Das anthropische Prinzip

19. September 2010

Eigentlich ist unsere gute alte Erde ein ganz angenehmer Ort – zumindest wenn man sie mit den anderen Himmelskörpern unseres Sonnensystems vergleicht. Da gibt es welche, die sind glühend heiß, andere sind bitter kalt. Manche haben keine Atmosphäre, andere noch nicht mal eine Oberfläche.

Aber warum ist denn die Erde so ein angenehmer Ort? Nun, wir wären nicht hier, wenn es nicht so wäre. Die Frage, warum es einen Ort gibt, an dem intelligentes Leben möglich ist, kann nur gestellt werden, wenn es einen solchen Ort gibt. Oder anders formuliert: Da es intelligentes Leben auf der Erde gibt, ermöglicht sie intelligentes Leben.

Möglicherweise bedarf es einer extrem feinen Abstimmung verschiedener Randbedingung, um aus der Erde erst einen Planeten zu machen, auf dem Wesen wie wir existieren können. Es mag noch so erstaunlich sein, dass genau die Erde diese Vielzahl an Bedingungen erfüllt, aber aufgrund unserer Anwesenheit muss es einfach so sein. Die Existenz menschlichen Lebens setzt die Existenz eines geeigneten Planeten voraus. Und da wir hier sind, ist die Erde so ein Planet.

Man könnte auch sagen, wir haben eine selektive Wahrnehmung. Da wir nur auf einem lebensfreundlichen Ort existieren können, sehen wir auch nur Randbedingungen, die zu einem lebensfreundlichen Ort gehören. Wenn zum Beispiel von den vielen verschiedenen Größen von Sternen nur eine bestimmte Größenklasse Leben in ihrer Umlaufbahn ermöglicht, dann kann dieses Leben nun mal nur diese Größenklasse aus nächster Nähe beobachten und untersuchen.

Dieser Gedankengang wird seit den Siebziger Jahren als anthropisches Prinzip bezeichnet, und es gibt ihn in zwei Varianten: Bei der schwachen Variante geht man davon aus, dass es unter den vielen Planeten bestimmt den einen oder anderen gibt, der intelligentes Leben ermöglicht. Wenn es solche Orte also sowieso gibt, dann ist es nur logisch, dass wir uns an einem solchen Ort befinden. Die außergewöhnlich freundlichen Eigenschaften der Erde sind also kein erstaunlicher Zufall, sondern lediglich ein Produkt aus einfacher Statistik und der schlichten Tatsache, dass intelligentes Leben nun mal nur da existiert, wo es existieren kann. In diesem Fall kann das anthropische Prinzip vollständig erklären, warum gerade unser Planet so angenehme Eigenschaften hat.

Wenn man nun annimmt, dass die Eigenschaften der Erde wirklich extrem ungewöhnlich sind, so ungewöhnlich, dass es schon erstaunlich ist, dass überhaupt ein solcher Planet im Universum existiert, dann sind wir beim starken anthropischen Prinzip angelangt. Es gilt immer noch die Aussage, dass die Erde ein lebensfreundlicher Ort sein muss, weil wir sonst nicht hier wären, um über diese Tatsache nachzudenken. Aber es taugt nicht mehr als Erklärung, warum die Erde so ist, wie sie ist. Die Frage, warum gerade unser Planet so angenehme Eigenschaften hat, wird zurückgeführt auf die Frage, warum überhaupt ein Planet hinreichend angenehme Eigenschaften hat. Im Gegensatz zum schwachen anthropischen Prinzip bleiben aber beide Fragen unbeantwortet.

