Astrobiologie: Woher kommen das Leben, das Universum und der ganze Rest?

Erst kam der Urknall, dann entstand zufällig Leben - oder es war alles vollkommen anders. Statt Materie und Energie könnten Informationen das Wichtigste im Universum sein, und vielleicht leben wir in einer Simulation.

Artikel von Miroslav Stimac veröffentlicht am 12. September 2019, 12:00 Uhr

Eine Aufnahme der Feuerrad-Galaxie, die 21 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist. (Bild: Nasa)

Das Standardmodell der Kosmologie beschreibt ein Universum, das aus dem Nichts mit dem Urknall entstand und seitdem expandiert. Die Biologie geht davon aus, dass in diesem Universum Leben aus nicht lebendiger Materie zufällig hervorging und sich gemäß der Evolutionstheorie von Charles Darwin weiterentwickelt. Und jede Religion hat ihre eigene Erklärung. Doch es gibt noch alternative philosophische Modelle, von denen zwei besonders für Informatiker interessant sind.

Sie basieren auf der Annahme, dass nicht nur Materie und Energie, sondern auch Informationen zu den Grundbestandteilen des Universums zählen. Demnach war die Entstehung von intelligentem Leben kein Zufall, sondern wird vom Universum selbst oder einer Intelligenz außerhalb des Universums begünstigt. Eines der Modelle könnte sogar zu der Schlussfolgerung führen, dass Informatiker vom Universum gewollt sind.

Das Standardmodell der Kosmologie

Beide Modelle sind aus der Auseinandersetzung mit einigen Aspekten des Standardmodells der Kosmologie entstanden, das ich deshalb zuerst kurz erläutern möchte. Zeit und Raum sind danach zugleich mit dem Urknall entstanden. Seither dehnt sich das Universum aus.

Normalerweise würde man wegen der Gravitationskraft erwarten, dass der Raum immer langsamer expandiert und es sogar zu einer Umkehr kommen kann: das Zusammenfallen aller Masse zu einem Zentrum, was man als Big Crunch bezeichnet. Alle Materie müsste demnach im Laufe der Zeit in schwarze Löcher fallen, die wiederum durch die Gravitationskräfte miteinander zu einem einzigen riesigen schwarzen Loch verschmelzen und die Gesamtmasse des Universums an einem Punkt verdichten. Denkbar ist, dass danach wieder ein neuer Urknall stattfindet und ein neues Universum geboren wird.

Beobachtungen deuten jedoch auf das Gegenteil hin: Der Raum selbst expandiert immer schneller, was durch die Rotlichtverschiebung von entfernten Galaxien beobachtet werden kann. Um diese Beobachtungen mathematisch zu erklären, wurde die dunkle Energie erfunden. Sie muss laut Berechnungen etwa 68 Prozent der Gesamtmasse des Universums ausmachen. Was genau dunkle Energie ist, ist jedoch unbekannt - direkt gemessen wurde sie noch nicht.

Neben der dunklen Energie gibt es die sogenannte dunkle Materie. Sie wurde ebenfalls mathematisch aus der Beobachtung abgeleitet, dass es bei Weitem zu wenig sichtbare Materie (Sterne, Sternennebel und so weiter) gibt. Denn diese erzeugt nicht genug Gravitationskraft, damit die äußeren Bereiche der Galaxien die Formen haben, die wir beobachten. Daher geht man von der Existenz der dunklen Materie aus, die so genannt wird, weil man sie schwierig oder gar nicht beobachten beziehungsweise messen kann.

Berechnungen zufolge besteht das Universum zu etwa 95 Prozent aus dunkler Materie und dunkler Energie. Alles, was wir sehen - die Galaxien, Sterne und auch die messbare Energie in Form von elektromagnetischen Wellen wie dem Licht - sind also nur etwa fünf Prozent des Universums.

Wieso der Urknall stattfand und warum es mehr Materie als Antimaterie gibt, kann mit dem Standardmodell der Kosmologie noch nicht erklärt werden. Die gewöhnliche Materie in unserem Universum besteht aus Atomen, deren Kerne elektrisch positiv geladen sind und um die sich negativ geladene Elektronen in bestimmten orbitalen Bahnen bewegen. Daneben gibt es auch freifliegende Elektronen und ionisierte Atome, die nur aus dem positiv geladenen Kern bestehen. Antimaterie ist im Universum sehr selten und besteht aus elektrisch negativ geladenen Kernen und positiv geladenen Elektronen, die man Positronen nennt. Antimaterie ist somit umgekehrt elektrisch geladen wie Materie.

Wenn man sie zusammenbringt, verwandeln sich beide in pure Energie, was Einstein mit der berühmten Formel E = mc² beschrieben hat. Ein Gedankenspiel: Würde man ein Gramm Antimaterie mit einem Gramm Materie kombinieren, würden etwa 1,8 x 10 hoch 14 Joule Energie freigesetzt werden. Das entspricht in etwa dem chemischen Brennwert von vier Millionen Kilogramm Erdöl. Deshalb wird in vielen Science-Fiction-Filmen Antimaterie als Energieträger für Raumschiffe verwendet.

Statistisch ist zu erwarten, dass nach dem Urknall gleich viel Materie und Antimaterie entstanden wären und diese sich gegenseitig aufgehoben, das heißt in pure Energie umgewandelt hätten.

Leben - einfach nur Glück?

Zum Glück für uns gab es aber anscheinend mehr Materie als Antimaterie, so dass wir in einem Universum leben, das Materie enthält - und dies ist wiederum eine Voraussetzung für die Bildung von Sternen, Planeten, Molekülen und somit Leben. Auch ein Glück ist, dass das Universum weder zu heiß noch zu kalt ist. Noch viele andere Faktoren sind so kalibriert, dass sie unsere Existenz ermöglichen, etwa die Gravitationskraft.

Es stellt sich die Frage, ob das Universum zufällig entstanden und zufällig so parametrisiert ist, dass sich intelligente Lebensformen entwickeln konnten, die über das Universum nachdenken können. Manche Wissenschaftler vermuten, dass es viele Universen gibt und die meisten dieser Universen kein Leben ermöglichen. Wir hätten demnach einfach das Glück, in einem lebensfreundlichen Universum zu existieren.

Der Philosoph und Astrophysiker Nick Bostrom ist mit dieser Erklärung nicht zufrieden. Er ist primär Philosoph, doch er studierte auch Astrophysik und hat einen Master im Themenbereich Computational Neuroscience am King's College (University of London). Er hat eine Alternativhypothese entwickelt.