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Also, ich muss sagen, das Universum ist ja echt komischer, als wir so denken, ne? Und sogar noch komischer, als wir uns überhaupt vorstellen können. Das hat schon der Heisenberg gesagt, der Werner.
Hast du mal nen großen Vogel beim Starten gesehen? Der rennt dann so auf dem Boden rum, immer schneller, mit den Flügeln am Schlagen, einen Fuß vor den anderen. Und dann kommt dieser magische Moment, wenn er abhebt.
Das sind wir, wenn wir unseren IQ mit unserem SQ kombinieren. Mit dem IQ, mit Logik, da rennen wir so voran, ganz ordentlich – einen Schritt nach dem anderen – auf die Lösung eines Problems zu. Aber mit unserem SQ, mit unserer natürlichen, kognitiven Superkraft, da schlagen wir mit unseren mächtigen Flügeln und heben ab. Wir steigen auf zu schwindelerregenden Höhen, die zu Fuß unerreichbar sind.
Unser SQ bringt uns an weit entfernte Orte, die unser IQ gar nicht sehen kann, nicht beweisen kann, nicht mal erahnen kann. Es ist der Motor für die unvergleichliche Neugier der Menschheit.
Erinnert mich an so einen Schlager, der kurz nach dem Ersten Weltkrieg populär war, als die amerikanischen Soldaten – viele von denen waren ja Bauernjungs – aus exotischen Gegenden in Übersee zurückkamen. "Wie willst du die auf der Farm halten," hieß es da, "nachdem sie Paris gesehen haben?"
Das SQ, diese unfassbare, tiefgreifende Intelligenz, öffnet dir die Augen für exotische, translogische Realitäten. Wenn du das einmal benutzt hast, dann hält dich nix mehr auf der alten Darwinschen Farm. Echt nicht.
Weil wir dieses SQ haben, sind wir überhaupt erst neugierig auf Gravitationswellen, Neutrinos und das Quantenvakuum – Dinge, die ja eigentlich nix mit unserem Überlebenskampf zu tun haben. Krass, oder? Und tatsächlich hat unsere Jagd nach solchen esoterischen Phänomenen auch schon schreckliche Erfindungen hervorgebracht, die unsere Existenz gefährden.
Warum sind wir überhaupt so programmiert, dass wir uns für die abgelegensten, geheimnisvollsten Rätsel dieser Welt interessieren? Und für das, was jenseits dieser Welt liegen könnte?
Das ist kein Fehler in unserem Design, wie manche Atheisten behaupten. Das ist ein klarer Beweis dafür, dass es solche exotischen Realitäten wirklich gibt – Realitäten, die man nicht sehen, nicht beweisen oder sich nicht mal vorstellen kann.
Keiner weiß das besser als meine Physikerkollegen.
Die Physik, die Wissenschaft im Allgemeinen, ist wie so ein ewiger Teenager: Die hört einfach nicht auf zu wachsen. Das ist gut und schlecht.
Gut ist es, weil Physiker ständig neue und überraschende Dinge lernen. Schlecht ist es, weil wissenschaftliche Theorien eben vergänglich sind. Neue Entdeckungen werfen ständig den Status quo über den Haufen und vertreiben alles fehlgeleitete Denken und fehlgeleiteten Glauben, der die Weltsicht des Physikers zu der Zeit vielleicht verunreinigt.
Manchmal zwingen die neuen Erkenntnisse zu größeren Überarbeitungen der Weltsicht der Physiker – so richtig heftige Wachstumsschübe, sozusagen. Es gab da so vier große Schübe bisher:
Nummer Eins: Im vierten Jahrhundert vor Christus hat der griechische Philosoph Aristoteles eine Reihe von Manuskripten verfasst, die zusammen den Titel "Physik" trugen. Das war das erste Physiklehrbuch der Welt, der Beginn der aristotelischen Physik.
Nummer Zwei: 1687 veröffentlichte der berühmte Engländer Isaac Newton seine "Mathematischen Prinzipien der Naturphilosophie" – bekannt als Newtons "Principia". Das war der Beginn der Newtonschen oder klassischen Physik.
Nummer Drei: Am Anfang des zwanzigsten Jahrhunderts veröffentlichten Albert Einstein und viele andere Ideen über die innerste Struktur von Materie und Licht. Das war der Beginn der Quantenphysik, ein wichtiger Zweig der modernen Physik.
Nummer Vier: Ebenfalls am Anfang des zwanzigsten Jahrhunderts entwickelte Einstein die spezielle und allgemeine Relativitätstheorie. Das war der Beginn der relativistischen Physik, ein weiterer wichtiger Zweig der modernen Physik.
Wenn ich die Physik mit einem Tier vergleichen sollte, dann wäre das keine Schlange, die ihre alte Haut abwirft, wenn sie wächst. Das wäre eher ein Nautilus, der sein Gehäuse ständig und elegant vergrößert, wenn er wächst.
