Im letzten Jahrhundert haben Wissenschaftler entdeckt, dass wenn bestimmte Eigenschaften des Universums ganz langsam von dem, wie sie sind, verändert würden, dann wären wir jetzt nicht hier. Sie müssen in einem sehr engen Spielraum liegen, damit unser Leben hier möglich und die Erde bewohnbar ist.
Das Universum ist auf die Existenz intelligenten Lebens mit einer Komplexität und Feinheit, die buchstäblich dem menschlichen Verständnis trotzt, fein abgestimmt.
Arten der Feinabstimmung
1. Feinabstimmung der Naturgesetze.
2. Feinabstimmung der physikalischen Konstanten.
3. Feinabstimmung der Anfangsbedingungen des Universums.
1. Feinabstimmung der Naturgesetze
Es gibt zwei Arten, diesen Aspekt der Feinabstimmung zu betrachten:
A. Genau die richtigen Gesetze werden benötigt, damit hoch komplexes Leben existieren kann. Wenn eines davon fehlt, wäre derartiges Leben nicht möglich. Ein Beispiel ist das Gesetz der Schwerkraft. Ohne es gäbe es keine Sterne oder Planeten. Ein anderes Beispiel ist die elektromagnetische Kraft, ohne die es keine Atome gäbe, denn es gäbe keine Kraft, welche die negativ geladenen Elektronen mit den positiv geladenen Protonen zusammen hält und so chemikalische Verbindungen gestattet.
B. Harmonie zwischen Natur und Mathematik: Erst im 20. Jahrhundert haben wir angefangen zu verstehen, dass das, was wir in der Natur beobachten können, nur durch ein paar physikalische Gesetze beschrieben werden kann, von denen jedes einzelne nur durch ein paar mathematische Formeln beschrieben werden kann.
2. Feinabstimmung der Konstanten
Die ‘Konstanten’ sind die unveränderlichen Zahlen, die in den mathematischen Gleichungen auftauchen, die die Naturgesetze zum Ausdruck bringen. Die Naturgesetze bestimmen nicht den Wert dieser Konstanten. Es könnte ein Universum geben, das durch dieselben Gesetze geregelt wird, aber mit anderen Werten dieser Konstanten. In Abhängigkeit von den Werten dieser Konstanten würde ein Universum, das von denselben Naturgesetzen, geleitet wird, ziemlich anders aussehen. Ein Beispiel ist G, die Gravitationskonstante. Wenn man die Stärke der Schwerkraft auf der einen Seite um 1034 erhöhen würde, dann würden sogar einzellige Organismen zerschmettert, und nur Planeten mit weniger als etwa 100 Fuß im Durchmesser würden das Leben mit unserer Gehirngröße erhalten. Ein 400faches Maß an G würde einen Planeten zum Ergebnis haben, dessen Oberflächenkraft mindestens 10 mal so groß wäre. Ein solcher Planet wäre weit weniger ideal für Menschen als die Erde.
3. Feinabstimmung der Anfangbedingungem des Universums
Zusätzlich zu den Konstanten gibt es bestimmte, beliebige Mengen, die nur als Anfangsbedingungen eingesetzt wurden, auf denen die Naturgesetze arbeiten. Weil diese Mengen beliebig sind, werden sie auch nicht von den Naturgesetzen festgelegt.
Wissenschaftler haben herausgefunden, dass diese Konstanten und Anfangsbedingungen in einen extrem engen Bereich von Werten fallen müssen, damit das Universum existieren kann. Das ist damit gemeint, dass "das Universum fein auf das Leben abgestimmt ist".
Ein Beispiel für Feinabstimmung
Dies ist ein Beispiel für Feinabstimmung, die einen bewohnbaren Planeten erlaubt. Eine Reihe von Faktoren muss fein abgestimmt sein, um einen Planeten zu haben, der Leben unterstützt:
· Es muss ein einzelnes Sonnensystem sein, um stabile Planetenbahnen zu gewährleisten.
