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Holographisches Universum

die Illusion der Wirklichkeit

Das holographische Realitätsmodell wurde bereits in den 1960er Jahren von Physiker David Bohm zusammen mit Neurowissenschaftler Karl H. Pribram entwickelt. Die Physiker Gerardus t' Hooft und Leonard Susskind entwickelten das Holographische Prinzip dann weiter. Ginge es nach diesen Wissenschaftlern, so könnte unser gesamtes Universum eine holographische Projektion sein. Seine ausführliche Herleitung beschreibt Bohm in seinem Buch "Die verborgene Ordnung des Lebens"

 

 

Diese BBC-Dokumentation wurde im Januar 2013 auf dem ZDFneo Kanal ausgestrahlt. Hier wird die Theorie über das holographische Universum vorgestellt. Der Film dauert ca. 45 Minuten.
Ebenfalls berichtete das Online-Magazin Focus über dieses Thema.

Wie funktioniert ein Hologramm?

Die Informationen eines Hologramms sind als Wellenmuster auf einer 2D-Fläche gespeichert. Richtet man einen Laser auf dieses Wellenmuster, so ergibt die Reflexion ein dreidimensionales Bild. Eine wesentliche Eigenschaft von Hologrammen ist die, dass alle Informationen in jedem Teil der 2D-Fläche in Wellenform gespeichert ist. Zerbricht man die Fläche, und richtet einen Laser auf ein Teilstück, so stellt man fest, dass jedes einzelne Teilstück wiederum das gesamte Bild des Hologramms wiedergeben kann. Je kleiner die Teilstücke werden, umso unschärfer wird das holographische Bild. 
Bohm stellt einen Zusammenhang zwischen der Welle-Teilchen-Eigenschaft bei Materie und der Welle-Teilchen-Eigenschaft in einem Hologramm her.

Das Plancksche Wirkungsquantum

Das Plancksche Wirkungsquantum, benannt nach dem Entdecker Max Planck, ist eine Konstante in der Quantentheorie und bildet das Fundament der Quantenphysik. Und dank der Quantenphysik funktionieren Handys, Computer und Lasertechnologien. Gäbe es das Plancksche Wirkungsquantum nicht, dann gäbe es auch unsere gesamte neue Technologie nicht.
Jedoch weil das Plancksche Wirkungsquantum eine Konstante ist, birgt es eine Tatsache, die nur schwer zu akzeptieren ist: Raum und Zeit sind nicht kontinuierlich geschmeidig, sondern gepixelt. Wie ein Bild, das seine körnige Struktur aufzeigt, wenn man es stark vergrößert, so ist auch unser Universum gepixelt. Und da nach Einsteins Relativitätstheorie Raum und Zeit voneinander abhängig sind, ist auch die Zeit zwangsläufig nicht kontinuierlich. Vielmehr vergeht die Zeit Augenblick für Augenblick. Es gibt keine flüssigen Bewegungen, sondern die Bewegungen sind eine schnelle Abfolge von Augenblicken, quasi Bild für Bild - wie ein Film. Das ergibt sich aus der Quantentheorie und soll nun durch das Holometer-Experiment bei Fermilab experimentell bestätigt werden.

Schwarze Löcher und Hologramme

Folgender Videoclip stammt aus der Sendung "Der Stoff, aus dem der Kosmos ist." Physiker Prof. Brian Greene von der Columbia University stellt hier kurz das holographische Realitätsmodell vor. 

 

Schon der antike griechische Philosoph Platon hatte die Vorstellung, dass unsere Wahrnehmung nur ein matter Abglanz einer Wirklichkeit außerhalb unserer Reichweite ist. 2 Jahrtausende später sieht es so aus, als könnte Platons Sichtweise mehr als nur eine Metapher sein. Es könnte sein, das sich unsere Realität an einer entfernten Grenzfläche abspielt und alles, was wir in unserer vertrauten Raumdimension wahrnehmen, ist eine Projektion jener entfernten Realität. Damit wäre unser Universum so etwas wie ein holographischer Film.
Wie ist die Wissenschaft zu dieser unglaublichen Ansicht gekommen? Diese Ansicht entwickelte sich aus verschiedenen Theorien wie der Relativitätstheorie, der Thermodynamik, der Quantenmechanik, der Stringtheorie und der jüngsten Erkenntnis aus der Erforschung von schwarzen Löchern. Diese Gebiete haben eine Gemeinsamkeit: Das Wesen der Information.

Wie wir in der Einleitung erfahren haben, ist Information ein wesentlicher Grundbaustein unseres Universums. Es ist vergleichbar wie mit den Plänen eines Architekten. Die grundlegende Information eines Gebäudes steckt in den Plänen eines Architekten. Das Gebäude selbst ist nur eine physische Realisierung der Information. So verhält es sich auch mit unserem Universum, wobei sich die Frage stellt: Wer ist der Architekt?

Betrachten wir zunächst einmal die wohl seltsamsten Objekte unseres Universums: Schwarze Löcher
Wegen ihrer unvorstellbar großen Masse wird die Krümmung der Raumzeit dort so extrem, dass alles, was ihnen zu nahe kommt, eingefangen wird. Und alles bedeutet auch das Licht. Die extreme Krümmung der Raumzeit würde auch die Zeit am Rande eines solchen Sterns zum stehen bringen. Wollte man aus der Erde ein Schwarzes Loch machen, so müsste man sie auf die Größe von ca. 2 cm zusammenpressen.

