Leben oder Nichts E-Book

Konrad Hieber

• Herausgeber: Books on Demand
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 314

Veröffentlichungsjahr: 2018

Beschreibung

Das Buch geht von der Hypothese aus, dass im Moment des Urknalls unserem im Entstehen befindlichen Kosmos eine fundamentale Information in Form unserer Naturgesetze mitgegeben wurde. Diese Information beherrscht die gesamte anschließende Evolution der Materie und des organischen Lebens bis zum heutigen Tag. Somit unterliegen alle im Rahmen der Evolution entstandenen Strukturen, inkl. unseres Gehirns, der naturwissenschaftlichen Erkenntnis. Diese Anfangsinformation stellt die Urform der Energie dar, da nur Energie etwas bewirken kann. Im Moment des Urknalls war die Anzahl der Entwicklungsmöglichkeiten am höchsten und somit herrschte die höchste Informationsdichte. Mit der fortschreitenden evolutionären Entwicklung ging die Information über mögliche andere Entwicklungen verloren, was wir an der ständigen Zunahme der Entropie erkennen. Das Leben ist die Möglichkeit, sich gegen diesen Trend zu stemmen, indem es der Materie Energie entzieht und dafür bedeutungsvolle Informationen kreiert. Diese Informationen könnten letztlich zu einem Verständnis des "Warum" unserer Naturgesetze führen. Damit hätte das Leben die Möglichkeit, sich gegen einen drohenden kosmischen Wärmetod zu wehren.

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung

Vorwort

Prolog

Einleitung

1.1 Welche Annahmen werden gemacht

1.2 Worum geht es in diesem Buch?

Der Anfang von Kosmos, Erde und Leben

Die Entstehung von Leben auf der Erde

3.1 Wie entstand höheres Leben?

3.2 Die Entstehung der Artenvielfalt

3.3 Der Einfluss der Umwelt auf die Vererbung

3.4 Bemerkung zu außerirdischem Leben

3.5 Zusammenfassung

Die Evolution der Intelligenz

4.1 Was ist Intelligenz?

4.2 Was kann der Mensch mehr im Vergleich zum Tier?

Die Entwicklung und Funktion unseres Gehirns

5.1 Funktionelle Eigenschaften unseres Gehirns

5.2 Kontrolle und Regelung der Körperfunktionen

5.3 Was wissen wir über das Lernen?

5.4 Wie unterscheidet sich das weibliche vom männlichen Gehirn?

5.5 Gefühle, Emotionen und Gesetzmäßigkeiten

5.6 Kann man Gedanken lesen?

5.7 Die Empfindlichkeit von Auge und Gehör

5.8 Zusammenfassung

Quanten, eine Welt ohne Ursache und Wirkung

6.1 Können in unserem Gehirn Quantenzustände existieren?

6.2 Der Einfluss der Bezugssysteme auf unsere Sicht der Welt

Information, Gedanken und Möglichkeiten

7.1 Wie schafft es die Information, Materie zu gestalten?

7.2 Was sind Gedanken und Möglichkeiten?

7.3 Am Anfang war das Wort/Information

Zusammenfassung

Einige Literaturhinweise (populär)

Stichwortverzeichnis

Danksagung

Zusammenfassung

Leben stellt den Gegenpol zur unbelebten Materie dar. Materie folgt den Gesetzen der Thermodynamik und endet in einem Zustand, in dem es keine energetischen Unterschiede mehr gibt. D.h., man kann nichts mehr unterscheiden und somit gibt es auch keine Information mehr. Wir sprechen vom Wärmetod oder dem Nichts, obwohl es in diesem Zustand immer noch eine Menge Materie und auch Energie geben kann. Es gibt aber keine Unterschiede und damit keine Wechselwirkungen mehr!

Ganz anders dagegen das Leben. Es sammelt immer mehr bedeutungsvolle Informationen und entwickelt immer komplexere Systeme, so dass sich das Leben immer weiter vom thermodynamischen Gleichgewicht entfernt. Das Leben entzieht dem materiellen Geschehen (z.B. den Sternen) immer mehr Energie, was dessen Wärmetod beschleunigt. Ein Teil dieser Energie wird vom Leben dazu verwendet, immer mehr Informationen über die Natur anzusammeln, um schließlich die Naturgesetze von Grund auf zu verstehen, d.h., zu verstehen, warum die Naturgesetze gerade so sind und nicht anders. In diesem Buch wird aufgezeigt, dass Information mit Bedeutung die Urform der Energie darstellen könnte. Mit dem Urknall begann die Gültigkeit unserer Naturgesetze und der extrem genau aufeinander abgestimmten Naturkonstanten. Es wird beschrieben, wie dieses Informationspaket die Evolution der Materie von den Quarks über die 92 Elemente bis hin zu den Galaxien beherrscht. Auch die Entwicklung des Lebens und der Intelligenz, beginnend mit Aminosäuren bis hin zu unserem Gehirn, wird von dieser Anfangs-Information gesteuert. Es wird anhand von vielen Beispielen erläutert, wie kleinste Energieunterschiede vom Leben in Information mit Bedeutung umgesetzt werden. Ein wesentlicher Sinn des Lebens wäre somit, Information mit Bedeutung zu kreieren.

Ein weiteres, wesentliches Argument, dass Information mit Bedeutung eine Energieform darstellt, ist die Tatsache, dass wir durch die Wechselwirkung zwischen verschiedenen Informationsbereichen mit Bedeutung (z.B. Energieversorgung und Gesundheit) aktiviert werden, etwas zu tun (z.B. Demonstrieren). Wir leisten Arbeit, d.h., wir wenden Energie auf! Wir stellen ferner fest, dass Information mit Bedeutung genauso wenig vernichtet werden kann wie Energie. Wir können Energie immer nur in eine andere Form umwandeln. Wenn wir an die oben erwähnten Naturgesetze denken, dann kommen wir zu dem Schluss, dass diese Information mit Bedeutung es schafft, dass sich die gesamte Evolution unseres Kosmos in Richtung Stabilität und Komplexität entwickelt. Das bedeutet aber, dass diese Anfangsinformation die Urform der Energie darstellt. Zu berücksichtigen ist, dass sich die Natur bei der Umsetzung ihrer Anfangsinformation nicht nur einer Logik, die auf dem Ursache-Wirkungs-Prinzip basiert, bedient, sondern, speziell im Quantenbereich, auch der Möglichkeiten und Wahrscheinlichkeiten.

