Zeitdehnung eingerechnet, die bereits die spezielle Relativitätstheorie voraussagt, käme das Durchqueren eines solchermaßen präparierten Wurmloches einer Zeitreise gleich. Meckelburg schreibt mit Bezug auf diesen Artikel: "Wissenschaftler [haben] jetzt die Durchführung von Zeitreisen erstmals mathematisch exakt nachgewiesen und darüber hinaus Modelle zu deren technischer Realisierung entwickelt." (S. 220, Z. 26ff.). Bei Morris und Thorne selber liest sich das anders: sie sehen ihr Gedankenexperiment "Verbieten die physikalischen Gesetze einer willkürlich weit fortgeschrittene Zivilisation, ein durchquerbares Wurmloch zu unterhalten?" nicht als konkreten Vorschlag zur praktischen Durchführung von Zeitreisen, sondern als Möglichkeit, Aufschluß über die physikalischen Gesetze, die bei dieser Frage eine Rolle spielen, zu gewinnen. Schließlich kann die Frage nach den Eigenschaften der erforderlichen exotischen Materie nur von allgemeiner Relativitätstheorie und Quantenfeldtheorie gemeinsam beantwortet werden. Die Vereinigung dieser beiden Theorien ist eines der großen (wenn nicht das große) ungelösten Probleme der Physik, und könnte durch derartige Fragestellungen näher beleuchtet werden.

Die Existenz einer Zeitmaschine mit der man nicht nur in die Zukunft, sondern auch in die Vergangenheit reisen könnte, würde zu Paradoxa führen, die die Physik so nicht akzeptieren kann. Was würde beispielsweise passieren, wenn ich in die Zeit vor meiner Zeugung reisen und dort meinen Vater umbringen könnte? Wenn mein Vater tot ist, dann werde ich nie geboren werden, und werde nie die Zeitmaschine besteigen können. Genausowenig aber kann ich dann in die Vergangenheit reisen und meinen Vater erschießen, der mich also doch zeugen konnte, so daß ich doch reisen und schießen kann, also doch nicht, also doch, ad infinitum. Die Situation ist unauflösbar und scheint sich jeder systematischen Naturbeschreibung zu widersetzen. Oder ist es umgekehrt die Natur, die sich solch paradoxen Situationen verweigert? Aber wenn ja, wie? Das ist eine nicht uninteressante Fragestellung. Nach Kip Thornes eigener Aussage: "Wenn wir verstünden, wie die Natur sich vor Zeitreisen schützt, würden wir Zeit und Raum besser verstehen (zitiert nach Travis 1992, meine Hervorhebung).

Andererseits kann man überlegen, daß ja nicht eigentlich Zeitreisen an sich, sondern nur bestimmte Verläufe einer Zeitreise verboten sind, nämlich solche, die zu Paradoxa führen. Man kann soweit gehen, die Zeitreisen in selbstkonsistente und selbstinkonsistente zu unterteilen: eine Zeitreise, bei der man seinen Vater erschießt, wäre danach verboten, weil inkonsistent, eine Zeitreise dagegen, bei der man seinen Vater zwar erschießen will, aber ihn verfehlt, wäre demnach erlaubt. Inkonsistente und konsistente Situationen kann man versuchen, physikalisch mit der Wurmlochzeitmaschine zu beschreiben: so wäre z.B. eine Situation möglich, bei der ein Billardball mit sich selber zusammenstößt, dabei in das Wurmloch fällt, früher als er hereingefallen ist aus der anderen Öffnung des Wurmlochs herauskommt mit seiner früheren Ausgabe zusammenstößt, und diese dann wiederum ins Wurmloch reflektiert.

