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Superloch im All: Paralleluniversum entdeckt?

»WMAP Cold Spot« auf der Temperaturkarte der kosmischen Hintergrundstrahlung, die der WMAP-Satellit erstellt hat

Der Kosmologe Lawrence Rudnick von der University of Minnesota traute seinen Augen nicht, als er die vom WMAP-Satelliten aufgenommene Hintergrundstrahlung genauer untersuchte. Er entdeckte etwas, was es eigentlich gar nicht geben darf: ein Superloch in der südlichen Himmelssphäre. Es könnte durch den Einfluss eines Paralleluniversums gebildet worden sein mutmaßt Rudnicks Kollegin, die Professorin Laura Mersini-Houghton von der University of North Carolina.

Die elektromagnetische Strahlung aus dem All, die von keinen bestimmten Himmelsobjekten stammt und die in allen Richtungen auftritt, bezeichnet man als kosmische Hintergrundstrahlung. Die Eigenschaften des Mikrowellenhintergrunds gelten als empirischen Beweis für die Entstehung unseres Universums in einem Urknall, weil die Vorhersagen der Urknalltheorie sehr gut mit den gefundenen Messwerten übereinstimmen. Die Hintergrundstrahlung hat eine Temperatur von ca. drei Grad über dem absoluten Nullpunkt (minus 273,15 Grad Celsius) und ist außerordentlich gleichförmig, in welche Richtung man auch schaut. Die Temperaturschwankungen in kleinen Bereichen betragen nur etwa 0,001 % und sind das Abbild der Dichteschwankungen der Materie aus der Frühzeit des Universums. Aus solchen Dichteschwankungen hat dann die Schwerkraft im Laufe von Milliarden Jahren die Sterne und Galaxien geformt.

Was Rudnick stutzig machte, ist ein kalter Fleck (»WMAP Cold Spot«) auf der Temperaturkarte der kosmischen Hintergrundstrahlung, die der WMAP-Satellit erstellt hat. Der kalte Fleck befindet sich mitten im Sternbild Eridanus und umfasst einen Winkel von 10 Grad am Himmel. Das entspricht der unvorstellbaren Größe von 900 Millionen Lichtjahren Durchmesser in 8 Milliarden Lichtjahren Entfernung. Die Temperatur des Flecks ist um Größenklassen geringer, als nach der durchschnittlichen Temperaturschwankung sein dürfte. Die Wahrscheinlichkeit für eine Schwankung solchen Ausmaßes beträgt höchstens eins zu einer Milliarde und ist damit rund hundert Mal geringer, als sechs Richtige im Lotto zu erzielen.

Es gibt verschiedene exotische Erklärungen für das Phänomen, das es eigentlich nicht geben darf. Der kalte Fleck könnte beispielsweise eine Art Knoten in der Raumzeit sein. Die einfachste Erklärung jedoch, die in der Wissenschaft im Regelfall vorzuziehen ist, geht von einem gigantischen Leerraum aus, dessen Volumen das 1000-fache eines typischen Leerraums zwischen den Galaxien beträgt. Die der seriösen Wissenschaft angehörende Kosmologin Mersini-Houghton vermutet, das Superloch sei durch den Einfluss eines parallelen Universums entstanden. Sie hat die Existenz eines solchen Lochs bereits vor seiner Entdeckung, nämlich im Jahr 2006 vorausgesagt.

Mersini-Houghton geht wie der Großteil ihrer Kosmologen-Kollegen davon aus, dass der Urknall kein einzigartiges Ereignis war, sondern nur der Anfang eines Universums unter vielen, das sich ähnlich einer Blase im Schaumbad bildet. Und es gibt nahezu unendlich viele Blasen. Jede Einzelne enthält ein Universum mit eigenen Eigenschaften, eigenen Naturgesetzen und eigenen Naturkonstanten.

Es waren aber nicht die Kosmologen, sondern die Quantenphysiker, die als Erste beim Versuch die quantenphysikalischen Formeln zu interpretieren auf die Idee vieler Welten kamen. Nach der Viele-Welten-Interpretation der Quantenphysik, die ursprünglich von Hugh Everetts stammt, verzweigen sich die bereits existierenden Universen jedes Mal, wenn Messungen durchgeführt werden oder Entscheidungen fallen. Dadurch werden alle Alternativen, die laut Wellenfunktion der Quantenmechanik eine positive Wahrscheinlichkeit besitzen, in irgendwelchen parallelen Universen realisiert.

Von dem europäischen PLANCK-Satelliten, der in wenigen Monaten startet und dem Teilchenbeschleuniger LHC in Genf erhofft man sich weitere Erkenntnisse, welche die Existenz eines Paralleluniversums beim »WMAP Cold Spot« widerlegt oder bekräftigt. Die tatsächliche Entdeckung eines Paralleluniversums wäre die Bestätigung für zahlreiche bisher kontrovers diskutierte Hypothesen. Der Mathematiker Klaus-Dieter Sedlacek sieht beispielsweise in seinem kürzlich erschienenen Buch mit dem Titel »Unsterbliches Bewusstsein« einen Zusammenhang zwischen der Viele-Welten-Interpretation der Quantenphysik und dem freien Willen des Menschen. Freier Wille setzt nach seiner Meinung voraus, dass es parallele Welten gibt. Denn wenn man davon ausgeht, dass die vierdimensionale Raumzeit der Einsteinschen Relativitätstheorie etwas Statisches, aber das Leben des Menschen nicht uhrwerkartig determiniert ist, müssen parallele Raumzeit-Universen existieren, damit es für den freien Willen eine freie Wahl unter Alternativen gibt, in die aufgrund von Entscheidungen verzweigt werden kann. Rudnicks Entdeckung des Superlochs im All kann auch für diese Hypothese eine Bestätigung sein.

