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Quantengravitation – Der Weisheit letzter Schluss?   Leave a comment

Schleifen oder Klänge? Die Quantengravitation wird es irgendwann erklären können. Bild: A. Dreher/pixelio.de

Schleifen oder Klänge? Die Quantengravitation wird es irgendwann erklären können. Bild: A. Dreher/pixelio.de

Die größte Nemesis der Naturwissenschaften ist vermutlich die Tatsache, dass die beiden Kerntheorien, also die Allgemeine Relativitätstheorie Einsteins und die Quantenphysik, hier besonders das Standardmodell der Elementarteilchen, einfach nicht zusammen passen. Jede ist in ihrem Bereich tragfähig und bewiesen. Dummerweise schließen sich beide gegenseitig aus. Jetzt gibt es unser Universum aber nun mal. Und es ist recht stabil, folgt Wahrscheinlichkeiten, enthält Raum, Zeit Masse und Energie. Die Vier Grundkräfte erfreuen sich bester Gesundheit und wirken unentwegt doch auch all die Quantenphänomene sind ebenso wahr. Es muss also beides stimmen, irgendwie.

Einsteins Weltformel oder, wie sie heute heißt, die TOE („theory of everything“) wird von vielen Physikern weltweit seit Jahrzehnten gesucht. Viele Ansätze kamen und gingen, weil sie sich bei der Überprüfung als Spezialfall erwiesen hatten, oder dem mathematischen oder physikalischen Experiment einfach nicht standhielten. Seit einigen Jahren nun gibt es ein Theoriegebäude, welches immer noch im Bau, schon jetzt sehr viel versprechend ist. Dieses Sammelsurium aus mehreren Theorien wird zusammengefasst unter dem Begriff Quantengravitation.

Was den Wissenschaftlern konkret Kopfzerbrechen bereitet ist die Tatsache, dass sich die Gravitation hartnäckig jeder Erklärbarkeit widersetzt. Ebenso zeigt sich, dass auf der Quantenebene Einsteins Konzept von der Raumzeit kaum erhalten lässt. Die Quanten, so scheint es, setzen sich einfach über Einstein hinweg. Alles steht und fällt mit dem Raumzeit-Begriff und dem Versuch, die Gravitation irgendwie zu erklären. Einen Achtungserfolg auf diesem Gebiet hat übrigens Paul Dirac bereits errungen, ihm gelang es, die Spezielle Relativitätstheorie mit den Quantentheorien zu verknüpfen.

Ist das Universum musikalisch? Die Stringtheorie

Zu den Theorien rund um die Quantengravitation gehört die weithin bekannte Stringtheorie. Sehr vereinfacht ausgedrückt, besteht absolut alles aus eindimensionalen Strings (engl: Saiten). Es gibt dabei sozusagen eine Art Hauptstring, die Theorie selber. Durch Faltung und Verknüpfung der Strings entstehen die Phänomene, die wir als unseren Kosmos kennen. Schwierig daran ist, dass die Stringtheorie mit viel mehr Dimensionen arbeitet, als wir sie kennen. Meist sind es neu, in Einzelfällen sogar 12 oder noch mehr Dimensionen. Manche Theoretiker schlagen die sehr einleuchtende Betrachtungsweise vor, dass in unseren bekannten drei Dimensionen noch mehr Dimensionen „hinein gewickelt“ sind. Nur so entstehen die „Knäuele“ die wir für unsere Dimensionen halten. So weit, so gut.

Wir haben also lauter „Saiten“ oder „Energiefädchen“. Wie entstehen Raum, Zeit, Materie, Gravitation und Energie? Hier bietet die Stringtheorie ein Symmetriekonzept, als Ursache für Gravitation an. Wann immer ein Haufen Strings in symmetrische Positionen geraten, interagieren sie und schaffen das Phänomen, welches ihrem „Grundton“ in dem sie schwingen entspricht. Das ist sehr vereinfacht ausgedrückt, tatsächlich ist die Stringtheorie so derart kompliziert, dass sie von den meisten Physikern mehrmals täglich verworfen wird. Ein weiteres Manko in dieser Theorie ist die Tatsache dass sie, nun ja, die Hauptbühne für Chaos gibt. Sie geht davon aus, dass auf Grund der Symmetrien unendliche viele Zustände zu jedem Augenblick möglich und auch vorhanden sind. Wie sich mit dieser Theorie allerdings ein konsistentes (beständiges) Universum wie das unsere erklären lässt, ist sowohl wissenschaftlich als auch philosophisch eher schwierig. Hier könnte man ein Angebot aus der Theorie selber aufgreifen: Wie wäre es, wenn diese String-Symmetrien, diese „Kadenzen“ aus Energie sich zu „Tonleitern“ und schließlich zur „Sinfonie“ die wir Universum nennen verbinden? Es findet sich das zum Gebilde zusammen, was harmonisch „klingt“.

Quanten-Schleifen-Gravitation – Alles ist gequantelt

Ein Quant ist aus Sicht der Physik eine sehr diskrete Menge von Energie und/oder Materie. Diskret genug, um natürlich auch nur diskret zu wachsen….und so durch die Lücken im Netz alles Größeren, einschließlich denen im Gewebe der Naturgesetze, hindurch zu schlüpfen. Die Quanten-Schleifen-Gravitation bietet eine faszinierende Erklärung für die Raumzeit: Auch sie ist gequantelt. Raumquanten können sich verbinden zu Raumatomen, die jedoch nicht so sind, wie etwa Materieatome. Auf diese Weise expandiert der Raum. Je mehr dieser Raumatome sich aneinander anlagern und wachsen, umso schneller tut er das. Dabei entsteht eine ganz bestimmte Form der Raumgeometrie, die wiederum die Basis für die Wechselwirkungen darstellt.

Die Quantelung wiederum lässt die Idee zu, dass wir uns eigentlich in einem Multiversum, bestehend aus lauter „Mini-Universen“ befinden. Manche Theoretiker glauben, dass die Makroebene nichts als die Wechselwirkung all dieser Mini-Universen ist und, genau genommen gar nicht als Universum im klassischen Sinne betrachtet werden kann. Andere wiederum sehen hier die Idee zum Mikro- und Makrokosmos der Wissenschaftler im antiken Griechenland widergespiegelt. Das Wechselspiel der Kräfte und alles andere findet auf der Raumzeit statt. Gequanteltes bringt Quanten hervor, die wiederum, ähnlich wie die „Ur-Quanten“ Systeme bilden, die die Makrowelt erzeugen.

Am Anfang war….die „Hölle“

In einem Punkt sind sich alle Theorien der Quantengravitation allerdings einig: Der Anfang unseres Universums war ein unendlich heißer und unendlich dichter Zustand. Ob dieser dann schlagartig expandierte, es also einen Urknall gab, oder ob sich vielmehr durch die Quantenteilung die Energie gleichmäßiger zu verteilen begann, darüber ist man sich nicht einig.

Spannend ist jedoch, dass dieser Ur-Zustand, vom Theoretiker Susekind übrigens „Höllenzustand“ genannt, allen Theorien gemeinsam ist. Man geht davon aus, dass eine Theorie für alles also diesen Höllenzustand „können“ muss, um irgendwie tragfähig zu werden.

Die Quantengravitation legt nahe, dass es zunächst nur reine Energie gab. Demnach wäre das was wir Materie nennen, eine Art Spezialform von Energie. Wirklich neu ist dieser Gedanke nicht, nur galt er bisher als wenig wissenschaftlich. Was die Erklärung von Singularitäten und Schwarzen Löchern angeht, so ist die Quantengravitation bei weitem der vielversprechendste Erklärungsansatz.