Zu diesen grundlegenden Frage treten einige weitere. So ist ungelöst, wie sich denn überhaupt ein Wurmloch bilden kann. Schon das zweidimensionale Beispiel zeigt, daß die Erzeugung eines Wurmloches ein Eingriff in die Zusammenhangsstruktur der Raumzeit, ist. Bei meinem im Raum eingebetteten Blatt Papier, in daß ich ein Wurmloch einsetze (s.o.) finden ja z.B. alle wichtigen Aktionen der Erzeugung im Einbettungsraum statt. Wollen wir von unserer Raumzeit aus ein Wurmloch basteln, dann können wir aber nicht aus dieser Raumzeit hinaus. Wie man trotzdem Wurmlöcher erzeugt (z.B. indem man schon vorhandene, durch Quanteneffekte gebildete Wurmlöcher benutzt) ist physikalisch sehr schlecht verstanden.

Bei Meckelburg geht dieser ganze Hintergrund, bei dem es darum geht, durch geschickt ausgeklügelte Gedankenexperimente die Physik zu verstehen, verloren, und es muß für den Leser klingen als wären schon jetzt die Ingenieure in den Startlöchern, um bald Zeitmaschinen zu bauen.

Stattdessen hält sich Meckelburg an die Expertenzitate. Als nächstes ist John Friedman an der Reihe, der in einem Kurzartikel in Nature (Friedman 1988) zu den Thorne-Morrisschen Wurmlöchern Stellung nimmt. Friedman wählt als Einleitung seines Artikels eine Passage aus dem Buch "Der König von Narnia" von C.S. Lewis, einem Fantasy-Kinderbuch, in dem ein Kleiderschrank den Übergang zwischen unserer Welt und dem fantastischen " "Narnia" ermöglicht. Analog führt Friedman das Konzept des Wurmloches als Verbindung weit entfernter Teile des Universums oder mehrerer Universen ein. Im Gegensatz zu Meckelburgs Behauptung hat er damit allerdings noch keinen Versuch unternommen, "die komplizierte Zeitreise-Theorie der drei Astrophysiker vereinfacht darzustellen" (S. 221, Z. 16.). Friedman erinnert sich daran, wie er das Narnia-Buch gelesen habe, erwähnt, daß der Garderobenschrank auch eine Art Wurmloch (als Verbindung zwischen zwei verschiedenen Universen) sei, aber hat damit das eigentliche Zeitreise-Element (die Zeitverschiebung aufgrund der Bewegung eines der Wurmloch-Eingänge) noch gar nicht ins Spiel gebracht. Der Narnia-Bezug ist lediglich ein literarischer Aufhänger, kein Versuch einer allgemeinverständlichen Beschreibung der Zeitreisetheorie. Bei mir kommen an dieser Stelle ernste Zweifel auf, ob Meckelburg überhaupt weiß, wovon er hier redet, und worum es in der Zeitreisetheorie eigentlich geht.

Wenig später schreibt Meckelburg "Friedman und die drei von ihm zitierten Astrophysiker aus Pasadena sind offenbar dennoch fest davon überzeugt, daß die Gesetze der Physik es späteren Generationen einmal erlauben werden, eines dieser Wurmlöcher lange genug offen zu halten, um eine Zeitmaschine durchschleusen zu können." (S. 222, Z. 4, Hervorhebung von mir). Abgesehen davon, daß aus den Formulierungen in Friedmans Artikel hervorgeht, daß das Wurmloch selber eine Zeitmaschine darstellen würde (keine Rede vom Durchschleusen!), betont Friedman zugleich, daß Morris und Thorne selber nur behaupten, daß ihre Berechnungen fesselnd, nicht aber, daß sie korrekt seien, da nicht sicher sei, ob der Quanteneffekt auf dem die Möglichkeit der exotischen Materie beruht, sich überhaupt in den erforderlichen Maßstäben realisieren ließe. Gegen Ende diskutiert Friedman dann auch die möglichen Mechanismen, die laut Morris und Thorne verhindern könnten, daß ihre Zeitmaschine zu kausalitätsverletzenden Paradoxa führt: es wäre möglich, daß Teilchen beim Durchqueren des Wurmloches zwangsläufig zuviel Energie verlieren, als daß sie die Vergangenheit, in die sie reisen, beeinflußen könnten. Wieder geht es um die Frage, wie es dazu kommen könnte, daß die Gesetze der Physik kausalitätsverletzende Zeitreisen eben nicht zulassen - deutlicher Hinweis, daß die beteiligten Forscher die Möglichkeit von Zeitreisen eben nicht als gegeben hinnehmen. Von alledem erfahren Meckelburgs Leser wiederum keinen Deut - ihnen wird nur die nachweislich falsche Zusammenfassung geboten, Friedman, Thorne und Co. seien "fest" von der Machbarkeit von Zeitreisen "überzeugt".