Wenn die Physik wächst, dann wirft sie ihre alten Überzeugungen nicht komplett über Bord; sie ändert sie, interpretiert sie neu und ergänzt sie. So behält die moderne Physik noch Überreste selbst der aristotelischen Physik.
Zum Beispiel: Aristoteles hat Götter in seine Erklärungen der natürlichen Welt einbezogen. In der Metaphysik schreibt er:
"Unsere Vorfahren in den frühesten Zeiten haben ihren Nachkommen eine Tradition in Form eines Mythos überliefert, dass diese Körper [Sonne, Mond, Planeten] Götter sind und dass das Göttliche die ganze Natur umschließt... Man muss dies als eine inspirierte Äußerung betrachten."
Die moderne Physik erlaubt solche offenen Bezüge auf Götter in ihren Erklärungen nicht mehr, aber gerade in den letzten Jahrzehnten hat sie immer mehr auf Konzepte zurückgegriffen, die nach Metaphysik klingen. Tatsächlich sind viele dieser Konzepte noch fantastischer als alles, was man in der Physik von Aristoteles findet – oder sogar im Wunderland von Lewis Carroll.
Am 9. Juni 1905 veröffentlichte die renommierte deutsche Wissenschaftszeitschrift "Annalen der Physik" einen Artikel, der von einem jungen, unbekannten Physiker namens Albert Einstein eingereicht worden war. Der Titel klang eher unspektakulär und esoterisch: "Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt".
Es stellte sich heraus, dass es das Äquivalent zu dem berühmten Schuss war, der die Welt veränderte, wie bei der amerikanischen Revolution. Der Moment, als die Physik ihre größte Transformation seit Aristoteles und Newton erlebte. Der Moment, als die Physik durch den Spiegel trat.
Wir nennen es Quantenphysik. "Es war so revolutionär", bemerkte der legendäre Isaac Asimov, "dass fast kein Physiker... sich dazu durchringen konnte, es zu akzeptieren".
Ich hab jetzt nicht genug Zeit, um die Quantenphysik vollständig zu erklären. Und selbst wenn ich es täte, könnte ich es trotzdem nicht.
Keiner kann die Quantenphysik vollständig erklären. Nicht mal der verstorbene Nobelpreisträger Richard Feynman, der in "The Character of Physical Law" offen gestand: "Ich glaube, ich kann mit Sicherheit sagen, dass niemand die Quantenmechanik versteht".
Die Quantenphysik, das ist so ein work in progress. Ein halb gebackener Kuchen. Ein extrem seltsames Kind, das noch am Wachsen ist.
Die Quantenphysik bietet uns verlockende Einblicke – aber keinen vollständigen Überblick – in die mikroskopische Verrücktheit des Wunderlandes. Sie bietet explizite Gleichungen, aber widersprüchliche Interpretationen der Gleichungen.
Das ist wie mit einer Münze, die zwischen die Sofakissen fällt. Je mehr du danach greifst, desto mehr entzieht sie sich deinem Griff.
Das ist die Quantenphysik in a nutshell.
Um deutlicher zu sehen, was ich meine, schau dir mal fünf schockierende Behauptungen an, die die Quantenphysik über das Wunderland aufstellt – Behauptungen, die weit über unsere Fähigkeit hinausgehen, sie vollständig zu verstehen. Sie widersprechen Worten, sie widersprechen Beweisen, sie widersprechen sogar der menschlichen Vorstellungskraft. Trotzdem glauben Physiker an sie, so wie Aristoteles einst an Götter glaubte.
Erstens: Alle Bewohner des Wunderlandes sind paradox.
Ich hatte ja schon mal erklärt, dass Lichtstrahlen paradox sind. Sie verhalten sich gleichzeitig wie Teilchen und Wellen, was so ähnlich ist, wie zu behaupten, dass etwas gleichzeitig schwarz und weiß ist.
Keiner kann so einen flagranten logischen Widerspruch vollständig verstehen, nicht mal Einstein selbst.
1954, ein Jahr vor seinem Tod, gestand Einstein seinem alten Freund Michele Besso: "Die ganzen fünfzig Jahre bewussten Grübelns haben mich der Antwort auf die Frage 'Was sind Lichtquanten?' nicht näher gebracht. Heutzutage glaubt jeder Halunke zu wissen, was sie sind, aber er betrügt sich selbst".
Und diese translogische Seltsamkeit hört da noch nicht auf.
Nehmen wir zum Beispiel ein Elektron. Früher dachten die Physiker, es sei ein Teilchen, ganz einfach. Aber jetzt wissen wir, dass es sich auch gleichzeitig wie ein Teilchen und eine Welle verhält. Die Entdeckung dieser tiefgreifenden, translogischen Realität wird einem französischen Doktoranden adliger Herkunft namens Louis-Victor Pierre Raymond de Broglie zugeschrieben.
Diese translogischen Wesen bewohnen nicht nur ein weit entferntes, wunderlandähnliches Quantenreich. Sie sind der Stoff, aus dem du und ich gemacht sind!
