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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 in der Materie entdeckt?

Der Nobelpreisträger Max Planck (1858-1947) war einer der Pioniere der Quantenphysik und deshalb nicht verdächtig einem esoterischen Weltbild anzuhängen. Er vermutete hinter der Kraft, welche die Atomteilchen in Schwingung bringt und die Materie zusammenhält »einen bewussten, intelligenten Geist«. Diesen hielt er für den »Urgrund aller Materie«. Das waren seine Worte auf einem Vortrag, den er 1944 in Florenz hielt. Er sagte außerdem noch, dass es »keine Materie an sich gibt«.

Das materialistische Weltbild des 19. Jahrhunderts, dessen Nachbeben wir bis heute spüren, sah Materie als etwas an, das aus ewigen, unteilbaren und unvergänglichen Atomen aufgebaut ist. Über das, was es mit der angeblichen Unteilbarkeit von Atomen auf sich hat, weiß die Allgemeinheit zumindest seit Hiroshima Bescheid. Was die Allgemeinheit weniger weiß ist, dass die Atomspaltung nicht nur mit Zerstörung gleichzusetzen ist, sondern einhergeht mit Erkenntnissen, denen wir das Handy, den CD-Player, den PC und den Scanner in den Supermarktkassen verdanken. Wie von Zauberhand erscheinen nach dem Scannen der Ware Preise auf dem Kassendisplay. Welchen Vorstellungen von der Materie verdanken wir diese Errungenschaften unserer Wissenschaft, die einen mittelalterlichen Magier zum größten Zauberer seiner Zeit gemacht hätten, wenn er sie nur hätte vorführen können?

Für die heutige Physik gehört alles zur Materie, was aus Elektronen und Quarks und zwar aus Up-Quarks und Down-Quarks aufgebaut ist. Das muss man erst einmal verinnerlichen: Materie ist alles, was aus nur drei elementaren Bestandteilen besteht! Egal ob Gold, Blei, Wasserstoff oder Kohlenstoff. Egal ob ein Holzstuhl oder ein Hamburger. Alles besteht nur aus drei sogenannten Elementarteilchen: den Elektronen und zwei Sorten Quarks.

Elektronen kann man leicht erzeugen und beobachten. Die alten Röhrenfernseher liefern ein Zeugnis davon. Bei den Quarks ist das anders. Noch nie hat jemand Quarks beobachten, geschweige denn vorführen können. Und dennoch sollen die Protonen und Neutronen im Kern des Atoms aus diesen Quarks bestehen. Die Physiker schließen auf die Existenz von Quarks aufgrund von Beobachtungen, die sie machen, wenn sie in den Teilchenbeschleunigern wie CERN Protonen des Atomkerns mit anderen Teilchen und hoher Geschwindigkeit zusammenstoßen lassen. Das ist so, als würde man davon ausgehen, dass ein Fliegengewichtsboxer, der ein Schwergewicht K. O. schlägt, ein Hufeisen in seinem Boxhandschuh versteckt habe. Bevor man nicht in den Boxhandschuh reinschauen kann, weiß man es aber nicht.

Noch seltsamer mutet einem die Vorstellung von Materie an, wenn man weiß, dass Atome fast ausschließlich aus leerem Raum bestehen. Der Atomkern, in dem man die Protonen mit den Quarks finden kann, macht höchstens den zehntausendsten Teil des Atomdurchmessers aus. Der Raum um den Kern herum ist der Bereich, für den es eine größere Wahrscheinlichkeit gibt, dass man dort ein Elektron findet. Aber das gilt nicht als sicher. Die Regeln der Quantenphysik besagen, dass man das Elektron eines bestimmten Atoms genauso gut auch in New York oder sonst wo im Weltall finden kann, wenn auch mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit. Aber unmöglich ist es nicht.

Völlig unerklärlich ist, dass Atome, Elektronen oder Protonen bei bestimmten Untersuchungen überhaupt nichts Materielles mehr an sich haben. Sie scheinen Welleneigenschaft zu besitzen und auf dem Beobachtungsschirm tauchen Wellenmuster auf. So verflüchtigt sich auf einmal das noch verbliebene Materielle an der Materie. Wenn es »keine Materie an sich gibt«, wie Planck sagte, was ist es dann, was die Materie ausmacht? Ist es eine Art Geist?

