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Fatalerweise avancierten aus erkenntnistheoretischer Sicht Differentialgeometrie- und Quantenfeld-Fantasien zu neuen Denkdogmen. Heute bestimmen nicht messbare postulierte Theorieobjekte, deren gewünschte mathematische Symmetrien und willküraffine Substrukturthesen das Denken der Theoretischen Grundlagenphysik.
Im Bereich Allgemeine Relativitätstheorie (ART) und Quantenkosmologie (QK) (https://arxiv.org/list/gr-qc/1808?show=387) wurden im August 2018 auf arxiv.org 387 neue Artikel veröffentlicht, im Bereich Theoretische Hochenergiephysik 490 (https://arxiv.org/list/hep-th/1808?show=490). Macht zusammen weitere 877 mathematische Spielereien ohne epistemologische Relevanz.

Es handelt sich fast ausnahmslos um theoretische Möglichkeiten und (deren) Interpretationsversuche, die sich aus der Beliebigkeit ergeben, daß die zugrunde liegenden „Kern-Konzepte“, in Form von mathematisch generierten Konstrukten, ein riesiges Spektrum an Möglichkeiten eröffnen, ohne jedoch Relevantes ans Tageslicht zu befördern. Diese Theorie-Spielereien ereignen sich Tag für Tag, Woche für Woche, Jahr für Jahr, mittlerweile im Rückblick – traurig aber wahr – Jahrzehnt für Jahrzehnt.

Zur Erinnerung: Realobjekt-Forschung geht von reproduzierbaren, empirischen Befunden aus und bemüht sich dann um Systematisierung, Verallgemeinerung und ein „theoretisches Verständnis“.
Im heutigen standardmodell-orientierten Denken werden hingegen theoretisch Befunde postuliert, nach denen dann mittels computersimulierten „Versuchsaufbauten“ selektiv gesucht wird. Diese stark theoriebeladene Suche kennt keinen einzigen direkten Nachweis und lässt sich auf Grund der vielen freien Parameter, nicht detektierbaren postulierten Theorieobjekten und deren postulierten Kaskadenereignissen beliebig ergebnis-interpretieren.

Die Frage am Ende des Beitrags ist falsch gestellt, die Antworten können so nicht gegeben werden:
Wie im Artikel dargestellt, kann Grundlagenforschung keine Ergebnisse garantieren. Ergo kann sie weder „in Maßen“ noch „Auf jeden Fall“ praktische Rendite abwerfen, was auch die Möglichkeit „unentschieden“ unsinnig macht. Nichtsdestotrotz liefert die Grundlagenforschung immer wieder relevante Beiträge zum Wohlergehen der Gesellschaft, selbst Forschungsgegenstände, deren Bezug man mehrere Jahrhunderte nicht wahrnimmt oder mehrfach wieder vergißt und neu entdeckt.

"Wie wägt man bei der Themenwahl für die Forschungsagenda zwischen Neugier und Fürsorge ab? Eine Milliarde für einen neuen Teilchenbeschleuniger, oder wäre das Geld zur Bekämpfung der Armut besser angelegt?"

Eine Antwort kann aber nicht (nach meinem Empfinden nie) more geometrico gegeben werden. Das wird - natürlich - immer zu schwierigen gesellschaftlichen Debatten führen, und führt dann leider immer mehr sazu, dass Entscheidungen bei Großprojekten immer schwieriger zu treffen sind.

An diesem Punkt kommt dann - und ich begrüße das - ein modernes Mäzenatentum zum Einsatz: Milliardäre sponsern. Das ist sehr treffend in dem Film "Contact" in einem Nebenthread gezeigt worden. Solche Milliardäre sind nicht an Parlamentsbeschlüsse gebunden und geben, wenn man es positiv formuliert, einer Gesellschaft zusätzliche Freiheitsgrade. (Und werden interessanterweise just deshalb kritisiert. Nur nennt man es dann nicht Freiheitsgrade sondern spricht sinngemäß von unguided missiles.)

Interessant ist in Bezug auf die Grundlagenforschung ja auch folgendes. Fragen wir: Welchen Nutzen hat die Elbphilharmonie? Antwort: Einen ästhetischen Genuss sondersgleichen. Zusatzfrage: Für jeden?

