MATHEMATIK UND WIRKLICHKEIT – DISKUTIERT AM BEISPIEL DES BUCHES VON TEGMARK: Our Mathematical Universe (2014)

Max Tegmark (2014), Our Mathematical Universe. My Quest of the Ultimate Nature of Reality, New York: Alfred A.Knopf

KONTEXT

  1. Das Interesse an dem Buch resultiert aus der Einsicht der letzten Jahre, dass eine Beschäftigung mit den entwickelteren empirischen Theorien, hier insbesondere mit der Physik, ohne ein angemessenes Verständnis der benutzten mathematischen Strukturen und Modellen nur von begrenzter Reichweite ist. Ohne die mathematischen Ausdrücke geht heute nichts mehr in der Physik.
  2. Wie sich aber in vielen philosophischen Analysen zur Funktion von Sprache im Kontext von Wissens gezeigt hat, ist das benutzte Mittel, die jeweilige Sprache, nicht neutral: jede Sprache hat ihre eigene Struktur (Logik, Syntax, Semantik,…), die darüber entscheidet, was man wie mit einer Sprache ausdrücken kann. Dazu kommt unser Gehirn, das sowohl die erfassbaren Ereignisse wie auch die Sprache selbst (die auch eine bestimmte Ereignismenge darstellt) auch in einer sehr spezifischen Weise verarbeitet.
  3. [Anmerkung: ein Beispiel im Block zur Reflexion über die Funktion von logischer Sprache sind die Blogeinträge zur Logik von Avicenna. ]
  4. Es kann also von Interesse sein, sich die Funktionsweise der mathematischen Sprache im Kontext moderner physikalischer Theorien anzuschauen.

BUCH VON TEGMARK

Konzepte aus dem Kap.1 von Tegmark (2014) herausgezogen und neu zusammen gestellt

Konzepte aus dem Kap.1 von Tegmark (2014) herausgezogen und neu zusammen gestellt

  1. Als Einstieg zu dieser Frage bietet sich das Buch von Tegmark (2014) an. Denn hier beschreibt ein Vollblutphysiker seine Suche nach den richtigen Antworten auf Grundsatzfragen wie „Woher kam Alles? Wie wir alles enden? Wie groß ist alles?“ (S.7) oder „Was ist wirklich?“ (S.8) aus der Perspektive der modernen Physik, die sich der Sprache der Mathematik bedient.

PHYSIK PLUS

  1. Dabei lässt er mehrfach durchblicken, dass seine Art die Fragen zu stellen und zu beantworten ein wenig abweicht von dem Stil, der in den offiziellen physikalischen Publikationen üblich ist, und dass dies auch der Grund ist, warum er viele Jahre (mehr als 25) quasi ein Doppelleben führen musst: einerseits als Physiker, der in der üblichen Weise publiziert und denkt, und andererseits als philosophierender Physiker, der sich auch Gedanken über die Methode selbst und deren Auswirkungen macht.
  2. In Kapitel 1 deutet er den allgemeinen Rahmen an, in dem er sich in seinem Buch bewegt. (Siehe dazu das Schaubild)

FRAGEN UND METHODEN ZU ANTWORTEN

  1. Ausgehend von der verbreiteten zweifelnden Frage ob das, was wir real erleben, nicht vielleicht doch nur ein Traum oder eine Simulation sei, deutet er an, mit welchen Mitteln die Physik sich diesen Fragen stellt.
  2. Nach Tegmark geht die Physik von der Annahme der externen Realität eines Universums aus, in dem auch die biologische Evolution stattgefunden hat. Unser Körper mit dem Gehirn ist ein Ergebnis davon.
  3. Zu früheren Zeiten (vor der modernen Physik) haben Menschen auch schon die Fragen nach dem Ganzen, dem Woher, dem Wohin gehabt und auf ihre Weise zu beantworten versucht, in Form von Mythen, Legenden oder religiösen Lehren.
  4. Mit der modernen Physik wurde dies anders. In Wechselwirkung zwischen immer differenzierteren Messgeräten und immer komplexeren mathematischen Ausdrücken konnte die atomare Struktur des Universums enthüllt werden, man entdeckte die Unendlichkeit des Universums, schwarze Löcher und vieles mehr.
  5. Parallel zu den Makrostrukturen enthüllte man schrittweise auch die Mikrostrukturen der biologischen Systeme: Atome, die Synapsen einer Gehirnzelle beeinflussen können, diese wiederum können Prozesse im präfrontalen Cortex stimulieren, von dem aus es dann zu bestimmten Entscheidungen kommen kann, die zu konkreten Aktionen führen können.
  6. Das Gehirn im Körper hat seine eigene Wirklichkeit, die er interne Realität bezeichnet im Gegensatz zur äußeren Realität außerhalb des Gehirns.

DISKURS

  1. Neben Tegmark gab (und gibt) es auch viele andere Physiker, die über das physikalische Denken im engeren Sinne hinausgegangen sind. Zu nennen sind hier beispielsweise Erwin Schrödinger (1887 – 1961) (Diskussion zu Schrödingers ‚What is Life?), Werner Karl Heisenberg (1901 – 1976), Pascual Jordan (1902 – 1980), Carl Friedrich Freiherr von Weizsäcker (1912 – 2007), oder Paul Charles William
  2. Davies (1946 – …), (Diskussion zu Davies im Blog), um nur einige zu nennen.
  3. Was Tegmark von den anderen unterscheidet, ist vielleicht seine Fokussierung auf die Rolle der mathematischen Sprache und die – in den folgenden Kapiteln – erläuterte These, dass die Natur als Objekt der mathematischen Sprache selbst ein mathematisches Objekt sei.
  4. Ob sich diese These durchhalten lässt, wird sich zeigen.
  5. Von diesem Diskurs darf man eine weitere Klärung der Rolle der Mathematik im physikalischen Denken erhoffen.

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WENN DAS STERBEN EINE BOTSCHAFT IST – IST DAS LEBEN NICHT WEIT. Gedanken anlässlich des Todes einer Freundin.

Vorbemerkung: Für diejenigen, die nicht daran gewöhnt sind, die Dinge des Lebens neben den Gefühlen auch mit Wissen zu betrachten, ist dieser Text vielleicht nicht hilfreich. Für diejenigen aber, die nach Antworten auf ihre Fragen suchen, kann der Text vielleicht die eine oder andere Anregung geben.

IM ALLTAG

  1. Wenn ein Mensch stirbt eingeflochten in ein lebendiges Netzwerk von Familie, Verwandtschaft, Freundschaften und Bekanntschaften, dann ist dies ein Ereignis, das nicht nur singulär, individuell an einem Ort, zu einem Zeitpunkt, isoliert von allem stattfindet; nein, alle anderen erleben es mit, registrieren es; dieses Erleben breitet sich aus wie eine Erregungswelle und löst sehr unterschiedliche Wirkungen aus.