· Die Sonne muss über die richtige Masse verfügen. Wenn sie größer wäre, würde ihre Helligkeit zu schnell wechseln und es gäbe zu starke Strahlung mit hoher Energie. Wenn sie kleiner wäre, wären die Planetenabstände, die in der Lage sind, das Leben zu unterstützen, zu eng; der richtige Abstand wäre dem Stern so nahe, dass die Kräfte der Gezeiten die Rotationsperiode des Planeten stören würde. Ultraviolette Strahlen wären auch für die Photosynthese unzureichend.
· Der Abstand zwischen der Erde und der Sonne muss genau richtig sein. Zu nah und das Wasser würde verdampfen, zu weit und die Erde wäre zum Leben zu kalt. Eine Veränderung von 2% und alles Leben würde aufhören.
· Die Erde muss ausreichend Masse besitzen, um eine Atmosphäre zu bewahren.
· Oberflächengravitation und Temperatur sind ebenfalls kritische Werte, um wenige Prozente damit die Erde eine lebenserhaltende Atmosphäre hat - die die richtige Mischung an Gasen enthält, die für das Leben notwendig sind.
· Die Erde muss bei der richtigen Geschwindigkeit rotieren: zu langsam und Temperaturdifferenzen zwischen Tag und Nacht würden zu extrem werden, zu schnell und die Windgeschwindigkeiten wären katastrophal.
· Die Schwerkraft der Erde, axiale Neigung, Rotationsperiode, das magnetische Feld, die Dicke der Kruste, das Sauerstoff-Stickstoff-Verhältnis, Kohlendioxid, Wasserdampf und Ozonwerte müssen genau stimmen.
Eine grobe, aber konservative Berechnung ergibt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein solcher Planet im Universum existiert, bei 1 zu 1030liegt.
Das extremste Beispiel für die Feinabstimmung
Laut dem Standardkosmologie-Modell war der Anfangszustand, und damit die Schwerkraft, das frühe Universum hatte eine sehr geringe Entropie.[1] Die ‘Maß-Energie’ des Anfangsuniversums musste präzise sein, um Galaxien, Planeten zu bekommen und für uns zum Existieren. Das extremste Beispiel für die Feinabstimmung hat etwas mit der Verteilung der Massenenergie zu der Zeit zu tun.
Aber wie präzise?
Die Chancen eines Zustands niedriger Entropie darauf, zufällig zu existieren, ist 1 von 1010^123 - die Penrosezahl. Lass uns versuchen, eine Vorstellung davon zu bekommen, von was für einer Art von Zahl wir reden? Es gibt im Universum (soweit bekannt) nicht genug Partikel, um all die Nullen aufzuschreiben! Diese Zahl ist so groß, dass wenn jede Null zehn Punkttypen wären, dann würde das einen großen Teil des Universums ausfüllen. Deshalb wollen wir es an drei Illustrationen verdeutlichen:
Erstens, balanciere eine Milliarde Bleistifte alle gleichzeitig auf ihren gespitzten Spitzen auf einer glatten Glasfläche aufgestellt, ohne vertikale Unterstützung, kann nicht einmal annährend die Genauigkrit von einem Teil von 1060beschreiben.
Zweitens, dies ist viel mehr Präzision als dazu benötigt wird, um einen Pfeil zu werfen und durch das ganze Universum hindurch einn Penny zu treffen!
Drittens, bedecke Amerika mit Münzen in Säulen, die den Mond erreichen (380,000 km oder 236,000 Meilen entfernt), dann mache das gleiche für eine Milliarde anderer Kontinente derselben Größe. Male eine Münze rot an und lege sie irgendwo auf einen der Stapel. Verbinde einem Freund die Augen und bitte ihn, eine Münze zu ziehen. Die Wahrscheinlichkeit liegt bei 1 zu 1037.
Alle diese Zahlen sind extrem klein, im Vergleich zu der präzisen Feinabstimmung der Penrose-Zahl, das extremste Beispiel für die Feinabstimmung, die wir kennen.
Zusammengefasst die Feinabstimmung vieler Konstanten der Physik müssen einem extrem niedrigen Spielraum gehorchen, damit hier Leben existieren kann. Wenn sie leicht veränderte Werte hätte, könnte ein so komplexes, materialistisches System nicht existieren. Dies ist eine weit anerkannte Tatsache.