Fragen wir: ist die Elbphilharmonie ein "Elitenprojekt", wenn ja ein "Elitenprojekt" wie der Teiclchenbeschleuniger beim CERN?

Warauf ich bei solchen Debatten hinaus will: Auch Schönheit ist ein Argument! Und was könnte schöner sein als z.B. die Maxwellschen Differenzialgleichungen?

Was mir also fehlt: Der Mut unserer Politikerinnen, nicht nur verschämt auf den potenziellen Nutzen abzuzielen, sondern ganz explizit auch ästhetische Aspekte gelten zu lassen.

Was hier aber immer noch nachhallt, ist die Trennung in "two cultures" (C.P. Snow). Sie ist noch lange nicht überwunden.

MfG H.-J. S.

Reflexionen zu „Der Quantenbeat des Lebens“ von Khalili u. Fadden, 2. Auflg. Berlin 2015
geschrieben von Gerd Heitmann im Herbst 2016, überarbeitet 2018

Die Physik liefert die mathematischen Beschreibungen spezieller Zustände kleinster Teilchen. So hat die Berechnung der Wellennatur der Elektronen zum Orbitalmodell geführt, womit über die räumliche Verteilung der Elektronen in den Atomen die geometrischen Strukturen der Moleküle erforscht werden konnten. Das war und ist ein gewaltiger Fortschritt für die Chemie. Er findet heute auch in der Schulchemie seinen Niederschlag.
Die Spekulationen über die Wirksamkeit quantenmechanischer Vorgänge (Quantenkohärenz, Verschränkung und Tunneleffekt) auf elementare biologische Vorgänge – wie sie an verschiedenen Beispielen im Buch beschrieben werden - sind zwar bisher nicht bestätigt, stellen jedoch interessante Hypothesen (auffordernde, richtungsweisende) dar, die der Forschung einen neuen Weg weisen. Damit besteht eine Möglichkeit, bisher ungelösten Fragen gezielt nachzugehen. Fürwahr – eine Öffnung durch die Barriere der biochemischen Sicht hindurch für weitere wissenschaftliche Erkenntnisse.
Für die aufgeführten biologischen Prozesse wird die Wirkung quantenmechanischer Vorgänge häufig verführerisch sicher beschrieben, dann aber wieder kritisch relativiert. Das ist gut so; z.B. steht auf S. 288: „Und auch wenn wir nicht intuitiv oder mit dem gesunden Menschenverstand begreifen, was im Doppelspaltexperiment oder bei der Quantenverschränkung eigentlich geschieht, haben solche quantenmechanischen Erscheinungen eine präzise, logische und unglaublich leistungsfähige mathematische Grundlage.“ Dennoch bleiben diese quantenmechanischen Berechnungen solange Hypothesen, bis in der objektiven Welt eine praktische Entsprechung sicher nachgewiesen ist. Erst dann manifestieren die formalen Aussagen wahre Eigenschaften eines Gegenstandes oder einer Funktion des Lebens. Deshalb ist der Untertitel des Buches „Wie Quantenbiologie die Welt neu erklärt“ noch nicht gerechtfertigt.

