System-Körper-Sprache des Universums, die Wahrheit oder die „Flöhe husten hören“

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In statu nascendi!

Die System-Körper-Sprache des Universums und der Natur, motiviert und befähigt den Menschen, die Naturgesetze zu hinterfragen. Herausragende Persönlichkeiten aus den verschiedenen naturwissenschaftlichen Disziplinen haben durch Versuch und Irrtum, Gesetz-Mäßigkeiten entdeckt. Zahlreiche dieser Entdeckungen haben das Leben des Menschen erleichtert.

Die Natur des Menschen wird von den Sozial-Wissenschaften erfasst. Derzeit beherrscht eher die Illusion, diesen wissenschaftlichen Bereich, der sich insbesondere in den Wirtschaft-Wissenschaften etabliert hat. Für OekoHuman sind die Sozial-Wissenschaften ebenfalls ein Teil der Natur-Gesetz-Mäßigkeiten.
So zeigt die Körpersprache der Natur – z.B. Überschwemmungen und Corona (Naturkatastrophen) – mit ihrer Körpersprache, daß die Sozial-Wissenschaften sich an die Natur-Wissenschaften angleichen dürfen.
Der Blick in den Nachthimmel wirft Fragen auf: Ist das Universum unendlich groß?
Und wo kommt es eigentlich her? © Alan Dyer/​VWPics/​Universal Images Group/​Getty Images.

Update 18.02.2023 – Das Universum als Deepfake?!

Neue Erkenntnisse zu Schwarzen Löchern befeuern eine alte Debatte: Leben wir in einer Simulation? Oder hat sich die Physik in einem Luftschloss aus Mathematik verirrt?
Von Robert Gast.

Für Netta Engelhardt ist die Frage fast wie eine Sucht. Wann immer sie kann, denkt sie darüber nach, kritzelt mathematische Formeln auf Papier, wägt Argumente ab, morgens in ihrem Bostoner Büro am Massachusetts Institute of Technology genauso wie am Wochenende. Was passiert im Inneren eines Schwarzen Lochs? „Die Arbeit daran verzehrt einen“, sagt Engelhardt und lächelt im Videocall, eine 34-jährige Physikerin mit leuchtenden Augen, jeder Satz eine Salve der Begeisterung. Warum auch schlechte Laune haben? Dazu sei ihr Forschungsthema viel zu aufregend, beteuert Engelhardt. „Es ist schwer, nicht daran zu arbeiten.“

Vor ein paar Jahren geriet die junge Forscherin gar derart in den Bann der Schwarzen Löcher, dass sie kaum noch schlief. Nach drei Wochen hatten sie und drei Kollegen dann ein 40 Jahre altes Problem in Teilen gelöst, womöglich sogar den legendären Physiker Stephen Hawking eines Fehlers überführt. Seither haben Fachleute immerhin eine grobe Ahnung davon, was im Innern von Schwarzen Löchern vor sich gehen könnte – obwohl von dort ja eigentlich nichts entkommen kann, nicht einmal Licht.

Hologramme, Wurmlöcher, Quantencomputer.

Ob die Ideen richtig sind? Wer weiß. Fest steht: Dank Engelhardt und einer neuen Generation von Forschenden fliegen die Vorstellungen gerade so schnell durcheinander wie seit Langem nicht mehr, eine spektakulärer als die andere: Modelluniversen, Hologramme, Wurmlöcher, Quantencomputer, sogar die Realität als gigantische Simulation erscheint denkbar. „Es ist unglaublich, was sich gerade für Möglichkeiten auftun“, sagt Engelhardt. Im Zentrum von all dem steht ein Problem, das Schwarze Löcher schon vor langer Zeit der Physik beschert haben: In ihrem Inneren kollidieren zwei Weltbilder, Einsteins Relativitätstheorie und die Quantentheorie. Beide beschreiben jeweils einen Teil der Wirklichkeit: Einstein die Schwerkraft zwischen Planeten, Sternen und Galaxien; die Quantenphysik die Kräfte zwischen Elementarteilchen im Innersten der Materie.

Einstein in Aktion: Große Massen wie der Galaxienhaufen SDSS J0146-0929 machen eine Delle ins Weltall. Das Licht von Objekten hinter einer solchen Gravitationslinse wird daher wie von einem Brennglas gebündelt. Um Schwarze Löcher zu verstehen, muss man die beiden Weltbilder zusammenführen, glauben viele Physikerinnen. Denn im Schlund der Monster wird Materie so dicht zusammengepresst, dass sowohl Schwerkraft als auch die Kräfte aus der Quantenwelt eine Rolle spielen sollten – eine Situation, wie sie sonst nirgendwo im Universum auftritt, vom Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren einmal abgesehen. Aber was passiert, wenn sich die Phänomene aus Mikro- und Makrokosmos mischen? Schäumt das Raum-Zeit-Gefüge dann auf wie ein Schwamm, wie einige Experten vermuten? Vibriert es im Takt winziger Fäden und Membranen, wie es die Stringtheorie beschreibt? Bildet sich vielleicht sogar ein Tunnel in ein anderes Universum? Bisher weiß das niemand.

Schwarzes Loch: Sie sind der Extremfall in Einsteins Relativitätstheorie. Denn sie vereinen so viel Materie auf engstem Raum, dass das Tischtuch bis zum Boden durchgedrückt wird: Ein Schlund im Raum-Zeit-Gefüge entsteht, aus dem es (scheinbar) kein Entkommen gibt. Physiker sprechen von einer Singularität. Ihre Schwerkraft lässt alles, was in die Nähe gerät, in den Abgrund rutschen, sogar Licht hat keine Chance. Der Abstand, ab dem es kein Entkommen mehr gibt, heißt Ereignishorizont.

In ein Schwarzes Loch schauen kann man nicht, auf Bildern der kosmischen Objekte sieht man nur einen Schatten. Und sämtliche Versuche, die Vorgänge im Inneren zu berechnen, gingen daneben. Denn sobald man Einsteins Werk und die Quantentheorie zusammenbringt, um daraus eine Theorie der Quantengravitation zu formen, eine Weltformel, ergeben die Formeln so viel Sinn wie ein Bruch mit einer Null im Nenner. Schon Einstein nahm sich das Problem immer wieder vor, scheiterte aber bis zu seinem Tod im Jahr 1955 daran. Ein gewisser Stephen Hawking entschied sich daher 1975 für einen Kompromiss: Einsteins Theorie der Schwerkraft bildet weiter die Bühne, auf der Schwarze Löcher gedeihen und Materie verschlingen. Doch für die einzelnen Teilchen, ob innen oder außen, gilt die Quantenphysik.

Mit ihr beschreiben Expertinnen und Experten seit den 1920er-Jahren Atome und „Quanten“. Gemeint sind Elementarteilchen wie Elektronen oder die masselosen Photonen, aus denen Licht besteht. Um ihr Zusammenspiel zu berechnen, muss man schwer verdauliche Annahmen treffen: Teilchen können etwa gleichzeitig in zwei verschiedenen denkbaren Zuständen verharren – welcher von ihnen real ist, legt die Natur erst fest, wenn jemand nachschaut. Bis dahin kann man nur Wahrscheinlichkeiten angeben. Außerdem können Teilchen sich zu Paaren und sogar Gruppen zusammenschließen, die ihre Zustände aufeinander abstimmen, selbst wenn sie zu weit voneinander entfernt sind, um mit Lichtgeschwindigkeit Signale auszutauschen – ein Phänomen, das als Verschränkung bekannt ist.

Relativitätstheorie: Mit ihr beschrieb Albert Einstein 1915, woher die Schwerkraft kommt. Am besten brachte es der Physiker John Archibald Wheeler auf den Punkt: „Die Materie sagt dem Raum, wie er sich krümmen soll, und der Raum sagt der Materie, wie sie sich bewegen soll.“ Man kann sich das All daher grob vereinfacht als straff gespannte Tischdecke vorstellen: Massen, also alles von einem Apfel bis zum Planeten Erde, machen eine Beule hinein, die umso größer wird, je größer die Masse ist. Gerät eine andere Masse in die Nähe einer Beule, gerät sie in Bewegung – das ist dann das, was Menschen als Schwerkraft wahrnehmen. Ihren sonderbaren Namen trägt die Theorie übrigens aus einem ganz anderen Grund: In einer 1905 veröffentlichten Teilfassung, der „speziellen“ Relativitätstheorie, zeigte Einstein, dass die Realität für zwei Menschen unterschiedlich erscheint, wenn sie sich sehr schnell relativ zueinander bewegen. Die Naturgesetze bleiben aber für jeden der Beobachter dieselben.

Weltformel: Quantenphysik und Relativitätstheorie basieren auf Annahmen, die sich widersprechen: Einmal ist das Universum in Myriaden winziger Bauklötze zerteilt, die Quanten, und einmal ist es ein durchgängiges Tischtuch voller Beulen. Die meisten Physiker vermuten, dass man diese beiden Sichtweisen in einer Art Weltformel zusammenbringen muss, um das Innere von Schwarzen Löchern (und den Urknall) zu verstehen. Die Suche nach dieser „Theorie von allem“ kommt seit Jahrzehnten allerdings nur langsam voran. Einer der Gründe ist, dass die Extradimensionen der Stringtheorie mit ganz verschiedenen Universen mit jeweils anderen Naturgesetzen kompatibel wären. Die Anzahl dieser Alternativwelten ist schwindelerregend groß: Mit mindestens 500 Nullen ist sie sogar deutlich größer als die (geschätzte) Anzahl aller Teilchen in unserem Universum. Wo und ob sich in diesem Multiversum auch unsere Realität verbirgt, ist unklar.

Eigentlich war das eine Art Taschenspielertrick, mit dem man Formeln aus beiden Theorien verwenden konnte, ohne die Frage beantworten zu müssen, wie die beiden Weltbilder zusammenpassen. Aber dieser semiklassische Ansatz führte Hawking zu einer überraschenden Vermutung: Schwarze Löcher sind wahrscheinlich gar nicht die ewigen Objekte, für die Physiker sie bis dahin gehalten hatten. Stattdessen sollten sie im Lauf der Äonen verdampfen, langsam, aber unaufhaltsam.

Möglich macht das eine Besonderheit der Quantenphysik, der zufolge Teilchenpaare aus dem Nichts aufploppen können. Passiert dies direkt am Rand eines Schwarzen Lochs, sollte nur eines der Teilchen zurück in den Schlund in der Raumzeit fallen. Das andere kann dem Sog hingegen entkommen als Hawking-Strahlung. Bekommen Schwarze Löcher nichts mehr zu fressen, werden sie dadurch immer leichter und kleiner, bis sie sich irgendwann in einer Explosion auflösen.

Wenn ein Tesla ins Schwarze Loch fällt.

Aber wie schon Hawking erkannte, entsteht damit ein Problem. „Während Schwarze Löcher verdampfen, wird die Information in ihrem Inneren gewissermaßen vernichtet“, sagt die Würzburger Physikerin Johanna Erdmenger. Denn die Hawking-Strahlung ist völlig zufällig, ein Rauschen ohne Bezug zur hineingefallenen Materie. Sollte etwa Elon Musks 2018 ins All geschossene Tesla Roadster eines Tages in ein Schwarzes Loch stürzen, würde die Masse des Sportwagens irgendwann später als Strahlung entweichen – nur dass aus ihr nie mehr rekonstruiert werden kann, ob einst ein Tesla ins Loch gefallen ist oder nur ein alter VW-Käfer.

Das klingt wie ein belangloses Detail. Für Expertinnen wie Erdmenger steht damit aber ein Grundprinzip der Quantenphysik auf dem Spiel: dass man prinzipiell von jedem Teilchen im Universum die Vergangenheit rekonstruieren kann, zumindest auf Basis von Wahrscheinlichkeiten. Auch Schwarze Löcher sollten nichts an diesem als Unitarität bekannten Prinzip ändern, finden Fachleute: Zwar kann man die Information über die Vergangenheit der verschluckten Materie nicht mehr abrufen, schließlich kann niemand in ein Schwarzes Loch schauen. Aber die Information sollte bewahrt bleiben wie auf einer verschlüsselten Festplatte, bis ans Ende des Universums – weiterlesen in der ZEIT.

Update 15.11.2022 – Prof. Dieter B. Herrmann:

Was wissen wir gegenwärtig über die Verbreitung des Phänomens Leben im Universum? Ich könnte es kurz machen und einfach antworten:
NICHTS – außer, dass wir selbst da sind. Das wäre zwar die Wahrheit, aber es häufen sich auf der anderen Seite seit jüngerer Zeit zahlreiche aufschlussreiche Indizien, die kein Wissenschaftler ignorieren kann – siehe auch Neil Shubin.
Vier Entdeckungsfelder der jüngeren Vergangenheit, die ich hier im Telegrammstil skizzieren möchte, sind es vor allem, die unseren Blick auf das Problem radikal verändert haben:

1. Exoplaneten entstehen ständig dort, wo auch Sterne entstehen.

Gerade erst wurde eine protoplanetare Scheibe in einer 450 Lichtjahre entfernten Molekülwolke entdeckt, gleichsam ein Planetensystem im Zustand des Entstehens. Die Herausbildung des Lebens auf der Erde wurde bislang stets auf der Erde selbst gesucht. Chemische Zutaten und Energie in Form von gewaltigen elektrischen Entladungen (Gewitter) oder Vulkanismus (Stichwort: Urey-Miller-Experiment) sollten in der Frühzeit unseres Planeten zur Synthese biotischer Moleküle geführt haben.

Doch unser Horizont hat sich auch in dieser Hinsicht enorm erweitert. Schon seit den 60er-Jahren des vergangenen Jahrhunderts finden wir mit Hilfe radioastronomischer Beobachtungen kompliziert aufgebaute Moleküle auch in Regionen des Universums, wo sie früher nie vermutet wurden. Inzwischen sind uns rund 180 organische Moleküle in extrem kalten interstellaren Gas- und Staubwolken bekannt.

2. Chemie und Biologie.

Als geradezu sensationell wurde erst 2014 eine Entdeckung angesehen, bei der in der Nähe des galaktischen Zentrums das Iso-Propylcyanid mit einem verzweigten Kohlenstoffgerüst neben seinem Isomer Normal-Propylcyanid gefunden wurde. Experten sehen darin einen deutlichen Hinweis auf ausgeprägte Präferenzen der chemischen Evolution von anorganischen Stoffen in Richtung auf biologische Strukturen. Man fühlt sich unwillkürlich an Ernst Haeckel (1834–1919) erinnert, der schon 1862 die prinzipielle Einheit der organischen und anorganischen Natur betont hat. Die Wolken, in denen die Moleküle gefunden wurden, sind Sternentstehungsgebiete. So sind also wichtige Ingredienzien des Lebens bereits vorhanden, bevor sich Sterne und Planeten herausgebildet haben. Das bestätigte auch eine Entdeckung vom April 2015, die im Außenbereich eines sich gerade bildenden Planetensystems Methylcyanide nachweisen konnte. Die Wissenschaftler staunen, denn die Bedingungen, die dort herrschen, sind nach gängiger Lehrmeinung der Herausbildung so komplexer Moleküle durchaus abträglich.

3. Leben und Wasser.

Eine andere unentbehrliche Zutat des Lebens ist Wasser. Um es kurz zu machen: es hat sich nach neu entdeckten, noch nicht vollständig verstandenen Mechanismen ebenfalls bereits in den Gas- und Staubwolken zwischen den Sternen herausgebildet, aus denen die Sterne und Planeten entstehen.
Dazu passen auch die Entdeckungen von Wasser auf den Kleinplaneten und in den Kometenkernen unseres eigenen Sonnensystems. Gerade die Kometenkerne in der das Sonnensystem kugelsymmetrisch umgebenden Oortschen Wolke werden als Relikte aus der Entstehungszeit des Systems betrachtet. Auch dort war also schon Wasser vorhanden. Eine Analyse des
Wassers in irdischen Ozeanen, vor allem des Mischungsverhältnisses von schwerem zu normalem Wasser, hat den Aufsehen erregenden Befund gebracht, dass ein Teil des Wassers in unseren Weltmeeren älter ist, als unsere Sonne und die Erde. Es muss also aus den interstellaren Gaswolken stammen, aus denen die Sonne und unsere Planeten dereinst hervorgingen. Deshalb geht man heute davon aus, dass zumindest ein Teil des irdischen Wassers bei Kollisionen der Erde mit Kleinkörpern des Sonnensystems hierher gebracht wurde.

4. Zum Schluss,

begebe ich mich noch auf fremdes Terrain, um nachvollziehbar zu machen, dass die Suche nach einem Exoplaneten, der in allen Eigenschaften mit unserer Erde übereinstimmt, mit Blick auf die über alle Maßen hohe Widerstandskraft und Anpassungsfähigkeit des Phänomens „Leben“ keineswegs unbedingt erforderlich ist, um zumindest einfache Lebensformen auf einem Exoplaneten zu finden.
Geogemma barossii, eine einzellige Mikrobe am Meeresgrund, lebt und vermehrt sich bei Temperaturen von bis zu +121 °C. Mit molekularem Wasserstoff und Eisen bestreitet die Mikrobe ihren Stoffwechsel. Andere ähnliche Organismen nutzen Methan, Schwefel oder Mangan für Stoffwechselreaktionen. Das Bakterium Planococcus halocryophilus ist noch bei – 25 °C aktiv. 2013 wurden in 7.000 m Tiefe unter dem Meeresspiegel Aale, rote Krabben und tausende von Schalentieren entdeckt, die dort unter ungeheurem Wasserdruck in völliger Dunkelheit leben.

Deinococcus radiodurans gilt als das widerstandsfähigste Bakterium überhaupt. Es zählt zu den Poly Extremophilen. Gegenüber ionisierender Strahlung erträgt es das 1.000-fache der letalen Dosis für den Menschen. Auch extremer Druck, Temperaturen, Dehydration und Säuren können ihm nichts anhaben. Unter den komplexeren Lebensformen sind die Tardiagraden (Bärtierchen) echte Rekordhalter an Widerstandsfähigkeit. Sie passen sich extremsten Bedingungen von Trockenheit an, existieren dann in der Kryptobiose mit einem Stoffwechsel unterhalb von 0,01 % des Normalwertes. Solche Zustände kann das Tierchen mehrere Jahre überstehen und wird in Gegenwart von Wasser binnen kurzem wieder aktiv, ebenso wie nach längerem Einfrieren – siehe Frank Schätzing.

Die wahrscheinlich durch Auslese entstandenen Anpassungs-Fähigkeiten und die damit verbundenen biochemischen Prozesse sind größtenteils inzwischen verstanden. Einschränkend gestehe ich zum Schluss, was die meisten von Ihnen sicher bereits bemerkt haben, nämlich dass hier nur aus einer extrem verengten anthropozentrischen Sicht geurteilt wurde. Billigen wir der Komplexität des Universums mit seinen hunderten Milliarden von Galaxien, die ihrerseits hunderte Milliarden von Sonnen enthalten, eine weitaus größere Diversität von Erscheinungsformen des Lebens auf anderer chemischer Grundlage zu, dann sind natürlich den wildesten Spekulationen Tür und Tor geöffnet.

Die sollten wir vielleicht bis auf weiteres getrost den Science-Fiction-Autoren überlassen. Doch die Wissenschaft ist auch bereits unterwegs: die „Astrobiologie“ oder „Exobiologie“ hat sich als neue Disziplin genau in diesem Monat 2015 vor 50 Jahren durch eine Publikation des Nobelpreisträgers und Mikrobiologen Joshua Lederberg (1925–2008) etabliert und Soziologen sowie Philosophen führen bereits Diskurse über die Frage, wie wohl eine Begegnung von uns Menschen mit vernunftbegabten Lebewesen im Weltall ausfallen könnte, falls sie denn irgendwann zustande käme.
So stellt man sich nach neuesten Erkenntnissen den Weg des Wassers im Kosmos vor: es entsteht bereits in interstellaren Gas- und Staubwolken, aus denen dann Sterne und Planetensysteme hervorgehen.

Update: 5.10.2022: Nobelpreis für Physik 2022:
Und Gott würfelt doch!