Im Grunde bist du also ein lebendes, atmendes logisches Paradoxon. Du bist ein translogisches, metaphysisches Geschöpf, seltsamer, unergründlicher und unvorstellbarer, als dein eigener Verstand voll erfassen kann.
Zweitens: Manche Bewohner des Wunderlandes können teleportieren und augenblicklich kommunizieren.
Um von unten in einem Hochhaus in den zwanzigsten Stock zu gelangen, musst du einen Aufzug nehmen oder die Treppe steigen. Selbst wenn du Superman oder Superwoman wärst, müsstest du die Distanz zwischen den Stockwerken zurücklegen.
Oder?
Im Wunderland nicht unbedingt. Ein Atom ist zum Beispiel wie ein Hochhaus mit vielen Stockwerken. Laut Quantenphysik können Elektronen von einem Stockwerk in ein anderes gelangen – und tun das auch –, ohne die Stockwerke dazwischen zu durchqueren. Sie dematerialisieren sich sozusagen von einem Stockwerk und rematerialisieren sich augenblicklich in einem anderen.
Dann gibt es noch die Sache mit der Kommunikation. Normalerweise braucht es Zeit, um eine Nachricht von A nach B zu übermitteln. Selbst das sogenannte Instant Messaging von heute braucht Zeit, um vom Sender zum Empfänger zu gelangen.
Aber nicht unbedingt im Wunderland. Ein Elektron dreht sich zum Beispiel wie ein Kreisel, entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn. Nehmen wir an, zwei Elektronen aus demselben Atom fliegen auseinander wie Zwillinge, die bei der Geburt getrennt wurden, jedes mit einer bestimmten Drehung. Die Messung der Drehung eines Elektrons beeinflusst augenblicklich die Drehung des anderen – so als ob die beiden Elektronen telepathisch miteinander kommunizieren. Wir nennen dieses mysteriöse Verhalten Quantenverschränkung.
Die Quantenverschränkung wurde durch viele Experimente bestätigt. In einer neueren Studie fanden Wissenschaftler der University of Science and Technology of China in Hefei heraus, dass Zwillingslichtquanten, die durch eine Rekorddistanz von 746 Meilen getrennt waren, immer noch in der Lage zu sein schienen, augenblicklich miteinander zu kommunizieren.
Drittens: Bewohner des Wunderlandes können an vielen Orten gleichzeitig existieren.
Als ich in der Middle School war, erzählte uns mein Naturwissenschaftslehrer, dass ein Atom wie ein Miniatur-Sonnensystem ist. In seinem Zentrum befindet sich ein Kern aus Neutronen und Protonen; um den Kern herum wirbeln Elektronen wie so viele Planeten.
Diese Zeiten sind längst vorbei.
Laut Quantenphysik ist ein Atom total verschmiert, wie eine riesige Welle. Aber nicht wie eine Welle am Strand. Sondern wie eine Wahrscheinlichkeitswelle.
Die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein Atom an einem bestimmten Ort befindet, ist ziemlich hoch. Aber... es gibt eine Chance, wenn auch unendlich klein, dass es sich woanders befindet – vielleicht sogar quer durchs Universum.
In jedem gegebenen Moment befindet sich ein typisches Atom wahrscheinlich dort, wo die klassische Physik es vermutet. Aber man kann nicht mit absoluter Sicherheit sagen, dass es dort ist, weil es sich an vielen Orten gleichzeitig befinden kann.
Das gilt für jeden typischen mikroskopischen Bewohner des Wunderlandes, nicht nur für Atome. Es hat die seltsame Eigenschaft, an mehr als einem Ort gleichzeitig verschmiert zu sein.
Nehmen wir zum Beispiel ein Elektron, das in einem Brunnen gefangen ist – wie eine Murmel, die in einem Graben gefangen ist. Man würde denken, es könnte nie von selbst herauskommen, aber das kann es. Warum? Weil sich der Großteil zwar tatsächlich im Brunnen befindet, aber ein Teil davon innerhalb und außerhalb der Wände des Brunnens existiert.
Ich weiß, das klingt verrückt – das Wunderland ist ein verrückter Ort –, aber wegen der verschmierten Existenz des Elektrons gibt es eine kleine Chance, dass es sich nach langem Warten außerhalb des Brunnens materialisiert, so als wäre es ein Geist, der durch eine feste Wand geht. Wir nennen dieses erstaunliche Phänomen Quantentunnelung.
Viertens: Experimente im Wunderland sind nie wirklich objektiv.
Im Allgemeinen tun Physiker ihr Bestes, um zu verhindern, dass Voreingenommenheit und Schlampigkeit die Ergebnisse ihrer Experimente verfälschen. Aber laut Quantenphysik ist Objektivität so eine Art Mythos.
Der Grund: Physiker und ihre Ausrüstung können nicht vermeiden, mit dem zu interagieren, was sie beobachten. Diese Interaktion beeinflusst zwangsläufig die Beobachtung.