Ob das Leben dem drohenden Wärmetod entgehen kann, hängt davon ab, ob das Leben noch rechtzeitig so viele Informationen sammeln konnte, um die Naturgesetze zu verstehen und ev. zu modifizieren, um mit diesem Wissen einen kosmischen Neustart zu versuchen. Die Alternative ist, dass wir, wie alles andere materielle Geschehen, in einem struktur- bzw. informationslosen „Nichts“ enden.

Vorwort

In meinem ersten Buch habe ich einen Vorschlag aufgezeigt, der eine Verbindung zwischen dem Kleinsten (Elementarteilchen) und dem Komplexesten (Mensch bzw. Gehirn) herstellt, da bisher alle physikalischen Modelle die Entstehung von komplexen, organischen Strukturen nicht erklären können.

Diese Gesamtschau unterstellte die Existenz eines natürlichen Speichermediums, in das alle Informationen über das materielle Geschehen eingelesen werden, so dass quasi ein Abbild von uns und unserer Existenz in einer virtuellen Welt entsteht, analog wie viele Menschen heute ihr Leben in sozialen Medien (auch eine Art von virtueller Realität) abbilden.

Ein wesentliches Argument für diese Annahme war die evolutionäre Entwicklung auf unserem Planeten, die ausgehend von einfachen, organischen Molekülen bis hin zu extrem komplexen Strukturen, wie z.B. unserem Gehirn, führt. Diese Entwicklung fand innerhalb einer zwar sehr langen, aber doch endlichen Zeit statt. Da solch eine Entwicklung rein unter Annahme von Zufallsereignissen, wie z.B., Mutationen, nicht in der zur Verfügung stehenden Zeit zu immer höherer Komplexität führen kann, noch dazu, wenn man weiß, dass sehr ähnliche, äußerst komplexe Strukturen wie z.B. unser Auge zu verschiedensten Zeiten bei den unterschiedlichsten Arten auftauchen, habe ich, analog zu einem Vorschlag von Rupert Sheldrake /1/ und Ervin Lazlo /2/ eine Gedächtnisfunktion, in Form eines sogenannten morphogenetischen Feldes, in der Natur angenommen.

Da mit Hilfe eines Gedächtnisses die Vergangenheit die Zukunft beeinflussen kann, könnte die Natur einmal Erlerntes und Erprobtes in ähnlichen Situationen immer wieder verwenden und wäre nicht auf den Zufall angewiesen.

In den vergangenen 10 Jahren gab es eine stürmische Entwicklung auf dem Gebiet der Epigenetik /3/, die zeigt, dass Umwelteinflüsse das genetische Geschehen beeinflussen können und bereits in unserer Erbsubstanz (DNA) eine Art Gedächtnis existiert. Man hat gelernt, dass in der sogenannten junk DNA nicht irgendein Müll aus der Vergangenheit mitgeschleppt wird, sondern auch genetische Informationen von unseren Vorfahren u.a. von der Maus bis hin zum Affen, enthalten sind. Diese Programme bewirken, dass u.a. Gene z.B. durch Umwelteinflüsse länger oder kürzer aktiviert werden. Dabei handelt es sich nicht nur um ein Ausprobieren, sondern man ist zu der Meinung gekommen, dass die Natur besonders unter Stress-Bedingungen, gezielt bestimmte Gene oder Gensequenzen länger oder kürzer aktiviert.

Die Aufklärung des menschlichen Genoms konnte deshalb auch nicht dazu führen, dass man einen Menschen aus der Retorte entstehen lassen kann, weil man die Steuerungsprogramme für die zeitgerechte Aktivierung der Gene noch nicht verstanden hat. Man versteht aber jetzt die Tatsache, dass sich die aktiven Teile der DNA eines Affen nur um ca. 1,5 % von der des Menschen zu unterscheiden brauchen, denn die betrachteten Abschnitte der DNA stellen sozusagen nur das Baumaterial für einen Menschen bereit, und da ist zwischen einem Affen und dem Menschen tatsächlich kein großer Unterschied, genauso wie zur DNA einer Maus /4/.

Ein weiterer großer Fortschritt wurde in den letzten Jahren auf dem Gebiet der Gehirnneurologie erzielt /5/,/6/. Die Bild gebenden Analyseverfahren, mit denen man das lebende, arbeitende Gehirn beobachten kann, liefern neue Erkenntnisse nicht nur über die Funktion des sensorischen Teils des Gehirns, sondern auch über die emotionale und rationale Funktion /7/.

In diesem Zusammenhang werde ich speziell auf die Möglichkeiten hinweisen, wie unser Gehirn funktional in den Quantenbereich hinein agieren kann. Ein zweiter wesentlicher Fortschritt kommt aus dem Bereich der Computertechnik und den Software Algorithmen. Wir sind am Beginn, mit Hilfe modernster Computertechnik und neuesten Algorithmen, die Komplexität und damit die Funktion unseres Gehirns immer besser zu simulieren. Es zeichnet sich z.Z. eine Entwicklung ab, die die Tatsache bestätigt, dass sich die Evolution, inklusive der dabei stattgefundenen Entwicklung unseres Gehirns, der bekannten Naturgesetze bedient und somit das gesamte evolutionäre Geschehen keine Zauberei ist, sondern im Rahmen des wissenschaftlichen Erkenntnisprozesses verstanden werden kann.