Das anthropische Prinzip lässt sich auf alle Eigenschaften und Vorgänge anwenden, die mutmaßlich dazu beigetragen haben, dass wir Menschen existieren als eine Spezies, die das anthropische Prinzip formulieren und darüber nachdenken kann. Es geht um die Enstehung der Arten wie um die Entstehung des Lebens an sich. Man kann es auf die Existenz unseres Sonnensystems sowie auf die Existenz des ganzen Universums anwenden. Es geht um unsere Existenz an sich. Damit hat die Frage, ob es sich um das schwache oder das starke anthropische Prinzip handelt, zutiefst philosophische Bedeutung. Wenn sich alle Fragen unserer Existenz auf das schwache Prinzip zurückführen lassen würden, wäre der Glaube an einen Schöpfergott (rein aus logischer Sicht) überflüssig. Umgekehrt wäre der Nachweis, dass man das starke anthropische Prinzip zur Erklärung unserer Existenz benötigt, ein starkes Indiz für die Existenz eines solchen Schöpfers.

Kein Wunder also, dass sich naturwissenschaftlich interessierte Atheisten und Christen gerne über genau dieses Problem streiten – stark oder schwach, das ist hier die Frage. Dabei geht es bei der Unterscheidung zwischen den beiden Prinzipien in erster Linie um Fragen der Statistik.

Nehmen wir uns einmal die Existenz der Erde vor. Sagen wir, es gäbe P verschiedene denkbare Planeten, also P verschiedene Möglichkeiten, wie die Eigenschaften eines Planeten sein könnten. Dann seien PL die verschiedenen Möglichkeiten, wie ein Planet sein könnte, der intelligentes Leben ermöglicht. Dann sei die Wahrscheinlichkeit, dass ein beliebig zufällig ausgewählter Planet intelligentes Leben ermöglicht, PL/P.

Allein diese Behauptung ist schon in zweierlei Hinsicht problematisch. Erstens müssen die verschiedenen Möglichkeiten innerhalb von P gleichverteilt sein, das heißt, alle möglichen Planeten innerhalb von P sind gleich wahrscheinlich. Das lässt sich mit ein wenig Mathematik schon so hinrechnen, aber es setzt voraus, dass wir genügend Kenntnisse über die Wahrscheinlichkeit verschiedener Planeteneigenschaften haben.

Zweitens haben wir noch gar nicht geklärt, welche Art von Wahrscheinlichkeit wir eigentlich meinen. Es gibt nämlich prinzipiell zwei Arten: Die A-priori-Wahrscheinlichkeit schließt aus den Eigenschaften des Systems auf die Wahrscheinlichkeit bestimmter Ereignisse, bevor diese eintreten. Die A-posteriori-Wahrscheinlichkeit wird aus der Verteilung der tatsächlich eingetretenen Ereignisse berechnet, ohne dass man dazu die Eigenschaften des Systems kennen muss. Dafür braucht man allerdings eine hinreichend große Zahl von Ereignissen, die bereits stattgefunden haben.

Bei einem gut gearbeiteten Würfel gehen wir zum Beispiel davon aus, dass alle Zahlen gleich wahrscheinlich sind. Das wäre eine A-priori-Wahrscheinlichkeit. Es gibt aber auch gezinkte Würfel, die sich äußerlich nicht von normalen Würfeln unterscheiden, bei denen aber gerade nicht alle Zahlen gleich wahrscheinlich sind. Das heißt, die A-priori-Wahrscheinlichkeit versagt bei gezinkten Würfeln, weil wir die Systemeigenschaften nicht genau genug kennen. Die Unterscheidung zwischen gezinkten und nicht gezinkten Würfeln gelingt nur über eine A-posteriori-Wahrscheinlichkeit, wobei ein besserer Mathematiker als ich sagen müsste, wie oft man den Würfel werfen müsste, um eine zuverlässige Aussage zu bekommen. Das kann selbst bei einem so einfachen System wie einem Würfel leicht mal in die Tausende gehen.

Es liegt in der Natur der Sache, dass wir uns beim anthropischen Prinzip normalerweise nicht auf eine A-posteriori-Wahrscheinlichkeit beziehen können. Das heißt, wir brauchen genaue Kenntnisse über das betrachtete System. Das heißt auch, dass eine übersehene Systemeigenschaft unsere ganze schöne Rechnung über den Haufen werfen kann.

