Von Isaac Asimov

Dr. Isaac Asimov, Boston, ist Biochemiker, außerdem ein angesehener Autor populärwissenschaftlicher Arbeiten und Science-fiction-Schriftsteller.

Nur zwölf Jahre, nachdem der erste kleine Satellit die Erde umrundete, hat der Mensch seinen Fuß auf den Boden eines anderen Gestirns gesetzt. Wir haben den Mond erreicht.

Vor dreißig Jahren schrieb ich schon über ähnliche Weltraumprojekte; aber, wenn ich ehrlich sein soll, eigentlich glaubte ich nie daran, daß ich ihre Verwirklichung erleben würde. In der überschwenglichen Freude des Augenblicks mag es den Anschein haben, als könne die Menschheit alles erreichen, was sie will. Wenn sie nur den ernsten Vorsatz, die nötige Zeit und genug Erfindungsreichtum besitzt, dann ist ihr alles möglich und nichts unmöglich – so könnte, es scheinen.

Nun, das ist falsch. Schranken behindern uns, Grenzen umgeben uns, nicht zu durchstoßende Mauern. Was wir bis jetzt erreicht haben, liegt noch weit von diesen Grenzen entfernt, so daß uns noch viel Spielraum für immer höherfliegende Pläne bleibt. Eines Tages werden wir uns jedoch den Grenzen nähern und einhalten müssen: Unser heutiges Wissen sagt uns, daß wir sie niemals überschreiten werden. Die Gesetze des Universums werden uns gebieten: Bis hierher – und nicht weiter!

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Eine der bekanntesten Grenzen ist die Lichtgeschwindigkeit. Ein Lichtstrahl bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 300 000 Kilometer in der Sekunde durch ein Vakuum. Ein Körper kann diese Geschwindigkeit höchstens annähernd erreichen – er kann niemals auf dieselbe Geschwindigkeit beschleunigt werden und sie schon gar nicht übertreffen.

Den meisten Menschen fällt es schwer, diese Tatsache zu akzeptieren. Sie glauben, daß die Wissenschaftler nur genügend Geschicklichkeit zu besitzen brauchten, um einen Weg finden zu können, diese „Lichtschranke“ zu durchbrechen. Aber sie glauben das nur, weil sie gewohnt sind, über Fragen der Geschwindigkeit in jenen Kategorien zu denken, die für die uns vertrauten, im Grunde sehr langsamen Bewegungen ausreichen. Wenn man einen Körper anstößt, setzt er sich in Bewegung; gibt man ihm noch einen Stoß, bewegt er sich schneller. Wenn man den Schub kontinuierlich aufrechterhält, wird er immer schneller und schneller, scheinbar ohne Ende. Die Triebwerke der Saturn V sind stark genug, um die Apollo-Kapsel auf eine Geschwindigkeit von über 40 000 Kilometer in der Stunde zu bringen – aber das sind nur elf Kilometer in der Sekunde, also nur ein winziger Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit.

Die meisten Menschen wissen nicht, daß nur ein Teil der beim Stoß übertragenen Energie in schnellere Bewegung, ein anderer, geringer Teil aber in größere Masse umgesetzt wird. Das Raumschiff, das beschleunigt wird, bewegt sich schneller; aber es wird auch um ein winziges bißchen schwerer: Es bekommt eine größere Masse, um den wissenschaftlichen Ausdruck zu verwenden. Bei den alltäglichen Geschwindigkeiten ist der Massenzuwachs so gering, daß wir ihn außer acht lassen können; er ist nicht einmal meßbar. Je höher die Geschwindigkeit jedoch wird, desto größer wird der Teil der übertragenen Energie, der in größere Masse, und desto kleiner jener Teil, der in größere Geschwindigkeit umgesetzt wird. Nähert man sich schließlich der Lichtgeschwindigkeit, so wird fast die gesamte Energie verbraucht, den Körper schwerer zu machen, und nur ein Bruchteil dazu, ihn schneller zu machen.

Wollten wir hartnäckig auf dem Versuch bestehen, einen Körper auf mehr als Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, und deshalb die gesamte uns zur Verfügung stehende Energie in einem einzigen, ungeheuren Stoß konzentrieren, dann würde der Körper so schwer wie ein Berg, aber nicht um einen Deut schneller als das Licht werden. Man könnte fragen, warum das so ist; aber die einzige Antwort, die die Wissenschaftler imstande wären zu geben, lautet: So ist nun einmal das Weltall beschaffen.