Eine Form von Geist, der in der Materie steckt, ist Information. Das kann man sich klar machen, wenn man ein Beispiel betrachtet, das drei Bausteine zum Gegenstand hat und damit dem Aufbau der Atome aus drei Elementarteilchen entspricht. Beispielsweise kann man sich zwei Kinder, einen Jungen und ein Mädchen vorstellen. Sie besitzen einen Eimer voll mit Lego-Bausteinen. Es sind drei Sorten Steine, nämlich solche mit zwei, vier und acht Noppen. Aus diesen Steinen baut das Mädchen ein kleines Puppenhaus mit zwei Zimmern, Möbeln, Ofen usw. Der Junge baut dagegen eine große Burg mit mächtigen Mauern, Zinnen, Toröffnung und Graben.

Die Frage ist nun, worin sich Puppenhaus und Burg unterscheiden? Beide Bauwerke sind aus den gleichen Steinen hergestellt. Die einzige Unterscheidung zwischen Puppenhaus und Burg ist die Zahl und Anordnung der Steine. Das gleiche gilt für unsere Welt, in der die unterschiedlichen Elemente Gold, Blei, Wasserstoff oder Kohlenstoff usw. sich nur in der Zahl und Anordnung der Elementarteilchen unterscheiden. Da alle Materie aus den Elementen aufgebaut ist, unterscheidet sich alles, was materiell existiert nur durch die Zahl und Anordnung der Elementarteilchen.

Die Anordnung ist nichts anderes als Information. Die Formen, anhand denen man erkennt, ob es sich um ein Puppenhaus oder eine Burg handelt, sind Informationen und auch die unterschiedlichen Formen und Muster der materiellen Welt sind alles Informationen. Aber Information ist sicher nicht der Geist, den Planck meinte. Denn Information ist nichts Lebendiges. Information ist passiv. Planck sprach dagegen von einem bewussten, intelligenten Geist und ein bewusster Geist ist etwas Lebendiges.

Einen Hinweis auf diesen bewussten Geist finden wir in der Interpretation der physikalischen Experimente mit Quanten. Quanten sind winzige Energiepakete, die sich je nach Art der Messung als Wellen oder Teilchen zeigen. Wegen dieses Verhaltens gelten Atome, Elektronen, Photonen (Lichtteilchen) und dergleichen – gleichgültig, ob die Objekte zur Materie zählen oder nicht – alle als Quanten. Zu einem der wichtigsten Experimente der Quantenphysik gehört jenes, bei dem man Lichtteilchen oder Elektronen auf eine Wand schickt, in der sich ein kleiner Doppelspalt befindet. Dahinter fängt man auf einem Beobachtungsschirm auf, was durch die Spalte hindurchkommt. Auf diese Weise beobachtet man das Verhalten der Quantenobjekte und kann es interpretieren.

Um Bewusstsein bei Quanten feststellen zu können, muss man wissen, anhand welcher Kriterien man Bewusstsein überhaupt feststellen kann. Bewusstsein ist kein Untersuchungsgegenstand der Quantenphysik. Deshalb findet man in dieser Disziplin keine geeigneten Kriterien zur Erkennung von Bewusstsein. Hier muss die Psychologie aushelfen. Die Psychologie hat mithilfe geeigneter Kriterien schon bei zahlreichen Tierarten Bewusstsein nachgewiesen. Das Hauptkriterium zur Erkennung einer primären Form von Bewusstsein, das allerdings noch nicht das höhere Ich-Bewusstsein einschließt, ist erstens die Fähigkeit, sich auf unerwartete Veränderungen der Wirklichkeit einzustellen und zweitens ein nicht sicher vorhersehbares, eigengesteuertes Verhalten.

Das ist aber genau das, was man an dem Verhalten von Lichtteilchen oder anderen Quanten feststellen kann, die offensichtlich selbst entscheiden, welchen Weg sie an einem Strahlenteiler durchlaufen oder welche Polarisierung sie bei einer Polarisationsmessung annehmen. Es gibt keine Formeln oder physikalischen Gesetze, anhand derer man dieses Verhalten vorausberechnen könnte. Man hat nur die Möglichkeit das Verhalten mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit vorauszusagen. Sicherheit gibt es aber nicht. Und das entspricht beim Kriterium für primäres Bewusstsein, dem nicht sicher vorhersehbaren, eigengesteuerten Verhalten.

Immer wenn Lichtteilchen sich unbeobachtet glauben, bilden sie ein Wellenmuster auf dem Beobachtungsschirm beim Doppelspaltexperiment. Sie sind allerdings sehr eigenwillig: Wenn man nämlich einzelnen Quanten nachspürt, um mehr zu erfahren, verschwindet das Wellenmuster und es bleiben nur noch zwei Streifen übrig. Das gleiche gilt, wenn man abwechselnd einen der Spalte schließt, um mit Sicherheit sagen zu können, durch welchen Spalt ein bestimmtes Lichtteilchen gegangen ist. Die Quanten stellen sich auf alle Veränderungen der Wirklichkeit sofort ein. Ein Psychologe würde aus dem eigenwilligen Verhalten schließen, dass Quanten primäres Bewusstsein zeigen.