Interessant ist in diesem Zusammenhang der Blick in die Mysterien der Menschheit: In einem sind sich alle einig, nämlich dass das Universum das Klang und Licht besteht. Am Ende bekommt das, was wir Wissen nennen doch nur neue Namen und Begriffe und wir entdecken lediglich, was wir eigentlich schon lange wussten. Es wäre wirklich wünschenswert und mit Sicherheit ein gewaltiger Schritt in Richtung Erkenntnis, wenn Mystiker/Philosophen und Wissenschaftler sich einfach mal für einen Abend zusammensetzen würden, bei einem guten Glas Wein vielleicht, um zu plaudern…

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Der Beobachter-Effekt – oder Realität muss zuerst gesehen werden   Leave a comment

Tanzende Löffel!? Das liegt im Auge des Beobachters. Bild: Peter BAst/pixelio.de

Tanzende Löffel!? Das liegt im Auge des Beobachters. Bild: Peter BAst/pixelio.de

„Gekauft, wie gesehen,“ „sehen und gesehen werden“, „So wie ich das sehe….“, oh ja, er ist in der Sprache sehr präsent, dieser Beobachter-Effekt. In der Quantenphysik bildet er eine der wichtigen Grundlagen, eine Quelle für gewisse Frustrationen aber auch einen Ausgangspunkt für ein beängstigendes Realitätskonzept. Zu letzterem fällt mir eine Szene aus dem Film „Matrix“ ein, der diesen Beobachter-Effekt sehr anschaulich macht. Erinnern Sie sich, als „Neo“ wartet, mit dem Orakel zu sprechen? Im Warteraum sitzt ein kleiner Junge, bekleidet wie ein buddhistischer Mönch. In seiner Hand, ein Löffel, der sich dreht und windet. Neo beobachtet das Ganze fasziniert, und der Junge fordert ihn auf, es ebenfalls zu versuchen. Hochkonzentriert versucht Neo, gespielt von Keanu Reeves übrigens, jetzt, mit Hilfe seiner Gedanken den Löffel zu verbiegen und jetzt kommt’s!

Der Junge sagt sinngemäß zu Neo: „Versuche nicht, den Löffel mit deinen Gedanken zu verbiegen, das ist nämlich nicht möglich. Versuche stattdessen, dir einfach die Wahrheit vorzustellen. Den Löffel gibt es nicht. Er existiert nur, weil du ihn siehst und so wie du ihn siehst. Biege deine Gedanken, und der Löffel wird folgen“ Neo blickt entspannt auf den Löffel….der sich zu biegen beginnt! Ich habe selten eine anschaulichere Darstellung dessen gesehen, was der Beobachter-Effekt eigentlich ist. Wir kennen ihn anhand wissenschaftlichen Nachweises bisher nur auf der Quantenebene. Da die Quantenebene aber nun einmal die Basis von allem was ist darstellt, dürfte dieser Effekt möglicherweise schon bald in ganz anderen Bereichen ebenfalls von sich reden machen.

Genau genommen erzeugt die Quantenphysik keine evidenten Ergebnisse denn…

… der vergleichende Teil, der in den Wissenschaften äußerst wichtig ist, ist hier unmöglich. In den Makrowissenschaften werden die Werte im Versuch immer mit denen in Ruhe verglichen. Das sollte man in der Quantenphysik doch einfach auch machen, finden Sie? Recht haben Sie! Nur leider geht eben das nicht denn man weiß, dass der Bobachter auf das Beobachtete massiven Einfluss nimmt. Was ist Beobachtung eigentlich? Klar, wenn man etwas anschaut, beobachtet man es. Doch tut man dies auch, wenn man es misst, hört, oder sich dessen einfach bewusst ist! Es ist also in der Tat unmöglich an Ruhewerte zu kommen, denn man müsste ja ein Quantensystem beobachten, ohne es zu beobachten. Alleine die Absicht, die Frage nach dem „wie?“ und „warum?“ wird auf der Quantenebene bereits als Beobachtung wirksam. Man könnte also zusammenfassend sagen, wann immer man seine Aufmerksamkeit irgendwie irgendwohin richtet mit dem Verlangen, etwas zu erfahren, zu erleben oder beides gerade nicht zu tun, beobachtet man.

Dieser Effekt wird von manchen Wissenschaftlern als derart umfassend angenommen, dass sie die Annahme formuliert haben, unsere Realität existiere nur, weil wir uns ihrer bewusst sind. Das heißt im Klartext: Weil wir in die Welt schauen, gibt es überhaupt erst etwas zu sehen. Und die Frage, wie wir schauen bestimmt, was wir sehen. Zunächst fand die Welt der Wissenschaften diese „Freaks“ die eine derartige Behauptung aufgestellt hatten, ziemlich lustig. Die letzten Jahre und deren teils umwälzenden Beobachtungen allerdings haben dafür gesorgt, dass die Lacher mehr und mehr im Halse stecken bleiben. Inzwischen ist diese Überlegung nicht mehr grundsätzlich hinterfragt und es gilt eigentlich nur noch zu erforschen, wie weitreichend dieser Effekt tatsächlich ist.

Eine kuriose und manchmal erschreckende Auswirkung dieses Effektes hat wohl jeder von uns schon einmal erlebt. Scheinbar taucht im Straßenverkehr ein anderes Auto, oder auch in einem Raum ein anderer Mensch aus dem Nichts plötzlich auf. Möglicherweise geschieht dies, weil wir uns dieses anderen einfach nicht bewusst waren. In unserer Welt, unserer Realität, taucht das oder der Andere also tatsächlich aus dem Nichts auf. Da es immer mehr zu bezweifeln ist, dass es eine objektiv existente, von uns unabhängige Realität überhaupt gibt…beenden Sie den Satz ruhig selbst, wenn Sie mutig genug sind.

Das „Auge des Betrachters“ ist entscheidend

Wir hatten oben schon einmal „was und was“ und „wie und wie“, sprich was wir sehen wollen (erwarten, befürchten, erhoffen…) bestimmt, was wir sehen, wie wir es sehen wollen bestimmt, wie es ist. Die Medien dürften große Freunde des Beobachter-Effektes sein, denn was sie uns von der Welt zeigen bestimmt, wir sie sehen. So, meine Lieben, werden Lebensumstände und auch Geschichte aktiv gestaltet. Reagieren wir auf ein mögliches Szenario mit Angst, so sorgen wir mit dieser Angst dafür, dass es geschieht. Es greift, Sie ahnen es schon, der Beobachter-Effekt erneut. Das ganze funktioniert wie folgt: Was ist Angst? Angst ist eine heftige, an einen Fluchtreflex gekoppelte Reaktion der Ablehnung, richtig? Damit wir das aber ausleben können, muss das was uns Angst macht ja erst mal da sein, und idealerweise auch noch so, wie es uns Angst macht! Schaltet man in diesen Vorgang möglichst viele Bewusstseine ein, wird das Ganze zum Selbstläufer. Was uns als mögliche Wirkung „verkauft“ wird, wird zur Ursache gemacht, für die Wirkung sorgen wir, die Bobachter. Nicht sehr fair, finde ich. Fair ist allerdings, dass dies natürlich auch im Positiven funktioniert und übrigens ebenso nachhaltig.

Wie verhält es sich denn aber nun mit den Entdeckungen, etwa der Astrophysik? Immer neue Technik ermöglicht immer weitere Blicke ins All und wir entdecken immer neue Sternensysteme. Nun, hier könnte genau dieser Effekt erneut greifen. Es gibt aber auch noch eine andere Hypothese, die ich persönlich sehr faszinierend finde. Beim Blick in die unendlichen Weiten könnten wir, direkt vor unserer Nase, den Beweis für die Existenz Gottes, der Götter des „Superbewusstseins“ haben: Das All existiert, weil sich eben jener dieses Alls bewusst ist! Damit wäre das All natürlich auch Bewusstsein, denn er „denkt“ es ja. Für diesen Gedanken spricht, dass sich das All durchaus meistens an die Naturgesetze hält, aber eben auch nicht immer. Dafür spricht weiterhin, dass man von nahezu jedem Astrophysiker oder Kosmologen irgendwann einmal hört, dass das All in seinem Verhalten eine Absicht hat oder einer Absicht folgt. Bemühen wir jetzt den Beobachter-Effekt, weil wir einfach mal behaupten, dass er wesentlich grundlegender ist, als man ihm bisher zugesteht, wird es richtig spannend.

Verändere den Blick und du veränderst die Realität“

So ungefähr könnte eine Schlussfolgerung aus dem Beobachter-Effekt lauten. Dass diese Schlussfolgerung durchaus tragfähig, wenn auch noch nicht schlussendlich bewiesen ist, wissen wir nicht nur aus Science-Fiction-Filmen. Es gibt Experimente, die zumindest die Annahme sehr nahelegen, dass das funktioniert, und zwar eins zu eins. Dazu wurden zum Beispiel Patienten gefragt, ob sie an einem Versuch teilnehmen möchten. Nach deren Zustimmung wurden „Trigger“ also ein Symbol, eine Zahl, oder eben der Name des Patienten hergenommen. Eine Gruppe von Studenten wusste nur, dass sich der Patient in der Klinik befindet, weiter nichts. Diese Studenten nun konzentrierten sich jeden Tag 10 Minuten lang darauf, „ihren“ Patienten heil und gesund zu sehen. Dabei ereignete sich so manches Wunder, so wurde etwa berichtet, dass Krebspatienten die normalerweise sehr anstrengende und leidvolle Chemotherapie erheblich besser vertrugen. Dieses „besser vertragen“ ging so weit, dass ein Patient sogar bezweifelte, dass er überhaupt schon Medikamente erhielt! Dies geschah nachweislich, weil sie alle als gesund und fit gesehen wurden von fünf jungen Menschen. In der „Chemo-Vergleichsgruppe“ gab es keinen anderen Patienten, der derartige Abweichungen vom normalen Verlauf zeigte. Das ganze war eine sogenannte „Doppel-Blindstudie“, das heißt, weder die Patienten noch die Versuchsleiter wussten, wer durch die Therapie „gedacht“ wurde, so lange der Versuch lief.