  2. In diesem Fall der Freundin ging eine lange Krankengeschichte voraus, ein Gehirntumor war entdeckt worden. Nach dem Wissensstand der heutigen Schulmedizin galt er als unheilbar, weil man bislang kein Mittel gefunden hatte, ein solches Wachstum ernsthaft zu stoppen. Trotz aller Maßnahmen wurde immer mehr klar, was dies konkret heißt: zunehmender Verfall von Gehirn und Körperfunktionen. In den letzten Monaten war der Körper zwar noch da, aber die gewohnten geistigen Funktionen waren kaum noch wahrnehmbar. Bis zu dem Moment, wo die Ärzte dann nur noch den endgültigen körperlichen Tod feststellen konnten.

  3. An dieser Stelle ist es müßig, darüber zu diskutieren, ob es nicht irgendwie, irgendwo doch noch möglich gewesen wäre, das bekannte Leben zu verlängern oder gar ganz zu retten. Im Fall der Freundin hat das bekannte Leben aufgehört, für uns, die wir noch in diesem körperbasierten Leben anwesend sind.

DAS UNABÄNDERLICHE

  1. Unwillkürlich tauchen die Bilder einer Beerdigung auf, alle werden da sein, der Behälter mit der Asche wird das letzte sein, was wir sehen werden, bevor dieser sich in die Erde absenkt und die letzte Spur ihres Körpers unseren Sinnen entschwindet.

  2. Egal was jeder einzelne in diesem Moment denken wird, dieser Moment hat für einen Moment etwas Unabänderliches: unsere Freundin ist so, wie wir sie all die Jahre erleben durften, gegangen, gegangen worden… und zum aktuellen Zeitpunkt müssen wir davon ausgehen, dass jeder von uns ihr, in nicht allzu ferner Zeit, folgen wird, jeder, vielleicht bin ich selbst sogar der nächste, der folgt. Und wenn ich es nicht bin, dann ist es ein lieber anderer Freund oder Freundin. Die Handschrift des Sterbens durchzieht unser Leben sehr tief, sehr unweigerlich, noch sehr unfassbar.

TRAUER

  1. Mit Blick auf unsere Freundin, auf die noch lebendigen Erinnerungen an ihre gewohnte Gegenwart, ist Trauer natürlich, menschlich, eine Form von Nähe, von innerer Umarmung, von Verweilen, von Gemeinsamkeit mit allen anderen, die auch trauern. Gemeinsam trauern ist wie gemeinsam in der Musik etwas erleben. Wir erleben uns als eine Gemeinschaft, als die Gemeinschaft, die die Erinnerung an die Freundin teilt.

  2. Man kann es bei der Trauer belassen, bei den bleibenden Erinnerungen an ihren lebenspendenden trockenen Humor, ihre unaufdringliche Hilfsbereitschaft bei so vielen Gelegenheiten, ihre konkrete Sorge für die Familie und alle anderen, und vieles mehr …

NICHT DIE GANZE GESCHICHTE …

  1. Doch, es wäre schade, würde das Erleben an diesem Punkt verweilen, stille stehen. Der Vorgang des körperlichen Sterbens, so wie wir ihn erleben und wie die Menschen von Anbeginn es erlebt haben, dieser Vorgang ist nur ein kleiner Teil einer unfassbaren Geschichte, von der Geschichte eines unfassbaren Wunders, das seit Milliarden Jahren in den Tiefen unseres Universums stattfindet.

IM STERBEN OPFER

  1. Als bekannt wurde, dass unsere Freundin einen Gehirntumor hat, der unheilbar sein soll (nach heutigem Kenntnisstand), und wir alle (und ihre Familie ganz besonders) dann erfuhren, wie das Gehirn und damit nach und nach alle Körperfunktionen, abstarben, da erlebte die Freundin sich als hilflos, ja, man darf es wohl auch so sehen, als Opfer von Prozessen in ihrem Körper, denen gegenüber sie sich ohnmächtig empfand. Etwas in ihr veränderte ihren Körper und sie selbst erlebte sich dadurch immer mehr eingeschränkt, begrenzter, schwächer, immer mehr anders als bisher.

DER HAUCH DES GANZ GROSSEN

  1. Von der Wissenschaft wissen wir, dass allein unser menschliches Gehirn gut 200 Milliarden Zellen umfasst, 200 Mrd Individuen, die autonom sein können, dies sind etwa so viele Gehirnzellen, wie es Sterne in unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße, gibt. Die Verbindungen zwischen den Gehirnzellen sind aber um das tausendfache komplexer, als jene zwischen den Sternen. Mehr noch, unser ganzer menschlicher Körper besteht aus etwa 1000 solcher Zellgalaxien, also insgesamt ca. 35 Billionen (10^12) Zellen. 1000 Galaxien in unserem menschlichen Körper, das übersteigt zur Zeit unsere Vorstellungsfähigkeit bei weitem (das menschliche Arbeitsgedächtnis kann etwa 7+/-2 Wahrnehmungseinheiten gleichzeitig bewusst verarbeiten!). Und selbst die Wissenschaft, die bisher Großes geleistet hat, steht bislang in allen interessanten Fragen noch eher ratlos vor diesem gigantischen Geschehen. Ernsthaft verstehen können wir aktuell noch so gut wie gar nichts. Die aktuelle Schulmedizin steht noch ziemlich am Anfang.

STÖRUNG DER KOOPERATION

  1. Wenn wir also konstatieren, dass bestimmte Zellen im Gehirn irgendwann anfangen, sich der gewohnten Arbeitsteilung zu entziehen, wenn sie anfangen, eine Kommunikation zu entwickeln, die nur noch dem Fortbestand dieser speziellen Zellen dient und nicht mehr dem Gesamtkunstwerk dessen, was wir ein Gehirn nennen, dann können wir dies als Störung auffassen, die, je nach Verlauf, das gesamte System aus dem Takt bringen kann. Wir erleben es als Krankheit, die zum Versagen des ganzen Körpers führen kann, das, was wir körperlichen Tod nennen.

  2. Man kann hier viele Fragen und Überlegungen anstellen. Die zentrale Frage ist natürlich, warum Zellen plötzlich die gewohnte Kooperation verweigern? Was veranlasst Zellen dazu, ihre Kommunikation, ihr Verhalten zu ändern? Und wenn es irgendwelche Zellen tun können, kann man fragen, warum es nicht noch mehr Zellen tun? Warum verweigern nicht noch viel mehr Zellen die Kommunikation mit dem Gesamtsystem? Dies wiederum kann man in die Frage transformieren, was überhaupt autonome Zellen dazu bringt, mit anderen zu kooperieren?

DAS WUNDER DER KOOPERATION

  1. Aus der Geschichte des Lebens wissen wir, dass es von den ersten einzelnen Zellen bis zu einfachen Zellverbänden ca. 2 Mrd Jahre gebraucht hat, und dann nochmals ca. 1 Mrd Jahre bis zu komplexen Lebewesen. Dies kann man als Hinweis darauf deuten, dass die Fähigkeit der Kooperation zwischen einzelnen Zellen nichts Triviales, nichts Einfaches ist, kein Selbstgänger. Die Bildung einzelner Zellen ist bis heute nicht vollständig aufgehellt und gilt als extrem komplex. Der Weg von ersten Zellen zu kooperierenden Zellen war aber offensichtlich 6-8 mal aufwendiger (nimmt man die aufgewendete Zeit als Indikator).

