"Das Unverständlichste im Universum ist, dass es verständlich ist", sagte Albert Einstein einmal. Heutzutage kann das Universum jedoch kaum als verständlich oder sogar einzigartig bezeichnet werden. Die fundamentale Physik befindet sich in einer Krise mit zwei populären Konzepten, die oft als "Multiversum" und "hässlich" bezeichnet werden und wörtlich für "multiples Universum" und "hässliches Universum" stehen.
Wie funktioniert das Universum?
Befürworter eines multiplen Universums verteidigen die Idee der Existenz unzähliger anderer Universen, von denen einige eine völlig andere Physik und die Anzahl der räumlichen Dimensionen haben; In diesen Universen können Sie, ich und alle anderen als unzählige Kopien existieren. "Das Multiversum ist möglicherweise die gefährlichste Idee in der Physik", sagte der südafrikanische Kosmologe George Ellis.
Von den frühesten Tagen der Wissenschaft an führte die Entdeckung eines unwahrscheinlichen Zufalls dazu, dass es erklärt werden musste, um nach einer verborgenen Ursache und einem verborgenen Motiv zu suchen. Zu den modernen Beispielen gehört Folgendes: Die Gesetze der Physik scheinen genau abgestimmt zu sein, damit intelligente Wesen diese Gesetze erkennen können - ein Zufall, der einer Erklärung bedarf.
Mit dem Aufkommen des Multiversums hat sich alles geändert: Egal wie unglaublich der Zufall ist, in den Milliarden von Milliarden Universen, aus denen das Multiversum besteht, zumindest irgendwo - es wird sein. Und wenn der Zufall der Entstehung komplexer Strukturen, des Lebens oder des Bewusstseins förderlich zu sein scheint, sollten wir uns nicht einmal wundern, dass wir uns in einem Universum befinden, das es uns überhaupt ermöglicht, zu existieren. Aber diese "anthropische Argumentation" impliziert wiederum, dass wir nichts vorhersagen können. Für CERN-Physiker gibt es keine offensichtlichen Prinzipien, um nach neuen Teilchen zu suchen. Und hinter den zufälligen Eigenschaften des Universums steckt kein Grundgesetz.
Ein anderes Problem ist völlig anders geworden, aber nicht weniger gefährlich - das "hässliche Universum". Laut der theoretischen Physikerin Sabina Hossenfelder war die moderne Physik durch ihre Anziehungskraft auf das "Schöne" verblüfft, was zur Entstehung mathematisch eleganter, spekulativer Fantasien ohne Verbindung zu Experimenten führte. Physiker sind "in der Mathematik verloren", sagt sie. Und was Physiker "Schönheit" nennen, sind Strukturen und Symmetrien. Wenn wir uns nicht mehr auf solche Konzepte verlassen können, wird der Unterschied zwischen dem Verstehen und dem einfachen Anpassen an experimentelle Daten verschwimmen.
Beide Probleme haben ihre Wurzeln. „Warum ist es den Naturgesetzen egal, was ich für schön halte?“, Fragt Hossenfelder zu Recht. Und die Antwort lautet: Es ist ihnen egal. Natürlich könnte die Natur komplex, verwirrend und unverständlich sein - wenn sie klassisch wäre. Aber die Natur ist nicht so. Die Natur ist quantenmechanisch. Und obwohl die klassische Physik die Wissenschaft unseres täglichen Lebens ist, in der Objekte voneinander trennbar sind, ist die Quantenmechanik anders. Der Zustand Ihres Autos hängt nicht mit der Farbe des Kleides Ihrer Frau zusammen. Aber in der Quantenmechanik sind alle Dinge kausal miteinander verbunden, was Einstein "gruselige Fernwirkung" nannte. Solche Korrelationen bilden eine Struktur, und die Struktur ist schön.
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Im Gegensatz dazu scheint das Multiversum schwer zu leugnen. Insbesondere die Quantenmechanik behandelt es gut. Das Abfeuern einzelner Elektronen in einen Bildschirm mit zwei Schlitzen führt zum Auftreten eines Interferenzmusters auf dem Detektor hinter dem Bildschirm. In jedem Fall stellt sich heraus, dass das Elektron jedes Mal beide Schlitze passiert.