Diese unbeabsichtigte Verfälschung ist besonders bedeutsam, wenn man winzige Dinge beobachtet, wie z. B. Lichtquanten und subatomare Teilchen. Aber letztendlich betrifft sie alle Experimente.
Lass mich das mal anders sagen.
Du kennst doch den alten Spruch: "Schönheit liegt im Auge des Betrachters." Das bedeutet, dass Schönheit keine Bedeutung unabhängig vom Beobachter hat. Schönheit und ihr Beobachter sind untrennbar miteinander verbunden.
Ebenso kann man sagen, dass das gesamte Wunderland keine Bedeutung hat ohne Beobachter, die es beschreiben. Das Wunderland und seine Beobachter, seine empfindungsfähigen Bewohner – das sind wir! – sind untrennbar miteinander verbunden.
"Das Universum konnte nur entstehen, wenn es jemand beobachtet", sagt Sir Martin Rees. "Das Universum existiert, weil wir uns bewusst sind, dass es existiert".
Objektivität ist also ein Mythos.
Du und ich sind unvermeidlich Teil unserer Beschreibungen des Wunderlandes.
Es gibt kein Entkommen vor dieser Quantenverfälschung.
Hier ist ein konkretes Beispiel dafür, was das bedeutet: Stell dir ein sich drehendes Elektron vor, das in einer undurchsichtigen Box eingeschlossen ist. Laut klassischer Physik dreht sich das Elektron entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn; eine dritte Möglichkeit gibt es nicht. Außerdem ändert sich die Drehrichtung des Elektrons nicht, wenn man es in Ruhe lässt.
Die Quantenphysik sieht die Dinge ganz anders. Laut Quantenphysik verhält sich ein Elektron wie eine Wahrscheinlichkeitswelle. Es dreht sich gleichzeitig im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn.
Aber... in dem Moment, in dem du die Box öffnest, in dem Moment, in dem du mit dem Elektron interagierst, bewirkst du, dass eine der Möglichkeiten vollständig realisiert wird. Das Elektron, das du beobachtest, dreht sich nur in eine Richtung – entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn – und nicht mehr in beide.
Du bist also kein objektiver Beobachter.
Du beobachtest nicht einfach nur eine vorbestimmte Realität.
Du hilfst unvermeidlich dabei, das Ergebnis zu bestimmen.
Du.
Es ist also eine absolute Wahrheit, dass die Ergebnisse eines Experiments immer durch deine Beteiligung daran verfälscht werden, egal wie sorgfältig oder ehrlich du es durchführst.
"Die Wissenschaft ist nicht mehr in der Position des Beobachters der Natur", erklärte der deutsche Physiker Werner Heisenberg, "sondern erkennt sich vielmehr als Teil des Zusammenspiels zwischen Mensch und Natur".
Hier ist eine andere Möglichkeit, das zu verstehen: Das Verhalten einer Frau, die du noch nie getroffen hast, wird durch eine Wolke vieler Möglichkeiten dargestellt. Aber in dem Moment, in dem du sie triffst, wird sie zu einer dieser Möglichkeiten.
Außerdem – und das ist der wesentliche Punkt – beeinflusst deine Interaktion mit ihr den Ausgang deines Treffens. Du beeinflusst, wie sie sich verhält.
Jemand anderes könnte durchaus einen anderen Ausgang bei einem Treffen mit derselben Frau erleben. Jemand anderes könnte ein völlig anderes Verhalten von ihr hervorrufen.
Also... zurück zu diesem Elektron. Wenn ich die Box öffne, werde ich vielleicht nicht dasselbe Ergebnis erzielen wie du. Es besteht eine fünfzigprozentige Chance, dass ich es tue. Und eine fünfzigprozentige Chance, dass ich das Gegenteil erhalte.
Dasselbe Elektron. Dieselbe Box. Gegenteiliges Ergebnis.
Wenn genügend Leute die Box öffnen, gleichen sich die Ergebnisse im Durchschnitt zu fünfzig Prozent aus. Die Hälfte der Beobachter wird sehen, dass sich das Elektron im Uhrzeigersinn dreht; die Hälfte gegen den Uhrzeigersinn.
Wir nennen dieses faszinierende Phänomen das Quantenmessproblem. Warum Problem? Weil wir nicht wirklich verstehen, wie die Realität so subjektiv sein kann.
Es ist leicht zu verstehen, dass die Welt der Meinungen subjektiv ist. Aber die Hardcore-physikalische Realität?
"Wie kommt man von der verschwommenen, trüben Realität der Quantenwahrscheinlichkeiten, in der sich Dinge an vielen Orten mit unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten befinden können, zu der einzigen, eindeutigen Realität, die wir beobachten, wenn wir eine Messung durchführen?", fragt der Physiker Brian Greene von der Columbia University. Antwort? "Wir wissen es nicht".
Das ist schon ein Problem.
Fünftens: Wir können nie alles über das Wunderland wissen. Niemals.