Dass wir spüren, wenn jemand an uns denkt, dass wir regelrecht innerlich heilen, wenn uns jemand von ganzem Herzen Glück wünscht, ist also keine Einbildung, sondern, nun ja, wie es scheint schlicht und einfach Physik. Dass das Leben und die Welt uns so erscheint und auch so ist wie wir sie sehen, offenbar ebenfalls. Werden wir also vorsichtig mit dem was wir denken und wie. Über uns selbst und auch über andere denn es scheint, als könnte der Beobachter-Effekt uns mehr Macht verleihen, als wir wissen und als uns lieb ist. Am Ende ist der Chef ja nur so ein Depp, weil wir ihn so sehen? Wir werden dieses faszinierende Thema fortsetzen, verlassen Sie sich darauf! Denn so wie ich das sehe….

Sind Quanten wirklich „Outlaws“?   Leave a comment

Das Ganze und seine Teile Bild: Didi01/pixelio.de

Das Ganze und seine Teile Bild: Didi01/pixelio.de

Wer sich der Quantenphysik nähert, tut dies meist mit einem merkwürdigen Gefühl. Einer der Gründe: Quanten gelten als „Gesetzlose“, da sie sich scheinbar über geltende Naturgesetze hinwegsetzen. Doch tun sie das wirklich? Sie ahnen es schon, ich habe mal wieder „spazieren gedacht“. Nun, Sie ahnen richtig und hier präsentiere ich, was dabei heraus gekommen ist.

Wir leben in einer Welt, die aus vier Dimensionen besteht, das ist tatsächlich so, denn die Raumzeit hat ebenfalls Dimensionscharakter. Fangen wir mit einer spannenden Frage an: Was gab es wohl zuerst? Diesen vierdimensionalen „Spielplatz“ oder die Naturgesetze? Diese Frage mag fast so anmuten wie die nach dem Huhn und dem Ei, jedoch denke ich, sie ist wesentlich einfacher zu beantworten. Für viele Wissenschaftler stellen die Naturgesetze immer noch das „Wort Gottes“ dar, auch wenn sie bekennende Atheisten sind. Sie kennen meine Tendenz zur Bilderstürmerei und genau die beabsichtige ich erneut auszuleben denn ich behaupte: Die vier Dimensionen unserer Welt bedingen die Naturgesetze und nicht umgekehrt.

Schachteln, die Schachteln bilden

Dimensionen sind so eine Sache. Sie sind recht geduldig und halten immer wieder für physikalische „Schönheitsoperationen“ her, werden hinzugefügt oder einfach weggelassen. Was ist eigentlich eine Dimension? Eine Dimension ist ein durch Begrenzung entstehender Raum, der sich durch die Begrenzung sozusagen spezialisiert. Natürlich ist diese Definition sehr hölzern, doch für unsere Zwecke soll sie genügen. „Raum“ ist hier auch nicht räumlich zu verstehen, sondern vielmehr eine Art Feld, in der eine bestimmte Eigenschaft absolut vorherrscht. Tatsächlich gefällt mir das Bild eines Schlauches sehr viel besser, wenn man versuchen will, eine Dimension zu visualisieren.

Jede Eigenschaft hat Effekte. Das merken Sie ganz leicht im Alltag, verfügen Sie zum Beispiel über die Eigenschaft „Charme“, ist der Effekt, dass Sie sehr beliebt sind und schnell Kontakte knüpfen können. Eine Dimension hat als Eigenschaft zum Beispiel „Raumzeit“ und macht durch ihre Formung diese Eigenschaft wirksam. Die weiteren Dimensionen, also Länge, Breite und Höhe, haben sich mit dieser Raumzeit-Dimension verbunden. Wenn man sich schon verbindet, kann man auch interagieren, nicht wahr? Und da nun einmal nur vier „Personen“ da sind, die miteinander „kommunizieren“ entsteht eine sehr klare gemeinsame „Sprache“. Wir nennen diese Sprache Naturgesetze.

Lassen Sie uns aus dem Schlauch eine Schachtel machen. In eine große „Dimensions-Schachtel“ wird immer die jeweils kleinere gesteckt, Sie kennen das vom Basteln im Kindergarten. Jede Schachtel enthält also alle kleineren. Damit die Schachteln zusammen wirken können, bauen wir sie aus einem Geflecht. Je nachdem, wie die Schachteln zueinander stehen, werden bestimmte Abläufe zugelassen, oder eben nicht. Da wir nur vier Schachteln haben, die sich ineinander nicht sehr viel bewegen lassen, ergibt sich also nur eine bestimmte Anzahl von „Wegen“ oder Abläufen durch die Schachteln, die zulässig sind. Und erneut haben wir: die Naturgesetze.

Stringtheorie, Viele Welten, Mulitdimensionalität

Die Reihenfolge der Begriffe in dieser Überschrift folgt dem aristotelischen Steigerungsprinzip, denn etwa in dieser Anordnung entstanden die Theorien, die hier genannt sind. Die Stringtheorie geht von mindestens 12 Dimensionen aus, die Viele-Welten-Theorie impliziert, dass es unendlich viele Dimensionen geben kann, die Mulitidimensionaltheorie schließlich fußt auf genau dieser Annahme.

Bleiben wir bei unserer Schachtel, in der kleinere Schachteln stecken: Es kann sein, dass sich in einer Schachtel Dinge abspielen, die nicht oder nur selten durch die anderen Schachteln „wandern“ wollen. Ein solcher Vorgang müsste sich also auch nicht an die „Straßenverkehrsordnung zum Durchmessen aller Schachteln“ halten, nicht wahr? Wozu auch, er wandert ja nicht herum. Da unsere Schachteln jedoch aus einem Geflecht bestehen, also nicht hermetisch abgeschlossen sind, können Effekte dieser Abläufe durchaus in den umliegenden Schachteln gesehen werden, oder gar wirken. Und schon haben wir die Möglichkeit geschaffen, dass sich Dinge abspielen können, die den Naturgesetzen eben nicht gehorchen! Innerhalb der einzelnen Schachteln wiederum gelten natürlich bestimmte Gesetzmäßigkeiten, die durch die „Beschaffenheit“ der fraglichen Schachtel klar definiert sind. So kann es sein, dass in der Schachtel A Dinge möglich sind, die in der Schachtel B so nicht stattfinden könnten, aber dennoch Einfluss auf die Schachtel nehmen. Klingt unglaublich? Ist es nicht, Sie kennen das. Zumindest diejenigen unter Ihnen, die die „Harry Potter“-Filme gesehen und mit dem Helden mit gefiebert haben. Natürlich hat Sie der Basilisk erschreckt! Auch wenn Sie genau wissen, dass in unserer Welt mit dem Auftauchen einer solchen Gestalt eher nicht zu rechnen ist. Etwas, dass in dieser Welt nicht vorhanden ist, hatte also auf Sie einen direkten Effekt. Quod erat demonstrandum!

Vielleicht doch nur „Ausländer“?

Erwiesenermaßen machen Quanten, was sie wollen. Sie vervielfachen sich aus dem nichts, verschränken sich in Simultanzeit, sind mal Welle, mal Teilchen und haben noch so manchen anderen „Zaubertrick“ drauf. Das macht sie sehr außergewöhnlich in unserer Welt und in unserer Wahrnehmung. Größere Dinge können das nicht….vielleicht einfach deswegen, weil sie auf Grund ihrer Größe entweder in zu vielen oder zu wenigen Dimensionen gleichzeitig präsent sind. In einem solchen Fall wäre es so, dass es sehr wohl Gesetze und Regeln auf der Quantenebene gibt, die wir allerdings nicht kennen. Dass dort Dinge zulässig sind, die die Materie auf unserer Ebene nicht darf und umgekehrt.