Die Quantenphysik ist die Wissenschaft hinter nuklearen Explosionen, Smartphones und Teilchenkollisionen - und sie ist bekannt für ihre Verrückten, wie Schrödingers Katze, die zwischen Leben und Tod schwebt. In der Quantenmechanik können sich verschiedene Realitäten überlappen (wie "Teilchen hier" und "Teilchen dort" oder "Katze lebt" und "Katze ist tot"), wie Wellen auf der Oberfläche eines Sees. Das Teilchen kann halb hier und halb dort sein. Dies wird als Überlagerung bezeichnet und führt zum Auftreten des Interferenzmusters.
Ursprünglich zur Beschreibung der mikroskopischen Welt entwickelt, hat die Quantenmechanik in den letzten Jahren gezeigt, dass sie immer größere Objekte steuert, solange sie ausreichend von der Umgebung isoliert sind. Aus irgendeinem Grund ist unser tägliches Leben jedoch irgendwie vor zu vielen Quantenverrücktheiten geschützt. Niemand hat jemals eine halbtote Katze gesehen, und wenn Sie die Position eines Partikels messen, erhalten Sie ein bestimmtes Ergebnis.
Die direkte Interpretation setzt voraus, dass alle möglichen Optionen realisiert werden, wenn auch in unterschiedlichen, aber parallelen Realitäten der "Everett-Zweige" - benannt nach Hugh Everett, der diesen Standpunkt zuerst verteidigte, der als Vielwelteninterpretation der Quantenmechanik bekannt ist. Everetts "viele Welten" sind nur ein Beispiel für ein Multiversum - eine von vier. Die anderen beiden sind weniger interessant, und die dritte ist die "Landschaft der Stringtheorie", auf die wir später zurückkommen werden.
Indem wir auf die Quantenmechanik zurückgreifen, um die Schönheit der Physik zu rechtfertigen, scheinen wir die Einzigartigkeit des Universums zu opfern. Diese Schlussfolgerung liegt jedoch nur an der Oberfläche. Was in einem solchen Bild normalerweise übersehen wird, ist, dass Everetts Multiversum nicht grundlegend ist. Es ist nur offensichtlich oder "emergent", wie der Philosoph David Wallace von der University of Southern California es ausdrückt.
Um diesen Punkt zu verstehen, müssen Sie das Prinzip verstehen, das sowohl Quantenmessungen als auch "unheimliche Fernwirkung" zugrunde liegt. Der Schlüssel zu beiden Phänomenen ist das Konzept der "Verschränkung", auf das Einstein, Boris Podolsky und Nathaniel Rosen 1935 hingewiesen haben: In der Quantenmechanik kann ein System aus zwei verschränkten Spins mit Nullsumme aus einer Überlagerung von Spinnpaaren mit entgegengesetzten Drehrichtungen mit absoluter Unsicherheit in den Drehrichtungen des Individuums bestehen dreht sich. Verschränkung ist ein natürlicher Weg, um Teile zu einem Ganzen zu verbinden. Die individuellen Eigenschaften der Bestandteile existieren nicht mehr zugunsten eines stark gebundenen allgemeinen Systems.
Immer wenn ein Quantensystem gemessen oder mit seiner Umgebung assoziiert wird, spielt die Verschränkung eine wichtige Rolle: Das Quantensystem, der Beobachter und der Rest des Universums sind miteinander verflochten. Aus Sicht eines lokalen Beobachters werden die Informationen in einer unbekannten Umgebung verstreut und der Prozess der "Dekohärenz" beginnt. Dekohärenz ist ein Mittel der Klassik: Sie beschreibt den Verlust von Quanteneigenschaften, wenn ein Quantensystem mit seiner Umgebung interagiert. Dekohärenz funktioniert wie ein Reißverschluss zwischen den parallelen Realitäten der Quantenphysik. Aus Sicht des Beobachters "spaltet" sich das Universum in separate Zweige von Everett. Der Beobachter beobachtet eine lebende oder eine tote Katze, aber nichts dazwischen. Für ihn scheint die Welt klassisch zu sein, obwohl sie aus globaler Sicht immer noch quantenmechanisch ist. Tatsächlich,Unter diesem Gesichtspunkt ist das gesamte Universum ein Quantenobjekt.