Erstens identifizieren Physiker vier fundamentale Naturkräfte. Mit ansteigen der Stärke sind es die Schwerkraft (G0), schwache Wechselwirkungen (1031G0), elektromagnetische Kraft (1037 G0), und die starke Nuklearkraft (1040G0).
Zweitens da extreme Beispiele für Feinabstimmung mit außergewöhnlich großen Zahlen einhergehen, brauchen wir eine Vorstellung davon, wie groß diese sind. Das wird uns eine Vorstellung davon vermitteln, wie empfindlich die Feinabstimmung ist:
· die durchschnittliche Zellenzahl im menschlichen Körper liegt bei 1013 (d.h. 10 Billionen)
· das Alter des Universums beträgt ungefähr 1017s
· die Zahl der sub-atomaren Partikel im bekannten Universum wird auf 1080 geschätzt.
Mit diesen Zahlen im Hinterkopf betrachten wir nun folgende Beispiele für die Feinabstimmung:
1. Schwache Nuklearkraft
Eine davon, die ´schwache Nuklearkraft´, die innerhalb des Nukleus eines Atoms arbeitet, ist so sensibel (fein abgestimmt), dass eine Veränderung von einem Teil zu 10100 das Leben in diesem Universum verhindern würde![1]
2. Kosmologische Konstante
Die kosmologische Konstante ist ein Term der Gravitationstheorie Einsteins, die mit der Beschleunigung der Expansion des Universums zu tun hat. Sie wird als eine Selbstdehnende Eigenschaft des Raumes beschrieben (oder genauer: Raum-Zeit).[2] Wenn sie nicht in einem extrem engen Rahmen um Null liegt, wird das Universum entweder zusammenbrechen oder es wird sich zu schnell ausdehnen, als dass sich Galaxien und Sterne bilden können. Die Konstante ist bis zu einem unvorstellbaren Grad fein darauf abgestimmt. Wenn sie auch nur so wenig wie eins zu 10120 verändert würde, hätte das Universum kein Leben![3]
3. Penrose Zahl: Das extremste Beispiel für Feinabstimmung
Das ist es noch nicht. Wenn du entsprechend dem Standard-Kosmologie-Modell, dem heutigen akzeptierten Modell vom Universum, du 14 Milliarden Jahre zurück gehst, kannst du dir das Universum auf weniger als die Größe eines Golfballs kondensiert vorstellen. Der Anfangszustand der Raum-Zeit und damit die Schwerkraft besaß eine sehr geringe Entropie.[4] Diese geringe Entropie ist für ein bewohnbares Universum erforderlich, in dem Strukturen mit hoher Entropie wie Sterne gebildet werden. Die ´Massenenergie´ des Anfangsuniversums muss präzise gewesen sein, um Galaxien und Planeten zu erhalten, und damit wir existieren können. Das extremste Beispiel der Feinabstimmung hat etwas zu tun mit der Verteilung der Massenenergie zu jener Zeit.
Wie präzise?
Roger Penrose von der Oxford University, und einer der führenden theorerischen Physiker und Kosmologen Britanniens, hat die Wahrscheinlichkeit dafür berechnet, dass ein Zustand geringer Entrope allein durch Zufall existiert und das ist eins zu 1010^123 - die Penrose Zahl. Er schrieb in seinem Buch, ‘The Road to Reality,’ (der Weg zur Realität): "Schöpfung des Universums, eine phantasievolle Beschreibung! Der Stift des Schöpfers muss eine kleine Schachtel finden, nur eins zu 1010^123 des gesamten Phasenraumes, um ein Universum mit einem speziellen Urknall zu schaffen, wie wir es tatsächlich vorfinden."[5]
In seinem anderen Buch, ‘The Emperor’s New Mind,’ (Der neue Geist des Kaisers), beobachtete er: "Um ein Universum zu erzeugen, das dem ähnelt, in dem wir leben, sollte der Schöpfer auf ein absurd kleines Volumen des Phasenraumes möglicher Universen zielen - etwa 1/1010^123 des gesamten Volumens, für die betreffende Situation."[6]
Wollen wir versuchen, eine Vorstellung von der Zahl, von der wir reden, zu erhalten?
Du hast nicht genügend Partikel im Universum (in dem, das wir kennen), um alle die Nullen zu schreiben! Es ist wie eine zehn mit einem Exponenten von:
10000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000.