  2. Die molekularen Prozesse des Wachstums von Organismen sind zwar mittlerweile weiter erforscht, aber noch nicht vollständig verstanden. Dies zeigt sich auch daran, dass wir die Erhaltungsprozesse eines Körpers (wie werden in den 1000 Galaxien des Körpers einzelnen Zellen systemkonform ersetzt, Stoffwechselprozesse abgestimmt, fremde Eindringlinge erkannt und unschädlich gemacht, usw.) noch nicht genügend verstehen, noch weniger jene Prozesse, durch die sich die Zellen untereinander verabreden, ihre Arbeit ganz einzustellen (Dies ist der Fall des normalen Todes ohne spezielle Krankheiten). Vom Grundkonzept her könnten die 1000 Galaxien des menschlichen Körpers unendlich lange leben (vorausgesetzt, es gäbe eine passende Umgebung). Da aber dieses unfassbare Wunderwerk der 1000 Galaxien auf Kommunikationsprozessen beruht, die zwischen den Galaxien und den einzelnen Zellen ablaufen, müsste diese Kommunikation dauerhaft fehlerfrei funktionieren, was im Normalfall weitgehend funktioniert, weil diese Kommunikation fehlertolerant ist. Störungen, Rauschen, Fehler können in der Regel aufgefangen und ausgeglichen werden. Ein fantastisches System. Wenn Menschen 100 Jahre und älter werden, dann haben die 1000 Galaxien eines Körpers mehr geleistet, als alle menschliche Ingenieurkunst zusammen bislang geleistet hat. Im Moment wären wir nicht in der Lage, vom verfügbaren Wissen aus, vergleichbare Systeme zu bauen.

DER MENSCH FREMDELT MIT SICH SELBST

  1. Dies führt zum eigentlichen Punkt dieser Betrachtung.

  2. Während ein Mensch lebt, sind wir zwar immer wieder mal irgendwie beeindruckt, was ein Mensch so leisten kann, aber diese Beeindruckung hat deutliche Grenzen. Bei großen künstlerischen, sportlichen oder wissenschaftlichen Leistungen gibt es vielleicht Momente des Schauderns, aber so richtig, tiefgehend, radikal lassen sich Menschen selten von sich selbst (von den anderen Lebensformen reden wir hier noch gar nicht) beeindrucken. Wie auch, bei 6 oder mehr Mrd Menschen auf der Erde, angesichts von Überbevölkerung, Migrationsströmen, Reich-Arm Schismen, beständigen grausamen Bürgerkriegen irgendwo auf der Erde, da gibt es wenig Motive sich über das Wunderwerk der menschlichen Lebensform zu wundern.

  3. Der normale Mensch weiß in der Regel zu wenig über die Grundlagen des Lebens und selbst die Wissenschaften sind aufgespalten in lauter Teildisziplinen, haben das Wunderwerk in Disziplinen fragmentiert, so dass Zusammenhänge nur schwierig sichtbar werden.

  4. Wenn dann ein Mensch stirbt, ein lieber Mensch, wie unsere Freundin, und wir zuletzt nur noch das Gefäß mit ihrer Asche sehen werden, dann trägt dieser Eindruck des Totalzerfalls auch nicht gerade dazu bei, das strahlende Licht zu erkennen, das sich im Phänomen des Lebens auf der Erde seit ca. 3.8 Mrd Jahren manifestiert.

ANGEBORENE DENKSCHWÄCHE

  1. Dazu trägt auch eine Eigenart des menschlichen Gehirns bei, deren wir uns in der Regel nicht bewusst sind, und die auch selbst in der Wissenschaft bislang – scheint mir – zu wenig beachtet wird: unser Denken (eine Eigenschaft des Gehirns) zerlegt die Welt der Erfahrung in Objekte, die zwar irgendwie zusammen hängen, sich beständig in vielfältigen Wechselwirkungen befinden, aber unser Denken nimmt nur die Objekte als eigentliche Realität wahr, nicht die vielsagenden Wechselwirkungen. Die erlebbaren Beziehungen und Wechselwirkungen lassen sich nicht aus ihren Bestandteilen, den Objekten, ableiten. Der eigenständige Charakter der Wechselwirkungen, der Dynamiken, kann von unserem Denken nicht Objekthaft, statisch gedacht werden. Obwohl auch in mathematischen Modellen und Strukturen Objekte alleine nichtssagend, bedeutungslos sind, und erst unter Hinzunahme von Beziehungen und Wechselwirkungen zum Leben erwachen, kann unser Denken im Normalbetrieb diese Dynamiken nicht als die mögliche primäre Wirklichkeit erkennen.

JENSEITS DES STERNENSTAUBS

  1. Vor diesem Hintergrund kann die Asche in der Urne mit den Atomen nicht die letzte Botschaft sein. Zwar ist diese Asche nach heutigem Wissensstand auch im wahrsten Sinne des Wortes Sternenstaub, da alle Atome aus dem Universum stammen, wobei insbesondere die schweren Atome der biologischen Moleküle aus Sternexplosionen stammen, aus den Fusionsprozessen in diesen Sternen hervor gegangen sind.

  2. Aber mehr noch als der Sternenstaub in der Urne sollte uns beeindrucken, was vorher geschehen ist: dass in einem extrem unscheinbaren Winkel des Universums inmitten eines lebensfeindlichen Kontextes sich Atome zu Molekülen geformt haben, Moleküle zu Zellen, Zellverbände zu Organismen, Organismen zu Populationen mit immer komplexeren Kommunikationen und Interaktionen, Technologien, für die es nicht nur bislang keine Naturgesetze gibt, sondern die bekannten Phänomene des Lebens scheinen auf den ersten Blick sogar den bekannten Gesetzen fundamental zu widersprechen.

NICHTS AUS NICHTS

  1. Da nach einem bekannten Grundsatz aus Nichts nichts entstehen kann, wirft das Phänomen des Lebens als Dynamik jenseits seiner Elemente die Frage nach dem auf, was in der Lage ist, die Materie und die verfügbare Energie in einer Weise zu formieren, die in Richtung einer unfassbar anwachsenden Komplexität weist, die alle bekannten physikalischen und chemischen Parameter bei weitem in den Schatten stellt. Die aktuelle Physik und Chemie ist gigantisch, aber die manifesten Phänomene des Lebens sind weit gigantischer und transzendieren die physikalisch-chemischen Kategorien. Im Gesamtphänomen des biologischen Lebens manifestiert sich etwas, was alle unsere bisherigen Denkmodelle arm aussehen lässt (obgleich es gerade diese arm erscheinenden Denkmodelle sind, die uns in der Lage versetzen, die Umrisse eines unfassbar größeren Phänomens zu erahnen).

