DIE PHILOSOPHIN DES URPRALLS - MAX-PLANCK-GESELLSCHAFT
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Die Philosophin
des Urpralls
Die mythische Vorstellung von einem zyklischen kosmologisches Modell, dem Anna Ijjas am
All, das im Weltenbrand endet und wiederersteht, Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik
(Albert-Einstein-Institut) in Hannover neues
fasziniert Menschen seit jeher. Die moderne
Leben einhaucht.
Urknalltheorie mit einem ewig expandierenden
Universum schließt diese Möglichkeit aus. Doch Man muss schon gut zu Fuß sein, wenn man der
ist hier das letzte Wort bereits gesprochen? quirligen Forscherin durch die Gänge des Insti-
Am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in tuts bis zu ihrem Büro folgen will. Das ist noch
karg eingerichtet, ein Laptop auf dem Tisch, viel
Hannover geht Anna Ijjas dieser fundamentalen mehr nicht. Der Hausmeister schaut zwischen-
48 Frage nach. durch vorbei, um etwas zu kontrollieren. Anna
Ijjas ist erst seit Anfang September 2019 in Han-
nover. Sie gehört zu den ersten neun Leiterinnen
Text: Thom as Bührke einer Lise-Meitner-Exzellenzgruppe, welche die
Max-Planck-Gesellschaft ins Leben gerufen hat.
Gegen fast 300 Kandidatinnen aus 42 Ländern
hat sie sich durchgesetzt.
Der Kirchenlehrer Augustinus fragte sich schon vor Mit dem Lise-Meitner-Programm will die Max-
mehr als 1600 Jahren, was Gott vor der Erschaf- Planck-Gesellschaft nicht nur die Frauen-
fung der Welt getan haben mag. Seine Antwort quote steigern, sondern ganz gezielt zukünftige
war so einfach wie überraschend: „Bevor Gott Max-Planck-Direktorinnen suchen. Spätestens
Himmel und Erde schuf, tat er nichts.“ Das passt nach fünf Jahren wird ihnen die Teilnahme an
gar nicht einmal so schlecht zur Urknalltheorie, einem sogenannten Tenure-Track-Verfahren
mit der Kosmologen den Beginn des Universums für eine W2-Professur garantiert, bei positiver
beschreiben. Vor dem Big Bang gab es nichts, Evaluation erhalten sie die W2-Position sowie die
weder Raum noch Zeit. Mit den heutigen physi- Leitung der Forschungsgruppe unbefristet. Das
kalischen Kenntnissen lassen sich sämtliche Vor- Auswahlverfahren war hart, und die letztend
gänge in dem heißen Feuerball beschreiben, die liche Entscheidung für Anna Ijjas offenbart auch
sich ab etwa einer milliardstel Sekunde nach dem Einblicke in die heutige Situation der Grund
Urknall ereignet haben. Doch was davor geschah, lagenforschung. Die Wissenschaftlerin war zuvor
das entzieht sich unserer Kenntnis. Und der Ur- mehrere Jahre an der Universität von Princeton.
knall selbst? Eine „Singularität“, in der die bei- „In den USA ist Forschung sehr konservativ“, er-
den Säulen der modernen Physik – Relativitäts- zählt sie. Junge Nachwuchswissenschaftler fol-
theorie und Quantentheorie – versagen. gen dort oftmals den ausgetretenen Pfaden. Ijjas
rechnet es dem Auswahlkomitee des Lise-Meit-
Was aber, wenn es gar keinen Urknall gab? Könnte ner-Exzellenzprogramms hoch an, dass es mit
unser Universum nicht aus einem Vorläu- ihr bewusst eine Kandidatin ausgewählt hat, die
fer hervorgegangen sein? Das ist ein altes eher unkonventionell daherkommt.
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bei
anna
ijjas
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F o t o: F rank V inken
Unkonventionell: Mit einem eher außergewöhnlichen Ansatz erforscht Anna Ijjas
am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik die Anfänge des Universums.
