Buch lesen: "Leben wir in einer Illusion?"
Lutz Gaudig
Leben wir in einer Illusion?
LUTZ GAUDIG
LEBEN WIR
IN EINER ILLUSION?
Das holografische Universum
Originalausgabe
1. Auflage 2018
Verlag Komplett-Media GmbH
2018, München/Grünwald
www.komplett-media.de
E-Book ISBN: 978-3-8312-6992-1
Lektorat: Redaktionsbüro Diana Napolitano, Augsburg
Korrektorat: Redaktionsbüro Julia Feldbaum, Augsburg
Umschlaggestaltung: Guter Punkt, München
Satz: Daniel Förster, Belgern
E-Book-Herstellung und Auslieferung: Brockhaus Commission, Kornwestheim, www.brocom.de
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Inhalt
Motto
Prolog
Unsere Welt ist schön
Leben wir in einer Illusion?
Vom Faustkeil zur Allgemeinen Relativitätstheorie
Lange vor unserer Zeit
Was die alten Griechen schon wussten
Das Imperium braucht anwendbare Wissenschaft
Wiedererweckt
Die Welt wird wissenschaftlich – und infrage gestellt
Maxwell – das Problem
Relativitätstheorie – Nichts ist mehr absolut
Quantenphysik
Die andere Welt
Die paradoxe Welt der Quantenphysik
Heisenberg’sche Unschärferelation
Spukhafte Fernwirkung
Quantentheorie verstehen – Das Doppelspaltexperiment
Unser Bewusstsein verändert die Vergangenheit
Ist die Quantenphysik von dieser Welt?
Kosmologie
Der Geburtsschrei unserer Welt
Probleme mit der schönen neuen Welt
Dunkle Materie
Dunkle Energie
Schwarze Löcher und Quantenfluktuationen
Das holografische Universum
Das holografische Gehirn
Philosophie
Wie weiter? – Eine philosophische Deutung
Ein Besuch bei Albert Einstein und Richard Feynman
Geistige Dimension – Zeit ohne Bedeutung
Supergravitation
Stringtheorien
Schleifenquantengravitation
Warum ist das alles so schwierig?
Heim, das schwierige Genie
Wiederholung der Geschichte?
Die Heim’sche Quantengravitation
Das Heim’sche Weltbild
Bewertung der Heim’schen Theorie
Antworten auf unsere Fragen
Leben wir in einer Illusion?
Wie geht es weiter?
Die Heim’sche Theorie für Fortgeschrittene
Die Heim’sche Quantengravitation – vertiefende Betrachtungen
Die Heim’sche Quantengravitation – die Aussagen im Einzelnen
Das Heim’sche Weltbild
Anhang
Danksagung
Personenregister
Literatur- und Quellenverzeichnis
Für meine Familie
Was, wer und wie ich bin – alles verdanke ich meiner Familie.
Höchstwahrscheinlich war es nicht immer einfach mit mir.
Ich glaube nicht, dass ich mich jemals dafür bedankt habe.
Dieses Buch soll das nachholen.
Ich habe es ausschließlich für euch geschrieben.
Das Buch soll euch helfen,
das Dasein und die Zukunft als Mensch
gelassener und positiver zu sehen.
Es ist eine befreiende Alternative.
Viel mehr kann ich nicht zurückzahlen.
Ich hoffe, es reicht.
Motto
Eines der größten Probleme unserer heutigen Kosmologie liegt in den Berechnungen Jacob Bekensteins.
Etwa zur gleichen Zeit wie Stephen Hawking befasste er sich in den Siebzigerjahren des vorigen Jahrhunderts mit den „modernen“ Schwarzen Löchern. Jacob Bekenstein, von der Hebräischen Universität in Jerusalem, berechnete den Informationsgehalt eines solchen Monsters.
Überraschenderweise ist dieser nur proportional der Oberfläche seines zweidimensionalen Ereignishorizontes.
Der Ereignishorizont ist die gedachte Kugelfläche, hinter der jede Masse, also alle Materie, unwiederbringlich in das Schwarze Loch hineingezogen wird.
Dies gilt auch für das Licht, sodass das Schwarze Loch nicht zu sehen ist, eben schwarz.
