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Wie denkt der Mensch?

Heidelberg. Wie denkt der Mensch? Diese Frage war jahrhundertelang eine Domäne der Philosophie. Neuerdings versuchen aber auch Neurowissenschaftler und Psychologen die Sprache der Gedanken zu entschlüsseln. Ein Problem dabei: Neben logischem Schlussfolgern und Urteilen existieren noch viele andere Denkformen – sprachliche und nichtsprachliche, analytische und intuitive. Das berichtet das Magazin Gehirn und Geist ist seiner neuen Ausgabe (Heft 4/2014).

Wie Untersuchungen mittels bildgebender Verfahren offenbaren, gibt kein festes “Denkareal” im Gehirn. Vielmehr werden, je nach Art und Gegenstand der kognitiven Prozesse, verschiedene neuronale Netzwerke aktiv. Maßgeblich beteiligt ist unter anderem der präfrontale Kortex im Stirnhirn, eine Art Kontrollinstanz für das Arbeitsgedächtnis und die Handlungssteuerung.

Auffällig ist, dass beim Denken häufig auch sensorische und motorische Hirnrindengebiete aktiv werden, die ansonsten für Wahrnehmung und Bewegungssteuerung verantwortlich sind. In Experimenten von Psychologen beeinflussen entsprechend auch physische Faktoren den Ideenfluss von Probanden: Schwere Kladden laden zu “gewichtigen” Argumenten ein, ausholende Armschwünge und hohe Decken fördern kreative Ideen. Denken ist offenbar kein so abstraktes Tun zu sein, wie häufig angenommen.

Laut der jungen Theorie der Embodied Cognition handelt es sich vielmehr um ein internes Probehandeln. Das konnte auch erklären, warum “sinnliche” Begleiterscheinungen wie Gestikulieren oder die Verwendung von bildhaften Metaphern und Schemazeichnungen das Denken unterstützen.

Imagination, Urteilsvermögen und die Fähigkeit, mehrere Informationen gleichzeitig im Geist präsent zu halten, sind die wesentlichen Säulen unserer Geistesgaben. Wie diese Vorgänge neuronal genau repräsentiert sind, bleibt allerdings zu erforschen. (Quelle: Gehirn und Geist, März 2014)

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Unterhaltung mit Schimpansin Susie

Der Zoologe Garner beim Sprachunterricht für Schimpansin Susie
Der Zoologe Garner beim Sprachunterricht für Schimpansin Susie

Der Gebrauch des Werkzeugs und die bewusste Anwendung der Kehllaute als Sprache sind bekanntlich die hauptsächlichsten Merkmale, die den Menschen vom Tier unterscheiden. Aber wie es in der Natur nirgends schroffe Scheidungen gibt, so sind auch an diesen Stellen Übergänge zu beobachten. Die Weberameisen gebrauchen ihre Larven als Werkzeug, viele Tiere geben in gewissen Fällen bestimmte Laute von sich, die auf Artgenossen als Signale wirken. Wenn also bei niederen Tierarten schon eine primitive Sprache zu beobachten ist, so darf von vornherein angenommen werden, dass die dem Menschen am nächsten stehenden Tiere, die Affen, wohl das umfangreichste Vokabular besitzen müssen.

In dieser Hinsicht hat der Amerikaner R. L. Garner (1848 -1920) Studien gemacht, bei denen er so vorging, dass er mit Hilfe eines Edison-Phonographen verschiedene Laute, die von gesellig lebenden Affen im Zoologischen Garten zu Chicago abgegeben wurden, aufnahm und später durch den Apparat wiederholen ließ. Da bei der Wiedergabe nur der Ton hörbar wurde, aber jeder Gesichtsausdruck und alle Gebärden wegfielen, so mussten die darauf folgenden Regungen der Tiere notwendig Reaktionen auf Sprachlaute sein. Er erhielt nun folgende Resultate.

