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Die Rätsel des Universums

München (ots) – Unser Wissen über das Universum ist enorm – doch viele Fragen sind noch unbeantwortet. Wie groß ist das Universum, woher kommen die Kometen und was hält die Galaxien zusammen – diesen und weiteren Rätseln des Universums geht das Weltraum-Magazin SPACE  nach.

Wie groß unser Universum ist – diese Frage ist nur teilweise gelöst. Seit dem Urknall konnte es sich “nur” 13,8 Milliarden Jahre lang ausdehnen. Das von weiter weg gelegenen Objekten abgestrahlte Licht hat uns einfach noch nicht erreicht. Das heißt also, das für uns von der Erde aus beobachtbare Universum ist eine kugelförmige Blase mit einem Radius von 13,8 Milliarden Lichtjahren. Wie weit es sich darüber hinaus ausdehnt, ist heiß umstritten.

Ebenfalls nur teilweise geklärt ist die Herkunft der Kometen. Ihren Ursprung erklären sich die Wissenschaftler mit Hilfe der sog. Oortschen Wolke, einer riesigen, das Sonnensystem in einer Entfernung von 20.000 Astronomischen Einheiten (1 AE entspricht etwa 149,6 Mio. km) umgebenden Wolke. Diese bildete sich wahrscheinlich, als die gerade entstandenen Planeten sonnennahe Kometen weiter “hinausbeförderten”. Und obwohl sie für uns (noch) nicht sichtbar ist, gilt diese Oortsche Wolke als Ursprung aller unserem Sonnensystem zugehörigen Kometen.

Ungelöst ist nach wie vor die Frage, was Galaxien zusammenhält. An die Gesetze der Physik halten sich manche von ihnen nicht, denn sie rotieren so schnell, dass die Gravitationswirkung ihrer sichtbaren Bestandteile nicht ausreicht, sie zusammenzuhalten. Sie müssten zerreißen, tun es aber nicht. Hier vermuten Wissenschaftler, dass eine mit modernen Instrumenten nicht messbare Materie für den Zusammenhalt der Galaxien verantwortlich sein muss – die sog. “Dunkle Materie”. Diese interagiert nicht mit der elektromagnetischen Wechselwirkung, das erschwert es, sie aufzuspüren. Die Lösung dieses Rätsels wäre eine der größten wissenschaftlichen Entdeckungen.

Buchtipp:
Der Widerhall des Urknalls: Spuren einer allumfassenden transzendenten Realität jenseits von Raum und Zeit

Was uns eine Meeresschnecke über Evolution und Bewusstsein verrät?

Schlundsackschnecken zu denen Elysia timida gehört, sind hauptsächlich in der Algenzone der Meeresküsten zu finden. Die Schnecken ernähren sich fast ausschließlich von Algen, deren Chloroplasten sie aufnehmen und in ihre Haut oder vergrößerte Mitteldarmdrüse einlagern können (Kleptoplastiden). Elysia timida hat einen Weg gefunden, sich die Photosynthese von Algen nutzbar zu machen. Wie ist das möglich? Als Naturwissenschaftler gehen wir davon aus, dass sich alle komplexen biologischen Systeme durch evolutionäre Prozesse gebildet haben.

Ein Evolutionsprozess besteht aus drei Schritten, die ich kurz charakterisieren möchte: Zuerst entsteht Neues, möglicherweise noch nie Dagewesenes. Im zweiten Schritt wird das Neue mit Vorhandenem kombiniert und zur Auswahl dargeboten. Im dritten und letzten Schritt wird eine Auswahl unter dem Dargebotenen getroffen. Die Auswahl kann passiv durch Wechselwirkungen mit der Umwelt geschehen oder aktiv unter Berücksichtigung der individuellen Neigung, bestimmte Ziele zu verfolgen (= Bedürfnisse).

Das Verdauungsorgan der Schnecke zerkleinert und zerlegt die gefressenen Algen. Neu im Sinn von Schritt 1 der Evolution ist wohl, dass die Schnecke und speziell ihr Darm zwischen verschiedenen Zellbestandteilen der zerlegten Algen unterscheiden kann. Die Schnecke verfügt ganz offensichtlich über die Möglichkeit, selektiv bestimmte Zellbestandteile zu verdauen, oder auch nicht, obwohl sich die einzelnen Bestandteile nicht prinzipiell unterscheiden und andere Meeresschnecken ungeachtet der unterschiedlichen Algenbestandteile die komplette Alge verdauen.