Diese Zahl ist so groß, dass wenn jede Null eine zehn-Punkte-Schrift wäre, dann würde sie einen großen Teil des Universums ausfüllen![7]
Aus diesem Grunde erläutern wir sie mit vier Illustrationen.
Erstens das Balancieren einer Milliarde Bleistifte, die alle gleichzeitig auf ihren geschärften Spitzen auf einer glatten Glasoberfläche stehen ohne jegliche vertikale Stütze, kommt nicht mal der Beschreibung der Genauigkeit von einem Teil von 1060 nahe.[8]
Zweitens ist dies eine viel größere Präzision, als dafür erforderlich wäre, einen Pfeil durchs ganze Universum zu schießen und einen Penny zu treffen![9]
Eine dritte Illustration, die helfen könnte, wurde von dem Astrophysiker Hugh Ross[10] vorgeschlagen. Bedecke Amerika mit Münzen, bis die Türme bis zum Mond reichen (380,000 km oder 236,000 miles entfernt), dann mache das gleiche für eine Milliarde anderer Kontinente derselben Größe. Male eine Münze rot und steck sie irgendwo zwischen die Milliarden Säulen. Verbinde einem Freund die Augen und bitte ihn, die Münze zu ziehen. Die Wahrscheinlichkeit, dass er sie zieht, liegt bei 1 von 1037.
Alle diese Zahlen sind extrem klein, wenn man sie mit der Feinabstimmung der Penrose Zahl vergleicht, dem extremsten Beispiel für Feinabstimmung, das wir kennen. . Zusammengefasst heisst das, die Feinabstimmung vieler Konstanten der Physik muss in einen überaus engen Rahmen von Werten fallen, damit Leben existieren kann. Wenn sie nur ganz leicht abweichende Werte hätten, könnten keine komplexen materiellen Systeme existieren. Dies ist eine weithin akzeptierte Tatsache.
1. Feinabstimmung um einen bewohnbaren Planeten zu gestatten.
Wenn wir an die besonderen Bedingungen denken, die in unserem Sonnensystem und auf der Erde benötigt werden, werden wir herausfinden, dass es eine Vielzahl von Parametern gibt, die genau richtig stimmen müssen, damit Leben möglich ist. Eine Reihe von Faktoren müssen fein abgestimmt sein, um einen Planeten zu erhalten, der Leben unterstützt:
· Es muss ein einzelnes Sonnensystem sein, um stabile Orbitale der Planeten zu gewährleisten.
· Die Sonne muss die richtige Masse besitzen. Wenn sie größer wäre, würde ihre Helligkeit zu rasch wechseln, und es würde zu viel energiereiche Strahlung geben. Wenn sie kleiner wäre, wären die Abstände der Planeten, die Leben unterstützen können, zu gering, der richtige Abstand wäre so nahe am Stern, dass die Kräfte der Gezeiten den Planeten in der Rotationsperiode stören würde. Ultraviolette Strahlung wäre unzureichend für die Photosynthese.
· Der Abstand zwischen der Erde und der Sonne muss genau stimmen. Zu nah und das Wasser würde verdunsten, zu entfernt und die Erde wäre zu kalt zum Leben. Eine Veränderung von nur 2% und alles Leben würde verschwinden.
· Die Erde muss genügend Masse haben, um eine Atmosphäre zu behalten.
· Bei Oberflächenschwerkraft und Temperatur sind ebenfalls wenige Prozente entscheidend, damit die Erde eine lebenserhaltende Atmosphäre besitzt - die korrekte Mischung der Gase ist für das Leben notwendig.
· Die Erde muss in der richtigen Geschwindigkeit rotieren: zu langsam und die Temperaturdifferenz zwischen Tag und Nacht würde zu extrem werden, zu schnell und Windgeschwindigkeit wären katastrophal.
· Die Schwerkraft der Erde, die axiale Neigung, die Rotationszeit, das magnetische Feld, die Dicke der Kruste, das Sauerstoff/Stickstoffverhältnis, Kohlendioxid, Wasserdampf und Ozonwerte müssen genau stimmen.