Die Beschreibung der kosmologischen Theorien in meinem ersten Buch entspricht nicht mehr dem neuesten Stand. Das heute von vielen Astrophysikern akzeptierte, sogenannte Standardmodell stellt eine Hypothese dar, die ursprünglich aus der Elementarteilchenphysik stammt und sehr viele, experimentelle Ergebnisse, u.a. die Häufigkeitsverteilung der Elemente, erklärt /8/,/9/. Es ergibt sich aus diesem Modell für den Laien die erstaunliche Aussage, wie sich unser Kosmos unmittelbar (ca. 10 hoch minus 43 sec) nach dem Urknall entwickelt hat. Von diesem Zeitpunkt an kann man quasi die Entwicklung des Kosmos mit den leistungsstärksten Computern simulieren. Dies jedoch unter drei ganz entscheidenden Annahmen, nämlich, dass, 1) kurz nach dem Urknall sich der Raum mit Überlichtgeschwindigkeit ausgedehnt hat (sogen. Inflation). Dies ist kein Verstoß gegen die Forderung der Relativitätstheorie, die die Ausbreitungsgeschwindigkeit von klassischer Information auf maximal die Lichtgeschwindigkeit begrenzt. Zu diesem frühen Zeitpunkt des Kosmos hat sich quasi der noch informationsfreie Raum in ein Nichts ausgedehnt. Erst nach und nach hat sich dieser Raum mit Materie (z.B. Galaxien) gefüllt. Ferner musste 2) noch eine dunkle Materie und 3) eine dunkle Energie eingeführt werden. Diese letzteren beiden Unbekannten machen ca. 96 % der Materie bzw. Energie im Kosmos aus. Die Materie, die wir kennen, also unsere Elemente, die Elementarteilchen und die ganze elektromagnetische Energie etc. machen dagegen nur ca. 4 % aus. D.h., aber, dass wir eigentlich nichts über unseren Kosmos wissen, oder etwas positiver ausgedrückt, wir nur einige Puzzleteile kennen. Wir sind also noch weit entfernt von einer konsistenten Theorie unseres Kosmos. Aus diesem Grund werde ich im Folgenden nicht die Standardtheorie mit ihren vielen Wenn und Aber bzw. mit ihren vielen frei wählbaren Parametern diskutieren, sondern nur auf die z. Z. von der Mehrheit der Kosmologen akzeptierten Aussagen hinweisen.

Was mir jedoch dabei auffällt, ist, dass wir unser Universum hauptsächlich von einem mechanistischen Standpunkt aus betrachten. Wenn wir das Universum unter energetischen Aspekten betrachten würden, müssten wir u.a. bedenken, dass die Billionen von "Sonnen", die es im Kosmos gibt, alle thermonukleare Reaktoren sind, die alle Energie erzeugen in Form von Wärme, elektromagnetischer Strahlung und hoch energetischen Teilchenströmen. Aber auch diese Prozesse unterliegen den thermodynamischen Gesetzen, was bedeutet, dass auch eine Menge "unbrauchbarer" Energie, die sogenannte Entropie, entsteht. Wir kennen diese Energieform z.B. von den Kühltürmen bei Kernkraftwerken, die dort als Abwärme abgeführt werden muss. Diese Entropie stellt aber auch eine Art von Information dar, was ich später noch genauer erläutern werde, und die sich irgendwo im Kosmos befinden muss und sich dort auch irgendwie bemerkbar machen müsste. Ebenso stellt sich mir die Frage, wo die Energie geblieben ist, die kurz nach dem Urknall bei der Vernichtung von Materie und Antimaterie freigesetzt wurde?

Diese Fragen ermutigen mich, nochmals auf einen Vorschlag von Carl Friederich von Weizsäcker hinzuweisen, der bereits in den frühen 60er Jahren aus dem mathematisch ableitbaren Zusammenhang zwischen Energie (Entropie) und Information eine kleinste Einheit, das sogenannte Ur (die ultimativ kleinste binäre (ja/nein) Entscheidung), das die Größe eines einzigen Quantenbits besitzt, postulierte. Die Vorstellung, die sich daraus ableitet, ist, dass der Urstoff unseres Kosmos eigentlich Informationsenergie sein müsste.

Der Urknall wäre dann der Startpunkt für die Umsetzung von Informationsenergie in ein materielles Geschehen. Dies würde bedeuten, dass Information der eigentliche Urstoff unseres Kosmos ist, die der Energie (z.B. potentielle oder kinetische Energie) und der Materie (z.B. up oder down Quark) erst ihre Gestalt verleiht.

Prolog

Unser Leben ist, wozu unser Denken es macht! Mark Aurel (121-180 n.Chr.)

Ich stehe im Frühling in einer blühenden Wiese umrahmt von Bergen, auf denen noch strahlend die Schneefelder glänzen. Zwischen den grünen Grashalmen tummeln sich tausende von Käfern, Würmern, Insekten und Schmetterlingen. Man spürt, wie die Natur vor Leben und Energie strotzt. Die Bäume leuchten in einem lichten Grün, die Wiese ist übersät mit einer überschwänglichen Zahl der verschiedensten Blumen. Man hört das Summen der Bienen von einem nahen, blühenden Apfelbaum, dessen zarte, rosa Blüten einen wunderbaren Duft verströmen. Die Vögel sind emsig unterwegs, Futter für ihren Nachwuchs heranzuschaffen und finden trotzdem Zeit für ein munteres Gezwitscher. Ich fühle und schmecke die seidige und würzige Luft, die mir ein Wohlgefühl vermittelt, so dass ich die ganze Welt umarmen könnte. Also ein wunderbarer Augenblick im Leben, der alle unsere Sinne anspricht.

Diese gefühlte Hochstimmung wirkt sich auch auf unsere Gedanken aus. Wir fühlen uns in so einer Situation als ein Teil der Schöpfung. Wir können uns vorstellen, dass wir nur ein unbedeutendes Nichts auf einem winzigen Planeten sind, der wiederum einen interessanten Aspekt/Möglichkeit der Schöpfung darstellt, da auf ihm bewusstes Leben existiert. Wir können uns vorstellen, dass die ganze Vielfalt um uns herum aus verschiedenen Bausteinen, den Atomen und Molekülen zusammengesetzt ist.

Wir können uns weiterhin vorstellen, dass in der Erde unter unseren Füßen Milliarden von Bakterien leben, die den Humus so aufbereiten, dass aus ihm wieder Neues, Nahrhaftes hervorgeht. Wir können uns aber auch gedanklich, augenblicklich auf den Mond oder Mars versetzen und uns die Ödnis auf diesen Himmelskörpern vorstellen.

Diese Gedanken sind auch für uns Menschen neu, denn sie haben nicht direkt mit unserem Überleben zu tun. Unser Gehirn hat immer noch die Hauptaufgabe, dafür zu sorgen, dass wir auch unter den unterschiedlichsten Bedingungen auf dieser Erde überleben. Unser Gehirn hat es aber geschafft, dass wir unsere Existenz auch im größeren Zusammenhang der Schöpfung zumindest erahnen können.