Für den zweiten Schritt des Evolutionsprozesses ergeben sich daraus folgende Kombinationen: a. alle Zellbestandteile verdauen, b. Chloroplasten verdauen, c. alles verdauen außer Chloroplasten.

Im dritten Schritt des Evolutionsprozesses kommt es zu einer Auswahl unter den drei dargebotenen Möglichkeiten. Bei einer passiven Auswahl durch die Umwelt bleibt entweder alles beim Alten (Kombination a) oder das Neue ist im Regelfall von entscheidendem Vorteil für Lebenserhalt und Fortpflanzung. Bei einer aktiven Auswahl können Bedürfnisse die Wahl bestimmen und es kann b oder c zum Tragen kommen.

Die Biologen gehen davon aus, dass die Elysia-Schnecken in Hungerphasen Energie von den Chloroplasten beziehen, die im Darm weiterhin Photosynthese betreiben. Ein Experiment zeigte allerdings, dass die Schnecken auch ohne Photosynthese der Chloroplasten überleben. Nach zwei Monaten im Dunkeln waren die Schnecken so lebendig wie zuvor. Jetzt vermuten die Forscher, die Schnecke profitiert nicht unbedingt sofort von den Chloroplasten, sondern erst dann, wenn die Darmzellen diese in Hungerphasen abbauen.

Für eine passive Auswahl durch die Umwelt im dritten Schritt der Evolution spricht, dass man aus dem Vorhandensein der Chloroplasten im Darm einen geringfügigen Vorteil für den Lebenserhalt ableiten kann. Doch ist dieser Vorteil entscheidend?

Gegen das Wirken eines passiven Prozesses spricht das Erkennen des Unterschieds verschiedener Zellbestandteile der Algen durch die Schnecke selbst bzw. durch ihre Darmzellen. Es gibt also etwas, was sich auf unterschiedliche Anforderungen einstellen kann.

Was die Auswahl im Evolutionsprozess betrifft, so ist die Wahl der Evolution auf Kombination c gefallen, alles wird verdaut außer den Chloroplasten. Allerdings hat die Schnecke anscheinend die Möglichkeit, in Hungerphasen die Kombination b zu wählen, nämlich die Chloroplasten zu verdauen. Es existiert eine nicht determinierte Entscheidungsmöglichkeit zwischen Handlungsalternativen.

Wenn man zudem davon ausgeht, dass die Schnecke das ganz einfache Bedürfnis hat, sich ihr Leben etwas komfortabler zu gestalten, indem sie die Chloroplasten Sauerstoff und Zucker produzieren lässt, dann sind alle Kriterien für den informationsverarbeitenden Prozess erfüllt, den ich in meinen Schriften als Bewusstsein bezeichnet habe.

Der gleiche Bewusstseinsprozess, der Entscheidungen trifft, wann die Chloroplasten Sauerstoff und Zucker produzieren sollen und wann sie zu verdauen sind, hat auch beim dritten Evolutionsschritt die aktive Auswahl durchgeführt.

Sicher handelt es sich nicht um einen hoch entwickelten Bewusstseinsprozess wie das Selbst- oder Oberbewusstsein beim Menschen. Es ist eher ein dem Unterbewusstsein vergleichbarer Prozess. Beim Menschen führt das Unterbewusstsein viele Entscheidungen und körperliche Steuerungen durch. Nur das Wichtigste wird zur Entscheidung dem Oberbewusstsein zugeführt. Und was das Wichtigste ist, das entscheidet ebenfalls das Unterbewusstsein.

Die Elysia-Schnecke zeigt uns mit hoher Wahrscheinlichkeit, dass einfache Bewusstseinsprozesse selbst auf ihrer nicht allzu hohen Entwicklungsstufe wirken.
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Komponenten des Lebens und ihre Funktion

Die Biophysik bildet die Brücke zwischen der Physik und den Lebenswissenschaften. Sie ist eng mit der Physik Weicher Materie und Komplexer Systeme verknüpft und viele Fragestellungen sind Bestandteil der Statistischen Physik geworden. Dabei verfolgt die Biophysik mehrere Stoßrichtungen.