Planck kannte natürlich die grundlegenden Experimente der Quantenphysik einschließlich des Doppelspalt-Experiments. So ließ ihn möglicherweise das in den Experimenten offengelegte Verhalten der Materie zu dem Schluss kommen, dass ein bewusster, intelligenter Geist der »Urgrund aller Materie« ist. – Klaus-Dieter Sedlacek

Der Text enthält zum Teil Inhalte aus dem Sachbuch mit dem Titel »Unsterbliches Bewusstsein – Raumzeit-Phänomene, Beweise und Visionen« (ISBN 978-3837043518 )

Wie Quanten den Alltag infiltrieren

»Alles nur graue Theorie!« So lautet eine häufig geäußerte Meinung über die Quantenphysik. Ergänzend wird hinzugefügt: »Mit dem Alltag hat das nichts zu tun!« Die Meinung ist populär, zeugt aber von Unkenntnis der tatsächlichen Verhältnisse. Die Wissenschaftler sind nicht ganz unschuldig an dem Unwissen, weil sie es versäumt haben, die Allgemeinheit auf verständliche Weise über die Quantenphysik aufzuklären und auf deren enorme wirtschaftliche Bedeutung hinzuweisen. Mehr als ein Drittel der Weltwirtschaft hängt von Produkten ab, die mithilfe der Quantenphysik entwickelt wurden. Wie Quanten den Alltag infiltrieren weiterlesen

Dem Bewusstsein auf der Spur

Podiumsdiskussion “Bewusstsein und Willensfreiheit” auf den Münchner Wissenschaftstagen 2007

(idw). Wie unser Bewusstsein funktioniert, wie wir Dinge erleben – das sind zwei spannende Fragen der Philosophie. Bewusste Erlebnisse fühlen sich irgendwie an – wir sehen den blauen Himmel oder genießen die warmen Sonnenstrahlen auf der Haut. Warum das so ist, beantworten viele Philosophen so: Jedes Erleben hat einen bestimmten Inhalt – wenn wir also das Blau des Himmels erleben, erleben wir den Inhalt “Der Himmel ist blau”. Hinzu kommt ein phänomenaler Inhalt, der die subjektive Dimension der Wahrnehmung, also wie sich das Blau-Erlebnis für jeden einzelnen anfühlt, bestimmt. Dieser gängigen These widersprechen die Bochumer Philosophen

Dr. Gottfried Vosgerau, Dr. Tobias Schlicht und Prof. Dr. Albert Newen (Institut für Philosophie) entschieden – in ihrer eigenen, dynamischen Theorie stellen sie stattdessen die Verarbeitung des Inhalts in den Mittelpunkt des bewussten Erlebens. Ihr Aufsatz ist nun in dem renommierten Fachblatt American Philosophical Quarterly erschienen.

Die gängige These

Die bevorzugte philosophische These schließt den Gedanken mit ein, dass jeder Mensch ein bewusstes Erlebnis im Grunde unterschiedlich erleben kann. In einem extremen Beispiel ausgedrückt könnte das bedeuten: Wenn zwei Menschen die Farbe Blau sehen, dann erlebt der eine Mensch tatsächlich die Farbe Blau, der andere Mensch aber erlebt die Farbe Grün – er fühlt sich beim Anblick des Blaus so, als würde er gerade auf Grün schauen. Das, was betrachtet wird, hat den gleichen Inhalt, doch der phänomenale Inhalt, der die subjektive Qualität des Blau-Sehens ausmacht, ist für beide Personen in diesem Beispiel verschieden. Somit sind für viele Philosophen diese zwei Inhalte verantwortlich für das bewusste und zugleich unterschiedliche Erleben der Menschen.