Bekensteins Rechenergebnisse hatten unser Weltbild zum Wanken gebracht, lange bevor die meisten Physiker oder Kosmologen das erkannten.
Das Problem lag darin, dass theoretisch der dreidimensionale Informationsgehalt einer Kugel viel größer ist, als dass er auf ihre zweidimensionale Oberfläche passen würde.
Die theoretischen Physiker Gerard ’t Hooft und Leonard Susskind schlossen Ende der Neunzigerjahre vom Einzelfall eines Sternes auf das gesamte All. Sie postulierten, dass die vollständigen Informationen über unser Universum auf dessen gigantischer zweidimensionaler Oberfläche gespeichert sind.
Sämtliche dreidimensionalen Informationen befinden sich demzufolge auf einer Fläche.
Auf einer Fläche wie bei einem Hologramm, auf einem Geldschein oder einer Ihrer Kreditkarten.
Zugegebenermaßen ist dieses Hologramm etwas größer und Milliarden Lichtjahre entfernt.
Die Idee vom „holografischen Universum“ war geboren.
Daraus würde folgen, dass unsere vierdimensionale Welt lediglich die Projektion aus höheren Dimensionen ist.
Stephen Hawking und Leonard Mlodinow hatten dies bereits 2010 vermutet. Im Jahr 2013 konnte ein japanisches Forscherteam genau dieses „holografische Prinzip“ mathematisch untermauern.
Sollte unsere Welt tatsächlich holografisch sein, stellen sich sehr interessante Fragen.
Wer oder was sind wir dann eigentlich?
Was ist unser Bewusstsein?
Das Bewusstsein, das die Wirklichkeit abbildet?
Was ist mit dem Bewusstsein, das im quantenphysikalischen Bereich über die Daseinsform der Materie befindet und sogar Entscheidungen in deren Vergangenheit verändert?
Die quantenphysikalischen und philosophischen Aussagen hinter unseren Fragen sind so skurril, dass sie die optimale Grundlage für wissenschaftliche Fantastik bilden.
Die Erklärung der fantastischen Wissenschaft durch die moderne Philosophie gebärt eine atemberaubende neue Welt.
Vielleicht ist das Buch auch eine kleine Liebeserklärung an die Wissenschaft, die ich studiert habe.
„Leben wir in einer Illusion?“ ist kein Sachbuch im üblichen Sinne.
Es ist essayistisch geschrieben, ohne Formeln und Mathematik.
Frei erfundene Geschichten um physikalische Entdeckungen und Entdecker haben dennoch einen realen örtlichen oder historischen Hintergrund.
Die darin beschriebene Physik steht mit beiden Beinen auf dem festen und bewiesenen Fundament der grundlegendsten Wissenschaft unserer Welt.
„Leben wir in einer Illusion?“ ist geschrieben für jedermann und fast jede Bildungsstufe.
Niemand sollte Angst vor „dieser Physik“ und „dieser Philosophie“ haben.
Nur das „Verstehen-Wollen“ ist wichtig.
„Fantasie ist wichtiger als Wissen, denn Wissen ist begrenzt.“1
Albert Einstein
Um dieses Buch verstehen zu können, müssen wir jedoch unseren gesunden Menschenverstand komplett über Bord werfen und mit ihm unsere Erfahrungen.
Ohne dies zu tun, werden wir die neue Welt nicht betreten.
Wir müssen offen sein für das Neue.
„Leben wir in einer Illusion?“ zeigt die wissenschaftliche Entwicklung vom „Faustkeil über die Allgemeine Relativitätstheorie“ bis zu den ersten Vorschlägen für eine „Quantengravitationstheorie“, die „Theorie von Allem“.
Die dazugehörigen Weltbilder beginnen mit „Aaron, dem Großen Bären“.
Der hatte die Welt gemacht, damals in einer Steinzeithöhle.
Und sie enden heute in den ersten physikalischen und philosophischen Antworten zum „holografischen Universum“.