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Dabei schien doch auf dem Gebiet der Kosmologie Der Weg zu dieser Einsicht war lang und verlief für
– also der Wissenschaft von der Entstehung und die Forscherin keineswegs geradlinig. In ihren
Entwicklung des Weltalls – bereits vieles geklärt. Wünschen war sie aber immer zielstrebig. Anna
„In den 1970er- bis 1990er-Jahren haben die Ijjas kam 1985 in einem kleinen Dorf in Ungarn
Theoretiker sehr große Fortschritte gemacht“, zur Welt. Ihr Vater war Arzt und kannte einen
erzählt Anna Ijjas. Mit der Stringtheorie schien Deutschen, der Privatunterricht gab. So begann
man eine umfassende Beschreibung sämtlicher Anna schon mit fünf Jahren die deutsche Sprache
Naturkräfte gefunden zu haben. Und die Hypo- zu lernen. Während ihrer Schulzeit in Budapest
these des inflationären Universums versprach ging sie im Rahmen eines Schüleraustauschs für
alle Probleme, welche die damalige Urknallthe- zwei Monate nach Bayern. Nach dem Abitur war
orie noch in sich barg, zu lösen. ihr klar, dass sie nicht in Ungarn studieren wollte.
Dem Wunsch der Eltern nach einem Jura-
Die Inflation (von inflatio für Aufblähen) ist heute studium mochte sie auch nicht folgen. Statt-
fester Bestandteil der Kosmologie. Sie beschreibt dessen schrieb sie sich in München an der Ludwig-
eine extrem schnelle Expansion des Alls unmit- Maximilians-Universität für Mathematik und
telbar nach dessen Geburt. Nach dieser Phase Religion mit dem Ziel Lehramt ein. Später kam
setzte sich die weitere Ausdehnung etwa mit der auch Physik dazu.
„Es wäre Größenwahn zu behaupten,
wir wüssten schon fast alles.
Im Gegenteil – wir brauchen
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einen Umbruch.“
noch heute herrschenden Geschwindigkeit fort. Nach dem Staatsexamen wandte Ijjas sich intensi-
„Nicht wenige Theoretiker sind mittlerweile da- ver den Naturwissenschaften zu und promo-
von überzeugt, dass wir den großen Antworten vierte in Philosophie mit einer Arbeit, deren Ti-
schon sehr nahe sind und nur noch ein paar De- tel an ein Bonmot Einsteins angelehnt ist: „Der
tails klären müssen“, sagt Ijjas. Sie selbst sieht das Alte mit dem Würfel: Metaphysik in der Quan-
ganz anders! Zum einen wissen wir über 95 Pro- tenmechanik“. Ein interdisziplinärer Dialog zwi-
zent des Universums so gut wie nichts: Dunkle schen Naturwissenschaften und Theologie sei
Materie und Dunkle Energie sind große Ge- möglich und sinnvoll, schreibt sie in ihrer Arbeit.
heimnisse. Die Stringtheorie vermag immer Anfangs hatte sie versucht, beide Bereiche zu-
noch keine konkreten Vorhersagen zu treffen, die sammenzubringen, vor allem in Gesprächen mit
sich durch astronomische Beobachtungen oder Freunden. Heute sieht sie darin zwei Sichtwei-
physikalische Experimente prüfen lassen. Und sen, die wenig miteinander zu tun haben: „Na-
die Theorie der Inflation hat so viele dehnbare turwissenschaften und Glauben schließen sich
Parameter, dass man sie an fast alle Beobachtun- nicht aus“, sagt sie. „Ich habe aber keinen naiven
gen anpassen kann. „Andrei Linde, einer ihrer Glauben.“
Begründer, pflegt zu sagen, es werde nie ein Be-
obachtungsergebnis geben, mit dem sich die Infla- Zu dieser Zeit wusste sie nicht, ob sie gut genug für
tionstheorie widerlegen lasse“, sagt Ijjas. „Es die physikalische Forschung war. Doch dann er-
wäre Größenwahn zu behaupten, wir wüssten mutigte sie ihr Mentor Harald Lesch. Mit ei-
schon fast alles. Im Gegenteil – wir brauchen nem Stipendium versehen, ging sie in die USA
einen Umbruch.“ und suchte sich dort gezielt zwei Wissenschaft-
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Blick zum Himmel:
In der chilenischen
Atacamawüste entsteht
das Simons-Observa-
torium, an dem Anna
Ijjas beteiligt ist. Die
Teleskope könnten die
Frage klären, ob wir in
einem zyklischen Weltall
leben oder nicht.