Auch das kennen wir aus dem Leben: Die Gesetze und Traditionen in anderen Ländern betreffend, zum Beispiel. Möchten Sie in Indien richtig negativ auffallen, dann gehen Sie doch einfach mal als Frau mit einem Tank Top durch Mumbai. Im Gegensatz zu den Sari tragenden Frauen, deren Oberteil meist bauchfrei ist, sind Sie doch eigentlich sehr züchtig bekleidet, oder nicht? Nein, sind Sie nicht, denn Sie zeigen Ihre nackten Schultern! Für eine Frau ist das in Indien absolut tabu. Es ist ungefähr so anstößig, als wenn Sie hier in Deutschland oben ohne durch die Innenstadt gingen.

Sie sind es gewohnt, Ihren Teller leer zu essen? Sehr brav, so lernen wir es ja auch. In Frankreich beleidigen Sie damit Ihren Gastgeber, geben ihm zu verstehen, er sei geizig. Andere Länder andere Sitten, nicht wahr? Nun, vielleicht könnte man ebenso gut sagen: andere Dimensionen oder Dimensionsgeflechte, andere Naturgesetze. Ob wir vierdimensionalen Wesen allerdings jemals in der Lange sein werden, die Naturgesetze in einem anderen Dimensionsgeflecht zu verstehen, sei dahin gestellt. Ein solcher Ansatz könnte dafür gut sein, vielleicht das eine oder andere Unerklärliche einfach stehen zu lassen, und statt sich davor zu fürchten, der Vielfalt und dem Einfallsreichtum der Natur zu applaudieren, die unsere Welt als nur EINE Möglichkeit der Existenz hervor gebracht hat.

Theorien rund um das Higgs-Boson   3 comments

„CMS Higgs-event“ von Lucas Taylor - http://cdsweb.cern.ch/record/628469. Lizenziert unter Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 über Wikimedia Commons - http://commons.wikimedia.org/wiki/File:CMS_Higgs-event.jpg#mediaviewer/File:CMS_Higgs-event.jpg

„CMS Higgs-event“ von Lucas Taylor – http://cdsweb.cern.ch/record/628469. Lizenziert unter Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 über Wikimedia Commons – http://commons.wikimedia.org/wiki/File:CMS_Higgs-event.jpg#mediaviewer/File:CMS_Higgs-event.jpg

Vor etwa zwei Jahren haben Sie vermutlich auch gelesen, das „Gottesteilchen“ sei gefunden. Was wahrscheinlich bei einem Versuch im Teilchenbeschleuniger LHC zu Genf auftauchte war ein Boson, welches scheinbar den theoretisch errechneten Werten des nach Professor Peter Higgs benannten Teilchens entspricht. Bis die Auswertung dieses bahnbrechenden Versuches abgeschlossen sein wird, werden noch etwa zwei weitere Jahre vergehen.

Um die gewaltige Bedeutung dieses, übrigens streng genommen immer noch hypothetischen Teilchens zu erklären, sollten wir uns die Theorien rund um dieses Boson genauer anschauen. Sie wissen bereits, dass Bosonen Überträgerfunktion haben. Sie sorgen dafür, dass die Vier Grundkräfte überhaupt wirken können. Im Text „Teilchenzoo“ nannten wir die kleinen Kerlchen die „Fräuleins vom Amt“. Auch wenn es fast unglaublich klingt, so gibt es doch in der Physik noch ein paar Mysterien:

– Was genau ist Masse? Woher kommt sie?

-Was ist Gravitation?

Letztere ist übrigens nicht, wie oft angenommen, das Gleiche wie die Schwerkraft! Gravitation ist per definitionem die Anziehung zwischen Massen. die Schwerkraft hingegen ist eine Auswirkung der Gravitation. Sie beschreibt Art, Richtung und Stärke, mit der sich die Massen anziehen. Das bedeutet: Gravitation kann vorhanden sein, ohne das Schwerkraft auftritt, etwa, wenn keine Massen da sind. Sicher kennen Sie die Parabelflüge, mit denen Astronauten die Schwerelosigkeit üben. Ein Flugzeug steigt steil nach oben, wendet sich nach unten und stürzt eben so steil der Erde entgegen. Die Geschwindigkeit des Aufstiegs (Fluchtgeschwindigkeit) und die daraus resultierende Kraft, mit der das Flugzeug gegen die Schwerkraft „kämpft“, wird am Umkehrpunkt schlagartig der Richtung nach umgekehrt. Newtons Gesetz lässt grüßen denn, Kraft und Gegenkraft heben sich bekanntlich auf, die Insassen werden schwerelos. Wäre auch die Gravitation weg, hätten Flugzeug und Insassen einige große Probleme zu lösen. Allen voran, wie man sich überhaupt noch in irgendeine Richtung bewegen, geschweige denn in einem Stück bleiben kann.

Eine mögliche Antwort auf die Frage nach der Masse

Kehren wir zur Masse zurück. Was wir wissen ist, dass sie offensichtlich nötig ist, damit die Gravitation wirken kann. Masse und Gravitation zusammen ergeben Schwerkraft, die Größe der Masse sowie das Ausmaß der Gravitation ergeben Gewicht. Weiterhin scheint es so, als „klebe“ die Gravitation Massen zusammen. Wo kommt Masse her? Was ist sie eigentlich genau? Higgs nahm sich dieses Problems an und schlug folgende Lösung vor: Masse ist eine Eigenschaft, die die Vorbedingung für das Wirken der Kräfte in der Physik darstellt. Sie ist sozusagen der „Zuhörer“, während die Kräfte die „Sprecher“ sind.

Jetzt wird es etwas abgefahren, aber da wir uns hier im Bereich der Quantenphysik bewegen, sind Sie das ja schon gewohnt. Hinsichtlich der Frage, wo Masse herkommt nimmt Professor Higgs ein gewaltiges Feld an, welches sich mindestens über das ganze Universum, möglicherweise darüber hinaus, erstreckt. Dieses nach ihm benannte Higgs-Feld verfügt über die Eigenschaft „Masse“, das Higgs-Boson, selbst masselos übrigens, überträgt diese Eigenschaft. Wohl bemerkt, sollte der „Kanditat“ aus dem LHC tatsächlich dieses Higgs-Boson sein, so wäre auch das Higgs-Feld als zwingend wahrscheinlich anzunehmen. Das hieße, wir alle und alles andere Existierende wären von diesem Feld umgeben und würden ständig „zusammengebaut“ aus winzigsten Masseeinheiten, die auf diesen Bosonen herum fliegen. Materialsiation von allem Möglichen aus dem Nichts wäre damit theoretisch möglich. Sie ahnen vermutlich, warum bereits nach Möglichkeiten geforscht wird, das Higgs-Feld technologisch zu nutzen. Nach meiner Kenntnis hat Professor Higgs die Eigenschaft Masse nicht näher beschrieben und die bekannten Erklärungsansätze als richtig vorausgesetzt. Jedoch hätte die Existenz des Higgs-Feldes zur Folge, dass diese Ansätze überdacht werden müssten.

Higgs und die Technicolor-Theorie

Im sogenannten Standardmodell der Elementarteilchen wird das Higgs-Boson als reines, also vollständiges Teilchen angenommen. Jedoch gibt es spannende Alternativen zum Standardmodell, eine davon ist die sogenannte Technicolor-Theorie. Sie kann als Erweiterung des Standardmodells gesehen werden. Man geht hier von neuen Teilchen, den Fermionen (Teilchen mit halbzahligem Spin) oder Techniquarks aus. Diese kleinen Teufelchen sind außerordentlich kreativ. Sie bilden sozusagen die „Legosteine“ aus denen die „Legomännchen“ (Teilchen) zusammen gesetzt sind. Die Theorie legt nahe, dass es möglicherweise „Männchen“ gibt, die bevorzugt gebaut werden, was jedoch jede andere „Männchen-Version“ dennoch möglich macht.

Kürzlich erst erhielt diese Theorie „Wasser auf die Mühlen“: Im LHC haben sich zwei neue Teilchen gezeigt von denen man glaubte, das ihre Quarkzusammensetzung nicht möglich sein sollte.

Die Technicolor-Theorie geht davon aus, dass das Higgs-Boson so nicht existiert denn sie nimmt an: das Higgs-Boson ist ein zusammengesetzes Teilchen, besteht also aus verschiedenen Techniquarks. Hinsichtlich der Frage, wie Quarks sich eigentlich zu Teilchen bilden, werden wir uns gemeinsam auch noch die Quantenchromodynamik ansehen.