Evolution und Quantenbiologie: Parallelentwicklung gibt Rätsel auf

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Die “Baumhummer” von Neuguinea (Eurycantha, links) und der Lord Howe Insel (Dryococelus, rechts) weisen große Ähnlichkeit in Form und Verhalten auf, sind jedoch unabhängig voneinander entstanden.Fotos: Michael Whiting und Thomas Reischig

(pug) Die Evolution von Lebewesen kann offenbar unter ähnlichen Bedingungen zu gleichen Resultaten führen, auch wenn sie völlig unabhängig voneinander verläuft: So gehen zwei spezielle Formen flügelloser Insekten aus der Gruppe der Stab- und Gespenstschrecken, die als “Baumhummer” bezeichnet werden, nicht auf einen gemeinsamen Vorfahren zurück, obwohl sie sich in Gestalt und Verhalten verblüffend ähneln. Das hat der Evolutionsbiologe und Zoologe Dr. Sven Bradler von der Universität Göttingen zusammen mit neuseeländischen Kollegen in einer molekularbiologischen Studie zu den Verwandtschaftsverhältnissen nachgewiesen. Ihre Ergebnisse werden in den “Proceedings of the Royal Society B” veröffentlicht.
“Baumhummer” sind mit nur wenigen Dutzend Arten im Pazifik auf Papua-Neuguinea und Neukaledonien beheimatet. Ursprünglich waren sie auch auf der Lord Howe Insel östlich von Australien zu finden, bis nach der Strandung eines Dampfschiffes 1918 Ratten auf das Eiland gelangten und die einzigartige Tierwelt vernichteten. Der “Baumhummer” Dryococelus australis galt dort 1986 offiziell als ausgestorben, bis im Februar 2001 sensationell eine kleine Population wiederentdeckt wurde – nicht etwa auf Lord Howe, sondern auf einem kargen Felsen 23 Kilomter entfernt inmitten der Tasmanischen See. Bislang ist die Wissenschaft davon ausgegangen, dass die Verwandten dieses seltenen Insekts – der “Baumhummer” Eurycantha horrida – auf Neuguinea leben.

Die Forscher kommen jetzt zu einem anderen Ergebnis. Sie haben die verwandtschaftlichen Beziehungen von 79 Stab- und Gespenstschrecken mit Hilfe von DNA-Sequenzen untersucht. Nach ihrer Analyse gibt es keine Verbindungen zwischen den “Baumhummern” auf Lord Howe und Neuguinea, trotz großer Ähnlichkeit: Die Insekten sind flugunfähig, von gedrungener kräftiger Gestalt und verbergen sich tagsüber in bodennahen Hohlräumen. Die Männchen setzen ihre stark verdickten Hinterschenkel zur Verteidigung ein. Evolutiv sind sie aus grazilen, geflügelten Stabschrecken hervorgegangen. “Die Anpassung an einen vergleichbaren Lebensraum und der damit verbundene Selektionsdruck haben vermutlich zu dieser parallelen Entwicklung geführt”, erläutert Dr. Bradler. (Quelle: idw; Originalveröffentlichung:
T. R. Buckley, D. Attanayake, S. Bradler: Extreme convergence in stick insect evolution: phylogenetic placement of the Lord Howe Island tree lobster, Proc. R. Soc. B. doi:10.1098/rspb.2008.1552)

Kann die Quantenbiologie das Rätsel der Parallelentwicklung lösen?

Es ist mehr als unwahrscheinlich, daß ein Genom allein mittels zufällig erzeugter Mutationen, neue und funktionsfähige Mutanten hervorbringt. Dazu ist ein biologisches System zu komplex, als daß zufällige Prozesse innerhalb der auf der Erde zur Verfügung stehenden Zeit funktionsfähige Neuordnungen im Genom entstehen lassen können. Der Anpassungsdruck der Umwelt, den Dr. Bradler als Erklärung anführt, käme gar nicht zum Zug, wenn keine funktionsfähigen Mutationen in angemessener Zeit entstehen.
Eine Lösung kann möglicherweise die Quantenbiologie bieten. Diese neuere wissenschaftliche Disziplin untersucht die Auswirkungen quantenphysikalischer Prozesse auf lebende Zellen. Ihr Begründer, Friedrich Dessauer (* 19. Juli 1881; † 16. Februar 1963), forschte insbesondere an den Auswirkungen von Röntgenstrahlen auf Körperzellen. Die jüngsten Erkenntnisse in der Biologie deuten nun darauf hin, dass zwischen lebenden Zellen und ihrer Umgebung mehr Wechselwirkungen stattfinden, als nur die Einwirkung hochenergetischen Quanten auf die Moleküle und Gene der Zelle. Organismen scheinen in gleichem Maße mit ihrer Umgebung “verschränkt” zu sein, wie das von den entsprechenden Phänomenen der Quantenphysik her bekannt ist. Die Quantenverschränkung ist ein physikalisches Phänomen bei dem zwei Teilchen ein System bilden und auch über große räumliche Entfernung miteinander wechselwirken, ohne daß Information innerhalb der Raumzeit übertragen wird. Albert Einstein bezeichnete diese Art der Wechselwirkung als ‘spukhafte Fernwirkung’.
Um die paralle Entwicklung der Baumhummer quantenbiologisch erklären zu können, bedarf es außerdem einer anderen Vorstellung vom Wesen der Realität als die derzeit vorherrschende. Der Mathematiker Klaus-Dieter Sedlacek sieht Bewusstsein als die Grundlage an von allem was existiert. Er hat in seinem Sachbuch: Unsterbliches Bewusstsein: Raumzeit-Phänomene, Beweise und Visionen aus bisher unerklärlichen Quantenphänomen und der Relativitätstheorie ein neues Gesicht der Wirklichkeit abgeleitet und einer Erklärung zugeführt. Evolution ist für ihn ein bewusster Prozeß, der durch Entscheidungen auf Quantenebene oder auch höherer Ebene in Gang gehalten wird. So darf man hoffen, dass demnächst eine neue Vorstellung vom Wesen der Realität mit der Quantenbiologie gemeinsam die Parallelentwicklung der Baumhummer zufriedenstellend erklären wird.