Prolog
„Der größte Feind des Wissens ist nicht die
Unwissenheit, es ist die Illusion, wissend zu sein.“2
Stephen Hawking
„Wir müssen unbedingt Raum für Zweifel lassen, sonst gibt es
keinen Fortschritt, kein Dazulernen. Man kann nichts Neues
herausfinden, wenn man nicht vorher eine Frage stellt. Und
um zu fragen, bedarf es des Zweifelns. Naturwissenschaft
ist der Glaube an die Unwissenheit der Experten.“3
Richard P. Feynman
Die griechischen Naturphilosophen waren Gelehrte, die ohne moderne Messungen und Computer, durch reines Denken zu Schlussfolgerungen und Ergebnissen kamen, die grundsätzlich heute noch gültig sind.
Dabei folgten sie konsequent der den Wissenschaftsbereichen zugrunde liegenden Logik.
Das ist auch der Weg für uns, die heutige Welt zu hinterfragen.
Ein Weltbild, das sich im Gleichgewicht der Spannungen zwischen moderner Physik und Kosmologie einerseits und den entsprechenden theologischen Richtungen andererseits herausgebildet hat.
„Leben wir in einer Illusion?“ soll Physik und Kosmologie und ihre Entwicklung in unterhaltsamer Weise bis zum heutigen Erkenntnisstand – und ein Stück darüber hinaus – erzählen.
Den erhobenen Zeigefinger überlasse ich Ihren eigenen Antworten.
Vorbild für populärwissenschaftliche Darstellungen schwieriger physikalischer Zusammenhänge ist der britische Physiker Stephen Hawking:
„Um das Universum auf fundamentalster Ebene zu verstehen, müssen wir nicht nur wissen, wie sich das Universum verhält, sondern auch, warum. Warum gibt es etwas und nicht einfach nichts? Warum existieren wir? Warum gibt es dieses besondere System von (Natur-)Gesetzen und nicht irgendein anderes?“4
Die nachfolgenden Zusammenstellungen und Aussagen erheben keinerlei Anspruch, in den wissenschaftlichen Analen dieser Welt veröffentlicht zu werden.
Sie sind lediglich eine Liebeserklärung an die Physik.
Das Buch beansprucht, lesbare Literatur auf wissenschaftlicher Basis zu sein. Es soll Sie unterhalten, damit Sie das „Physikbuch“ mit Freude und Erwartung bis zu Ende lesen.
Was ich außerdem erreichen möchte, ist, dass Sie die Faszination der modernen Physik und Philosophie erleben.
Dass Sie erkennen:
Unsere Welt ist viel fantastischer, hat viel mehr Möglichkeiten, als wir, gefangen in unserem dreidimensionalen Verstand, auch nur vermuten können.
Ich möchte Sie inspirieren.
Sie sollen sich, losgelöst von allen gesellschaftlichen Dogmen, die Fragen nach dem
Woher,
dem Wohin
und vor allem nach dem Warum
stellen
und sie immer wieder neu beantworten.
Als Inbegriff des Universalgenies gilt zweifelsohne Leonardo da Vinci.
Gottfried Wilhelm Leibnitz war einer der letzten Universalgelehrten – ein Gelehrter, der einen Überblick über den Stand der gesamten Wissenschaften hatte.
Das ist heute nicht mehr möglich.
Selbst der Überblick über einzelne Wissenschaftsdisziplinen gelingt nur noch sehr wenigen.
Eine zusammengefasste Meinung, gestützt auf Primärliteratur, quasi „vom Faustkeil bis zur Quantengravitation“, ist schier unmöglich.
Will man sich dem Problem dennoch nähern, muss man auf die Zusammenfassungen der Wissenschaftsbereiche durch die sogenannte „Sekundärliteratur“ zurückgreifen.
Ebenso wichtig ist, dass die Informationsquellen des vorliegenden Buches für Nichtphysiker einem breiten Leserspektrum zugänglich sind.
Denjenigen, die sich in die einzelnen Kapitel tiefer einlesen wollen, sei gesagt, dass bis auf wenige Abweichungen alle Informationen auf der deutschen und englischen Internetplattform Wikipedia zu finden sind. Die anderen Stellen sind mit Quellenangaben versehen.
Unsere Welt ist schön
Es ist Sommer.
Langsam erklimmen wir mit unseren Strandutensilien den Deich.