Ein Beispiel mag das verdeutlichen. Stellen Sie sich vor, Sie wollten eine Schiffsreise machen und Ihr ganzes Leben darauf verwenden, sich dabei immer weiter von Ihrer Heimatstadt zu entfernen. Ich kann Ihnen versichern, daß Sie hunderttausend Jahre lang fahren könnten und sich doch nie mehr als 20 000 Kilometer von Ihrer Heimatstadt entfernen würden. Wenn Sie sich am genau entgegengesetzten Punkt der Erdoberfläche befinden, sind Sie ungefähr 20 000 Kilometer von zu Hause entfernt, wenn man die Strecke entlang der Erdoberfläche mißt. Von diesem Gegenpol aus kann jede Bewegung des Schiffs, in welcher Richtung sie auch immer erfolgt, Sie nur wieder näher an Ihren Ausgangspunkt bringen.

Das kommt daher, daß die Erde nun einmal so beschaffen ist. Sie ist eine Kugel mit einem Umfang von etwa 40 000 Kilometern; diese Gegebenheit begrenzt die Möglichkeit Ihrer Entfernung.

So wenig man sich auf der Erde um eine längere Strecke als 20 000 Kilometer von einem Ort entfernen kann, so wenig kann sich ein Körper schneller als das Licht bewegen. Ändern läßt es sich nicht.

Es ist daher zum Beispiel schwierig, die Fix-Sterne zu erreichen. Selbst der unserem Planeten nächste Stern ist noch 4,3 Lichtjahre entfernt, das heißt, ein Lichtstrahl benötigte 4,3 Jahre, um diese Strecke zurückzulegen. Ein Raumschiff kann nicht schneller fliegen. Wenn die Astronauten an Bord tiefgekühlt wären, würden sie den Ablauf der Zeit zwar nicht wahrnehmen. Außerdem verstriche die Zeit für Menschen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen, langsamer, so daß man annehmen könnte, letzten Endes handele es sich doch um eine gar nicht so lange Reise. Das gilt aber eben nicht für die Menschen auf der Erde: Für uns kann das Raumschiff frühestens in 8,6 Lichtjahren wieder von dem Stern zurückkehren, von einem etwas entfernteren sogar erst in wenigstens zweihundert Jahren, vom anderen Ende unserer Milchstraße erst in etwa 150 000 Jahren, und um eine der näheren Milchstraßen nur zu erreichen, benötigte es mindestens fünf Millionen Jahre. An diesen Tatsachen ist nicht zu rütteln.

Aber – können wir uns denn so sicher sein? Kann es nicht doch einen Ausweg geben?

Man kann sich Auswege vorstellen. So ist es unmöglich, sich mehr als 20 000 Kilometer von einem beliebigen Punkt auf der Erde zu entfernen – vorausgesetzt, man bleibt auf der Oberfläche der Erde. Aber wenn wir die Erdoberfläche nun verlassen? Dann können wir doch bis auf den Mond fliegen – und damit mehr als die zwanzigfache „Maximalentfernung“ von zu Hause zurücklegen.

Die Lichtgeschwindigkeit begrenzt unsere Möglichkeiten nur innerhalb unseres Weltalls. Könnten wir es nicht verlassen? Könnten wir nicht in einen „Hyperraum“ gelangen oder innerhalb einer anderen Dimension schneller fliegen oder ein Universum ausfindig machen, in dem sich jedes Teilchen mit einer höheren als der Lichtgeschwindigkeit bewegt? Derlei Möglichkeiten existieren in Science-fiction-Romanen; aber leider gibt es nicht den allerkleinsten Hinweis darauf, daß sie auch in Wirklichkeit vorhanden sein könnten.

Übrigens ist die Grenze, die die Lichtgeschwindigkeit uns vorschreibt, natürlich nicht nur für die Raumfahrt von Bedeutung.

Wie schnell kann zum Beispiel ein Computer arbeiten? Nicht schneller, als die elektrischen Impulse alle Schalter durchlaufen können, die an der Lösung eines Problems mitwirken. Die elektrischen Impulse pflanzen sich mit Lichtgeschwindigkeit fort, niemals schneller. Ein Computer kann also eine Aufgabe nie in kürzerer Zeit als einer Millionstelsekunde lösen, wenn die elektrischen Impulse innerhalb des Computers eine Strecke von mehr als dreihundert Metern zurückzulegen haben.