Denk mal an all die Messungen, die du im Leben so machst. Du stellst dich auf eine Waage, um dein Gewicht zu ermitteln. Du misst deine Wohnzimmerfenster für neue Vorhänge aus. Du dosierst sorgfältig die Zutaten eines Rezepts. Du verfolgst die Größe deines wachsenden Kindes.
Für Physiker sind Messungen alles.
Die Temperatur der Erde. Die Masse eines Gletschers. Der Durchmesser der Umlaufbahn eines Satelliten. Das Alter des Universums. Physiker müssen ihre Messungen jedes Mal richtig machen, wenn sie hoffen, veröffentlicht zu werden, vom Publikum geglaubt zu werden, Fördergelder zu erhalten und prestigeträchtige Auszeichnungen zu gewinnen.
Zu Zeiten von Aristoteles und Newton glaubten die Physiker, dass es keine Grenze für die Genauigkeit einer Messung gibt. Sie glaubten fest daran, dass sie eines Tages – mit der richtigen Kombination aus Cleverness, Geschicklichkeit und Ausrüstung – jedes noch so kleine Detail über das Universum mit unbegrenzter Präzision festnageln könnten.
Dann kam 1927.
In diesem schicksalhaften Jahr veröffentlichte Werner Heisenberg einen mathematischen Ausdruck, der als Unschärferelation bezeichnet wird. Sie besagt, dass wir egal wie sehr wir uns bemühen, egal wie klug oder geschickt wir sind, nie alles über das Universum herausfinden können.
Man kann nicht über Heisenbergs Unschärferelation sprechen, ohne sich an Gödels Unvollständigkeitssatz zu erinnern. Beides waren schockierende Entdeckungen unüberwindlicher Grenzen (der wissenschaftlichen Methode bzw. der Logik).
In L. Frank Baums "Der Zauberer von Oz" kontrolliert ein winziger Zauberer das Land Oz von hinter einem Vorhang. Das ist im Wesentlichen das, was die Unschärferelation über unser eigenes Wunderland aussagt.
Sie besagt, dass die innersten Geheimnisse des Universums hinter einem Vorhang der Unsicherheit verborgen liegen. Ein Vorhang, den die Physik, anders als Dorothy, niemals wegziehen kann – und durch den selbst unser supermächtiges SQ nur mit begrenztem Erfolg spähen kann.
Ich will es mal etwas technischer ausdrücken.
Bestimmte messbare Größen, so entdeckte Heisenberg, sind auf seltsame Weise miteinander verbunden. Zwei solcher Paare sind Impuls und Ort sowie Energie und Zeit. Physiker nennen diese ungleichen Paare konjugierte Variablen oder inkompatible Observablen.
Je genauer wir ein Mitglied des Paares messen, desto ungenauer können wir das andere messen. Das Wunderland ist so verdrahtet, dass wir nie beide Mitglieder mit perfekter Genauigkeit festnageln können.
Nehmen wir an, wir experimentieren mit sich schnell bewegenden Heliumkernen, wie sie in der kosmischen Strahlung vorkommen. Je besser wir den Impuls eines Kerns messen, desto schlechter können wir seine Position messen.
Das ist wie eine Wippe. Je höher die Genauigkeit einer messbaren Größe, desto niedriger ist die andere. Daran gibt es kein Vorbeikommen.
Das ist auch wie das, was Kameraleute Rack Focus nennen. Wenn man zwei Motive hat – eines im Vordergrund und eines im tiefen Hintergrund – und man auf das vordere Motiv fokussiert, wird das hintere Motiv sofort unscharf. Und umgekehrt. Man kann nie beide Motive perfekt scharf stellen.
Es liegt nicht daran, dass du schlampig oder unfähig bist. So läuft das Wunderland ab, aus tiefen Gründen, die wir nicht verstehen – und vielleicht auch nie verstehen werden.
Am 26. September 1905 veröffentlichte "Annalen der Physik" – dieselbe deutsche Zeitschrift, die drei Monate zuvor Einsteins Arbeit über die Quantenphysik veröffentlicht hatte – seine spezielle Relativitätstheorie. An diesem bemerkenswerten Tag führte das sechsundzwanzigjährige Phänomen die Physiker noch tiefer in die Wildnis des Wunderlandes.
Hier sind drei schockierende Dinge, die Einsteins Theorie über die Welt, die wir unser Zuhause nennen, aussagt. Sie alle stehen in völligem Widerspruch zur aristotelischen und Newtonschen Physik.
Erstens: Das Wunderland hat vier Dimensionen.
Physiker seit Aristoteles glaubten, dass das Universum nur drei Raumdimensionen hat: oben/unten, rechts/links und vorwärts/rückwärts. Diese Dimensionen – bezeichnet mit x, y, z – lassen sich mit der gewöhnlichen 3D-Geometrie leicht beschreiben.
Die spezielle Relativitätstheorie behauptet jedoch, dass die Zeit ebenfalls eine Dimension ist, auch wenn sie sich ganz anders verhält als die drei Raumdimensionen. Das ist so, als ob man sagt, dass Männer und Frauen beide Menschen sind, auch wenn sie sich unterschiedlich verhalten.