Die eine versucht, Methoden zu entwickeln, um die Architektur biologischer Materialien von molekularen bis makroskopischen Skalen zu untersuchen und ihre physikalischen Eigenschaften unter möglichst natürlichen Bedingungen zu messen – in „vivo“, sagt der Biologe. Entdeckungsfreudige Physiker finden eine breite Spielwiese, um mit einfachen Methoden wie optischen und magnetischen Pinzetten oder einer Glaspipette, gepaart mit einem guten Mikroskop, die physikalischen Eigenschaften der Zellen zu studieren.

Dreidimensionale Darstellung der Struktur des Proteins GGA1.
Struktur eines Proteins

Große Maschinen hingegen sind notwendig, um die Struktur und Dynamik biologischer Materialien mittels Neutronen- und Röntgenbeugung zu erforschen. Moderne Methoden der Röntgenbeugung mit fokussierten Strahlen eröffnen dabei auch völlig neue Einblicke in die molekulare Architektur von Gewebe, Knochen oder Holz. Zudem verspricht die Entwicklung der Spallations-Neutronenquellen und des Freien Elektronenlasers neue Einsichten in die molekulare Basis des molekularen Erkennens zwischen Proteinen und DNS oder die physikalischen Grundlagen der Proteinfaltung.

Biologie als Vorbild

Eine zweite Forschungsrichtung ist die von der Biologie inspirierte Physik. Sie versucht möglichst realistische Modelle lebender Materie – wie Membranen, Gewebe oder Knochen – aufzubauen, um spezifische biologische Prozesse zu imitieren. Solche Modelle spielen eine wichtige Rolle, um etwa die Verlässlichkeit neuer physikalischer Methoden zu testen oder um nach den wesentlichen physikalischen Parametern zu suchen, welche das biologische Verhalten eines Systems bestimmen.

Parallele Untersuchungen natürlicher Systeme und von Modellen helfen auch, Bezüge zur Physik Kondensierter Materie herzustellen. Im Hintergrund steht der Gedanke, die Strategie der biologischen Selbstorganisation zur Herstellung neuartiger smarter Materialien einzusetzen. Beispiele dieses Bionik genannten Gebietes sind Materialien, die ihre Eigenschaften an wechselnde Umgebungsbedingungen anpassen können, wie selbst reinigende Oberflächen oder bruchfeste Keramiken, wie sie in Prozessen der Biomineralisierung entstehen.

Im Grenzbereich zwischen Physik und Technik sind Bemühungen angesiedelt, Methoden der Navigation in der Tierwelt zu imitieren. Beispielsweise inspirierte die Echoortung der Fledermaus die Radartechniker zum Bau des Zirp-Radars. Auch beim Bau von Robotern lässt man sich gern von der Biologie inspirieren: Zahlreiche Arbeitsgruppen versuchen, die Fähigkeit der Insekten und Salamander des Hochlaufens an Wänden zu imitieren. Roboter zum Fensterputzen wären eine passende Umsetzung des Prinzips.

Ein anderer zukunftsträchtiger Zweig der angewandten Biologischen Physik ist der Bau von Biosensoren durch den Aufbau von Enzymsystemen, Biomembranen oder Nervenzellen auf elektro-optischen Bauelementen. Ein Beispiel sind zweidimensionale Anordnungen von Punkt-Transistoren, die als Nano-Voltmeter fungieren. Hier sitzen auch zahlreiche Querverbindungen zur Nanotechnik oder Mikrooptik, denn die dort entwickelten Methoden eröffnen neue Möglichkeiten zur Messung physikalischer Eigenschaften der Zellen in natürlicher Umgebung.

Komplexe Wechselwirkungen erfassen

Dargestellt ist eine Nervenzelle mit Axonen.
Neuron

Auf fundamentalere Fragen der Biologie zielt die oft als Systembiophysik bezeichnete Erforschung der Regulation biologischer Prozesse durch das Wechselspiel zwischen biochemischen und genetischen Signalkaskaden, der dadurch bedingten Modifikation der Materialeigenschaften und der biologischen Funktion. Hier arbeiten Physiker, Mathematiker und Ingenieure miteinander. Eine besonders faszinierende Fragestellung dieser Kategorie ist die Entwicklung vom befruchteten Ei zum Embryo, oft Morphogenese genannt. Was steuert die Differenzierung der zunächst völlig identisch erscheinenden Zellen des befruchteten Eis in Neuronen oder Muskelzellen und was legt den Zeitplan der embryonalen Entwicklung fest? Ist dies alles im genetischen Code vorbestimmt oder bestimmt die Kopplung zwischen externen äußeren Kräften – wie chemischen Potentialen oder mechanischen Kräften – und dem genetischen Apparat den Prozess der Morphogenese?