Dieser Physiknobelpreis hat alles: Einstein, Schrödingers Katze, ein wenig „Star Trek“. Und der Zufall schreibt das Drehbuch. Was das soll? Die Welt verändern – Von Robert Gast und Max Rauner – Quelle: ZEIT:

Vor zehn Jahren stritt die Kunstmesse documenta noch nicht über Antisemitismus und Kolonialismus, sondern über Quantenphysik. Damals ließ Anton Zeilinger seine Doktoranden einen Lieferwagen mit Labortischen, Lasern, Spiegeln und Glasfaserkabeln vollpacken und nach Kassel fahren. Dort angekommen diskutierten die Wiener Forscher mit Esoterikern und Philosophinnen. Es ging um Kunst und Wissenschaft, aber auch um die ganz großen Fragen: Raum, Zeit, Realität.

Zeilinger, heute 77 Jahre alt, kann mehr zu diesen Themen sagen als die meisten anderen Menschen. Jahrzehntelang hat er die Natur auf ihrer grundlegenden Ebene erforscht: dort, wo Lichtteilchen durcheinander flitzen und Elektronen um Atomkerne tanzen. Es ist eine verrückte Welt, deren Gesetze Physiker wie Zeilinger in mühsamer Arbeit entschlüsselt haben – und die manche Menschen bis heute mit dem Universum hadern lässt.

Insofern ist es aus Sicht vieler Physiker überfällig, dass der Österreicher zusammen mit seinen Kollegen Alain Aspect und John F. Clauser nun den Nobelpreis für Physik erhält. Doch die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften zeichnet damit nicht allein die Laborspielereien von drei Nerds aus. Die Quantenphysik ist gerade dabei, eine milliardenschwere Branche zu werden. Schon bald könnte sie Quantensensoren, Quantennetzwerke und Quantencomputer hervorbringen, jeweils mit eigenen Vorteilen.

Quantenphysik – eine Zumutung – Alles Zufall? Oder gibt es einen Plan fürs Universum?

Viele dieser Technologien beruhen auf der Forschung der drei Preisträger oder genauer gesagt dem physikalischen Phänomen, dem sie ihre Laufbahn gewidmet haben. Bei dieser „Verschränkung“ beeinflussen sich mikroskopisch kleine Teilchen (Physikerinnen sprechen von Quanten) selbst dann noch, wenn sie weit voneinander entfernt sind. Eigentlich sollte das unmöglich sein. Und entsprechend schwerfiel es den Expertinnen und Experten des 20. Jahrhunderts, sich mit dem Konzept anzufreunden.

Der Physiker Erwin Schrödinger etwa bedauerte es in den Dreißigerjahren zutiefst, sich „mit der Quantentheorie überhaupt beschäftigt zu haben“. Dabei hatte er in den Jahren zuvor maßgeblich daran mitgewirkt, die entsprechenden mathematischen Formeln auszuarbeiten. Letztlich führte der Österreicher sogar eine Katze ins Feld, um die Quantenphysik zu Fall zu bringen: Übertrage man die Logik der Theorie auf ein Tier, wäre es zugleich tot und lebendig, spottete Schrödinger.

Das Unbehagen ist verständlich, wenn man sich ansieht, was die Quantentheorie für den Mikrokosmos vorsieht. Alles soll dort in einer Überlagerung aller denkbaren Zustände existieren, statt „Sein oder Nicht-sein“ gilt gewissermaßen „Sein UND Nicht-sein“. Quantenteilchen können auf ihrem Weg durch den Raum etwa gleichzeitig senkrecht und waagerecht schwingen. Erst wenn irgendjemand nachschaut, muss sich die Natur für eine der Möglichkeiten entscheiden.

Einstein spottete – und hatte am Ende unrecht.

Streit zwischen Niels Bohr und Albert Einstein:
„Sie behaupten, daß der Mond nur da ist, weil ich ihn anschaue: Niels Bohr: beweisen Sie mir doch das Gegenteil!”

Bei all dem kann man sich Quantenobjekte übrigens nicht nur als Teilchen vorstellen, sondern auch als Welle – noch so eine Zumutung für die menschliche Vorstellungskraft. Kein Wunder, dass selbst Albert Einstein höchst irritiert war. Er verspottete die Verschränkung zwischen Teilchen als „spukhafte Fernwirkung“. Und dachte sich mit seinen Kollegen Boris Podolsky und Nathan Rosen eine Situation aus, in der die Verschränkung zwischen zwei Lichtteilchen zu einem unüberwindbaren Paradox führen müsste.

In diesem Gedankenexperiment entfernten sich die geisterhaft gekoppelten Quantenobjekte rasch voneinander. Dabei kann man erst nicht wissen, in welche Richtung die Wellen jeweils schwingen (Physiker sprechen von Polarisation), schließlich sind alle denkbaren Zustände gleichzeitig real. Doch sobald man die Polarisation für eines der Teilchen ermittelt hat, legt das auch sofort die Schwingungsrichtung des verschränkten Partnerteilchens fest – selbst wenn es in der Zwischenzeit ans andere Ende der Galaxie geflogen ist.

Das aber, kritisierten Einstein, Podolsky und Rosen 1935, widerspreche allem, was die Gelehrten des frühen 20. Jahrhunderts über das Universum zu wissen glaubten. Einstein selbst etwa hatte mehr als zwei Jahrzehnte zuvor in seiner Relativitätstheorie gezeigt, dass sich nichts schneller als das Licht bewegen kann. Wie also sollte ein Teilchen seinem Kumpel ohne Zeitverzögerung eine Botschaft schicken? Entsprechend musste die Theorie falsch sein – oder aber die Formeln der Quantenphysik übersahen etwas Wesentliches.

Ideen dafür gibt es gleich mehrere: Vielleicht hat die Natur – oder ein übermächtiges Wesen? – einfach am Beginn des Universums festgelegt, wie sich jedes der Myriaden von Teilchen bis ans Ende der Zeit verhalten wird? In diesem Fall sähe es für uns beschränkte Menschen womöglich einfach nur so aus, als gäbe es eine Verschränkung zwischen weit entfernten Teilchen.

Oder, Möglichkeit zwei: Vielleicht gibt es schlicht einen anderen Weg der Signalübertragung, der den Sinnen der Naturwissenschaft bislang verborgen geblieben ist. Einstein selbst glaubte fest daran: „Verborgene Variablen“ sorgten seiner Meinung nach dafür, dass sich die Lichtteilchen heimlich abstimmten. Gemeint waren noch unbekannte Teilchen oder Felder im Mikrokosmos. Teilchen und Felder, die man nur aufspüren musste, um das Weltbild der Physik vor dem Kollaps zu bewahren.

Denn ohne verborgene Variablen stand nicht weniger als der Determinismus auf dem Spiel. Ereignis A löst Ereignis B aus – seit eh und je eine der Säulen der Naturwissenschaft. Die Quantenphysik mit ihrem Verschränkungs- und Überlagerungszauber hingegen fußt auf Zufall: Ob ein Teilchen waagerecht oder senkrecht schwingt, ob A oder B passiert, hat keinen tieferen Grund mehr. Gläubigen Menschen wie Einstein war das zuwider: Er glaube nicht, dass Gott würfele, schrieb er einmal in einem Brief.

Ein Test für die Verrücktheit der Welt.

Das Problem für Einstein, Podolsky, Rosen und Schrödinger: Niemand, so schien es, würde jemals in der Lage sein, die Vorhersagen der Quantenphysik im Labor zu prüfen. Laser gab es noch nicht, Mikroskope waren bei Weitem noch nicht gut genug, um Atome zu sehen – von einzelnen Lichtteilchen ganz zu schweigen. Entsprechend verloren die meisten Experten das Interesse an dem Paradox, der Streit um die Quantenphysik rückte in den Hintergrund.

Das änderte sich 1964 mit einer Idee des Nordiren John Stewart Bell. Er schlug eine Art Test vor, mit dem man die Natur gezielt nach verborgenen Variablen abklopfen konnte. Alain Aspect, John Clauser und Anton Zeilinger gelang es in den Jahrzehnten darauf, diesen Bell-Test auf Labortischen voller Laser, Linsen und Spiegeln in die Realität umzusetzen. Und siehe da: Die Welt des Allerkleinsten ist genauso verrückt, wie die Quantenphysik es vorhersagt.

John Clauser war dabei 1972 der Erste, dem ein Bell-Test gelang. Alain Aspect, damals erst 33 Jahre alt, verfeinerte 1980 das Experiment. Unter anderem konnte er ausschließen, dass die Lichtteilchen vor der Messung geheime Signale mit Lichtgeschwindigkeit austauschen. Das war eines der Schlupflöcher, die Clausers-Versuche noch offengelassen hatten. Bis heute halte er das alles für höchst gewöhnungsbedürftig, gestand Aspect am Dienstag: „Ich versuche, etwas zu akzeptieren, was ich insgeheim für verrückt halte.“

Schließlich kam Anton Zeilinger – und bereitete den Weg dafür, dass die Verschränkung zwischen Teilchen schon bald einen Nutzen haben könnte. Ihn hätten die philosophischen Grundfragen der Quantentheorie schon zu Beginn seiner Laufbahn in den Bann gezogen, sagte Zeilinger am Dienstag, als er bei der Verkündung der diesjährigen Nobelpreisträger per Telefon zugeschaltet wurde. Der Schlüssel für seine Experimente an der Universität Wien hatte hingegen mit einem guten Sinn für Technik zu tun: Zeilinger und sein Team entwickelten einen Kristall, der zuverlässig Lichtteilchen miteinander verschränkte.

Damit ließ sich eine Verschränkung wie in einer Kette weiterreichen, was spektakuläre Versuche ermöglichte. 2004 schossen die Österreicher Lichtteilchen über die Donau, um öffentlichkeitswirksam zu zeigen, dass die „spukhafte Fernwirkung“ auch bei größeren Distanzen erhalten bleibt. 2012 sausten die Partikel dann zwischen La Palma und Teneriffa hin und her, 144 Kilometer. Und 2018 schickte Zeilingers Gruppe sie von Graz aus ins 7.600 Kilometer entfernte Xinglong in China.

Der Kontakt zwischen den Bodenstationen kam dabei über einen chinesischen „Quantensatelliten“ zustande. Er wurde von Zeilingers ehemaligem Doktoranden Jian-Wei Pan gebaut, mit dem Ziel, mit Quantenphysik mehr zu machen als Grundlagenforschung. Denn prinzipiell lassen sich mit verschränkten Lichtteilchen Verschlüsselungscodes übertragen. Der Vorteil: Werden sie unterwegs abgefangen, schlägt sich das – stark vereinfacht ausgedrückt – in einem verbundenen Partnerteilchen nieder, daß man zur Sicherheit nicht auf den Weg geschickt hat.

Quantenkryptografie gegen Quantencomputer.

Längst interessieren sich finanzstarke Investoren und Geheimdienste für diese Quantenkryptografie. Sie erscheint auch deshalb als Zukunftsbranche, weil Forschende rund um den Globus an Quantencomputern arbeiten. In ein paar Jahrzehnten werden die futuristischen Maschinen vielleicht die heutigen Verschlüsselungscodes knacken können, auch das dank der Verschränkung von kleinsten Teilchen. So gesehen haben ein paar Quantenphysiker, die sich für philosophische Fragen rund um Raum, Zeit und das Wesen der Realität interessieren, ein technologisches Wettrüsten begründet. Zeilinger selbst war nie verlegen um eine populärwissenschaftliche Vermarktung seiner Experimente. Unter anderem prägte er den Begriff „Quantenteleportation“, um zu beschreiben, wie sich der Zustand eines Atoms per Verschränkung auf ein zweites Exemplar in großer Entfernung übertragen lässt.

Das Ganze erinnert auf den ersten Blick an das Beamen, wie man es aus der Fernsehserie Star Trek kennt. Doch Menschen oder Objekte werde man damit nie durch den Raum schicken, bekräftigte Zeilinger am Dienstag, solche Gedankenspiele würden immer „Science-Fiction“ bleiben. Denn nicht die Materie, sondern nur Information lässt sich per Verschränkung übertragen. Aber das ist vielleicht auch schon genug, um damit die Welt zu verändern – ein Lichtteilchen nach dem anderen.

Bliebe noch die Frage, ob es nun eigentlich gut ist, dass die Welt so ist, wie sie ist. Physikerinnen und Physiker waren hier immer wieder verschiedener Meinung. John Bell, der Erfinder des ultimativen Quantentests, soll etwa betrübt gewesen sein, dass Einstein nicht recht hatte mit seinen verborgenen Variablen. Schließlich wäre die Welt damit klar vorherbestimmt – und der Mensch könnte vielleicht eines Tages die Zukunft vorhersagen. Andererseits ist Zufall auch etwas Schönes: Niemand kann wissen, was morgen passiert, selbst dann nicht, wenn er oder sie jedes Teilchen im Universum im Blick hat. Eine Erkenntnis, die die Menschheit den diesjährigen Physiknobelpreisträgern zu verdanken hat.

Revolutionäres Abbildungsverfahren mit Quantenphysik.

Ein Team um Gabriela Barreto Lemos und Anton Zeilinger von der Universität Wien sowie des VCQ konnten ein Bild mit roten Photonen gewinnen, obwohl diese nie in der Nähe des Objekts waren. Dieses revolutionäre Abbildungsverfahren könnte in der Medizin Anwendung finden.

„Wir beleuchten ein Objekt mit infraroten Photonen, die sie gar nicht detektieren. Dann gewinnen wir das Bild mit roten Photonen, die nie in der Nähe des Objekts waren“, sagt die brasilianische Physikerin Gabriela Barreto Lemos, die als Postdoktorandin am Institut von Anton Zeilinger im Rahmen eines „Vienna Quantum Fellowships“ forscht.

Keine Zauberei, sondern Physik.

Was wie Zauberei klingt, hat eine solide quantenmechanische Erklärung. Die infraroten und die roten Photonen bilden quantenmechanisch verschränkte Paare, die ihr Verhalten eng miteinander abstimmen. Die ForscherInnen erzeugten diese Photonenpaare, indem sie einen optisch nicht linearen Kristall mit grünem Laserlicht bestrahlten. Im Kristall konnten aus dem grünen Laserlicht Photonenpaare aus jeweils einem roten und einem infraroten Lichtquant entstehen. Diese Quanten wurden dann mit einem speziellen Spiegel getrennt, sodass nur die infraroten Photonen auf das Objekt, das abgebildet werden sollte, gelenkt wurden. Nachdem sie dieses passiert hatten, enthielten nicht nur die infraroten, sondern auch die mit ihnen verschränkten roten Photonen die optische Information über das Objekt.

Verfahren von Leonhard Mandel.

Die ForscherInnen ließen die in den Photonenpaaren enthaltene optische Information auf die roten Photonen übergehen, indem sie ein Verfahren nutzten, das Physiker um Leonhard Mandel von der University of Rochester 1991 entwickelt hatten. Von dem grünen Laserlicht, mit dem sie die Photonenpaare erzeugten, zweigten sie mit einem Strahlteiler die Hälfte ab. Der so gewonnene Lichtstrahl wurde mit den vom Objekt kommenden infraroten Photonen zusammengeführt und auf einen zweiten optisch nicht linearen Kristall gelenkt. Auch in diesem Kristall entstanden aus dem grünen Laserlicht Paare von infraroten und roten Photonen, die gemeinsam in einem Lichtstrahl weiterflogen.

Woher kommen die infraroten Photonen?

„Der Trick ist nun, dass die in diesem Strahl enthaltenen infraroten Photonen vom ersten oder vom zweiten Kristall stammen können, beide Möglichkeiten aber prinzipiell nicht unterscheidbar sind. Den einzelnen Photonen kann man nicht mehr ansehen, woher sie kommen“, erklärt der am Experiment beteiligte Sven Ramelow, der inzwischen an der Cornell University forscht. Die Ununterscheidbarkeit der infraroten Photonen hatte zur Folge, dass sie keine optische Information über das Objekt mehr enthielten. Deshalb wurde die zuvor auf beide Photonensorten verteilte Information nur noch allein von den roten Photonen getragen. Zur Abbildung des Objektes brauchten die nun wertlosen infraroten Photonen nicht mehr detektiert zu werden. Tatsächlich gibt es gegenwärtig auch gar keine ausreichend leistungsfähigen Infrarotkameras.

Rote Photonen mit Strahlteiler zusammengeführt.

Die nun ausschließlich in den roten Photonen enthaltene Information machten Gabriela Barreto Lemos und ihre Kollegen sichtbar, indem sie die von den beiden Kristallen kommenden roten Lichtwellen mithilfe eines weiteren Strahlteilers zusammenführten und zur Interferenz brachten. Die Lichtsignale in den beiden Ausgängen des Strahlteilers ergaben zwei einander ergänzende Bilder, die von einer CCD-Kamera aufgezeichnet wurden. CCD steht für Charge Coupled Device, diese speziellen Kameras nehmen elektronisch verstärkte und aus vielen Pixeln bestehende Bilder auf, mit denen sich Bewegungsvorgänge dokumentieren lassen.

Katzensilhouette Positiv und Negativ.

Was ihr Abbildungsverfahren leisten kann, demonstrierten die ForscherInnen an drei verschiedenen, mikroskopisch strukturierten Objekten, die Garrett Cole von der Universität Wien und dem Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) hergestellt hatte. Zuerst hielten sie eine Blende mit dem Umriss einer Katze in den infraroten Lichtstrahl. Daraufhin zeigte die Kamera zwei Bilder, in denen die Katzensilhouette im roten Licht deutlich als Positiv bzw. als Negativ sichtbar war.

Das zweite Objekt war ein Silizium-Plättchen, in das der Umriss der Katze eingeätzt worden war. Wieder zeigten die beiden Bilder der CCD-Kamera die Katzensilhouette als rotes Positiv bzw. Negativ. Durch direkte Bestrahlung mit rotem Licht lassen sich solche Bilder nicht gewinnen, da das benutzte Silizium-Plättchen für rotes Licht völlig undurchlässig ist.

Unsichtbares sichtbar machen.

Anhand eines Plättchens aus Silikatglas mit einer Vertiefung in Form eines „Ψ“ (griechisch Psi) demonstrierten die Forscher, dass ihr Abbildungsverfahren Unsichtbares sichtbar machen kann. Die Vertiefung in dem für infrarotes und rotes Licht durchlässigen Glas änderte lediglich die Schwingungsphase des durchgehenden Lichts. Die Phase des roten Lichts änderte sich dabei genau um eine Schwingung. Deshalb war das rote Licht nach dem Passieren des Plättchens überall wieder in Phase, sodass das „Ψ“ völlig unsichtbar blieb. Für infrarotes Licht hingegen verursachte die Vertiefung einen Phasenunterschied von einer halben Schwingung, der sich durch Interferenz sichtbar machen ließ. So war auf den beiden Kamerabildern deutlich ein „Ψ“ zu sehen – obwohl für die Abbildung rotes Licht verwendet worden war.

Anwendung in der Medizin und in Umweltuntersuchungen.

„Das Experiment unterstreicht die fundamentale Rolle, die Information in der Quantenphysik spielt“, betont Anton Zeilinger. Zudem eröffnet das neue Abbildungsverfahren vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. „Man kann ein Objekt fotografieren, indem man es mit Licht bestrahlt, das vom Ultravioletten über das Infrarote vielleicht sogar bis zur Terahertzstrahlung reicht, während man das Bild bei einer freigewählten Wellenlänge aufzeichnet, für die es leistungsfähige Detektoren gibt“, erklärt Zeilinger. Das könnte man etwa für die Bildgebung in der Medizin und für Umweltuntersuchungen nutzen.

Gabriela Barreto Lemos fügt hinzu: „Man kann biologische Proben oder Halbleiterstrukturen aus Silizium mit Licht einer bestimmten Wellenlänge, das sich für die Bildaufnahme besonders eignet, bestrahlen. Das Bild wird dann mit Licht einer anderen Wellenlänge, das auf die Detektoren abgestimmt ist, erzeugt.“ Dadurch wird es auch möglich, Bilder in Wellenlängenbereichen aufzunehmen, für die man gar keine Detektoren besitzt. Auf ihr Verfahren, das sie weiterentwickeln wollen, haben Gabriela Barreto Lemos und ihre KollegInnen inzwischen ein Patent angemeldet. (red/Rainer Scharf).

Die Publikation „Quantum imaging with undetected photons“ (AutorInnen: Gabriela Barreto Lemos, Victoria Borish, Garrett D. Cole, Sven Ramelow, Radek Lapkiewicz und Anton Zeilinger) erschien am Donnerstag, 28. August 2014, im Fachmagazin Nature.

Update 26. Juli 2022:
Leben wir in einem Schwarzen Loch?