Physiker nennen die vier Dimensionen Raumzeit (ein Wort) und bezeichnen sie mit x, y, z, t. Manchmal lassen sie sich mit der gewöhnlichen 4D-Geometrie leicht beschreiben – aber nicht immer.
Zweitens: Bestimmte oberflächliche Aspekte des Wunderlandes sind relativ.
Für Physiker seit Aristoteles schienen Entfernungen, Zeiten und Massen – alltägliche Größen, die mit Linealen, Uhren und Waagen gemessen werden – unflexibel zu sein. Es wurde erwartet, dass sich verschiedene Beobachter immer auf beispielsweise die Länge eines Fußes, die Dauer einer Minute oder die Masse eines Pennys einigen würden.
Aber die spezielle Relativitätstheorie besagt, dass Entfernungen, Zeiten und Massen elastisch sind – wie ein Gummiband. Die Länge eines Fußes, die Dauer einer Minute, die Masse eines Pennys hängen alle von deiner jeweiligen Situation ab. Genauer gesagt, von deiner Geschwindigkeit relativ zu dem Ding, das du misst.
Du bist dir nicht bewusst, dass du in einem gummiartigen Wunderland lebst, aus einem einfachen Grund. Die Verrücktheit wird erst bei enormen Geschwindigkeiten offensichtlich.
Viele Leute – vor allem diejenigen, die eine Post-Truth-Weltsicht vertreten – haben sich auf diese Entdeckung gestürzt und sie stark verzerrt. Bevor ich also weitermache, möchte ich Folgendes ganz klarstellen: Ungeachtet der überraschenden Enthüllungen der speziellen Relativitätstheorie gibt es eine absolute Wahrheit. Denn wie du gleich sehen wirst, gehorchen selbst Entfernung, Zeit und Masse – alle relativen Größen – letztendlich den absoluten Gesetzen der Physik.
Lass mich dir ein paar konkrete Beispiele geben, was ich meine.
Nimm erst mal ein hartes Plastiklineal und halte es in deiner Hand. Wenn es gut gemacht ist, ist es genau zwölf Zoll lang.
Nehmen wir nun an, ich fahre mit 60 Meilen pro Stunde an dir vorbei und habe ein identisches zwölf Zoll langes Lineal in der Hand. Für mich wird dein Lineal kürzer als zwölf Zoll aussehen. Nicht viel, wohlgemerkt. Bei 60 Meilen pro Stunde schätze ich dein Lineal auf 11,999999999999952 Zoll.
Hier ist noch ein Beispiel.
Benutze die Stoppuhr-App deines Smartphones, um eine Minute zu messen. Wenn deine Stoppuhr richtig funktioniert, ist die Minute genau sechzig Sekunden lang.
Stell dir nun vor, ich flitze mit 60 Meilen pro Stunde an dir vorbei und habe eine identische Stoppuhr-App. Für mich scheint deine Stoppuhr langsamer zu laufen als meine. Im Vergleich zu meiner Minute wird deine Minute 60,00000000000024 Sekunden lang erscheinen.
Ein letztes Beispiel.
Wiege einen brandneuen, glänzenden Penny (der zu 2,5 Prozent aus Kupfer und zu 97,5 Prozent aus Zink besteht). Laut der US Mint beträgt seine Masse genau 2,500 Gramm.
Nehmen wir nun noch einmal an, ich fahre mit 60 Meilen pro Stunde vorbei. Für mich erscheint die Masse deines Pennys größer als 2,500 Gramm – nämlich 2,50000000000001 Gramm.
Ich kann mir gut vorstellen, dass du jetzt den Kopf schüttelst und protestierst: "Ein und dasselbe Lineal kann doch nicht zwei verschiedene Längen haben! Ein und dieselbe Minute kann doch nicht zwei verschiedene Dauern haben! Ein und derselbe Penny kann doch nicht zwei verschiedene Massen haben!"
Tatsächlich können sie das.
Du merkst es nur nicht.
"Aber, hey!", sagst du. "Einer muss doch falsch liegen. Du und ich können doch nicht beide Recht haben! Das ist unmöglich!"
Willkommen im Wunderland.
Willkommen in der Welt, in der du lebst.
In unserer seltsamen, seltsamen Welt ist die Länge eines Fußes, die Dauer einer Minute, die Masse eines Pennys – Entfernung, Zeit und Masse – keine absolute Wahrheit. Sie sind optische Täuschungen. Wie die vielen Facetten eines einzigen, harten Diamanten sind sie oberflächliche Aspekte einer tieferen, absoluten Realität.
Drittens: Licht hat einen heiligen Status im Wunderland.
Wir haben uns diese bemerkenswerte Realität ja schon mal angesehen. Hier will ich dir ein tieferes Verständnis davon vermitteln. Aber keine Angst, ich werde nicht zu technisch werden.