Solche, eben geschilderten Momente möchte man am liebsten festhalten. Um das zu bewerkstelligen, fotografiere und filme ich als Physiker zunächst die Szene, aber nicht nur in dem für uns sichtbaren Licht, sondern auch im langwelligeren Infrarotbereich und mit dem durchdringenden, kurzwelligen Bereich des Ultravioletten bzw. Röntgenbereichs. Die Geräusche nehme ich auch in einem Bereich auf, der wesentlich größer ist, als unser Gehör erfassen kann, und mit einer künstlichen Nase, bzw. Zunge erfasse ich mehr als 15000 Geruchs- und Geschmacksnuancen mit einer Empfindlichkeit, die noch wenige Moleküle erfasst. Den Luftdruck und den Wind erfasse ich ebenfalls, so dass ich nicht nur erkennen kann, ob eine Föhnwetterlage vorliegt, sondern ich auch die gefühlte Temperatur bestimmen kann. Zufrieden nehme ich alle meine Messgeräte mit ins Labor und werte die Daten dort aus.

Werde ich diesen wirklich wunderbaren Eindruck auf der Frühlingswiese aus meinen Messdaten rekonstruieren können? Der Eindruck war doch wirklich, denn außer mir gab es noch mehr Menschen in der Umgebung, die ganz ähnliche Hochgefühle hatten. Oder werde ich "nur" eine physikalische, dafür aber objektive Realität erkennen, die nur sehr wenig mit unserer erlebten Wirklichkeit zu tun hat, die ich im Moment, als ich auf der Wiese stand, empfunden habe? Ist unsere Wirklichkeit "nur" das Ergebnis einer fantastisch guten Simulations–Software unseres Gehirns?

Die Antwort ist: ja! Unser Gehirn, der Mittler zwischen dem Individuum und seiner Umwelt, liefert uns objektiv nachvollziehbare Daten aus unserer irdischen Wirklichkeit, die für unser Überleben existenziell sind. Aber zusätzlich liefert uns unser Gehirn zu diesen Fakten immer auch eine persönliche Bedeutung.

Diese Bedeutung ist sehr subjektiv, denn sie basiert auf den gespeicherten Informationen in unserem Gehirn. Das bedeutet aber, dass andere Menschen, die dieselbe Situation erlebt haben, dieser oft eine andere Bedeutung zuordnen als wir. Die Frühlingswiese und die blühenden Bäume sind Voraussetzung für eine gute Ernte, also etwas sehr Wichtigem für das Überleben unserer Vorfahren. Wir empfinden einen blühenden Apfelbaum als schön, wir genießen den Geruch der Blüten, weil es uns eine gute Ernte verheißt. All diese bedeutungsvollen Eindrücke liefert uns unser Gehirn zusammen mit den objektiven, physikalisch messbaren Fakten.

Das bedeutet, dass sich die Wirklichkeit, in der wir leben, aus zwei verschiedenen Informationsquellen zusammensetzt: Einmal aus einer zum Teil objektiven Information, die wir über unsere Sinne und ev. noch über Messgeräte bekommen und zweitens aus der subjektiven, für uns aber bedeutungsvollen Information, die wir aus früheren Erlebnissen gespeichert haben. Daraus ergibt sich die Tatsache, dass Menschen bei gleicher Fakteninformation zu unterschiedlichen Bewertungen und Empfindungen einer Situation gelangen können. Das aber wieder bedeutet, dass die Information auch unsere Wirklichkeit gestaltet!

1 Einleitung

1.1 Welche Annahmen werden gemacht

Der Mensch ist das Produkt eines natürlichen Evolutionsprozesses, der über 4 Milliarden Jahren stattgefunden hat. Aus diesem Grund ist der Mensch nicht nur als körperliches Wesen, sondern auch mit seinem Gehirn und Geist Teil der Natur und kann deshalb auch Gegenstand naturwissenschaftlicher Forschung und Erkenntnis sein. Es ist uns deshalb möglich die Prinzipien der Natur zu erkennen, wie z.B., den Erhaltungssatz der Energie oder gewisse Symmetrien. Das Problem, das wir bei der Erforschung unseres Bewusstseins oder unseres Gehirns haben, ist ähnlich wie in der Quantenphysik, dass keine klare Trennung mehr zwischen Subjekt und Objekt gegeben ist.

Eine Trennung zwischen Geist und Materie, wie sie einst Descartes postulierte, lässt sich aufgrund der Erkenntnisse der Elementarteilchen-und Quantenphysik nicht mehr länger aufrechterhalten.

Das, was wir und alle übrigen Menschen als unsere Realität täglich erleben, wird im Folgenden als unsere Wirklichkeit bezeichnet. Diese Wirklichkeit setzt sich zusammen aus den mehr objektiven Daten/Eindrücken unserer Sinne und der persönlichen Bedeutung, die wir einer Information aufgrund gespeicherter, persönlicher Erfahrung beimessen.

Z.B. ist für alle gesunden Menschen rot gleich rot oder heiß gleich heiß. Bei der Beurteilung der Bedeutung, der von unseren Sinnen ermittelten Information, kann es zu großen Unterschieden kommen. Bei gleicher Daten/Sinnesinformation kommt z.B. eine Person zu der Ansicht, sofort zu fliehen, während eine andere Person stehen bleibt und sich einer Auseinandersetzung stellt. Die Information, die uns unsere Sinne liefern, sind eine Projektion der objektiven Realität, während die Bedeutung Teil unserer persönlichen, kulturell und sozial geprägten Lebenserfahrung darstellt.

Die Bedeutung existiert nur in uns Menschen, während die auch physikalisch messbare Information unserer Sinne eine winzige Teilmenge der objektiven Realität darstellt, die unabhängig von uns Menschen existiert. Bei allen physikalischen Theorien, z.B., über unsere Vorstellungen zum Geschehen im Kosmos, kommt es zu einer Überlagerung von Fakten und deren Bedeutung. Die Bedeutung entsteht im Gehirn eines Physikers und ist somit abhängig von dessen persönlichen Erfahrungen, Können und Ausbildung. So ist z.B. ein Verfechter der String-Theorie (S. Weinstein), die die ultimativ kleinste Einheit der Materie auf kleinste Schwingungen zurückführt, ein begeisterter Gitarrist.