Nicht die Inhalte bestimmen das bewusste Erleben

Vosgerau, Schlicht und Newen haben für ihre Arbeit verschiedene Ansätze zum Thema Bewusstsein aus der Psychologie, den Neurowissenschaften und der Philosophie untersucht. Als Ergebnis ihrer Überlegungen weisen sie die gängige Annahme als falsch zurück. Ihre Theorie stellt die Inhalte zurück; zeigen lässt sich das anhand eines Beispiels aus der Medizin: Patienten, die unter Blindsicht leiden, haben die Fähigkeit verloren, etwas bewusst zu sehen und wahrzunehmen. Es werden zwar Bildinformationen vom Auge aufgenommen, aber nicht mehr ins Bewusstsein geleitet. Steht vor dem Blindsicht-Patienten also zum Beispiel ein Glas Wasser, so verfügt er zwar über die Information, ist sich aber nicht bewusst darüber, dass es dort steht. Dennoch: Bittet man den Patienten, nach dem Glas zu greifen, dann wird er es tun, da die unbewusste Informationen über das Glas seine Bewegung richtig leiten kann, auch wenn er dieses Glas vor sich nicht bewusst wahrnehmen kann. Die Information über den Gegenstand, das Glas, ist also sehr wohl im Gehirn des Patienten vorhanden, es ist ihm nur nicht bewusst. Das zeigt, so Vosgerau, Schlicht und Newen, dass kein Inhalt – weder sachlicher noch phänomenaler Natur – für das bewusste Erleben verantwortlich sein kann. Denn Inhalte liegen ja auch bei unbewussten Erlebnissen vor, wie das Beispiel des Blindsicht-Patienten zeigt. Wenn die Inhalte nicht entscheidend sind für das Bewusstsein, bedeutet das außerdem, dass die subjektive Qualität des Erlebnisses bei unterschiedlichen Menschen nicht radikal verschieden sein kann; dass die bewusste Wahrnehmung also streng genommen bei allen Menschen sehr ähnlich ist.

Eine dynamische Theorie muss her

Statt der Inhalte spielt in der Gegen-These der Bochumer Philosophen die Verarbeitung, die Integration der wahrgenommen Inhalte die entscheidende Rolle. Sie unterscheiden das bewusste vom unbewussten Erleben. Ein Inhalt wird erst dann bewusst, wenn er in einen größeren Zusammenhang integriert wird, wenn man zum Beispiel darüber reden oder nachdenken kann. Die drei Bochumer Philosophen folgern, dass die bisher vorherrschende Theorie das Phänomen des bewussten Erlebens nicht erklären kann – und liefern in ihrem Aufsatz zudem eine streng philosophische Argumentation dafür, dass eine solche Erklärung auch prinzipiell nicht gelingen kann. Sie fordern, stattdessen eine dynamische Theorie einzuführen, die die Verarbeitungsweise und Integration von Inhalten als ausschlaggebenden Faktor für ein bewusstes Erleben ansieht.

Titelaufnahme

Vosgerau, Gottfried; Schlicht, Tobias; Newen, Albert: Orthogonality of Phenomenality and Content, Aufsatz in der Fachzeitschrift American Philosophical Quarterly, Ausgabe 45, 2008, Seite 329-348

Buchtipp:
Unsterbliches Bewusstsein: Raumzeit-Phänomene, Beweise und Visionen

Vereinigung von Relativitätstheorie und Quantenphysik gelungen?

Video: Stimmt die Relativitätstheorie?

QUANTENGRAVITATION – Ein neues Quantenmodell von Raum und Zeit

Im Großen wird das Universum von der Gravitation beherrscht, aber im Kleinen zerfällt es in Quanten – wie passt das zusammen? Wie sind Raum und Zeit entstanden? Wie haben sie die glatte vierdimensionale Leere gebildet, die unserer physikalischen Welt als Bühne dient? Wie sehen sie im allerkleinsten Maßstab aus? Solche Fragen streifen die äußersten Grenzen der modernen Wissenschaft und treiben die Suche nach einer Theorie der Quantengravitation voran; sie wäre die lang ersehnte Vereinigung von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie mit der Quantenphysik.

Die Relativitätstheorie beschreibt, wie die Raumzeit im Großen unzählige verschiedene Formen anzunehmen vermag und das hervorruft, was wir als Schwerkraft wahrnehmen. Hingegen beschreibt die Quantentheorie die physikalischen Gesetze im atomaren und subatomaren Maßstab, wobei sie Gravitationseffekte völlig ignoriert. Eine Theorie der Quantengravitation soll das Wesen der Raumzeit in den kleinsten Größenordnungen durch Quantengesetze beschreiben und womöglich durch gewisse fundamentale Bausteine erklären.

Seit einigen Jahren entwickeln drei Kosmologen – der Däne Jan Ambjørn, der Pole Jerzy Jurkiewicz und die Deutsche Renate Loll – ein viel versprechendes Modell des Quantenuniversums. In der Februarausgabe von Spektrum der Wissenschaft beschreiben sie ihr „fast peinlich simples“ Rezept: Man nehme ein paar einfache Zutaten, füge sie nach wohlbekannten Quantenregeln zusammen, rühre gut um, lasse den Teig rasten, und fertig ist die Quantenraumzeit. Der Prozess ist so unkompliziert, dass er sich auf einem Laptop simulieren lässt.

