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Rubriken: Wissenschaft
Autor: tauhid.net

Die Schildkröte und der Quanten-Zeno-Effekt

Zenon war ein griechischer Philosoph und Mathematiker. Das bekannteste seiner Paradoxa ist das Paradox von Achilles und der Schildkröte: Achilles läuft doppelt so schnell wie die Schildkröte, die dafür einen Vorsprung von 100 m erhält (überliefert ist wohl ein Vorsprung von einem Stadion und Achilles läuft 12mal so schnell wie die Schildkröte, aber die genauen Werte sind ohne Belang für die Argumentation).

Achilles kann bewiesenermaßen die Schildkröte niemals einholen, denn wenn er den Vorsprung der Schildkröte eingeholt hat, ist diese bereits 50 Meter weiter, und wenn er dann diese Marke erreicht hat, ist die Schildkröte bereits 25 Meter weiter und so weiter ad infinitum.

Erstaunlich! Jeder hätte wohl gedacht, nach 200 Metern kommt Achilles an der schnaufenden Schildkröte vorbeigehechtet und nun sowas! Achilles kann die Schildkröte partout nicht einholen, so sehr er sich auch abplagt!

Zenon prägte noch ein anderes Paradoxon, um wohl mit seinen Gedankengängen die Philosophie seines Lehrers Parmenides („Es gibt nur das Unendlich Eine und alle Bewegung ist nur Illusion") zu verteidigen:

Er sagte, dass ein fliegender Pfeil in jedem Moment seiner Flugbahn einen bestimmten, exakt umrissenen Ort einnimmt. An einem exakt umrissenen Ort befindet sich der Pfeil in Ruhe, denn an einem Ort kann er sich nicht bewegen. Da sich der Pfeil in jedem Moment also in Ruhe befindet, müsste er sich insgesamt in Ruhe befinden. Paradox: Wir nehmen aber an, dass der Pfeil fliegt.

Zenon kommentierte dazu:

„Das Bewegte bewegt sich weder in dem Raume, in dem es ist, noch in dem Raume, in dem es nicht ist.“

G. W. F. Hegel meint dazu in „Wissenschaft der Logik, Die Lehre vom Wesen“:

„Es bewegt sich etwas nur, nicht in dem es in diesem Jetzt hier ist und in einem anderen Jetzt dort, sondern in dem es in ein und demselben Jetzt hier und nicht hier, indem es in diesem Hier zugleich ist und nicht ist. Man muss den alten Dialektikern die Widersprüche zugeben, die sie in der Bewegung aufzeigen, aber daraus folgt nicht, dass darum die Bewegung nicht ist, sondern vielmehr dass die Bewegung der daseiende Widerspruch selbst ist.“

Im Gegensatz zu Zenon, der ja behauptet, dass der Pfeil im Ort ruht, besagt die Quantenmechanik, dass der Pfeil im Punkt x überhaupt keine definierbare Geschwindigkeit hat! Die Heisenbergsche Unschärferelation besagt, dass je genauer der Ort des Pfeils bestimmt ist, desto unbestimmter ist seine Geschwindigkeit.

Je näher wir uns also dem unendlich Großen wie auch dem unendlich Kleinen nähern, desto mehr versagen nicht nur unsere Wahrnehmung und deren rationale Verarbeitung, sondern die Naturgesetze selber:

Die Planck-Einheiten markieren eine Grenze für die Gültigkeit der bekannten Gesetze der Physik. Man muss davon ausgehen, dass für Distanzen kleiner als die Planck-Länge (ca. 10 hoch -35 Meter) und Zeiten kürzer als die Planck-Zeit (ca. 10 hoch -43 Sekunden), Raum und Zeit ihre uns vertrauten Eigenschaften als Kontinuum verlieren. Jedes Objekt, das kleiner wäre als die Planck-Länge, hätte aufgrund der sog. Unschärferelation so viel Energie bzw. Masse, dass es zu einem Schwarzen Loch kollabieren würde.

