Argumente für den Automat
Auf dieser Seite sollen einige Gründe zusammengefasst werden welche für die Annahme sprechen, dass das Universum ein zellulärer Automat ist.
Von Richard P. Feynman stammt der Satz „Ich glaube, ich kann mit Sicherheit sagen, dass niemand die Quantenmechanik versteht.“ Nach allem was ich bisher entdeckt habe, scheint es so zu sein, dass uns die Qantenwelt deshalb als so seltsam und unverständlich erscheint, weil wir bisher nicht genügend die Möglichkeit berücksichtigt haben, dass Raum und Zeit diskret sein könnten, was in der Quantenwelt Verhaltensweisen verursacht, die wir aus unserer makroskopischen Welt nicht kennen.
Wenn man davon ausgeht, dass Raum und Zeit diskret sind, dann erlaubt dies sehr einfache und auch anschauliche physikalische Erklärungen für die Phänomene aus der Quantenwelt, welche das Standardmodell entweder überhaupt nicht erklären kann, oder nur auf umständliche Weise. Wie diese physikalisch anschaulichen Erklärungen aussehen, wird im Folgenden gezeigt.
Lichtgeschwindigkeit
Das heutige Standardmodell hat keine physikalische Erklärung dafür, was
genau im Universum dafür verantwortlich ist, dass es eine Höchstgeschwindigkeit
gibt. Wenn Raum und Zeit des Universums tatsächlich ein Kontinuum wäre,
dann sollte jede beliebige kontinuierliche Geschwindigkeit möglich sein.
Wenn das Universum jedoch ein zellulärer Automat ist, mit diskretem Raum
und diskreter Zeit, dann gibt es für eine Höchstgeschwindigkeit einen sehr
einfachen Grund: Und zwar kann ein Objekt im Raumgitter maximal nur eine
Elementarlänge pro Takt weiterschreiten.
Durch die Festlegung des Meters wurde der Elementarlänge der Wert von \(1.6 \cdot 10^{-35} \, m\) zugewiesen (Planck-Länge), die kleinste Zeitspanne hat die Dauer von \(5.4 \cdot 10^{-44} \, s\) (Plank-Zeit). Somit ergibt sich die Geschwindigkeit von
$$c = \frac{1.6 \cdot 10^{-35}}{5.4 \cdot 10^{-44}} ≈ 300.000 \, km/s$$Auf elementarster Ebene des Automaten existiert tatsächlich nur diese eine Geschwindigkeit. Sie kann weder überschritten noch unterschritten werden.
Photonen sind Informationsstrukturen, die so gestaltet sind, dass sie sich im Automaten geradlinig mit genau einer Elementarlänge pro Takt fortbewegen, und somit aus makroskopischer Sicht stets Höchstgeschwindigkeit besitzen.
Andere Teilchen wie zum Beispiel das Elektron, bewegen sich auf elementarster Ebene ebenfalls mit Höchstgeschwindigkeit – also mit einer Elementarlänge pro Takt, nur sie bewegen sich nicht genau geradlinig durch den Raum, sondern folgen einem komplexeren Bewegungsmuster, so dass es vom makroskopischen Standpunkt so aussieht, als ob ihre Geschwindigkeit stets kleiner als die Höchstgeschwindigkeit ist.
Spin
Der Spin – zum Beispiel eines Elektrons hat alle Eigenschaften eines
klassischen mechanischen Drehimpulses. Er hat auch die gleichen Einheiten
wie ein Drehimpuls, kann aber nur den Betrag von \(s = 1/2\) annehmen. Das
bedeutet: Eine mechanische Bewegungsgröße ist quantisiert!
Auch hier stellt sich die Frage: Was genau im Universum begrenzt den Spin-Betrag auf ½?
Wenn Raum und Zeit ein Kontinuum sind, dann sollte jeder beliebige Spin möglich sein. Wenn man jedoch davon ausgeht, dass der Raum des Universums ein Raumgitter ist, und dass auch die Zeit quantisiert ist, dann sind natürlich auch die Bewegungen in diesem Gitter quantisiert. Das macht sich eben auf elementarer Ebene bemerkbar, so wie der Spin eines Elementarteilchens. Man beachte, wie einfach und naheliegend diese Erklärung ist für ein Phänomen, für das die heutige Wissenschaft keine Erklärung bietet.
Nichtklassische Bewegung
Seit der Entdeckung, dass sich Teilchen nicht auf klassischen Bahnen bewegen,
ist bekannt, dass es so etwas sie einen „Transport von Materie durch den
Raum“ nicht gibt. Bis heute hat das Standardmodell jedoch keine Antwort
auf die Frage, was eine nichtklassische Bewegung überhaupt sein
soll. Wir haben wohl mathematische Methoden entwickelt, mit denen die statistische
Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Teilchens berechnet werden kann, das
sagt aber nichts darüber aus wie die Natur Bewegung realisiert. Was ist
Bewegung als physikalische Realität? Schlagen Sie ein Physikbuch Ihrer Wahl
auf, sie werden auf diese grundlegende Frage keine Antwort finden.