Ziel eines Forschers ist, die Fakten und deren Bedeutung zu einem Modell bzw. einer Theorie zusammen zu führen, um damit mehr von der objektiven Realität zu verstehen. Ob das Modell einen Fortschritt für unser Verständnis der objektiven Realität darstellt, entscheidet sich dadurch, ob das Modell neue Voraussagen über das Verhalten der Natur liefert. Diese Voraussagen müssen in einem Experiment - ev. auch erst viel später - nachprüfbar sein.

Ich werde im Folgenden nicht die Begriffe Wahr, Gut oder Böse benützen, wenn es um die Beschreibung von Naturphänomenen geht, denn die Natur ist weder böse noch gut, sie ist aber höchst konsequent. Die Begriffe Wahr, Gut oder Böse sind im Zuge der Bildung von sozialen Gemeinschaften entstanden und sind notwendig geworden, um ein geordnetes Zusammenleben der Menschen zu ermöglichen.

Als Materiell werde ich nicht nur die uns umgebende Materie bezeichnen, sondern alles, was im Energiebereich über einem Planck´schen Wirkungsquant liegt, also auch elektromagnetische Wellen und die Elementarteilchen bis hin zu den Quarks und unseren Gehirnströmen. Man kann auch ganz grob sagen, alles, was unseren Messgeräten zugänglich ist bzw. in der Zukunft noch zugänglich sein wird. Diese Eingrenzung ist sicher etwas willkürlich, denn die Grenzen unserer Messtechnik verschieben sich ständig zu immer kleineren Einheiten. Aber es ist klar, dass die seriöse physikalische Forschung nur in dem mit Messgeräten zugänglichen Bereich konkrete Aussagen machen kann. Darüber hinaus gibt es zwar Theorien, aber noch sehr wenige Fakten. So ein Bereich betrifft die sogenannten virtuellen Teilchen, womit „Teilchen“ gemeint sind, die kurzzeitig aus dem riesigen Energiepool des Quantenvakuums auftauchen können, da sie sich quasi Energie aus dem Pool ausleihen und kurzzeitig als messbare Teilchen erscheinen, um dann sofort wieder zu verschwinden.

Eine ganz andere, aber von mir bevorzugte Definition von materiell lautet: Materiell ist alles, was dem Prinzip von Ursache und Wirkung gehorcht!

1.2 Worum geht es in diesem Buch?

Im Kapitel 2 und 3 werde ich die evolutionäre Entwicklung auf unserer Erde beschreiben und auch auf die Zufälligkeiten im Zuge dieser Entwicklung hinweisen. Die Quintessenz wird sein, dass Leben ein natürlicher Bestandteil unseres Kosmos ist, und dass Leben darauf trainiert ist, auch mit extremen Veränderungen zurechtzukommen und sich immer zu einer höheren Komplexität hin zu entwickeln. Ermöglicht wird dies durch die Speicherung von Information über bereits erprobte Strukturen, quasi wie bei einem Gedächtnis, in unserer DNA (desoxiribonuclein acid) in Verbindung mit Informationsprogrammen über das Ein - und Ausschalten von Genen. Die dabei in der Zelle stattfindenden chemischen und strukturellen Abläufe werde ich extrem vereinfacht darstellen, in der Hoffnung, dass der nicht chemisch interessierte Laie nicht sofort zu Lesen aufhört.

Das Wesentlichste am Leben ist, dass es als einzige „Kraft“ gegen die Entropie (z.B. Wärmetod des Kosmos) arbeitet und im Gegensatz dazu, Energie aus seiner Umgebung aufsaugt und zum Teil in Form von bedeutungsvoller Information anhäuft!

Im vierten Kapitel geht es um die Evolution der Intelligenz. Ich werde zeigen, dass sich Intelligenz, bzw. das, was wir Geist nennen, Schritt für Schritt entwickelt hat, analog zur Zunahme der Komplexität der Lebewesen. Bereits bestimmten Einzellern kann man eine gewisse Intelligenz zuschreiben, wenn man als Intelligenz die Fähigkeit definiert, seine Umgebung zu analysieren und daraus ein Verhalten abzuleiten, das das Überleben des Individuums begünstigt. Daraus folgt, dass auch Tiere eine sehr hohe Intelligenz besitzen können und auch zum Teil ein Ich und ein Bewusstsein.

Dies mag für Menschen, die aus dem christlichen Kulturkreis stammen, revolutionär klingen. Haben wir doch alle das schöne Deckengemälde von Michelangelo in der Sixtinischen Kapelle im Gedächtnis, das sehr anschaulich das zeigt, was in der Bibel steht, nämlich, dass uns unser Geist von Gott persönlich eingehaucht wurde. Daraus leitete der Mensch seine Zugehörigkeit zu einer höheren Kaste ab, denn er ist ja nach dem Ebenbild Gottes geschaffen und mit dessen persönlichem Odem ausgestattet worden.

Diese Vorstellung hatte auch zur Folge, dass man den von Gott gegebenen Geist von dem schmutzigen, materiellen Körper getrennt betrachtete. Die Philosophen unseres westlich, christlichen Kulturkreises leiteten daraus die Vorstellung ab, Geist und Materie als zwei qualitativ völlig verschiedene Substanzen zu betrachten. Dies führte letztlich, Ende des 19ten Jahrhunderts, zur Blüte des mechanistischen Weltbildes.

Aufgrund dieser Tatsache ist es verständlich, dass sich mit der Evolution der Intelligenz vor allem asiatische Forscher aus Japan und China befasst haben, denn für sie gibt es, begünstigt durch deren Religion, nicht diese strenge Trennung zwischen Tier und Mensch bzw. Geist und Materie. In aufwendigen Experimenten wurde gezeigt, dass sich die Intelligenz parallel mit der Zunahme an Komplexität der Lebewesen entwickelt hat, da eine zunehmende Informiertheit über die Umwelt oder die Sippe, einen zunehmenden Überlebensvorteil darstellt. Man nimmt heute an, dass der Neandertaler, hochspezialisiert für das Überleben während der Eiszeit, durch den besser kommunizierenden und damit besser informierten homo sapiens verdrängt wurde.