Schwarze Löcher können uns vieles über die Entstehung unseres Universums erzählen. Der Wissenschaftler Nikodem Poplawski geht davon aus, dass nicht der „Big Bang“ der Anfang unseres Universums war, sondern ein „Big Bounce“ – ein großer Rückprall. Folglich könnte unser Universum aus einem Schwarzen Loch entstanden sein.

Oder leben wir sogar in einem Schwarzen Loch? Woher kommt die Materie, aus der wir Menschen und mit uns der Rest des Universums geformt ist? Die Astronomen und die Astrophysiker haben dazu Theorien – keine ist allerdings so ungewöhnlich wie die des Mathematikers und Physikers Nikodem Poplawski: Er ist überzeugt, dass Schwarze Löcher neue Universen gebären – und dass wir möglicherweise in einem Schwarzen Loch eines größeren Universums existieren.

Kann das sein? Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wie Silke Britzen, Nadine Neumayer und Jan Steinhoff sind da skeptisch – stellen sich aber auch die Frage, ob der Urknall wirklich der Anfang unseres Universums war. Was jedenfalls im Inneren eines Schwarzen Lochs vorgeht, entzieht sich unserer Kenntnis.

Wichtig ist dabei der Mittelpunkt, die sogenannte Singularität, der absolute Nullpunkt. Sie komprimiert die ins Schwarze Loch gefallene Materie auf ein Allerkleinstes und löscht dabei jedwede Information. So weit zumindest die Voraussagen von Albert Einstein von vor über 100 Jahren.

Die Existenz einer Singularität ist allerdings nur eine viel diskutierte Theorie, die noch lange nicht bewiesen ist. Wenn es keine Singularität gibt, wie Poplawski glaubt, würde aus einem Schwarzen Loch ein Baby-Universum hervorgehen können, das sich zu einem immer größer werdenden Universum aufbläht.

Klingt wie Sci-Fi? Willkommen zu einem Gedankenexperiment, das bewusstseinserweiternde Wirkungen entfaltet und möglicherweise darauf hindeutet, dass wir die Urknalltheorie über den Haufen werfen müssen. Wissenschafts-Dokureihe (D 2021, 27 Min) Quellen und weiterführende Links:

1. Leben wir wirklich im schwarzen Loch? …ein Aufsatz von Nikodem Poplawski… https://www.insidescience.org/news/ev… …die “ganz einfache” Erklärung… http://www.nikodempoplawski.com/ULA20….
2. So sehen wir Schwarze Löcher …die Wissenschaft hinter dem Event Horizont-Projekt… https://eventhorizontelescope.org/sci… …eine Karte mit 25,000 Schwarzen Löchern… https://www.universiteitleiden.nl/en/… …Die Entdeckung “unseres” Schwarzen Lochs… https://www.spektrum.de/news/am-ende-….
3. Die Theorie dahinter …Big Bang …oder Big Bounce?… https://www.pbs.org/wgbh/nova/article….

Nikodem Poplawskis verfeinerte Urknalltheorie:

Obgleich die Urknalltheorie heute als allgemein akzeptiert gilt, gibt es kaum Vorstellungen darüber, wie es denn überhaupt zum Urknall gekommen sein könnte. Eine ganz besonders schöne Idee hierzu stammt vom polnischen Astrophysiker Nikodem Poplawski. Wie es scheint, kann sie gleichzeitig auch noch „Weiße Löcher” und „Wurmlöcher” erklären:

Nikodem Poplaski stellt sich das vor, wie folgt:

Seine Theorie könnte erklären, inwiefern jedes Weiße Loch einen Prozess darstellt, der den des Schwarzen Lochs spiegelbildlich — und vielleicht auch nur einen Augenblick lang — durch Druckausgleich umkehrt: Materie in einem Schwarzen Loch wandert auf spiralförmiger Bahn hin zum Zentrum des Loches und wird dadurch immer mehr beschleunigt. Dies erzeugt (man denke an damit entstehende Fliehkraft) einer der Gravitation entgegenwirkende Torsionskraft, so daß — sobald sie dominiert — das Schwarze Loch sich schlagartig fortsetzt zu einem Weißen Loch, aus dem dann sogar genügend Energie für eine ganzes Universum, dem unseren gut vergleichbar, kommen könnte.

In diesem Sinne könnte der Prozess, der das Anwachsen der Masse eines Schwarzen Lochs darstellt, als so eine Art „Verdauungsvorgang“ gedeutet werden, der alles ins Loch Gefallene „verdaut“ (d.h. mehr und mehr seiner Form beraubt), es hin zur Singularität des Loches schrieb und so dort ständig steigenden Druck aufbaut, der — falls er groß genug wird — zu einem urknallartigen Ereignis führt, das einen Großteil dieser nun freige­setz­ten Energie zum nur noch aus Glonenplasma bestehendem Inhalt eines neuen Universums werden lässt, das sich nun inflationär ausbreitet. Und natürlich wäre ein Schwarzes Loch, dessen Zentrum sich auf solche Weise zur Quelle eines Weißen Lochs gemacht hat, auch gute Erklärung für Wurmlöcher.

Man fragt sich also: Kann die Singularität jedes hinreichend massiven Schwarzen Lochs gesehen werden als so eine Art „Darmausgang“ (= Schließmuskel am Ende des „Darms“ eines Schwarzen Lochs), aus dem sich gelegentlich schlagartig eine große Menge im Loch angesammelter Energie pupsartig entlädt, so daß dies den Urknall eines neu entstehenden Universums darstellt? Wenn dem so wäre, könnte dies erklären, warum man Weiße Löcher und Wurmlöcher in Einsteins mathematischem Modell der Raumzeit zwar hat, Astronomen sie aber noch nie beobachten konnten: Sie existieren wohl einfach stets nur einen Augenblick lang (ebenso lange, bis im Zen­trum des Schwarzen Lochs angestau­ter Über­druck sich explosionsartig entladen hat).

Zudem wären „pupsende“ Schwarze Löcher — da überaus massereich — ja wohl auch stets nur in geringer Zahl vorhanden bzw. gerade im Zustand, in dem Druckausgleich stattfindet. Das Wurmloch — nur im Augenblick eines Druckausgleichs gegeben — wäre im Inneren des Schwarzen Lochs verborgen und somit nie beobachtbar.

Hinweis: Die Einstein-Cartan-Gravitationstheorie (ECG), auf der Poplawski aufbaut, ist Erweiterung der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) insofern, als sie der Raumzeit neben Krümmung als zusätzlichen Freiheitsgrad auch noch Torsion zugesteht. Dies führt zu einer zusätzlichen Feldgleichung. Sie koppelt die Torsion mit dem Spindichtetensor. Die Kopplung zwischen Spin und Torsion in der Einstein-Cartan-Gravitationstheorie erzeugt gravitative Abstoßung bei extrem hohen Dichten (genauer: wenn Energiedichten die Größenordnung des 1038-fachen der Dichte von Neutronensternen überschreiten) – siehe weiter unten: „Weiße Löcher” oder „Ur-Prall” – ein Gespräch mit Anna Ijjas vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik.

Update 15. Juli 2022:
Die Hitze war nur im Computermodell extrem – wieder einmal wurde die Unsicherheit von Wetterprognosen unterschätzt

Um Temperaturen vorherzusagen, genügt es nicht, die Simulationen anzuschauen. Die Werte müssen auch interpretiert werden, und dazu gehört Fachkenntnis – von Sven Titz

Über dem Turbinenplatz in Zürich testet die Stadt einen künstlichen Nebel, um die Umgebung zu kühlen.
Über dem Turbinenplatz in Zürich testet die Stadt einen künstlichen Nebel, um die Umgebung zu kühlen – Michael Buholzer / Keystone.

Noch vor wenigen Tagen machten Vorhersagen extremer Hitze in Europa die Runde. Nicht nur in Spanien und Südfrankreich – nein, auch in der Schweiz und Deutschland müsse man Mitte Juli mit Temperaturen um 40 Grad Celsius rechnen, vielleicht auch darüber, hiess es in manchen Medien. So heiß wird es in Mitteleuropa wohl doch nicht werden. Die 40 Grad werden vorerst nicht erreicht. Um eine wirklich fehlerhafte Prognose handelt es sich dabei allerdings nicht. Vielmehr ist in manchen Ankündigungen der großen Hitze verloren gegangen, wie unsicher Vorhersagen sind – primär solche, die sich auf einen Zeitraum beziehen, der eine Woche und mehr in der Zukunft liegt. Außerdem basierten manche Aussagen auf Modellsimulationen, die unsachgemäß interpretiert wurden. Bezogen auf die Hitze in Deutschland könne man fast von einem Hype sprechen, sagt Marco Stoll von Meteo Schweiz. Nach seiner Darstellung wird der erste Schwall Heißluft aus Spanien, der in der Schweiz und in Süddeutschland ein Temperaturmaximum am heutigen Donnerstag hervorruft, danach wieder von maritimer Luft abgedrängt. Der Norden Deutschlands werde von dieser ersten Hitzewelle voraussichtlich verschont.

Anschließend werde es in der Schweiz eine Reihe von Nächten mit relativ tiefen Temperaturminima geben, zwischen 12 und 17 Grad, sagt der Meteorologe Stoll. Dann könne man gut lüften, die Menschen könnten sich erholen. Nur auf der Alpensüdseite machen die hohen Temperaturen keine Pause. In der kommenden Woche nimmt die Hitze dann einen neuen Anlauf. Nach gegenwärtigen Prognosen muss man in der Schweiz am Mittwoch stellenweise mit Höchsttemperaturen um 35 Grad Celsius rechnen, in Deutschland um 37 Grad. Auch die Trockenheit geht in der Schweiz in die Verlängerung. In allen Seen würden die Pegelstände sinken, gab das Bundesamt für Umwelt am Montag bekannt. Nur in die von Gletschern gespeisten Flüsse strömt mehr Wasser.

Die Rohdaten müssen nachträglich ausgewertet werden.

Generell hätten die Prognosemodelle ihre Stärke nicht an der Erdoberfläche, erläutert Stoll. Sie seien vielmehr gut darin, großräumige Luftströmungen wiederzugeben. Hinzu komme die Komplexität der Landschaft. Selbst räumlich hoch aufgelöste Prognosemodelle könnten die Wetterverhältnisse in einem Land wie der Schweiz mit vielen Hügeln und Bergen nicht bis in die geografischen Details hinein darstellen. Darum machen Meteorologen für die eigentliche Vorhersage der lokalen Temperaturwerte nachträgliche Anpassungen. Sie beruhen auf statistischen Auswertungen früherer Vorhersagen. «Postprocessing» heisst der Fachbegriff dafür. Laut Stoll gilt das zum Beispiel auch für die Werte, die in der App von Meteo Schweiz gezeigt würden. Doch heutzutage können Laien auf diversen Webseiten auch die rohen, noch nicht angepassten Resultate von Wetterprognosemodellen erhalten. Dann kommt es leicht zu Fehlinterpretationen, nicht nur was die lokalen Besonderheiten betrifft.

Trocknet der Boden im Computermodell aus, wird es heiß.

Ein Teil der Vorhersagekarten, die in den sozialen Netzwerken kursieren, stammt zum Beispiel von dem Prognosemodell GFS der National Centers for Environmental Prediction in den USA. Doch dieses Modell hat eine Schwäche, die versierten Meteorologen längst bekannt ist: Vielerorts sinkt im Sommer die Feuchtigkeit in der obersten Bodenschicht stärker ab als in der Realität. Die Folge ist, dass in diesem Modell weniger Energie der Sonnenstrahlung in die Verdunstung von Wasser umgesetzt wird; diese Energie geht stattdessen vermehrt in die Aufheizung des Bodens und der Luft. Darum können die simulierten Temperaturwerte im Sommer auf phantastisch hohe Werte steigen, die in der Wirklichkeit nicht eintreffen.

In einer der GFS-Simulationen, die vor ein paar Tagen auf Twitter geteilt wurden, erreichte zum Beispiel die Temperatur im Westen Deutschlands sage und schreibe 45 Grad Celsius. Dieser Wert liegt weit über dem deutschen Rekordmaximum von 41, 2 Grad und erscheint unter den gegenwärtigen Bedingungen kaum erreichbar, selbst wenn der Klimawandel das Niveau bereits angehoben hat. Doch bei dieser Hitzeperiode ist es nicht nur zu Fehlinterpretationen gekommen. Die Vorhersagen mussten durchaus auch ein wenig nach unten korrigiert werden. Einer der Kandidaten für die Unsicherheitsquelle ist das kleine Tiefdruckgebiet westlich der Iberischen Halbinsel, welches die Hitze aus Spanien Richtung Mitteleuropa befördert. Derartige Tiefs bringen die Vorhersagen oft durcheinander. Ob das auch diesmal so war, das weiß auch Stoll nicht. Selbst im Nachhinein sei oft nicht leicht zu sagen, wodurch im Einzelfall eine ungenaue Vorhersage hervorgerufen werde.

Update 12. Juli 2022:

Vergangenheit, Zukunft und der ganze kosmische Rest.

Das James-Webb-Teleskop liefert atemberaubende Bilder. Sie erzählen die größte Geschichte aller Zeiten – und stellen die Frage, ob wir wirklich alleine sind – von Robert Gast.

Los ging es mit einem Schwarzweiß-Bild, vier verschwommene Punkte vor einem krisseligen Hintergrund. Die Nasa schwärmte von der beispiellosen Schärfe der Aufnahme, von den spektakulären Möglichkeiten des neuen Weltraumteleskops. Die Weltpresse hingegen wunderte sich über die mäßige Qualität – zurecht, wie sich zeigen sollte: Jemand hatte den Spiegel des Teleskops falsch geschliffen, der Neuling startete seine Mission mit einem Sehfehler. Hubble sollte trotzdem ein großer Erfolg werden, denn ein paar Jahre nach seinem Start im April 1990 spendierten Astronauten dem Weltraumteleskop eine Art Brille. Nun, drei Jahrzehnte später, hat das wohl berühmteste aller Fernrohre auch einen Nachfolger bekommen: Seit Weihnachten 2021 schwebt „James Webb“ im Weltall, 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, an einem Punkt weit jenseits des Mondes. James Webb ist ein Hightech-Observatorium aus dem 21. Jahrhundert, größer, ambitionierter und ausgeklügelter als Hubble. Und es liefert, das kann man mittlerweile sagen, definitiv beeindruckende Bilder, ganz ohne Brille. Das zeigte schon jene Aufnahme, die US-Präsident Joe Biden in der Nacht auf Dienstag vorgestellt hat.

 

Nun haben die Forschenden von Nasa, Esa und kanadischer Weltraumbehörde CSA weitere Bilder präsentiert. Sie alle erzählen jeweils eine eigene Geschichte. Mal geht es um einen Kreißsaal für neue Sonnen, mal um eine bildhaft schöne Sternleiche, mal um verschmelzende Galaxien und mal um einen exotischen Planeten, der eine große Frage aufwirft. Die Aufnahmen ähneln dabei modernen Kunstwerken – und sind doch nur eine Art Vorgeschmack auf das, was James Webb in den kommenden Jahren noch liefern soll.

Wie Sterne entstehen?

Aus sicherer Entfernung betrachtet handeln viele Abläufe im Universum von Geburt, Tod und Wiedergeburt. Wohl nirgendwo lässt sich das so genau beobachten wie im Carinanebel. Am Nachthimmel bedeckt die Region eine Fläche, die viermal so groß ist wie der Vollmond. Dort draußen, in 7.600 Lichtjahren Entfernung, brennt ein gutes Dutzend von Riesensternen, einige hundertmal so schwer wie unsere Sonne.

Eine kosmische Kita: Der Carinanebel. © NASA, ESA, CSA, and STScI.

Vor ein paar Millionen Jahren ist ein solcher Gigant im Carinanebel explodiert. Die Schockwelle dieser Supernova breitet sich bis heute in der Region aus und schiebt dabei große Mengen von Staub und Gas vor sich her. Und an manchen Stellen, beharkt von der intensiven Strahlung der prallen Nachbarn, verdichtet sich das Material so weit, dass neue Sterne entstehen. Auf ähnliche Weise entstand vor 4,6 Milliarden Jahre auch unsere Sonne – entsprechend schauen wir hier gewissermaßen in unsere kosmische Vergangenheit. Auf der Aufnahme von James Webb erinnert die turbulente Region an eine Steilküste am Meer. Und dank der besseren Instrumente des Teleskops können die Forschenden künftig wohl im Detail nachvollziehen, wie der kosmische Dreck zu neuen Babysonnen verklumpt.

Das Ende der Sonne!

Eher um die ferne Zukunft unserer Heimat im All geht es im planetarischen Nebel NGC 3132, auch bekannt als Südlicher Ringnebel. Trotz ihres Namens haben planetarische Nebel nichts mit Planeten zu tun. Stattdessen ist NGC 3132 ein Sternduo, dessen Umfeld schon auf den Aufnahmen von Hubble in prächtigen Farben schillerte.

Wenn ein Stern stirbt: Der planetarische Nebel NGC 3132. © NASA, ESA, CSA, and STScI

James Webb zeigt die Region nun in ungeahntem Detail. Und erlaubt damit eine Art Vorschau auf unser eigenes Sonnensystem, wenn der Sonne in fünf bis sieben Milliarden Jahren der Brennstoff ausgegangen ist. Dann nämlich bläht sich die Sonne erst zu einem Roten Riesenstern auf, der Merkur, Venus und vielleicht auch die Erde verschlingt. Etwas später fällt die riesige Feuerkugel dann in sich zusammen. Übrig bleibt ein milchig schimmernder Überrest, ein Weißer Zwerg.  Während ihres Todeskampfes pustet die Sonne die äußeren Schichten ihrer Gashülle ins All. Mit der Zeit driften sie nach außen. Im „Südlichen Ringnebel” hilft die Strahlung des Nachbarstern, dieses Material in alle Richtungen zu verteilen, derzeit strebt es sich mit etwa 14 Kilometern in der Sekunde auseinander –

Die kollidierenden Galaxien von Stephans Quintett. © NASA, ESA, CSA, and STScI

weiterlesen bei der ZEIT.

Aus Licht Materie – der Breit-Wheeler-Effekt – Neutrinos:

Update 08.06.2022 – Chaos und Kosmos – Quelle: FAZ.

Universelle Fraktal-Bildung – im Großen und Kleinen – auch Schatten aus einem höheren Reich:
Eine Projektion des Kac-Moody-Algebra Wurzelsystems – Fotobox FAZ – das letzte Bild ist die OeHu-Sicht.
Unser Universum entstand nach einem Urknall. Dies Wissen wir. Doch an diesem Moment selbst stößt die Naturwissenschaft an eine harte Grenze der Erkenntnis. Sie könnte unüberwindlich sein.

Gab es einen allerersten Augenblick? Oder existierte diese Welt aus Raum, Zeit und Materie schon immer? Die Philosophie war sich hier notorisch uneinig, seit Aristoteles seinem Lehrer Platon widersprach. Der schrieb in seinem Dialog „Timaios“, es habe so etwas wie Zeitabschnitte nicht gegeben, „bevor der Himmel entstand“, Welt und Zeit seien also „zugleich ins Werk gesetzt“ worden. Aristoteles aber plädierte für die Ewigkeit der Welt. Immanuel Kant schließlich erklärte die Frage für unlösbar. In seinem erkenntnistheoretischen Hauptwerk präsentiert er sie 1781 als eine „Antinomie der reinen Vernunft“: Sowohl für einen Anfang der Zeit und eine Endlichkeit des Alls als auch dagegen ließen sich jeweils logisch wasserdichte Beweise führen – doch könne nicht beides wahr sein. Kant wollte damit zeigen, wie leicht man mit reinem, also empiriefreien Denken Schiffbruch erleiden kann.

Da fragt sich, ob und, wenn ja, wie weit empirische Naturwissenschaft die Frage beantworten kann. Tatsächlich kam diese hier ein gutes Stück weiter, als es Kant wohl für möglich gehalten hätte. Die moderne Astrophysik kann aus besten empirischen Gründen behaupten, das beobachtbare Universum sei vor 13,8 Milliarden Jahren ein heißer und dichter Ball gewesen – sagen wir, etwa von der Größe einer Pampelmuse –, der sich danach bis auf seine heutige Größe ausdehnte. Das ist die Urknall-Theorie. Sie ist heute allseits akzeptiert, wenn es auch Widerstände gab, darunter anfangs auch von Albert Einstein.