Wird das »Gottesteilchen« dieses Jahr in Genf erscheinen?

Video: Interview mit Rolf-Dieter Heuer, ab 1. Jan. 2009 Generaldirektor des CERN

Wenn Physiker wieder einmal merken, dass sie die Welt nicht erklären können, machen sie Witze. So auch der Nobelpreisträger für Physik des Jahres 1988, Leon Ledermann. Zur Erklärung dessen, woraus die Welt in ihren kleinsten Einheiten besteht, dient das Standardmodell der Elementarteilchenphysik. Dummerweise kann diese Theorie nicht erklären, warum ein bestimmtes Teilchen eine Masse hat. So witzelte Ledermann: Die Masse stammt von Gott. Laut Standardmodell werden alle physikalischen Eigenschaften durch Teilchen verursacht. Deshalb ist das Teilchen, von dem andere Teilchen ihre Masse empfangen das »Gottesteilchen«.

Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik beschreibt durch mathematische Formulierungen die Erscheinungen und Wechselwirkungen der Teilchen in der subatomaren Welt. Zur Erklärung, wie die Grundkräfte der Physik zwischen den Elementarteilchen vermittelt werden, dienen sogenannte Austauschteilchen (Eichbosonen). Beispielsweise ist das Lichtteilchen (Photon) so ein Austauschteil. Das Standardmodell wird durch physikalische Experimente gut bestätigt. Allerdings ist die Theorie unvollständig. Es gibt in ihr freie Parameter, die nicht durch eine Formel, sondern nur durch Schätzung oder Messung bestimmt werden können. Die Masse ist so ein freier Parameter. Um eine der Lücken im Standardmodell zu schließen, postulierte der britische Physiker Peter Higgs in den 1960er Jahren ein Gottesteilchen. Es ist ein Austauschteilchen, das seinen Namen trägt: Higgs-Boson. Dieses Higgs-Boson soll den zunächst masselosen Elementarteilchen ihre Masse geben. Aber bisher wurde es noch nicht entdeckt.

Seit Jahren suchen die Teilchenphysiker der ganzen Welt mit immer größerem technischem Aufwand nach dem Gottesteilchen. Denn die Theorie der Materie und der Elementarteilchen steht auf den schwankenden Füßen des Higgs-Bosons. Mit der Existenz oder Nichtexistenz dieses Teilchens steht und fällt ein ganzes Theoriengebäude der Physik. Bisher brachte die jahrelange Forschung keinen einzigen Hinweis auf seine Existenz. Nun soll es der größte Tempel der modernen Physik, das Kernforschungszentrum CERN in Genf mit der gigantischen Teilchenschleuder LHC richten. Das wohl teuerste Experiment der Erde soll dieses Jahr das hervorbringen, was andere schwächere Teilchenbeschleuniger nicht vermochten, die Erscheinung des Gottesteilchens auf Erden.

»Es vibriert förmlich in der globalen Gemeinde der Teilchenphysiker. Sie warten jetzt darauf, dass die Maschine anläuft, …«, bestätigt Rolf-Dieter Heuer, der neue Leiter von CERN in einem Interview mit der ZEIT online (3.9.2008). Ergänzend fügt er hinzu: »Ich bin sicher, der LHC öffnet Türen für das Verständnis des Mikrokosmos und des Universums.«

Linktipp:

Haben die kleinsten Bausteine der Materie Bewusstsein?

Spukhafte Fernwirkung: Welche physikalische Wirklichkeit steckt dahinter? ?

Video: Kann die Physik die Welt erklären?

Quantenzufall und die ‘spukhafte Fernwirkung’ zwischen zwei quantenmechanisch verschränkten Teilchen kann nicht durch Wechselwirkungen innerhalb von Raum und Zeit (der Raumzeit) erklärt werden. Aber welche Erklärung gibt es dann?

Physiker, die im Weltbild der klassischen Physik des 19. Jahrhunderts verhaftet sind, gehen davon aus, dass sich die Welt ähnlich einem Uhrwerk verhält, nämlich deterministisch und im Prinzip berechenbar. Dies wird an einem Beispiel deutlich: Der Fall eines Würfels aus der Spielesammlung kann nach der klassischen Physik genau vorausgesagt werden, wenn die Randbedingungen bekannt sind, wenn man also weiß, aus welcher Höhe gewürfelt wird, wie genau der Würfel die Hand verlässt oder wie groß die Luftreibung ist usw. Weil allerdings die Rechnungen sehr kompliziert werden können und auch nicht immer alle Randbedingungen bekannt sind, kann man die Vorausberechnung in der Praxis dann doch nicht durchführen. Zufall entsteht hier nur deshalb, weil nicht alle Informationen bekannt sind, die zur Berechnung notwendig wären.