Um die Raumzeit zu modellieren, lassen sich die drei Forscher von einem Verfahren inspirieren, das in der Computergrafik gang und gäbe ist: Man legt dort über gekrümmte Flächen, etwa Körper oder Gesichter, ein Gitter aus kleinen Dreiecken. Im Fall der Raumzeit braucht man dafür allerdings nicht flache Dreiecke, sondern vierdimensionale Tetraeder. Aus diesem Mosaik entsteht, wenn man die einzelnen Bausteine gewissen Regeln unterwirft, fast von selbst ein Modell der gequantelten Raumzeit.

Die wichtigste Bauanleitung betrifft die Kausalität. In benachbarten Bausteinen müssen Ursache und Wirkung zeitlich in gleicher Richtung aufeinander folgen. Mit anderen Worten: Nachbarn haben den gleichen Zeitpfeil. Diese simple Vorschrift reicht aus, damit die Raumzeit sich im Großen von selbst zu einer vierdimensionalen Gesamtheit ordnet. Die Forscher vergleichen diese Selbstorganisation mit dem Verhalten eines Vogelschwarms, in dem die einzelnen Vögel nur den nächsten Nachbarn folgen – und doch verhält sich der Schwarm wie ein kompaktes Ganzes.

Interessanterweise ist dieses Modell zwar im Großen vierdimensional, wie es sich für die Raumzeit gehört, aber im Kleinen entpuppt sich die Anzahl der Dimensionen als variable, gebrochene Größe – als Fraktal. Solche selbstähnlichen Strukturen lassen offen, ob es kleinste „Atome“ der Raumzeit gibt oder ob die fraktalen Muster sich bis ins unendlich Kleine fortsetzen. Die Forscher hoffen, dies zu klären, wenn sie ihr fraktales Modell der leeren Raumzeit mit Materie füllen. (Quelle: Spektrum der Wissenschaft, Februar 2009)

Ein völlig anderes Modell zur Erklärung des Zusammenhangs von Relativitätstheorie und Quantenphysik findet sich im Buch Unsterbliches Bewusstsein: Raumzeit-Phänomene, Beweise und Visionen. Dort wird aufgrund naturwissenschaftlicher Methoden und bisher unerklärlicher Quantenphänomene gefolgert, dass Bewusstsein der fundamentale Baustein von allem ist, was existiert. Desweiteren wird gezeigt wie sich die Einsteinsche Raumzeit als eine Folge von Bewusstsein darstellt.

Neues Elementarteilchen “N star” gefunden

Video: Elementarteilchen

Den Nachweis für ein neues Elementarteilchen haben Prof. Dr. Maxim V. Polyakov (Theoretische Hadronenphysik, RUB) und Prof. Dr. Viatcheslav Kuznetsov (Kyungpook Universität, Korea) erbracht: Das neue Teilchen N*(1685) (sprich N star) stellt einen angeregten Zustand des Nukleons (Protons oder Neutrons) dar, auch Resonanzanregung genannt. Das Studium dieser Resonanzanregungen liefert wertvolle Informationen zur inneren Struktur der Bausteine der Materie. “Das ist so wie wir durch Anregung der Saiten einer Geige ihre Qualität beurteilen können”, vergleicht Prof. Maxim V. Polyakov.

Zwei Besonderheiten zeichnen N* aus

Vor genau 40 Jahren erhielt Luis Walter Alvarez den Nobelpreis für “die Entdeckung einer großen Anzahl resonanter Zustände”. Einen dieser Zustände, der theoretisch vor einigen Jahren vorausgesagt worden war, konnten die Forscher jetzt experimentell belegen, indem sie Atomkerne mit Photonen beschossen und sie so in Schwingungen versetzten. Zwei Besonderheiten unterscheiden N*(1685): Zum einen lebt N*(1685) etwa zehnmal länger. Die andere Besonderheit ist, dass N*(1685) bei Beschuss sehr viel leichter aus dem Neutron als aus dem Proton hervorgeht.