Ein Alarmzeichen konnte mit Sicherheit als solches erkannt werden. Es ist ein schriller und hoher Laut. Es gelang auch, das Gelächter der Affen im Apparat aufzunehmen. Und ebenso wurde ein einfacher Laut festgestellt, der dazu dient, jemanden zu rufen. Garner glaubt, das Wort für »Trinken« erkannt zu haben. Er zweifelt jedoch daran, ob die Affen in ihrer Sprache ein Wort haben, das »Wetter« bezeichnet, obgleich er sah, dass ein Kapuzineraffe jeden Regenschauer, der gegen das Fenster schlug, mit einem besonderen Laut begrüßte.

Ein Affe, der allein ist, redet niemals. Die »Worte« werden immer an ganz bestimmte Individuen gerichtet, und verschiedene Affenarten verstehen sich gegenseitig nicht ohne weiteres. Es muss also auch wohl Affendialekte geben. Eine hübsche Beobachtung ist, dass manchmal auch ein Affe einem anderen etwas zuflüstert, wenn er nicht von allen gehört werden will.

Schon vor Garner hat Professor Waterhouse die Lautäußerung der Affenart Gibbon nach ihrer Tonhöhe psychologisch gedeutet und in Notenschrift festgehalten.

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Unsterbliches Bewusstsein: Raumzeit-Phänomene, Beweise und Visionen

Das Geheimnis des Jungbrunnens



Warum altern wir? Wann sterben wir und wieso? Gibt es ein Leben ohne Altern? Schon seit Jahrhunderten faszinieren diese Fragen die Wissenschaft. So kommt es doch hin und wieder vor, dass in wunderbarer Weise das biblische Alter sehr weit überschritten wird.

An der Spitze der Langlebigen in der geschichtlichen Zeit marschiert der Engländer Thomas Carn. Laut Ausweis eines kirchlichen Urkundenbuchs in London wurde er dort am 28. Januar 1588 geboren, während er derselben Urkunde zufolge erst im Jahre 1795 gestorben ist. Er hätte mithin ein Lebensalter von 207 Jahren erreicht. Ein Mann, dem ein solches Alter beschieden wäre und der im Jahr 1916 siebzig Jahre alt wäre, würde erst im Jahre 2053 sterben. Was könnte dieser Mann, der die Technik fast aus ihren Uranfängen sich hat entwickeln sehen, noch alles erleben!

Unter den Schotten, die nicht arm an Langlebigen sind, nimmt eine besondere Stelle St. Mungo, der Stifter des altehrwürdigen Bistums Glasgow ein, der 185 Jahre alt geworden sein soll. Ein gleiches Alter erreichte ein Mann namens Peter Zorsay, der von 1539 bis 1724 gelebt hat. Ein englischer Bauer namens Thomas Parr erreichte ein Lebensalter von 152 Jahren und besaß einen Sohn von 127 Jahren. Mit 101 Jahren wurde Parr noch wegen Sittlichkeitsvergehen zu Gefängnis verurteilt, und im Alter von 120 Jahren verehelichte er sich mit einer Witwe, die nach ihrer Angabe nie etwas von seinem hohen Alter gemerkt hat.

H. Jenkins, der 1670 in Yorkshire die Augen schloss, erreichte eine Lebensdauer von 169 Jahren. Kurz vor seinem Tode musste er vor Gericht einen Vorgang bekunden, der vor 140 Jahren geschehen war. Der Chirurg Politman, ein Lothringer von Geburt, konnte in voller Frische seinen 140. Geburtstag feiern. Am Tage vor seinem Tod nahm er bei seiner Frau noch eine schwere Krebsoperation vor. Dabei wird von ihm erzählt, dass er von seinem fünfundzwanzigsten Jahr an Tag für Tag betrunken gewesen sei. Einen ebenso ungesunden Lebenswandel führte auch der Chirurg Espagao in der Garonne, der dafür nur 112 Jahre leben durfte.

Auf eine ähnlich gute Wirkung anhaltenden Biergenusses weist die Inschrift auf einem Grabstein in Schottland hin: »Unter diesem Stein liegt Brown, der durch die Macht von schwerem Bier sein Leben auf 120 Jahre gebracht hat. Er war immer betrunken und in diesem Zustand so fürchterlich, dass selbst dem Tod vor ihm grauste. Als er eines Tags ausnahmsweise nüchtern war, fasste der Tod Mut, ergriff ihn und triumphierte über diesen beispiellosen Trunkenbold.«

Auch Elisabeth Durieux, die das stattliche Alter von 140 Jahren erreichte, lebte durchaus nicht gesundheitsgemäß. Sagt man ihr doch einen täglichen Kaffeekonsum von etwa vierzig Tassen nach.