Alan Turing, der geistige Vater des Programmierens, lehrte erstmals, wie raum-zeitliche Muster, etwa von Signalmolekülen, die dann die Entwicklung von Organen steuern, allein durch das Zusammenspiel chemischer Potenziale und autokatalytischer Prozesse entstehen können. Zwar ist die Entwicklung vom befruchteten Ei zum ausgewachsenen Lebewesen vor allem durch die zeitliche Folge der Gen-Expression bestimmt, doch zeigt sich auch immer mehr, dass die Zell-Zell-Erkennung und insbesondere mechanische Kräfte die Differenzierung und räumliche Organisation der Zellen steuern können. Die Aufklärung des Wechselspiels zwischen Morphogenese und der Physik der Zelle ist eine besonders reizvolle Aufgabe für Experimentatoren und Theoretiker.

Immer mehr Physiker finden außerdem Interesse an der Hirnforschung und versuchen zu verstehen, wie das Gehirn die Umwelt wahrnimmt. Ein Meilenstein auf dem Weg zur quantitativen Hirnforschung war die Entdeckung, dass optische Muster, die auf die Netzhaut der Augen projiziert werden, im visuellen Cortex als Erregungsmuster abgebildet werden. Diese Experimente brachten der Physik neuronaler Netzwerke einen enormen Aufschwung. (Quelle: Welt der Physik, Lizenz: CC by-nc-nd)

Buchtipp:
Leben aus Quantenstaub: Elementare Information und reiner Zufall im Nichts als Bausteine einer 4-dimensionalen Quanten-Welt

Generalangriff der Philosophie auf die naturwissenschaftliche Weltsicht

Der amerikanische Philosoph Thomas Nagel bläst in seinem neuen Buch mit dem Titel „Geist und Kosmos“ (ISBN 978-3518586013 ) zum Generalangriff auf die etablierte naturwissenschaftliche Weltsicht. Ihr Problem, so seine These, ist grundsätzlicher Natur: Das, was den menschlichen Geist auszeichnet – Bewusstsein, Denken und Werte –, lässt sich nicht reduzieren, schon gar nicht auf überzeitliche physikalische Gesetze.

Hat Thomas Nagel recht oder passt seine eigene Weltsicht nicht zur Realität?

Zur Beantwortung der Frage möchte ich hier mein eigenes Weltbild als Naturwissenschaftler kurz skizzieren. Mein Weg zur Erklärung von Information, Bewusstsein, Sinn, Bedeutung, aber auch Dingen wie Krankheit oder die Phänomene der Quantenphysik, basiert auf einer strikten Trennung der abstrakten geistigen von der physikalischen Welt, da jede Vermischung beider Welten zu Ergebnissen führt, die weder real sind noch zur Naturwissenschaft gehören, sondern allein in der abstrakten geistigen Welt angesiedelt sind.

Beispielsweise gehören mathematische Formeln, exakte geometrische Formen, Gottheiten oder “unmögliche Dinge” wie eckige Kreise und eierlegende Wollmilchsäue zur abstrakten geistigen Welt. Ein Großteil der Objekte der Philosophie gehört dorthin. In der geistigen Welt existiert alles, was man nur denken kann.

Zum Bereich der realen physikalischen Welt gehört alles, was sich prinzipiell messen oder beobachten lässt, d. h. Wechselwirkungen mit anderen Objekten eingeht. Das Kriterium “Wechselwirkungen” hilft uns zu unterscheiden, was in die eine, was in die andere Welt gehört. Beispielsweise können eierlegende Wollmilchsäue in der freien Natur nicht fotografiert werden, d.h. sie können keine Photonen aussenden, die zu Wechselwirkungen mit dem Foto-Chip führen. Würde jemand mit einem Fotoapparat losziehen, um Bilder von der Wollmilchsau-Spezies zu schießen, würde man ihn zu Recht für dumm oder verrückt erklären, weil er die Realität nicht von der geistigen Welt zu unterscheiden vermag. Wenn es allerdings um die Anbetung von Gottheiten geht, dann ist die Gemeinschaft der Gläubigen geneigt, die Entitäten ihres eigenen Glaubens für real zu halten, die der Andersgläubigen aber für irreal.