Fünf oder mehr Quarks sind nötig

Die Anregung zur experimentellen Suche nach N* gaben theoretische Untersuchungen, denen neue Vorstellungen über die Struktur der Atomkernbausteine zugrunde liegen. Laut dieser Vorstellung können die Elementarteilchen als nicht lineare solitäre Wellen, betrachtet werden. Diese Idee existiert seit 1962. Die Betrachtungsweise eröffnet jetzt die Möglichkeiten, nicht nur den Grundzustand, sondern auch die angeregten Zustände zu beschreiben. Die Eigenschaften der Resonanzanregungen erfordern allerdings eine Beschreibung, die nicht nur auf den wohlbekannten drei Quarks beruht, sondern auch fünf- oder mehr-Quark Zustände umfasst.

Vorhersagen vor fünf Jahren

Vor fünf Jahren wurden Teilchen der N* Sorte u.a. von Maxim V. Polyakov vorausgesagt, und zwar genau mit den erwähnten besonderen Eigenschaften. Experimentelle Daten, die man mit einem solchen Teilchen weitgehend erklären kann, wurden 2007 von der Kollaboration GRAAL publiziert und kürzlich durch das Experiment ELSA/TAPS am Bonner Elektronenbeschleuniger ELSA bestätigt. Hierbei wurden Photonen auf Nukleonen geschossen, wodurch das N* erzeugt wurde, das dann nachweislich in ein instabiles Teilchen aus einem Quark und einem Antiquark und ein Nukleon zerfiel. (Quelle: idw)

Kommentar:
Ist das neue Elementarteilchen der Weisheit letzter Schluss? Sind Elementarteilchen möglicherweise gar nicht so elementar, wenn immer neue elementarere Elementarteilchen gefunden werden? Oder sind die fundamentalen Bausteine des Universums völlig anderer Natur, wie der Autor des Sachbuchs Unsterbliches Bewusstsein: Raumzeit-Phänomene, Beweise und Visionen meint und seine Meinung in einer beeindruckenden Argumentationskette untermauert?

Das neue Gesicht der Wirklichkeit

Der Theologe Adolf von Harnack (1851- 1930) hat die theoretischen Physiker als die wahren Philosophen des 20. Jahrhunderts bezeichnet. Die Notwendigkeit zu philosophieren ergab sich vor allem durch die Schlüsselposition, die der Beobachter in der Quantentheorie einnimmt. Im täglichen Leben wird niemand behaupten, dass der Mond nur dann am Himmel steht, wenn wir ihn anschauen. Aber in der Mikrowelt entscheidet sich das Ergebnis eines Experiments tatsächlich erst durch die Messung. Oder anders herum: Bevor eine quantenphysikalische Größe gemessen wird, hat sie keinen bestimmten Wert. Beispielsweise kann ein Elektron in einem von der Umgebung isolierten Atom sich gleichzeitig auf zwei verschiedenen Kreisbahnen um den Kern bewegen [man spricht von der ‘Überlagerung der Zustände’]. Damit besitzt es keinen bestimmten Energiewert – solange, bis der Physiker eine Messung vornimmt. Misst man direkt nach dieser Messung das Elektron noch einmal, kommt wieder der Wert aus der ersten Messung heraus. Denn durch die erste Messung ist der vorher unbestimmte Zustand eindeutig festgelegt worden.

In modernen Experimenten ist es bereits gelungen, Atome zu erzeugen, die sich gleichzeitig in zwei verschiedenen Zuständen befinden. Unlängst gelang es sogar Forschern im US-amerikanischen Stony Brook, einen supraleitenden Strom zu erzeugen, der gleichzeitig in zwei verschiedenen Richtungen floss. Solche Versuche sind besonders knifflig, da man eine Möglichkeit finden muss, die überlagerten Zustände auf indirektem Weg nachzuweisen, denn eine direkte Messung würde die Überlagerung aufheben.

Der Einfluß des Beobachters ist in der Quantenwelt entscheidend. Wie aber sein „Eingreifen“ genau zu verstehen ist und wo die Grenze zwischen Alltags- und Quantenwelt tatsächlich liegt, ist bis heute nicht geklärt. Besitzt der Beobachter eine Sonderstellung, die ihn über die Materie erhebt, oder ist er selbst eine Überlagerung quantenmechanischer Zustände? In den Anfängen der Quantentheorie wurde von einigen Wissenschaftlern tatsächlich die „Geist-über-Materie“- Interpretation vertreten: das menschliche Bewusstsein sei, so behaupteten sie, nicht den Regeln der Quantenmechanik unterworfen, da diese nur für Materie gälten. Auf Grund dieser Sonderstellung könnten wir durch bloße Beobachtung bewirken, dass Objekte von unbestimmten Zuständen in ein konkretes Dasein treten. Solch eine Erklärung würde aber bedeuten, dass Messapparate alleine keine eindeutigen Ergebnisse bei einem Experiment produzieren könnten. Es wäre immer ein menschlicher Beobachter nötig, der diese Ergebnisse registriert und sie dadurch erst von der quantenmechanischen Überlagerung in die Eindeutigkeit der Alltagswelt überführt. Diese Interpretation der Quantenphysik hätte natürlich bizarre Konsequenzen: Ein Wissenschaflter könnte dann nämlich ein Messprotokoll – ohne es anzuschauen – vervielfältigen und an Physikinstitute in aller Welt verschicken. Die Ergebnisse auf den Papieren blieben solange vieldeutig, bis der erste Physiker sein Exemplar des Protokolls angesehen hätte. In diesem Augenblick wären auch die Ergebnisse auf allen anderen Kopien wie durch Zauberei festgelegt. Ein Effekt, der dem Fall der Zwillingsphotonen ähnelt, diesmal aber Objekte aus der Alltagswelt betreffen würde!