Der Wind streicht lau über das Gras, das wieder einmal gemäht werden müsste.
Flirrend liegt die Luft über dem Radweg auf der Krone.
Noch ein paar Schritte, und die Welt hat sich verändert.
Eine leichte Brise weht uns entgegen, et was kühler, gerade noch angenehm.
Die Luft schmeckt nach Salz.
Blaugrün schimmert die Wasserfläche in der Sonne.
Die wenigen hellweißen wattebauschigen Wolken sind nicht in der Lage, das grelle Licht des Strandes zu verdunkeln.
Tang vom letzten Sturm trocknet am Wassersaum.
Es riecht nach Meer.
Noch ein paar Schritte, und wir sind da.
Strandtücher ablegen, Luftmatratze, Sandspielzeug.
Nun schnell noch den Windschutz auf bauen.
Wir beginnen zu schwitzen und zu fluchen und denken, zum wie vielten Male eigentlich, an den Gummihammer, der wie immer im Wirtschaftsraum liegen geblieben ist.
Dann wird getobt mit den Kindern beim Fußball im Sand.
Wir merken, dass ein paar Kilo weniger ganz gut wären.
Im Wasser danach ist es kühler, als wir dachten.
Wir liegen auf dem Rücken und lassen uns treiben.
Hände und Beine korrigieren.
Das Wasser umschließt uns und trägt.
Ein paar Sonnenstrahlen passieren glitzernd die halb geschlossenen Lider.
Wir lächeln.
Später am Strand hinter unserem Windschutz liegen wir auf den Badetüchern, lang ausgestreckt.
Die Sonne wärmt ordentlich und trocknet den Sand an unserem Körper zu einer hellgrauen Kruste.
Zwei Möwen gleiten langsam über das Dünengras.
Das monotone leise Klatschen der kleinen Wellen beruhigt.
Kinderlachen von links, wir atmen tief durch und lächeln.
Wir sind glücklich.
Wir leben in einer wunderbaren Welt.
Wir riechen sie, wir schmecken sie.
Wir können sie anfassen und hören.
Vor allem können wir sie sehen in ihrer wunderschönen Vielfalt.
Wir bewegen uns in ihren drei Dimensionen durch die Zeit.
Wir verändern sie und verändern uns selbst.
Wir sind glücklich mit ihr.
Und dennoch könnte es sein, dass all diese Dreidimensionalität, all das Materielle unserer so vertrauten Welt nur eine große Illusion ist.
Wenn Sie sich Ihre Vorstellung über unsere Welt bewahren und keine Zweifel daran aufkommen lassen wollen, wenn Sie mit ihr zufrieden und glücklich sind, dann schließen Sie jetzt an dieser Stelle dieses Buch.
Sollten Sie sich zum Weiterlesen entscheiden, kann ich Ihnen weiter nichts bieten als möglicherweise ein Stückchen Wahrheit.
Ob Sie das befriedigen wird, kann ich nicht versprechen.
Ich weiß nur, dass Sie danach anders fühlen und denken werden.
Sie werden ständig auf der Suche sein, und die Antworten werden Ihre neuen Fragen nie einholen.
Leben wir in einer Illusion?
Hannover im Jahr 2008.
Schon eine geraume Zeit jagen Physiker am Präzisionsmessinstrument GEO 600 kleinsten Informationseinheiten nach.
Mit ihrem Gerät wollen die Wissenschaftler Gravitationswellen nachweisen.
Das war ihnen bis dato nicht gelungen.
Und es sollte ihnen auch nicht gelingen.
Gravitationswellen wurden erstmals 2015 mit der US-amerikanischen LIGO-Anlage nachgewiesen.
Diese stammten von zwei kollidierenden Schwarzen Löchern.
Aber was die Forscher in Hannover fanden, dieses unerwartete Zittern in ihren Signalen, war nicht minder interessant.
Der Leiter des „Fermilab Institute“ in Illinois, Craig Hogan, vermutete damals, dass es von Quantenfluktuationen ausgelöst wurde.
Diese wiederum würden aus der Pixelung der Raumzeit herrühren. Möglicherweise wird dieses kleine Zittern, diese winzigen Ausschläge auf den Monitoren des GEO 600, unser Weltbild komplett auf den Kopf stellen.
