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Die Physik der »ursächlichen Wirklichkeit«

Wir erkennen nun, dass man das Universum auf zweierlei Weise beschreiben kann:

Grand Canyon
Ein Cañon ist das vorläufiges Ergebnis unzähliger Ereignisse. Seine erstrangige Ursache ist das Wirken des Flusses. Der Fluss wiederum ist fließendes Wasser, dessen Wirken durch die Kraft der Sonne angetrieben wird – wie fast alle Dinge auf der Erde. (Quelle: Q9889, Wikimedia commons)

Ausgehend von unserer menschlichen Anschauung besteht es aus konkreten Materie/Energie-Einheiten, die wir relativ unabhängig voneinander betrachten können. Sie unterliegen festen Gesetzmäßigkeiten und lassen sich demnach grundsätzlich berechnen. Wir sehen sie vom Standpunkt des bislang Bewirkten; als vorläufiges Ergebnis unzähliger Ereignisse.

Wir können jedoch auch einen ganzheitlichen Standpunkt einnehmen und das Universum sozusagen aus der Sicht der verursachenden Ereignisse betrachten. Dann erscheint es uns als Welt der universalen Naturgesetze und Kräfte, die überall und gleichzeitig existieren. Sobald Objekte damit verbunden sind, wirken diese Kräfte auf sie in absolut gesetzmäßiger Art und Weise ein.

Es ist einfach, Dinge zu unterscheiden, zu zählen, zu messen. Die Physik lehrt uns, dass dies bei den Kräften viel schwieriger ist. Man nimmt heute an, dass alle Kräfte letzten Endes zu einer Kraft verschmelzen und nur durch ihre Abhängigkeiten zu den konkreten Dingen als etwas Unterschiedliches erscheinen. Selbst die sprachliche Unterscheidung von Kräften und Naturgesetzen ist nur ein Abgrenzung unseres Verstandes, die nicht auf der Wirklichkeit beruht.

Es fällt uns in der Regel schwer, Nicht-Dingliches zu begreifen. Wir können nicht anders, als es dennoch in dinglichen Begriffen zu erfassen. Das führt zu schweren Missverständnissen und birgt stets die Gefahr, in wilde Spekulationen abzugleiten. Liebe ist … eben kein Ding und damit auch in ihrem Wesen nicht begrifflich erfassbar! Viele philosophische Sinnsprüche zielen darauf ab. Etwa: Man kann niemals in denselben Fluss steigen … weil ein Fluss eher ein Vorgang ist als ein Ding. Aus der Psychologie des Verstandes wissen wir jedoch, dass wir Zusammenhänge unterbewusst bereits vor der Begriffsbildung erkennen – wir erfassen sie, bevor wie sie begreifen! Das sollte uns Mut machen, weiter voranzuschreiten auf dem Weg zu den unberechenbaren Kräften.

Michelangelo: Die Erschaffung Adams
Allgegenwärtig, alles durchdringend und beeinflussend; sowie selbst unveränderbar und unabhängig existierend ... sind Eigenschaften der christlichen Gottesvorstellung – sowie des Higgs-Kraftfeldes, der quantenphysikalischen Quelle jeglicher Masse im Universum (Quelle: Michelangelo: »Die Erschaffung Adams« – Ausschnitt, Wikimedia commons)

Wieso unberechenbar? Wenn wir die Ursachen des Ganzen kennen, müssten wir auch ihre Wirkungen berechnen können, oder? Erinnern wir uns, dass der Wechsel zwischen den Quantenzuständen keinen festen Rhythmen folgt. Er ist zufällig und regellos, mithin unberechenbar.

Die heute anerkannteste Theorie der Teilchenphysik wird als Standardmodell bezeichnet. Dieses Modell beruht auf verschiedenen mathematischen Gleichungen, die aus den Ergebnissen physikalischer Experimente abgeleitet wurden. Seither konnten bereits viele Voraussagen des Modells über noch unentdeckte Teilchen nachträglich experimentell bestätigt werden. Das trifft insbesondere auf das nach dem Physiker Peter Higgs benannte Higgs-Kraftfeldzu.

Higgs stieß bei der Überprüfung des Standardmodells auf ein enormes Problem: Es war nicht möglich, mit den bekannten Einflussfaktoren die Entstehung der Eigenschaft Masse rechnerisch nachzuvollziehen. Die Lösung, die ihm einfiel, erschien geradezu unglaublich: Er fügte eine unabhängige Größe ins Modell ein – zu diesem Zeitpunkt nicht mehr als eine bloße Idee –, die heute als »Higgs-Mechanismus« bekannt ist. Übersetzt man seine Wirkung aus der Sprache der Mathematik in verständliche Worte, dann sagte er damit die Existenz eines universalen Kraftfeldes voraus, dass in der Tat allgegenwärtig, alles durchdringend und beeinflussend; sowie selbst unveränderbar und unabhängig existierend sein muss.

Nur auf dieser Grundlage funktioniert das Standardmodell: Jegliche Masse – und damit auch ihre konkreten energetischen Eigenschaften – entsteht ursprünglich aus der Wechselwirkung mit diesem universalen Kraftfeld. Da dieser wahrhafte »Urgrund« (um einen Begriff aus der altgriechischen Philosophie zu verwenden) nicht direkt gemessen werden kann, versuchten die Forscher im Experiment die Existenz eines neuen Teilchens – des Higgs-Bosons – nachzuweisen, das sozusagen als »Masse aus dem Nichts« auftreten müsste. 2012 wurde am europäischen CERN-Forschungszentrum in der Schweiz mit großer Wahrscheinlichkeit ein Higgs-Boson nachgewiesen.