In der Fachwelt geht die Diskussion darüber, welche physikalischen Gesetze Zeitreisen (Fachausdruck: geschlossene zeitartige Kurven, closed timelike curves) verhindern, unterdessen weiter. Es geht vor allem darum, ob Materie mit den geforderten merkwürdigen Eigenschaften physikalisch erlaubt ist. Da diese Materie in dem bislang schlecht verstandenen Bereich liegt, in dem sowohl allgemein relativistische Effekte als auch Quanteneffekte eine Rolle spielen, ist die Diskussion entsprechend interessant. Der Kosmologe Stephen Hawking ist beispielsweise der Meinung, daß die herkömmlichen Annahmen über die Quantenmechanik Zeitreisen verbieten (Hawking 1992), andere Rechnungen deuten an, daß sich Quanteneffekte in der Nähe des Wurmloches so aufschaukeln könnten, daß das Wurmloch instabil wird - aber das diese Instabilität vielleicht bei Hinzunahme der Quantengravitation ausgeglichen wird (Frolov, 1991). Zeitreise-Modelle sind Spielzeugmodelle, anhand derer man einige Eigenschaften von zu konstruierenden Quantengravitationstheorien untersuchen kann. Zum Kofferpacken ist es noch zu früh.².

Quasikristalle

Wer keine näheren Beziehungen zur Festkörperphysik hat, mag diesen "experimentellen Nachweis höherer Dimensionen" wohl recht beeindruckend finden. Zunächst einmal: was sind Quasikristalle? In Kristallen sind die Atome, aus denen sich die Materie zusammensetzt, besonders einfach angeordnet. In einem sehr einfachen Fall sitzen sie beispielsweise gerade an den Ecken von Würfeln und bilden so ein sehr regelmäßiges Gitter. Die möglichen Kristallgitter (an jedem Gitterpunkt sitzt ein Atom), die in der Materie vorkommen, sind Forschungsgegenstand der Festkörperphysik. Solche Gitter weisen charakteristische Symmetrien auf - ein Würfelgitter beispielsweise bietet denselben Anblick, wenn man den Kristall um 90 Grad dreht: Wo vorher Würfelkanten entlangliefen, befinden sich auch nach der Drehung Würfelkanten. Solche Symmetrien lassen sich experimentell feststellen, indem man beispielsweise untersucht, wie Licht- oder Elektronenstrahlen an einem solchen Kristall gestreut/gebrochen werden. Aus solchen Experimenten kann man Rückschlüsse auf die Struktur der Kristalle ziehen.

Eine Sensation war es, als Dan Shechtman, Ilan Blech, Denis Gratias und John W. Cahn bei Untersuchungen an einer Aluminium-Mangan-Legierung eine sogenannte fünfzählige Symmetrie feststellten, die es eigentlich gar nicht geben durfte, und die durch die herkömmlichen Arten von Kristallgittern auch nicht erklärt werden konnte. Herkömmliche Kristallgitter kann man aus sogenannten Elementarzellen zusammensetzen - im obigen Beispiel eben aus den erwähnten Würfeln. Das man gleichgroße Würfel zu einem größeren Gebilde zusammensetzen kann, sieht man sofort. Mit Ikosaedern (zwanzigflächigen Gebilden) geht das nicht so einfach. Für die fünfzählige Symmetrie gab es keine möglichen Elementarzellen und ohne Elementarzellen, so hatte man bis dahin gedacht, keine Kristallstruktur.