Mit der evolutionären Entwicklung eines Gehirns (Kap. 5), das als oberste Aufgabe die Sicherung des Überlebens des Individuums hat, haben sich auch ganz fundamentale Denkmuster entwickelt wie z.B., Ursache und Wirkung und damit verbunden, die Vorstellung eines zeitlichen Ablaufs allen Geschehens. Der große Vorteil für uns war dabei, dass wir wussten, wenn A passiert muss als Folge B kommen. Für einen Jäger eine lebenswichtige Erkenntnis.

Auch höhere Tiere, wie z.B. Raubkatzen kennen das gesetzmäßige Verhalten ihrer Beutetiere und haben entsprechende Jagdstrategien entwickelt.

Der Mensch hat eine zusätzliche Fähigkeit von der Natur mitbekommen und das ist sein reflektorisches Bewusstsein /10/. Diese Fähigkeit, das eigene Handeln reflektieren zu können, ermöglicht uns, das eigene Handeln oder das anderer unter den verschiedensten Gesichtspunkten zu betrachten und zu bewerten. Diese Eigenschaft führt dazu, dass wir auch relativ komplexe Sachverhalte richtig interpretieren können und uns sogar in Gedankenexperimenten in ganz andere Welten "hineindenken" können. Diese Eigenschaft hat zur Folge, dass wir für unser Handeln verantwortlich sind, denn wir können Alternativen in Betracht ziehen. Diese Fähigkeit ist aufgrund der hohen Komplexität unseres Gehirns noch nicht verstanden. In ihrem Buch „Der kreative Kosmos“ /10/ machen T. und B. Görnitz dazu einen sehr interessanten Vorschlag (S. 316), der diese Eigenschaft unseres Gehirns mit der Handhabung „unendlich“ großer Teilmengen an Informationen erklärt.

So endet auch dieses Kapitel mit der Aussage, dass die bewusste und bessere Informiertheit über eine Situation der Zweck unserer Hardware Gehirn ist. Unser Gehirn besitzt die Fähigkeit, Informationen zu bewerten und zu relativieren, um anschließend zusammen mit neuen Fakten zu neuen Erkenntnissen/Informationen zu gelangen /11,12/. Man muss den Eindruck gewinnen, dass das Leben von einer Information geleitet wird, wie es immer mehr von seiner Umgebung erkennen kann, um dadurch die Möglichkeit des Überlebens von Leben zu erhöhen.

Im sechsten Kapitel möchte ich u.a. zeigen, dass wir aufgrund unseres Wissens über die Elementarteilchen nicht mehr klar zwischen Materie und Energie bzw. Information unterscheiden können /13, 14, 15/. Wenn wir uns vorstellen, dass ein Proton, also das Teilchen, das im Atomkern die positive elektrische Ladung trägt, aus zwei up und einem down Quark besteht, dann wird sowohl mit Quark als auch mit up und down ein kleiner Unterschied bezeichnet, für den wir keine geeignete Vorstellung aus unserer Erfahrungswelt haben.

Mit up und down werden sehr kleine, energetische Unterschiede bezeichnet, die uns über einen Unterschied informieren, für den wir in unserer Erfahrungswelt nichts Gleichwertiges kennen! Zusätzlich scheint es eine Information zu geben, die besagt, dass durch den Zusammenschluss zweier up- und eines down-Quarks ein stabiles Teilchen, das Proton, entstehen kann!

Weiter werden wir uns näher mit dem Photon befassen. Es ist ein ganz besonderes Teilchen. Es hat keine Masse, aber Energie und bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit. Es ist das Teilchen, das dafür verantwortlich ist, dass die elektromagnetische Kraft bis ins Unendliche reicht.

Photonen kann man beamen, d.h., man kann ein markiertes Photon, also ein individualisiertes Photon, quasi augenblicklich an einen anderen Ort versetzen. Diese Experimente gelingen jetzt auch schon mit Atomen.

Dabei muss es aber klar sein, dass man nicht das individuelle Teilchen von einem Ort zum anderen transportiert, sondern nur die Information, die die Individualität des Teilchens ausmacht.

Auch unser Körper tauscht ständig Atome und Moleküle aus, ohne dass wir unsere Individualität verlieren. Auch in diesem Zusammenhang stellt der führende Physiker für diese Experimente, Prof. Zeilinger von der TU Wien, die mehr rhetorische Frage, ob nicht doch die Information der eigentliche Stoff ist, aus dem alles gemacht ist /16/.

Das Photon bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit, d.h., für das Photon gibt es keine Zeit. Man muss sich darüber klar sein, dass nur wir, die wir das Photon aus einem anderen Bezugssystem heraus beobachten, feststellen, dass ein Photon z.B. vor 20 Millionen Lichtjahren von einem Stern ausgesandt wurde und eben in unserem Auge einen kleinen Lichtblitz ausgelöst hat. Für das Photon ist aber keine Zeit vergangen zwischen seiner Geburt im Stern und der Vernichtung in unserem Auge. Das Photon hätte in der Zwischenzeit, also in den 20 Millionen Jahren, mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit überall im Kosmos sein können. Wenn wir dies verstanden haben, dann verwundert uns auch nicht, dass das Photon bei den berühmten Doppelspalt Experimenten anscheinend gleichzeitig durch zwei Spalte fliegen kann. Oder die Schrödinger´sche Katze kann in einer Welt, in der es keine Zeitabfolge zwischen Leben und Tod gibt, zwei Zustände besitzen, nämlich zu 50 % lebendig und zu 50% tot. Nur unsere Prägung, dass der Tod zeitlich gesehen auf das Leben folgt, lässt uns diese Vorstellung, dass etwas sowohl tot als auch lebendig sein kann, als ein Paradoxon erscheinen.