  2. Soweit wir heute wissen, hatten die Menschen seit vielen Jahrtausenden (mehr als 25.000 Jahre?) Gefühle, Stimmungen, mystische Erfahrungen, die sich nur schwer in das Gesamtgeschehen einordnen ließen. Jede Zeit hat ihren Beitrag geliefert, diese Erfahrungen ins Gesamt des Verstehens einzuordnen (nicht zuletzt auch die bekannten großen Offenbarungsreligionen). Mit den neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen kann man darüber nachdenken, dass ein solches gigantisches Phänomen wie das biologische Leben (quanten-)physikalisch eine gemeinsame Basis in allem hat, was eine Abgrenzung des einzelnen Systems von allem anderen unmöglich macht. Abgrenzbare Objekte sind Artefakte unseres aktuellen Denkens. In der physikalischen Realität gibt es keine wirklich abgetrennten Unterräume; alles kommuniziert mit allem; alles ist in beständiger Bewegung. Das – bislang noch nicht wirklich verstandene – Phänomen des Lebens kommt aus der Tiefe der Raum-Zeit als dasjenige, was immer schon da gewesen sein muss, das was über allgegenwärtig ist, das, was sich dort manifestiert, wo es entsprechende materielle Bedingungen vorfindet, bzw. arrangieren kann. Dass die letzten, tiefsten, mystischen Gefühle mit dieser Grundwirklichkeit des Lebens zusammen hängen könnten, ist eine interessante (empirische) Hypothese. Wenn sie wahr wäre, könnte jeder sie für sich ohne Zuhilfenahme von irgendetwas anderem direkt ausprobieren. Das Leben gehört niemandem. Das Leben ist absolut souverän.

  3. Wenn dem so wäre, dann wäre jeder körperliche Tod kein wirklicher Tod, kein absolutes Ende. Die Versuche, das körperliche Leben zu verlängern wären aber auch nicht sinnlos. Irgendwie scheint es einen tieferen Sinn zu machen, dem – ansonsten unsichtbaren – Leben eine körperliche Hülle zu geben, durch die es sichtbar wird, aufscheint, und immer mehr an Kraft gewinnt, das Körperliche (Materielle) weiter zu verändern. Die Entstehung von Materie aus Energie, wäre dann zu lesen als eine Geschichte, in der Materie entsteht, um sie auf lange Sicht in einen Zustand zu transformieren, den wir noch nicht kennen.

  4. Geburt und Tod sind die Meilensteine eines individuellen Lebens, die Gelegenheit geben, sich seiner Rolle im Ganzen bewusst zu werden.

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K.G.DENBIGH: AN INVENTIVE UNIVERSE — Relektüre — Teil 2

K.G.Denbigh (1975), „An Inventive Universe“, London: Hutchinson & Co.

NACHTRAG: Am 30.9.2015 habe ich noch einen Diskussionsteil angefügt

BISHER

Im Teil 1 der Relektüre von Kenneth George Denbighs Buch „An Inventive Universe“ hatte ich, sehr stark angeregt durch die Lektüre, zunächst eher mein eigenes Verständnis von dem Konzept ‚Zeit‘ zu Papier gebracht und eigentlich kaum die Position Denbighs referiert. Ich hatte sehr stark darauf abgehoben, dass die Struktur der menschlichen Wahrnehmung und des Gedächtnisses es uns erlaubt, subjektiv Gegenwart als Jetzt zu erleben im Vergleich zum Erinnerbaren als Vergangenes. Allerdings kann unsere Erinnerung stark von der auslösenden Realität abweichen. Im Lichte der Relativitätstheorie ist es zudem unmöglich, den Augenblick/ das Jetzt/ die Gegenwart objektiv zu definieren. Das individuelle Jetzt ist unentrinnbar subjektiv. Die Einbeziehung von ‚Uhren-Zeit’/ technischer Zeit kann zwar helfen, verschiedene Menschen relativ zu den Uhren zu koordinieren, das grundsätzliche Problem des nicht-objektiven Jetzt wird damit nicht aufgelöst.

In der Fortsetzung 1b von Teil 1 habe ich dann versucht, die Darlegung der Position von Kenneth George Denbighs Buch „An Inventive Universe“ nachzuholen. Der interessante Punkt hier ist der Widerspruch innerhalb der Physik selbst: einerseits gibt es physikalische Theorien, die zeitinvariant sind, andere wiederum nicht. Denbigh erklärt diese Situation so, dass er die zeitinvarianten Theorien als idealisierende Theorien darstellt, die von realen Randbedingungen – wie sie tatsächlich überall im Universum herrschen – absehen. Dies kann man daran erkennen, dass es für die Anwendung der einschlägigen Differentialgleichungen notwendig sei, hinreichende Randbedingungen zu definieren, damit die Gleichungen gerechnet werden können. Mit diesen Randbedingungen werden Start- und Zielzustand aber asymmetrisch.

Auch würde ich hier einen Nachtrag zu Teil 1 der Relektüre einfügen: in diesem Beitrag wurde schon auf die zentrale Rolle des Gedächtnisses für die Zeitwahrnehmung hingewiesen. Allerdings könnte man noch präzisieren, dass das Gedächtnis die einzelnen Gedächtnisinhalte nicht als streng aufeinanderfolgend speichert, sondern eben als schon geschehen. Es ist dann eine eigene gedankliche Leistungen, anhand von Eigenschaften der Gedächtnisinhalte eine Ordnung zu konstruieren. Uhren, Kalender, Aufzeichnungen können dabei helfen. Hier sind Irrtümer möglich. Für die generelle Frage, ob die Vorgänge in der Natur gerichtet sind oder nicht hilft das Gedächtnis von daher nur sehr bedingt. Ob A das B verursacht hat oder nicht, bleibt eine Interpretationsfrage, die von zusätzlichem Wissen abhängt.

KAPITEL 2: DISSIPATIVE PROZESSE (54-64 …)

1. Anmerkung: bei der Lektüre des Buches merke ich, dass im Buch die Seiten 65 – 96 fehlen! Das ist sehr ungewöhnlich. Die Besprechung erfolgt also zunächst mal mit dem unvollständigen Text. Ich werde versuchen, doch noch einen vollständigen Text zu bekommen.

2. Eine Argumentationslinie in diesem Kapitel greift jene physikalischen Theorien auf, die bezüglich der Zeit invariant sind. Reversibilität von Prozessen, Konservierung (z.B. von Energie) und Determiniertheit sind Begriffe, die untereinander zusammen hängen. (vgl.S.58) Eine solche ’statische‘ Theorie ist die klassische (newtonsche) Mechanik.

3. Denbigh sieht einen Zusammenhang zwischen diesem stark idealisierenden Denken, das sich an etwas ‚Festem‘ orientiert, an etwas, das bleibt, etwas, das sich konserviert, und der griechischen Denktradition, die die Grundlagen allen Wandels in den unveränderlichen Atomen entdeckten. Ein typisches Beispiel ist die chemische Reaktionsgleichung für die Umwandlung von Wasserstoff 2H_2 und Sauerstoff O_2 in Wasser 2H_2O. Die Bestandteile werden hier als unveränderlich angenommen, nur ihre Anordnung/ ihr Muster ändert sich.