Allerdings war eine sehr elegante Lösung bald gefunden. In der Mathematik gab es nämlich für ähnlich gelagerte, zweidimensionale Probleme (wie kann man einen lückenlosen Parkettboden legen, ohne ihn aus "Elementarzellen" aufzubauen)? bereits eine Lösung, die der Mathematiker Roger Penrose gefunden hatte. Diesen "Penrose-Mustern" ähnliche Anordnungen, sogenannte "Penrose-Packungen", waren auch für dreidimensionale Probleme gefunden worden. Mit Hilfe dieser Anordnung ließ sich das Problem der ungewöhnlichen Kristallsymmetrien lösen. Die entsprechenden Kristalle haben keine Elementarzellen im üblichen Sinne, sondern eine Anordnung von Atomen, die in gewisser Weise miteinander verschränkten Elementarzellen entspricht.

Ein Artikel über Quasikristalle und Penrose-Muster, geschrieben von dem von Meckelburg zitierten David R. Nelson findet sich im Spektrum der Wissenschaft vom Oktober 1986. Selbst wenn zur Zeit der Entdeckung der fünfzähligen Symmetrie die Einführung höherer Dimensionen unter den ernsthaften Lösungsvorschlägen gewesen sein sollte - schon mehr als fünf Jahre vor der Veröffentlichung von Meckelburgs Buch hatte das Problem eine (im Vergleich mit der Einführung zusätzlicher Dimensionen) konventionelle und zufriedenstellende Lösung gefunden. Meckelburg hat sich hier offensichtlich nicht weiter informiert, sondern lediglich die sensationelle (und veraltete) Aussage hingeschrieben. Von einem populärwissenschaftlichen Autor sollte man sorgfältigere Recherche erwarten (wenn nicht sogar: verlangen) können.

Quantencomputer und Himmelsmaschinen

Geht man zu der Quelle für die "Himmelsmaschinen" zurück, einem Artikel von J. Brown in der populärwissenschaftlichen Zeitschrift New Scientist, dann stellt sich die Situation weit weniger dramatisch dar. Der Grundgedanke ist, daß in der Vergangenheit die Simulationen durch Computer immer größere Fortschritte gemacht hat, und das z.B. zelluläre Automaten (man denke an das "Game of Life") so wirklichkeitsähnliche (und für Leben charakteristische) Verhaltensmuster zeigen, daß sich einige Wissenschaftler fragen, wieweit die Strukturähnlichkeit dieser speziellen Computer und den wirklichen Vorgängen in der Natur denn nun reicht, und ob man nicht in gewissem Sinne das ganze Universum als eine Art riesigen Computer betrachten könne, und ob man auch physikalische Gesetze durch in drei Dimensionen auf einer unendlichen Spielarena lebende zelluläre Automaten simulieren könnte. Eines der großen Probleme dieser Vorstellung ist, daß die mikroskopischen Vorgänge in der Natur allesamt reversibel (umkehrbar) sind, während Computer als Maschinen eigentlich irreversibel arbeiten. "Wie kann das Universum ein Computer sein, wenn die Gesetze der Physik reversibel sind, während Computer es nicht sind?" Hier kommen die auch bei Meckelburg erwähnten Wissenschaftler Ed Fredkin und Charles Bennett ins Spiel, die sich überlegten, wie man UND-Gatter reversibel aufbauen könnte, so daß keine Information verlorengeht. Damit lassen sich im Prinzip reversible Computer bauen, und ein Einwand gegen die Idee vom "Universum als Computer" ist ausgeräumt.

Damit bliebe aber noch ein weiterer Einwand gegen das Konzept übrig, der, wie der Autor des Artikels schreibt, in ein philosophisches Minenfeld führt. Können Computer auch das menschliche Bewußtsein simulieren? Wenn aber Computer die physikalischen Gesetze simulieren können, und das Bewußtsein auf physikalischer Basis funktioniert, wo soll das Problem liegen? Laut Roger Penrose liegt das Problem in der Quantenmechanik, die unsimulierbare Aspekte aufweise.

