Zunächst einmal mag es einen Laien erstaunen, dass im Titel Quanten, also die kleinsten Teilchen, mit dem Kosmos, also dem ganz Grossen, in einem Wort verbunden werden. Tatsächlich verbinden sich in der Kosmologie zwei scheinbar völlig unterschiedliche Teilgebiete: Die Frage nach der Dynamik des Universums, die durch die allgemeine Relativitätstheorie beschrieben wird, und die Teilchenphysik, in der Quanteneffekte eine grosse Rolle spielen. Von der Expansion des frühen Universums hängt ab, welche Teilchen in der heissen Frühzeit entstehen konnten. Immer mehr zeigt sich aber, dass es wohl Quantenverschränkungen sind, welche die Raumzeit zusammen halten. Dies sind also die Themen, über die sich Kiefer auslässt. Sein Kerngebiet ist die Frage, wie Zeit entsteht. Über den Begriff der inneren Zeit in der kanonischen Quantentheorie der Gravitation hat er promoviert.

Auf den ersten 60 S. schildert Kiefer unter dem Titel ‚Raum, Zeit, Relativitätstheorie’ die Entwicklung der Gravitationstheorie von den alten Griechen über Kepler, Galilei und Newton bis zu Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie. Auf weiteren 60 S. erklärt er die Grundbegriffe der Quantentheorie. Dabei pflückt er eine ganze Reihe bemerkenswerter Phänomene heraus, erwähnt z. B., dass die Teilchenzahl in einem Laser nicht eindeutig definiert ist oder dass heute Interferenzexperimente mit Riesenmolekülen durchgeführt werden, ja dass sogar über Interferenzexperimente mit Viren spekuliert wird. Er zeigt auch, was ich bei Audretsch, ‚Verschränkte Welt’ vermisst habe, nämlich wie die berühmte Hawking-Strahlung entsteht: Zwei verschränkte Teilchen werden durch einen Horizont, etwa am Rand eines schwarzen Lochs, getrennt. Dadurch wird das eine Teilchen real und kann als Hawking-Strahlung entweichen.

Ausführlich schildert Kiefer auch die Dekohärenztheorie. Diese erklärt, weshalb wir im Alltag keine überlagerte Zustände beobachten, obwohl sie gemäss Quantentheorie allgegenwärtig sind. Eigentlich ist die Dekohärenztheorie nur die konsequente Anwendung der in der Quantentheorie üblichen Rechenmethoden. Die philosophische Konsequenz dieser Theorie ist aber brisant: Entweder muss die Quatentheorie durch einen zusätzlich, bisher nicht beobachteten Kollaps der Wellenfunktion ergänzt werden. Dann würden die Superpositionen, irgendwann aus der Beschreibung verschwinden, was theoretisch beobachtbar wäre. Oder die Quantentheorie beschreibt die Welt, wie sie tatsächlich ist, und die Superpositionen bleiben tatsächlich. Wir sehen sie nur nicht, aus Gründen, die die Dekohärenztheorie im Detail erklärt. Dies ist die sogenannte Everett- oder Viele-Welten Interpretation. Auf wenigen Seiten beschreibt Kiefer die Grundhaltung der Begründer der Quantentheorie in der Interpreationsfrage.

Das kürzere dritte Kapitel widmet sich dem dritten grossen Bereich, der in der Kosmologie eine Rolle spielt: Der Thermodynamik, insbesondere dem Begriff der Entropie und der Frage, ob mit diesem Begriff der Zeitpfeil erklärt werden kann. Die Entropie nimmt stets zu, was z. B. zur Folge hat, dass heisser Kaffee in einem kühleren Zimmer stets abkühlt. Reicht dies, um den Begriff der Zeit zu erklären? Zukunft wäre einfach da, wo der Kaffee kalt ist, Vergangenheit da, wo er warm war. Allerdings stellt sich bei dieser Erklärung sogleich eine neue Frage: Weshalb war der Kaffee am Anfang warm, wenn es im Zimmer kalt ist? Natürlich, jemand hat ihn aufgewärmt. Aber dazu hat dieser jemand eine Energiequelle gebraucht, z. B. eine heisse Sonne in einem kalten Universum. Weshalb gibt es heisse Dinge in einem kalten Universum?

Die Antwort darauf könnte mit der Expansion des Universums zusammen hängen. Dieser vierte Teil ist sehr ausführlich und gelungen. Kiefer erklärt, woran man die verschiedenen kosmologischen Modelle durch Beobachtung unterscheiden könnte und welche Beobachtungen gemacht werden. Er stellt fest: „Realistische Alternativen zur Inflation sind zur Zeit nicht in Sicht.“ In ‚Spektrum der Wissenschaft’ vom Juni 2017 äusserten allerdings Anna Ijjas, Paul J. Steinhardt und Abraham Loeb Kritik am Inflationsmodell, weil es den Beobachtungen widerspreche. Meines Wissens teilen aber die meisten Kosmologen Kiefers Ansicht.

Der fünfte Teil befasst sich schliesslich mit dem viel diskutierten Rätsel der Kosmologie, wie die zwei grossen Theorien, die Quantentheorie und die Relativitätstheorie, zusammen geführt werden können. Die Frage drängt sich schon beim Begriff der Zeit auf. Während die Quantenmechanik Newtons absoluten Zeitbegriff übernommen hat, ist in der Relativitätstheorie die Zeit dynamisch. Während die Quantenphysik sich auf der vorgegebenen Bühne Raumzeit abspielt, beschreibt die allgemeine Relativitätstheorie die Dynamik der Bühne selbst.

Kiefer schildert die Problematik, dass nämlich die Kombination der zwei Theorien zu Unendlichkeiten führt. Und er stellt auch die wichtigsten Lösungsansätze vor, die Schleifen-Quantengravitation (Loop-Theorie) und die String-Theorie.

Der sechste Teil widmet sich der Klärung des Zeitbegriffs, – also Kiefers Fachgebiet. Allerding kann der Autor hierzu nicht mehr als eine vage Ahnung vermitteln, in welche Richtung die Überlegungen gehen. Wenn er schreibt: „Der entscheidende Punkt ist nun, dass die Wheeler-DeWitt Gleichung in bezug auf die „innere“ Zeit (im wesentlichen die Grösse des Universums, siehe Kapitel 5) asymmetrisch ist.“ Und dann weiter diese Asymmetrie diskutiert, dann müsste ich die Gleichungen vor mir sehen, um etwas damit anfangen zu können. Sie aber hinzuschreiben, vermeidet Kiefer aus verständlichen Gründen.

Insgesamt würde ich’s so sagen: Claus Kiefer ist ein spannender Autor, was im Buch immer mal wieder aufblitzt. Um das Buch aber zu einem wirklich grossen Werk zu machen, hätte er einen aufsässigen Lektor gebraucht, der die spannenden Themen aus ihm rauslockt. So ist das Buch zu einer recht schönen Lektüre geworden, der aber eine charakteristische, bewegende Aussage fehlt.