Ein englischer Bauer hinterließ, als er im Alter von 160 Jahren starb, eine Witwe mit zahlreichen Kindern, von denen das älteste 103, das jüngste 9 Jahre zählte.

Wenn auch im Allgemeinen dem Leben des Menschen ein recht kurzes Ziel gesetzt ist, so kommt es doch hin und wieder vor, dass in wunderbarer Weise das biblische Alter sehr weit überschritten wird.

An der Spitze der Langlebigen in der geschichtlichen Zeit marschiert der Engländer Thomas Carn. Laut Ausweis eines kirchlichen Urkundenbuchs in London wurde er dort am 28. Januar 1588 geboren, während er derselben Urkunde zufolge erst im Jahre 1795 gestorben ist. Er hätte mithin ein Lebensalter von 207 Jahren erreicht. Ein Mann, dem ein solches Alter beschieden wäre und der zur jetzigen Zeit (1916) 70 Jahre alt wäre, würde erst im Jahre 2053 sterben. Was könnte dieser Mann, der die Technik fast aus ihren Uranfängen sich hat entwickeln sehen, noch alles erleben!

Unter den Schotten, die nicht arm an Langlebigen sind, nimmt eine besondere Stelle St. Mungo, der Stifter des altehrwürdigen Bistums Glasgow ein, der 185 Jahre alt geworden sein soll. Ein gleiches Alter erreichte ein Mann namens Peter Zorsay, der von 1539 bis 1724 gelebt hat. Ein englischer Bauer namens Thomas Parr erreichte ein Lebensalter von 152 Jahren und besaß einen Sohn von 127 Jahren. Mit 101 Jahren wurde Parr noch wegen Sittlichkeitsvergehen zu Gefängnis verurteilt, und im Alter von 120 Jahren verehelichte er sich mit einer Witwe, die nach ihrer Angabe nie etwas von seinem hohen Alter gemerkt hat.

H. Jenkins, der 1670 in Yorkshire die Augen schloss, erreichte eine Lebensdauer von 169 Jahren. Kurz vor seinem Tode musste er vor Gericht einen Vorgang bekunden, der vor 140 Jahren geschehen war. Der Chirurg Politman, ein Lothringer von Geburt, konnte in voller Frische seinen 140. Geburtstag feiern. Am Tage vor seinem Tod nahm er bei seiner Frau noch eine schwere Krebsoperation vor. Dabei wird von ihm erzählt, dass er von seinem fünfundzwanzigsten Jahr an Tag für Tag betrunken gewesen sei. Einen ebenso ungesunden Lebenswandel führte auch der Chirurg Espagao in der Garonne, der dafür nur 112 Jahre leben durfte.

Auf eine ähnlich gute Wirkung anhaltenden Biergenusses weist die Inschrift auf einem Grabstein in Schottland hin: »Unter diesem Stein liegt Brown, der durch die Macht von schwerem Bier sein Leben auf 120 Jahre gebracht hat. Er war immer betrunken und in diesem Zustand so fürchterlich, dass selbst dem Tod vor ihm grauste. Als er eines Tags ausnahmsweise nüchtern war, fasste der Tod Mut, ergriff ihn und triumphierte über diesen beispiellosen Trunkenbold.«

Auch Elisabeth Durieux, die das stattliche Alter von 140 Jahren erreichte, lebte durchaus nicht gesundheitsgemäß. Sagt man ihr doch einen täglichen Kaffeekonsum von etwa vierzig Tassen nach.

Ein englischer Bauer hinterließ, als er im Alter von 160 Jahren starb, eine Witwe mit zahlreichen Kindern, von denen das älteste 103, das jüngste 9 Jahre zählte.