Hier kommen die Quantencomputer ins Spiel, deren Logikgatter auf dem Quantenlevel arbeiten, und die zumindest in Verschlüsselungsfragen, die quantenmechanischen Unschärferelationen ausnutzend, etwas können, was herkömmliche Computer nicht schaffen. Die Probleme bleiben aber bestehen: "Unglücklicherweise hat bislang niemand interessante für klassisch unlösbare Probleme gefunden, die von Quantencomputern gelöst werden können. Selbst wenn es solche gäbe, wäre die Frage, ob das Gehirn quantenmechanische Prozesse ausnutzt, hochspekulativ und ohne experimentelle Belege", heißt es in dem New Scientist-Artikel. Am Schluß, und ohne direkten Bezug zu den Quantencomputern, wird noch ein amüsantes Gleichnis ("amusing parable") über eine futuristische Computersimulation namens "Heaven Machine" (wohlgemerkt in der Einzahl) erzählt, anhand derer Fredkin einen Science-Fiction-haften möglichen Einsatzbereich für eine perfekte Simulation der Welt durch einen Computer, die er prinzipiell für möglich hält, beschreibt. Die Geschichte geht folgendermaßen:

Eines Tages [...] hörst Du von einer Anzeigenkampagne der Himmelsmaschinen-Gesellschaft. Du wirst neugierig und möchtest herausfinden, worum es dort geht. Im Firmensitz angekommen wirst Du in ein Zimmer geführt und man zeigt Dir einige Broschüren. Die Verkäufer erklären, daß Sie über eine riesige Computersimulation haben, in die sie eine exakte Simulation Deines Gehirns einfügen können. Unglücklicherweise wird bei dem Prozess Dein wirkliches Gehirn zerstört, so daß gleichzeitig Dein Leben auf der Erde beendet sein wird. Stattdessen wird Dir ewiges Leben in der Simulation angeboten, und dieses Leben, so versichern Dir die Verkäufer, sei wirklich himmlisch. Da Du sie daraufhin recht skeptisch ansiehst bieten sie Dir an, mit einem Deiner Nachbarn zu sprechen, der dieses Angebot bereits angenommen hat. Auf einem wandgroßen Computerbildschirm erscheint Dein Nachbar. Du sagst: "Hi, Joe, wie gehts denn so", und Joe antwortet: "Hier ist es fantastisch, richtiggehend himmlisch. Diese ganzen faszinierenden Leute hier: Einstein, Buddha, Confucius - Du würdest nicht glauben, was ich für interessante Gespräche hatte. Ich fische soviel ich will und, Junge, Du solltest die Fische sehen! Erinnerst Du Dich an den Kerl, mit dem ich im Tennisclub immer gespielt habe, und der mich immer geschlagen hat? Nun, hier schlage ich ihn jedesmal! Ach übrigens, da war noch was, was ich Dir sagen wollte: Bevor ich hierher kam hatte ich doch Deinen Rasenmäher geliehen. Nun, er steht noch in meiner Garage, geh hin und hol ihn Dir." Als Du das hörst denkst Du: Ja, das muß Joe sein.

Bei Meckelburg sind diese interessanten Überlegungen zu einer aus oberflächlichen Details zusammengeschusterten Sensationsgeschichte mutiert. Die Kernaussage geht verloren, und aus dem "amüsanten Gleichnis" ist die "erschreckend[e] Zukunftsperspektive" von "allmächtigen Quanten-Computern" geworden (Klappentext hinten).

Abdus Salam und die Biophotonen

Abdus Salam und Mitarbeiter vermuten, daß es "Minis" [so nennt Meckelburg Miniatur-Schwarze Löcher, M.P.] auf verschiedenen Organisationsebenen gibt, so unter anderem auch in einem hypothetischen " Biogravitationsfeld", einem Schwerefeld begrenzter Reichweite, das aus schweren, selbstorganisierenden "Gravitonen" besteht. Jedes dieser Biogravitonen soll ein eigenes gekrümmtes, vielfältig verflochtenes Raumzeit-Kontinuum erzeugen und Vorgänge im typischen biologischen Organisationsbereich steuern. Salam spekuliert, daß die "Blasen" [gemeint sind die Mini-Schwarzen und -Weißen Löcher, M.P.] im Biogravitationsfeld viel größer als die normalen Minis sind. Mit einem Durchmesser von etwa 0,001 mm könnten sie daher unsere sensorischen Wahrnehmungen unmittelbar beeinflußen. Er vermutet sogar, daß sich viele Psi-Phänomene durch die Existenz von Biogravitations-Wurmlöchern erklären lassen, die direkte, mehrdimensionale Verbindungen mit lebenden Systemen ermöglichen, wie dies z.B. bei Telepathie, Hellsehen oder Vorauswissen der Fall ist.