Aber die Lichtgeschwindigkeit ist nicht unsere einzige Schranke. Im Universum herrscht nicht nur eine absolute Geschwindigkeitsbegrenzung, sondern auch eine vorgegebene „Quantelung“ („Körnigkeit“). Das Weltall ist aus bestimmten Teilchen unveränderlicher Masse und Größe aufgebaut; das heißt, daß auch die Möglichkeit, einen Körper zu verkleinern, begrenzt ist. Kein Bestandteil eines Objekts kann kleiner sein als ein Elementarteilchen, und weder Masse noch Größe dieses Elementarteilchens können vermindert werden.

Das bedeutet zum Beispiel, daß man einen Menschen nie zu einem mikroskopisch kleinen, gleichwohl aber lebensfähigen Wesen zusammenschrumpfen lassen kann, wie es etwa in dem Film „Eine phantastische Reise“ geschieht, von dem ich eine Romanfassung geschrieben habe. Die Atome, aus denen sich der Mensch zusammensetzt, können nicht verkleinert werden, und der Mensch selbst kann nur verkleinert werden, indem man ihn der meisten Atome seines Körpers beraubt. Mit anderen Worten: der Körper eines kleineren Menschen ist aus weniger Atomen gebildet als der eines größeren, und es gibt nichts, was an dieser Tatsache etwas ändern könnte.

Ein menschliches Wesen von mikroskopischer Kleinheit würde einfach nicht über genügend Atome in seinem Gehirn verfügen, um den Bedarf an Hirntätigkeit zu decken. Menschliche Intelligenz in einem mikroskopischen Lebewesen ist daher unmöglich.

In Science-fiction-Romanen tauchen wiederum sogenannte „Energiewesen“ auf, Lebewesen, die ausschließlich aus Energie und keinerlei Materie bestehen. Es gibt keinen Beweis, daß so etwas möglich wäre – und wenn, dann wäre eine mikroskopische Intelligenz immer noch undenkbar. Auch Energie ist ein „körniges“ Medium. Sie besteht aus Quanten und kann unter keinen Umständen um weniger als die Größe eines Quants vermehrt oder vermindert werden. Es gibt Quanten verschiedener Größenordnung; aber stets nimmt ein Quant um so mehr Raum ein, je weniger energiegeladen es ist. (Das mag paradox klingen; aber man braucht nur an eine Uhrfeder zu denken: Je stärker sie zusammengedrückt ist, desto mehr Energie enthält sie, und je weniger Energie sie enthält, desto größer ist der Raum, den sie beansprucht.)

Um genügend viele Quanten auf einem mikroskopisch kleinen Raum zusammenzudrängen, müßte jedes einzelne Quant sehr viel Energie besitzen. Dadurch wäre aber jede mögliche Veränderung im Energiegefälle zu groß, beziehungsweise die Anzahl der möglichen nuancierten Veränderungen wäre zu klein, um Intelligenzfunktionen zu ermöglichen. Wie es auf diesem Raum zuwenig Atome gäbe, gäbe es auch zuwenig Quanten.

Das gilt auch für künstliche Denkapparaturen. Es gibt eine Mindestgröße, die ein Computer haben muß, wenn er über eine bestimmte Leistungskapazität verfügen soll. Wir haben diese Grenze noch lange nicht erreicht, aber sie besteht gleichwohl und kann nie überschritten werden.

Diese „Kleinheitsgrenze“ ist der Grund dafür, daß auch viele weniger bedeutsame technische Ideen nicht verwirklicht werden können. Es gibt Zukunftsvisionen, die vorsehen, daß der Mensch sich, mit Hilfe von „Nahrungspillen“ ernährt. Eine Pille von der Größe einer Kopfschmerztablette soll dabei etwa der Lebensmittelzufuhr eines ganzen Tages gleichwertig sein. Sie ist es nicht und kann es niemals werden. Es handelt sich hier nicht um das Problem der richtigen chemischen Zusammensetzung. Vielmehr ist die Menge Energie, die in jedem einzelnen Atom gespeichert werden kann und es dabei für den menschlichen Körper verwertbar bleiben läßt, eben begrenzt.