Wie Schrödingers Katze die abstrakte mit der realen Welt vermischt

Die Vermischung von realer und geistiger Welt findet man nicht nur im geisteswissenschaftlichen oder theologischen Bereich, sondern genauso bei jenen Quantenphysikern, die Schrödingers Wellenfunktion als eine Beschreibung der Wirklichkeit ansehen. Zur Erinnerung: Schrödingers Wellenfunktion ist eine mathematische Formel zur Beschreibung des Zustands von Quanten vor ihrer Messung. Wäre die Wellenfunktion eine Beschreibung der Wirklichkeit, dann wäre Schrödingers Katze, die in einem Gedankenexperiment zusammen mit einem Mordinstrument in eine Kiste eingesperrt ist, vor dem Öffnen der Kiste gleichzeitig tot und lebendig.

Schrödingers Katze ist ein gutes Beispiel für die Vermischung der abstrakten Welt mit der realen physikalischen (siehe auch: „Der Widerhall des Urknalls“ ISBN 978-3848212255, S. 113). Die Wellenfunktion gehört als mathematische Formel zur abstrakten geistigen Welt, die Katze in der Kiste zur realen physikalischen. Die Vermischung der beiden Welten in einer physikalischen Theorie führt zu etwas, was in der realen Welt völliger Unsinn, in der abstrakten geistigen Welt ein erlaubtes gedankliches Konstrukt ist. Man muss sich nur im Klaren darüber sein, dass die Ergebnisse der Theorien, die beide Welten miteinander vermischen, nicht zur realen Welt gehören. Um es noch mal ganz deutlich zu sagen: Die gleichzeitig tote und lebendige Katze von Schrödingers Gedankenexperiment gehört nicht der realen Welt an.

Wie abstrakte und reale Welt miteinander verbunden sind

Zwischen der abstrakten und der physikalischen Welt gibt es nur eine Verbindung: Das sind die Prozesse. Dabei definiere ich einen Prozess in Übereinstimmung mit der DIN IEC 60050-351 als die Gesamtheit von aufeinander einwirkenden Vorgängen in einem System, durch die Materie, Energie oder Information umgeformt, transportiert oder gespeichert wird.“ Beispielsweise sind Computerprogramme Prozesse. Der Programmcode gehört zur abstrakten geistigen Welt. Die Ausführung des Programmcodes gehört zur physikalischen Welt, weil jede Durchführung eines Programmschritts eine Wechselwirkung darstellt.

Thomas Nagel ist wohl nicht bewusst, dass Prozesse die Verbindung zwischen der abstrakten geistigen und der realen Welt darstellen. Es mag völlig richtig sein, dass “Werte” nicht zur naturwissenschaftlichen Welt gehören, doch wenn Werte (= Ziele) in Prozesse (= Programme) eingebaut werden, dann verbinden sie die abstrakte Welt mit der physikalischen. Das Gleiche gilt für “Denken”. Denken formt Information um oder speichert sie. Denken kann deshalb als ein Prozess angesehen werden und der Denkprozess verbindet die abstrakte mit der realen Welt, indem etwas ausgeführt wird. Abstrakte Information wird umgeformt und physikalisch gespeichert.

Was ist aber mit dem Bewusstsein? Allgemein wird Bewusstsein als eine Entität angesehen, die je nachdem, aus welcher Fakultät der Wissenschaftler stammt, entweder einer nicht fassbaren, d. h. abstrakten, oder einer realen materialistischen, d. h. physikalischen Welt zugeordnet wird. Theologen und Geisteswissenschaftler neigen eher dazu, Bewusstsein als eine Entität der geistigen Ebene anzusehen. Dagegen ist nach meiner Überzeugung Bewusstsein ein Prozess (wie ich unter anderem in meinem Büchlein mit dem Titel “Synthetisches Bewusstsein ISBN 978-3842368033”) beschrieben habe. Damit verbindet es beide Welten, die abstrakte geistige und die physikalische.

Nagel hat insoweit recht, dass alle drei Entitäten, die den menschlichen Geist auszeichnen, sich nicht auf physikalische Gesetze reduzieren lassen. Aber sie lassen sich auf Prozesse reduzieren, die eine Verbindung zwischen der physikalischen und der abstrakten Welt darstellen.

Kann Krankheit auf überzeitliche physikalische Gesetze reduziert werden?