Für die Bestimmung des anthropischen Prinzips brauchen wir noch eine dritte Zahl, nämlich die Zahl der Exemplare N. Bezogen auf das obige Beispiel wäre das die Zahl der Planeten im Universum. Daraus lässt sich so eine Art anthropische Kennzahl berechnen: N·(PL/P). Ist diese Zahl deutlich größer als 1, so handelt es sich bei dem betrachteten Beispiel um das schwache anthropische Prinzip, ist die Zahl deutlich kleiner als 1 (also nahe 0), handelt es sich um das starke anthropische Prinzip.

Dass in vielen praktischen Beispielen die Zahlen N, P und PL (oder zumindest ein Teil davon) unendlich sind, ist kein prinzipielles Hindernis, erschwert die Sache aber zusätzlich, da mit Grenzübergängen gerechnet werden muss, wofür man möglicherweise zusätzliche Kenntnisse über die Eigenschaften des betrachteten Beispiels benötigt. Es reicht aber auch nicht, einfach N als unendlich anzunehmen, weil gerade in diesen Fällen auch PL/P gleich 0 sein kann.

Ein Beispiel für die Berechnung einer solchen Kennzahl findet sich in dem Buch „Evolution: Ein kritisches Lehrbuch“ von Reinhard Junker und Siegfried Scherer. Die Autoren schätzen darin aufgrund von einschlägigen bekannten Wahrscheinlichkeiten die Kennzahlen für einen einzelnen Evolutionsschritt ab. Dabei verwenden sie an vielen Stellen Werte, die bis zur äußersten Grenze des Glaubwürdigen auf ein möglichst großes Ergebnis von N·(PL/P) ausgewählt wurden. Sie kommen dabei auf eine Wahrscheinlichkeit PL/P für den Evolutionsschritt von 10–75. Bei einer Gesamtzahl N an jemals existiert habenden Exemplaren der betrachteten Lebewesen von 1046 ergibt sich N·(PL/P) zu 10–29. Damit müsste man für dieses Beispiel vom starken anthropischen Prinzip ausgehen.

Die Rechnung von Junker und Scherer ist dahingehend faszinierend, als sie zumindest zum Teil auf A-posteriori-Wahrscheinlichkeiten zurückgreifen kann, was bei Berechnungen zum anthropischen Prinzip leider sehr selten der Fall ist. Wie groß die Unsicherheiten innerhalb dieser Berechnung dennoch ist, zeigt die Tatsache, dass die Änderung von drei Detailannahmen die Kennzahl von 10–29 auf 10–94 abstürzen lässt. Viel relevanter für das anthropische Prinzip sind allerdings die Einwände derer, die das Ergebnis für zu klein halten.

So betrachten Junker und Scherer tatsächlich nur einen möglichen Evolutionsweg, nämlich den, den die Lebewesen auf der Erde tatsächlich eingenommen haben (sollen). Es ist sinnvoll anzunehmen, dass es viele verschiedene Möglichkeiten gibt, wie sich das Leben entwickeln könnte. Die Berechnung bezieht sich aber nur auf die verschiedenen Möglichkeiten, wie ein ganz bestimmter Evolutionsschritt von Statten gegangen sein könnte. PL ist zu klein gewählt und müsste noch mit der Anzahl der möglichen Evolutionsschritte mit zumindest ähnlichem Ergebnis multipliziert werden. Ein sehr schwer zu bestimmender, meiner Meinung nach hoch spekulativer Faktor.

Damit bewegen wir uns aber weg von A-posteriori-Wahrscheinlichkeiten und hin zu A-priori-Wahrscheinlichkeiten, die zudem in diesem Beispiel von besonders unsicherer und spekulativer Natur sind. Wenn wir PL mit einer wie auch immer zustande gekommenen Zahl von möglichen Evolutionsschritten multiplizieren, kommen wir zwar zu einem realistischeren Wert, entfernen uns aber gleichzeitig von bekannten Tatsachen. Ein Dilemma.