Als der sah, dass seine Gravitationstheorie kein ewig existierendes Universum erlaubt, bastelte er flugs einen Term an seine Gleichungen, um dem Makel abzuhelfen. Die darin auftretende „kosmologische Konstante“ ist heute ein integraler Teil der Theorie des Kosmos – aber aus einem ganz anderen Grund. Und noch 1996 erlebte der Autor dieses Artikels einen Vortrag des britischen Astrophysikers Fred Hoyle vor Fachkollegen, in dem dieser die Evidenz für den Urknall wegzuerklären versuchte. Hoyle selbst hatte einst das Wort „Urknall“ geprägt, um sich über die Idee lustig zu machen. Er glaubte fest an ein Universum ohne Anbeginn.

Die Urknall-Theorie handelt nicht vom Urknall.

Trotzdem sind die Aristoteliker noch nicht widerlegt. Denn alle heute verfügbaren Beobachtungstatsachen, darunter insbesondere die Fluktuationen der kosmischen Hintergrundstrahlung, im Verein mit den Einstein’schen Formeln und einigen Tatsachen der Teilchen- und Kernphysik, verfolgen die Geschichte des Kosmos nur bis zu jenem Pampelmusenstadium zurück. Aber woher kam die Pampelmuse? Der Moment des Urknalls selbst taucht in der Urknall-Theorie gar nicht auf. Die Frage nach dem ersten Anfang ist in der modernen Kosmologie mitnichten bereits beantwortet. Jedenfalls nicht empirisch. Mathematisch kann man das Schicksal der Pampelmuse unter dem Regiment der Einstein’schen Gleichungen weiter zurückverfolgen. Doch dabei stößt man bereits nach Sekundenbruchteilen auf etwas Schreckliches: auf die Singularität. Dort, so diktieren es Einsteins Gleichungen, habe sich der Raum unendlich stark gekrümmt, alles Materielle darin sei auf einem mathematischen Punkt vereinigt gewesen. Die Zeit habe allerdings in der Singularität erst begonnen, ein „Davor“ es folglich nicht geben können. Platon hätte Recht, genauso der Heilige Augustin, der davon ausging, dass Gott im Schöpfungsakt auch die Zeit erschaffen hat und der dann in einem für ihn untypischen Anfall von Humor hinzufügte, er könne sich gerade noch den Scherz verkneifen jemandem, der frage, was Gott vor der Erschaffung der Welt getan habe zu antworten: „Da hat er die Hölle gemacht für Leute, die solch hohen Dingen nachforschen.“

Nun glaubt niemand, Einsteins Gravitationstheorie bleibe bis in die Singularität hinein gültig. In irgendeinem mikro­skopisch kleinen Vorstadium der Pampelmuse müssen Quanteneffekte noch so wichtig gewesen sein, dass sie Einsteins Formelwerk entscheidend abänderten – zu dem einer Theorie der Quantengravitation. Nach dieser wird seit Jahrzehnten gefahndet, und es gibt intensiv erforschte Ansätze, etwa die Stringtheorie. Doch da sich deren genuine Effekte erst bei Teilchenenergien oder Raumkrümmungen bemerkbar machen dürften, wie sie im frühsten Universum – noch vor dem Pampelmusenstadium – herrschten, ist die für die Wissenschaft so fruchtbare Dialektik von Theorie und Empirie hier ausgebremst: Es fehlt an Empirie.

Nicht aber an Theorie. Und so kursieren viele Vorschläge, wie es gewesen sein könnte. Einige sind in obiger Bilderstrecke kurz vorgestellt. Dabei gibt es sowohl Konzepte platon’scher Art, die einen ersten Anfang favorisieren – etwa die von Jim Hartle und Stephen Hawking, die Letzterer auch in seinem Bestseller „Eine kurze Geschichte der Zeit“ bewarb – als auch aristotelische. Wobei auffällt, dass die Aristoteliker das Feld heute dominieren. Es scheint unter den Quantenkosmologen eine wachsende weltanschauliche Präferenz für eine Ewigkeit der Welt zu geben. Die bedient auch die heute besonders populäre Idee der „ewigen Inflation“. Dahinter steht allerdings ein Modell des frühsten Universums, das vielen Astrophysikern auch empirisch attraktiv erscheint: Demnach gab es, bevor der Kosmos Pampelmusengröße erreichte, ein hypothetisches Quantenfeld, welches den Raum exponentiell aufblähte, bevor es in die Strahlung und Materie zerfiel, die heute unser Universum erfüllt. Eine solche „kosmische Inflation“ würde es unter anderem plausibel machen, warum unser Universum auf großen Skalen so gleichförmig erscheint.

Die Inflation der Universen.

Die Vorstellung hinter der ewigen Inflation ist nun, dass jenes blähende Quantenfeld weit jenseits des uns zugänglichen Universums noch nicht zerfallen ist, sondern weiter expandiert, bis es auch an anderer Stelle zerfällt und dort ein anderes Universum voller Teilchen und Strahlung ins Dasein ruft. Nimmt man nun noch Ideen aus der Stringtheorie hinzu, könnten sich in solchen anderen Universen jeweils andere stringtheoretische Möglichkeiten – von denen es eine ganze „Landschaft“ aus Myriaden verschiedenen gibt – materialisiert haben und damit jeweils andere Naturgesetze. Anhängern dieser Vorstellung gefällt das, weil sie damit glauben, erklären zu können, warum die Gesetze unseres Universums ausgerechnet so beschaffen sind, dass Sterne, Planeten und schließlich Lebewesen entstehen konnten: Irgendwo im Multiversum musste es auch dazu kommen. Doch dieses Ideengebäude hat Probleme. Zunächst einmal ist die „ewige Inflation“ gar nicht ewig. Das haben 2003 die Kosmologen Arvind Borde, Alan Guth und Alex Vilenkin – Guth ist einer der Erfinder der kosmischen Inflation – entdeckt. Demnach muss auch ein inflationäres Multiversum irgendwann einmal einen ersten Anfang genommen haben.

Unser Kosmos im Sumpfland.

Während das nur weltanschaulich unschön ist, droht nun auch physikalisch Ungemach: 2018 äußerte ausgerechnet der prominente Stringtheoretiker Cumrun Vafa aus Harvard die Vermutung, Universen mit positiver kosmologischer Konstante – sogenannte de-Sitter-Universen, wie auch unseres eins ist – könnten in der Landschaft der physikalisch sinnvollen stringtheoretischen Möglichkeiten gar nicht vorhanden sein, sondern nur in einem „Sumpf“ aus physikalisch unbrauchbaren. „Diese Swampland-Vermutung wird gerade sehr kontrovers diskutiert“, sagt Dieter Lüst vom Max-Planck-Institut für Physik in München. Noch aber ist nicht ausgemacht, ob die stringtheoretischen de-Sitter-Universen wirklich alle im Sumpf liegen. Daher hat Lüst zusammen mit Kollegen der Ben-Gurion-Universität des Negev sowie anderen aus Deutschland und Israel ein 1,6 Millionen Euro schweres Projekt der Deutschen Forschungsgemeinschaft zur Swampland-Vermutung initiiert. Unter den Kosmologen tangiert das Sumpfproblem indes nicht nur die Fans des Multiversums: Da jedes in inflationärer Blähung begriffene Universum vom de-Sitter-Typ ist, bringt Vafas Idee auch die gängigen Modelle der kosmischen Inflation insgesamt in Gefahr.

Doch auch so könnte sich nicht nur die Inflationsidee, sondern jegliche Quantenkosmologie am Urknall letztlich die Zähne ausbeißen. Das vermutet Hermann Nicolai, Direktor emeritus am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam-Golm in einem 2021 in Classical and Quantum Gravity erschienenen Fachartikel. Er argumentiert darin mit Forschungen, die er zusammen mit Fachkollegen angestellt hat, und zieht eine Annahme in Zweifel, die alle treffen, die Berechnungen über den Moment des Urknalls und die Augenblicke danach anstellen: Dass die Verhältnisse dort einfach sind, sich etwa durch wenige Größen beschreiben lassen – zum Beispiel den Radius dessen, was sich dann zur Pampelmuse aufbläht, oder die Stärke des blähenden Quantenfelds.

BKL oder das Chaos an der Singularität.

Das sei in allen relevanten Fällen unangemessen, argumentiert Hermann Nicolai. Für die reinen Einstein-Gleichungen ist das seit den späten Sechzigerjahren bekannt. Im Jahr 1967 hatten Roger Penrose und Stephen Hawking gezeigt, dass Einsteins Theorie in Schwarzen Löchern oder am Urknall unvermeidlich zu Singularitäten führt. Daraufhin haben die sowjetischen Physiker Wladimir Belin­ski, Isaak Khalatnikow und Jewgeni Lifschitz, kurz „BKL“, das Verhalten der Raumzeit in unmittelbarer Nähe einer Singularität analysiert und festgestellt, dass sie dort oszilliert – aber nicht in Form gepflegter Wellen, sondern chaotisch. Dahinter steckt die abstrakte Version eines Billards mit gekrümmten Banden (siehe die letzten drei Grafiken der Bilderstrecke). Von Einfachheit also keine Spur.

„Um BKL hat sich dann lange niemand gekümmert“, sagt Hermann Nicolai, „obgleich es meiner Ansicht nach eines der wichtigsten Resultate der theoretischen Kosmologie der letzten fünfzig Jahre ist.“ Aber vielleicht erledigte sich das Pro­blem ja, wenn man zusätzlich Materie berücksichtigt, in höheren Dimensionen rechnet – wie das in der Stringtheorie notwendig ist – oder generell mit Ansätzen zur Vereinheitlichung von Gravitation und Quantenphysik operiert? In manchen Fällen verschwinde das Chaos dann tatsächlich, sagt Nicolai. „Doch dann hat sich herausgestellt: Ausgerechnet die Modelle, die aus solchen vereinheitlichenden Ansätzen kommen, die sind alle chaotisch.“

Die geheimnisvolle E10.

Dabei tauchte in den Untersuchungen von Nicolai und Kollegen eine zwar zuvor schon bekannte, aber bis heute kaum verstandene mathematische Struktur namens E10 auf. „Sie ist ein Hinweis darauf, welche Art von Theorie Einsteins Gravitationstheorie ersetzen muss, wenn man in die Nähe der Singularität kommt“, erklärt Nicolai. Denn sie hängt mit einer abstrakten Symmetrie zusammen. Das sei ein wenig so wie in der Elementarteilchenphysik, wo bei sehr hohen Energien oder winzigen Abständen (Lücken) in den mathematischen Beschreibungen Symmetrien auftauchen. Diese etablieren die Existenz von Teilchen, die erst bei diesen hohen Energien real in Erscheinung treten. Ähnlich habe man sich das am Beginn des Universums vorzustellen: Erst in unmittelbarer Nähe zur Singularität, bei den kleinstmöglichen Abständen, zeigt die Quantengravitation ihr wahres Antlitz, und wie Hermann Nicolai und seine Mitarbeiter vermuten, ist dieses Antlitz, oder zumindest ein wesentlicher Aspekt davon, genau E10.

Visuell ins Angesicht schauen kann man ihr nicht. Allenfalls lässt sich auf dem Computer die ebene Projektion, also quasi der Schattenwurf, eines höherdimensionalen Raumgebildes erstellen, das von E10 erzeugt wird. Dabei kommt dann so etwas heraus wie die nebenstehend gezeigte grünliche Punktwolke. Aber selbst dieses psychedelische Monstrum ist unsagbar viel simpler als E10 selbst. Dabei ist die E10 eigentlich durch fünf kurze Gleichungen vollständig definiert. Doch diese ziehen eine ungeheure Komplexität nach sich, die sich immer weiter steigert, je genauer man sie sich ansieht. Das sei etwa so wie bei der Mandelbrot-Menge, erklärt Nicolai, also dem berühmten Apfelmännchen. „Die wird auch durch eine sehr einfache Vorschrift definiert, und daraus entwickelt sich etwas extrem Kompliziertes.“

„Tiefste Mathematik“.

Anders als beim Apfelmännchen sind die immer neuen Strukturen bei E10 nicht selbstähnlich – soweit man weiß, denn die mathematische Erforschung dieses Biests ist in fünfzig Jahren kaum vorangekommen. Nicolai zitiert hier den Mathematiker Igor Frenkel von der Yale University, der viel auf diesem Gebiet gearbeitet hat. Er habe das Programm einer Aufklärung der E10 einmal als „tiefste Mathematik“ bezeichnet und auf eine Stufe mit dem Beweis der Riemannschen Vermutung gestellt, einem der härtesten Nüsse überhaupt. Was man laut Nicolai aber sagen könne: Verfolgte man eine mathematisch nach E10 verfasste Physik in der Zeit zurück, würden sich darin immer neue und verwickeltere ab­strakte Räume öffnen. „Es verästelt sich immer weiter, wird immer komplizierter, und es hört auch nie auf, komplizierter zu werden.“ Das kann nicht ohne Folgen für die Erforschung des frühesten Universums bleiben. „Ich kann das einem beliebig großen Computer geben, vielleicht sogar einem Quantencomputer, aber der käme nie an ein Ende.“

Auch der Physikphilosoph Christopher Smeenk von der Western University in der kanadischen Provinz Ontario, der sich viel mit der modernen Kosmologie befasst, sieht hier eine Grenze, die durch schnellere Computer oder bessere Software nicht zu überwinden wäre. „Die Rechnungen werden einfach unmöglich aufgrund der Struktur der E10“, sagt er. „In diesem Fall können wir der Theorie natürlich nicht deswegen vertrauen, weil sie in diesem Regime erfolgreiche Vorhersagen macht.“ Aber das sei für sich noch kein Problem. Smeenks Fachkollegin Nancy Cartwright habe das mal mit dem Flug einer Dollarnote illustriert, die jemand vom Empire State Building herabflattern lässt. Faktisch wäre es auch hier rechnerisch unmöglich, vorherzusagen, wo der Geldschein landet, trotzdem würden die meisten Physiker sagen, sie verstünden die zugrundeliegende Theorie, in diesem Fall die Fluidmechanik.

Ignorabimus.

Doch in der Kosmologie gibt es auch Grenzen der Beobachtung. „Es scheint unwahrscheinlich, dass sich eindeutig festlegen lässt, was die richtige Theorie der Quantengravitation ist, indem man einfach ,zum Himmel guckt‘“, schreibt Hermann Nicolai in seiner Veröffentlichung. „Guter Punkt“, findet Smeenk. Die kosmische Hintergrundstrahlung und die anderen Signale aus dem frühen Universum könnten zwar reichen, um Modelle wie das der kosmischen Inflation zu formulieren, aber nicht, um zu entscheiden, welcher Ansatz zur Quantengravitation der richtige ist. „Daher könnte es sein, dass wir nie ausreichend Evidenz haben werden, um einem davon so zu vertrauen wie der Fluiddynamik.“ Nicolai aber würde angesichts der Rolle, die E10 im frühen Universum zu spielen scheint, noch etwas weitergehen. „Ich kann eine Theorie haben und trotzdem nie auf den Grund dessen kommen, was die Theorie aussagt.“ Selbst wenn also die finale Quantengravitationstheorie gefunden ist, könnten wir möglicherweise auch dann die Frage nicht beantworten, was der physikalische Grund für den Urknall war, ob ihm etwas zeitlich vorausging und, wenn ja, was das war. Wir kämen nur bis zu wilden und immer wilderen Zuckungen der Raumzeit – und schließlich zurück zu Bildern des Mythos: „Siehe, zuerst trat das Chaos ins Dasein“, schrieb Hesiod im Achten Jahrhundert vor Christus. „Aber dann [entstand] die Erde mit weitem Busen, stetig feste Stätte all dessen, was keinen Tod stirbt und was die Gipfel des schneebedeckten Olymp trägt.“ Wie von der Philosophie kann man auch von der Physik sagen, dass sie mit dem Staunen beginnt. Aber vielleicht muss sie damit manchmal auch enden.

Vor dem Urknall:Wie fing alles an?

Am Anfang war der Urknall. Aber was kam davor – Quantenzufall, andere Universen, Gott? Wir haben Physikerinnen und Physiker gefragt und faszinierende Antworten erhalten – Protokoll: Robert Gast

So nennen Forschende den Zeitpunkt, an dem unser heutiges Universum entstanden ist. Damals, vor rund 13,8 Milliarden Jahren, waren Raum und Zeit plötzlich da und dehnten sich sofort mit rasanter Geschwindigkeit in alle Richtungen aus. Nach ein paar Minuten kühlte die Ursuppe aus heißer Materie so weit ab, dass sich Atomkerne bilden konnten. Nach ein paar hundert Millionen Jahren entstanden schließlich die ersten Galaxien. Bis heute entfernen sie sich voneinander, da sich das All immer weiter ausdehnt. Verantwortlich ist zum einen der Schwung aus dem Urknall. Zum anderen ist da die “Dunkle Energie” – eine rätselhafte Kraft, die die Expansion des Kosmos seit ein paar Milliarden Jahren immer weiter beschleunigt.

Fünf Forschende haben uns verraten, was sie darüber denken – alles lesen in der ZEIT und weiter unten die Theorie von Anna Ijjas – Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik.

Für mich war die 5. Theorie am interessantesten, da diese Theorie anschließt an die oben genannte Theorie:
„Vielleicht stammen wir aus einem Schwarzen Loch”, so die Theorie von Frau Prof. Dr. Lavinia Heisenberg.

„Ich muss bei der Frage an das Innere von Schwarzen Löchern denken. Auch dort ballt sich unvorstellbar viel Materie in einem Punkt zusammen, ganz so wie zu Beginn des Urknalls. Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie stößt bei solchen „Singularitäten“ an eine Grenze: Die Formeln, mit denen wir ansonsten extrem erfolgreich Raum, Zeit und Materie beschreiben, liefern kein sinnvolles Ergebnis mehr.

Wir müssen daher die Quantenphysik mit einbeziehen, um zu verstehen, was in einer Singularität passiert. Ich habe gemeinsam mit zwei Kollegen vor Kurzem eine Idee entwickelt, die wir für einen Fortschritt in dieser Frage halten. Die Details sind sehr kompliziert. Grob umrissen schlagen wir vor, dass sich die Raumzeit an einer Singularität zu einer Art Membran zusammenfaltet, einer „S-Brane“. Sie hätte besondere Eigenschaften, unter anderem würde sich das Gebilde nicht nur in den uns bekannten Dimensionen bewegen, sondern könnte auch in weitere, für uns unsichtbare Dimensionen vordringen. Zugegeben, das Ganze ist eine Vermutung, aber das ist meine Art als theoretische Physikerin, mich dem Problem zu nähern: Ich überlege mir, was mathematisch möglich ist. In diesem Fall deuten unsere Gleichungen darauf hin, dass die Singularität eines Schwarzen Lochs den Übergang zu einem neuen Universum bilden könnte.

Alles, was ins Schwarze Loch fällt, würde letztlich dorthin reisen. Das mag gewagt klingen. Aber wer weiß, vielleicht ist unser Universum auf genau diesem Weg entstanden – als Schwarzes Loch in einem anderen Kosmos. Ich werde mir jedenfalls weiter Gedanken über diese Fragen machen und ausloten, was mathematisch möglich ist.“

Wie ein Deutscher vor 100 Jahren meinte, die Weltformel gefunden zu haben.

Er begeisterte mit seiner Erfindung der fünften Dimension sogar Albert Einstein: Trotzdem wurden Theodor Kaluzas Erkenntnisse schnell wieder vergessen. Sind sie heute der Schlüssel für die Suche nach der Großen Einheitstheorie?

Dass sein Vater im Zimmer auf und ab lief und dabei geheimnisvolle Formeln murmelte, war Theodor Kaluzas Sohn gewohnt. Auch dass der Vater nachts schon um drei Uhr in seinem Arbeitszimmer rumorte und dabei vor sich hin summte, erschien ihm normal. Der plötzliche Überschwang an einem Winterabend des Jahres 1918 aber war etwas Besonderes. Noch 65 Jahre später erinnerte sich der Sohn daran, wie sein Vater unvermittelt vom Schreibtisch aufgesprungen war, um lauthals Melodien aus der »Hochzeit des Figaro« zu singen. Er strahlte vor Glück, umarmte den damals achtjährigen Sohn und begann dann, ungestüm zu tanzen. Dies muss der Moment gewesen sein, in dem Theodor Kaluza die fünfte Dimension entdeckte. Es dauerte noch drei Jahre, bis sich Kaluza mit seiner Idee an die Öffentlichkeit traute. Genau 100 Jahre sind vergangen, seit der weitgehend unbekannte Mathematiker aus Königsberg sie der Welt vorstellte. Die Physiker nahmen seine Arbeit wohlwollend auf, vorrangig Albert Einstein war fasziniert. »Ich habe großen Respekt vor der Schönheit und Kühnheit Ihres Gedankens«, schrieb er dem Kollegen nach Königsberg.