Wir können das bisher Gesagte anwenden und testen, indem wir einmal untersuchen, wo Krankheit einzuordnen ist. Ist Krankheit etwas abstrakt Geistiges oder ist es eine Entität der naturwissenschaftlichen Weltsicht? Nagel würde jetzt sagen: „Krankheit lässt sich nicht reduzieren auf überzeitliche physikalische Gesetze.“

Ich sehe Krankheit als ein Abweichen von der Regelhaftigkeit der Lebensvorgänge. Das Ausmaß dieses Abweichens bestimmt, ob es sich um Krankheit handelt oder nicht. Das Ausmaß ist ein abstrakter geistiger Wert. Lebensvorgänge sind Prozesse, denn in einem biologischen System, auf das sich der jeweilige Lebensvorgang bezieht, wird Materie, Energie oder Information umgeformt, transportiert oder gespeichert. Wenn es bei einem der Systemelemente zu Abweichungen kommt, dann kann das als Krankheit gelten. Weil Lebensvorgänge Prozesse sind, sehe ich Krankheit ebenfalls als einen Prozess. Da in Prozessen regelmäßig Information umgeformt, transportiert oder gespeichert wird, liegt in der Beobachtung und Einordnung der sich verändernden Information einer der Schlüssel zum tieferen Verständnis für das Wesen der Krankheit. Wie Information sich auf den Krankheitsprozess auswirkt, werde ich in einem meiner nächsten Beiträge untersuchen. – Klaus-Dieter Sedlacek

Buchtipps:

 

Gehört Spiritualität zu den zentralen Elementen der Modernität?

Spätestens als zur Sommersonnenwende sich mehrere tausend Menschen gemeinsam auf dem Times Square zum Sonnengruß streckten, wurde allgemein sinnfällig, wie sehr Yoga zu einer westlichen Massenbewegung geworden ist. Spiritualität ist nicht mehr das, was sie mal war – soviel steht für den Anthropologen Peter van der Veer fest. Peter van der Veer bezweifelt, ob solche Veranstaltungen tatsächlich noch etwas mit den ursprünglichen Vorstellungen von Spiritualität zu tun haben: “Es fehlen die kritischen Elemente, wie sie noch in den spirituellen Ideen zu Beginn des 20. Jahrhunderts steckten.“

Für van der Veer gehört die Spiritualität zusammen mit anderen säkularen Ideen von Nationen, Gleichheit, Bürgertum, Demokratie und Rechten zu den zentralen Elementen in der Geschichte der Modernität, die sich gegen die althergebrachten Gesellschaftsordnungen und Wertvorstellungen richteten. “Das Spirituelle und das Säkulare sind im 19. Jahrhundert gleichzeitig als zwei miteinander verbundene Alternativen zur institutionalisierten Religion in der Euro-Amerikanischen Moderne entstanden”, so lautet eine der Kernthesen des gebürtigen Niederländers. Damit verweist er ganz nebenbei auch die verbreitete Ansicht, dass die Wiege der Spiritualität in Indien liegt, ins Reich der modernen Mythen. “Es gibt nicht einmal ein Wort für Spiritualität in Sanskrit”, sagt van der Veer. Gehört Spiritualität zu den zentralen Elementen der Modernität? weiterlesen

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.

Quanten-Darwinismus: Das Evolutionsprinzip jetzt auch bei Quanten nachgewiesen.

(prcenter.de) Die fundamentalen Prinzipien der Evolution gelten offenbar auch für die kleinsten Teilchen der Materie. Wissenschaftler fanden, dass sich nur die „fittesten“ Partikel durchsetzen und ihren eigenen „Nachwuchs“ erzeugen. Da diese Eigenschaft „universell“ gilt, könnte die Entstehung von Leben im Kosmos eher die Regel als die Ausnahme sein.
Die Entdeckung der Physiker Prof. Friedemar Kuchar und Dr. Roland Brunner von der österreichischen Montanuniversität Leoben darf ohne Übertreibung als wissenschaftliche Sensation bezeichnet. In enger Zusammenarbeit mit Kollegen von der Arizona State University in den USA untersuchten sie so genannte Quantenpunkte von Halbleitern. Quantenpunkte sind kleinste Nanostrukturen, für die auf Grund ihrer geringen Größe nicht die Gesetze der klassischen Physik, sondern vielmehr die Regeln der Quantenmechanik gelten.