4. Diesem Hang zur Verdinglichung des Denkens über die Realität steht aber die ganze Entwicklung der physikalischen Erkenntnis entgegen: die scheinbar unteilbaren Atome setzen sich aus Partikeln zusammen, und die Partikel wiederum sind umwandelbar in Energie. Materie und Energie wurden als äquivalent erkannt. Die Gesamtheit von Energie-Materie mag konstant sein, aber die jeweiligen Zustandsformen können sich ändern.

5. Der Ausgangspunkt für die Entdeckung des Begriffs Entropie war die Ungleichheit in der Umwandlung von mechanischer Energie in Wärme und umgekehrt. (vgl. S.60f) Viele solcher Asymmetrien wurden gefunden. Während eine Richtung funktioniert, funktioniert die andere Richtung höchstens partiell. (vgl. S.62) Solche höchstens partiell reversible Prozesse sind dissipativ Prozesse. Und diese Eigenschaft, die den Unterschied in der Umwandelbarkeit charakterisiert, wurde Entropie [S] genannt. Sie kommt generell Systemen zu. Liegen zwei Systeme A und B vor, so drückt die Gleichung S_B >= S_A für t_B > t_A aus, dass für alle Zeitpunkt von B (T_B) nach dem aktuellen Zeitpunkt die Entropie von B (S_B) entweder gleich oder größer ist als die von A. Die Entropie kann also nicht abnehmen, sondern nur gleich bleiben oder zunehmen.

6. Das Besondere an der Entropie ist, dass die Entropie zunehmen kann, obwohl die Energie insgesamt konstant bleibt. (vgl. S.63f) [Anmerkung: Dies deutet implizit darauf hin, dass es unterschiedliche ‚Zustandsformen‘ von Energie gibt: solche in denen Energie lokal verfügbar ist, um Umwandlungsprozesse zu ermöglichen, und solche, in denen Energie lokal nicht mehr verfügbar ist. Die Nichtverfügbarkeit von Energie wäre dann gleichbedeutend mit maximaler Entropie. Die Nichtverfügbarkeit von Energie käme einer Unveränderlichkeit von Energie gleich. Ein schwieriger Begriff, da Energie als solche ‚Zustandslos‘ ist.]

7. Ferner deuten alle bekannten physikalischen Prozesse immer nur in eine Richtung: Zunahme von Entropie. (vgl. S.64)

8. … ab hier fehlt der Text im Buch ….

KAPITEL 3: FORMATIVE PROZESSE (…97 – 116)

9. Laut Inhaltsverzeichnis fehlen bei mir die ersten 7 Seiten vom dritten Kapitel.

10. Der Text startet mit dem Begriff der Organisation, den Denbigh als ein Konzept einstuft, das oberhalb der Elemente eines Systems liegt. Seine Einführung setzt voraus, dass man am Verhalten des Systems eine Funktion erkennt, die ein spezifisches Zusammenwirken der einzelnen Elemente voraussetzt. (vgl. S.98)

11. Zur Charakterisierung einer Organisation stellt Denbigh zwei zusätzliche Postulate auf. Einmal (i) sollen die einzelnen Elemente – bezogen auf die Gesamtleistung des Systems – nur eine begrenzte Fähigkeit besitzen, die erst im Zusammenspiel mit den anderen die Systemleistung ergibt, zum anderen (ii) müssen die Elemente untereinander verbunden sein.

12. Er führt dann die Begriffe Anzahl der Verbindungen [c] ein, Anzahl der Elemente ohne Kopien [n], sowie Anzahl der Elemente mit Kopien [N] ein. Die minimale Anzahl der Verbindungen wird mit N-1 gleichgesetzt, die maximale Zahl aller paarweisen Verbindungen (inklusive der Verbindungen der Elemente mit sich selbst) wird mit N * (N-1) angegeben. Die Anzahl c aller Verbindungen liegt also irgendwo zwischen N und N^2. Nimmt man das Produkt c x n, dann berücksichtigt man nur die unterscheidbaren Elemente ohne die Kopien.(vgl. S.100)

13. Damit konstruiert er dann den theoretischen Begriff der Zusammengesetztheit (‚integrality‘) [Anmerkung: man könnte hier auch von einer bestimmten Form der Komplexität sprechen] einer Organisation basierend auf ihren Elementen und ihren Verbindungen.

14. Denbigh referiert dann, dass im Bereich des Biologischen der Grad der Zusammengesetztheit der Nachkommen von biologischen Systemen zunimmt. (vgl. S.100) In diesem Zusammenhang sind Untersuchungen von von Neumann interessant. Im Versuch zu zeigen, ob und wie man Phänomene des Biologischen mit Automaten nachbauen könnte, kam von Neumann zu dem Resultat, dass die Ausgangssysteme eine kritische Größe haben müssen, damit ihre Nachkommen einen höheren Grad der Zusammengesetztheit haben können als die Elternsysteme. In seiner Untersuchung waren dies viele Millionen ‚Elemente‘. (vgl. S.100f)

15. Ein erster interessanter Befund ist, dass der Grad der Zusammengesetztheit unabhängig ist von den Konservierungsgesetzen der Physik. (vgl. S.102f) In einem isolierten Ei kann — nach Denbigh — der Grad der Zusammengesetztheit zunehmen ohne dass die Gesamtenergie sich ändert.

16. Allerdings ändert sich normalerweise die Entropie. Innerhalb des Eis mag die Entropie abnehmen, insgesamt aber erhalten biologische Systeme den Grad ihrer Zusammengesetztheit abseits eines Gleichgewichtszustands, was nur durch ständige Zufuhr von Energie möglich ist. Lokal nimmt die Entropie am/ im System ab, im Kontext mit der Umwelt, aus der die Energie entzogen wird, nimmt aber die Entropie zu. (vgl. S.103f)

17. [Anmerkung: Es fragt sich hier, ob es Sinn macht, von der ‚globalen‘ Entropie zu sprechen, da ja die Entropie der Teilbereiche ‚Umwelt‘ und ‚System‘ für sich unterschiedlich ist. Ein System mit ‚geringerer‘ Entropie ist eigentlich nicht vergleichbar mit einem System ‚höherer‘ Entropie.]

18. Denbigh schlussfolgert hier, dass die Änderungen der Entropie und der Grad der Zusammengesetztheit unabhängig voneinander sind. (vgl. S.104)

19. [Anmerkung: Dies erscheint zweifelhaft. Denn im Falle von biologischen Systemen bedeutet die Zunahme des Grads der Zusammengesetztheit notwendigerweise Verbrauch von Energie, die der Umgebung entzogen wird (Zunahme von Entropie) und dem System zugeführt wird (Abnahme der Entropie). Die Organisiertheit biologischer Systeme erscheint daher eher wie ein Entropie-Umwandler/ -Wandler/ -Transformator. Dies hat zu tun mit Zustandsformen von Energie: es gibt jene, die von biologischen Systemen umgewandelt werden kann und solche, die nicht umgewandelt werden kann.]