Im Gegensatz zu der deterministischen Variante des Zufalls stehen die Phänomene der Quantenphysik, deren Erklärung zu einer jahrzehntelangen Diskussion zwischen den Quantenphysikern führte. Werden beispielsweise einzelne Photonen (Lichtteilchen) durch einen Strahlteiler geschickt bei dem Sie zwischen zwei Wegen wählen können, dann kann die Entscheidung der Photonen für einen der beiden Wege nicht mehr mithilfe einer mathematischen Rechenvorschrift oder irgendeinem physikalischen Prinzip vorhergesehen werden. Die Entscheidung der Photonen für einen der beiden Wege wird von den Physikern als ‘Quantenzufall’ oder auch ‘Objektiven Zufall’ bezeichnet. Was ist das für eine Wirklichkeit, die objektiven, reinen Zufall, eben den Quantenzufall hervorbringt?

Alain Aspect wies bereits 1982 empirisch nach, dass eine momentane, praktisch zeitlose Wechselwirkung zwischen zwei verschränkten Photonen existiert. Verschränkung ist ein quantenmechanisches Phänomen, bei dem zwei Teilchen ein System bilden und über die räumliche Entfernung miteinander wechselwirken, auch wenn die Entfernung Milliarden Kilometer beträgt. Albert Einstein nannte das Phänomen ‘spukhafte Fernwirkung’. Er bewies, dass alle Verbindungen und Wechselwirkungen innerhalb der Raumzeit durch Signale übertragen werden, die Zeit benötigen. Die Wechselwirkung, die eine momentane, praktisch zeitlose Verbindung erfordert, kann nicht innerhalb der Raumzeit stattfinden, solange die Einsteinsche Relativitätstheorie gültig ist.

Der fundamentale Prozess der Natur, der sich im Quantenzufall und in der Verschränkung manifestiert, muss deshalb außerhalb der Raumzeit stattfinden. Aber was existiert außerhalb der Raumzeit? Es bleibt kaum etwas anderes übrig als eine transzendente Wirklichkeit anzunehmen, in der die Raumzeit eingebettet ist. Diese transzendente Wirklichkeit hat nichts mit ähnlich klingenden Begriffen aus der Religion, Esoterik oder Philosophie zu tun. Es ist eine physikalische Wirklichkeit, denn in ihr finden offensichtlich Wechselwirkungen statt, die sich in quantenphysikalischen Experimenten manifestieren. Die Eigenschaften solch einer transzendenten Wirklichkeit hat der Mathematiker Klaus-Dieter Sedlacek in dem kürzlich erschienenen Buch mit dem Titel »Unsterbliches Bewusstsein: Raumzeit-Phänomene, Beweise und Visionen« beschrieben. Dieses ist auch für Nichtphysiker leicht verständlich. So beweisen letztendlich der Quantenzufall und die Existenz der ‘spukhaften Fernwirkung’, dass es eine transzendente Wirklichkeit geben muss. – Manfred Sommerfeld

Patent auf Energiegewinnung aus schwarzen Löchern?

Video: P.M. – Das Dunkle Geheimnis im All: Schwarze Löcher

Schwarze Löcher – das müssen nicht unbedingt alles verschlingende, gigantisch schwere astronomische Objekte sein. Theoretisch könnte es auch “mini black holes” im Labor geben, die genau das Gegenteil der astronomisch gemessenen Giganten darstellen. Das folgt aus Arbeiten der Gruppe von Prof. Dr. Horst Stöcker und Prof. Dr. Marcus Bleicher am Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) und am Institut für Theoretische Physik.

Für die theoretische Physik wäre die Entdeckung der sehr leichten Schwarzen Löcher von großer Bedeutung. Bisher ist es nicht gelungen, die beiden erfolgreichsten Theorien des 20. Jahrhunderts – die Quantentheorie und die Relativitätstheorie – in Einklang zu bringen. Für gewöhnlich ist das nicht störend, denn quantentheoretische Effekte machen sich im Mikrokosmos bemerkbar, während die allgemeine Relativitätstheorie bei der Beschreibung großer Massen im Makrokosmos der Sterne und Planetensysteme relevant ist. Zur Beschreibung Schwarzer Löcher, in denen sich große Massen auf engstem Raum zusammendrängen, braucht man jedoch eine Synthese beider Theorien. Die Physik Schwarzer Löcher im Quantenbereich ist somit der Schlüssel zum Verständnis des neuen Weltbilds der Elementarteilchenphysik für die Experimente am CERN.

Sollte es die vorhergesagten Mini Schwarzen Löcher geben, hat Prof. Horst Stöcker sich bereits ihre mögliche Anwendung als “Relikt-Konverter” zur Energiegewinnung nach Einsteins berühmter Formel E=mc2 bereits patentieren lassen. Das heißt, falls die Erzeugung von stabilen Relikten [postulierter stabiler Endzustand eines schwarzen Lochs] am LHC gelingt, könnte der gesamte Energieverbrauch der Erde (zirka 1021 Joule) mit nur zehn Tonnen willkürlichen Materials in diesen Konvertern erzeugt werden! (Quelle: idw)

Ist Zeit nur eine Illusion? Physiker experimentieren mit der Zeitdehnung

(idw). Die Zeitdehnung ist einer der faszinierendsten Aspekte der speziellen Relativitätstheorie Einsteins, weil er die Vorstellung einer absolut gültigen Zeit abschafft: Uhren in bewegtem Zustand ticken langsamer. Im Experiment konnte die Zeitdehnung zum ersten Mal von Ives und Stilwell 1938 mithilfe des Dopplereffekts beobachtet werden. Physikern der Johannes Gutenberg-Universität Mainz ist es nun gelungen, die Zeitdehnung mit bisher nicht erreichter Genauigkeit zu messen. Die Wissenschaftler verwenden dazu einen Ansatz, der die Speicherung und Kühlung von Lithium-Ionen und die Messung ihrer optischen Frequenzen mit einem Frequenzkamm verbindet. “Die Erforschung der Zeitdehnung ist nicht nur für die Grundlagenphysik von Bedeutung, sondern hat für die satellitengestützte Positionsbestimmung mit GPS und viele andere Anwendungen in der Kommunikationstechnologie eine ganz praktische Funktion”, erklärt Univ.-Prof. Dr. Gerhard Huber von der Universität Mainz dazu. Die Arbeit, die in Kooperation mit Wissenschaftlern aus Heidelberg, Garching und Winnipeg entstanden ist, wurde vom Wissenschaftsmagazin Nature Physics online veröffentlicht.