Wir wissen nun, dass es ein einheitliches Kraftfeld geben muss, dass für die Existenz aller Objekte von grundlegender Bedeutung ist. Im Gegensatz zu den verschiedenen konkreten Kräften, die nur zusammen mit der Materie in Erscheinung treten, ist dieses Feld ein universaler Faktor, der unabhängig von der Materie wirkt. Es füllt das gesamte Universum vollkommen gleichmäßig und verbindet alles mit allem.

Schwarzes Loch im Zentrum der Galaxie
Schwarzes Loch im Zentrum einer Galaxie (Künstlerische Darstellung): Ereignishorizont für Antiteilchen und Quantenverschränkung (Quelle: ESO/L. Calçada)

Da ist sie wieder: Die Leere, die keine ist – mit den Quanten, die keinen berechenbaren Ursprung haben. Der Urgrund ist ein Phänomen, das am Rande unserer Logik liegt. Selbst mit der Mathematik kommen wir nicht recht weiter, denn es handelt sich ja um eine festliegende Konstante, deren Existenz nicht aus irgendwelchen Ursachen hergeleitet werden kann. …

Ein weiterer Beleg für die wahrhaft unberechenbare Natur ist die Tatsache, dass jegliche spontan entstehende Materie im Universum in zweierlei Formen entstehen muss: Materie und Antimaterie.

Jegliches Quant braucht gewissermaßen ein Gegengewicht; eine spiegelbildliche Form. Beide Formen verhalten sich exakt gleich, nur ihre energetischen Zustände sind genau entgegengesetzt. Das heißt vereinfacht gesagt, dass ihre magnetischen und elektrischen Pole vertauscht sind. (So gesehen wäre es korrekter, von Antienergie zu sprechen, denn die Masseeigenschaft ist bei beiden gleich)

Ein solches Paar aus Materie und Antimaterie kann jedoch unmöglich existieren, da es sich gleich nach der Entstehung aufgrund der gegenteiligen inneren Kräfte quasi im selben Moment wieder auflöst! Allein die räumliche Trennung von einem konkreten Teilchen und seinem Antiteilchen kann dies verhindern. 1955 wurde das erste Antiteilchen künstlich erzeugt und die mathematische Vorhersage damit bestätigt.

Für den extrem heißen Urzustand des Universums gleich nach dem Urknall fordert die Theorie, dass jegliches Teilchen und Antiteilchen – die ja in exakt gleicher Anzahl existieren müssten – sich unweigerlich »begegneten«. Die aus dem Urgrund hervorgegangenen Energiepakete wären quasi im selben Moment wieder verschwunden. Das dauerhafte Universum, in dem wir uns heute befinden, besteht jedoch praktisch nur aus Materie. Antimaterie ist höchst selten und dann immer nur extrem kurzlebig.

Zwillinge
Zwillinge verblüffen uns immer wieder. Zwillinge regen zum Nachdenken an. Quanten-Zwillinge teilen sich sogar ihren zufälligen Wandel – auch wenn sie Lichtjahre voneinander entfernt sind (Quelle: zinavasini, Pixabay)

Aus einer nicht naturgesetzlich beschreibbarer Ursache »überlebte« ein winziger Teil der Materie den gegenseitigen Auslöschungsprozess nach dem Urknall. …

Kommen wir zum Abschluss des physikalischen Weltbildes noch auf die »spukhaften Fernwirkungen«, wie Einstein sie nannte. Er stieß auf ein Phänomen, dass scheinbar seiner Relativitätstheorie widersprach: Es gibt Quanten, die ihre Zustände absolut aufeinander abstimmen können und diese Gleichheit beibehalten, wenn sie voneinander getrennt sind – egal, wo sie sich befinden. Dieses Verhalten wird Quantenverschränkung genannt. Einstein nahm an, dass zwischen den Quanten immerzu Informationen ausgetauscht werden müssten, um ihre Zustände einander anzugleichen. Wenn das tatsächlich so wäre, müssten die Informationen schneller als das Licht sein, wenn solche einheitlichen Quanten sich Lichtjahre voneinander entfernt hätten. Auch Information kann nur maximal mit Lichtgeschwindigkeit übertragen werden. …

Die Physiker gehen heute davon aus, dass die einmalige Information während des Abgleiches genügt, um aus den verschränkten Quanten eine »zweigeteilte Einheit« zu machen, die sich gewissermaßen »die gleiche Zufälligkeit ihrer Zustände redlich teilen«.

Wir haben hier gewissermaßen die »Kronzeugen« der Relativitätstheorie vor uns:

Die Quantenzustände an sich (der unregelmäßige Wechsel der energetischen Eigenschaften) sind absolut zufällig und unvorhersehbar. Die Verschränkung jedoch führt zu einer ursächlichen Abhängigkeit verschiedener Quanten voneinander. Obwohl ihre Zustände absolut gleich sind, sind sie zueinander relativ, also aufeinander bezogen.

Wir sollten uns nun kurz den Begriffen »relativ« und »absolut« widmen.


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