Quantenmonismus
Und hier greifen wir auf das interessanteste Konzept des "Quantenmonismus" zurück, das der Philosoph Jonathan Schaffer vorgeschlagen hat. Shaffer dachte über die Frage nach, woraus das Universum besteht. Nach dem Quantenmonismus besteht die fundamentale Schicht der Realität nicht aus Teilchen oder Strings, sondern aus dem Universum selbst, das nicht als Summe seiner Bestandteile verstanden wird, sondern als ein einziger verschränkter Quantenzustand.
Ähnliche Gedanken hat beispielsweise der Physiker und Philosoph Karl Friedrich von Weizsacker bereits früher geäußert: Wenn man die Quantenmechanik ernst nimmt, sagt man eine einzigartige, einheitliche Quantenrealität voraus, die dem Multiversum zugrunde liegt. Die Gleichmäßigkeit und die winzigen Temperaturschwankungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, die darauf hinweisen, dass das beobachtbare Universum auf einen einzelnen Quantenzustand zurückgeführt werden kann, der normalerweise mit dem Quantenfeld der Urinflation verbunden ist, stützen diese Ansicht.
Darüber hinaus erstreckt sich diese Schlussfolgerung auf andere Multiversum-Konzepte. Weil Verschränkung universell ist, ist sie nicht auf unsere kosmische Blase beschränkt. Was auch immer das Multiversum ist, wenn Sie den Quantenmonismus annehmen, wird alles Teil eines einzigen Ganzen sein: Es wird immer eine grundlegendere Ebene der Realität geben, die dem Multiversum innerhalb des Multiversums zugrunde liegt, und diese Schicht wird einzigartig sein.
Sowohl der Quantenmonismus als auch Everetts Vielwelteninterpretation sind Vorhersagen der Quantenmechanik. Sie unterscheiden sich nur durch die Perspektive: Was aus Sicht eines lokalen Beobachters wie „viele Welten“aussehen wird, repräsentiert in Wirklichkeit ein einziges einzigartiges Universum aus globaler Sicht (zum Beispiel eine Kreatur, die das gesamte Universum von außen sehen kann).
Mit anderen Worten, viele Welten sind Quantenmonismus durch die Augen eines Beobachters mit begrenzten Informationen über das Universum. Tatsächlich bestand Everetts ursprüngliche Motivation darin, eine Quantenbeschreibung des gesamten Universums im Sinne einer "universellen Wellenfunktion" zu entwickeln. Betrachten Sie es wie durch ein wolkiges Fenster: Die Natur ist in viele Teile geteilt, aber dies ist nur eine Verzerrung der Perspektive.
Monismus und mehrere Welten können vermieden werden, aber nur, wenn jemand den Formalismus der Quantenmechanik ändert - normalerweise widerspricht dies Einsteins spezieller Relativitätstheorie - oder wenn jemand die Quantenmechanik nicht als Theorie der Wissenschaft, sondern als Wissen präsentiert: menschliche Ideen, aber keine Wissenschaft.
In seiner jetzigen Form sollte der Quantenmonismus als Schlüsselbegriff in der modernen Physik angesehen werden: Er erklärt, warum "Schönheit", wahrgenommen als Struktur, Korrelation und Symmetrie zwischen äußerlich unabhängigen Naturbereichen, kein verzerrtes ästhetisches Ideal ist, sondern eine Folge der Trennung der Natur von einem einzigen Quantenzustand. Darüber hinaus beseitigt der Quantenmonismus auch die Notwendigkeit eines multiplen Universums, da er Korrelationen vorhersagt, die nicht nur in einem einzelnen geborenen Universum, sondern in jedem einzelnen Zweig des Multiversums realisiert werden.
Schließlich könnte der Quantenmonismus die Krise der experimentellen Grundlagenphysik lösen, die sich auf immer größere Kollider stützt, um immer kleinere Bestandteile der Natur zu untersuchen. Denn die kleinsten Komponenten werden nicht die grundlegende Schicht der Realität sein. Ebenso lohnend kann es sein, die Grundlagen der Quantenmechanik, neue Bereiche der Quantenfeldtheorie oder die größten Strukturen der Kosmologie zu studieren.
All dies bedeutet, dass wir nicht aufhören dürfen zu suchen. Am Ende kann uns dieser Wunsch nicht genommen werden. Irgendwo tief unten gibt es eine einzigartige, verständliche und grundlegende Realität.
Ilya Khel