Selbst bei einem sehr einfachen, fassbaren Beispiel landen wir bei einer Zahl N·(PL/P), die mit Unsicherheiten von mehreren dutzend Größenordnungen behaftet ist, mit Unsicherheiten, die selbst schon jenseits jeder Vorstellungskraft liegen. Ob dem Ergebnis dann noch eine Aussagekraft zuzurechnen ist, darf bezweifelt werden.

Das heißt nicht, dass es falsch ist, sich mit diesen Zahlen zu beschäftigen. Aber es erklärt, warum man prinzipiell skeptisch sein sollte, wann immer jemand die Frage nach dem starken oder schwachen anthropischen Prinzip eindeutig in die eine oder andere Richtung entschieden zu haben glaubt. Das gilt auch, wenn dieser Jemand ein zweifellos brillanter Mathematiker und Physiker wie Stephen Hawking ist.

Der beschreibt zusammen mit Leonard Mlodinow hier und wohl auch in ihrem neuen Buch „The Grand Design“, dass er wichtige Fragen über Existenz und Struktur des Universums im Sinne des schwachen anthropischen Prinzips erklären kann. Ich zweifle nicht daran, dass seine Erklärungen genau so logisch und überzeugend sind wie Junkers und Scherers Berechnungen. Aber die zu Grunde liegende Physik enthält auch nicht weniger A-priori-Annahmen und mehr oder minder spekulative Theorien wie bei Junker und Scherer.

Will man das anthropische Prinzip in Bezug auf das ganze Universum untersuchen, braucht man nämlich eine einheitliche, in sich konsistente Theorie der vier Grundkräfte: der elektromagnetischen, schwachen und starken Wechselwirkung und der Gravitation. Zwar gibt es eine vereinheitlichte Theorie der elektromagnetischen und schwachen Wechselwirkung, die sich im Experiment vielfach bewährt hat, an einer Vereinheitlichung mit der starken Wechselwirkung ist man bisher aber ebenso gescheitert, wie an einer Quantentheorie der Gravitation. (Die ist nötig für eine einheitliche Theorie aller vier Kräfte.)

Nicht dass es dafür keine vielversprechenden Theorien und Hypotesen gäbe, aber die wenigen möglichen experimentellen Ansätze, um diese Theorien zu belegen, brachten bisher keine nennenswerten Erfolge. So fehlt zum Beispiel trotz extrem aufwändiger Experimente immer noch der Nachweis des Protonenzerfalls, der für eine einheitliche Theorie von elektromagnetischer, schwacher und starker Wechselwirkung unabdingbar zu sein scheint.

Hawking und Mlodinow können ihre Überlegungen also nur auf Theorien stützen, die von einer experimentellen Bestätigung noch sehr weit entfernt sind. Es ist natürlich legitim zu überlegen, welche Folgen die gängigen Theorien für die Frage nach dem anthropischen Prinzip haben. Wenn die beiden aber angeben, daraus eine Aussage über die Existenz Gottes ableiten zu können, hat das mehr mit gezielter Provokation und geschicktem Marketing zu tun als mit solider Physik.

Das ist natürlich nur eine Reaktion auf die Argumentationsweise der „Gegenseite“. Denn es gibt leider gerade auf der theistischen Seite eine zunehmende Tendenz, mehr oder minder spekulativen Berechnungen sehr kleiner „anthropischer Kennzahlen“ zu einem Beweis für die Existenz Gottes hochzustilisieren. Es würde natürlich beiden Seiten gut anstehen, auf dem Boden der wissenschaftlichen Tatsachen zu bleiben, aber warum sollte der Atheist Hawking das tun, wenn manche Teile der kreationistischen Szene diesen Boden nicht mal mehr mit dem Fernglas entdecken können.