Zunächst musst du dir diese absolute Wahrheit vor Augen führen: Geschwindigkeit ist relativ. Nehmen wir an, du fährst auf der Autobahn und ein geparkter Polizist blitzt dich mit 60 Meilen pro Stunde. Für jemanden, der mit 60 Meilen pro Stunde neben dir herfährt, stehst du still – im Grunde fährst du 0 Meilen pro Stunde, weil du dich nicht relativ zu dem anderen Auto bewegst.
Wer hat also Recht? Der geparkte Polizist oder der Autofahrer auf der Nebenspur? Beide! Denn Geschwindigkeit ist relativ; sie hängt von deinem Standpunkt oder Bezugssystem ab.
Diese vertraute Tatsache sollte dich nicht überraschen. Geschwindigkeit setzt sich aus Entfernung und Zeit zusammen – sie ist definiert als Entfernung pro Zeit –, und beides sind relative Größen.
Aber nun zu der einen schockierenden Ausnahme.
Laut der speziellen Relativitätstheorie ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum – 299.792.458 Meter pro Sekunde – nicht relativ. Ich will das mal erklären.
Nehmen wir an, ein Lichtquant rast durch deinen Raum. Wenn du mit einer aufgemotzten Radarpistole an der Tür stehst, misst du, wie erwartet, 299.792.458 Meter pro Sekunde. (Offensichtlich ignoriere ich, dass dein Raum kein Vakuum ist. Aber diese Vereinfachung beeinflusst nicht, was ich erkläre.)
Was ist aber mit jemandem, der mit 1.000.000.000 Meilen pro Stunde vorbeifährt? Hier kommt der Schocker: Das Lichtquant scheint sich immer noch mit 299.792.458 Metern pro Sekunde zu bewegen.
Anders als die Geschwindigkeit eines Autos oder irgendetwas anderem im Universum hängt die Lichtgeschwindigkeit nicht von deinem Standpunkt ab; sie ist für jeden, überall und immer gleich. Sie ist eine absolute Wahrheit, die einzige Geschwindigkeit im Universum mit diesem höchsten Status – aus Gründen, die wir wohlgemerkt nicht verstehen. Es ist ein Mysterium.
Noch eine letzte Sache zur rätselhaften Heiligkeit des Lichts: Du und ich können niemals auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen, egal wie sehr wir uns anstrengen.
Je mehr wir uns anstrengen, desto massereicher werden wir, was es uns umso schwerer macht, schneller zu werden. Um es mit den Worten einer beliebten Fernsehwerbung zu sagen: Wir können nur schreien: "Hilfe! Ich bin übergewichtig und kann nicht schneller werden!"
Übrigens wissen wir Physiker, dass dieses Phänomen tatsächlich passiert: Subatomare Teilchen in Atomzertrümmerern blähen sich genau auf diese Weise auf, wenn sie auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Wir verstehen nur nicht den grundlegenden Grund, warum das Universum so funktioniert.
Stell dir die Schwerkraft wie einen mysteriösen Liebhaber vor. Du lebst jeden Tag mit ihr zusammen, und trotzdem weißt du fast nichts über sie.
Selbst Isaac Newton, der mehr über die Schwerkraft wusste als jeder andere zu seiner Zeit, gab auf und schob die Verantwortung anderen zu: "Die Schwerkraft muss von einem Agenten verursacht werden, der ständig nach bestimmten Gesetzen wirkt", sagte er, "aber ob dieser Agent materiell oder immateriell ist, ist eine Frage, die ich der Überlegung meiner Leser überlasse".
Jahrhunderte später, am 25. November 1915, behauptete Einstein, den Code geknackt zu haben. Vor einer Physikklasse an der Königlich Preußischen Akademie der Wissenschaften in Berlin verkündete er, dass die Schwerkraft durch Dellen im elastischen Gewebe der 4D-Raumzeit verursacht wird.
Ja, Dellen.
Die Sonne zum Beispiel erzeugt eine riesige Delle, so wie ein Zirkuselefant auf einem Gummibartrampolin. Die Erde erzeugt eine viel kleinere Delle. Du und ich erzeugen wirklich unbedeutende Raumzeitdellen.
Einstein sagt: Wann immer du eine Raumzeitdelle durchquerst, folgst du auf natürliche Weise ihren Konturen und weichst daher vom Kurs ab. (Nachdem ich beim Leben in Boston viele Schlaglöcher durchquert habe, kenne ich das Gefühl.) Da die Delle unsichtbar ist, wirst du deine veränderte Fahrtrichtung verständlicherweise einer unsichtbaren Kraft zuschreiben: der Schwerkraft.
Wenn du das Unglück hast, eine tief genug Raumzeitdelle zu durchqueren, fällst du hinein und kommst nie wieder heraus. Wir nennen diese Dellen schwarze Löcher, die Bermuda-Dreiecke des Weltraums.
Um all diese Verrücktheit zu erklären, brauchte Einstein eine Geometrie, die viel exotischer war als die von Euklid. Um Hilfe zu bekommen, wandte er sich an Freunde, die mathematische Virtuosen waren – darunter Marcel Grossmann, ein ehemaliger Studienkollege.