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F o t o s: Debra K ellner / Simons Observat ory
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ler als Mentoren aus, die für ihre kreativen Ideen mittlerweile 40 Jahre andauernden Unterfangens
bekannt sind. Einer von ihnen, Paul Steinhardt, sind bisher fehlgeschlagen – inklusive String-
hatte maßgeblich zur Entwicklung der Inflati- theorie. Daher probieren die Forscher heute un-
onstheorie beigetragen. Im Jahr 2002 überraschte terschiedliche Modelle aus. „Eine Quantengravi-
Steinhardt seine Kollegen mit einer Alternative, tation ist zwar für einige Probleme der Physik un-
die ein zyklisches Universum annimmt. Dieses erlässlich“, sagt Anna Ijjas, „aber unser Ansatz des
ekpyrotische Universum vermeidet einen Urknall zyklischen Universums benötigt sie nicht.“
aus dem Nichts ohne Raum und Zeit. Mit dem Be-
griff „Ekpyrosis“, zu Deutsch etwa „Weltenbrand“, In allen zyklischen Modellen ging unsere Welt aus
erinnerte Steinhardt an alte Mythen vom Ende der einem Übergangsstadium hervor: Ein vorheriges
Welt in einem feurigen Untergang und dem neuer- Universum hatte sich langsam zusammengezogen
lichen Erstehen aus der Asche. und wieder ausgedehnt. Der Urknall war dann ein
Urprall oder, wie die Kosmologen auf Englisch sa-
gen: Big Bounce anstelle von Big Bang. „In die-
Die Inflationstheorie sem Moment waren Raum und Zeit in einem Zu-
stand, der sich mit den uns bekannten Gesetzen
benötigt sehr spezielle noch erfassen lässt“, sagt Ijjas. „Um den Urprall
Anfangsbedingungen zu beschreiben, brauchen wir nur die Einfüh-
rung einer neuartigen Wechselwirkung zwischen
Materie und Raumzeit.“
Seitdem haben sich bei Anna Ijjas die Zweifel an der
Inflationstheorie verstärkt. Die hat ihrer Meinung In den vergangenen drei Jahren konnte die Kosmolo-
nach zwei entscheidende Schwächen: Zum einen gin neue, wichtige Ergebnisse vorweisen. In einer
benötigt sie sehr spezielle Anfangsbedingungen; ihrer Berechnungen zog sich das Vorgängeruniver-
zum anderen führt die Theorie zu der Behauptung, sum im Urprall bis auf 10 -25 Zentimeter zusammen.
52 dass unendlich viele Universen mit je unterschied- Das ist nur ein Billionstel des Protonendurchmes-
lichen Eigenschaften entstehen. In einem davon sers – und lässt sich dennoch mit der heutigen Phy-
leben wir. sik beschreiben. Dieses Modell erklärt auch alle
Probleme der ursprünglichen Urknalltheorie, für
„Was mich daran stört, ist, dass wir dann nicht erklä- deren Lösung die Inflation eingeführt wurde. Das
ren können, woher die Eigenschaften kommen“, Urprallszenario von Anna Ijjas und ihren Kollegen
sagt die Max-Planck-Forscherin. Alles ist möglich, kommt ganz ohne diese Hypothese aus. Gleichzei-
und die Physik kann nicht einmal vorhersagen, tig bezieht es die Dunkle Energie mit ein, womit
was wahrscheinlich ist. Diese Beliebigkeit mag Ij- speziell Stringtheoretiker große Probleme haben.