Ein Schwarzes Loch stellt immer die maximal mögliche Materiekonzentration eines Raumgebietes dar und somit auch die Obergrenze an möglicher Entropie oder Information in dem von ihm eingenommenem Raumvolumen. Die Bekenstein-Grenze setzt der Entropie eines Systems, und somit dem Informationsgehalt einer Kugel, eine obere Grenze. Es ist unklar, ob diese Grenzen auch dann zutreffen, wenn man als Volumen das gesamte Universum nimmt. Das Holografische Prinzip geht von der Annahme aus, dass das der Fall ist.

Wie unsere eigene Beobachtung Realität tatsächlich verändern kann, wird im sogenannten Quanten-Zeno-Effekt deutlich, ein Effekt der Quantentheorie, bei der ein Zerfallsvorgang (z.B. eines radioaktiven Atoms) durch reine Beobachtung verhindert werden kann. Grob funktioniert die Argumentation folgendermaßen:

Wenn ein Atom zerfällt, dann tut es das nach der Quantenmechanik nicht zu einem bestimmten Zeitpunkt, sondern es geht in eine Superposition (Überlagerung) der Zustände „nicht zerfallen" und „zerfallen“ über. Wenn jedoch nachgesehen (gemessen) wird, ob das Atom bereits zerfallen ist, dann findet man nur entweder „Atom zerfallen" oder „Atom nicht zerfallen", wobei die Wahrscheinlichkeit durch den Anteil des jeweiligen gemessenen Zustands in der Überlagerung gegeben ist.

Wenn nun am Anfang das Atom im Zustand „nicht zerfallen" ist, dann ist nach sehr kurzer Zeit die Beimischung des Zustands „zerfallen" noch sehr klein und zwar kleiner als man es nach dem exponentiellen Zerfallsgesetz erwarten würde (dies folgt aus Stetigkeitsüberlegungen, weil die Wahrscheinlichkeit nicht größer als 1 werden kann). Wenn man nun nachsieht, ob das Atom bereits zerfallen ist, wird es mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit noch nicht zerfallen sein. Durch die Beobachtung geht es in diesem Fall jedoch wieder in den exakten Zustand „nicht zerfallen" über und der Zerfall beginnt wieder bei Null.

Insgesamt bekommt man somit bei häufiger Beobachtung eine Zerfallsrate, die deutlich unter der „unbeobachteten" Zerfallsrate liegt. Lässt man die Abstände der Beobachtungen gegen Null gehen (was einer Dauerbeobachtung gleichkommt) so geht auch die Zerfallswahrscheinlichkeit gegen Null d.h. das dauernd beobachtete Atom sollte aufgrund dieser Beobachtung gar nicht mehr zerfallen können.

Und dies ist tatsächlich der Fall! Der Quanten-Zeno-Effekt wurde an der Universität von Texas in Austin und anderen Labors experimentell bestätigt.

Der Quanten-Zeno-Effekt zeigt eindrucksvoll, was seit Relativitätstheorie ja auch nichts Neues ist, dass unsere Beobachtung diese Welt beeinflusst. Selbst Zeit taucht nur auf, weil wir beobachten! Wenn wir nicht in den Spiegel schauen würden, gäbe es diese Welt gar nicht! Wer das nicht glaubt, dem soll man einfach nur mal kräftig auf die Birne klopfen, dann verschwindet diese Welt direkt für ihn! Das „Uni –Versum“ ist das „Einmal-Gedrehte“, das Spiegelbild! Es ist das Eine Unendliche! Was aber dem Einen Unendlichen zugrunde liegt, ist das Unendlich Eine! Parmenides hatte Recht!

Wir können niemals das Unendlich Eine von unserer Warte begreifen und verstehen, dass das Eine in sich unendlich ist, denn von uns aus gesehen besitzt ein Punkt keine Ausdehnung. Jenseits der Planck-Einheiten (von Physikern halb scherzhaft „Einheiten Gottes“ genannt, weil sie die Gültigkeit der bekannten Physik markieren) verschwindet alles in einem Schwarzen Loch! Wer dies nicht begreifen kann, mag immer weiter in die Tiefen des Spiegels hineinlaufen (und z.B. nach einer neuen Theorie den Quantengravitation suchen), aber noch wird er jemals allwissend und allmächtig, noch jemals sein Selbst finden!

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