Seit ihrer Einführung 1905 bildet die spezielle Relativitätstheorie Albert Einsteins die Grundlage für alle Beschreibungen physikalischer Vorgänge. Ein wesentliches Prinzip dieser Theorie besagt, dass die Lichtgeschwindigkeit immer konstant bleibt, unabhängig davon, ob sich ein Beobachter mit eigener Geschwindigkeit bewegt oder nicht. Allerdings ist die Zeit in diesem Konzept nun nicht mehr konstant, sondern in einem bewegten System wie beispielsweise einer Rakete im Weltall verlangsamt. Diese Zeitdilatation oder Zeitdehnung wurde 1938 erstmals gemessen und mit einer Genauigkeit von einem Prozent bestimmt. Die jetzt von Nature Physics publizierte Arbeit ist gegenüber dieser ersten Messung 100.000 Mal genauer. “Das ist eine spektakuläre Genauigkeit, die allerdings auch notwendig ist, wenn wir die Grundlagen der Physik, also das Standardmodell testen wollen”, so Prof. Gerhard Huber.

“Innerhalb einer Messgenauigkeit von 1 zu 10 Millionen konnte am TSR Speicherring in Heidelberg die spezielle Relativitätstheorie bestätigt werden”, fasst Prof. Huber zusammen. Die Messung reiht sich damit in die Serie der Überprüfung des sogenannten Standardmodells der Physik ein, das die Elementarteilchen und die zwischen ihnen wirkenden Kräfte beschreibt, und die auch den Test der Lorentz-Invarianz, also der Gültigkeit der speziellen Relativität, einschließt.

Warum Zeit nur eine Illusion ist und was in Wirklichkeit dahinter steckt, wird im Sachbuch “Unsterbliches Bewusstsein” ISBN 978-3-8370-4351-8 von Klaus-Dieter Sedlacek erklärt.

Die Welt im Innern: Wie sich Quantenmechanik und Relativitätstheorie vereinigen lassen.

Video: Quantensprung (1). Die Rätsel der Quantenmechanik mit Professor Zeilinger
(idw). Wie man sich die Welt im Innern der Atome vorzustellen hat, wurde unter Quantenphysikern von Anfang an kontrovers diskutiert. Die vollständige Erklärung der rätselhaften Quantenphänomene scheitert bisher an Einsteins Relativitätstheorie. Nun hat der Mathematiker Dr. Roderich Tumulka einen Weg gefunden, eines der Modelle der Quantenmechanik mit relativistischen Prinzipien zu vereinbaren. In seinem Modell besteht alle Materie aus “Materieblitzen”.

Haben Sie schon mal von Nichtlokalität gehört? Nein? Eine Hilfe: es handelt sich nicht um eine geschlossene Kneipe oder eine untergegangene Insel. Vielmehr wurde der Begriff 1964 von dem Quantenphysiker John Bell geprägt. Die Nichtlokalität besagt, dass das, was an einer Stelle geschieht, schneller als mit Lichtgeschwindigkeit Einfluss auf die Geschehnisse an einem anderen Ort haben kann. Aus Einsteins Relativitätstheorie würde man im Gegensatz dazu erwarten, dass sich Einflüsse höchstens mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. “Tatsächlich gilt die kosmische Geschwindigkeitsbegrenzung zwar für Reisende und für die Übertragung von Botschaften, nicht aber für die gegenseitige Beeinflussung von Zufallsgrößen”, sagt Dr. Roderich Tumulka vom Mathematischen Institut der Universität Tübingen. “Wenn ich an meinem Schreibtisch eine Zahl aufschreibe, die ich mir gerade ausgedacht habe, könnte ich diese selbst mit Lichtgeschwindigkeit erst in einer Sekunde zum Mond vermitteln, bis zu dem Stern Sirius würde es sogar zehn Jahre dauern. Die Zufallsgrößen der Quantenmechanik sind dagegen nichtlokal, und das war Bells große Entdeckung.” Danach können Vorgänge in Tübingen schneller als mit einer Lichtreise die Vorgänge auf Sirius beeinflussen. “Die Nichtlokalität in der Quantenmechanik ist einer der Hauptgründe, warum sie sich bisher nicht mit der Relativitätstheorie zusammenbringen ließ”, sagt Tumulka. Der 34-jährige Mathematiker hat es sich zur Aufgabe gemacht, die beiden miteinander zu versöhnen. Er forscht im Grenzbereich von Mathematik und theoretischer Physik.