Wenn man jedoch davon ausgeht, dass das Universum ein zellulärer Automat ist, dann kann auf einfache Weise erklärt werden, wie eine nichtklassische Bewegung aussieht: Und zwar eben genau so wie in einem zellulären Automaten. Hier ist Bewegung nichtklassisch, d.h. es gibt keinen Transport von Materie durch den Raum, sondern es ändern nur Grundelmente des Automaten ihre Zustände, so wie in einem Computer ein Bit von 0 auf 1 schaltet. Information rechnet sich auf mehr oder weniger komplexe Weise durch den Raum, siehe z.B. GAME OF LIFE.
Die Annahme, dass das Universum ein zellulärer Automat ist, bietet also erstmals in der Geschichte der Physik ein Erklärung dafür, was Bewegung als physikalische Realität überhaupt ist. Eine Frage, die seit Jahrzehnten ausgeblendet wird.
Heisenbergsche Unschärfe
Wie in dem Kapitel Der Automat und die Unschärferelation
bereits beschrieben wurde, verschwindet die Heisenbergsche Unschärfe vollkommen,
wenn man davon ausgeht, dass das Universum ein zellulärer Automat ist.
Nicht das Universum ist unscharf, sondern wir haben lediglich noch nicht verstanden, dass Raum und Zeit diskret sind. In einem Raumgitter ist eine klassische Bewegung nicht möglich, sondern nur eine Änderung der Zustände von Grundelementen. Daher kann der Begriff "Impuls" nicht verwendet werden. Es gibt im Universum exakte Orte, es gibt aber nichts, das Impuls haben könnte. Von den beiden grundlegenden Begriffen der Heisenbergschen Unschärfe Ort und Impuls ist der Begriff Impuls falsch.
Bellsche Ungleichung
Mit dem Verschwinden der Heisenbergschen Unschärfe - einem Eckpfeiler der
Quantentmechanik - verschwindet auch die Bellsche Ungleichung und damit
auch die angebliche Nicht-Lokalität. Diese Nicht-Lokalität ist einer der
Hauptgründe, warum manche Physiker eine Erklärung des Universums durch einen
zellulären Automaten ausschließen, denn ein zellulärer Automat beschreibt
das Universum durch Lokalität und durch "verborgene Parameter" (Grundbausteine)
im Sinne von Einstein, Podolski und Rosen.
Gleichheit von Elementarteilchen
Die Tatsache, dass z.B. alle Elektronen gleich sind, also gleiche Masse,
gleiche Ladung und Größe haben ist nicht selbstverständlich, sondern muss
physikalische Ursachen haben. Das Standardmodell erklärt dies mit der Annahme,
dass es im Universum ein Elektronen-Quantenfeld gibt, und Elektronen nur
Anregungen dieses Feldes sind und deshalb alle die gleichen Grundeigenschaften
haben. Genauso wird auch ein d-Quark Quantenfeld postuliert, ein u-Quark
Quantenfeld, ein Higgs-Quantenfeld, ein Photonen-Quantenfeld, usw. Das Problem
damit ist nur: Die ganze Menge an Quantenfeldern müsste gleichzeitig das
gesamte Universum ausfüllen, aber bisher hat niemand ein solches Quantenfeld
beobachtet, d.h. denjenigen Teil, welcher z.B. die Elektronen untereinander
verbindet.
Wenn man allerdings davon ausgeht, dass das Universum ein zellulärer Automat ist, dann ist die Gleichheit von Elementarteilchen auf sehr einfache Weise erklärbar: Ein solcher Automat besteht aus einem Raumgitter und damit auch aus Elementarzellen. Ein Photon zum Beispiel besteht aus zwei Elementarzellen, und weil die Zellen im gesamten Gitter gleich groß sind, daher haben Photonen im gesamten Raumgitter stets die gleiche Größe und die gleichen Eigenschaften, usw.
Bei dieser Erklärung muss keine Unmenge an hypothetischen Quantenfeldern postuliert werden die nicht sichtbar sind, sondern es muss nur angenommen werden, dass der Raum diskret ist, d.h. ein Raumgitter ist. Das ist alles. Man beachte ebenfalls, dass dies eine Erklärung ist, die auf physikalische Weise begründet, warum Elementarteilchen immer gleich sind. Die Quantenfeldtheorie hingegen liefert keine tiefergehende Begründung auf diese Frage.
Raum und Materie
Das heutige Standardmodell hat keine Erklärung dafür, was eigentlich der
Raum ist oder woraus er besteht. Der Raum wird einfach nur als
Kontinuum angenommen obwohl es kein einziges Experiment gibt, welche diese
Annahme belegen würde. Das Kontinuum wird aus Punkten bestehend betrachtet,
aus welcher Substanz die Punkte sein sollen ist unbekannt. Und es gibt keine
physikalische Erklärung dafür, in welchem Zusammenhang Raum und Materie
überhaupt stehen. Zum Beispiel: Wenn Materie durch den Raum fliegt, mit
welchem Mechanismus beeinflusst die Materie die Raumpunkte? Mit welchem
Mechanismus z.B. greift eine Masse auf Raumpunkte zu um den Raum zu krümmen,
so wie in der Relativitätstheorie postuliert wird? Das Standardmodell liefert
darauf keine Antwort.