Problem: Supersymmetrie

Der „Nachfolger“ der Stringtheorie, die sogenannte Supersymmetrie, manchmal auch M-Theorie genannt, stellt das Higgs-Boson auf eine harte Probe: Sie postuliert, dass es nicht ein Higgs-Boson gibt, sondern fünf. Jedoch wird ihm hier eine größere Wichtigkeit zugestanden, man geht davon aus, dass es nicht nur Masse überträgt, sondern auch als Katalysator für alle Vier Grundkräfte wirkt.

Die Supersymmetrie ist eine wunderschöne und eigentlich sehr einfache Überlegung: Zu absolut allem, Materie, Energie, Teilchen, Wellen oder auch Felder, gibt es sein Gegenteil, den Supersymmetrie-Partner. Vielleicht haben Sie den Begriff „Neutralino“ schon einmal gehört, ein solches schaute unlängst auf den Detektoren der ISS vorbei und sorgte für helle Aufregung denn: möglicherweise sind sie die Bausteine der sogenannten Dunklen Materie. Die Begriffe „Dunkle Materie“ und „Dunkle Energie“ sind übrigens Bezeichnungen aus der Supersymmetrie-Theorie.

Die supersymmetrischen Partner der Bosonen sind die Bosinos. Un nun kommt das Problem: könnte es im „Fall Higgs“ sein, dass Bosonen und Bosinos gleich sind!? In diesem Falle könnte jedes Boson ein Bosino sein und umgekehrt. Oder ist das Higgs-Boson gar die „Spiegelachse“ an der die Supersymmetrie entsteht? In diesem Fall, so eine sehr interessante Überlegung, wären Higgs-Boson und Higgs-Bosino zwei Seiten einer Medaille und das Higgsteilchen das einzige „vollständige“ Teilchen: die Boson-Seite ermöglicht Masse, die Bosino-Seite die Gravitation. Sollte sich dies bewahrheiten, wäre der zunächst sicher medienwirksame Begriff „Gottesteilchen“ für das Higgsteilchen in der Tat gerechtfertigt. Professor Higgs hätte dann die Frage nach Masse und Gravitation ebenfalls beantwortet: Higgsfeld erzeugt Masse, Anti-Higgs-Feld die Gravitation. Dies hätte zur Folge, dass sich unser als gesichert angenommenes Weltbild tatsächlich als recht fehlerhaft darstellen würde. Dann hätte jenes kleine Kerlchen, welches im Juli 2012 im Large Hadron Collider aufgetaucht ist vielleicht nicht die Welt, dafür aber unser Bild von ihr und damit uns selbst, ja einfach allem was ist, komplett und für immer verändert.

Vielleicht ist der Kosmos fantastischer als wir ahnen. Bild: Witbuh/pixelio.de

Vielleicht ist der Kosmos fantastischer als wir ahnen. Bild: Witbuh/pixelio.de

 

 

 

 

 

Veröffentlicht 10. Dezember 2014 von Ina Ewers in Wellen und Teilchen

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Willkommen im Teilchenzoo!   4 comments

„CMS Higgs-event“ von Lucas Taylor - http://cdsweb.cern.ch/record/628469. Lizenziert unter Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 über Wikimedia Commons - http://commons.wikimedia.org/wiki/File:CMS_Higgs-event.jpg#mediaviewer/File:CMS_Higgs-event.jpg

„CMS Higgs-event“ von Lucas Taylor – http://cdsweb.cern.ch/record/628469. Lizenziert unter Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 über Wikimedia Commons

Vielleicht haben Sie diesen Begriff schon ein paar Mal gehört oder gelesen. Er ist entstanden, weil so viele neue Teilchen entdeckt wurden, dass das Geordnete, das die Physik einmal hatte, gründlich dahin ging. Ich werde Ihnen hier die wichtigsten Begriffe rund um Teilchen und Teilchenfamilien im Überblick vorstellen.

Man kann sich das Standardmodell der Elementarteilchen wie eine Art Stammbaum vorstellen. Die erste Unterscheidung erfolgt in Masse tragende Teilchen, die Fermionen, und solche, die Kräfte übertragen oder als „Adapter“ zwischen Teilchen und Feld wirken, die Bosonen. Bosonen besitzen selber keine Masse und existieren doch per definitionem als Teilchen. Ein echter Zaubertrick, denn sie sind scheinbar Materie und Energie gleichzeitig. Ein besonderer Vertreter ist zum „Medienstar“ geworden, das Higgs-Boson, für meinen Geschmack etwas pathetisch auch „Gottesteilchen“ genannt. Dieser kleine Zauberkünstler, selbst massefrei, verleiht Masse! Weil er es irgendwie schafft, zwei sich ausschließende Phänomene in sich zu vereinen, ist er inzwischen auch seine eigene Teilchenfamilie. Aber der Reihe nach.

„Hoch“, „runter“, „charmant“, „oben“, „unten“ und „komisch“ – die Quarks

Quarks unterliegen der Starken Wechselwirkung, dem Elektromagnetismus und auch der Schwachen Wechselwirkung. Sie gehören zu den Fermionen, also den Masse tragenden Teilchen. Zusätzlich zu ihren merkwürdigen Namen, die auf ihr Verhalten schließen lassen, haben sie auch noch eine sogenannte Farbladung. Das hat nichts mit Farben wie wir sie kennen zu tun, sondern mit der Frage, wie sie ihre Ladung „ausleben“. Man konnte Quarks noch nie einzeln beobachten, sondern immer nur im Verbund, den sogenannten Hadronen. Von diesen „Quark-Gemeinschaften“ hat der „Large Hadron Collider“ im CERN zu Genf seinen Namen. Bisher sind die Quarks (sprich: „Kworks“) die kleinsten bekannten Elementarteilchen, aus denen zum Beispiel Protonen aufgebaut sind.

Leptonen – die „Geschwister“ der Quarks

Auch sie gehören zu den Fermionen, tragen also Masse. Im Gegensatz zu den Quarks unterliegen sie jedoch nicht der Starken Wechselwirkung. Bekannte Vertreter der Leptonen sind zum Beispiel das Elektron, das Myon oder auch das Tauon, sowie die „Neutrino-Version“ der Teilchen. Myonen und Tauonen zerfallen in der Schwachen Wechselwirkung sehr schnell, weswegen die einzigen stabilen Leptonen das Elektron und das Positron sind. Man muss hier sagen, dass dies der Stand der Kenntnisse ist! All diese Teilchen neigen dazu, zumindest theoretisch in der Lage zu sein, dass Standardmodell zu verletzen was nahelegt, dass dieses Modell entweder fehlerhaft ist, oder aber noch weitere Teilchen existieren müssen.

Austauschteilchen – Die Bosonen

Man könnte sagen, dass Bosonen sozusagen die „Telefonvermittlung“ zwischen den Fermionen und Feldern sind, sie sorgen für Vermittlung und Austausch. Zu jedem Feld gibt es ein Boson, welches die Wechselwirkung ermöglicht und so die Vier Grundkräfte bedingt. Manche dieser „Fräuleins vom Amt“ stehen noch auf der Fahndungsliste, so zum Beispiel das Graviton. Theoretisch muss es existieren, gefunden hat man es noch nicht.

Das gleiche galt für das „Supermodel“ unter den Bosonen, das Higgs-Boson. Professor Peter Higgs hatte in den sechziger Jahren des letzten Jahrhunderts die Theorie vom Higgs-Feld aufgestellt, einer Art „Kristallisationsgitter“ an dem Energie zu Materie „aushärtet“. Vermittler: Das Higgs-Boson, welches der Energie Masse beifügt und so die Entstehung von Materie mittels Wechselwirkung mit dem Feld ermöglicht. 2012 tauchte im LHC in Genf ein neues Boson auf, das mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit das gesuchte Higgs-Boson ist, zumindest weist es alle Eigenschaften auf, die es laut Professor Higgs haben müsste. Manche Wissenschaftler finden, das Higgs-Feld müsste als fünfte Grundkraft eingestuft werden.

Ein Boson kennen wir schon sehr lange. Es übermittelt das gesamte Spektrum der elektromagnetischen Wechselwirkung. Sein Name: Das Photon. Selbst ohne Masse und Ladung, kann es unendlich weit wirken und sogar makroskopische Effekte erzeugen. Wann immer Sie Licht sehen, Wärme verspüren oder Magnetismus erleben, sind die Photonen im Spiel.

W- und Z- Bosonen sind nicht so sehr bekannt, sie vermitteln die Schwache Wechselwirkung. Für die Starke Wechselwirkung sind die Gluonen zuständig, sie sind diejenigen, die in der Tat „die Welt im Innersten zusammenhalten“. Sie tun das, indem sie mittels der Starken Wechselwirkung für den Zusammenhalt der Quarks und so für die Möglichkeit sorgen, dass sich zum Beispiel Atomkerne bilden und auch halten können.