Derzeit wird im Schulunterricht die klassische Biologie immer mehr verlassen zugunsten von Physiologie und Molekulargenetik, womit der Biologie-Unterricht zum Kummer der Schüler immer abstrakter wird. Mit den quantenmechanischen Betrachtungen lebender Systeme wird die Erkenntnis noch spezieller und die Front der moderne Naturwissenschaft entfernt sich immer mehr von der direkten menschlichen Erfahrung des Lebens. Darin besteht eine Entfremdung: „Abstraktheit und Fremdheit scheinen unvermeidbare Konsequenzen der Erkenntnisfortschritte zu sein. Längst haben sich Wissenschaftler darauf eingestellt, dass viele ihrer vorliegenden und zukünftigen Theorien unanschaulich und kontraintuitiv sind.“ (aus: Alt, Karl R. Popper, Frankfurt/Main, 2. Auflage 1995, S. 114.)
Hilfreich für ein Verständnis neuer Erkenntnisse können Modelle sein, wie etwa das Orbitalmodell in der Chemie. Bildliche Darstellungen und Beschreibungen können jedoch auch schnell missverstanden werden. Diese Gefahr besteht, wenn über „Ordnung aus Unordnung“ unzureichend reflektiert wird und der Eindruck entsteht, als generiere Unordnung die Ordnung, wie der Satz auf Seite 65 des Buches suggeriert: „Aus Unordnung entsteht Ordnung.“
Wird am Anfang (S. 38) die Funktion der Dampfmaschine noch sachlich beschrieben, so vermitteln spätere Aussagen den Eindruck, als entstünde Ordnung aus Unordnung. Das Gegenteil ist richtig: Eine geordnete Struktur (die Dampfmaschine mit Verdampfer, Zylinder – begrenzter Raum mit Öffnung - und angekoppelter Mechanik) zwingt einem chaotischen System eine Richtung – also eine Ordnung – auf, wobei Energie aus dem chaotischen System abgeleitet wird. Auch die Aussage auf S. 366, „wenn wir das Wasser aus der Badewanne abfließen lassen, strömt es von selbst geordnet im Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeigersinn um den Abfluß.“ , ist falsch. Hier handelt es sich nicht um ein „Selbstphänomen“, denn die Schwerkraft ( ↓ ) und die Corioliskraft ( → ) zwingen den chaotischen Wassermolekülen eine Richtung auf. Auch das Beispiel mit dem Schiff entspricht nicht der Metapher „Ordnung aus Unordnung“. Hier ist es vielmehr so: Trifft Ordnung (die geordnete Materie des Schiffes) auf Unordnung (chaotisch bewegte Wassermoleküle), so stabilisiert die Menge der ungeordneten Einzelbewegungen lediglich die Ordnung des tangierten Objektes im Meer der Unordnung, weil die Grenzfläche des Schiffsrumpfes den Teilchen einen Widerstand bietet und jeweils eine Richtung aufzwingt (Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel). Kurzum, die Ungenauigkeit und Pauschalität der genannten Beispiele erläutern nicht - erklären erst recht nicht - „das Phänomen der Selbstorganisation“.
Wie entsteht Ordnung?
Aus einer „gefangenen Unordnung“ führt der Verlust von Energie zur Ordnung, was eindrucksvoll demonstriert werden kann, wenn man aus einer Stahlflasche komprimiertes Kohlenstoffdioxid ausströmen lässt. Dann entsteht der „Kohlensäureschnee“, indem sich einzelne freie Moleküle des Kohlenstoffdioxids unter Abgabe von Energie in Kristallen geordnet versammeln. Diese Ordnung bleibt bestehen, wenn positive thermische Einflüsse fehlen. Hier führt also „Unordnung durch Entzug von Energie zur Ordnung“. Völlig anders schafft das System Leben unter Aufnahme von Energie geordnete Strukturen, denn organische Moleküle sind stets energiereicher als die Ausgangsstoffe, aus denen sie hergestellt werden. Deshalb gilt hier: Leben schafft Ordnung gegen den Strom der Entropie; Leben sammelt Energie und legt sie in organischen und auch mineralischen Strukturen fest oder betreibt mit einem Teil dieser Energie den eigenen Stoffwechsel und die Fortpflanzung (Selbstverdoppelung). Die biochemischen Vorgänge sind sehr weit erforscht. Jedoch die Frage, wie Leben als „Ordnung aus Unordnung“ entstanden ist, ist bisher weder biochemisch noch quantenmechanisch beantwortet.
Hier lohnt es sich nun, einige Aspekte aus der Chaostheorie zu reflektieren.
Zuerst einmal gilt: Im Chaos gibt es auch den Unterschied, denn die kleinsten Teilchen haben im Chaos unterschiedlichen Energiegehalt, Geschwindigkeit (Weglänge durch Zeit) und Richtung. Ideale Unordnung herrscht also nicht. Deshalb können sich in chaotischen Systemen kurzzeitig dynamische Ordnungsstrukturen bilden durch sog. Iterationen und Rückkopplungen und an entstehenden Strömungen Turbulenzen. Und dann: Der Zustand idealer Unordnung mag im Zentrum der chaotischen Ansammlung zutreffen, aber an den Grenzflächen eines derartigen Systems ändert jeder Aufprall eines Teilchens seinen Energiegehalt (gilt auch für Materiewelle, Licht). Hier ist die Entstehung von kurzzeitiger Ordnung noch mehr gegeben, was erst recht zutrifft, wenn die Temperatur der Grenzfläche von der des chaotischen Systems unterschiedlich ist. Negativ: Festfrieren der Teilchen unter Bildung von Kristallen; Positiv: Bildung von Strömungen und Turbulenzen, wie sie in jedem siedenden Wassertopf zu sehen sind.
Leben ist offenbar vorbereitet worden, als im Chaos Strukturen stabil geworden sind (wie auch immer; bisher ungeklärt) und sich fortgesetzt haben (Fraktale?); entstanden ist Leben erst, als diese Strukturen Energie aufgenommen haben zu ihrer Erhaltung und einen Stoffwechsel „erfanden“ (?) zu ihrer Selbstverdoppelung. Leben ist jetzt Ordnung eines materiellen Systems im Streben nach einem stabilen Gleichgewicht. Quantenmechanik liefert dafür möglicherweise eine tiefergehende Einsicht. Doch wie ist Leben entstanden? Die Frage ist noch nicht gelöst.
Und das Universum?
Wieso kommt es zur Ausbildung von Grenzflächen zwischen den Ebenen der Mechanik, der Thermodynamik und der Quantenmechanik? Lässt sich im Bild 10.1 auf der Seite 355 eine dritte Ebene zeichnen? Dann erhielte man eine weitere Grenzfläche, an der sich ein weiteres Rätsel auftut. Keineswegs hat die Quantenbiologie die Welt neu erklärt.