In der jüngsten Vergangenheit haben Wissenschaftler neue Erkenntnisse über den Prozess des Alterns gewonnen. Forscher aus Ulm und Cincinnatti haben einen Weg gefunden, adulte Stammzellen des blutbildenden Systems zu verjüngen, so dass diese ihre Aufgaben im Körper wieder genauso gut erfüllen können wie junge Zellen. Ihre Erkenntnisse zeigen in bisher einmaliger Form, dass bestimmte Alterungsprozesse in diesen Zellen rückgängig gemacht werden können und geben Hinweise darauf, dass dies auch für andere Zellen gelten könnte. Langfristig könnten ihre Forschungen helfen, altersbedingten Erkrankungen wie Blutarmut oder verminderte Immunabwehr besser zu begegnen. Die Forschungsergebnisse erschienen am 03.05.2012 im renommierten Fachjournal Cell Stem Cell (doi: CELL-STEM-CELL-D-11-00519R2, Geiger).

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Verrückte Quanten bereiten klassischer Physik Niederlage

Quantenphysikalische Teilchen können an mehreren Orten gleichzeitig sein und hinterlassen dabei sogar Spuren. Das haben Physiker der Goethe-Universität in einem verblüffenden Experiment nachgewiesen, das Albert Einstein vor mehr als 80 Jahren anregte. Damals konnte sein wichtigster Kontrahent, der Physiker Niels Bohr, ihm lediglich Argumente entgegensetzten. Jetzt geben die neuen Experimente dem Dänen Recht.

FRANKFURT. Einstein hat Zeit seines Lebens die quantenphysikalische Aussage bekämpft, dass Teilchen – solange man sie nicht beobachtet – an mehreren Orten gleichzeitig sein können. Sein wichtigstes Gegenargument war: Die geisterhaften Teilchen müssten durch Zusammenstöße mit anderen Teilchen entlang ihrer Bahn eine sichtbare Spur hinterlassen. Eben diese Spur hat Dr. Lothar Schmidt in der Arbeitsgruppe von Prof. Reinhard Dörner am Institut für Kernphysik der Goethe-Universität nun gemessen.

Das klassische Experiment, das auch heutigen Physikstudenten noch Kopfzerbrechen bereitet, ist die Streuung quantenphysikalischer Teilchen am Doppelspalt. Solange es unbeobachtet ist, scheint jedes einzelne Teilchen durch beide Schlitze des Spalts zu gehen. Es bildet – ähnlich wie Wasserwellen – ein Interferenzmuster hinter dem Spalt. Dieses verschwindet aber, sobald man eine Information über den Weg des Teilchens zu gewinnen versucht.

Einstein argumentierte, man müsse gar nicht nachsehen, wo das Teilchen ist, denn es verrate seinen Ort indirekt, indem es beim Passieren des Spalts einen Impuls überträgt: Ginge es durch den linken Schlitz, erfahre das Beugungsgitter einen minimalen Stoß nach links, und entsprechend nach rechts, wenn es durch den rechten Spalt geht. Bohr konterte, auch das Beugungsgitter verhalte sich wie ein quantenmechanisches System, das heißt, es müsse gleichzeitig in beide Richtungen abgelenkt werden.

Dass diese verrückt klingende Vermutung tatsächlich richtig ist, haben Dörner und seine Mitarbeiter jetzt durch die Streuung von Helium-Atomen an einem „Doppelspalt“ nachgewiesen. Mit den Modellen der klassischen Physik lassen sich die gemessenen Ergebnisse nicht beschreiben. „Da wir bei dieser Versuchsanordnung nicht beobachten, durch welches Loch das Teilchen gegangen ist, passiert genau das, was Bohr vorhergesagt hat: Der Doppelspalt rotiert gleichzeitig mit und gegen den Uhrzeigersinn“, erklärt Schmidt. (Quelle: idw).