Die Konsequenz aus dieser Erkenntnis ist, dass es in der Welt der Quanten normal ist, dass es für einen Zustand beliebig viele Möglichkeiten gibt, weil es keine Einschränkung durch eine zeitliche Abfolge für verschiedene Ereignisse gibt. Auch z.B. für die Verbindung zwischen zwei Punkten gibt es beliebig viele Möglichkeiten. Wir sind auf unserer Erde geprägt von der euklidischen Geometrie, die besagt, dass die kürzeste Verbindung zwischen zwei Punkten eine Gerade ist. Das entspricht genau dem, was wir jeden Tag erfahren. Aber an anderen Orten des Kosmos, wo z.B. große Massen den Raum krümmen, ist nicht mehr die Gerade die kürzeste Verbindung zwischen zwei Punkten, sondern eine irgendwie gekrümmte Linie. Das gilt bereits schon auf unserer Erde, wo auch die kürzeste Verbindung z.B. zwischen London und New York, nicht eine Gerade sein kann, sondern ein gekrümmtes Segment eines Breitengrades.

Führen wir an einem Atom eine Messung durch, um z.B. herauszufinden wo sich ein bestimmtes Elektron gerade aufhält, so ist uns klar, dass es sehr viele Möglichkeiten gibt, wo sich das Elektron aufhalten könnte. Durch unsere Messung finden wir dann das Elektron an einem bestimmten Ort/Bahn. Es wird durch die Messung eine der vielen Möglichkeiten zur Realität und die Information über die restlichen Möglichkeiten geht verloren. Bei einer Messung an einem Quantensystem holen wir eine von vielen Existenzmöglichkeiten z.B. eines Elektrons in unsere Wirklichkeit, also in ein Bezugssystem, in dem Ursache und Wirkung gelten. Welche der Existenzmöglichkeiten, also z.B. auf welcher Umlaufbahn um den Atomkern wir ein Elektron finden werden, ist mit einer ganz bestimmten Wahrscheinlichkeit voraussagbar. So kommen wir zu der uns vertrauten Vorstellung, dass das Elektron ein Teilchen ist, das sich auf einer bestimmten, energetischen Umlaufbahn um den Atomkern bewegt. Aber bereits Einstein hat uns gezeigt, dass man bei der Beobachtung eines physikalischen Vorgangs von einem anderen Bezugssystem aus, zu unterschiedlichen Ergebnissen kommen kann. Also, dass z.B. die Uhren in einem bewegten System langsamer gehen als in einem dazu ruhenden System.

Oder, dass der vom Boden eines fahrenden Zuges zurück hüpfende Ball für den Beobachter im Zug eine einfache auf und ab Bewegung ausführt, während der Beobachter außerhalb feststellt, dass die Flugbahn des Balles einer Sägezahnkurve folgt. Beide Beobachter haben Recht, aus der Sicht ihrer Welt, d.h. ihres Bezugssystems.

Wenn wir aus unserer Welt heraus ein Quantensystem betrachten, wie z.B. ein Elektron das um einen Atomkern kreist, so muss uns klar sein, dass sich dieses Elektron in seiner Welt der Möglichkeiten mit einer berechenbaren Wahrscheinlichkeit auf den verschiedensten Bahnen befinden kann. Es ist quasi um den Atomkern herum verschmiert. Deshalb beschreibt eine energetische Welle besser den Zustand des Elektrons. Wenn wir durch eine Messung versuchen den momentanen Ort des Elektrons zu bestimmen, dann beschießen wir das Atom z.B. mit Photonen/Lichtquanten. Wir zerstören den Quantenzustand des Elektrons, in dem wir es in unsere Welt herüberholen und in unserer Welt beschreiben wir dann die Eigenschaften des Elektrons besser mit dem Bild eines Teilchens. Von den vielen möglichen Orten an denen sich das Elektron hätte befinden können, haben wir durch unsere Messung einen Ort herausgepickt, d.h., die Information über diese anderen Orte ist verloren gegangen.

Fazit ist, dass Quantensysteme einen höheren Informationsgehalt besitzen als klassische Systeme, da die uns vertrauten klassischen Systeme immer nur eine Möglichkeit aus unendlich vielen herauspicken.

Diese Vorstellung wird uns besonders deutlich begegnen, wenn wir uns mit der Entstehung unseres Kosmos und des Lebens befassen. Wir werden im folgenden Kapitel 2 erkennen, dass vom ersten Moment des Urknalls an, eine Entwicklung einsetzt, die mit einer ständigen Reduzierung von Möglichkeiten, d.h. einem Informationsverlust verbunden ist. Es ist analog wie in unserem Leben, wo wir auch mit jeder Entscheidung die weiteren, zukünftigen Entscheidungsmöglichkeiten einschränken. Diese ständige Zunahme nicht verwertbarer Information zeigt sich uns in der Tatsache, dass gewisse Abläufe nicht umkehrbar sind. Die Physiker sagen, alle Vorgänge laufen so ab, dass die Entropie zunimmt! Dies führt letztlich zum „Wärmetod“ des Universums. Dies ist ein Zustand bei dem es keine energetischen Unterschiede zwischen den noch existierenden Materieansammlungen gibt. Alle Materie hat die Temperatur des absoluten Nullpunkts von 273,3 Grad Celsius erreicht. Wenn es keine energetischen Unterschiede mehr gibt, bedeutet dies, dass es keine Wechselwirkungen und damit auch keinen Informationsaustausch mehr gibt, weil es nichts mehr zu berichten gibt.

Dies ist ein Zustand den wir als Nichts bezeichnen, obwohl er eine Menge Materie und Energie (Nullpunktsenergie) enthalten kann!

2 Der Anfang von Kosmos, Erde und Leben

Die z.Z. von den meisten Physikern akzeptierte Vorstellung über die Entstehung unseres Kosmos wird im sogenannten Standardmodell beschrieben. Es ist ein Modell, das sehr viele experimentelle Ergebnisse exakt beschreibt, das aber auch einige sehr gewagte Annahmen macht, wie z.B. die hyperschnelle Ausdehnung des Raumes kurz nach dem Urknall (sogenannte Inflation). Mit dieser Annahme, sollte die Tatsache erklärt werden, dass die Materieverteilung im Kosmos sehr gleichmäßig ist und auch die Hintergrundstrahlung - eine elektromagnetische Strahlung aus der Zeit ca. 380000 Jahre nach dem Urknall - nur sehr geringe Temperaturschwankungen von etwa 1/10000 Grad aufweist. Zu dieser Zeit war das Universum soweit abgekühlt, dass die Elektronen von den Atomen gebunden werden konnten und somit die elektromagnetische Strahlung nicht mehr an den freien Elektronen gestreut wurde, sondern sich nun frei in den Raum ausbreiten konnte. Diese Strahlung besitzt eine Energie, die einer Temperatur von 2,7 Grad Kelvin, also -270 Grad Celsius entspricht. Ein weiterer, ganz neuer Befund ist der Nachweis von Gravitationswellen mit einem riesigen Laserinterferometer in den USA. Dieser experimentelle Nachweis der Gravitationswellen stärkt nicht nur das Standardmodell, sondern ist auch ein weiterer Beweis für die Gültigkeit der Relativitätstheorie, die diese Gravitationswellen, also eine Verzerrung des Raumes (Raum-Zeit), vor ca. 100 Jahren voraussagte. Verursacht werden solche Gravitationswellen z.B. durch gewaltige Sternexplosionen, oder wie im jüngsten, dokumentierten Fall, durch die Verschmelzung zweier schwarzer Löcher.