Einen noch phantastischer klingenden Vorschlag zur Interpretation des Messprozesses machte 1957 der amerikanische Physiker Hugh Everett. Er ging davon aus, dass der Beobachter sich in mehrere Kopien seiner selbst aufspaltet und dadurch jeden möglichen Ausgang eines Experiments sieht. Der Beobachter merkt nur deshalb nichts davon, weil jede Kopie nach der Beobachtung in ihrem eigenen, parallel existierenden Universum weiterlebt. Da für jedes denkbare Ergebnis jeder quantenmechanischen Wechselwirkung Kopien des jeweiligen Beobachters entstehen, existieren Everetts Theorie zufolge eine fast unendliche Zahl paralleler Universen nebeneinander.

Umstritten ist im Rahmen dieser Theorie die Frage, ob wir andere Universen besuchen könnten. Der britische Physiker David Deutsch bejaht dies und kommt zu dem überraschenden Schluss, dass Zeitreisen in Everetts „Viele-Welten-Theorie“ ohne Widersprüche möglich wären. Eines der wichtigsten Argumente gegen Ausflüge in die Vergangenheit ist nämlich, dass der Zeitreisende in der Vergangenheit seine eigene Geburt verhindern und somit ein Paradoxon erzeugen könnte. Dieses Argument ist aber in einem „Multiversum“ nicht stichhaltig: Denn ein Zeitreisender könnte sich in die Vergangenheit jedes parallelen Universums begeben und dort die Geburt seines „Doubels“ verhindern, ohne dass ein logischer Fehler auftreten würde.

Die meisten Physiker sind der Überzeugung, dass die beiden vorgestellten extremen Sichtweisen bei der Interpretation der Quantentheorie noch nicht der Weisheit letzter Schluss sind. Und letztendlich ist dies eben eine philosophische Diskussion. Bereits Niels Bohr vertrat die pragmatische Sichtweise, die Physik könne lediglich Aussagen über Dinge machen, die der Messung zugänglich sind. Über den Rest empfahl er zu schweigen. Oder, wie Wolfgang Pauli es formulierte: „Ob etwas, worüber man nichts wissen kann, doch existiert, darüber soll man sich … doch wohl ebensowenig den Kopf zerbrechen, wie über die alte Frage, wieviele Engel auf einer Nadelspitze sitzen können.“ (Quelle: Themenheft »Entdeckung des Zufalls«, BMBF, Dezember 2000)

Eine völlig neue Erklärung für das rätselhafte Verhalten der Photonen und für andere Phänomene der Quantenphysik findet sich im Buch Unsterbliches Bewusstsein: Raumzeit-Phänomene, Beweise und Visionen. Dort wird wohl zum ersten Mal der physikalische Nachweis geführt, dass Bewusstsein eine Energieart ist, auf der alles was existiert, aufbaut. Mit dieser Erkenntnis bekommt unsere Wirklichkeit eine neues Gesicht.

Quantenverschränkung: Brückenschlag zwischen Naturwissenschaft und Religion?