Wenig später kühlte das Interesse ab. Theodor Kaluzas Arbeit geriet in Vergessenheit. Erst rund ein halbes Jahrhundert später, Kaluza selbst war bereits seit 20 Jahren tot, erlebte seine Idee in neuem Gewand eine Wiederauferstehung. Heute spielt die Vorstellung versteckter Dimensionen des Universums, wie Kaluza sie einst ersonnen hatte, eine wichtige Rolle bei der Vision einer möglichen allumfassenden Theorie der Physik. Kaluzas Arbeit ist ein denkwürdiger Moment in der Geschichte der modernen Physik. Sie unterstreicht die zunehmende Bedeutung, die der Mathematik bei der Formulierung des physikalischen Weltbilds zukam; sie offenbart die Rolle, die dabei rein ästhetischen Betrachtungen zukommt; und vor allem formuliert Kaluza darin einen Traum, der fortan zu einer wichtigen Triebkraft der Physik werden sollte.

Es gehe ihm um eine der »großen Lieblingsideen des Menschengeistes«, schreibt Kaluza in seiner mitunter geradezu pathetischen Sprache. Sein Ziel sei es, eine Art Ur-Gesetz zu finden, das »als gemeinsamer Quell allen Naturgeschehens« verstanden werden könne. Mit anderen Worten: Kaluza wollte eine Weltformel finden. Bei seinen Überlegungen ging der Königsberger Gelehrte von der Allgemeinen Relativitätstheorie aus, die Albert Einstein wenige Jahre zuvor veröffentlicht hatte. Diese beschreibt, wie jede Masse den Raum, in dem sie sich bewegt, verformt und wie diese Deformation wiederum auf andere Massen anziehend wirkt. Die Schwerkraft wird also nicht, wie noch bei Newton, als direkte Anziehung zwischen zwei Massen verstanden, sondern sie wird durch eine Verformung des Raums übermittelt.

Neben Einsteins Formelwerk fand Kaluza noch ein zweites großes Theoriegebäude vor: Schon mehr als 50 Jahre zuvor hatte der britische Physiker James Clerk Maxwell mathematische Gleichungen aufgestellt, die sämtliche elektromagnetischen Phänomene in sich vereinen. Zusammen nahm Kaluza damals an, umfassten diese zwei Theorien die gesamte Physik. Beide, schrieb Kaluza, zeichneten sie sich durch »bestrickende Schönheit« aus. Und mehr noch: Einstein hatte dafür gesorgt, dass die Theorien der Gravitation und der Elektro­dynamik nun auch widerspruchsfrei nebeneinanderstanden. Newtons Gra­vitationslehre hatte noch in klarem Widerspruch zu Maxwell gestanden. Einstein jedoch hatte diese Widersprüche mit seiner Relativitätstheorie ausgeräumt. Kaluza aber war das noch nicht genug: Er wollte die Formelwerke der Gravitation und der Elektrodynamik nicht nur miteinander versöhnen, sondern verschmelzen. Er hoffte, so ein einziges Gesetz zu finden, auf das sich alle natürlichen Phänomene zurückführen ließen – weiterlesen im SPIEGEL.

Werner Heisenberg:
Der Physiker Werner Heisenberg (links), sitzt gemeinsam mit den Kollegen Christian Møller aus Dänemark und Robert Oppenheimer aus den USA (rechts) am 2. Juli 1958 in der Generalversammlung der Vereinten Nationen auf der Genfer Atomkonferenz. © Express Newspapers/​Getty Images

Werner Heisenberg formulierte vor einem Jahrhundert die Quantenmechanik, heute die am besten bestätigte Theorie der Physik. Deren Grundthese liest sich wie eine politische Botschaft – von .

Wie soll man in diesem leidigen Zustand das größte Rätsel der Physik lösen? Werner Heisenberg, 24, läuft die Nase. Seine Augen brennen. Sein Gesicht schwillt an und errötet. Heisenberg hat starken Heuschnupfen. Der Frühsommer 1925 ist pollenreich. Große Hoffnungen liegen auf Heisenberg. Die Physiker rätseln gerade über das Verhalten der kleinsten Materiebausteine. Elektronen scheinen in Atomen seltsame Sprünge aufzuführen, die mit der bewährten Physik in der Tradition Isaac Newtons nicht zu vereinbaren sind. Die großen alten Männer der Physik, Niels Bohr und Albert Einstein, sind mit ihrer Weisheit am Ende. Heisenberg ist der aufsteigende Star der Wissenschaft, hochbegabt und hervorragend ausgebildet beim Münchner Ordinarius Arnold Sommerfeld, bei Max Born in Göttingen und Niels Bohr in Kopenhagen. Die Energie sprüht nur so aus seinem Lausbubengesicht. „Jetzt liegt alles in den Händen Heisenbergs“, sagt Niels Bohr, „einen Weg aus den Schwierigkeiten zu finden.“ Heisenberg hat schon eine Idee, wie die seltsame Springerei zu erklären sei.

Manchmal besteht Genie darin, das Selbstverständliche infrage zu stellen. Im Gegensatz zu seinen Kollegen ist Heisenberg bereit, die ehernen Gesetze der Physik zu verwerfen. Diese Gesetze, vermutet er, verlieren im Inneren der Atome ihre Gültigkeit. Wenn er herankommen will an das, was die kleinsten Teilchen in der Tiefe zusammenhält, wird er neu anfangen müssen. Heisenberg beschließt, seine Theorie nur auf das zu bauen, was man sehen kann: nur auf beobachtbare Größen. Unser Wissen über die Welt darf ausschließlich auf das gründen, was wir messen können. Alles andere ist „Metaphysik“, also keine Physik. Doch im Inneren der Atome ist Beobachtung ein heikles Unterfangen. Man kann gar nicht hinsehen, ohne zu stören. Einen Stuhl kann man mit Flutlicht anstrahlen, er bleibt ungerührt. Ein Elektron kann schon von einem einzelnen Lichtteilchen aus der Bahn geworfen werden. Moment mal, was heißt überhaupt „Bahn“, wenn es unmöglich ist, ein Elektron seine Bahn ziehen zu sehen?

Genie besteht aber auch in Fleiß und Geduld. Heisenberg ist ein gewandter Mathematiker, doch immer wieder, wenn er seinen Ansatz durchrechnet, landet er im Chaos. Aus den Zahlen für die Größen der klassischen Mechanik wuchern ganze Reihen und Tafeln von Zahlen. Aus den gewohnten Rechenregeln der Algebra werden seitenweise Formeln. Heisenberg verzettelt sich, probiert herum, bleibt stecken. Und jetzt legt auch noch diese gewaltige Heuschnupfen-Attacke sein Gehirn lahm. Heisenberg bietet einen so erbärmlichen Anblick, dass sein Chef Max Born ihm Sonderurlaub genehmigt. Er nimmt den Nachtzug nach Cuxhaven, dann die Fähre nach Helgoland, um sich in der Meeresluft auszukurieren. Er hat wenig Gepäck: Wechselkleidung, ein Paar Wanderschuhe, eine Ausgabe von Goethes West-östlichem Divan, seine Berechnungen zu den Elektronenbahnen. Sein Zimmer liegt im zweiten Stock, hoch auf dem Rand der roten Felseninsel. Er bleibt anderthalb Wochen. Er sitzt auf dem Balkon, atmet durch und blickt aufs Meer.

Er spaziert am Strand, schwimmt hinüber zur Nachbarinsel, liest Goethes Verse, spricht mit niemandem und denkt nach, Tag und Nacht. So fühlt Heisenberg sich wohl. Zuflucht fand er immer schon in der Natur, in den Bergen, den Wäldern, im Wasser. Allmählich beruhigen sich seine Schleimhäute. Sein Geist klärt sich. Er denkt an die Worte, mit denen einst Niels Bohr ihm, dem begeisterten Bergsteiger, auf einer gemeinsamen Wanderung die Augen für den Zauber des flachen Dänemarks öffnen wollte: „Wenn wir über das Meer hinausschauen, so glauben wir, damit einen Teil der Unendlichkeit zu ergreifen.“ In der Einsamkeit Helgolands begreift Heisenberg, wie radikal der Schritt ist, den er gerade unternimmt. Wie kindisch die Vorstellung vom Atom als kleinem Sonnensystem ist, in dem die Elektronen wie Planeten den Kern wie das Zentralgestirn umkreisen. Heisenberg lässt die Sonne erlöschen und die scharf gezogenen Bahnen der Elektronen zu formlosen Wolken zerstieben. Jetzt ist er bereit dafür, eine Theorie zu formulieren, die nur von messbaren Größen spricht. Es ist ein nicht weniger mutiger Schritt als jener, den 20 Jahre zuvor Albert Einstein tat, als er die scheinbar ewigen Begriffe von Raum und Zeit in seiner Relativitätstheorie neu fasste.

Heisenberg setzt neu an, rechnet, korrigiert sich, tastet sich voran. Dann schnackelte es in seinem Kopf. „Es wurde fast drei Uhr nachts, bis das endgültige Ergebnis der Rechnung vor mir lag“, schreibt er später. „Im ersten Augenblick war ich zutiefst erschrocken. Ich hatte das Gefühl, durch die Oberfläche der atomaren Erscheinungen hindurch auf einen tief darunter liegenden Grund von merkwürdiger innerer Schönheit zu schauen, und es wurde mir fast schwindlig bei dem Gedanken, dass ich nun dieser Fülle von mathematischen Strukturen nachgehen sollte, die die Natur dort unten vor mir ausgebreitet hatte.“ Es ist die Euphorie eines Wissenschaftlers, der im Chaos der Phänomene die Ordnung erkennt. Heisenberg hat die Quantenmechanik gefunden. Er kann nicht einschlafen. Er ist viel zu aufgeregt. In schwindliger Erregung geht er hinaus in die anbrechende Dämmerung, wandert zur Südspitze der Insel, um den „Mönch“ zu erklettern, einen 55 Meter hohen, schroffen Felsenturm. Heisenberg kommt heil oben an, sieht der Sonne beim Aufgehen zu und kommt heil wieder herunter. Es ist die heikelste Klettertour in der Geschichte der Physik. Heisenbergs Kopf ist der einzige Ort, an dem die Quantenmechanik existierte. Wäre er abgestürzt, dann wäre auch die Theorie abgestürzt.

Auf Helgoland kletterte Heisenberg den „Mönch“ hinauf – die heikelste Klettertour der Physikgeschichte. Zwei Tage später verlässt Heisenberg Helgoland. Er wagt zunächst nicht, seine Erkenntnis mit der Welt zu teilen, vertraut sie nur Wolfgang Pauli und Max Born an, seinen engsten Kollegen und schärfsten Kritikern. Zu seiner Überraschung nehmen sie die Theorie mit Wohlwollen auf. Ermutigt von ihrem Zuspruch, schreibt Heisenberg einen Fachartikel, um der Welt seine Idee zu verkünden. Darin bringt er sein quantenmechanisches Manifest auf einen Satz: „Bei dieser Sachlage scheint es geratener, jene Hoffnung auf eine Beobachtung der bisher unbeobachtbaren Größen (wie Lage, Umlaufszeit des Elektrons) ganz aufzugeben, gleichzeitig also einzuräumen, dass die teilweise Übereinstimmung der genannten Quantenregeln mit der Erfahrung mehr oder weniger zufällig sei, und zu versuchen, eine der klassischen Mechanik analoge quantentheoretische Mechanik auszubilden, in welcher nur Beziehungen zwischen beobachtbaren Größen vorkommen.“ Die Theorie erweist sich als geradezu unheimlich erfolgreich. Ein neues Zeitalter der Physik bricht an.

Nicht alle Physiker heißen die Quantenmechanik willkommen. Ausgerechnet bei seinem großen Vorbild Albert Einstein blitzt Heisenberg mit ihr ab. Im Frühjahr 1926 besucht er Einstein in Berlin, in der Hoffnung, den Segen für seine Theorie zu erhalten. Doch Einstein hält schon den Ansatz, eine Theorie ausschließlich auf beobachtbare Größen gründen zu wollen, für irregeleitet: „Denn es ist ja in Wirklichkeit genau umgekehrt. Erst die Theorie entscheidet darüber, was man beobachten kann.“ Heisenberg stutzt. Ja, aber, erwidert er, ist nicht Einstein selbst in fast identischer Gedankenführung zu einem neuen Verständnis von Zeit und Raum gekommen, als er seine Relativitätstheorie ganz aufs Beobachtbare stützte? „Vielleicht habe ich diese Art von Philosophie benützt“, grummelt Einstein, „aber sie ist trotzdem Unsinn“. Noch weniger hält Einstein davon, dass nach der Quantenmechanik manche Ereignisse wie ebenjene Elektronensprünge rein zufällig geschehen. „Der Gedanke, dass ein Elektron aus freiem Entschluss den Augenblick und die Richtung wählt, in der es fortspringen will, ist mir unerträglich“, sagt Einstein. „Wenn schon, dann möchte ich lieber Schuster oder Angestellter in einer Spielbank sein als Physiker.“ Einsteins Einwände sind bis heute nicht ausgeräumt. Bis heute schauen viele Physiker mit Misstrauen auf die Quantenmechanik.
Was ist das für eine Welt, die sie beschreibt? Sind wir Menschen zu blöd, um diese Theorie zu verstehen – oder zu schlau, um sie zu glauben?

Sicher ist nur, dass die Quantenmechanik sich als äußerst zuverlässig erwiesen hat. Sie wurde in unzähligen Experimenten geprüft. Dank ihr funktionieren Handys, Laser und medizinische Diagnosegeräte. Ausgerechnet ihre beste Theorie verstehen die Physiker nicht. Manche von ihnen haben sich damit abgefunden: Was soll’s, dass wir die Welt nicht verstehen. Hauptsache, wir können sie berechnen. Andere tüfteln weiterhin an einer Theorie, die uns die kleinsten Bausteine der Welt anschaulicher macht, ohne die Vorhersagekraft der Quantenmechanik zu verspielen. Auch bei Heisenberg hinterlassen Einsteins Worte Eindruck. Zwei Jahre später, auf einem nächtlichen Spaziergang in Kopenhagen, denkt er noch einmal über sie nach: Was kommt zuerst, die Theorie oder die Beobachtung? Er spielt in seinem Kopf durch, wie man experimentell Ort und Geschwindigkeit eines Elektrons misst – und erkennt, dass sich niemals beides gleichzeitig bestimmen lässt. Je genauer man weiß, wo das Elektron ist, desto weniger weiß man, wie schnell es ist und umgekehrt. Das Teilchen hat niemals gleichzeitig einen scharf definierten Ort und eine scharf definierte Geschwindigkeit. Das ist die berühmte Unschärferelation. So genau wir auch hinsehen, die Welt bleibt stets unscharf.

Man kann die Welt nicht beobachten, ohne sie zu verändern. Dieser Gedanke ist der Kern der Quantenmechanik. Und es wird bald nach ihrer Entstehung ein Lebensthema Werner Heisenbergs und vieler anderer Physiker. In Deutschland kommen die Nationalsozialisten an die Macht. Manche Freunde und Kollegen Heisenbergs schlossen sich ihnen an. Viele flohen vor ihnen ins Ausland. Heisenberg tut weder das eine noch das andere. Er versucht, in einem Staat, in dem die Politik bis in die kleinste Alltagshandlung vorgedrungen ist, unpolitisch zu bleiben. Es geht nicht gut. Zuerst nennt eine SS-Zeitschrift ihn einen „Weißen Juden“, einen Juden der Gesinnung nach, da er die Theorien von Juden wie Albert Einstein vertrete. Zur „Wiederherstellung seiner Ehre“ wendet Heisenberg sich an den „Reichsführer SS“ Heinrich Himmler. Dann überträgt das Hitler-Regime Heisenberg die Leitung des „Uranprojekts“ zur Entwicklung einer Atombombe – während Niels Bohr und viele andere Quantenphysiker aus aller Welt mit vereinten Kräften die amerikanische Bombe bauen. Heisenberg tüftelt noch an seinem Forschungsreaktor in einem Felsenkeller in der Schwäbischen Alb, bis er die Motoren der heranrollenden französischen Panzer hört. Dann lässt er alles stehen und liegen und radelt 200 Kilometer, unter den Tieffliegern der Alliierten hindurch, an den marodierenden deutschen Truppen vorbei, zu seiner Familie, die am Walchensee Zuflucht gefunden hat. Dort wird er von einem amerikanischen Spezialkommando festgenommen, kommt in britische Kriegsgefangenschaft und erfährt ein paar Monate später, als die Atombomben auf Hiroshima und Nagasaki fallen, dass seine Theorie zur zerstörerischsten Waffe der Geschichte geführt hat. Man kann die Welt nicht beobachten, ohne sie zu verändern – Die Quellenangaben zum ZEIT-Wissen-Artikel finden Sie hier.

Die String-Theorie, der Versuch einer Weltformel:

Einfache Version:

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10 wichtige Momente in diesem Video.

Ab 03:34 – Random Network Theory – Ab 03:56 – Degree Distribution – Ab 22:22 – The Human Protein Protein Interaction Network – Ab 25:55 – The Force Directed Layout Methodology – Ab 26:15 – The Elastic Stream Model

Ab 27:30 – Strongly Interacting Regime – Ab 33:02 – The Protein Interaction Network – Ab 37:01 – What Does It Take To Get to Moma – Ab 45:56 – Research into Visualizing Networks That Change or Emerge over Time.

Vernetzte Strukturen sind allgegenwärtig. Die Nervenzellen des Gehirns sind durch Synapsen miteinander verbunden; jede Zelle ihrerseits enthält zahlreiche Stoff e, die verbunden sind in dem Sinne, dass sie miteinander reagieren.

Innerhalb von Gesellschaften gibt es Beziehungen unter Menschen in Form von Freundschaften, Verwandtschaften und berufl ichen Bindungen. Oder die Elemente der vernetzten Struktur sind ganze Tier- und Pfl anzenarten, deren – weniger freundschaftliche – Beziehung darin besteht, dass die eine die andere frisst.
Weitere, technische Beispiele sind das Internet, Stromnetze und Transportsysteme. Selbst die Wörter der Sprache, in der wir Ihnen diese Gedanken übermitteln, stehen miteinander in syntaktischer Beziehung. Wir wollen Sie in diesem Artikel einladen, alle derartigen Strukturen von einem sehr abstrakten Standpunkt aus zu
betrachten. Menschen, Nervenzellen, Websites und so weiter sind nichts weiter als Knoten in einem gedachten Netz (network), und die Beziehungen zwischen ihnen, so verschiedenartig sie im konkreten Fall sein mögen, sind einfach Fäden (»Kanten«) zwischen den Knoten. Damit ist die Fülle der jeweiligen Realität reduziert auf das, was die Mathematiker einen Graphen nennen. Unter dieser Betrachtungsweise treten zwischen den unterschiedlichsten Netzen überraschende Gemeinsamkeiten zutage.
Überraschend auch für die Fachleute. Denn trotz ihrer Allgegenwart und großen Bedeutung sind Struktur und Eigenschaften solcher Netze bislang kaum verstanden. Wie kann das Zusammenspiel einiger defekter Knoten in dem komplizierten biochemischen Netz einer Körperzelle zu Krebs führen?

Wie kommt es zu der explosionsartigen Ausbreitung von Gerüchten, Epidemien und Computerviren in sozialen und Kommunikationssystemen? Wie kommt es, dass einige Netze selbst dann noch funktionieren, wenn die übergroße Mehrheit ihrer Knoten ausfällt?

Neuerdings gibt es erste Antworten.