Zu guter wissenschaftlicher Arbeit gehört immer die offene Kommunikation über die Grenzen der eigenen Theorien und die Unsicherheiten in den eigenen Annahmen. Ein guter Wissenschaftler erklärt nicht nur, warum er seine Theorie für zutreffend hält (allein schon das Wort „richtig“ wäre zu viel), sondern beschreibt auch die Argumente und Ansatzpunkte, mit denen gegebenenfalls nachgewiesen werden kann, dass seine Theorie falsch ist. Um eine Theorie zu überprüfen, sind nämlich gerade die Zweifel und Unsicherheiten das eigentlich wissenschaftlich Interessante.

Diese Zweifel kommen leider gerade in populärwissenschaftlichen Büchern, die häufig entweder aus der theistischen oder aus der atheistischen Sicht geschrieben werden, viel zu wenig vor. Immerhin verzichten sowohl Junker und Scherer als auch Hawking in ihren Schriften auf billige Polemik und lassen diese Zweifel zumindest gelegentlich auch mal zu Wort kommen. Das ist ein Anfang und macht ihre Bücher recht lesenswert, aber für eine echte wissenschaftliche Auseinandersetzung ist das noch zu wenig.

Was wissen wir denn über die Geschichte des Universums, das uns umgibt, und dessen Teil wir sind? Wesensmerkmal des anthropischen Prinzips – in beiden Formen – ist ja gerade die Beschränktheit unseres Horizontes. Unsere unmittelbare Wahrnehmung ist auf Lebensräume beschränkt, die unsere Existenz zulassen. Der Anteil des indirekten, des erst durch komplexe Schlussfolgerungen Zugänglichen an dem, was wir Wissen über das Universum nennen, ist enorm. Das am weitesten von uns entfernte von Menschen gemachte Objekt ist die Raumsonde Voyager 1. Die Entfernung beträgt unvorstellbare 17 Milliarden Kilometer. Trotzdem hat sie noch nicht einmal unser Sonnensystem verlassen. Der nächste Stern ist über 2000 mal weiter entfernt.

Schon in dieser (kosmologisch so geringen) Entfernung können uns neue Rätsel begegnen. Die etwas weniger weit entfernten Pioneer-Sonden wiesen vor dem Abreißen der Kommunikation eine winzige, aber messbare Abweichung von der berechneten Flugbahn ab, für die es noch keine Erklärung gibt. (Bei den Voyager-Sonden konnte der Effekt noch nicht nachgewiesen werden, weil die Sonden komplexer und damit die Störgrößen vielfältiger sind) Noch wird es als sehr unwahrscheinlich angesehen, dass sich hinter der Pioneer-Anomalie eine bisher unbekannte physikalische Kraft verbirgt. Aber dennoch zeigt das Phänomen, dass selbst in (kosmologisch gesehen) so geringer Entfernung mit neuen Erkenntnissen gerechnet werden muss. Dennoch ist die Entfernung so groß, dass gezielte wissenschaftliche Experimente in diesem Abstand zur Erde zwar vielleicht noch technisch möglich, aber doch zumindest auf absehbare Zeit völlig unbezahlbar sind.

Ich möchte keinesfalls klein reden, was die Menschheit in technischer und naturwissenschaftlicher Hinsicht erreicht hat. der Erkenntnisgewinn gerade des 20. Jahrhundert ist in jeder Hinsicht beeindruckend und verdient höchsten Respekt. Die vergebliche Suche nach dem Protonenzerfall, die aus kosmologischer Sicht so lächerlich kleine Reichweite der Raumsonden und viele andere große, aufwändige und teuere Experimente mit begrenzten Ergebnissen zeigen neben dem technisch-naturwissenschaftlichem Fortschritt auch die Grenzen des Machbaren und damit letztlich auch die Grenzen des menschlichen Erkenntnisvermögens. Manche mögen der Ansicht sein, dass die Frage nach dem starken oder schwachen anthropischen Prinzip bald geklärt würde oder sogar schon geklärt sei. Angesichts der Vielzahl der offenen Fragestellungen halte ich eine solche Ansicht für reichlich naiv.