Motiviert zu diesem abstrakten Arbeitsgebiet hat Roderich Tumulka der Wunsch, die Quantenmechanik richtig zu verstehen. Das hat ihn schon als Studenten gereizt. “In der Mathematik und Physik gibt es viele schwierige Dinge. Aber etliche davon kann man verstehen, wenn man einen mathematisch-physikalischen Hintergrund hat und sich einen Monat lang richtig in das Problem hineinkniet.” Die Quantenmechanik sei da ein anderes Kaliber. “Sie zu verstehen ist ein Forschungsgebiet”, meint Tumulka.
Die Quantenmechanik handelt vom Verhalten der Elektronen, der Photonen oder Lichtteilchen und der übrigen Elementarteilchen, aus denen Atome bestehen. “Allerdings lässt sie einige Fragen bis heute unbeantwortet: Sie stellt zwar Formeln bereit, mit denen sich für jedes Experiment der Quantenphysik die möglichen Resultate und ihre Wahrscheinlichkeiten berechnen lassen und die heute zum Pensum jedes Physikstudenten zählen. Doch offen bleibt dabei, wie es zu diesen Resultaten kommt, und rätselhaft, was sich bei Quantenphänomenen in Wirklichkeit abspielt”, erläutert Tumulka. Dies zu klären sei der Zweck der mathematischen Modelle, die er und seine Fachkollegen entwickeln und die “Quantentheorien ohne Beobachter” genannt werden. “Die Väter der Quantenmechanik glaubten, eine Erklärung der Wahrscheinlichkeiten durch objektive Naturvorgänge sei unmöglich. Doch das war ein Irrtum. Seit einigen Jahren setzt sich langsam die Erkenntnis durch, dass zum Beispiel die Bohmsche Mechanik gerade so eine Erklärung liefert.” Diese Theorie sei bereits 1952 von dem amerikanischen Physiker David Bohm (1917 – 1993) vorgeschlagen worden. “Ihr zufolge bewegen sich die Teilchen entlang von Bahnen, die durch ein Bewegungsgesetz anhand der Wellenfunktion festgelegt sind”, sagt Tumulka. “Bohm hat die Quantenmechanik entmystifiziert. Die Bohmsche Mechanik löst ihre Paradoxien und Rätsel auf. Sie hat nur ein Problem: Wir wissen nicht, wie sie mit der Relativitätstheorie vereinbart werden kann. Wenn Bohm Recht hat mit seiner Theorie, muss man vermutlich die Relativitätstheorie etwas abändern.”

Ein zweites Modell ist die GRW-Theorie, benannt nach den Forschern Ghirardi, Rimini und Weber, die sie 1986 erfanden. “Diese Theorie führt Gleichungen für den spontanen Kollaps der Wellenfunktion ein”, sagt Tumulka. Bei diesem Modell gelang dem Forscher die ersehnte relativistische Erweiterung. Als entscheidenden Bestandteil hat er die so genannte Blitz-Ontologie, von John Bell 1987 erfunden, in seinem Modell aufgegriffen. Ihr zufolge bewegen sich die Materieteilchen nicht in Bahnen, sondern sie existieren immer nur für einen Augenblick, blitzen sozusagen kurz auf, und verschwinden dann wieder. “Wenn man in einem Diagramm Raum und Zeit darstellt, entspricht die Teilchenbewegung in der Bohmschen Mechanik wie in der klassischen Mechanik einer Kurve. In der Blitz-Ontologie dagegen gibt es im Raum-Zeit-Diagramm nur Einzelpunkte, und ein gewöhnlicher Gegenstand würde aus Billionen dieser Punkte seine Gestalt erhalten”, erklärt Tumulka. Außerhalb des Blitzgewitters der Materiepunkte herrsche ein Vakuum. Die Blitzmuster sind zufällig. “Ich habe Gleichungen für die Wahrscheinlichkeiten beschrieben, wo die nächsten Blitze stattfinden, wenn die vorherigen bekannt sind”, sagt Tumulka. Er konnte so eine relativistische Variante des GRW-Modells formulieren, die zugleich nichtlokal ist, weil die Blitze an verschiedenen Orten miteinander auf nichtlokale Weise korreliert sind. “Das ist die erste voll relativistische Quantentheorie ohne Beobachter”, so Tumulka.

Alle Probleme, die zwischen Quantenmechanik und Relativitätstheorie stehen, sind damit noch nicht gelöst. Roderich Tumulka sieht zwei Möglichkeiten, wie der Knoten bei weiteren Forschungen aufgehen könnte: “Die GRW-Theorie sagt Abweichungen von der Quantenmechanik voraus, die allerdings so gering sind, dass sie bisher nicht in Experimenten überprüft werden konnten. Falls sie eines Tages bestätigt wird, ist die Quantenmechanik nicht ganz korrekt. Falls sie hingegen im Experiment widerlegt wird, bestätigt das die Bohmsche Mechanik, und dann müssen wir unser Verständnis der Relativitätstheorie korrigieren.”

Eine völlig neue Sichtweise, die sowohl Quantenmechanik wie Relativitätstheorie vereinigt, indem es beide Theorien auf eine gemeinsame dritte Ursache zurückführt, findet sich in dem neu erschienenen Sachbuch des Mathematikers Klaus-Dieter Sedlacek. Der Titel lautet: Unsterbliches Bewusstsein” , ISBN 978-3-8370-4351-8.

Spukhafte Fernwirkung: 100.000 mal schneller als das Licht.

(prcenter.de) „Der Weltraum, unendliche Weiten, wir befinden uns in einer fernen Zukunft…”. Wenn der Commander das Raumschiffs via „Wharp-Antrieb” mit zigfacher Lichtgeschwindigkeit durch die Galaxis gleiten lässt, dürfte Albert Einstein nicht mit an Bord sein, da er sonst die Notbremse ziehen würde. Denn gemäß den Gesetzen seiner Relativitätstheorie setzt die Lichtgeschwindigkeit mit knapp 300.000 Kilometern pro Sekunde dem interstellaren Reise- und Kommunikationsverkehr enge Grenzen.