Für die weitere Erklärung experimenteller Daten musste noch die Existenz einer dunklen Materie und einer dunklen Energie gefordert werden. Dunkel bedeutet in diesem Zusammenhang, dass wir noch nicht wissen, um welche Art von Materie und Energie es sich dabei handelt.

Die Hypothese einer dunklen Materie ist notwendig, um zu erklären, dass, trotz den gemessenen Rotationsgeschwindigkeiten der Galaxien, diese nicht auseinanderfliegen, sondern durch eine von einer Masse stammenden Schwerkraft zusammengehalten werden.

Die dunkle Energie ist noch geheimnisvoller. Man hat beobachtet, dass sich das Universum umso schneller ausdehnt, je weiter weg die Objekte von uns sind. D.h., es muss eine Energie geben, die stärker ist als die Gravitation, die bekanntlich dafür sorgt, dass sich Massen gegenseitig anziehen.

Die beiden dunklen Größen machen zusammen etwa 96 % der Masse bzw. Energie im Kosmos aus. Das, was wir an Masse, in Form der Sterne und z.B. der elektromagnetischen Energie, sehen und messen können, macht nur die restlichen 4 % aus. Was wissen wir dann eigentlich von unserem Kosmos?

Sehr wenig!! Selbstverständlich gibt es Hypothesen, die viele experimentelle Ergebnisse auch ganz anders erklären. Aber es ist in den Naturwissenschaften ein übliches Verfahren, ein Modell solange aufrecht zu halten, bis neue Erkenntnisse diese Vorstellungen widerlegen oder diese, wie im Falle des Nachweises des Higgsteilchens oder der Gravitationswellen, diese Theorien auch nach vielen Jahren bestätigen. Gerade die Entdeckung des von Higgs postulierten Teilchens stärkt nochmals die Annahmen des Standardmodells. Wir haben jetzt eine Vorstellung bekommen, wie die Elementarteilchen eine Masse bekamen. Ferner ist das Higgsfeld ein Feld, das sich mit Überlichtgeschwindigkeit ausgebreitet hat. Das Higgsfeld ist deshalb immer schon da, wo immer sich die Materie ausbreitet /17/. Man bezeichnet das Higgsfeld deshalb auch als ein skalares Feld, denn durch das Higgsfeld hat der Raum, auch der noch nicht von Materie und Energie erfüllte Raum, bereits einen bestimmten Wert/Energie. Man könnte auch sagen, es ist immer schon irgendetwas da, bevor überhaupt etwas dorthin kommt. Normalerweise ist ein Feld so definiert, dass es immer eine Richtung aufweist, in die es sich ausbreitet. Ein Feld ist deshalb, mathematisch ausgedrückt, immer vektoriell.

Da wir im Folgenden oft über Theorien und Vorstellungen sprechen werden, die speziell im Zusammenhang mit der Evolution z.Z. heftigst und zum Teil unsachlich zwischen den sogn. Kreationisten, Darwinisten und den Anhängern des „intelligent design“ diskutiert werden, möchte ich kurz die Kriterien anführen, die für eine wissenschaftliche Theorie notwendig sind. Selbst eine wissenschaftliche Hypothese kann eine Mode sein oder zu einem Religionssatz, ja sogar zu einem Dogma werden. Es ist deshalb elementar wichtig, Kriterien zu erstellen, die uns eine gewisse Sicherheit geben, dass eine Information richtig ist.

Das Oberste Gericht der USA hat schon vor einigen Jahren eine Definition erstellen lassen, welche Anforderungen an eine Methode gestellt werden müssen, um als Wissenschaft anerkannt zu werden. Hintergrund war, wann ein Gericht eine Information als verwertbaren Beweis anerkennen kann. Es wird vom Richter verlangt, festzustellen, ob die Methode überprüfbar ist, ob sie bereits überprüft wurde und welche Fehlerraten sie besitzt. Eine Methode, die sich unmöglich als falsch entlarven ließe, kann nicht den Anspruch auf wissenschaftliche Richtigkeit erheben. Das Problem in der Physik ist, dass manche Theorien Aussagen machen, die unserer Messtechnik ev. erst viele Jahre später zugänglich sind. Man denke nur an die Voraussage, dass es ein Neutrino oder ein Higgsteilchen geben müsste. Beide Voraussagen wurden erst 30 bzw. 40 Jahre später im Experiment bestätigt. Solange hatten andere Theorien ebenfalls ein Existenzrecht. Das Falsifizierungsgebot muss deshalb in der Wissenschaft auch über Jahrzehnte aufrecht erhalten bleiben, solange, bis ein experimenteller Beweis oder Gegenbeweis erfolgen kann. Auch für die oben erwähnte Messung von Mustern in der Hintergrundstrahlung galt dieses Gebot. So wurden diese Effekte durch eine weitere, unabhängige Messung - in diesem Falle durch Messungen mit dem Satellitenobservatorium Planck - bestätigt.

Das Falsifizierungsprinzip hat sich in der Physik bewährt. Die Physik befasst sich aber mit relativ einfachen Systemen. Systemen die aus sehr wenigen Teilchen bestehen oder Systemen bei denen ein Kollektiv von Teilchen betrachtet wird, wie es z.B. in der Thermodynamik der Fall ist. Also, obwohl man nicht die Geschwindigkeit und den Ort aller Gasteilchen kennt, kann man eine genaue Aussage über den Druck, Temperatur und die Ausdehnung eines Gases machen.