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Übersinnliche Phänomene: Heiligengesicht auf Toast

Video: Heiligengesicht auf Tischplatte

Heidelberg. Ist es normal, auf dem Toast das Gesicht einer Heiligen zu sehen oder Angst vor schwarzen Katzen zu haben? Unerklärlich ist es jedenfalls nicht, weiß Psychologe Richard Wiseman von der University of Hertfordshire (GB). Denn das menschliche Gehirn ist quasi darauf programmiert, in vielen Dingen mehr zu erkennen als nur die nüchterne Realität. Dieser Mechanismus war für das Überleben unserer Vorfahren einst wichtig, erklärt der ehemalige Zauberkünstler in der neuen Ausgabe des Magazins “Gehirn und Geist” (12/2012).

Jeder Vierte fürchtet sich vor der Zahl 13, an die Kraft eines vierblättrigen Kleeblatts glauben 42 Prozent aller Deutschen. Obwohl sich Wetterfühligkeit bei Arthritis, zukunftsweisende Träumen oder Telepathie bisher nicht wissenschaftlich nachweisen ließen, kommt der Glaube an das Paranormale nicht aus der Mode. Für uns ist es oft entscheidend, Zusammenhänge sofort zu erkennen: Wer nicht merkt, dass das seltsam schmeckende Essen die spätere Übelkeit verursachte, handelt sich beim nächsten Mal erneut eine Magenverstimmung ein. Unser Kausalitätssinn sucht aber auch dann einen Urheber, wenn wir es einfach mit Zufällen zu tun haben – und schon sind wir beim Übersinnlichen.

Auch das Erkennen von Gesichtern und Emotionen ist für ein erfolgreiches Sozialleben unverzichtbar. Wie weit das Denken deshalb Dinge vermenschlicht, zeigt der klassische Versuch des Psychologen Fritz Heider, der einen Film mit geometrischen Figuren schuf, denen seine Probanden Gefühle und Absichten zusprachen. Kein Wunder also, dass uns häufig selbst Rauchschwaden oder Schatten als Geisterwesen erscheinen.

Der Neuropsychologe Peter Brugger von der Universität Zürich war von der Echtheit übersinnlicher Phänomene lange Zeit selbst überzeugt. Als seine Probanden die Augenzahl eines Würfels per Telepathie erkennen sollen, beobachtete er per bildgebender Verfahren, was sich beim Aberglaube im Kopf abspielt: Vor allem die rechte Hirnhälfte lässt die Fantasie mancher Zeitgenossen übersprudeln, erklärt Brugger im Interview mit “Gehirn und Geist”. Dieser Kreativitätsüberschuss kann dabei durchaus auch von Vorteil sein.  (Quelle: Gehirn und Geist, Dezember 2012)

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Quantenphysiker entwickelt Modell zur Willensfreiheit

Sind wir frei in unseren Entscheidungen? Oder ist Freiheit nur eine große Illusion und unser Handeln letztendlich durch Naturgesetze vorherbestimmt? Der Quantenphysiker Hans Briegel hat erstmals ein theoretisches Modell entwickelt, das unser Verständnis der Naturgesetze mit der Idee von Freiheit versöhnt. Er berichtet darüber in der Fachzeitschrift Nature Scientific Reports. Quantenphysiker entwickelt Modell zur Willensfreiheit weiterlesen

Geist und Seele: Existiert eine eigenständige Geistsubstanz?

Ist Geist oder die Seele eine Substanz, die unabhängig von der Materie existieren kann und nach dem Tod in ein Jenseits eingeht?
Das Video ist die Folge 1 der Sendereihe “Professor Allman für Alle – Grenzfragen vom Physiker beantwortet” aus dem virtuellen TV-Studio All>TV.
Der Inhalt basiert auf dem Buch mit dem Titel “Unsterbliches Bewusstsein”

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Unsterbliches Bewusstsein: Raumzeit-Phänomene, Beweise und Visionen

