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Die Option auf Leben

Wir beginnen am Anfang von Cixin Liu’s Roman „Death’s End„, als sich die theoretische Physikerin Yang Dong im Kontrollraum eines Rechenzentrums befindet. Früher wurde der Supercomputer zur Modellierung von Teilchenkollisionen verwendet. Doch seitdem die Sophon-Blockade von den außerirdischen Trisolariern verhängt wurde, sind die Fortschritte in der Fundamentalphysik zum erliegen gekommen, und stattdessen wird die Anlage nun genutzt, um die Entwicklung des Planeten Erde zu simulieren.

Yang Dong ist im Begriff zu gehen, als ihr plötzlich ein Gedanke in den Sinn kommt. Sie wendet sich dem Betreiber der Anlage zu und fragt ihn aus heiterem Himmel: „Glauben Sie an Gott?“

Der Anlagenbetreiber blickt von einer Vielzahl von Monitoren auf und mustert sie durch seine grüne Brille. „Ich nicht.“, sagt Grüne Brille, ein unerschrockener Wissenschaftler, und wendet sich wieder den Monitoren zu.

„Aber wenn die physikalischen Parameter des Urknalls nur geringfügig anders gewesen wären, gäbe es zum Beispiel keine schweren Elemente und damit auch kein Leben. Wie können Sie glauben, dass sie nicht in irgendeiner Weise fein abgestimmt wurden?“, beharrt Yang Dong.

Der Betreiber blickt sie erneut an und schüttelt den Kopf.

„Zum Urknall kann ich nichts sagen …“, und dreht sich wieder zu seinem Bildschirm, „… aber sehen wir mal, wie sich die Erde ohne Leben entwickelt hätte.“

Der Supercomputer führt schnell eine grobkörnige Simulation durch und zum Vorschein kommt ein orangefarbener Planeten mit endlosen Wüsten und einsamen Gebirgsketten, übersät von Einschlagskratern. Wo nur sind all die Ozeane, all die Flüsse und all das Grundwasser geblieben?

Die Simulation zeigt, dass die Erde ohne Leben massiv anders wäre: Berge, die nicht von Vegetation bedeckt sind, erodieren schneller. Ebenen ohne Pflanzen entwickeln sich zu Wüsten. Und ohne Leben wäre auch die Zusammensetzung unserer Atmosphäre massiv anders, was zu einem geringeren Schutz vor Meteoriteneinschlägen oder einer massiven globalen Erwärmung wie auf der Venus führen könnte, wodurch schließlich ganze Ozeane verdampfen würden.

„Die Erde wird vom Leben geformt. Sie ist eine vom Leben für sich selbst gebaute Heimat“, schlussfolgert der Anlagenbetreiber.

Selektionsfehler und hyperbolische Fixpunkte

Wenn man anfängt sich zu fragen, warum es Leben auf der Erde gibt und nicht nur eine große Wüste, könnte das anthropische Prinzip ein guter Startpunkt sein, auf das man relativ schnell stößt, wenn man die Bücher von Stephen Hawking ließt.

Es sagt uns, zusammengefasst, dass, wenn wir Leben auf der Erde beobachten, unser Universum in erster Linie in der Lage sein muss, Leben zu ermöglichen. Wenn wir uns ein Multiversum vorstellen, dann wird letztendlich nur ein Universum mit physikalischen Parametern, die die Existenz von Leben erlauben, am Ende auch Lebensformen beherbergen. Das ist eine Art Selektionsverzerrung: Wenn die Parameter nicht so fein abgestimmt wären, wie sie sind, gäbe es einfach keine Lebewesen, die über ihre Existenz nachgrübeln könnten (schwaches Anthropisches Prinzip).

Aus der Perspektive der theoretischen Physik und der Theorie dynamischer Systeme klingt das so, als ob die Gesetze und Parameter, die unser Universum regieren, auf einen hyperbolischen Fixpunkt hin eingestellt wurden. Wie ein Pendel, das in seiner obersten Position feststeckt. Wären die Parameter etwas anders, wenn sich also das Pendel in unserer Analogie also auch nur geringfügig von oben wegbewegen würde, wäre der resultierende Zustand ein völlig anderer: Es würde sich von dem schmalen Fixpunkt, der das Leben beherbergt, wegbewegen und in Richtung einer Vielzahl toter Universen gleiten.

Ein totes Universum wäre wie der Grundzustand, die global stabile, aber auch eine triviale Lösung. Demnach würde sich ein Universum mit Leben in einer Art angeregtem Nicht-Gleichgewichtszustand befinden, was zu einer nicht-trivialen Fixpunktlösung führen würde. Und die Wahrscheinlichkeit, einen solchen lebendigen, hyperbolischen Fixpunkt geradewegs zu treffen, wäre fast null. Folgt man also dem (schwachen) anthropischen Prinzip, muss es eine Vielzahl toter Universen geben (irgendwo außerhalb unseres Universums, niemand weiß, wo genau), und rein zufällig ist unser Universum auf einen Fixpunkt des Lebens gestoßen.

Stabilitätsdiagramm linearer dynamischer Systeme. Erstellt von Freesodas auf Wikipedia

Leben ist vielleicht attraktiv

Die Chancen werden besser, wenn man die Auswirkungen des Lebens selbst in Betracht zieht. Wie die Simulation der Entwicklung der Erde in Cixin Liu’s Roman zeigte, wäre die Erde ohne Leben komplett anders und weit weniger gastfreundlich. Ganz im Gegenteil, das Leben stützt sich selbst, indem es nachhaltige, zirkuläre, kybernetische Systeme bildet, was die Chance, Lebensformen zu finden, dramatisch erhöht, sobald die Bedingungen einem lebensfreundlichem Zustand hinreichend nahe kommen.

