Moderne Physik des 21. Jahrhunderts

 

 

Gerd Ganteför, Das Weltbild der Physik (Universität Konstanz)

 

 

Das Universum besteht nach der zeitgenössischen Physik aus fünf Komponenten:

 

1. Eine vierdimensionale Raumzeit (Verschränkung von dreidimensionaler Raum und linearer Zeit)

 

2. Drei stabile Elementarteilchen: Elektronen, Neutronen (Upquarks) und Protonen (Downquarks); hinzu kommen noch die instabilen Elementarteilchen: Photonen bzw. Lichtteilchen

 

3. Vier Naturkräfte: Gravitation und elektromagnetische Wechselwirkung im ganzen Universum; starke und schwache Wechselwirkung im Atomkern

 

4. Einige übergeordnete Naturgesetze: Kausalität, große Erhaltungssätze, u.v.a.m.

 

5. Einige Naturkonstanten: die Lichtgeschwindigkeit, die Planck-Konstante, die Elementarladung, die Boltzmann-Konstante und die Gravitationskonstante (verschiedene Auffassungen)

 

Naturgeschichte: Anfang: Urknall – Konstante Ausdehnung des Universums – Ende: Kältetod

 

Grenzen der Physik:

  • Unerklärbarkeit des Urknalls (Modell)
  • 95 % der Substanz des Universums wurden noch nicht erklärt: dunkle Energie und dunkle Materie
  • Ursprung und Lokalisation der Antimaterie wurden noch nicht erklärt
  • Warum gibt es nur diese vier Naturkräfte?
  • Warum gibt es nur drei Sorten von Elementarteilchen?
  • Warum gibt es die Massen der Elementarteilchen?
  • Warum gibt es die fein abgestimmten Werte der Naturkonstanten?
  • Woher kommt der konstante Wert der Lichtgeschwindigkeit?

Aktuelle Rätsel der Physik:

  • Warum gab es eine so schnelle Ausdehnung des Universums mit Überlichtgeschwindigkeit in der Inflationsphase von nur 1o-35 -stel Sekunden unmittelbar nach dem Urknall
  • Wieso gibt es die Farbladung der Quarks?
  • Warum ist die Quantentheorie mit der (Allgemeinen) Relativitätstheorie inkompatibel
  • Warum ist das Vakuum, d.h. die leere Raumzeit kein Nichts, sondern selbst eine Substanz

Neuere Erkenntnisse der modernen Physik:

  • Elementarteilchen sind Anregungszustände der Raumzeit. Sie entstehen durch Energiezufuhr aus dem Vakuum heraus wie Wirbel auf einer Wasseroberfläche.
  • Die Naturkräfte und Naturkonstanten sind Bestandteile der vierdimensionalen Raumzeit.
  • Wir wissen nicht, ob außerhalb dieser vierdimensionalen Raumzeit noch etwas existiert.

Offene Fragen: 

 

Die Naturkonstanten ergeben, dass das Universum auf die Möglichkeit der Entstehung von Leben fein abgestimmt zu sein scheint. Wieso scheint das Universum fein abgestimmt zu sein? (Martin Rees)

 

Vier mögliche Erklärungen:

 

1. Zufall

 

2. Design aufgrund der Entscheidung eines höheren intelligenten Wesens (Gott?)

 

3. Verborgene Variablen aufgrund von übergeordneten, uns noch unbekannten Naturgesetzen

 

4. Multiversen in einem Mega-Universum mit anderen Anfängen und (un-)bewohnbaren Lebewesen (Leonard Susskind)

 

Gibt es jenseits des für uns aufgrund der Lichtgeschwindigkeit überhaupt zugänglichen Universums innerhalb von 13, 8 Milliarden Lichtjahren noch etwas Anderes? Indizien: Inflation, Flachheit des Universums, Anisotropien

 

Nichtklassische Quantenphysik

  • Statistische Unbestimmtheit und beobachterabhängige Komplementarität der Welle-Teilchen-Natur der Lichtquanten (Interferenzmuster beim Doppelspaltexperiment)
  • Seltsames Phänomen der Verschränkung von raumzeitlich voneinander entfernten und nicht kausal wechselwirkenden Quanten (Wolfgang Pauli)
  • Beobachterabhängige Qualität der Teilchen (Gleichzeitigkeit von On/off-Zuständen) (Erwin Schrödinger)
  • Quanteninformation als Faktor in der Mikrowelt der Quanten (John Archibald Wheeler)

 

„it from bit symbolizes the idea that every item of the physical world has at bottom an immaterial source and explanation … that all things physical are information theoretic in origine and that this is a participatory universe“ (John Archibald Wheeler)

  • Gibt es die Möglichkeit der Entstehung von Etwas aus Information (It from bit)?
  • Konsequenz: Quantenmechanische Information scheint ein Element des ganzen Universums zu sein?
  • Klassische Physik: Information ist ein emergentes Produkt intelligenter Lebewesen
  • Tiere kommunizieren miteinander durch ihr nonverbales Verhalten und ihre Signalsprachen
  • Menschen kommunizieren miteinander durch nonverbales Verhalten, nonverbale Gestik und durch propositionale Sprachen
  • Moderne Biologie: Genetische Information in der DNA bestimmt den Aufbau, die Gestalt und die potenziellen Funktionsweisen aller organischen Lebewesen

  • Quantenteleportation oder Quantenmechanische Fernwirkung jenseits von Raum und Zeit

  •  

    Polarisation von Quanten über große Distanzen in Fernwirkung bei vielfacher Lichtgeschwindigkeit

  • Quantenphysikalische Spekulation: Könnte Information der Ursprung alles dessen sein, was es gibt?

 Problem: Informationen brauchen materielle Träger

 

Anton Zeilinger, A Foundational Principle for Quantum Mechanics (seinPaper, für das er fden Nobelpreis bekam)

 

Resultat der neueren Erkenntnisse der modernen Physik:

 

1. Wir haben bisher nur einen kleinen Teil der gesamten Wirklichkeit erkundet

 

2. Information spielt auch in der unbelebten Natur eine grundlegende Rolle

 

 

Gerd Ganteför, Das rätselhafte Gewebe unserer Wirklichkeit und die Grenzen der Physik

 

Frankfurt: Westend Verlag 2023

 

Der Siegeszug der klassischen Physik hat die Welt entzaubert. Die Realität, so die gängige Auffassung, wird von Natur-gesetzen geregelt, die letztlich alles erklären können. Doch dieses Bild ist falsch. Viele grundlegende Fragen sind noch immer unbeantwortet. Und die neuesten Erkenntnisse der Quantentheorie weisen sogar darauf hin, dass es eine Realität jenseits von unserer Vorstellung von Raum und Zeit gibt.

 

Professor Gerd Ganteför zeigt, dass sich moderne Physik und Religion keineswegs ausschließen. Im Gegenteil: Aus ihrem Spannungsfeld kann womöglich ein neues Verständnis der Wirklichkeit entstehen. Virtuos und verständlich eröffnet Gerd Ganteför neue Einblicke in Unstimmigkeiten, Unerklärliches, Zauberhaftes und manchmal Unheimliches im Weltbild der Physik. Ein Buch, das erklärt, was die Physik (noch) nicht erklären kann.

 

https://www.youtube.com/@GrenzendesWissens