20. Denbigh führt dann das Symbol phi für den Grad der Zusammengesetztheit eines einzelnen Systems s_i ein und das Symbol PHI für die Summe aller einzelnen Systeme. (vgl. S.105f) Während der Grad der Zusammengesetztheit phi_i eines einzelnen Systems von der Geburt bis zum Tode zu- bzw. abnehmen kann, bildet die Summe PHI einen Querschnitt. Mit solch einem Maß kann man sowohl beobachten, dass PHI im Laufe der Zeit – abzgl. gewisser lokaler Schwankungen – generell zunimmt, zugleich auch die Zahl der Mitglieder der Population. (vgl. 106f) Zusätzlich zum Grad der Zusammengesetztheit des individuellen Systems mss man auch den Organisationsgrad der Systemumgebung berücksichtigen: Werkzeuge, Landwirtschaft, Verkehr, Rechtssysteme, Schrift, usw. (vgl. 107f) Nimmt insgesamt der Grad der Zusammengesetztheit zu, will Denbigh von einem Prozess der Formation sprechen.

21. Denbigh spekuliert auch darüber, ob man den Grad der Zusammengesetztheit dazu benutzen kann, um den Begriff der Kreativität ins Spiel zu bringen.

22. Ferner geht es um die Entstehung biologischer Systeme. Während für die Änderungen von organisatorisch einfachen Systemen die allgemeinen physikalischen Gesetze zur Beschreibung ausreichen, haben Organisationen mit einem höheren Grad von Zusammengesetztheit die Besonderheit, dass sehr spezifische Konstellationen vorliegen müssen, die für sich genommen extrem unwahrscheinlich sind. Im Fall biologischer Systeme ist die Entstehung bislang nicht klar und erscheint extrem unwahrscheinlich.

23. Ein Denkansatz wäre – nach Denbigh –, dass sich die Komplexität in kleinere Subprobleme delegieren lässt. (Vgl.S.110f) Dazu kommt die weitere Beobachtung/ Überlegung, dass sich im Falle von biologischen Systemen feststellen lässt, biologische Systeme dazu tendieren, die Ausgangslage für die Aggregation neuer Systeme immer weiter zu optimieren. (vgl.S.112f)

24. Stellt man eine Folge wachsender Organisiertheit auf (Denbigh nennt: Partikel – Atome – Moleküle – Zellen – Organismen), dann kann man nach Denbigh einen Zuwachs an Individualität und an Kontrolle beobachten bei gleichzeitiger Abnahme der Gesetzeskonformität; letzteres besagt, dass biologische Systeme je komplexer sie werden umso weniger direkt unter irgend ein physikalisches Gesetzt fallen. (vgl. S,114f)

25. Die Funktionen, die auf den jeweils höheren Ebenen der Organisation sichtbar werden, lassen sich nicht direkt aus den Komponenten der darunter liegenden Ebenen ableiten. Sie zeigen – hier zitiert Denbigh (Polanyi 1967) – etwas Neues. Dieses Auftreten von etwas Neuem verglichen mit den bisherigen Systemeigenschaften markiert nach (Polanyi 1967) einen Prozess, den er Emergenz nennt. Das neue Ganze ‚erklärt‘ die Teile, nicht umgekehrt. (vgl. S.116)

DISKUSSION

  1. Trotz der Behinderung durch die fehlenden Seiten (ein angeblich vollständiges Exemplar ist nachbestellt) bietet der Text von Denbigh doch spannende Stichworte, die unbedingt weiter verfolgt und geklärt werden müssen. Hier nur mal erste Notizen, damit diese Aspekte nicht untergehen.
  2. Das Zusammenspiel von Energie-Materie einerseits und Entropie andererseits wirft noch viele Fragen auf. Wenn man davon ausgeht, dass die Gesamtmenge der Energie-Materie konstant ist (was letztlich nicht wirklich klar ist; es ist eine Annahme!), man aber zugleich beobachten kann, dass die Energie-Materie unterschiedliche Zustände annehmen kann, was die Wahrscheinlichkeit von Veränderungen auf allen (?) Ebenen betrifft, so bedeutet dies, dass das Reden über Energie-Materie für uns Menschen letztlich nur interessant ist, sofern Energie-Materie sich messen lässt und im Messen mögliche Veränderungen zeigt. Eine unveränderliche und unmessbare Energie-Materie existiert für uns nicht.
  3. Was wir aber messen, das sind punktuelle Ereignisse in einem unbekannten riesigen Raum von Zuständen/ Ereignissen, der sich uns weitestgehend entzieht.
  4. Wenn wir nun feststellen, dass es Veränderungsphänomene gibt (Zerfallsprozesse, Partikelabstrahlungen, Wärmeaustausch, …), dann deutet dies darauf hin, dass Energie-Materie eine große Zahl von unterschiedlichen Zuständen einnehmen kann, von denen einige so sind, dass im Zustandswechsel endliche Energie-Materie-Mengen auf andere Zustände einwirken können und dabei – falls es sich um sogenannte biologische Systeme handelt – diese andere Zustände diese verfügbare Energie-Materie-Mengen für systeminterne Prozesse nutzen können.
  5. Obwohl der Begriff der Entropie in der Literatur viele unterschiedliche Bedeutungen besitzt (dem wird noch weiter nachzugehen sein), ist ein Bedeutungskern jener, dass die Verfügbarkeit von solchen endlichen Energie-Materie-Mengen damit beschrieben wird: maximale Entropie liegt vor, wenn keine Energie-Materie-Mengen verfügbar sind, und minimale Entropie entsprechend, wenn maximal viele Energie-Materie-Mengen verfügbar sind.
  6. Während sich im Universum Veränderungsprozesse auch unabhängig von biologischen Systemen beobachten lassen, so sind die biologischen Systeme im Kontext von Entropie dennoch auffällig: während Veränderungsprozesse im Universum abseits biologischer Systeme von minimaler zu maximaler Entropie zu führen scheinen (dissipative Prozesse, irreversible Prozesse, …), zeigen sich die biologischen Systeme als Entropie-Konverter! Sie kehren die Prozessrichtung einfach um: sie nutzen die Veränderungsprozesse von minimaler zu maximaler Entropie dahingehend aus, dass sie diese lokal für endliche Zeitspannen von einem Entropielevel X zu einem Entropielevel X-n konvertieren (mit ‚X-n‘ als weniger Entropie als ‚X‘).
  7. Für diese Prozessumkehr gibt es keine physikalischen Gesetze außer der zwielichtigen Gravitation. Im Gefüge der aktuellen physikalischen Theorien passt die Gravitation bislang nicht so recht hinein, macht sie doch genau das, was die biologischen Systeme im kleinen Maßstab vorexerzieren: die Gravitation zieht Energie-Materie-Mengen so zusammen, dass die Entropie abnimmt. Die dadurch entstehenden Energie-Materie-Konstellationen sind die Voraussetzungen dafür, dass Veränderungsprozesse – und damit biologische Systeme – stattfinden können (ist Gravitation jene innere ‚Feder‘, die ein Universum auf lange Sicht immer wieder soweit zusammen zieht, bis es zum nächsten BigBang kommt?).
  8. Folgt man der Idee von den biologischen Systemen als Entropie-Konvertern, dann wird interessant, wie man das Besondere an jenen Systemen charakterisiert, die wir biologisch nennen. Denbigh offeriert hier – offensichtlich stark beeinflusst von anderen Autoren, u.a. Michael Polanyi – das Konzept eines Systems, dessen Organisation durch Elemente (n,N), Beziehungen (c) und Systemfunktionen (f,…) beschreibbar ist. Je nach Anzahl und Dichte der Verschränkungen kann man dann Organisationsgrade (Komplexitätsstufen) unterscheiden. Diese Begrifflichkeit ist noch sehr grob (verglichen z.B. mit den Details in einem Handbuch über die biologischen Zellen), aber sie bietet erste Angriffsflächen für weitergehende Überlegungen.
  9. So stellt sich die Frage nach der Entstehung solch komplexer Systeme, die bis heute nicht klar beantwortet ist.
  10. So stellt sich die Frage nach der Entwicklung solcher Strukturen von einem einfacheren Zustand zu einem komplexeren: woher kommen die viel komplexeren Strukturen und speziell dann Systemfunktionen, die sich nicht aus den Bestandteilen als solchen herleiten? Das Wort Emergenz an dieser Stelle klingt gut, erklärt aber natürlich nichts.
  11. Faktisch beobachten wir entlang einer Zeitachse eine letztlich kontinuierliche Zunahme der Komplexität biologischer Systeme sowohl als individuelle Systeme wie aber auch und gerade im Zusammenspiel einer Population mit einer organisatorisch aufbereiteten Umgebung (Landwirtschaft, Städtebau, Technik allgemein, Kultur, …).
  12. Für alle diese – mittlerweile mehr als 3.8 Milliarden andauernde – Prozesse haben wir bislang keine befriedigenden theoretischen Modelle, die das Phänomen biologischer Systeme im Kontext der gesamten Naturprozesse plausibel machen. Die bisherigen naturwissenschaftlichen Theorien erscheinen für dieses komplex-dynamische Phänomen der biologischen Systeme zu einfach, zu primitiv. Das liegt zu großen Teilen möglicherweise auch daran, dass sich die meisten Naturwissenschaftler bislang schwer tun, die Phänomene des biologischen Lebens in ihren vollen Komplexität ernst zu nehmen. Möglicherweise wird dies dadurch erschwert, dass die traditionellen Geisteswissenschaften ebenfalls die Brücke zum naturwissenschaftlichen Zusammenhang noch nicht gefunden haben. Statt sich gegenseitig zu befruchten, grenzt man sich voneinander ab.
  13. Letzte Anmerkung: in zwei vorausgehenden Beiträgen direkt (und in weiteren indirekt) hatte ich auch schon mal Bezug genommen auf das Phänomen der Komplexitätsentwicklung biologischer Systeme (siehe: Randbemerkung: Komplexitätsentwicklung (Singularität(en)) und Randbemerkung: Komplexitätsentwicklung (Singularität(en)) – Teil 2. Die Formulierungen in meinen Beiträgen war etwas schwerfällig und noch wenig überzeugend. Mit dem Ansatz von Denbigh, Polanyi und anderen lässt sich dies sicher deutlich verbessern.