In den letzten Jahren entdeckten Wissenschaftler unterschiedlicher Disziplinen, dass viele Netze – vom World Wide Web bis hin zum Stoff wechselsystem einer Zelle – durch eine relativ geringe Zahl von sehr großen Knoten beherrscht werden, das heißt solchen, die mit besonders vielen anderen verbunden sind. (Die »Größe« eines Knotens ist die Anzahl der Verbindungen, die von ihm ausgehen.) Solche prominenten Knoten werden als »Naben« (hubs) bezeichnet, in Anspielung auf die vielen Speichen, die von einer Fahrradnabe ausgehen. Netze dieser Art weisen in aller Regel eine Eigenschaft auf, die »skalenfrei« (scale-free) genannt wird. Ein besserer Name wäre »maßstabslos«. Gemeint ist nämlich: In skalenfreien Netzen gibt es keine Knotengröße, die als »normal« und damit als Maßstab gelten könnte. Es ist also nicht etwa so, dass die überwiegende Mehrheit aller Knoten die Größe – sagen wir – 6 hätte und die anderen von dieser Größe mehr oder weniger zufällig nach unten abwichen. Vielmehr sind die Knoten umso zahlreicher, je kleiner sie sind, und zwar so, dass keine Größe bevorzugt ist (Einzelheiten siehe unten).
Skalenfreie Netze haben regelmäßig – vorhersagbar – einige gemeinsame Eigenschaften. So sind sie bemerkenswert widerstandsfähig gegen zufällige Funktionsstörungen, aber äußerst anfällig gegenüber koordinierten Angriffen. Im Gegensatz zu früheren Theorien finden wir nun in sehr unterschiedlichen komplexen Systemen, gemeinsame Prinzipien. Deren Kenntnis ist in Anwendungen umsetzbar. So findet man neue Strategien zur Entwicklung von Medikamenten, zum Schutz des Internets vor Hacker-Angriffen und zur Eindämmung tödlicher Epidemien.

Netze ohne Maßstab.

Die traditionelle C eorie der komplexen Netze beginnt mit den Arbeiten zweier ungarischer Mathematiker, des unvergleichlichen Paul Erdös (1913 – 1996) und seines engen Mitarbeiters Alfréd Rényi (1921 – 1970). In einer Veröffentlichung von 1959 präsentierten sie für Netze, wie man sie in Nachrichtentechnik und Biologie betrachtet, ein einfaches und elegantes Modell: Ein Zufallsprozess knüpft Verbindungen innerhalb einer vorgegebenen Menge von Knoten. Der Zugang war so fruchtbar, dass die Graphentheorie zu neuem Leben erwachte und die »C theorie der zufälligen Netze« zu einem veritablen Zweig der Mathematik heranwuchs.

Ein komplexes Netzwerk ist im Rahmen der Netzwerkforschung bzw. Graphentheorie ein Netzwerk (Graph) mit nicht-trivialen topologischen Eigenschaften, d. h. mit Eigenschaften, die nicht in einfachen Netzwerken wie Gittern oder zufälligen Graphen auftreten. Die Untersuchung von Komplexen Netzwerken ist ein junges und aktives Gebiet in der aktuellen wissenschaftlichen Forschung, welches hauptsächlich durch die empirischen Untersuchungen von realen Netzwerken wie Rechnernetzen oder sozialen Netzwerken inspiriert ist.

Das World Wide Web gleicht eher einem Feuerwerk als einem Spinnennetz: Aus einzelnen Knoten sprießen sehr viele Linien, die ihrerseits nur an einem einzigen Knoten enden. Abgebildet ist eine Momentaufnahme vom 6. Februar 2003, die (direkte und indirekte) Verbindungen von einer Test-Website zu 100 000 anderen enthält. Ähnliche Adressen sind durch gleiche Farben gekennzeichnet.

Weiterlesen skalenfreie Netze.

Grundsätzliches zur System-Körper-Sprache:

Schöpfung, Fraktale, Ethik, Kausalität, Homologie, Analogie und Gefühl-Vernunft, ist die Oktave des Alls, des Universums und des Schöpfers.
Ziel ist es Energie ewig in Bewegung zu halten, um zu leben.
Der Weg zum Ziel ist über das Leben zu überleben.

System-Körper-Sprache des Universums heißt versteckte Wahrheit suchen und finden.

Gab es keinen Urknall, sondern einen Urprall?

PODCAST 23. NOVEMBER 2020 – © detektor.fm / Bild: Anna Ijjas / MPI für Gravitationsphysik – Astronomie Astrophysik

Wie hat eigentlich alles angefangen? Mit einem großen Knall, dem Big Bang? Die Big Bounce Theory hält dagegen. Sie sagt, dass sich das Universum regelmäßig selbst recycelt. Wie funktioniert das? Ein Gespräch mit Anna Ijjas vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik

Die Grundlage von OekoHuman, sind neueste Einsichten, die sich aus einer Frustration-Eskalation ergeben. Beobachtungen bestätigen ein inneres Bild ohne diese Frustration-Eskalation.

Die Philosophin des Urpralls –  am 2. APRIL 2020 – Astrophysik Kosmologie.

Die mythische Vorstellung von einem zyklischen All, das im Weltenbrand endet und wiederersteht, fasziniert Menschen seit jeher. Die moderne Urknalltheorie mit einem ewig expandierenden Universum schließt diese Möglichkeit aus. Doch ist hier das letzte Wort bereits gesprochen? Am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover geht Anna Ijjas dieser fundamentalen Frage nach – Text: Thomas Bührke.

Unkonventionell: Mit einem eher außergewöhnlichen Ansatz erforscht Anna Ijjas am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik die Anfänge des Universums – © MPI für Gravitationsphysik.

Der Kirchenlehrer Augustinus fragte sich schon vor mehr als 1600 Jahren, was Gott vor der Erschaffung der Welt getan haben mag. Seine Antwort war so einfach wie überraschend: „Bevor Gott Himmel und Erde schuf, tat er nichts.“ Das passt gar nicht einmal so schlecht zur Urknalltheorie, mit der Kosmologen den Beginn des Universums beschreiben. Vor dem Big Bang gab es nichts, weder Raum noch Zeit. Mit den heutigen physikalischen Kenntnissen lassen sich sämtliche Vorgänge in dem heißen Feuerball beschreiben, die sich ab etwa einer milliardstel Sekunde nach dem Urknall ereignet haben. Doch was davor geschah, das entzieht sich unserer Kenntnis. Und der Urknall selbst? Eine „Singularität“, in der die beiden Säulen der modernen Physik – Relativitätstheorie und Quantentheorie – versagen.

Was aber, wenn es gar keinen Urknall gab? Könnte unser Universum nicht aus einem Vorläufer hervorgegangen sein? Das ist ein altes kosmologisches Modell, dem Anna Ijjas am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) in Hannover neues Leben einhaucht. Man muss schon gut zu Fuß sein, wenn man der quirligen Forscherin durch die Gänge des Instituts bis zu ihrem Büro folgen will. Das ist noch karg eingerichtet, ein Laptop auf dem Tisch, viel mehr nicht. Der Hausmeister schaut zwischendurch vorbei, um etwas zu kontrollieren. Anna Ijjas ist erst seit Anfang September 2019 in Hannover. Sie gehört zu den ersten neun Leiterinnen einer Lise-Meitner-Exzellenzgruppe, welche die Max-Planck-Gesellschaft ins Leben gerufen hat. Gegen fast 300 Kandidatinnen aus 42 Ländern hat sie sich durchgesetzt.

Mit dem Lise-Meitner-Programm will die Max-Planck-Gesellschaft nicht nur die Frauenquote steigern, sondern ganz gezielt zukünftige Max-Planck-Direktorinnen suchen. Spätestens nach fünf Jahren wird ihnen die Teilnahme an einem sogenannten Tenure-Track-Verfahren für eine W2-Professur garantiert, bei positiver Evaluation erhalten sie die W2-Position sowie die Leitung der Forschungsgruppe unbefristet. Das Auswahlverfahren war hart, und die letztendliche Entscheidung für Anna Ijjas offenbart auch Einblicke in die heutige Situation der Grundlagenforschung. Die Wissenschaftlerin war zuvor mehrere Jahre an der Universität von Princeton. „In den USA ist Forschung sehr konservativ“, erzählt sie. Junge Nachwuchswissenschaftler folgen dort oftmals den ausgetretenen Pfaden. Ijjas rechnet es dem Auswahlkomitee des Lise-Meitner-Exzellenzprogramms hoch an, dass es mit ihr bewusst eine Kandidatin ausgewählt hat, die eher unkonventionell daherkommt. Dabei schien doch auf dem Gebiet der Kosmologie – also der Wissenschaft von der Entstehung und Entwicklung des Weltalls – bereits vieles geklärt. „In den 1970er- bis 1990er-Jahren haben die Theoretiker sehr große Fortschritte gemacht“, erzählt Anna Ijjas. Mit der Stringtheorie schien man eine umfassende Beschreibung sämtlicher Naturkräfte gefunden zu haben. Und die Hypothese des inflationären Universums versprach alle Probleme, welche die damalige Urknalltheorie noch in sich barg, zu lösen.

Die Inflation (von inflatio für Aufblähen) ist heute fester Bestandteil der Kosmologie. Sie beschreibt eine plötzliche Expansion des Alls unmittelbar nach dessen Geburt. Nach dieser Phase setzte sich die weitere Ausdehnung etwa mit der noch heute herrschenden Geschwindigkeit fort. „Nicht wenige Theoretiker sind mittlerweile davon überzeugt, dass wir den großen Antworten schon sehr nahe sind und nur noch ein paar Details klären müssen“, sagt Ijjas. Sie selbst sieht das ganz anders! Zum einen wissen wir über 95 Prozent des Universums so gut wie nichts: Dunkle Materie und Dunkle Energie sind große Geheimnisse. Die Stringtheorie vermag immer noch keine konkreten Vorhersagen zu treffen, die sich durch astronomische Beobachtungen oder physikalische Experimente prüfen lassen. Und die Theorie der Inflation hat so viele dehnbare Parameter, dass man sie an fast alle Beobachtungen anpassen kann. „Andrei Linde, einer ihrer Begründer, pflegt zu sagen, es werde nie ein Beobachtungsergebnis geben, mit dem sich die Inflationstheorie widerlegen lasse“, sagt Ijjas. „Es wäre Größenwahn zu behaupten, wir wüssten schon fast alles. Im Gegenteil – wir brauchen einen Umbruch.“ Blick zum Himmel: In der chilenischen Atacamawüste entsteht das Simons-Observatorium, an dem Anna Ijjas beteiligt ist.… [mehr] – © Debra Kellner / Simons Observatory.

Der Weg zu dieser Einsicht war lang und verlief für die Forscherin keineswegs geradlinig. In ihren Wünschen war sie aber immer zielstrebig. Anna Ijjas kam 1985 in einem kleinen Dorf in Ungarn zur Welt. Ihr Vater war Arzt und kannte einen Deutschen, der Privatunterricht gab. So begann Anna schon mit fünf Jahren die deutsche Sprache zu lernen. Während ihrer Schulzeit in Budapest ging sie im Rahmen eines Schüleraustauschs für zwei Monate nach Bayern. Nach dem Abitur war ihr klar, dass sie nicht in Ungarn studieren wollte. Dem Wunsch der Eltern nach einem Jurastudium mochte sie auch nicht folgen. Stattdessen schrieb sie sich in München an der Ludwig-Maximilians-Universität für Mathematik und Religion mit dem Ziel Lehramt ein. Später kam auch Physik dazu.

Nach dem Staatsexamen wandte Ijjas sich intensiver den Naturwissenschaften zu und promovierte in Philosophie mit einer Arbeit, deren Titel an ein Bonmot Einsteins angelehnt ist: „Der Alte mit dem Würfel: Metaphysik in der Quantenmechanik“. Ein interdisziplinärer Dialog zwischen Naturwissenschaften und Theologie sei möglich und sinnvoll, schreibt sie in ihrer Arbeit. Anfangs hatte sie versucht, beide Bereiche zusammenzubringen, hauptsächlich in Gesprächen mit Freunden. Heute sieht sie darin zwei Sichtweisen, die wenig miteinander zu tun haben: „Naturwissenschaften und Glauben schließen sich nicht aus“, sagt sie. „Ich habe aber keinen naiven Glauben.“

Zu dieser Zeit wusste sie nicht, ob sie gut genug für die physikalische Forschung war. Doch dann ermutigte sie ihr Mentor Harald Lesch. Mit einem Stipendium versehen, ging sie in die USA und suchte sich dort gezielt zwei Wissenschaftler als Mentoren aus, die für ihre kreativen Ideen bekannt sind. Einer von ihnen, Paul Steinhardt, hatte maßgeblich zur Entwicklung  der  Inflationstheorie beigetragen. Im Jahr 2002 überraschte Steinhardt  seine Kollegen mit einer Alternative, die ein zyklisches Universum annimmt. Dieses ekpyrotische Universum vermeidet einen Urknall aus dem Nichts ohne Raum und Zeit. Mit dem Begriff „Ekpyrosis“, zu Deutsch etwa „Weltenbrand“, erinnerte Steinhardt an alte Mythen vom Ende der Welt in einem feurigen Untergang und dem neuerlichen Erstehen aus der Asche.

Die Inflationstheorie benötigt sehr spezielle Anfangsbedingungen

Seitdem haben sich bei Anna Ijjas die Zweifel an der Inflationstheorie verstärkt. Die hat ihrer Meinung nach zwei entscheidende Schwächen: Zum einen benötigt sie sehr spezielle Anfangsbedingungen; zum anderen führt die Theorie zu der Behauptung, dass unendlich viele Universen mit je unterschiedlichen Eigenschaften entstehen. In einem davon leben wir. „Was mich daran stört, ist, dass wir dann nicht erklären können, woher die Eigenschaften kommen“, sagt die Max-Planck-Forscherin. Alles ist möglich, und die Physik kann nicht einmal vorhersagen, was wahrscheinlich ist. Diese Beliebigkeit mag Ijjas nicht akzeptieren. Ihr Anspruch an die Physik ist ein anderer: „Ich will wissen, warum die Welt so ist, wie sie ist.“ Damit folgt sie Albert Einsteins hintergründiger Frage: Hatte Gott eine Wahl, als er die Welt erschuf?

Mit Problemen der Inflationstheorie hat sich Ijjas in ihrer zweiten Dissertation beschäftigt und darin am Schluss eine neue Klasse zyklischer Modelle untersucht.  „Diese  benötigen weniger Feinabstimmung“, resümiert sie in ihrer Arbeit. Und sie umgeht noch ein anderes ungelöstes Problem der Urknalltheorie. Die Entstehung des Alls aus einer Quantenfluktuation lässt sich mit den der Wissenschaft heute bekannten Gesetzen der Physik nicht beschreiben. Denn sowohl die Relativitätstheorie als auch die Quantentheorie versagen bei diesem Zustand. Um diesem Dilemma zu entgehen, suchen die meisten Theoretiker aus diesem Grund nach einer Vereinigung der beiden Theorien: einer Quantengravitation. Doch  alle Versuche dieses mittlerweile 40 Jahre andauernden Unterfangens sind bisher fehlgeschlagen – inklusive Stringtheorie. Daher probieren die Forscher heute unterschiedliche Modelle aus. „Eine Quantengravitation ist zwar für einige Probleme der Physik unerlässlich“, sagt Anna Ijjas, „aber unser Ansatz des zyklischen Universums benötigt sie nicht.“

In allen zyklischen Modellen ging unsere Welt aus einem Übergangsstadium hervor: Ein vorheriges Universum hatte sich langsam zusammengezogen und wieder ausgedehnt. Der Urknall war dann ein Urprall oder, wie die Kosmologen auf Englisch sagen: Big Bounce anstelle von Big Bang. „In diesem Moment waren Raum und Zeit in einem Zustand, der sich mit den uns bekannten Gesetzen noch erfassen lässt“, sagt Ijjas. „Um den Urprall zu beschreiben, brauchen wir nur die Einführung einer neuartigen Wechselwirkung zwischen Materie und Raumzeit.“ – Ende und Anfang: Nach dem Urprallmodell ging das heutige Universum aus einem Vorgänger hervor. Der zog sich am Schluss… [mehr] – © Mikkel Juul Jensen / Science Photo Library.

In den vergangenen drei Jahren konnte die Kosmologin neue, wichtige Ergebnisse vorweisen. In einer ihrer Berechnungen zog sich das Vorgängeruniversum im Urprall bis auf 10-25 Zentimeter zusammen. Das ist nur ein Billionstel des Protonendurchmessers – und lässt sich dennoch mit der heutigen Physik beschreiben. Dieses Modell erklärt auch alle Probleme der ursprünglichen Urknalltheorie, für deren Lösung die Inflation eingeführt wurde. Das Urprallszenario von Anna Ijjas und ihren Kollegen kommt ganz ohne diese Hypothese aus. Gleichzeitig bezieht es die Dunkle Energie mit ein, womit speziell Stringtheoretiker große Probleme haben. So gesehen, hat das zyklische Universum viele Vorteile. Aber: Beschreibt es die Realität? Und wie können wir das feststellen?

Im Rahmen ihrer ersten Doktorarbeit war Ijjas zu der Erkenntnis gekommen, dass viele Physiker mehr ihren persönlichen Präferenzen und ihrer Weltanschauung folgen, als sie sich selbst eingestehen würden. Die schon von Einstein beschworene Intuition spielt eine große Rolle. „Das trifft auch auf mich zu“, gesteht sie. „Dennoch müssen wir am Ende empirisch eine Entscheidung treffen können, ob eine Theorie falsch oder richtig ist.“ Hier hält es die Wissenschaftlerin mit Karl Popper. Nach dessen Erkenntnisphilosophie lassen sich Theorien streng genommen experimentell gar nicht beweisen, sondern nur widerlegen. In einem Selektionsprozess setzen sich diejenigen Theorien durch, die sich nicht widerlegen lassen. „Die Unzufriedenheit mit der Inflationstheorie in dieser Hinsicht hat mich auf die Alternative gebracht“, sagt Anna Ijjas.

Sie braucht eine Strategie, um auf Tagungen wahrgenommen zu werden.

Auf Tagungen hat sie es mit dieser „abseitigen“ Kosmologie nicht immer leicht – erst recht nicht als Frau, die zudem auch noch jünger aussieht, als sie ist. Viele nahmen sie oft nicht ernst. „Sie dachten, ich sei eine kleine Studentin, die ihnen nichts zu sagen habe“, erinnert sie sich. Sie hat keine Probleme mit sachlicher Kritik, musste aber eine Strategie entwickeln, um überhaupt wahrgenommen zu werden. „Ich will nicht den anderen das Gefühl vermitteln, dass sie mit ihrer Forschung falschliegen, sondern ich will lediglich meinen Standpunkt darlegen, ohne einen alleinigen Anspruch auf die Wahrheit zu erheben.“

Anna Ijjas schätzt eine sachliche Diskussion und respektiert andere Meinungen. Sie lebt für die Wissenschaft, für Hobbys bleibt kaum Zeit. Tägliches Joggen, gelegentlich der Besuch einer Oper oder eine Bergwanderung, das war’s im Wesentlichen. Violine spielen hat sie gelernt, findet jetzt aber keine Zeit mehr dafür. Einen Fernseher besitzt sie nicht, nach Feierabend rechnet sie häufig zu Hause weiter – am zyklischen Universum. Und dieses Modell bietet tatsächlich nach Popper’scher Forderung die Möglichkeit der Falsifizierung. Die Inflation war energetisch so heftig, dass in dieser Phase Gravitationswellen entstanden sein müssen. Der Umschwung im zyklischen Universum verlief dagegen eher sanft, ohne schwere Erschütterungen der Raumzeit. In der kosmischen Hintergrundstrahlung müssten sich Spuren dieser Anfangsphase noch nachweisen lassen.

Diese überall am Himmel beobachtbare Hintergrundstrahlung gilt als älteste Kunde im Universum. Sie entstand etwa 380 000 Jahre nach der Geburt des Alls und weist dezente Schwankungen auf, die als Keimzellen für die weitere Entwicklung zu Galaxien und Galaxienhaufen gelten. Die von der Inflation ausgelösten Gravitationswellen müssten eine Polarisation – eine teilweise Ausrichtung der Wellen in der Hintergrundstrahlung – verursacht haben. Im Frühjahr 2014 ging eine Meldung um die Welt, wonach Forscher mit einem Teleskop namens BICEP 2 genau diese Polarisation nachgewiesen haben wollten. Der Beweis für das inflationäre Universum schien erbracht. Doch genauere Analysen unter Einbeziehung von Daten des europäischen Weltraumteleskops Planck widerlegten das Ergebnis: Staub in der Milchstraße hatte die Polarisation der Hintergrundstrahlung verursacht. Seitdem hat die Suche nach diesem Heiligen Gral der Kosmologie Fahrt aufgenommen.

Mit einem der neuen Teleskope, dem Simons-Observatorium in der chilenischen Atacamawüste, wird Anna Ijjas arbeiten. Finanziert wird das Projekt von dem amerikanischen Milliardär Jim Simons, den Ijjas mit ihren jüngsten Ergebnissen zur Berechnung des Urpralls unlängst davon überzeugen konnte, ihre Forschung auch nach dem Wechsel an das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik weiter zu unterstützen – eine einmalige Ausnahme, da die Simons-Stiftung sich eigentlich auf die Förderung von Projekten in den USA beschränkt. „Jim ist aus philosophischen Gründen ein Anhänger des zyklischen Universums“, sagt Ijjas.