Sollte sich die Vermutung in weiteren Versuchen bestätigen, hätten die Forscher aus Hannover zufällig einen wichtigen Hinweis darauf gefunden, dass wir in einem holografischen Universum leben.
Denn die Pixelung der Raumzeit würde bedeuten, dass unsere Welt nicht kontinuierlich ist, sondern gequantelt.
Das wiederum ist eine Voraussetzung für das holografische Universum.
Unsere Welt und der Rest des Universums wären dann weiter nichts als ein Hologramm.
Unsere Vorstellung von Realität, von all dem, was wir kennen, was uns vertraut und selbstverständlich ist, verschwände in einem Schwarzen Loch.
In ihrem Buch „Der Große Entwurf – Eine neue Erklärung des Universums“ schreiben Stephen Hawking und Leonard Mlodinow 2010:
„Und falls sich das sogenannte holografische Prinzip als richtig erweisen sollte, sind wir und unsere vierdimensionale Welt möglicherweise nur Schatten auf dem Rand einer größeren, fünfdimensionalen Raumzeit.“5
Im Jahr 2013 konnte ein japanisches Forscherteam genau dieses holografische Prinzip mathematisch stützen.
Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Onlineausgabe der Wissenschaftsplattform nature. Unter der Überschrift „Simulation unterstützt die Theorie, dass das Universum ein Hologramm ist“ schreibt nature:6
„Bei einem Schwarzen Loch stößt Albert Einsteins Gravitationstheorie offensichtlich mit der Quantenphysik zusammen, aber dieser Konflikt könnte gelöst werden, wenn das Universum eine holografische Projektion wäre. Ein Team von Physikern hat einige der klarsten Beweise dafür gegeben, dass unser Universum nur eine große Projektion sein könnte.“
Sollte sich das in weiteren Untersuchungen bestätigen, müssten wir begreifen, dass unsere Dreidimensionalität nur Illusion ist.
Wir wären dann lediglich zweidimensionale Informationen – Projektionen auf dem Ereignishorizont unseres Universums.
Doch bevor Sie jetzt entsetzt den letzten Satz für sich zu interpretieren versuchen, sollten wir uns zunächst einen Überblick über die Theorie des holografischen Universums verschaffen und schauen, wie es dazu kam.
Die Idee hierzu hatte ihren Ursprung in den Siebzigerjahren des vergangenen Jahrhunderts.
Damals beschäftigte sich Stephen Hawking mit der Theorie der Schwarzen Löcher.
Schwarze Löcher sind die denkbar schlimmsten Monster in unserem Universum.
Kommen Sie in ihre Nähe, werden Sie immer stärker angezogen.
Verpassen Sie es durchzustarten und geraten Sie unter ihren Ereignishorizont, werden Sie unweigerlich hineingezogen.
Zunächst wirkt die enorme Schwerkraft wie eine Streckbank des Mittelalters. Sie werden auseinandergezogen, je weiter Sie dem Mittelpunkt entgegenfliegen, dann regelrecht zerfetzt.
Zum Schluss werden Ihre Atome auf einen einzigen Punkt zusammengedrückt.
Sie müssen jetzt nicht verzweifeln.
Ich versichere Ihnen, dass Sie keinen Schaden erleiden werden, weil Sie nach heutiger Erkenntnis in Ihrem Leben kein Schwarzes Loch erreichen können.
Bei seinen Berechnungen zu Schwarzen Löchern fand Stephen Hawking die sogenannte „Hawking-Strahlung“.
Diese wird von einem Schwarzen Loch abgegeben, enthält aber keinerlei Informationen.
Das steht jedoch im Widerspruch zu dem physikalischen Erhaltungssatz, dass Information nicht verloren gehen kann, analog zum Energieerhaltungssatz.
Also fragten sich die Physiker damals, was passiert mit der Information der ursprünglichen Massen, die in das Schwarze Loch hineingestürzt waren.
Etwa zur gleichen Zeit berechnete Jacob Bekenstein von der Hebräischen Universität in Jerusalem, dass der Informationsgehalt eines Schwarzen Lochs nicht proportional seines Volumens ist.