Stimmt das wirklich? Ein Physikerteam aus Genf unter der Leitung von Professor Nicolas Gisin könnte Einsteins Dogma erstmals in Wanken bringen – zumindest was den Kommunikationsverkehr betrifft. In einem ausgeklügelten Experiment haben Gisin und seine Teamkollegen erstmals versucht, die Geschwindigkeit des Informationsaustausches zweier miteinander verschränkter Teilchen zu messen. Hierzu verbanden die Wissenschaftler in den östlich und westlich von Genf gelegenen Ortschaften Satigny und Jussy zwei Stationen über 17.5 km lange Glasfaserkabel mit dem Genfer Labor. Dann schickten sie von Genf aus Photonen an die Endstationen, wo so genannte Interferometer als Messstationen platziert waren.

Verschränkte Teilchen gehören bisher zu dem Bizarrsten, was die moderne Physik zu offerieren hat: Ändert ein Teilchen seinen Zustand, so erfolgt diese Änderung wie durch Geisterhand spontan auch bei dem anderen. Diese Verschränkung bleibt sogar dann erhalten, wenn der Zeitpunkt der Wechselwirkung weit in der Vergangenheit liegt und die zwei Teilsysteme inzwischen über große Distanzen getrennt sind. Dabei ist es völlig egal, ob die Entfernung zwischen zwei Teilchen A und B beispielsweise 100 Meter, 1000 Kilometer oder gar Lichtjahre beträgt.

Eine 24-stündige Messung der Genfer Forscher sorgte für eine perfekte Sensation. So waren die an den unterschiedlichen Endpunkten angelangten Teilchen stets miteinander verschränkt. Im weiteren Verlauf des Versuchs ermittelten die Forscher, mit welcher Geschwindigkeit der Informationstransfer der miteinander verschränkten Teilchen erfolgt. In einer komplizierten Berechnung, die auch die Messgenauigkeit der Detektoren mit einschloss, kamen sie zu dem Ergebnis, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit der spukhaften Fernwirkung mindestens 100.000mal größer sein muss als die Lichtgeschwindigkeit.

Demnach scheint sich die Theorie zu bestätigen, dass die „wahre” Ausbreitung der Information unendlich schnell – also simultan erfolgt. Das wäre in der Tat eine Verletzung der Relativitätstheorie. Bisher hatten sich die Physiker mit dem Argument „aus der Patsche” geholfen, dass zwischen verschränkten Systemen keine Simultanübertragung von Information stattfinde. Die Genfer Ergebnisse scheinen dies zu widerlegen.

In der Fachwelt schlug die Neuigkeit bereits wie eine Bombe ein. In einem in „Nature News” veröffentlichten Beitrag mit der Überschrift „Physicists spooked by faster-than-light information transfer”
https://www.nature.com/news/2008/080813/full/news.2008.1038.html
räumt Forscher Gisin ein, dass er von dem überraschenden Ergebnis des Versuches regelrecht verwirrt sei. „Gegenwärtig haben wir noch keine plausible Erklärung für das Phänomen”, sagt er. Vielmehr hoffe er, dass das Experiment theoretische Physiker ermutigen werde, sich mit dem Phänomen der spukhaften Fernwirkung wesentlich intensiver als bisher auseinanderzusetzen.

Kommentar eines Quantenphysikers: „Da steckt noch der Affe in uns”

Tief beeindruckt zeigte sich bereits der englische Quantenphysiker Terence Graham Rudolph vom Londoner Imperial College. Die Nachricht aus Genf kommentierte er wie folgt: „Das Ergebnis zeigt, dass in der Quantenmechanik das in unserer Vorstellungskraft herrschende Raum-Zeit-Gefüge überschritten wird.” Wir Menschen seien es gewohnt, in einer Welt zu leben, die von einem dreidimensionalen Raum und einer eindimensionalen Zeit beherrscht werde. Diesem Weltbild würden wir eine übertriebene Bedeutung beimessen. Rudolph im Klartext: „Da steckt noch der Affe in uns.”

Mit anderen Worten: Die Konsequenzen des Versuches könnten die Fugen unseres Weltbildes nicht minder dramatisch erschüttern, wie zur Zeit der kopernikanischen Wende. So wird bereits darüber spekuliert, dass das Verschränkungsprinzip der Quantenphysik eine Pionierbrücke zwischen der Wissenschaft und der Spiritualität schlagen könnte. Die damit verbundenen Phänomene und Konsequenzen hat der Autor bereits in seinem jetzt erschienenen Buch „Die geheime Physik des Zufalls. Quantenphänomene und Schicksal – Kann die Quantenphysik paranormale Phänomene erklären?”. Edition BoD, 2. aktualisierte Auflage, Norderstedt, Juli 2008. Herausgegeben von Vito von Eichborn.” beschrieben.

Kommentar:
Eine plausible Erklärung für die Ausbreitungsgeschwindigkeit der spukhaften Fernwirkung findet sich im neu erschienenen
Sachbuch “Unsterbliches Bewusstsein” ISBN 978-3-8370-4351-8 von Klaus-Dieter Sedlacek. Dort wird ein metrikfreies Vakuum für die Übertragung der Information beschrieben. Im metrikfreien Vakuum gibt es praktisch keine Entfernungen. Die Informationsübertragung kann deshalb simultan, scheinbar mit unendlicher Geschwindigkeit geschehen.

Der Entstehung des Universums auf der Spur

Wissen Sie wie unser Universum entstanden ist? Hier jetzt ein Bericht und ein Video.