Der Astrophysiker Hugh Ross[2] zählt viele solcher Parameter auf, die fein darauf abgestimmt sind, um Leben zu ermöglichen und stellt eine grobe, konservative Berechnung an, dass die Chance, dass ein so ein Planet im Universum existiert, ungefähr 1 : 1030 beträgt.
2. Feinabstimmung der ‘Kohlenstoff-Resonanz’
Leben erfordert viel Kohlenstoff für komplexe Moleküle. Kohlenstoff wird entweder gebildet, indem sich drei Heliumkerne oder Helium- und Berylliumkerne kombinieren. Kohlenstoff ist wie das Narbenrad in einem Tinker-Spielset: du kannst andere Elemente zu komplizierteren Molekülen (kohlenstoffbasiertes Leben) verbinden, doch die Verbindungen sind nicht so fest, dass sie nicht wieder abgebrochen werden können, um etwas Neues aufzubauen.
Der berühmte Mathematiker und Astronom Fred Hoyle, fand heraus, dass damit dies geschieht, die Energieniveaus im Kerngrundzustand untereinander fein abgestimmt sein müssen. Dieses Phänomen wird Kohlenstoff-Resonanz genannt.
Das Level der Kohlenstoff-Resonanz wird von zwei Konstanten bestimmt: die ´starke Kraft´ und die ´elektromagnetische Kraft´. Wenn du diese Kräfte nur ein wenig durcheinander bringst, wirst du entweder den Kohlenstoff oder den Sauerstoff verlieren. Wenn die Variation größer als 1% nach oben oder nach unten sind, dann könnte das Universum kein Leben unterstützen.
Hoyle bekannte später, dass nichts seinen Atheismus mehr erschüttert hat, als diese Entdeckung.[3]
3. Feinabstimmung der starken Nuklearkraft
Die "starke Kraft", ist die Kraft die Protonen und Neutronen im Kern zusammen bindet. Wenn die starke Kraft konstant 2% stärker wäre, gäbe es keinen stabilen Wasserstoff, keine langlebigen Sterne, keine Wasserstoff enthaltenden Verbindungen. Dies ist so, weil das einzelne Proton im Wasserstoff so gerne an etwas anderem anhaften möchte, dass kein Wasserstoff mehr übrig bliebe!
Wenn die starke Kraft konstant 5% schwacher wäre, gäbe es keine stabilen Sterne und nur wenige Elemente neben Wasserstoff. Dies ist so, weil du nicht in der Lage wärst, die Kerne der schwereren Elemente aufzubauen, die mehr als ein Proton enthalten.
Also, ob du die starke Kraft nach oben oder nach unten verstellst, du verlierst Sterne, die als Energiequelle dienen, oder du verlierst komplexe Chemie, die für das Leben notwendig ist.
4. Verhältnis der starken Nuklearkraft zur elektromagnetischen Kraft
Wenn das Verhältnis der starken Nuklearkraft zur elektromagnetischen Kraft um einen Teil zu 1016, anders wäre, könnten sich keine Sterne bilden. Eine Erhöhung um 1 zu 1040 und es könnten nur kleine Sterne existieren, eine Erniedrigung um denselben Betrag und es würde nur große Sterne geben. Du musst beides im Universum haben, große und kleine Sterne. Die großen produzieren in ihren thermonuklearen Öfen Elemente, und nur die kleinen brennen lange genug, um einen Planeten mit Leben zu erhalten.[4]
Um die Menge von 1040 zu Veranschaulichen, die Präzision von 1 zu 1030 (einer viel kleineren Zahl) ist als würdest du eine Patrone abschießen und eine Amöbe am Ende des sichtbaren Universus treffen!
Arno Penzias, ein amerikanischer Pysiker und Nobelpreisträger, der die kosmische Hintergrundstrahlung von Mikrowellen mit entdeckt hat, die dazu beitrug, den Urknall (Big-Bang) zu begründen, fasst zusammen, was er sieht:
‘Die Astronomie leitet uns zu einem einzigartigen Ereignis, eines Universums, das aus dem Nichts erschaffen wurde, eines, das ein sehr empfimdliches Gleichgewicht benötigt, um genau die richtigen Bedingungen zu liefern, die Leben ermöglichen, und eines, das einen zugrunde liegenden (man könnte sagen: ´übernatürlichen´) Plan besitzt.