Dabei könnte man sogar noch einen Schritt weitergehen. Man könnte argumentieren, dass die naheliegende Gleichsetzung des schwachen anthropischen Prinzips mit Atheismus und des starken anthropischen Prinzips mit Theismus keinesfalls zwingend ist. Dass ein Schöpfer als Erklärung nicht notwendig ist, heißt nicht, dass er nicht existiert. Und dass ein Ereignis unwahrscheinlich ist, heißt eben gerade nicht, dass es nicht eintreten kann. Zugegeben: Wenn die Wahrscheinlichkeit für ein Ereignis ausreichend hoch ist, ist es klug, davon auszugehen, dass es eintritt. Und wenn die Wahrscheinlichkeit ausreichend niedrig ist, kann man eigentlich davon ausgehen, dass es sicher nicht eintritt. Aber wo will man die Grenze ziehen? Wahrscheinlichkeiten sind tückisch. Sie können ein extrem starkes Argument darstellen. Ich möchte nur davor warnen, sie zum einzigen Argument zu machen.

Schließlich scheitern alle anthropischen Prinzipien und alle Weltanschauungen an der Erklärung der Existenz an sich. Jeder Versuch führt zu einem unendlichen Regress, jede Ursache ist wiederum Wirkung einer vorgelagerten Ursache. Hawking spricht von der spontanen Entstehung von Universen, muss sich aber auf ein gewisses Maß auf präexistente Naturgesetzen stützen, um dies begründen zu können. Und auch die christliche Lehre bietet hier keine wirkliche Antwort. Die Existenz des Universums wird auf die Existenz Gottes zurückgeführt, und die wiederum ist schlicht unerklärbar. Der unendliche Regress wird also nicht aufgelöst, sondern – wenn man so will – künstlich abgebrochen. Die Existenz selbst bleibt unerklärbar – unabhängig vom anthropischen Prinzip.

Ohnehin wird ein vernünftiger Mensch die Frage nach der Existenz Gottes nicht mit naturwissenschaftlichen Mitteln zu beantworten versuchen. Die Naturwissenschaft mag (und darf gerne) Indizien und Hinweise liefern. Außerdem ist sie sehr nützlich, verkehrte Weltanschauungen zu entlarven und verdrehte Gottesbilder zu korrigieren. Aber mit der Frage nach Gott insgesamt ist sie überfordert. Nein, nicht überfordert, die Naturwissenschaft ist dazu einfach das falsche Mittel. Wer wissen will, ob Gott existiert, muss einen anderen Erkenntnisprozess wählen, als den der Naturwissenschaft. Dieser Erkenntnisprozess mag weniger exakt und reproduzierbar sein als der naturwissenschaftliche, aber er ist in der Praxis viel wichtiger, viel universeller einsetzbar, viel realistischer. Er hat viele Namen, man könnte ihn die Gewinnung subjektiver Überzeugungen nennen oder schlicht und einfach auch Glaube.

Ich meine damit nicht nur den Glauben an Gott. Es handelt sich dabei um einen Erkenntnisprozess, der uns das Zurechtkommen im Alltag erst ermöglicht. Die wenigsten Erkenntnisse sind wissenschaftlich exakt. Viele können es aus ganz praktischen Gründen nicht sein, andere dürfen es sogar gar nicht sein, weil sie sich dadurch selbst entwerten würden. Dieser Erkenntnisprozess ist gegenüber der Naturwissenschaft nicht minderwertig, er ist nur anders. Er hat auch einen anderen Anwendungsbereich. Und es ist wichtig zu wissen, wann man welchen Erkenntnisprozess anzuwenden hat.

Der Verzicht auf die naturwissenschaftliche Denkweise mag höchst dumm sein und uns in die Steinzeit zurückkatapultieren. Der (konsequent zu Ende geführte) Verzicht auf Glauben als Denkweise dagegen macht lebensunfähig führt geradewegs in die Psychatrie. Und die richtige, angemessene Verwendung beider Denkweisen führt uns zur Erkenntnis Gottes. Davon bin ich überzeugt.

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