(idw). Die ersten Strukturen, die sich im Universum gebildet haben, waren nicht etwa Sterne oder Planeten, sondern sogenannte “Halos” – geisterhafte Kugeln aus dunkler Materie, so schwer wie die Erde und so gross wie unser Sonnensystem. Dies haben Wissenschafter am Institut für Theoretische Physik der Universität Zürich herausgefunden und in der Zeitschrift “Nature” publiziert.

Unsere eigene Galaxie enthält noch immer Billiarden dieser Halos und man schätzt, dass alle paar tausend Jahre einer davon unsere Erde passiert und auf seinem Weg helle Gammastrahlen hinterlässt. Diese Strahlung kann nachgewiesen werden – im Gegensatz zum Halo, der unsichtbar ist, da er nur aus “dunkler Materie” besteht.

Unzählige Teilchen dunkler Materie regnen täglich auf die Erde und durch unsere Körper hindurch, ohne dass wir es bemerken. Diese Halos waren der “Gravitations-Kleber”, der gewöhnliche Materie anzog und schließlich die Bildung von Sternen und Galaxien ermöglichte. Diese Strukturen haben sich ungefähr 20 Mio. Jahre nach dem Urknall zu bilden begonnen und sind die Bausteine von allem, was wir heute sehen.

Dunkle Materie macht über 80 Prozent der Masse des Universums aus. Ihre Eigenschaften sind jedoch unbekannt. Sie scheint von den Atomen, die die Materie rund um uns bilden, völlig verschieden zu sein. Man hat dunkle Materie noch nie direkt nachweisen können; ihre Existenz wird aus ihrem Gravitationseinfluss auf gewöhnliche Materie gefolgert.

Unser Universum ist 13.7 Milliarden Jahre alt. Die ersten 20 Millionen Jahre nach dem Urknall war die Materie sehr gleichmäßig verteilt. Eine winzige Störung dieses Gleichgewichts ermöglichte es dann der Gravitation, die uns heute bekannten Strukturen zu erschaffen. Gegenden mit höherer Dichte zogen mehr Materie an, während Gegenden mit niedrigerer Dichte diese Materie verloren. Dunkle Materie verhält sich als Gravitationsquelle im Raum und herkömmliche Materie fließt in sie hinein. Die Folge war, dass ungefähr 500 Millionen Jahre nach dem Urknall Galaxien und Sterne entstanden.

Seit langer Zeit besteht die These, dass die dunkle Materie aus Teilchen besteht, die “Neutralino” genannt werden. Das Neutralino ist noch nicht nachgewiesen worden. Es ist ein vorgeschlagenes supersymmetrisches Teilchen, Teil einer Theorie, die die Widersprüche im Standardmodell der Elementarteilchen zu korrigieren versucht. Das Neutralino ist vermutlich während des Urknalls entstanden.

Auf dieses Teilchen konzentrierten sich die Berechnungen der drei Autoren des “Nature”-Beitrages, Prof. Ben Moore, Dr. Joachim Stadel und Dr. Jürg Diemand vom Institut für Theoretische Physik der Universität Zürich. Albert Einstein und Erwin Schrödinger gehören zu den ehemaligen Professoren des Instituts für Theoretische Physik der Universität Zürich, die einen erheblichen Beitrag für das Verständnis der Entstehung des Universums und der Quantenmechanik geleistet haben. Das Jahr 2005 war der hundertste Jahrestag von Einsteins bemerkenswertesten Arbeiten in Quantenphysik und Relativitätstheorie. 1905 promovierte Einstein an der Universität Zürich und veröffentlichte drei bahnbrechende Arbeiten.

Quantenschaum: Die blubbernde Ursuppe unseres Universums

Wissen Sie was Quantenschaum ist? Hier jetzt dazu ein Zitat aus einem Zeitreiseroman. Der Buch-Titel: “Professor Allman – Auf der Suche nach der Weltformel“:

[Assistent William Kidd zur Physikprofessorin Bella Blackbeard: …] “Allman dagegen schickt die Atome bzw. Moleküle seiner Versuchstiere seriell, das heißt nacheinander durch seine winzigen Wurmlöcher im Quantenschaum und wie wir gesehen haben, funktioniert es.”
[Bella Blackbeard:] „Herrgott, Kidd, glaubst du im Ernst, ich hätte das nicht bereits alles gewusst. Ich wollte von dir nur wissen, warum du zu blöd bist, das auf die gleiche Weise zu machen.”

Was versteht nun der Physiker unter dem Begriff “Quantenschaum”?

Der Begriff beschreibt bildhaft die Anwendung der zwei großen Theorien der Physik, der Quantentheorie und der Allgemeinen Relativitätstheorie, auf einem extrem kleinen Maßstab von 10–35 Metern (so genannte Planck-Länge). Aus der Sicht der Quantentheorie ist das Vakuum (der leere Raum) nämlich nicht leer, sondern angefüllt mit virtuellen Teilchen, kleine Blasen in der Raumzeit, die entstehen und wieder zusammenfallen. John Wheeler gab diesem Phänomen den zuerst salopp gemeinten Namen Quantenschaum, der später Einzug in die Fachliteratur fand.

Dass es sich beim Quantenschaum in Wirklichkeit um Bewusstsein handelt, welches unabhängig vom Gehirn existiert, wird im Sachbuch mit dem Titel “Unsterbliches Bewusstsein” bewiesen. ISBN 978-3-837-04351-8 (Neuerscheinung Juli 2008).

Das nachfolgende Video (englisch) demonstriert die Vorstellung von den kleinen Blasen (blubbernde Ursuppe) in der Raumzeit:
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Link:
Focus-Online: Kraft aus dem Quantenschaum