Familienstand: verheiratet

Zu allen Teilchen gibt es auch Anti-Teilchen. Diese Hypothese, sie wird oft Supersymmetrie oder auch M-Theorie genannt, bewahrheitet sich immer mehr. Manche Anti-Teilchen kennt man bereits, andere hat man direkt noch nicht „gesehen“ wohl aber die Effekte, die sie haben müssen. Solche Dinge kann man errechnen, die Disziplin dazu ist die Theoretische Physik.

Eigentlich ist das ein schönes, schlüssiges Konzept. Es erklärt vieles, aber leider nicht alles. Und es wackelt, es wirft Fragen auf. Zum Beispiel: Gibt es genauso viel Materie wie Anti-Materie? Hier scheint ein sehr beunruhigendes Nein! im Raume zu stehen. Manche Theoretiker sind der Ansicht, dass es sehr viel mehr Anti-Materie gibt, als Materie, dass Materie so eine Art Kuriosität im Kontinuum der Kräfte darstellt. Und dann die nächste Frage, was ist zwischen Materie und Anti-Materie? Eigentlich müssten beide sich nämlich gegenseitig aufheben, tun sie aber offenbar nicht. Hier kommt ein neues, sehr aufregendes Denkmodell ins Spiel, die sogenannten Dunkle Materie und Dunkle Energie. Man weiß, dass diese „Mitspieler“ vermutlich keine Ladung haben dürften, möglicherweise keine, oder eine uns unbekannte Form von Masse. Man weiß weiterhin, dass wir ständig davon umgeben sind. Dunkle Energie und Materie durchströmen absolut alles ständig.

Erhärtung der Theorie

Erst kürzlich erhielten die Teilchendetektoren der ISS unerwarteten Besuch: Ein völlig neues, völlig unbekanntes Teilchen schaute vorbei und zeigt alle Eigenschaften, die Dunkle Materie haben müsste. Sein Name: Neutralino. Im Moment herrscht große Aufregung bei den „Wärtern“ des Teilchenzoos, den Elementarphysikern, denn jenes Neutralino könnte das erste bekannt Dunkle Materieteilchen sein! Sollte sich die Theorie von der Dunklen Materie und Energie bewahrheiten, müssten wir gründlich über unser physikalisches Weltbild nachdenken. Einige Theoretiker sind der Ansicht, dass hier möglicherweise die „Brücke“ zwischen Quantenphysik und klassischer Physik zu finden sein könnte.

Das Neutralino ist eine jener Entdeckungen, die sich möglicherweise als ebenso spektakulär erweisen könnten, wie die Entdeckung des Higgs-Bosons. Erst 2015 werden die Datenauswertungen über jenen schicksalhaften Versuch in Genf, bei dem sich das Higgs-Teilchen sehr wahrscheinlich gezeigt hat, abgeschlossen sein. Der LHC wird 2015 zu einer neuen Versuchsserie gestartet. Spannend wird sein, was sich wohl in diesem Versuchszyklus zeigen wird.

Veröffentlicht 17. Oktober 2014 von Ina Ewers in Wellen und Teilchen

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Was Max Planck und Zeus gemeinsam haben   4 comments

Max Planck 1933. Fotograf: Unbekannt Quelle: Wikipedia.org

Max Planck 1933. Fotograf: Unbekannt Quelle: Wikipedia.org

Zeus, griechischer Göttervater und großer Freund der Frauen, hatte dereinst eine Affäre mit Metis. Als er einmal wieder bei der Pythia (Seherin Apollos im Orakel zu Delphi) vorbeischaute erfuhr er, dass ihm Metis zwei Kinder gebären würde. Das Mädchen würde ihn, Zeus, an Macht übertreffen, der Junge würde ihn stürzen. Da Zeus ein Freund schneller und nachhaltiger Lösungen war, verschlang er Metis kurzerhand. Einige Zeit später begann er, an schrecklichen Kopfschmerzen zu leiden. So schlimm wurden die Schmerzen, dass Zeus Hephaistos, den göttlichen Schmied kommen ließ und im gebot, den schmerzenden Kopf mit dem Schmiedehammer zu zerschlagen. Keine Sorge, als Gott überlebte er derart radikale Kuren. Hervor sprang Athene, erwachsen und in voller Rüstung. Die Göttin der Weisheit, des Heimes und der Kampfstrategie sollte den Göttervater in der Tat an Macht und Ruhm weit übertreffen, gilt sie doch als Begründerin der griechischen Hochkultur.

Max Planck, einer der Großen in der theoretischen Physik, erlebte eine ebenso schwere Geburt. Das „Baby“: Die Quantenmechanik, oder Quantenphysik, wie sie später genannt wurde. Er wurde am 23. April 1858 in Kiel geboren, und verstarb in Göttingen am  04. Oktober 1947. Planck forschte im Bereich Strahlung, genauer der Strahlung von Schwarzen Körpern, auch Schwarzstrahlung genannt. Vereinfacht ausgedrückt geht es hierbei um einen (theoretischen) Schwarzen Körper, der bei jeder Strahlungsfrequenz die optimale Absorptions (Aufnahme)- und Emissionsrate (Abstrahlung) zeigen soll. Am nächsten kommt diesem hypothetischen Körper ein Eisenblock, der zunächst zum Glühen gebracht wird und dann langsam sonweit herunter kühlt, bis das Leuchten aufhört, so dachte und berechnete Planck zumindest.

Dabei zeigte sich, dass sich sein stark erhitzter Eisenblock mit dem er forschte, mitnichten so verhielt, wie er das laut klassischer Physik hätte tun müssen! Planck war, vorsichtig ausgedrückt, entsetzt. Die Physik galt  damals, im Jahre 1900, als absolute Wissenschaft und nicht wenige seiner Zeitgenossen, unter anderem Koryphäen wie Lord Kelvin waren der Ansicht, es gäbe hier nichts mehr zu forschen, alles sei bekannt. Und nun kommt dieser Eisenblock daher! Nach einigen Nachdenken kam Max Planck zu dem Ergebnis, das Verhalten des glühenden Eisenblocks sei nur so zu erklären, dass er die Energie in Form von Paketen aufnahm und wieder abgab. Er nannte diese Pakete „Quanten“, da er weder deren Größe noch deren Beschaffenheit näher bestimmen konnte. Ein Quäntchen war damals eine kleine, nicht näher bestimmte Menge von, zum Beispiel Zucker.

Häme und schwere Depression

Plancks Überlegungen wurden zunächst ganz einfach nicht ernst genommen. Manche Kollegen hielten Plancks Ideen für eine neue Mode, die in Kürze vergessen sein würde (von wegen!), andere zogen ihn damit auf, dass er wohl besser Chemiker hätte werden sollen, wenn er Quäntchen doch so sehr mögen würde. Der renommierte und sehr ehrgeizige Forscher konnte ganz und gar nicht mit seinen Kollegen lachen und so kam er zu dem Schluss: Der einzige Weg ist der nach vorn.

Er baute sein Gedankengebäude von den Quanten weiter aus: Könnte es sein, so Planck, dass diese Energiepakete Teilchen mit Welleneigenschaften waren? Oder Wellen mit Teilcheneigenschaften? Damals war alles Elektromagnetische, also Licht, Wärme, Strom und so weiter ganz klar Welle. Doch wie kann man eine Welle in Päckchen packen? Diese Grundannahme Plancks, die für noch mehr Heiterkeitsausbrüche bei den Kollegen sorgte, sollte wenig später bewiesen werden.

Damit aber nicht genug. Man ging damals davon aus, dass das Atom seinem Namen als Unteilbares gerecht würde. Elektronen und auch Protonen waren bekannt, doch ging man weitgehend davon aus, dass diese kleinen Kerlchen sozusagen „Organe“ des Atoms waren. Das Proton war noch hypothetisch, das Elektron galt als kleinste Einheit der elektrischen Ladung ( u.a Werner von Helmholtz definierte es so), beide galten aber nicht als Teilchen. Sie waren im Atom und blieben da. Plancks Überlegungen legten jedoch nahe, dass sie in der Tat eigenständig waren, Teilchen-Charakter haben könnten und nicht nur das. Das war damals ungefähr so absurd, als hätte ein Anatom behauptet, ein Arm sei ein vom Körper unabhängiger Organismus. Er kann am Organismus sein, muss aber nicht. Man ging auch davon aus, dass Atome so was wie „Mikro-Sandkörnchen“ waren, also wirklich sehr klein, aber fest. Plancks Überlegungen stellten dies in Frage.