jas nicht akzeptieren. Ihr Anspruch an die Physik So gesehen, hat das zyklische Universum viele
ist ein anderer: „Ich will wissen, warum die Welt Vorteile. Aber: Beschreibt es die Realität? Und wie
so ist, wie sie ist.“ Damit folgt sie Albert Einsteins können wir das feststellen?
hintergründiger Frage: Hatte Gott eine Wahl, als
er die Welt erschuf? Im Rahmen ihrer ersten Doktorarbeit war Ijjas zu der
Erkenntnis gekommen, dass viele Physiker mehr
Mit Problemen der Inflationstheorie hat sich Ijjas in ihren persönlichen Präferenzen und ihrer Weltan-
ihrer zweiten Dissertation beschäftigt und darin schauung folgen, als sie sich selbst eingestehen
am Schluss eine neue Klasse zyklischer Modelle würden. Die schon von Einstein beschworene Intui-
untersucht. „Diese benötigen weniger Feinab- tion spielt eine große Rolle. „Das trifft auch auf
stimmung“, resümiert sie in ihrer Arbeit. Und sie mich zu“, gesteht sie. „Dennoch müssen wir am
umgeht noch ein anderes ungelöstes Problem der Ende empirisch eine Entscheidung treffen können,
Urknalltheorie. Die Entstehung des Alls aus einer ob eine Theorie falsch oder richtig ist.“ Hier hält es
Quantenfluktuation lässt sich mit den der Wissen- die Wissenschaftlerin mit Karl Popper. Nach des-
schaft heute bekannten Gesetzen der Physik nicht sen Erkenntnisphilosophie lassen sich Theorien
beschreiben. Denn sowohl die Relativitätstheo- streng genommen experimentell gar nicht bewei-
rie als auch die Quantentheorie versagen bei die- sen, sondern nur widerlegen. In einem Selektions-
sem Zustand. Um diesem Dilemma zu entgehen, prozess setzen sich diejenigen Theorien durch, die
suchen die meisten Theoretiker aus diesem Grund sich nicht widerlegen lassen. „Die Unzufrieden-
nach einer Vereinigung der beiden Theorien: einer heit mit der Inflationstheorie in dieser Hinsicht hat
Quantengravitation. Doch alle Versuche dieses mich auf die Alternative gebracht“, sagt Anna Ijjas.
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I llustration: M ikkel J uul J ensen / S cience Pho t o L ibrary
Ende und Anfang:
Nach dem Urprallmodell ging das heutige
Universum aus einem Vorgänger hervor.
Der zog sich am Schluss bis auf ein
winziges Volumen zusammen,
aus dem in einem Umschwung unser
Kosmos entstand.
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Sie braucht eine Strategie, aber keine Zeit mehr dafür. Einen Fernseher
besitzt sie nicht, nach Feierabend rechnet sie
um auf Tagungen häufig zu Hause weiter – am zyklischen Univer-
wahrgenommen zu werden sum. Und dieses Modell bietet tatsächlich nach
Popper’scher Forderung die Möglichkeit der Fal-
sifizierung. Die Inflation war energetisch so heftig,
Auf Tagungen hat sie es mit dieser „abseitigen“ Kos- dass in dieser Phase Gravitationswellen entstanden
mologie nicht immer leicht – erst recht nicht als sein müssen. Der Umschwung im zyklischen Uni-
Frau, die zudem auch noch jünger aussieht, als sie versum verlief dagegen eher sanft, ohne schwere
ist. Viele nahmen sie oft nicht ernst. „Sie dachten, Erschütterungen der Raumzeit. In der kosmischen
ich sei eine kleine Studentin, die ihnen nichts zu Hintergrundstrahlung müssten sich Spuren dieser
sagen habe“, erinnert sie sich. Sie hat keine Prob- Anfangsphase noch nachweisen lassen.