Im Literaturverzeichnis Meckelburgs findet sich gerade mal ein einziger Artikel von Salam: "f-dominance of gravity" Physical Review D vom 15. Februar 1971. In diesem Artikel findet sich kein Hinweis auf irgendeine der von Meckelburg vorgestellten angeblichen Aussagen Salams: es geht um ein Modell, das die Wechselwirkung von Gravitonen (hypothetischen Kraftteilchen, die die Wirkung der Gravitation vermitteln) und Materie im Rahmen einer Lagrangeschen Feldtheorie beschreiben soll. Um es genau zu wissen, schrieb ich Professor Salam am 25. Juni 1992 einen Brief, in dem ich die (oben zitierten) Aussagen Meckelburgs wörtlich wiederholte, den von Meckelburg im Literaturverzeichnis angegebenen Artikel erwähnte, und um eine Stellungnahme bat. Die Antwort Salams (vom 17. Juli 1992) war kurz, klar, und klang beinahe etwas belustigt: Alles, was Meckelburg hier behaupte, sei unwahr. Salam und seine Kollegen hätten nie eine so blühende Phantasie gehabt. ("Professor Salam has requested me to let you know that Mr. Meckelburg's statements are quite untrue. He and his colleagues were never so imaginative."). So einfach ist das. Bleibt nur noch zu fragen, woher Meckelburg seine "Informationen" hat? Egal ob er die angeblichen Theorien Salams selbst erfand, um seine eigenen Theorien zu unterstützen, oder ob er sie lediglich von einer anderen Quelle unkritisch übernahm: Wie Meckelburg hier vorgeht kann man kaum als seriös bezeichnen. Auch das Meckelburg in seinem Literaturhinweis auf den Salam-Artikel den Erstautor und den zweiten Koauthor einfach unterschlägt, deutet mir darauf hin, daß es ihm vor allem um den berühmten Namen Salams ging.

Fazit

Ärgerlich finde ich das, weil der Durchschnittsleser seiner Bücher kaum Gelegenheit, Vorkenntnisse und Motivation haben wird, sich die entsprechenden Fachzeitschriften zu besorgen und Meckelburgs Quellentreue nachzuprüfen. Er wird sich wohl eher durch die Verweise auf "angesehene, erfahrene Wissenschaftler" und "renommierte [...] Fachzeitschriften" beeindrucken lassen.

Was ich in diesem Text zusammengefaßt habe ist das, was ich von Meckelburgs Aussagen direkt nachprüfen konnte. Das sind natürlich diejenigen Aussagen die Meckelburg a) klar formuliert und b) mit Quellenangaben versieht. Es finden sich aber auch viele Aussagen in Meckelburgs Buch, die z.B. Kriterium a) nicht erfüllen. Wenn sich Meckelburg z.B. als "Erklärung" für Hellseherei ("Präkognition") auf sogenannte Tachyonen, also hypothetische Teilchen mit imaginärer Ruhemasse, die rechnerisch nach der speziellen Relativitätstheorie nur Geschwindigkeiten schneller als die Lichtgeschwindigkeit annehmen können bezieht und schreibt

Da unser zeitfreies Bewußtsein aufgrund seines immateriellen Charakters die Lichtmauer mühelos zu überspringen vermag und damit jenseits unserer Raumzeit-Welt (im Hyperraum) operiert, kann es dort womöglich mit Tachyonen zusammentreffen, die mit Informationen über zukünftige Ereignisse 'beladen' sind.