Dass ein hochgebildeter Mann, der auf einmal selber aus Versehen alles ad absurdum führt, woran er felsenfest glaubt, der die Absolutheit der Physik und damit der Realität, die „Partitur der Schöpfung“ mit eigenen Händen über den Haufen wirft, in schwerste Depressionen fällt, ist nachvollziehbar. Planck muss es ungefähr so ergangen sein wie Ihnen oder mir, wenn wir plötzlich unwiderlegbar bewiesen erfahren müssten, dass wir mit einem Außerirdischen verheiratet sind!

Er selbst kam jedoch zum Schluss, dass er die Katastrophe nur bewältigen könnte wenn er, ganz Intellektueller, möglichst vollständig verstehen würde, was er da entdeckt hatte. Zu unserem Glück. Mit Max Plancks Forschungen begann ein Aufbruch, in dessen „Schlepptau“ etwa auch Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie, seine Erkenntnisse zum photoelektrischen Effekt, das weltberühmte Doppelspaltexperiment und noch viele weitere Meilensteine der Forschung folgen sollten. Sie werden von Plancks Forschungen hier noch lesen und natürlich auch von seinen Kollegen. Auch für ihn selbst gab es ein Happy End: Die plancksche Strahlungsformel, die sich aus jenem schicksalhaften Versuch ergab, war korrekt und ist bis heute unumstritten. Für die Entdeckung und Formulierung des planckschen Wirkungsquantums erhielt er sogar den Nobelpreis für Physik im Jahr 1919.

Athene und die Quantenphysik

Man könnte auch zwischen diesen Beiden einige Parallelen ziehen: Athene war eine Rebellin. Sie beschloss, entgegen des Gebotes ihres Vaters, den Menschen die Weisheit zu bringen. Sie zu lehren, Städte zu gründen, Recht zu sprechen und Ackerbau zu betreiben. Sie wurde so zur Begründerin der griechischen Hochkultur, laut der Mythologie. Erinnert an jemanden, findem Sie nicht? Man glaubte, die klassische Physik sei die „Partitur Gottes“, nach der alle Kräfte der Natur, alle Materie und alle Energie die „Symphonie des Lebens“ spielen. Die Quanten scheren sich offenbar nicht sonderlich darum oder sind in ganz und gar „unmusikalisch“.

Und die Quantenphysik? Ohne sie gäbe es die Lasertechnik nicht. Weder WLAN noch Bluetooth wären ohne sie möglich. Der Computer an dem ich schreibe, er würde ohne die Quantenphysik nicht existieren. Plancks „Baby“ kam unter großen Schmerzen für den „Vater“ zur Welt. Doch ist es weder vergessen, noch ein „Abbild des Wahnsinns“. Die Quantenphysik ist die Wissenschaft, die uns über die Grenzen des Fassbaren hinaus führt. Vielleicht sogar die Wissenschaft, die uns an jenes ultimative Erkennen führen wird, das Einstein die Einheitliche Feldtheorie, die Weltformel nannte. So ist das mit der Entwicklung: Wenn man glaubt, man habe alles schon entdeckt, kann es passieren, dass das nur das Ende eines „Levels“ war und ein neues beginnt…

Schönheit der Physik: Lasershow. Bild: Kerstin Schwebel/Pixelio.de

Schönheit der Physik: Lasershow. Bild: Kerstin Schwebel/Pixelio.de

….To be continued…..

Veröffentlicht 26. September 2014 von Ina Ewers in Quantenphysik

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Der Unterschied zwischen Sein und Existenz   4 comments

Beide Begriffe werden in sehr vielen Sprachen inzwischen synonymisch verwendet. Klar, was existiert ist auch. Aber muss deswegen alles was ist auch existieren? Lassen Sie mich erklären, wie ich das meine. Betrachten wir die Schöpfungsgeschichten dieser Welt, zu denen die astrophysikalische scheinbar im vollkommenen Gegensatz steht, lesen wir sehr oft „etwas wird in die Existenz gerufen“, also erschaffen. Und hier ist schon der erste Knackpunkt: Wenn etwas erschaffen wird, war es vorher doch noch nicht da, oder? Doch! Es war da, als Idee, Konzept, Potential, wählen Sie das Wort, das Ihnen am besten gefällt. Folglich könnte man zu dem Schluss kommen, dass Existenz die verwirklichte, also in die Realität, ins Wirken gesetzte Form des Seins ist.

Sein ist die Wellenform, Existenz die Teilchenform. Alternative: Sein ist die Quantenform (Welle und Teilchen zugleich) Existenz ist die Handlungsform (Teilchen oder Welle). Vermutlich stimmt beides ein bisschen, denn nur so kann das Vorhandensein von Energie erklärt werden, die ja nun auch Energie bleibt. Für den übergeordneten Zustand, von dem Sein und Existenz die Wellen – oder Teilchenform sind, gibt es kein Wort, oder doch? Möglicherweise passt hier Gott. Interessant ist, dass in allen Schöpfungsgeschichten der Welt, am Anfang jemand schläft. In der jüdisch-christlichen Schöpfungsgeschichte steht dies nicht explizit, doch hatte ich die Gelegenheit, ein paar Rabbiner und auch Priester zu fragen, was sie dächten, was Gott vor der Schöpfung tat. Erstaunlich oft kam wie aus der Pistole geschossen: „Na er hat geschlafen!“ Nehmen wir hier „schlafen“ als Metapher für einen Zustand von Inaktivität, wird die ganze Geschichte interessant.

In der Bibel lesen wir Gott rief „es werde Licht!“. Die Astrophysik weiß: Es knallt, es blitzt, der Urknall (der übrigens noch nicht vorbei ist, wie Sie etwa am Hintergrundrauschen oder auch dem infraroten Lichtspektrum im All sehen können). Wir wissen über den Urknall, dass er eine Singularität ist. Also der vollständige, unumkehrbare Übergang eines Zustandes in einen anderen. Das legt nahe, dass es vor dem Urknall etwas gegeben haben muss. Die Wissenschaften beschäftigen sich immer intensiver mit der Frage, was das gewesen sein könnte. Es entzieht sich sämtlichen modernen Mitteln. Die brillantesten Köpfe sind auch theoretisch nicht in der Lage, auch nur ansatzweise brauchbare Erklärungen abzugeben. Nun vielleicht ganz einfach deswegen, weil der Urknall das ODER zwischen Sein oder Existenz war. Wir existieren auf der Existenz-Seite und können nicht das Sein erfassen, ohne unsere Existenz aufzugeben. Ich möchte hier bitten, von derartigen Versuchen abzusehen. Da wir uns in einem geschlossenen System befinden und ich es durchaus für möglich halte, dass das Jenseits, die Anderswelt, das Nirvana oder Paradies, ebenfalls zu diesem System gehören, würde ein Rück-Kollaps nur eines einzigen eine Kettenreaktion auslösen, die das Ende des Universums zur Folge haben könnte. Ich möchte daran definitiv nicht schuld sein, und Sie sicher auch nicht. Finden wir uns also mit dem Gedanken ab, das Stephen Hawking recht gehabt haben könnte als er sagte, es möge dem Menschen irgendwann möglich werden, die Letzte aller Fragen zu stellen. Die Antwort werde er jedoch nicht erhalten können.

Plötzlich bekommen Überlegungen wie, das Universum sei ein Gedanke eines göttlichen Wesens, der Traum einer Gottheit oder auch nur ein kleines, viel zu ernst genommenes Zwischenspiel des Großen Seins (sehr, sehr einfache Erklärung der Idee Maya= Täuschung in der indischen Philosophie) ein ganz andere Dimension. Auch die Idee mehrerer Realitäten, wie sie etwa die Schamanen kennen, könnten, halten Sie sich fest, mit der Idee, der Urknall ist noch nicht vorbei, erklärt werden: Ist der Urknall tatsächlich der Welle-Teilchen-Kollaps vom Sein in die Existenz, so geht das offenbar nicht schlagartig von Statten, sondern allmählich. So langsam aber sicher kollabiert alles Sein in die Existenz. Es entstehen folglich „Zonen“, in denen die Welle-Teilchen-Dichte unterschiedlich ist. Nehmen wir an, dass die physische Realität der Bereich mit der höchsten Teilchen-Dichte ist (zum Glück sonst wäre Tippen echt schwierig), könnten Astralwelt, spirituelle Welt und wie sie nicht alle heißen schlicht und ergreifend Bereiche sein, in denen mehr Wellen als Teilchen sind.