 

Fortsetzung folgt

QUELLEN

1. Kenneth George Denbigh (1965 – 2004), Mitglied der Royal Society London seit 1965 (siehe: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Fellows_of_the_Royal_Society_D,E,F). Er war Professor an verschiedenen Universitäten (Cambridge, Edinbugh, London); sein Hauptgebet war die Thermodynamik. Neben vielen Fachartikeln u.a. Bücher mit den Themen ‚Principles of Chemical Equilibrium, ‚Thermodynamics of th Steady State‘ sowie ‚An Inventive Universe‘.
2. John von Neumann (1966), Theory of Self-Reproducing Automata, edited and completed by Arthur W.Burks, Urbana – London: University of Illinois Press
3. Michael Polanyi (1967), The Tacit Dimension, Routledge & Keagan Paul.
4. Michael Polanyi (1968) Life’s Irreducible Structure. Live mechanisms and information in DNA are boundary conditions with a sequence of boundaries above them, Science 21 June 1968: Vol. 160 no. 3834 pp. 1308-1312
DOI: 10.1126/science.160.3834.1308 (Abstract: Mechanisms, whether man-made or morphological, are boundary conditions harnessing the laws of inanimate nature, being themselves irreducible to those laws. The pattern of organic bases in DNA which functions as a genetic code is a boundary condition irreducible to physics and chemistry. Further controlling principles of life may be represented as a hierarchy of boundary conditions extending, in the case of man, to consciousness and responsibility.)
5. Michael Polanyi (1970), Transcendence and Self-Transcendence, Soundings 53: 1 (Spring 1970): 88-94. Online: https://www.missouriwestern.edu/orgs/polanyi/mp-transcendence.htm

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Buch: Die andere Superintelligenz. Oder: schaffen wir uns selbst ab? – Kapitel 4-neu

VORBEMERKUNG: Der folgende Text ist ein Vorabdruck zu dem Buch Die andere Superintelligenz. Oder: schaffen wir uns selbst ab?, das im November 2015 erscheinen soll.

Wie alles anfing

Die Überlegungen im vorausgehenden Kapitel beziehen sich auf das, was heute ist, auf die Gegenwart. Wie können z.B. Philosophen die Innensicht ihres Bewusstseins beschreiben; wie können Psychologen das beobachtbare Verhalten untersuchen. Was können die Gehirnforscher über die Struktur und die Funktionen des Gehirns feststellen. Diese Aufgabe ist groß genug, dass man damit mehr als ein Leben ausfüllen kann. Hätte man diese Beschreibungsaufgaben vollständig erfüllt — bislang fehlt da noch einiges –, würden dennoch wichtige Teile am Bild fehlen, vielleicht sogar die wichtigsten, ohne die das Ganze nicht verständlich ist: der reale Entstehungsprozess; wie es zum heutigen Zustand kommen konnte? Wie ist es möglich, dass sich solch komplexen Strukturen im Universum, als Leben auf der Erde herausbilden konnten, ohne dass man eine ‚äußere‘ Einwirkung erkennen kann? Was soll das Ganze? Wohin wird dies führen? Wohin kann dies führen? Welche Rolle spielen wir Menschen dabei? Sind wir nur eines von vielen vorübergehenden Phänomenen des Lebens, das wieder vergehen wird, bevor es bemerkt wurde?

Zeichen der Veränderung

Beginnend mit dem 19.Jahrhundert kam es in Westeuropa zu grundlegenden Änderungen im bis dahin vorwiegend christlich-biblisch geprägten Menschen- und Weltbild. Immer mehr Phänomene in der Veränderung von Lebensformen im Kontext unterschiedlicher Ablagerungsschichten im Gestein und Erdreich wurden entdeckt (Anmerkung: Aus meiner Sicht ein sehr hilfreiches Buch für diese Zeit ist u.a. Peter J.Bowler, „Evolution. The History of an Idea“, Berkeley, Los Angeles (CA): University of California Press, 1983, rev.ed. 1989).