Bei der Messung der Energiewerte der Quantenpunkt stieß er auf einen seltsamen Effekt. Werden diese Zustände der Elektronen gemessen, dann vermischen sich die Zustände der Elektronen zum Teil miteinander, aber auch mit jenen der Umgebung. Das hat wiederum zur Folge, dass sie energetisch „verschmiert“ werden. Einige der ursprünglichen Zustände erwiesen sich jedoch als robust und behielten ihre Energiewerte. Diese so genannten „Pointer-Zustände“ konnten bisher für einzelne Quantenpunkte nachgewiesen werden.

Das Verblüffende: Wie das Team berichtet ist es gelungen, deutliche Hinweise auf einen Quanten-Darwinismus zu finden. Dahinter verbirgt sich die Idee, dass bei einer Wechselwirkung mit der Umgebung nur die „stärksten“ Zustände, eben die Pointer-Zustände, stabil bleiben und diese die Eigenschaft haben, „Nachwuchs“ zu produzieren. Zum Nachweis dieses Postulats berechnete die Gruppe um Dr. Brunner und Prof. Kuchar die Aufenthaltswahrscheinlichkeiten der Elektronen im System mehrerer Quantenpunkte in Serie.
Wie die Wissenschaftler weiter berichten, scheint es bereits auf Quantenebene eine Art von Beziehungsleben zu geben. Dieser Quanten-Darwinismus soll wiederum für die Selektion und Fortpflanzung quantenmechanischer Zustände verantwortlich sein, die wiederum erst die Wahrnehmung unserer Realität ermöglichen.
Das Postulat eines Quanten-Darwinismus ist nicht ganz neu. Als geistiger Vater gilt der US-Forscher Wojciech H. Zurek vom Los Alamos Laboratory in New Mexico, der als erster diese Idee hatte. Der gelungene experimentelle Nachweis dieses Phänomens unterstreicht wieder einmal in aller Deutlichkeit, die Bedeutung von Visionären in der Wissenschaft.
Dass der Quanten-Darwinismus ein fundamentales Prinzip des gesamten Universums sein dürfte, wird auch in dem vor wenigen Monaten erschienenen Buch “Die geheime Physik des Zufalls: Quantenphänomene und Schicksal – Kann die Quantenphysik paranormale Phänomene erklären?” diskutiert. Dort wird unter anderem veranschaulicht, wie sich Quantenzustände mit ihren gespeicherten Informationen unter anderem in den ersten Genen verwirklicht haben, woraus sich wiederum Konsequenzen für die vielfältigen Möglichkeiten außerirdischen Lebens ziehen lassen.

Linktipps:
Haben die kleinsten Bausteine der Materie Bewusstsein?
Quantenphysiker sind dem Jenseits auf der Spur
Können bewusste Quanten schwarze Löcher am CERN verhindern?
Warum eine kleine Mieze Quantenphysiker wahnsinnig macht

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.

Über die Wechselwirkung der Naturkräfte, Hermann von Helmholtz

Helmholtz: Die Wechselwirkung der Naturkräfte
Helmholtz: Die Wechselwirkung der Naturkräfte. Foto: Sedlacek

Die Physik hat mit dem Prinzip der Energieerhaltung eine Errungenschaft von sehr allgemeinem Interesse gemacht. Es handelt sich dabei um ein Naturgesetz, welches das Wirken sämtlicher Naturkräfte in ihren gegenseitigen Beziehungen zueinander beherrscht und eine ebenso große Bedeutung für unsere theoretischen Vorstellungen von den Naturprozessen hat, als es für die technische Anwendung derselben von Wichtigkeit ist.
Das Prinzip besagt: Die Gesamtenergie in einem abgeschlossenen System bleibt konstant. Zwar kann Energie zwischen verschiedenen Energieformen umgewandelt werden, beispielsweise von Bewegungsenergie in Wärmeenergie. Es ist jedoch nicht möglich, innerhalb eines abgeschlossenen Systems Energie zu erzeugen oder zu vernichten. Das ist der Grund, warum die Suche nach einem Perpetuum mobile in die Irre führt.
Endgültig ausformuliert wurde der Energieerhaltungssatz 1847 von Hermann von Helmholtz. In der vorliegenden Schrift über die „Wechselwirkungen der Naturkräfte“ gibt Helmholtz dem Leser allgemeinverständlich eine sehr plastische Vorstellung über das Wirken von Kräften in den Naturprozessen, die mit geringfügigen Modifikationen heute nach wie vor ihre Gültigkeit hat.
Für alle, die das Wirken der Natur besser verstehen wollen.

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