Damit ihm genug Energie zugeführt wird, muß der Körper daher eine hinreichend große Menge Atome zu sich nehmen. Das Minimum, das gerade ausreicht, um Leib und Seele über einen längeren Zeitraum hinweg intakt zu halten, liegt bei etwa zweihundert Gramm täglicher Zufuhr der nahrhaftesten Mixtur, die überhaupt möglich ist.

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Über die „Körnigkeit“ hinaus ist dem Universum auch eine Art „Schummrigkeit“ eigen.

Um ein Objekt wahrzunehmen, müssen wir in Kontakt zu ihm treten. Es zu sehen, bedeutet, daß ein Lichtstrahl von ihm zurückgeworfen wird und in unser Auge fällt. Die Photonen, aus denen das Licht besteht, berühren zuerst die Atome des betreffenden Gegenstands und danach die Retina (Netzhaut) unseres Auges.

Die Photonen sind so viel kleiner als die Objekte, auf die sie normalerweise treffen, und so viel kleiner als die Netzhaut, daß weder diese Objekte noch das Auge durch den Kontakt nennenswert verändert werden.

Nehmen wir aber einmal an, wir wollten ein Elektron sehen. Dazu ist es notwendig, daß ein Photon von ihm abprallt. Jene Art Photon, die klein genug ist, um ein Elektron zu treffen, ist aber gleichzeitig so energiereich, daß der Zusam-

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menstoß das Elektron mit sehr hoher Geschwindigkeit wegfliegen läßt. Daher kann man ein Elektron niemals wirklich sehen, denn bei jedem entsprechenden Versuch muß das Elektron notwendig von seinem Platz verschwinden.

Und weiter: Weil man Elektronen nur untersuchen kann, indem man sie mit Teilchen derselben Größe zusammenstoßen läßt, kann man ihren genauen Ort nicht bestimmen, ohne daß man ihre Geschwindigkeit dabei verändert; und man kann ihre genaue Geschwindigkeit nicht messen, ohne daß man ihren Ort dabei verändert. Diese Regel ist Bestandteil der sogenannten „Heisenbergschen Unschärferelation“, welche besagt, daß dem Verhalten von Elementarteilchen eine gewisse Unschärfe innewohnt, so daß wir unserer Messungen dieses Verhaltens niemals absolut sicher sein können – nie!

Wir können uns der Lage und Geschwindigkeit einer Billardkugel sicher sein; denn sie ist riesengroß im Verhältnis zur „Feinkörnigkeit“ des Universums. Wenn wir jedoch versuchen, die Energie einer Billardkugel bis auf genügend viele Stellen hinter dem Komma auszurechnen, werden wir an eine Grenze gelangen. Die Mittel, diese Energie zu messen, verändern sie in gewissem Grad gleichzeitig. Bei einer Billardkugel ist das nicht weiter wichtig; denn wir benötigen keine Angaben, die bis auf ein einziges Quant genau sind. Bei einem Elektron dagegen können wir gar keine Messungen anderer Größenordnung vornehmen, und doch ist es unmöglich, solche Angaben für ein einzelnes Elektron zu erhalten – eben weil man gezwungen ist, diese Messungen mit Hilfe von Teilchen seiner eigenen Größe vorzunehmen. (Wir können daher nur Durchschnittswerte für viele Elektronen erhalten.) Die Unschärfe ist zu gering, um uns bei der Bestimmung einer Billardkugel zu stören, ein Elektron macht sie jedoch völlig undeutlich.

Diese Tatsache begrenzt die mögliche Kompliziertheit unserer Geräte. Wenn eine Apparatur so kompliziert wird, daß es einen Unterschied ausmacht, ob sich ein einziges Elektron hier oder dort befindet, geraten wir in die größten Schwierigkeiten; denn das Unschärfeprinzip besagt ja, daß wir niemals absolute Gewißheit haben können, ob das Elektron nun hier ist oder dort, so daß wir auch niemals sicher. sein können, ob diese Apparatur so arbeitet, wie wir uns das vorstellen. Ihren Ergebnissen haftet stets eine gewisse Zufälligkeit an, die wir nicht ausschalten können.