Turbo-Evolution in weniger als 6 Monaten

Elektronenmikroskopische Aufnahme von einem Fadenwurm, der mit dem pathogenen Bakterium Bacillus thuringiensis infiziert ist. Das Bild zeigt das Vorderende des Fadenwurms, der in der Mitte aufgebrochen wurde. Im Inneren des Wurms erkennt man eine große Anzahl der länglich ovalen Bakterien, die sich während der Infektion umfangreich vermehrt haben und dabei alle inneren Strukturen und Organe zerstört haben. Foto: PNAS, Copyright: PNAS.
Unter Leitung von Professor Schulenburg und der Doktorandin Rebecca Schulte hat die Arbeitsgruppe des Zoologischen Instituts der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel unter kontrollierten Bedingungen am Fadenwurm Caenorhabditis Evolution im Labor entstehen lassen. Sie konnten dabei zweifelsfrei beweisen, dass Evolution außerordentlich schnell stattfinden kann, bereits innerhalb von weniger als 6 Monaten! Dieser Beweis ist nach wie vor ein wichtiger Beleg für Darwins Evolutionstheorie – ein Jahr nach dem 200. Geburtstag von Darwin und nach dem 150. Jahrestag der Veröffentlichung seines Hauptwerks.

Für diesen Beweis hat das Team ein neues Modellsystems etabliert, das sich grundsätzlich hervorragend für Evolutionsexperimente eignet und hierfür auch in der Zukunft intensiv eingesetzt werden wird. Dieses Modellsystem besteht aus dem Fadenwurm Caenorhabditis elegans und seinen bakteriellen Krankheitserregern. Der Fadenwurm weist dabei eine Generationszeit von nur 3 Tagen auf und kann sehr einfach im Labor manipuliert werden.

Das Experiment beweist zusätzlich, dass das Auftreten von Infektionskrankheiten sowohl zu einer Beschleunigung der Evolution sowie zu einer erhöhten Biodiversität führen kann. Das heißt, dass Infektionskrankheiten ein wichtiger Motor der Evolution und auch entscheidend für den Erhalt der Biodiversität sein können. Dies wurde grundsätzlich bereits von Darwin vorhergesagt, konnte in diesem Umfang bisher allerdings nicht experimentell belegt werden.

Schließlich geben die Ergebnisse einen wichtigen Hinweis darauf, warum Organismen, wie auch der Mensch, immer noch anfällig für Infektionskrankheiten sind. Zum einen können auch die Krankheitserreger sehr schnell evolvieren und stellen den Wirt damit vor immer neue Herausforderungen. Zum anderen wird bewiesen, dass die Evolution von Immunität auch Konsequenzen hat. Individuen, die besonders vor den Krankheitserregern geschützt sind, schneiden in anderen Merkmalen deutlich schlechter ab, wie zum Beispiel bei der Erzeugung von Nachkommen. (Quelle: idw, Bild: Elektronenmikroskopische Aufnahme von einem Fadenwurm, der mit dem pathogenen Bakterium Bacillus thuringiensis infiziert ist. Das Bild zeigt das Vorderende des Fadenwurms, der in der Mitte aufgebrochen wurde. Im Inneren des Wurms erkennt man eine große Anzahl der länglich ovalen Bakterien, die sich während der Infektion umfangreich vermehrt haben und dabei alle inneren Strukturen und Organe zerstört haben. Foto: PNAS, Copyright: PNAS.)

Verursachen Zeitquanten rätselhaftes Rauschen?

Video: Gravitationswellen

Leben wir in einem holographischen Universum? Sind Zeit und Raum körnig und kann man von einem Quantenrauschen der Raumzeit sprechen? Der amerikanische Physiker Craig Hogan ist fest davon überzeugt, Beweise dafür in den Daten des deutsch-britischen Gravitationswellendetektors GEO600 gefunden zu haben – das ist seine Erklärung für ein rätselhaftes Rauschen in den Detektordaten, dessen Ursache bislang ungeklärt ist.

Der Gravitationswellendetektor wurde von 1995 bis Ende 2001 in Ruthe (Sarstedt) bei Hannover aufgebaut. Ob sich Craig Hogans Vermutungen bestätigen lassen, soll in den kommenden Monaten mit neuen Experimenten direkt am Detektor untersucht werden:

Um die Theorie des holographischen Rauschens zu testen, wird die Frequenz der höchsten Empfindlichkeit von GEO600, also der Ton, den der Detektor am besten hören kann, schrittweise hin zu immer höheren Tönen verschoben. Normalerweise ist die Frequenz so eingestellt, dass beste Chancen bestehen, explodierende Sterne oder verschmelzende schwarze Löcher beobachten zu können.