leme mit sachlicher Kritik, musste aber eine Stra-
tegie entwickeln, um überhaupt wahrgenommen Diese überall am Himmel beobachtbare Hinter-
zu werden. „Ich will nicht den anderen das Gefühl grundstrahlung gilt als älteste Kunde im Uni-
vermitteln, dass sie mit ihrer Forschung falschlie- versum. Sie entstand etwa 380 000 Jahre nach der
gen, sondern ich will lediglich meinen Standpunkt Geburt des Alls und weist dezente Schwankungen
darlegen, ohne einen alleinigen Anspruch auf die auf, die als Keimzellen für die weitere Entwick-
Wahrheit zu erheben.“ lung zu Galaxien und Galaxienhaufen gelten. Die
von der Inflation ausgelösten Gravitationswellen
Anna Ijjas schätzt eine sachliche Diskussion und müssten eine Polarisation – eine teilweise Aus-
respektiert andere Meinungen. Sie lebt für die richtung der Wellen in der Hintergrundstrah-
Wissenschaft, für Hobbys bleibt kaum Zeit. Täg- lung – verursacht haben. Im Frühjahr 2014
liches Joggen, ab und zu der Besuch einer Oper ging eine Meldung um die Welt, wonach For-
oder eine Bergwanderung, das war’s im Wesent- scher mit einem Teleskop namens B ICEP 2
lichen. Violine spielen hat sie gelernt, findet jetzt genau diese Polarisation nachgewiesen haben woll-
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F o t o: F rank V inken
Reger Austausch:
Anna Ijjas im
Gespräch mit dem
Kosmologen Paul
Steinhardt (Mitte)
von der Princeton
University und
Roman Kolevatov,
der dort
Doktorand ist.
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ten. Der Beweis für das inflationäre Universum Universums widerlegt würde? „Nach Popper wäre
schien erbracht. Doch genauere Analysen unter es der ideale Fall, denn dann wissen wir zumin-
Einbeziehung von Daten des europäischen Welt- dest, wie das Universum nicht beschaffen ist, und
raumteleskops Planck widerlegten das Ergebnis: hätten auch viel gelernt“, sagt Ijjas. Sie müsste sich
Staub in der Milchstraße hatte die Polarisation der dann neuen Ideen zuwenden – damit hätte sie je-
Hintergrundstrahlung verursacht. Seitdem hat doch keine Probleme.
die Suche nach diesem Heiligen Gral der Kosmo-
logie Fahrt aufgenommen. Zu der schwierigen Frage nach Gottes Tun vor Er-
schaffung der Welt zitiert der Kirchenlehrer
Mit einem der neuen Teleskope, dem Simons-Obser- Augustinus übrigens noch einen Kollegen, der da-
vatorium in der chilenischen Atacamawüste, wird rauf spöttisch geantwortet hatte: „Höllen berei-
Anna Ijjas arbeiten. Finanziert wird das Projekt tete er für die, die so hohe Geheimnisse ergründen
von dem amerikanischen Milliardär Jim Simons, wollen.“ Bleibt für Anna Ijjas zu hoffen, dass sich
den Ijjas mit ihren jüngsten Ergebnissen zur Be- der anonyme Philosoph geirrt hat ...
rechnung des Urpralls unlängst davon überzeugen
konnte, ihre Forschung auch nach dem Wechsel an
das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik
weiter zu unterstützen – eine einmalige Ausnahme,
da die Simons-Stiftung sich eigentlich auf die För-
derung von Projekten in den USA beschränkt.
„Jim ist aus philosophischen Gründen ein Anhän-
ger des zyklischen Universums“, sagt Ijjas.
Das Simons-Observatorium könnte die Frage nach
der Polarisation innerhalb der kommenden fünf
bis zehn Jahre lösen. Was, wenn sie tatsächlich ge-
funden und damit die Vorhersage des zyklischen
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