Das Simons-Observatorium könnte die Frage nach der Polarisation innerhalb der kommenden fünf bis zehn Jahre lösen. Was, wenn sie tatsächlich gefunden und damit die Vorhersage des zyklischen Universums widerlegt würde? „Nach Popper wäre es der ideale Fall, denn dann wissen wir zumindest, wie das Universum nicht beschaffen ist, und hätten auch viel gelernt“, sagt Ijjas. Sie müsste sich dann neuen Ideen zuwenden – damit hätte sie jedoch keine Probleme. Zu der schwierigen Frage nach Gottes Tun vor Erschaffung der Welt zitiert der Kirchenlehrer Augustinus übrigens noch einen Kollegen, der darauf spöttisch geantwortet hatte: „Höllen bereitete er für die, die so hohe Geheimnisse ergründen wollen.“ Bleibt für Anna Ijjas zu hoffen, dass sich der anonyme Philosoph geirrt hat …

Life cycle of the Tiger Swallowtail butterfly

1. ewiges Leben in einer feindlichen Umgebung mit wenig Nahrung, ist Selbstversorgung und -Verwaltung das Lebenselixier – Beispiel: Chlorophyta/Grünalge aus der Astaxanthin extrahiert wir. Diese Alge kann Jahrzehnte ohne Wasser überleben.
2. Vermehren führt in einer vorteilhaften Umgebung zu Beendigung der Zellreproduktion.

Die „Flöhe husten hören“, beim „Schöpfer“ und beim „Geschöpf“, ist die grundsätzliche Herausforderung der Wissenschaft.
Die Philosophie bildet die Grundlage dieses Forschergeistes.
Um dieses Motiv zu befriedigen, forscht der Wissenschaftler mit Liebe.
Um etwas zu TUN, braucht es  Motiv und Liebe. Für Motiv und Liebe braucht es einen Glauben – der  ver–Rückt. Also bis zur Verrücktheit an das glaubt, was man TUT – nach  Che Guevara.

Der zeitgenössische Mensch braucht Zahlen, Worte, Namen, Töne, Musik, Symbole und Zeit, um sich ein inneres Bild zu schaffen und zu erhalten. Sobald sein inneres Bild mit dem äußeren Bild übereinstimmt, hat der Mensch eine Orientierung zu seiner Vorstellung und zu seinen Wünschen. Doch er braucht viel Zeit, um mit Gefühlen aufgeladene falsche Bilder auszutauschen. Falsche Bilder entstehen, weil Wirkung  mit Ursache verwechselt wird, so wie der Mensch im Spiegel alles verkehrt herum sieht. Rechts wird zu links und umgekehrt.

Doch es gibt eine Verstehens-Brücke: Ein universelles Gesetz ist Ur-Ursache und Ur-Wirkung (Kausalität). Das, was der Mensch sieht, ist mit 99,999999 % Wahrscheinlichkeit eine Wirkung, die er zunächst als Ursache interpretiert.
Ein weiser klug Forscher ist sich dieser Tatsache bewußt. Manche suchen so lange nach der Ursache, die vor der Wirkung liegt, bis sie zur Ur-Ursache vorgedrungen sind.
Der kluge und weise Forscher kennt die Analogie. In diesem Wort ist „Logos“ enthalten, dass im Kern mit „Sinn und Vernunft“ übersetzt werden kann. Mithilfe der Analogie bohrt der Wissenschaftler gewissermaßen ein Loch zum Kern. Während der nur kluge Wissenschaftler, mit einer Spirale, Schicht für Schicht untersucht, um zum Kern vorzudringen.

Für beide gilt:
Wer einer Sache nicht auf den Grund geht, um umarmt lediglich die Schatten einer Wirkung. Wer die Schatten einer Wirkung umarmt – Verschlimmbessert.

Die andere Art von Verrücktheit:
Der zeitgenössische Mensch hat Sehnsüchte, wie der Wissenschaftler auch. Beide haben noch kein klares Bild. Doch statt in der Tiefe diese Sehnsüchte zu erkunden, ist der zeitgenössische Mensch geneigt, ohne große Anstrengung und Mühe seine Sehnsüchte und Neugier zu befriedigen. Doch ohne Mühe und Anstrengung, mutiert die Neugier zur GIER, die nur durch Konsum befriedigt werden kann. Die Vorstufe von Konsum ist die Werbung. Prägnante Worte ohne Tiefe verbunden mit Propaganda – nach Edward Bernays – zielen auf diese Art von Sehnsucht-Befriedigung ab.

Grundsätzliche Regel der Vernunft:
Dass, was die Lippen verläßt – Worte (Absicht) und dass, was der Körper signalisiert (Sehnsucht) sind bestenfalls in Einklang mit der Einsicht zur Wahrheit.
Wenn dem nicht so ist, ist es von Vorteil,  Wort-Sprache und Körper-Sprache zu verstehen. Denn der Körper signalisiert sofort eine zu große Toleranz zwischen Wahrheit und Lüge durch Gesten – also lernen: „Die Flöhe husten hören!“

Die Körpersprache des Universums ist im Einklang, mit der Sprache des Schöpfers. Nur so führen wissentliche Errungenschaften, für den Menschen zu einem komfortableren Leben.
Daraus ergibt sich, wenn Worte und Körpersprache im Einklang sind, nutzt dies ALLEN und ALLEM.
Damit hätte der Mensch einen objektiven Bezugspunkt und eine Benchmark, für gute, richtige und objektive Informationen an seine Mitmenschen und die Menschheit.
Sollte es sich um eine fundierte Spekulation handeln, braucht der Sender der Botschaft dies nur zu sagen und der Empfänger hat die Wahl, für seine Entscheidung.

Luhmann Systemtheorie – kurze Einführung über Niklas Luhmanns Theorie  Niklas Luhmann – Video   Paul Watzlawick – Video.

Platonische Körper:
1. Besonderheiten und Gemeinsamkeiten von Platonischen Körpern.

Platonische Körper sind vollkommen regelmäßige Körper. Ihre Oberflächen bestehen aus gleich großen, gleichseitigen und gleichwinkligen Vielecken. In jeder Ecke eines platonischen Körpers stoßen genau gleich viele Flächen aneinander.

Zu jedem platonischen Körper gehören drei spezielle Kugeln. Die erste (die Kantenkugel) berührt alle Kanten ihres platonischen Körpers genau in der Mitte. Eine zweite, kleinere Kugel, die sogenannte Inkugel, ist so in den Körper einbeschrieben, dass sie alle Flächenmittelpunkte des platonischen Körpers berührt. Eine dritte Kugel, die Umkugel, umhüllt den platonischen Körper so, dass sie alle Ecken des Körpers berührt.

Es gibt genau fünf platonische Körper: das Tetraeder, den Würfel, das Oktaeder, das Ikosaeder und das Pentagon-Dodekaeder.

Eigenschaften der fünf platonischen Körper:

KörperTetraederWürfelOktaederIkosaederDodekaeder

Oberflächenanzahl4682012Oberflächenformgleichseitiges DreieckQuadratgleichseitiges Dreieckgleichseitiges Dreieckregelmäßiges FünfeckEckenanzahl4861220Kantenanzahl612123030Flächenwinkel. 70°90°ca. 110°ca. 140°ca. 118°

Es kann nur genau fünf vollkommen symmetrische Polyeder geben, da eine Ecke im Raum mindestens drei Flächen verlangt und deren Winkelsumme in den Ecken des Körpers nicht größer oder gleich 360° sein darf. Beim Tetraeder stoßen jeweils drei gleichseitige Dreiecke aneinander. Da deren Winkelsumme von 180° noch deutlich unter 360° liegt, existiert auch die Eckenkonfiguration des Oktaeders, bei dem vier gleichseitige Dreiecke in den Ecken zusammenstoßen, und die des Ikosaeders, bei dem fünf gleichseitige Dreiecke zusammentreffen. Eine Ecke, die aus sechs gleichseitigen Dreiecken bestünde, kann es nicht als Ecke eines platonischen Körpers geben, da deren Winkelsumme 360° betrüge.
Genauso verhält es sich bei den Ecken der anderen platonischen Körper: Die drei Quadrate, die zusammen ein Würfel eck bilden, sind bereits die höchstmögliche Anzahl. Die Winkelsumme einer räumlichen Ecke, die aus vier oder mehr Quadraten bestünde, würde 360° oder mehr betragen. Das ist jedoch nicht möglich. Die maximal mögliche Anzahl von Fünfecksflächen, die Ecken im Raum bilden können, ist ebenfalls drei. Also ist das Dodekaeder der einzige vollkommen symmetrische Körper, dessen Ecken durch regelmäßige Fünfecke gebildet werden können.

2. Polare Beziehungen

Alle platonischen Körper lassen sich so ineinander einbeschreiben, dass es irgendwie hübsch aussieht, zum Beispiel Ecke auf Flächenmittelpunkt oder Kantenmittelpunkt. Die Körper können jedoch nicht in sich selbst einbeschrieben werden, außer dem Tetraeder. Bei manchen Paaren platonischer Körper ist das besonders hübsch. Die Beziehung zwischen ihnen heißt polare Beziehung oder auch Dualität. Aus einem Paar dualer Körper muss der eine genau so viele Ecken besitzen wie der andere Flächen. Die Ecken des einen Körpers liegen genau auf den Flächenmittelpunkten des anderen, und die Kanten der beiden Körper laufen immer rechtwinklig übereinander. Es gibt fünf polare Beziehungen, wobei das Tetraeder eine Ausnahme darstellt. Es ist zu sich selbst polar, da es genau so viele Flächen besitzt wie Ecken.

1. Würfel-Oktaeder-Beziehung
(2. Oktaeder-Würfel-Beziehung)3. Ikosaeder-Dodekaeder-Beziehung
(4. Dodekaeder-Ikosaeder-Beziehung)5. Tetraeder-Gegentetraeder-Beziehung

WürfelOktaederIkosaederDodekaederTetraeder6 Flächen8 Flächen20 Flächen12 Flächen4 Flächen8 Ecken6 Ecken12 Ecken20 Ecken4 Ecken12 Kanten12 Kanten30 Kanten30 Kanten6 Kanten

3. Durchdringungen platonischer Körper

Zwei polar zueinander stehende Körper können sich durchdringen. Dadurch entstehen neue Körper.
Drei verschiedene Durchdringungen platonischer Körper können entstehen:
1. Tetraeder-Gegentetraeder-Durchdringung
2. Würfel-Oktaeder-Durchdringung
3. Dodekaeder-Ikosaeder-Durchdringung

 

Den Raum, der von beiden sich durchdringenden Körpern gemeinsam beansprucht wird, nennt man Kern. Man muss sich vorstellen, dass auf allen Flächen des Kerns Pyramidenhütchen sitzen, abwechselnd von jedem der beteiligten Körper. Der Kern, der bei einer Würfel-Oktaeder-Durchdringung entsteht, heißt Kuboktaeder. Es besitzt zwei unterschiedliche Flächenarten, sechs Quadrate und acht Dreiecke. Den Kern einer Dodekaeder-Ikosaeder-Durchdringung nennt man Ikosidodekaeder. Es besteht aus 12 regelmäßigen Fünfecken und 20 gleichseitigen Dreiecken. Bei einer Tetraeder-Gegentetraeder-Durchdringung entsteht als Kern ein Oktaeder. Wieder drei neue Körper entstehen, wenn man die Durchdringungen mit einer neuen Oberfläche umhüllt. Das heißt, auf jede Kantenschnittstelle wird eine Fläche gelegt, sodass die Kanten der Durchdringung zu den Diagonalen der Hüllenoberflächen werden. Das Rhombendodekaeder ist der Körper, der durch Umhüllen der Würfel-Oktaeder-Durchdringung entsteht. Seine Oberfläche besteht aus 12 Rhomben, und seine Flächendiagonalen verhalten sich wie 1 : Ö2. Die Hülle der Dodekaeder-Ikosaeder-Durchdringung bildet das Rhombentriakontaeder. Es hat eine Oberfläche aus 30 Rhomben und ein Flächendiagonalenverhältnis von t : 1. Bei der Tetraeder-Gegentetraeder-Durchdringung entsteht ein Würfel als Hüllkörper.

DurchdringungKernHülle

Würfel-OktaederKuboktaederRhombendodekaederDodekaeder-IkosaederIkosidodekaederRhombentriakontaederTetraeder-GegentetraederOktaederWürfel

4. Umstülpungen

Definition: Wenn das Innere eines Körpers nach außen gestülpt wird oder das äußere nach innen, spricht man von einer Umstülpung.

Zum Beispiel kann eine Umstülpung bei einem Würfel vorgenommen werden. Setzt man auf jede Würfelfläche eine Pyramide gleicher Höhe, so sind die benachbarten Flächen gegeneinander geneigt, wenn die Höhe der Pyramide ungleich der halben Würfelkante ist. Ist die Höhe nun gleich der halben Würfelkante, liegen je zwei benachbarte Dreiecke in einer Ebene. Immer zwei dieser Dreiecke bilden je einen Rhombus, dessen kleine Diagonale der Würfelkante und dessen große Diagonale der Flächendiagonalen entspricht. Der so entstandene Körper ist das Rhombendodekaeder. Es hat 12 Flächen, 14 Ecken und 24 Kanten. Jetzt kann man sich auch vorstellen, dass die Pyramiden aus dem Würfel herausgeschnitten sind. So wird klar, dass alle Pyramiden zusammen dasselbe Volumen besitzen wie der Würfel, aus dem sie herausgeschnitten wurden. Das Rhombendodekaeder besitzt das doppelte Volumen des Würfels – Quelle – Natalie Wood.

Symmetrien der platonischen Körper

(Christoph Pöppe)

In unserem Zusammenhang interessieren uns an den platonischen Körpern primär ihre Symmetrien, genauer: ihre Symmetriegruppen (vgl. den Zusatz zum Beitrag von Britta Späth). Dass sie so schön regelmäßig sind, äußert sich darin, dass es viele Kongruenzabbildungen gibt, die den jeweiligen Körper mit sich selbst zur Deckung bringen. Darunter können offensichtlich keine Translationen oder Gleitspiegelungen sein; Mittelpunkt muss immer auf Mittelpunkt kommen. Eine Gruppe aus Abbildungen, die sämtlich einen Punkt unverändert lassen, heißt Punktgruppe. Die Symmetriegruppen der platonischen Körper sind also Punktgruppen.

Nehmen wir als Beispiel die Symmetriegruppe des Dodekaeders (oder des Ikosaeders, das ist nämlich dieselbe, wegen der Dualität). Man steche eine Achse durch den Mittelpunkt einer Fläche und den der gegenüberliegenden Fläche. Dann kann man um diese Achse um ein, zwei, drei … Fünftel des Vollwinkels rotieren (fünfzählige Drehachse). Eine Achse, durch zwei gegenüberliegende Eckpunkte gestochen, ist dreizählig, und eine durch zwei gegenüberliegende Kantenmittelpunkte ist zweizählig. Man wähle eine Fläche aus, halbiere sie durch eine Gerade von Ecke zu Mittelpunkt der gegenüberliegenden Kante und nehme die Ebene, die durch diese Gerade und den Mittelpunkt des Körpers liegt. Spiegelung an dieser Ebene ist eine Symmetrie des Körpers. Von diesen Ebenen gibt es 15 Stück. Diese Abbildungen und ihre Verknüpfungen bilden die Symmetriegruppe des Dodekaeders.

Die gestrengen Regeln der Gruppentheorie erzwingen, dass jede Punktgruppe, die eine zwei-, eine drei- und eine fünfzählige Drehsymmetrie enthält, bereits die Symmetriegruppe des Dodekaeders enthalten muss. Wenn man also durch Röntgenbeugung (siehe den Beitrag von Matthias Hullin) alle drei Drehsymmetrien in einem Festkörper findet, muss er die Symmetrie des Dodekaeders haben. Und da das mit einem gewöhnlichen Kristall nicht geht (vergleiche den Beitrag von Anne Müller-Lohmann), weiß man: Es muss ein Quasikristall sein.

Fullerene:
Eigenschaften und Anwendungen

Fullerene sind kugelförmige Moleküle aus Kohlenstoffatomen. Das sogenannte Buckminsterfulleren C60 (engl.Bucky Ball) ist das derzeit am besten erforschte Molekül dieser Art. Ihren Namen erhielten diese faszinierenden Moleküle nach dem Architekten Richard Buckminster Fuller (1895-1983). Auf der Expo 1967 in Montreal entwarf er eine Kuppelkonstruktion aus sechseckigen und fünfeckigen Zellen (geodätische Kuppel). Diese geodätischen Kuppeln ähneln den Fullerenen stark in ihrer Architektur.

Das C60-Molekül beispielsweise hat einen Durchmesser von 0,7 nm und ist genau wie ein Fußball aus 20 Sechsringen und 12 Fünfringen aufgebaut, weshalb man oft auch vom Fußballmolekül spricht. Der Größenvergleich ergibt, dass sich ein Fulleren im Verhältnis zu einem Fußball so verhält wie der Fußball zur Erde. Fullerene sind ebenso wie Diamant oder Graphit eine Kohlenstoffmodifikation. Die Hohlkugelgestalt der Fullerene führt zu einer im Vergleich zu Graphit (2,1-2,3 g/cm³) oder gar Diamant (3,51 g/cm³) sehr geringen Dichte (1,68 g/cm³). Im Gegensatz zu Graphit sind die Fullerene nicht elektrisch leitend. Das C60 bildet gelbe Kristalle, beim Lösen in organischen Lösungsmitteln (bspw. Toluol) bildet es jedoch eine markant weinrote Farbe aus. Damit sind sie als einzige allotrope Modifikation des Kohlenstoffs in organischen Lösungsmitteln löslich. Durch UV-Strahlung, besonders in Gegenwart von O2, wird der Fullerenkäfig zerstört.

Die C60-Fullerene sind die kleinsten Fullerene einer großen Anzahl allotroper Fullerene. Das nächstgrößere Fulleren (C70) bspw. hat die Struktur eines Rugbyball. Auch andere Cn-Moleküle wurden bislang isoliert (n = 74, 76, 78, 80, 84, 90, 94). Es werden zudem C240 und C540-Moleküle vermutet.

Anwendung finden die Fullerene derzeit im Kosmetik- sowie dem Sportartikelbereich. In Anti-Aging-Cremes findet das C60-Molekül bspw. Einsatz aufgrund seiner hohen Elektronenaffinität (Radikalfänger), dadurch soll es viele freie Radikale (reaktive molekulare Spezies), die für den Alterungsprozess der Haut verantwortlich sind, aufnehmen können. Bei der Sportgeräteherstellung finden die Fullerene hauptsächlich ihren Einsatz beim Bau von Tennis-, Badminton- oder Golfschlägern. Hier werden C60-Moleküle in Schaft und Rahmen verbaut, um so sehr dünnwandige und somit leichte, aber auch stabilere Carbon-Konstruktionen zu ermöglichen.

Da Fullerene nicht biologisch abbaubar sind und die Datenlage zur Toxizität noch sehr gering ist, verzichten Firmen wie Ciba (seit 01.04.2009 Teil der BASF SE) und Novartis derzeit auf ihren Einsatz. Fullerene sind nicht selbstentzündlich. Als fein verteilte Mischung mit Luft (Staub) unter Einwirkung einer Zündquelle sind Fullerene entzündlich (Staubexplosion). Das Verhalten bei einer Staubexplosion ist vergleichbar mit dem anderer, kohlenstoffbasierter Materialien.

Fullerene kommen in der Natur in verschiedenen Gesteinen vor. Man geht davon aus, dass Fullerene bereits frühzeitig unbeabsichtigt von Menschen synthetisiert wurden und als Ruß auf Höhlenwänden abgelagert wurden [3]. Die Möglichkeit der Existenz von Fullerenen wurde 1970 von dem japanischen Chemiker Eiji Osawa auf Grundlage von Berechnungen vorhergesagt [8,9]. Davidson und Haymet bestätigten im Jahre 1981 und 1985 die Rechnungen von Osawa. Im Jahre 1985 gaben Curl, Kroto und Smalley erstmals die Herstellung eines Fullerene, nämlich C60, in sehr geringen Mengen mittels Verdampfung von Graphit im Laserstrahl bekannt [4]. Im Jahre 1996 wurden sie hierfür mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet [1]. Die Synthese von Buckminsterfullerenen in größeren Mengen gelang im Jahre 1990 durch Krätschmer und Huffmann [5]. Ihr Prozess beruht auf dem Verdampfen von Graphit im Lichtbogen oder mithilfe des elektrischen Stroms in einer Unterdruckatmosphäre aus Helium oder Argon – Quelle

Gesamtüberblick, der Artikel zu den System-Köper-Sprachen im Unternehmer News- und Sonntag-Update.