Mein Fazit: man sollte nichts nur deswegen glauben, weil man es bei Meckelburg gelesen hat, sondern man sollte nach Möglichkeit direkt zu den Quellen gehen, die Meckelburg angibt. Ich wäre nicht überrascht, wenn Meckelburg bei seiner Beschreibung paranormaler Phänomene ähnlich vorgeht wie bei seiner Beschreibung physikalischer Phänomene. Ich habe nicht vor, in Zukunft weitere Bücher von Meckelburg zu lesen. Ich finde es bedauerlich wie bei platten, sensationsorientierten Darstellungen wie denen Meckelburgs das verlorengeht, was ich persönlich an Physik und Philosophie so faszinierend finde: das Durchspielen von Gedankenexperimenten, um die zugrundeliegenden Gesetzmäßigkeiten besser zu verstehen.

Literatur

Brown, J.: "Is the Universe a Computer" in New Scientist, 14. Juli 1990.

Clarke, C.J.S.: "Opening a can of wormholes" in Nature 348 (1990), 287.

Friedman, J.L.: "Back to the future" in Nature 336 (1988), 305.

Frolov, V. P.: "Vacuum polarization in a locally static multiply connected spacetime and a time-machine problem", Physical Review D43 (1991), 3878-3894.

Gott, J.R.: Zeitreisen in Einsteins Universum. Rowohlt: Reinbek bei Hamburg 2002.

Hawking, S.W.: "Chronology protection conjecture", Physical Review D46 (1992), 603-611.

Isham, C.J., Salam, A. & J. Strathdee: "f-Dominance of Gravity" in Physical Review D3 (1971), 867-873.

Kim, S.W. und K.S. Thorne: "Do vacuum fluctuations prevent the creation of closed timelike curves?", Physical Review D43 (1991), 3929-3946.

Meckelburg, Ernst: Zeittunnel. Langen-Müller: München 1991.

Morris, M.S. & K. Thorne: "Wormholes in spacetime and their use for interstellar travel: A tool for teaching general relativity" in American Journal of Physics 56, 395-412.

Morris, M.S., Thorne, K. & U. Yurtsever: "Wormholes, Time Machines and the Weak Energy Condition" in Physical Review Letters 61, 1446-1449.

Nelson, D.R.: "Quasikristalle" in Spektrum der Wissenschaft, Oktober 1986, S. 74-83.

Redmount, I.: "Wormholes, time travel and quantum gravity" in New Scientist 28 (1990), 57-61.

Sudbury, T.: "A quantum time machine" in Nature 346 (1990), 699.

Thorne, K.: Gekrümmter Raum und verbogene Zeit. Droemer-Knaur: München 1994.

Travis, J.: "Could a pair of cosmic strings open a route into the past?" in Science 256 (1992), 179.

Visser, M.: Lorentzian Wormholes. From Einstein to Hawking. AIP Press: Woodbury, N.Y. 1996.

Fußnoten

... geworden¹

Rowohlt: Reinbek bei Hamburg 2001, 2. Auflage 2002. Für einige Zusatzinformationen siehe meine `Webseite zum Buch'.

... früh.²

Diese Aussagen sind im wesentlichen auch Ende 2002 noch gültig - auch wenn die Forschung zum Thema einige Fortschritte hat verzeichnen können. Zwar ist die hier angesprochene Rechnung von Hawking inzwischen durch einige spezielle Gegenbeispiele widerlegt - durch diesen Mechanismen verhindert die Natur zwar einige, aber nicht alle Zeitreisen in die Vergangenheit. Inzwischen hat Hawking jedoch andere Argumente für seine "Chronology-Protection-Conjecture" gefunden. Eine allgemeinverständliche Darstellung der Wurmloch-Zeitmaschinen findet sich in Thornes Buch "Gekrümmter Raum und verbogene Zeit" (Thorne 1994). Allgemeinere Ausführungen zum Thema und einige faszinierende, allerdings hoch spekulative Thesen zum Verhältnis von Zeitreisen und Kosmologie bietet ein neueres Buch von J. Richard Gott III (Gott 2002). Als Fachliteratur zum Thema ist das - obschon mittlerweile auch schon ein paar Jahre alte - Buch von Matt Visser (Visser 1996) zu empfehlen.