Mit ihrer Anleitung fand Einstein schließlich genau die richtige nicht-euklidische Geometrie für den Job: eine 4D-Geometrie, die in den 1850er Jahren vom deutschen Wunderkind Bernhard Riemann erfunden wurde.
Mit Riemanns Geometrie formulierte Einstein ein Gesetz der Schwerkraft, das Newtons altes Gesetz übertraf – für mich die schönste Gleichung in der gesamten Physik:
Du hasst vielleicht Mathe – viele Leute tun das. Aber nur für einen Moment lade ich dich ein, diese Gleichung so zu sehen wie ich: als ein Kunstwerk.
Ihre exquisiten, vom SQ inspirierten Pinselstriche stellen die seltsame Schönheit eines 4D-Wunderlandes dar, das mit Dellen übersät ist, die das Auge nicht sehen, der IQ nicht beweisen und der Verstand nicht vollständig erahnen kann. Von einer Welt – deiner und meiner –, deren magische Verzauberungen nicht in Worte gefasst werden können.
Erinnerst du dich an Joe, den Split-Brain-Patienten, den wir kennengelernt haben?
Als Joe ein Foto einer Bratpfanne gezeigt wurde, konnte er es nicht sehen – oder benennen. Das Foto stellte etwas Unsichtbares und Unaussprechliches dar.
Aber als Joe die Augen schloss, skizzierte er eine Bratpfanne. Es war nicht ein bewusster IQ, der den Stift in der Hand führte. Es war ein inneres Bewusstsein, ein vorausschauendes SQ, das die Zeichnung hervorbrachte.
Einsteins Gleichung ist wie Joes Skizze. Sie ist die Schöpfung eines SQ, das uns die Augen für Wahrheiten öffnet, die wir nicht verbalisieren können.
So gesehen ist die Mathematik eher eine Kunstform als eine Sprache. Sie ist eher wie Filmemachen, Schauspielern, Musikkomponieren, Bildhauern und Tanzen – all die vom SQ angetriebenen Talente, die unsere Spezies befähigen, außerweltliche Wahrheiten und Realitäten wahrzunehmen, zu verarbeiten und zu kommunizieren, die uns sprachlos machen.
Leonardo da Vinci, ein Held von mir seit meiner Kindheit, füllte Notizbücher mit wunderschönen Zeichnungen und wunderschönen Gleichungen, die von dem Natürlichen und dem Übernatürlichen sprachen. "Kein Mensch, der kein Mathematiker ist, soll die Elemente meiner Arbeit lesen", mahnte er.
Für mich repräsentiert Leonardo den Inbegriff des hoch-SQ-hoch-IQ-Wissenschaftlers. Jemand, der mit seiner fest aufgesetzten 3D-Brille das Wunderland in all seiner seltsamen und atemberaubenden Pracht sah. Laut einer italienischen Miniserie über sein Leben erklärte Leonardo seine stereoskopische Perspektive so: "Da kein Intellekt die Natur durchdringen und keine Sprache ihre Wunder erklären kann, wird das menschliche Denken zur Kontemplation des Göttlichen geführt".
Die Entdeckungen der modernen Physik sind zweifellos faszinierend, aber sie sind auch abgefahren. Was dich vielleicht fragen lässt: Wen interessiert das?
Warum sollte es dich interessieren, ob die Masse eines Pennys fest oder elastisch ist? Ob das Universum drei oder vier (oder zwanzig oder mehr) Dimensionen hat? Ob die Schwerkraft eine unsichtbare Kraft ist oder die Folge eines kosmischen Schlaglochs? Keine dieser Informationen wird dir helfen, auf dein Gewicht zu achten, mit deinem Chef klarzukommen oder mit den Realitäten von Krankheit, Alterung und Tod umzugehen.
Vielleicht nicht. Aber es ist schon wichtig.
Vor Jahren spielte der Schauspieler und Komiker Jim Carrey in einem Film namens "Die Truman Show" mit, der von einem Mann in den Dreißigern handelt, dessen ganzes Leben live als Reality-TV-Show übertragen wird – alles ohne Trumans Wissen. Seine Alltagswelt scheint völlig normal zu sein. Aber eines Tages bemerkt er bestimmte Merkwürdigkeiten, die ihn zu einer schockierenden Entdeckung führen: Seine ganze Alltagswelt ist eigentlich eine Studiobühne – eine kleine Blase der Normalität, die von einem riesigen, atemberaubenden Wunderland umgeben ist, das von Dingen und Menschen bevölkert ist, die er noch nie gesehen hat und sich auch nie hätte vorstellen können.
Du bist Truman.
Deine Alltagswelt ist eine Blase der Normalität. Eine Blase der banalen Realität, die dich an manchen Tagen – vielleicht an vielen – gefangen, gelangweilt oder sogar deprimiert fühlen lässt.
Wenn du aber die Entdeckungen der modernen Physik kennst und verstehst, sind sie befreiend. Dank dieser Enthüllungen erkennst du nun – wie Truman –, dass es