Wenn das Universum ein zellulärer Automat ist, dann gibt es für den Zusammenhang von Raum und Materie eine einfache Erklärung: Der gesamte Gitterraum wird durch die Grundbausteine gebildet, und diese bilden gleichzeitig auch die Materie. Die folgende Grafik soll den Zusammenhang im Prinzip verdeutlichen:
Hier ist der Zusammenhang unmittelbar ersichtlich. Raum und Materie sind nicht länger voneinander isoliert. Die Grundelemente bilden den Raum und je nach Belegung mit Grundelementen, erscheinen Dinge im Raum zum Beispiel als Vakuum oder als Elementarteilchen. Hier ist es nicht notwendig, den Raum als unerklärten Hintergrund einfach annehmen zu müssen, so wie im Standardmodell.
Mathematisches Universum
Das Universum in dem wir leben ist kein chaotisches Gebilde, sondern Prozesse
laufen immer auf die gleiche Weise nach den immer gleichen Regeln ab. Das
heißt, im Universum sind Gesetzmäßigkeiten aktiv, und diese Gesetzmäßigkeiten
sind mathematisch gesehen bis auf die 8te Stelle hinter dem Komma genau
(z.B. Maxwell-Gleichungen).
Die Gesetzmäßigkeiten welche in der Natur wirken sind mathematisch so präzise, dass Forscher seit langem die Frage stellen, ob die Vorgänge im Universum nicht durch eine zugrunde liegende mathematische Struktur erzeugt werden. Seit langem wird daher davon gesprochen, dass wir möglicherweise in einem mathematischen Universum leben – dies wurde bisher aber nur als vage Möglichkeit diskutiert. Die Hinweise darauf verdichten sich aber zunehmend: Quanten-Computer benützen Atome, um damit Rechnungen auszuführen, zum Beispiel um Zahlen zu faktorisieren.
Das bedeutet: Materie ist nicht einfach nur ein Klumpen, welcher durch den Raum fliegt, sondern Materie - oder Atome sind intelligente Strukturen, es sind Rechenwerke, die dazu verwendet werden können, Berechnungen anzustellen. Im Grunde ist dies sensationell, allerdings wundert sich heutzutage niemand mehr darüber, da wir es gewohnt sind, dass sich die Natur mathematisch verhält.
Die Tatsache, dass Atome unmittelbar für Berechnungen verwendet werden können ist nur dann möglich, wenn auf elementarer Ebene des Universums eine mathematisch-logische Struktur mit präzisen Gesetzmäßigkeiten wirksam ist. Ich möchte hier die theoretische Phyikerin Paola A. Zizzi zitieren, welche in ihrer Schrift [1] grundlegende Aspekte von Quantenberechnungen diskutiert:
"Wenn man davon ausgeht, dass die Raumzeit auf der Planck-Skala Quanteninformation kodiert, muss diese verarbeitet werden, um das Universum, wie wir es kennen, zu erzeugen. In diesem Fall ist die Quanten-Raumzeit nicht nur ein Quantenspeicherregister mit n Qubits: Sie ist das Ganze, ein Quantenspeicherregister plus ein Netzwerk von Quantenlogikgattern. Mit anderen Worten: Die Raumzeit auf der Planck-Skala muss sich in einem solchen Quantenzustand befinden, damit sie in der Lage ist, die diskreten Funktionen auszuwerten, die die Gesetze der Physik in ihrer diskreten und grundlegenden Form darstellen. Wir können diesen Quantenzustand als den Zustand eines Quantencomputers interpretieren, der boolesche Funktionen berechnet."
Dies entspricht dem Bild eines rechnenden Raumes was nichts anderes ist als ein zellulärer Automat. Es ist eine mathematische Formel in Aktion. Und Quantencomputer klinken sich in die Berechnungen dieses Automaten ein.
Man beachte auch hier, auf welch einfache Weise ein zellulärer Automat erlaubt zu verstehen, warum das Universum sich so mathematisch verhält. Das heutige Standardmodell mit seinem mechanistischen Weltbild und der Annahme von Raum und Zeit als Kontinuum hat dafür überhaupt keine Erklärung.
[1] Paola A. Zizzi: Spacetime at the Planck Scale: The Quantum Computer View
Zusammenfassung
Wenn man all die oben angeführten Begründungen zusammenfasst, und sich auch ansieht, auf welch einfache Weise sie physikalisch anschauliche Erklärungen ermöglichen, auf Fragen, denen das heutige Standardmodell ratlos gegenübersteht, müsste eigentlich jeder zu dem Schluss zu gelangen, dass das Universum einem zellulären Automaten entspricht.
Die genannten Begründungen passen nahtlos ineinander, es mussten keine besonderen Annahmen getroffen werden, außer der einen, nämlich dass der Raum quantisiert ist. Allein diese Annahme erklärt viele bisher unverstandene und scheinbar rätselhafte Phänomene der Quantenwelt.