Wenn die Hermetik recht hat, und oben gleich dem ist, was unten ist, ist der Mensch insofern die ultimative Idee, ein „Mini-Universum“, da er Wellen- und Teilchenzustand gleichzeitig zu manifestieren versteht. Unser Geist ist der Wellenzustand, unsere Seele ein Welle-Teilchen-Gemisch, unser Körper der Teilchenzustand. Die Bereiche fließen ineinander über und gemeinsam bilden sie jene Entität, die gemeinhin Mensch genannt wird. Übrigens, die Welle-Teilchen-Beschaffenheit der Seele würde erklären, warum wir sie zwar nicht ohne Weiteres sehen, ein Mensch im Moment des Sterbens aber etwa 4,89 g leichter wird! Er würde auch erklären, warum es hellsichtige Menschen gibt. Die sogenannten übersinnlichen Fähigkeiten wären dann nichts weiter als wellensensitive Sinne, die von manchen genutzt werden, von anderen hingegen nicht. Es würde auch den sehr faszinierenden Status, denn die Seele in den Philosophien der Welt hat, erklären.
Die menschliche Dreiheit, also Körper, Seele und Geist, ist in allen Kulturen und durch alle Zeiten verbreitet. Ich persönlich denke, dass Konzepte, die sich seit Jahrtausenden halten, zumindest nicht völlig falsch sein können. Die modernen Wissenschaften schienen auf dem besten Wege, der Seele und dem Geist des Menschen gründlich den Garaus zu machen. Möglicherweise eilt die Quantenphysik unseren höheren („welligeren“) Anteilen zur Rettung, denn sie könnte in der Tat als Erklärungsmodell für die „Dreiheit Mensch“ dienen.

Bild: Didi01/pixelio.de

Bild: Didi01/pixelio.de

Aktive Seele als möglicher Schluss quantenwissenschaftlicher Erkenntnis

Wir sind verkörperte Seelen. Durch und mit unseren Körpern nimmt die Seele ständig Einfluss auf die Umwelt. Kann sie vielleicht auch direkt eingreifen? Allerdings! Wenn es um geistige Heilung geht, Magie, Gebet, Meditation, Telepathie….Sie wissen schon, all der übersinnliche Kram eben, könnten wir direkt handelnde Seele sehen! Nicht mehr, nicht weniger. Nachdem, zumindest innerhalb des Universums, vermutlich nie vollständig nur Welle oder nur Teilchen zu existieren scheint, und nachdem es sich weiterhin gezeigt hat, dass Atome massenhaft leeren Raum bieten (prima Spielplatz für Wellen aller Art), sind diese Dinge plötzlich gar nicht mehr so Hokuspokus-mäßig, so Scharlatanerie oder naiv, wie es offenbar viele immer noch glauben! Plötzlich wird es nicht nur möglich, sondern durchaus theoretisch fassbar, warum Gedanken Macht haben. Warum Emotionen in uns drin oder auch auf andere „abgeschossen“ nahezu körperliche Phänomene wie Schmerzen oder Wohlbefinden, Kälte oder Wärme erzeugen können. Worte verletzen? Oh ja, unter Umständen sogar im atomaren oder zellularen Bereich Ihres Körpers!

Der Nachweis hierfür ist nur eine Frage der Zeit. Im Großen kennen wir dieses Phänomen schon: Stress! Er ist letztlich nichts als eine körperliche Reaktion auf Energie, die durch Worte, taten und Ängste entsteht. Dass Stress sogar tödliche und überaus physische Krankheiten auslösen kann, ist hinlänglich bekannt. Auch im Bereich Biologie und Neurologie halten die Quantenwissenschaften Einzug. Diese Entwicklung dürfte nicht nur interessant sondern möglicherweise umwälzend für die Medizin, unsere Gesellschaft unser ganzes Leben werden. Man weiß bereits, dass die Nerven mit Quantenmechanismen arbeiten: Die kleinsten und wichtigsten Teile, die Mikrotubuli funktionieren nach diesen Prinzipien. Doch dazu später noch mehr.

Veröffentlicht 29. August 2014 von Ina Ewers in Wellen und Teilchen

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Warum ausgerechnet Quantenphysik !?   Leave a comment

Bild: Markus Wegner/pixelio.de

Bild: Markus Wegner/pixelio.de

Diese Frage wurde mit gefühlte 1583 Mal gestellt. Was mich an der Quantenphysik fasziniert ist, dass sie den Begriff „Logik“ neu definiert. In der Quantenphysik sind viele Dinge logisch, indem sie konsequent unlogisch sind. In der Welt der Quanten scheint es nichts zu geben, was es nicht gibt. Es gibt die berühmten Einstein’schen „spukhaften Erscheinungen“, Quanten können sich von Raum und Zeit unabhängig verschränken und das Beste: Die Quantentheorie passt nicht zur Allgemeinen Relativitätstheorie, kann aber auch nicht ohne sie!

Es scheint, als würden sie beide großen Theorien ergänzen, obwohl sie einander weitgehend widersprechen. Ausgerechnet Einstein, einer der entschlossendsten Kämpfer gegen den Non-Determinismus (Nicht-Vorhersagbarkeit), der eine wichtige Grundlage der Quantentheorie bildet, leistete wichtige Beiträge dazu. So erhielt er den Nobelpreis 1921 für die Entdeckung der Gesetze des photoelektrischen Effekts, eine der wichtigen Eckpfeiler der Quantentheorie. Ein weiterer Beitrag ist der EPR-Effekt, das Einstein-Podolsky-Rosen Paradoxon, welches die Nicht-Lokalität der Quantentheorie unterstützt.

Kennen Sie Schrödingers Katze?

Zugegeben, beim Versuch dieses Gedankenexperiment aufzulösen, dreht man fast durch. Hier eine kurze Zusammenfassung, damit Sie sehen, was ich meine.

Eine Katze sitzt in einer verschlossenen Kiste, darin eine Phiole mit Gift. Diese Phiole ist mit einem Hämmerchen verbunden, dass die Phiole zerschlägt, wenn eine radioaktive Substanz ganz zerfallen ist. Jede Stunde kann allenfalls ein Atom zerfallen, oder auch keines. Sollte jemand die Strahlung messen, wird die Phiole zerstört. Schaut jemand in die Kiste, wird die Phiole zerstört. Was ist nun mit der Katze? Ist sie lebendig oder tot? Potentiell ist sie beides gleichzeitig. Wenn man nachsieht, ist sie auf jeden Fall tot.

Dieses Gedankenexperiment wurde unter anderem angestellt um zu verdeutlichen, was mit der Welle-Teilchen-Dualität gemeint ist. So lange das Quantensystem unbeeinflusst ist, befindet es sich im Wellen-und Teilchen-Zustand gleichzeitig. Gerade so wie die Katze, die in ihrer verschlossenen Kiste sowohl lebendig als auch tot sein kann. Erst wenn ein Einfluss von außen kommt, etwa ein Beobachter, kollabiert das Quantensystem in einen definierten Zustand.

Heisenberg macht das Quantenchaos perfekt

Die Heisenberg’sche Unschärfetheorie stellt einen weiteren Eckpfeiler der Quantentheorien aus. Vereinfacht ausgedrückt besagt sie: Ein Beobachter eines Quantensystems kann immer nur ein unscharfes Bild des Systems gewinnen: Entweder er weiß wo das Teilchen ist, dann weiß er nicht, wie schnell und wohin es sich bewegt, oder er weiß um die Bewegung, dann aber nicht um den Ort. Verwirrend? Eigentlich nicht! Versuchen Sie diese Überlegung nicht logisch aufzuschlüsseln. Lassen Sie es auf sich wirken und schon kommt so ein „Feeling“ was Heisenberg meint.

Das ist es genau das, was meine Faszination an der Quantenphysik ausmacht: Sie erfordert ein neues Denken, ein neues Erfassen, das auf den logisch-arithmetischen Wegen der klassischen Wissenschaften nicht ohne Weiteres möglich ist.

In dieser Kategorie lernen Sie zunächst einige meiner Lieblingsphysiker kennen. Dann Theorien und Ansätze, die mich besonders begeistern und natürlich, Sie ahnen es schon, werde ich Ihnen auch mit meinen eigenen Überlegungen aufwarten. Dabei erfahren Sie zum Beispiel, warum ich glaube dass wir alle permanent Quantenphyswik betreiben, etwa wenn wir uns unterhalten. Neugierig? Gut! Dann schauen Sie bald wieder vorbei.

Veröffentlicht 22. August 2014 von Ina Ewers in Quantenphysik

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