Cumrun Vafa besuchte die Alborz High School in Teheran, bevor er 1977 zum Studium in die USA ging. Er machte 1981 seinen Bachelor-Abschluss in Mathematik und Physik am MIT in Cambridge. Anschließend ging er an die Princeton University, wo er 1985 seine Doktorarbeit bei Edward Witten (Thema: Symmetrie, Inequalities and Index Theorems) abschloss. Seit 1988 ist er Associate Professor und seit 1990 Professor an der Harvard University, wo er nach Abschluss seines Studiums 1985 als „Harvard Junior Fellow“ anfing. Seit 2003 ist er Donner Professor of Science in Harvard. 1989 erhielt er von der Alfred P. Sloan Foundation ein Forschungsstipendium (Sloan Research Fellowship). Er ist berühmt, spätestens seit er 2017 den mit drei Millionen Dollar dotierten Breakthrough-Preis gewonnen hat. Besonders seine jüngste Hypothese hat dem Physiker viel Aufmerksamkeit beschert. Er scheuchte die Fachwelt auf mit dem Verdacht, dass unser Universum, wie es bisher beschrieben wird, gleichsam nicht auf einer der Inseln, sondern im Sumpfland liege.

Unter Physikern ist daraufhin eine heftige Debatte darüber entbrannt, was das, falls es denn stimmen sollte, bedeuten könnte: Ist es also möglich, dass es die Welt, in der wir leben, eigentlich gar nicht geben kann? Oder hat Vafa bewiesen, dass die sogenannte Stringtheorie, auf der all seine Rechnungen gründen, im Widerspruch zur Wirklichkeit steht? „So möchten es die Kritiker der Stringtheorie gern sehen“, sagt der Forscher von der Harvard-Universität. „Aber die wollen mich auch missverstehen.“ Nur in einem Punkt stimme er mit ihnen überein: Seine Hypothese habe, falls sie sich als richtig erweist, weitreichende Bedeutung.

Um zu verstehen, was er damit meint, ist es erforderlich, sich mit dem Wesen der Stringtheorie genauer zu befassen. Seit den Achtzigerjahren gilt dieses Gedankengebäude als vielversprechender Kandidat für eine sogenannte Weltformel. Gemeint ist damit ein Satz von Gleichungen, der die gesamte Physik umfasst; mit anderen Worten: ein mathematisches Konstrukt, das sämtliche Phänomene der beobachtbaren Wirklichkeit in sich vereint. Fast ebenso alt wie der Traum von der String-Weltformel ist die Kritik derjenigen, die all das für ein bloßes Luftschloss halten. Niemals, so ihr Einwand, würden sich ihre Ideen beweisen lassen.

Unbeirrt von solchen Anfechtungen gehen die Stringtheoretiker von der Grundannahme aus, dass die Natur nicht aus punktförmigen Teilchen, sondern aus unvorstellbar winzigen Fäden („Strings“) aufgebaut ist. Je nachdem, wie diese vibrieren, treten sie als eines der verschiedenen bekannten Elementarteilchen in Erscheinung. Als die Forscher damit begannen, die Eigenschaften solcher Strings zu erkunden, stellten sie schnell fest, dass diese gar nicht im uns vertrauten dreidimensionalen Raum beheimatet sind, sondern in einem Universum mit neun oder zehn räumlichen Dimensionen. Und da sechs oder sieben dieser Dimensionen für uns Menschen unsichtbar sind, nahmen die Physiker an, dass sie eben auf winzigstem Raum zusammengeknüllt sein müssten.

Die Folge war ein abenteuerliches Dimension-Origami: Weltweit versuchten Forscher, mithilfe mathematischer Tricks Dimensionen auf engstem Raum zu verknäueln. Und bald war klar: Das klappt gut, die Vielzahl der Möglichkeiten kennt kaum Grenzen. Die Mathematik erlaubt Abermilliarden verschiedener Varianten, und jede davon beschreibt ein anderes mögliches Universum, jeweils mit eigenen Elementarteilchen und Naturgesetzen.

Hier kommt Vafas großes Projekt ins Spiel. Er will Kriterien finden, nach denen sich in dieser unermesslich großen Vielfalt der Möglichkeiten jene herausfiltern lassen, die wirklich existenzfähig sind. „Viele Universen sehen auf den ersten Blick so aus, als wären sie erlaubt“, sagt Vafa. „Doch wenn man genauer hinsieht, merkt man: Das stimmt gar nicht.“ Vafa stellte zum Beispiel fest, dass die Schwerkraft in allen physikalisch möglichen Welten viel schwächer zu sein scheint als alle anderen Kräfte. Er schloss daraus, dass jedes Universum, in dem die Schwerkraft stärker ist, im verbotenen Terrain des Sumpflands liegt. Bewiesen ist diese Behauptung zwar noch nicht, die Indizien jedoch scheinen Vafa recht zu geben.

Dann nahm sich Physiker Vafa eines der großen Rätsel vor, die seiner Zunft zu schaffen machen: die dunkle Energie. Hier handelt es sich um das vielleicht Geheimnisvollste, was unser Universum zu bieten hat. Die dunkle Energie ist allgegenwärtig, macht rund 70 Prozent allen Daseins aus und ist trotzdem nicht recht zu fassen. Entdeckt wurde sie erst Ende der Neunzigerjahre, als die Astronomen feststellten, dass die Sterne und Galaxien mit stetig wachsender Geschwindigkeit auseinanderstreben. Erklärlich ist ein solches Phänomen nur, wenn man annimmt, dass der Raum von einer unsichtbaren Form von Energie erfüllt ist, die ihn aufquellen lässt wie Hefe einen Kuchenteig. Verwirrt fragten sich die Astronomen: Woher nur kommt diese seltsame Art von Energie? Die Theoretiker hingegen stellten sich eine ganz andere Frage: Warum nur ist diese Energie so schwach?

In ihren Formeln nämlich war durchaus Platz für dunkle Energie. Das Problem war nur: Viel natürlicher wäre es, wenn mehr von dieser Energie vorhanden wäre, als die Astronomen gemessen hatten. Und „mehr“ bedeutet in diesem Fall: viel, viel mehr. Genau genommen: um einen Faktor mit 122 Ziffern mehr. Das ist eine schwindelerregend große Zahl. Warum hat es die Natur so eingerichtet, dass die dunkle Energie ausgerechnet diesen unerhört niedrigen Wert annimmt, der doch jeder Wahrscheinlichkeit entbehrt? Unter Kosmologen hat das Rätsel einen Namen: „Feinabstimmung“.

Um das Mysterium zu lösen und das Wesen der dunklen Energie zu ergründen, können die Physiker nur eines tun: das Phänomen genauer vermessen. Vor allem wollen sie herausfinden, ob die dunkle Energie seit Anbeginn des Universums unverändert ist oder ob sie im Verlauf der Jahrmilliarden allmählich dahinschwindet. Bisher hatten die Forscher einen konstanten Wert für das Wahrscheinlichste gehalten. Denn hätte sich die dunkle Energie geändert, dann hätten sie dies längst sehen müssen. Unbemerkt wäre der Effekt allenfalls geblieben, wenn er sich extrem langsam vollzöge. Das aber hätte die Theoretiker vor ein weiteres Feinabstimmungsrätsel gestellt: Warum nur ändert sich die dunkle Energie so unvorstellbar langsam?

Hier setzt Vafa mit seinen Argumenten an: Ein Universum mit einem konstanten Wert der dunklen Energie, so behauptet er, liege stets im Sumpfland – sei also gar nicht möglich. Nur ein Universum, in dem sich die dunkle Energie ändert, könne existieren. Und mehr noch: Er hat auch nachgewiesen, dass die dunkle Energie, wenn sie einen winzigen Wert annimmt, sich automatisch auch extrem langsam ändert. Das Mysterium der doppelten Feinabstimmung würde sich damit auflösen.

Der Clou aber ist, dass Vafa auch ausgerechnet hat, was „extrem langsam“ eigentlich heißt. Das Ergebnis dieser Rechnung ist es, was die Gemeinde der Stringforscher derzeit in höchste Erregung versetzt. Denn die Werte, auf die Vafa kommt, liegen genau in dem Bereich, der tatsächlich messbar sein könnte. Im Rahmen des „Dark Energy Survey“ fertigen die Astronomen derzeit eine dreidimensionale Karte des Kosmos an, die eine Präzisionsvermessung der dunklen Energie ermöglichen soll. Künftig werden Weltraummissionen wie „WFIRST“ und „Euklid“ noch genauere Daten liefern. Gespannt warten die Stringforscher nun darauf, ob diese Vafas Theorie bestätigen werden. Es wäre für sie ein Triumph, auf den sie kaum mehr zu hoffen wagten. Denn sie sind es gewohnt, als mathematische Ästheten verlacht zu werden, die unermüdlich Formeln ersinnen, die zwar bestechend schön, doch leider unbeweisbar sind.

In der Tat schien es bisher aussichtslos, die brillanten Ideen der Stringtheoretiker durch Messungen zu überprüfen. Denn die Strings, aus denen all ihr Denken besteht, sind aberwitzig winzig. Wer versuchen wollte, sie sichtbar zu machen, würde Teilchenschleudern galaktischen Ausmaßes dafür benötigen. Nun aber kommt Harvard-Forscher Vafa daher und sagt: Womöglich dauert es nicht mehr lange, bis die ersten handfesten Beobachtungen eintrudeln, welche die Stringtheorie in der Wirklichkeit verankern könnten. Kein Wunder, dass diese Botschaft von den Stringfans gefeiert wird. Zwar geht auch Vafa nicht so weit zu behaupten, dass es ein Beweis der Stringtheorie wäre, wenn die Astronomen herausfinden sollten, dass die dunkle Energie veränderlich ist. Ein wichtiges Indiz aber wäre es gewisslich.

Vafa zumindest glaubt, dass er an einem Wendepunkt angekommen ist. Erstmals deutet sich an, dass seine Theorien überprüfbar sein könnten. „Vielleicht ist dies die einzige Chance, die wir zu meinen Lebzeiten haben werden“, sagt der Harvard-Forscher.

Fortsetzung folgt!

 

Aus Diversität das Einzigartige schaffen und damit dem Wandel und unseren Werten verpflichtet sein.

Das Α & Ω ist dem Gewissen verpflichtet sein!
Alles dreht sich um SECHS (S.E.X.), LUST, LIEBE, Laune, Opfer, Details, „Blinde Flecken“, Mischung und um Gefahren sowie deren Lösungen!
Das Universum und die Welt sind S.E.X.-Spiegel für Uns bzw. eine Leinwand und ein Theater, um den ewigen Schöpfung-Prozeß zu inszenieren.
Die Außenwelt ist eine Reflexion der inneren Welt, die es gilt, professionelle in Einklang zu bringen.

ZEIT – GELD – E-Motionen – Unterweisung – Erziehung – Bildung: Wille – Oktave – Triebfeder – GÜTE – Atmosphäre – Gefahr – Motivation – Forschung – Disziplin – Filter – Opfer –
Kummer – Gewissen -, in Verbindung mit Fehlen – Lücke – Irrtum – Fehler – Assoziationen – Neugier – Ethik – Stoffwechsel – Reife und Versöhnung, um das gesamte Immun-System
immerwährend dynamisch zu stärken.

Fingerabdruck und DNA sind von Geburt an einzigartig. Zur Marke wird der Mensch durch innere Arbeit. Unterweisung – Erziehung – Charakter-Bildung – Forschung, um das Identität-Immun-System dynamisch zu stärken, für inneren Charakter, Stolz und Authentizität im Leben. Gefühlt – Geprüft – Gedacht – Geprüft – Geplant – Geprüft – Gesagt – Geprüft – Getan – Geprüft – Gelingen, mit Loyalität, Courage und Charakter.

Gefahr – Widerstand-Immun-Balance, Lüge und ein situationselastisches System, des sich Stellens, ermöglicht ein Leben mit innerem, mit Stolz in Balance. Elektrizität, Gesundheit, GELD und Design, sind die tragenden Säulen. Es braucht eine immerwährende systemische ReEvolution in Mensch und System-Schwarm-Intelligenz durch professionelle Reflektion. Neugier-, Ethik-, GÜTE-, Emergenz-, Irrtum-, Fehler-, Opfer-, Versöhnung-, Detail-, Demut-, Disziplin-, Takt–, Präzision-, Gewissen-, Regie-, Reife– und Statik–Prüfung, führt zum gesunden Narzissmus und Hedonismus, dem Profitum – Benchmark Meteorologie.

Der universelle Logos-Ansatz, dem OekoHuman folgt, ist ein sozial-systemischer Prozeß von „Stirb und Werde“, den Josef Schumpeter „schöpferische Zerstörung“ und Neu-Schöpfung nannte. Gewissermaßen ein universelles Perpetuum mobile zur Erhaltung des Lebens bzw.
ein immerwährender, über das Leben stattfindender Über-Lebensprozeß.
Schwarze Löcher, weisen auf einen solchen Prozeß wohl tatsächlich hin.
Der Psycho-Logo-OekoHuman-Grund-Ansatz: Drei Worte und das Goldene Regel System, welches richtige, gute und konstruktive Wahrnehmung und Gewohnheiten bei Jedem hervorrufen kann, der sich gewohnheitsmäßig täglich darum bemüht.
Auf diese Weise werden die beiden Ansätze mit dem Körper-Logos-Ansatz energetisch verbunden. OekoHuman hat diese DREI grundsätzlichen Prozeße, in einen Gesamt-Prozeß zusammengeführt, da dies dem universellem Analogie-Prinzip am nächsten kommt.
So ist die OekoHuman-Profession – HOLISTIK, Soziale-System-Theorie nach Luhmann, Kybernetik, Konstruktivismus und Profi-Profitum.

Takt – Oktave – Timing – Ethik mit GÜTE und innere Statik stärkt Gewissen und Intuition. Damit sind die wesentlichen Eckpfeiler genannt. Dies ist als Gesamtkonzept erlernbar, um Logos, Psycho-Logos und Gesetz-Mäßigkeiten, motivierend, mitfühlen, empfinden und spüren bis zum Lebensende täglich zu befruchten. Dieses Gesamt-Konzept führt zur dynamischen Meisterschaft im Leben heißt sich aus Gefühl und Denkgefängnisse befreien. Die praktisch logische Folge ist TUN im Kontext von universeller Mechanik und ist eng mit dem Prinzip vom LEBENS LANGEM LERNEN verbunden. Partkdolg-Pflicht (Duty) und KAIZEN, sind die maßgeblichen Werkzeuge, um dieser Herausforderung gerecht zu werden. Der Weg zum Ziel mag für den ein oder Anderen steinig sein, doch GÜTE, Gesundheit, Freiheit und Frieden, ist aller Mühen Wert, davon ist OekoHuman überzeugt und dies versteht OekoHuman unter richtiger und guter Nachhaltigkeit.  Siehe Persönlichkeiten, denen wir wertvolle Konzept-Impulse verdanken.

Grundlagen:
GESUNDHEIT – GÜTE – GELD – GEOMETRIE – HOLISTIK sind dynamisch HEILIG und werden von Niveau, Qualität und der Goldene Regel genährt. Logos – Takt – Oktave – Timing – Ethik – Gewissen – Weisheit – Vernunft – System – Statik – Neugier – SIEBEN – Relativität – Klima – Elektrizität–Strom – Profi-Profitum – Öko – Mühe – Reflektion – S.E.X., sind die zentralsten Begriffe im OekoHuman – GÜTE-Holistik-Know-Zentrum.
Sie sind eine Regie-Empfehlung mit Sinn, und Dynamik, bis zur persönlichen Meisterschaft im Leben, gebunden an ein freudvolles – langes Leben, mit Innenschau – Mission – Vision – Außenschau und dem Motto: Die individuelle Mischung macht’s und der Durchschnitt bestimmt das Gelingen.
Start:
Wer bin ICH und Wer will ICH SEIN – Status-Quo – Lagebeurteilung – Vision – Leitbild – Mission.

Basis:
Mensch – Wandel – Anpassungsfähigkeit – G.E.L.D. – Geld – Wirtschaft – Behavioral Finance – Talent – Anamnesis – Hermetik – Gewissen – Wahrheit – Einstellung – Hermeneutik  Source-Code – GÜTE – TUN – Nahrung-Ernährung – Strom – Vernunft – Controlling – Profitum – Loyalität – Wundern – Buddy-System.

Potential-Entfaltung:
Kraft – Stärke – Wille – Disziplin – Regie – Toleranz – Resilienz – Volition – Authentizität – Wettbewerb– und Widerstands-Fähigkeit – Know-How – Marke.

Umsetzung:
LIEBE – Mut – Mühe – Ritual – MACHT – Partkdolg-Pflicht (Duty) – KAIZEN – Know-How – schöpferische Zerstörung – die Mischung macht’s – Entscheidung – Wirksamkeit durch Profi-Profitum.

Fallen:
Wahrnehmung – Gewohnheiten – Bequemlichkeit – Glaubenssätze – Denkgefängnisse – Verschlimmbesserung – Projektion – Kausalität – Komfortzone – Durchhaltevermögen – Wechselwirkung – Wirkzusammenhänge – Konkurrenz – Kredit

Weg:
Profi-Profitum – Haltung – TON – Resonanz – Horchen – Erziehung – Unterweisung – Widerstand – Statik –Durchsetzung – Bildung – Vollendung

Angebote:
TUN-Studium – Talent-Unternehmer-Studium – Aus- und Weiterbildung – Projekte – Profi-Profitum als praktische Umsetzung – Unternehmer-Privat-Sekretär.

Ziele:
Fokussierung – Autonomie – Gesundheit – Klima – Kultur – Respekt – Würde – Gelingen – ReEvolution TUN – dynamischer Schöpfungs-Prozeß, „wer rastet, der rostet“, Profi-Profitum.

Resultate:
relative Heilig-Heilung – Reife – Ordnung – Takt – TUN – Niveau – Qualität – Weisheit – Frieden – dynamischer Horizont – ewiger Schöpfungs-Prozeß – Freiheit –  Nachhaltigkeit – Geltung.

Weitere Stichworte:
Universal-Prinzipien-Gesetz-Mäßigkeiten – Glaube – Hoffnung – Dienen mit Demut – Lernen – Anstrengung – Charakter-Design – Konsequenz –  Kompatibilität – ERP – Hidden-Champions – Entrepreneur  – Prävention – Veredelung – Ästhetik – Quintessenz –  Unternehmer-Privat-Sekretär.
Die zentrale Seite und Navigation, ist das OekoHuman-Wiki, hier sind noch nicht alle Seiten gefüllt – Gründe: Zeit – Strategie – Taktik – Reihenfolge.

Verein
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2 Comments

  1. Joanna sagt:
    13. Juli 2022 um 17:13 Uhr

    Für den neuesten Teil: “ZEIT, ZUR WAHRHEIT ZURÜCKZUKEHREN

    Die indianischen Ureinwohner sagen, dass sie, bevor ihre weißen Brüder kamen, um sie zu zivilisieren, keine Gefängnisse hatten, also auch keine Kriminellen. Sie hatten auch keine Schlösser oder Schlüssel, also gab es auch keine Diebe.

    Und wenn ein Mann so arm war, dass er kein Pferd, kein Tipi oder keine Decke hatte, gab ihm jemand diese Dinge einfach.

    Sie waren zu unzivilisiert, um viel Wert auf persönlichen Besitz zu legen. Sie wollten Dinge haben, nur um sie zu verschenken.

    Sie hatten kein Geld und konnten daher nicht am menschlichen Wert gemessen werden.

    Die Zeit für die großen Variablen war bereits gekommen.

    Es ist an der Zeit, zur Wahrheit zurückzukehren und die Würde des Wortes „Mensch“ wiederherzustellen.”

    DIE ALCHEMIE DES BEWUSSTSEINS

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  2. Joanna Zofia Jurczek sagt:
    27. Februar 2023 um 12:00 Uhr

    🍀

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