Gibt es nicht auch hier einen vorstellbaren Ausweg? Ist es nicht möglich, daß der Struktur unseres Universums eine andere zugrunde liegt mit einer feineren Quantelung, ein Universum also, das aus noch kleineren Teilchen und Quanten aufgebaut ist, und dessen Unschärferelation daher sehr viel schwächer ist?

Science-fiction-Schriftsteller siedeln ihre Romane gelegentlich in einer solchen „sub-space“ (Sub-Sphäre) an; aber leider gibt es auch hier nicht den geringsten wissenschaftlich fundierten Hinweis auf solch ein feinerkörniges Universum.

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Das Weltall ist nicht nur durch die Geschwindigkeitsgrenze, die „Körnigkeit“ und jene „Schummrigkeit“, jene Unschärfe charakterisiert, sondern auch und vor allem durch seine gewissenhafteste „Buchführung“.

Das grundlegendste und unumstößlichste aller Naturgesetze ist das „Gesetz von der Erhaltung der Energie (und der Masse)“, das man auch den „Ersten Hauptsatz der Thermodynamik“ nennt. Nach diesem Gesetz kann Energie weder geschaffen noch vernichtet werden; sie kann nur von einer ihrer Formen in eine andere übergeführt werden. Um von der Energie Gebrauch machen zu können, müssen wir sie meist zu einer Umwandlung anregen; aber die Energie selbst muß immer schon vorhanden sein. Das ist eine Tatsache, die die Menschen oft übersehen; denn die nahezu universale Quelle unserer Energie ist die Sonne, die uns ständig mit genügend Energie für all unsere Bedürfnisse versorgt.

Eines Tages könnten wir uns aber entschließen, eine Reise zu den entfernteren Gestirnen zu planen. Wir würden ein riesiges Raumschiff bauen, Menschen hineinsetzen und ihnen den guten Tip geben, sie sollten sich nun ihre eigene kleine Welt darin einrichten; denn sie würden Generationen in dem Raumschiff zubringen müssen, bevor sie diese entfernteren Gestirne erreichen.

Damit ein solches Raumschiff aber funktionstüchtig würde, müßte an Bord eine Energiequelle vorhanden sein, die für die ganze Zeit ausreichen muß, während der man sich nicht auf die Energiezufuhr von einem nahegelegenen Stern verlassen kann. Wenn man nun die Energie von einer Form in die andere überführt hat, dann muß es auch Methoden geben, um sie wieder loszuwerden – zum Beispiel, indem man sie ins Weltall abstrahlt. (Man darf Energie sich nicht als Wärme aufstauen lassen.)

Wäre es nicht möglich, beide Probleme auf einmal zu lösen, indem man dieselbe Energie immer und immer wieder neu verwendet? Schließlich bleibt sie ja stets vorhanden; nach dem Ersten Hauptsatz der Thermodynamik kann sie nie verlorengehen.

Unglücklicherweise gibt es nun aber noch einen „Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik“, welcher besagt, daß jedesmal, wenn Energie von einer Form in die andere überführt wurde, eine gewisse Energiemenge nicht mehr für eine nochmalige Verwendung zur Verfügung steht. Auch dies ist ein unerbittliches Gesetz. Die Gesamtmenge der Energie bleibt stets dieselbe, aber die Gesamtmenge der verfügbaren Energie nimmt ständig ab. Jedes Projekt des Menschen muß die strenge „Buchführung“ nach den Gesetzen der Thermodynamik einkalkulieren; kein Projekt ist zu verwirklichen, welches sie verletzen würde – der kosmische Buchhalter striche es einfach aus.

Es ist sogar so, daß die Gesamtmenge an verfügbarer Energie im Universum nicht nur überhaupt ständig kleiner wird, sondern auch „sehr schnell“ kleiner wird. Nur weil die Gesamtmenge am Anfang so unvorstellbar groß war (die Wissenschaftler suchen noch herauszufinden, warum), nur deshalb ist noch etwas davon übrig.

Nach einigen Milliarden Jahren wird aber auch dieser Rest verbraucht sein. Das Universum wird „erschöpft“ sein, es wird „heruntergewirtschaftet“ haben; und wenn die Menschheit dann noch existierte, müßte sie mit dem Weltall zugrunde gehen.

Alle Dinge haben ein Ende: wir, die Erde, die Sonne, das ganze Universum. Auch diese Tatsache ist nicht zu umgehen.