Im Falle der Fossilien waren es berühmte Naturforscher wie z.B. Cuvier (1769 — 1832) , Étienne Geoffroy Saint-Hilaire (1772 – 1844) und Charles Robert Darwin (1809 — 1882), die neben der Vielfalt auch die Veränderungen in den unterschiedlichsten geologischen Schichten erkannten. Im Fall der geologischen Schichten waren es Männer wie William Smith (1769 — 1839), Roderick Impey Murchison (1792 — 1871), Adam Sedgwick (1785 — 1873), John Phillips (1800 – 1874) und Charles Lyell (1797 — 1875), die es schafften, erste Klassifikation von Erdschichten und deren chronologischer Abfolge mit Korrelation zu Fossilien aufzustellen. Insgesamt entstanden durch viele verschiedene, z.T. kontrovers diskutierte, Untersuchungen die ersten Umrisse eines Bildes, in dem die aktuelle Gestalt der Erde und der Lebensformen eine Folge von Veränderungen, eine Geschichte, beinhalten. Die Details dieser Geschichte (Vulkanismus, Klimaänderungen, Plattentecktonik, Baupläne,…) waren in ihren genauen Wirkungen lange Zeit zwar nicht eindeutig entscheidbar, ‚dass‘ die Erde und das Leben auf der Erde aber Veränderungen durchlaufen hatten und immer noch durchlaufen, das erschien jedoch immer mehr unabweislich.

Wie lange zurück reichte diese Geschichte? Neue thermodynamische Überlegungen von William Thomson, besser bekannt als Lord Kelvin (1824 – 1907), schränkten den zur Verfügung stehenden absoluten Zeitraum für die Entwicklung der Erde und des gesamten Universums im Laufe seines Lebens immer mehr ein, schließlich bis auf eine zweistellige Millionenzahl. Wie viele seiner Zeitgenossen ging er davon aus, dass die Erde und die Sonne sich kontinuierlich abkühlen, ohne dass neue Energie zur Verfügung steht, die dieser Abkühlung entgegen wirken könnte. Es brauchte die ersten Jahrzehnte des 20.Jh. um mit Hilfe der neuen Erkenntnisse aus der (Nuklear-)Physik bzw. aus dem Spezialgebiet der Teilchenphysik verstehen zu können, dass Sterne und Planeten eigene Energievorräte besitzen und über Prozesse verfügen, durch die diese Energie in Form von beobachtbaren Veränderungen (Sonnenstrahlen, Klima, Vulkanismus, Erdbeben, …) wirksam werden können.

Immer kleiner

1905 hatte Albert Einstein ganz allgemein u.a. die Äquivalenz von Masse und Energie mit seiner bekannten Formel E=mc^{2} aufgezeigt, es brauchte aber noch weiterer gehöriger Anstrengungen, bis im Februar 1939 Lise Meitner (1878 – 1968) eine theoretische Beschreibung des ersten Kernspaltungs-Experiments veröffentlichen konnte, das Otto Hahn Ende Dezember 1938 zusammen mit seinem Assistent Fritz Straßman durchgeführt hatte. Im gleichen Jahr konnte Hans Albrecht Bethe (1906 – 2005) sein theoretisches Modell der Kernfusionsprozesse in der Sonne veröffentlichen (für die er 1967 den Nobelpreis bekam). Damit war die Tür zur Erkenntnis der verborgenen Energie in der Materie, in den Sternen, im Universum soweit geöffnet, dass dem Forscher ein glutheißer Atem entgegen schlug.

Es folgten stürmische Jahre der vertiefenden Erforschung der nuklearen Zusammenhänge, stark geprägt von den militärisch motivierten Forschungen zum Bau von Nuklearwaffen. Immer mehr Teilchen wurden im Umfeld des Atoms entdeckt, bis es dann ab den 70iger Jahren des 20.Jh zum sogenannten Standardmodell kam.

Obwohl sich dieses Standardmodell bislang in vielen grundlegenden Fragen sehr bewährt hat, gibt es zahlreiche fundamentale Phänomene (z.B. die Gravitation, die Expansion des Universums, dunkle Materie), für die das Modell noch keine erschöpfende Erklärung bietet.

Big Bang – Zeitpunkt Null

Ausgestattet mit den Erkenntnissen der modernen Physik lassen sich die Hypothesen aus dem 19.Jahrhundert zur Welt als Prozess ausdehnen auf das ganze Universum. Fasst man alle heutigen Erkenntnisse zusammen, wie dies in der sogenannten
Big Bang Theorie geschieht, nach 1990 gefasst als Lambda-CDM-Modell, führt dies auf ein Ereignis vor jeder physikalisch messbaren Zeit zurück. Ein solches Ereignis gilt den Physikern als eine Singularität. Da es im Universum auch andere Formen von Singularitäten gibt, nenne ich jene Singularität, mit der das bekannte Universum begann, hier die erste Singularität.

Durch die Weiterentwicklung der Relativitätstheorie von Albert Einstein konnten Stephen William Hawking (geb.1942),
George Francis Rayner Ellis (geb.1939) und Roger Penrose (geb.1931) aufzeigen, dass die Größen Raum und Zeit mit der ersten Singularität beginnen.

Von heute aus gesehen trat die erste Singularität vor 13.8 Mrd Jahren auf. Beginnend mit einer unendlich extremen Dichte und Hitze begann aus dem Ereignis heraus eine Ausdehnung (Raum und Zeit), die begleitet war von einer zunehmenden Abkühlung. Gleichzeitig kam es zur Herausbildung von subatomaren Teilchen, aus denen sich einfache Atome formten (Anmerkung: Die Entstehung der ersten Atome wird in der Zeitspanne 10 Sek – 20 Min verortet.). Gigantische Ansammlungen dieser ersten Elemente führten dann aufgrund der Gravitation zu Verdichtungen, aus denen Sterne und Galaxien hervorgingen (Anmerkung: Erste Sterne, die das dunkle Weltall erleuchteten werden nach ca. 100 Mio Jahren angenommen. Erste Galaxien etwa 1 Mrd Jahre später.). In den Sternen fanden Kernfusionsprozesse statt, die im Gefolge davon zur Bildung von immer schwereren Atomen führten. Ferner wird seit etwa 6.5 Mrd Jahren eine Beschleunigung bei der Ausdehnung des Universums beobachtet. Man vermutet, dass dies mit der ‚dunklen Energie‘ zu tun hat. Viele Fragen sind offen. Nach letzten Messungen geh man davon aus, dass das bekannte Universums zu 73% aus dunkler Energie besteht, zu 23% aus dunkler Materie, zu 4.6% aus ’normaler‘ Materie und zu weniger als 1% aus Neutrinos (Anmerkung: Jarosik, N. et al. (WMAP Collaboration) (2011). „Seven-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Sky Maps, Systematic Errors, and Basic Results“. NASA/GSFC. p. 39, Table 8. Retrieved 4 December 2010).

Fortsetzung mit Kapitel 5

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