Video: Rätselhafte Quantenwelt

(openPR) – Kann die Wissenschaft einen Brückenschlag zur Religion anbieten? Diese Frage haben sich bereits Generationen von Naturwissenschaftlern und Philosophen ergebnislos gestellt. Neueste Ergebnisse aus der modernen Quantenphysik lassen jedoch darauf schließen, dass menschliches Bewusstsein auch außerhalb des Körpers existiert, was wiederum ein Hinweis auf eine unsterbliche Seele ist. Führende Physiker sprechen von einem Paradigmenwechsel, der unser Weltbild bereits in den nächsten Jahren von Grund auf revolutionieren könnte.
„Du kannst nicht von Gott reden, weil Gott eigentlich das Ganze ist. Und wenn er das Ganze ist, dann schließt es Dich mit ein.” Dieses Zitat stammt von keinem Theologen, sondern von dem Physiker Professor Dr. Hans-Peter Dürr, einem Schüler des Nobelpreisträgers Werner Heisenberg. Dürr, der langjähriger Direktor des Max-Planck-Instituts für Physik in München war, zieht heute Bilanz über die Ergebnisse der modernen Quantenphysik und die daraus resultierenden Konsequenzen für unser gesamtes Weltbild. „Was wir Diesseits nennen, ist im Grunde die Schlacke, die Materie, also das was greifbar ist. Das Jenseits ist alles Übrige, die umfassende Wirklichkeit, das viel Größere”, zeigt er sich überzeugt.
Die Basis für die atemberaubende These liefert das quantenphysikalische Phänomen der Verschränkung. Bereits Albert Einstein ist auf diesen seltsamen Effekt gestoßen, hat ihn aber als „spukhafte Fernwirkung” später zu den Akten gelegt. Das Verschränkungsprinzip besagt Folgendes: Ändert ein Teilchen seinen Zustand, so erfolgt diese Änderung wie durch Geisterhand zum exakt gleichen Zeitpunkt auch bei dem anderen. Diese Verschränkung bleibt auch dann erhalten, wenn die wenn die Wechselwirkung weit in der Vergangenheit stattgefunden hat und die beiden Teilchen weit voneinander entfernt sind. Die moderne Wissenschaft geht seit kurzem davon aus, dass große Teile des Universums seit dem kosmischen Urknall vor 13.7 Milliarden miteinander verschränkt sind.

Das Gehirn als Welle

Diese fundamentale Eigenschaft des Universums hat wiederum dramatische Auswirkungen auf jedes einzelne Individuum. Das liegt daran, dass der menschliche Körper aus Organen, Zellen und Molekülen besteht, die ihrerseits von atomaren Teilchen gebildet werden. Da diese Teile auch Wellencharakter haben, lässt sich wiederum folgern, dass auch unser Gehirn über Welleneigenschaften verfügt. Dies führt zu der Schlussfolgerung, dass Teile der belebten und der unbelebten Welt miteinander verschränkt sind und auf subtile Weise miteinander kommunizieren.
Ein Physikerteam aus Genf unter der Leitung von Professor Nicolas Gisin hat im August 2008 erstmals die Geschwindigkeit des Informationsaustausches zweier miteinander verschränkter Teilchen messen können. In einer komplizierten Berechnung 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.
Tief beeindruckt zeigte sich 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.” 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.

Zusammenbruch eines Paradigmas

Für den amerikanischen Physiker Jack Sarfatti ist die Quantenverschränkung der Beweis dafür, dass Geist und Seele den Körper überdauern können. Der 1939 in New York geborene Wissenschaftler hat sich auch als Autor von populären Werken über Quantenphysik und Bewusstsein einen Namen gemacht. Sarfatti ist davon überzeugt, dass das Paradigma, welches Naturwissenschaften und Geisteswissenschaften trennt, in Kürze zusammenbrechen wird. „Nichts geschieht im menschlichen Bewusstsein, ohne dass irgendetwas im Universum darauf reagiert. Mit jedem Gedanken, jeder Handlung beschreiben wir nicht nur unsere eigene kleine Festplatte, sondern speichern auch etwas im Quantenuniversum ab, das unser irdisches Leben überdauert”, lautet sein Credo.

Sollten sich die Theorien der Quantenphysiker in weiteren Versuchen bestätigen, dann würden sich auch Naturwissenschaft und Religion fortan nicht mehr als Gegensätze gegenüberstehen. Vielmehr könnten sie sich komplementär ergänzen – geradewegs wie die zwei Seiten ein und derselben Münze. Buchtipp: Der Text enthält Auszüge aus dem Buch des Autors Rolf Froböse: Die geheime Physik des Zufalls: Quantenphänomene und Schicksal – Kann die Quantenphysik paranormale Phänomene erklären?. Edition BoD, Norderstedt 2008, herausgegeben von Vito von Eichborn, Preis: EUR 14.90.

Buchtipp:
Unsterbliches Bewusstsein: Raumzeit-Phänomene, Beweise und Visionen von Klaus-Dieter Sedlacek, Gebundene Ausgabe, 148 Seiten, Verlag: BoD, Norderstedt;  Preis EUR 18,95.

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.