Überraschenderweise ist der gesamte Informationsgehalt nur proportional der Oberfläche des zweidimensionalen Ereignishorizontes.
Der Ereignishorizont ist die gedachte Kugelfläche um das Schwarze Loch, hinter der jede Masse, also alle Materie, in das Schwarze Loch hineingezogen wird.
Dies gilt auch für das Licht, sodass das Schwarze Loch nicht zu sehen ist, eben schwarz.
So weit, so gut, aber die Erkenntnis von Bekenstein brachte nicht die Erklärung des Widerspruchs, sondern warf nur noch weitere Fragen auf.
Die Hawking-Strahlung selbst konnte später mit den Effekten der Quantenfluktuation im Vakuum erklärt werden.
Das Problem der Rechenergebnisse Bekensteins lag darin, dass der dreidimensionale Informationsgehalt einer Kugel viel größer ist als die Informationsmenge, die auf ihre zweidimensionale Oberfläche passen würde.
Mathematisch stand jedoch widerspruchsfrei fest, dass die kompletten dreidimensionalen Informationen eines Sternes, hier eines Schwarzen Loches, auf dessen Ereignishorizont, einer zweidimensionalen Fläche, gespeichert sind.
Die theoretischen Physiker Gerard’t Hooft und Leonard Susskind schlossen Ende der Neunzigerjahre vom Einzelfall eines Sternes auf das gesamte All.
Sie postulierten, dass die vollständigen Informationen über unser Universum auf dessen gigantischer zweidimensionaler Oberfläche gespeichert sind.
Sämtliche dreidimensionale Informationen befinden sich demzufolge auf einer Fläche, so wie bei einem Hologramm auf einem Geldschein oder einer Ihrer Kreditkarten.
Zugegebenermaßen ist dieses Hologramm etwas größer und Milliarden Lichtjahre entfernt.
Wie Susskind und ‘t Hooft zeigen konnten, sind die einzelnen Informationseinheiten auf der kleinsten denkbaren Fläche, der sogenannten „Planck-Fläche“, gespeichert.
Diese wiederum entspricht etwa dem Quadrat der Planck-Länge 1,616 × 10-35 m, also etwa 2,6 × 10-70 m2, der kleinsten physikalisch möglichen Fläche in unserem Universum.
Bleibt also die Frage: Wo steckt die fehlende Information über die dritte Dimension?
Theoretiker vermuten schon seit geraumer Zeit, dass die Raumzeit nicht kontinuierlich verläuft, sondern körnig ist.
Daraus folgt, sie ist quantisiert.
Die Mindestgröße eines solchen Pixels der Raumzeit ist in etwa die Planck-Länge zur dritten Potenz, also Planck-Länge mal Planck-Länge mal Planck-Länge.
Die fehlende Information könnte dann ganz einfach in vergrößerten Pixeln der Raumzeit gespeichert sein.
Diese gekörnte Raumzeit wiederum würde zu Quantenfluktuationen führen, eben den Quantenfluktuationen, die in Hannover im Jahr 2008 möglicherweise gemessen wurden.
Nun ist dies noch lange nicht der endgültige Beweis dafür, dass wir in einem holografischen Universum leben.
Aber ein erster und ernst zu nehmender Hinweis ist es allemal.
Sollte sich dieses Modell in nicht allzu ferner Zukunft bestätigen, können wir alles vergessen, was wir über unsere Existenz zu wissen glauben.
Wir müssten uns neu erfinden.
An dieser Stelle könnte ich Ihnen nicht einmal erklären, wie ich – was immer auch dieses Ich ist – als zweidimensionale Menge von Informationen eine dreidimensionale Computertastatur bedienen kann, um diese Zeilen zu schreiben.
Vielleicht sollte ich der Einfachheit halber auf Spracherkennung umschalten.
Wer wir sind, woher wir kommen und vor allem warum wir sind, erschließt sich uns möglicherweise ein Stück weit nach der Diskussion der nachfolgenden Seiten neu.
Aber egal, wie wir die Fragen – jeder für sich selbst – beantworten werden, es scheint einen Grund für unsere Existenz zu geben und dafür, dass wir miteinander kommunizieren.