Die Chancen, einen solchen lebensfreundlichen Zustand zu erreichen, sind nach wie vor ziemlich gering. Aber anstatt einen solchen Zustand auf Anhieb zu erreichen, müsste man jetzt „nur“ noch nahe genug an einen Zustand herankommen, der zumindest primitive Lebensformen ermöglicht. Und von dort aus baut sich das Leben selbst ein Zuhause.

Das dürfte unsere Chancen, in einem lebendigen Universum zu landen, deutlich erhöhen. Während komplexe Lebensformen, wie z.B. der Mensch, zum Überleben sehr spezifische Umweltbedingungen benötigen (sofern sie nicht technologisch entwickelt sind), könnten sich primitive Lebensformen selbst unter extremen Bedingungen wie auf dem Mars oder dem Jupitermond Europa entwickeln.

Um zum Thema dynamische Systeme zurückzukommen, klingt dies viel mehr nach einem attraktiven Fixpunkt: Es könnte sein, dass die Abstimmung der Parameter unseres Universums auf eine lebendige Lösung – zumindest lokal – eher wie ein stabiler Brennpunkt als ein hyperbolischer Sattelpunkt aussehen könnte. Denken wir mal an ein invertiertes Doppelmulden-Potential, das die Energie eines dynamischen Systems beschreiben könnte / in unserer Analogie ein sehr einfaches Universum mit nur einem Parameter beschreibt.

Ein Beispiel ist unten dargestellt: Es gibt einen stabilen Fixpunkt des Lebens, gekennzeichnet durch ein grünes „O“, umgeben von repulsiven, hyperbolischen Fixpunkten, gekennzeichnet durch ein rotes „X“. Wenn wir den Parameter links vom linken „X“ oder rechts vom rechten „X“ einstellen, landen wir bei diesem einfachen Beispiel in einem toten Universum. Kommen wir jedoch zwischen die beiden „X“, so befindet sich der energetisch günstigste Zustand beim grünen „O“, und so könnte unser Universum zur lebendigen Lösung bei „O“ konvergieren.

Und da es leichter ist, eine Bandbreite möglicher Parameter, wie z.B. den Bereich zwischen den beiden „X“, als gleich den Punkt „O“ zu treffen, wenn man die Parameter unseres Universums abstimmt, ist die Existenz von Leben vielleicht nicht so unwahrscheinlich, wie wir denken.

Tatsächlich haben die oft zitierten Experimente von Miller und Urey in den 1950er Jahren gezeigt, dass, sobald man eine Suppe anorganischer, basischer Verbindungen Strahlung aussetzt, sich nach einiger Zeit essentielle Aminosäuren bilden, die bekanntlich die Grundlage für Lebensformen auf Kohlenstoffbasis sind. Natürlich stellen organische Moleküle noch keinen lebenden Organismus dar, aber es ist ein Ausgangspunkt, und so könnte eine echte Chance bestehen, zu (komplexeren) Lebensformen zu gelangen.

Das bedeutet, dass selbst wenn die Bedingungen auf der Erde nicht fein abgestimmt wären, oder, auf einer eher intergalaktischen Ebene, wenn die Parameter und Gesetze unseres Universums nicht perfekt abgestimmt wären, es einen gewissen Spielraum an Zuständen gäbe, die immer noch eine lebendige Lösung ermöglichen würden. Man müsste „nur“ genügend nahe an einen dem Experiment von Miller und Urey ähnlichen Zustand herankommen, in dem ein Planet die Bildung essentieller Aminosäuren ermöglicht, was die Bildung primitiver Lebensformen ermöglicht, die die Umweltbedingungen dieses Planeten verändern und schließlich komplexere Lebensformen ermöglichen würde.

Leben könnte wie ein attraktiver Fixpunkt sein, und verschiedene Zustände eines Planeten könnten zu einer lebendigen Lösung konvergieren, solange ihre Anfangsbedingungen nicht zu sehr von diesen Fixpunkten abweichen, die Leben repräsentieren. Doch diese lebendigen Lösungen wären nicht einzigartig, so wie Dinosaurier und Menschen zwei verschiedene lebendige Fixpunktlösungen darstellen, die auf Kohlenstoffverbindungen basieren, und es könnte sogar Lebensformen geben, die nicht auf Kohlenstoff basieren.

Dies sollte uns einerseits unsere Verantwortung bewusst machen, wie wir unseren Planeten Erde für die Zukunft gestalten müssen – um ihn gastfreundlich zu erhalten. Andererseits ist es vielleicht gar nicht so unwahrscheinlich, wie man meinen könnte, dass es auch auf anderen Planeten Leben gibt. Im Gegensatz zu den Menschen in den Büchern von Cixin Liu sind wir einfach noch keinem außerirdischen Leben begegnet (zumindest soweit ich weiß).

Das Gespräch geht zu Ende, und Yang Dong verlässt das Rechenzentrum, alleine gelassen mit der letzten, ultimativen Frage: „Wenn Leben den Planeten Erde so sehr geprägt hat, wie hätte sich dann das Universum entwickelt, wenn es kein Leben gäbe?“ oder umgekehrt: „Welchen Einfluss wird Leben auf das Universum als Ganzes haben?

Ben's Planet is built upon CC-BY-SA
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