Stellt sich heraus, dass das rätselhafte Rauschen bei höheren Frequenzen dem bei niedrigeren Frequenzen entspricht, ist dies noch kein Beweis für Hogans Hypothese. Es würde aber weitergehende Untersuchungen besonders motivieren. Dann wird die Empfindlichkeit von GEO600 durch den Einbau von ‘gequetschtem Vakuum’ sowie eines Modenfilters in einer neuen Vakuumkammer verbessert. Die Technologie des ‘gequetschten Vakuums’ wurde in Hannover besonders verfeinert und würde im Rahmen der Untersuchungen weltweit erstmals zum Einsatz in einem Gravitationswellendetektor kommen.

“Wir sind wirklich gespannt, welche neuen Erkenntnisse wir im Laufe des Jahres über das mögliche holographische Rauschen erhalten werden”, sagt Prof. Dr. Karsten Danzmann, Direktor des Hannoveraner Albert-Einstein-Instituts. “GEO600 bietet derzeit weltweit als einziges Experiment die Möglichkeit, die umstrittene Theorie zu überprüfen. Im Gegensatz zu den anderen großen Laserinterferometern reagiert GEO600 durch die eingesetzte Signal Recycling Methode bauartbedingt empfindlich auf Seitwärtsbewegungen des Strahlteilers. Das ist eigentlich unbequem, aber wir brauchen das Signal Recycling, um die kürzere Armlänge im Vergleich zu den anderen Detektoren zu kompensieren. Aber holographisches Rauschen erzeugt genau so ein Seitwärtssignal und so wird der Nachteil in diesem Fall zum Vorteil. Wir befinden uns sozusagen im Mittelpunkt eines Wirbelsturms in der Grundlagenforschung.”

Auf der Suche nach der Körnigkeit der Zeit
Den kleinstmöglichen Bruchteil einer Entfernung bezeichnen Physiker als die ‘Planck-Länge”. Sie beträgt 1,6·10-35 m – das ist unvorstellbar klein und unmessbar. Auch die etablierten physikalischen Theorien gelten bei dieser Größenordnung nicht mehr. Nun überprüfen Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) und der Leibniz Universität Hannover eine Theorie des US-amerikanischen Physikers Craig Hogan, der davon überzeugt ist, in den Daten des Gravitationswellendetektor GEO600 die Zeitquanten rauschen zu hören. Quelle: idw

Elektronen auf frischer Tat beim Tunneln ertappt

Was sich wie ein Delikt anhört, nämlich das »Tunneln« ist ein ganz normaler quantenphysikalischer Vorgang. Erstmals ist es nun gelungen Elektronen live zu beobachten, wie sie die Atome verließen, von denen sie gefangen gehalten wurden (Heraustunneln).

Der Tunneleffekt erklärt unter anderem, wie es zur Kernfusion in der Sonne kommt oder auch die Funktionsweise des Raster-Tunnelmikroskops, mit dem man bis zu 100-Millionenfach vergrößern kann. Der Fernsehprofessor der Physik, Harald Lesch, demonstriert in der Bildungssendung Alpha Centauri eindrucksvoll, was es mit diesem Phänomen »Tunneleffekt« auf sich hat. Zu Beginn schwebt er durch die Tafelwand der Fernsehkulisse, so wie ein Geist, den keine Barriere von einem Spuk abhalten kann. Gleich darauf nimmt er wieder eine feste Gestalt an und erklärt, dass der Zuschauer seine Vorführung mit Vorsicht genießen soll. Mit dieser Warnung hat er wohl recht. Denn wenn ein Zuschauer es ihm gleich tun wollte, würde er nur Beulen und blaue Flecke davontragen. Die Wahrscheinlichkeit, dass Menschen durch Wände gehen können, ist verschwindend gering. Nur mikroskopischen Quantenobjekten wie Elektronen oder Protonen gelingt dieses Kunststück mit deutlich höherer Wahrscheinlichkeit.