Entropie sagt etwas darüber aus, wie speziell Teile eines Systems angeordnet sein müssen, damit es genau dieses und kein anderes Erscheinungsbild annimmt. Zum Beispiel könnte man zählen, wie viele Möglichkeiten es gibt, ein 32 Blatt-Kartenspiel zu mischen. Das Ergebnis wäre das Maß für die Entropie dieses Kartenspiels. Die Rechnung würde so lauten: 32 x 31 x 30 x 29 x 28 x 27 ...... x 1 = ca. 263 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 ;
Hätten wir so viele Häufchen gemischter Kartenspiele vor uns liegen, könnten wir mit Gewissheit sagen, dass wenigstens 2 Häufchen in der Reihenfolge ihrer Karten identisch sind. Entropie ist also ein Maß für Ordnung oder Unordnung.

Schwarze Löcher galten bislang als Objekte höchster Ordnung. Egal in welchem chaotischen Zustand Objekte waren, bevor sie hineinstürzten, Im Zentrum würden diese Objekte zu unendlicher Dichte zusammengepresst - zu einer Form höchster Ordnung. Im Zentrum eines Schwarzen Lochs ist kein Raum für Unordnung. Ein Schwarzes Loch schien keine Entropie zu besitzen.  
Temperatur und Entropie hängen von den Eigenschaften eines Objektes ab. Wenn Schwarze Löcher doch Entropie haben sollten, dann sollten sie auch eine Temperatur haben. Ein Objekt, dessen Temperatur über dem absoluten Nullpunkt liegt, strahlt. Wenn ein Schwarzes Loch strahlt, würde das aber im Widerspruch zu der Annahme stehen, dass nichts dem Schwarzen Loch entkommen kann.

Stephen Hawking hatte die Idee, welche auf der Quantenfluktuation beruht. Die Quantenfluktuation führt dazu, dass Teilchenpaare entstehen und sich sofort wieder vernichten. Am Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs (und nur dort) kann es nun passieren, dass ein Teilchen in das Schwarze Loch gezogen wird, während das andere Partnerteilchen gerade noch entkommen kann. Die entkommenden Teilchen sehen aus wie Strahlung. Diese Strahlung wird als Hawking-Strahlung bezeichnet.

Aus dieser Strahlung lässt sich nun mit den Gesetzen der Thermodynamik die Entropie des Schwarzen Lochs berechnen. Und die Entropie ist proportional zur Oberfläche des Schwarzen Lochs. Hawking konnte mathematisch beweisen, dass die Entropie eines Schwarzen Lochs gleich ist, wie die Anzahl der Zellen in Größe einer Planck-Länge, die nötig sind um die Oberfläche des Ereignishorizonts abzudecken. Es ist so, als würde man ein Netz über den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs spannen und jedes Planck-Quadrat würde einen Bit an Information über den mikroskopischen Aufbau des Schwarzen Lochs enthalten.
Das ist ein Hinweis auf Holographie. Denn die Kapazität des Informationsspeichers hängt von der Größe der Randfläche ab und nicht vom Volumen im Inneren.

Unsere gesamte vertraute dreidimensionale Realität, so die Vermutung einiger Physiker, könnte genauso eine holographische Projektion weit entfernter physikalischer Prozesse sein.
Sollte das stimmen, dann spielen sich alle physikalischen Prozesse an einer weit entfernten Oberfläche ab.

Wie sicher können wir nun sein, dass das holographische Prinzip richtig ist?

Der Physiker Brian Greene schreibt in seinem Buch "Die verborgene Wirklichkeit", dass dies alles ausschließlich theoretische Überlegungen sind, die experimentell nicht überprüft sind.
Nach derzeitigem Wissensstand kann man aber all diese Fragen bejahen, weil die Überlegungen und Schlussfolgerungen absolut widerspruchsfrei in ein sorgfältig aufgebautes Gebäude passen.

Wie wird Information, die unserem Universum zugrunde liegt, gespeichert?

Wie lässt sich die Speicherung einer so gewaltigen Informationsflut, die für unser Universum nötig wäre, realisieren? Wo befindet sich dieser Datenspeicher?

"Einen allgemeinen theoretischen Rahmen zur Beantwortung solcher Fragen haben die Physiker bisher noch nicht formuliert."
- Brian Greene

Die Stringtheorie und das Holographische Prinzip

Der Physiker Juan Maldacena von der Harvard University stellte das bislang beste holographische Prinzip auf. Im gelang es mit Hilfe der Stringtheorie das Innere des Universums zu beschreiben und mit der Quantenfeldtheorie die Vorgänge am Rand des Universums. Ihm gelang es zu zeigen, dass die Prozesse, welche am Rand des Universums stattfinden, mit der Quantenfeldtheorie berechnet werden können, sowie die Spiegelungen dieser Prozesse im Inneren des Universums mit der Stringtheorie berechnet werden können.
Es ist verblüffend, aber es scheint, dass die Quantenfeldtheorie und die Stringtheorie jeweils eine Seite der selben Medaille beschreiben. Greene meint hierzu:
"Die Stringtheorie im Inneren des Universums ist identisch mit der Quantenfeldtheorie am Rand des Universums. Das ist Holographie, wie sie leibt und lebt.

Das hier Geschriebene stellt nur einen kleinen Auszug aus dem Buch "Die verborgene Wirklichkeit" von Physiker Brian Greene dar. Wer sich für eine ausführliche Herleitung interessiert, dem sei das Buch empfohlen.

 

 

 


 

 

Publiziert am: Freitag, 22. März 2013 (40619 mal gelesen)
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