Man kann den Effekt am Beispiel einer Kugel erklären, die ein Mensch mit Schwung einen Hügel hochrollen lässt. Wenn die Energie, welche der Kugel mitgegeben wird, nicht genügt, rollt die Kugel immer wieder zurück, anstatt die Kuppe zu überwinden und ins nächste Tal zu gelangen. In der Quantenphysik besteht dagegen für Quantenobjekte die Möglichkeit den Potentialwall, wie der Hügel genannt wird, zu durchtunneln. In einem Augenblick befindet sich das Quantenobjekt noch vor dem Potentialwall und im nächsten Augenblick schon dahinter im nächsten Tal. Es ist ein sprunghafter Übergang ohne Zwischenzustände.

Heraustunneln von Elektronen aus Atomen

Noch niemand konnte bisher das Quanten-Tunneln in Echtzeit beobachten. Dieses Kunststück ist nun Physikern des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik gelungen. Sie haben das Heraustunneln von Elektronen aus einem Atom erstmals in live verfolgt. Die elektrischen Kräfte innerhalb eines Atoms halten normalerweise jene Elektronen fest, die sich in seinem Inneren aufhalten. Die Kräfte bilden den Potentialwall, den es zu überwinden gilt, wenn sich ein Elektron aus dem Atom herauslösen soll.

Der Trick der Max-Planck-Physiker bestand darin, mit Hilfe von Attosekunden-Laserblitzen die Elektronen näher an den Rand ihres Atomgefängnisses zu bringen. Eine Attosekunde ist milliardster Teil einer milliardstel Sekunde und damit unvorstellbar kurz. Der Laserblitz vergrößert die Wahrscheinlichkeit, dass die Elektronen aus ihrem Atomgefängnis entkommen können. Und tatsächlich, nach einem zweiten Laserblitz, der die Breite des Potentialwalls ein wenig verringerte, nutzen die Elektronen die Gelegenheit, um herauszutunneln.

Atome, denen ein Elektron fehlt, sind positiv geladen. Als die Physiker im Anschluss an das Experiment die positiv geladenen Atome zählten, waren sie nicht schlecht überrascht, dass zahlreiche Elektronen entkommen waren. Noch interessanter ist aber die Feststellung, dass der Zeitbedarf für das Heraustunneln praktisch kaum messbar ist, sodass die Physiker annehmen, der Tunnelprozess benötige überhaupt keine Zeit. Die Erkenntnisse sollen helfen, bessere Röntgenlaser für die medizinische Therapie zu entwickeln.

Tunneleffekt und Hirnforschung

In der Hirnforschung kann das quantenmechanische Tunneln möglicherweise eine Erklärung für die Geschwindigkeit von bewussten Denkprozessen liefern. Die einzelnen Neuronen des Gehirns werden durch Schnittstellen verbunden, die Synapsen heißen. Diese besitzen einen winzigen Spalt, der überwunden werden muss, wenn ein Signal von Neuron zu Neuron übertragen werden soll. Die herkömmliche Theorie besagt nun, dass zur Übertragung von Signalen an den Synapsen, das ursprünglich elektrische Signal in ein chemisches umgewandelt werden muss. Die Theorie kann aber nicht die Geschwindigkeit von bewussten Denkprozessen erklären. Wie jeder weiß, der schon mal einen Akku am Stromnetz geladen hat, benötigt die Umwandlung von elektrischer Energie in chemische erhebliche Zeit. Würde die herkömmliche Theorie stimmen, müsste Denken schneckengleich langsam sein. Weil das der Erfahrung widerspricht, nehmen einige Hirnforscher an, dass der extrem schnelle quantenmechanische Tunneleffekt zur Überwindung des synaptischen Spalts eine Rolle spielt. Sollte man das experimentell bestätigen können, hätte man gleichzeitig eine Verbindung von Bewusstsein zur Welt der Quanten mit all ihren seltsamen Phänomenen gefunden. – Klaus-Dieter Sedlacek

Der Autor ist Verfasser des Buchs mit dem Titel »Unsterbliches Bewusstsein, Raumzeit-Phänomene, Beweise und Visionen« in dem aufgrund quantenphysikalischer Phänomene die Existenz von Bewusstsein auch außerhalb des Gehirns nachgewiesen wird.