Laut Definition wird "Leben" (neben Reizbarkeit, Organisiertheit, Vererbung und Wachstum) hauptsächlich durch zwei Vorgänge bestimmt: den Stoffwechsel und die Fortpflanzung. Lassen wir eins davon, endet das Leben mit uns. Wenn man nun nach dem Sinn darin sucht, stelle man sich vor, was wohl ein Rad antworten würde, wenn man es nach dem Sinn des Drehens fragte. "Stünde ich still, wäre ich nur Deko". würde es vermutlich sagen, und dazu müsste es auch nicht notwendigerweise rund sein. Kennzeichen eines Rades ist aber nun einmal, dass es einen achszentrierten Aufbau hat und sich somit um diese dreht, was Fortbewegung ermöglicht, relativ zu einem feststehenden Untergrund betrachtet. Vom Sinnbild auf den Menschen übertragen bedeutet die Fortbewegung Entwicklung und die Achse das Sein, um das sich alles dreht. Und für Rad und Mensch gilt gleichermaßen: vermeide Kollisionen mit anderen Rädern/Menschen so gut es geht, denn nur so dreht/entwickelt es sich so richtig ungestört.
Und was Religion angeht: Leute, die predigen als seien sie die Vertreter Gottes auf Erden, sind genau so schlimm wie Firmen, die Quellwasser in Flaschen verkaufen. Hört auf mit dem Quatsch und trinkt direkt aus der Quelle! Lasst euch nicht trennen von der Schöpfung, denn alles ist ein Teil davon. Es gibt keine höhere Wesenheit - nur ein Ganzes aus unzähligen Teilen im stetigen Wandel, das endlos um sich selbst rotiert, stoffwechselt und sich fortpflanzt, und das ist das Leben und ob es nun Sinn für uns macht oder nicht, stört das Große Rad in keiner Weise - Hauptsache, es dreht sich.

Sollte bei dieser Diskussion am Ende der gesellschaftliche Nutzen als Maßstab wissenschaftlichen Handelns stehen, dann ist die Kapitalisierung der Wissenschaft nicht weit. Das muss nicht unbedingt schlecht sein, denn der Markt regelt sich bekanntlich selbst, und es wäre eine demokratische Entscheidung.
In diesem Fall sollten allerdings diejenigen Entdecker einer wissenschaftlichen Grundlagenerkenntnis, die Jahre später zu einem neuen Produkt führt, auch angemessen an der Wertschöpfung beteiligt werden. Der Grad der Beteiligung könnte durch ein Publikationsstammbaum einer Technoligie ermittelt werden und entsprechend automatisch Tantiemen vom Nutzenden entrichtet werden.

Anonymous, so einfach ist das nicht. Der Begriff "Multiversum" wird für mehrere verschiedene Ideen verwendet, unter anderem auch die "vielen Welten" der Quantenmechanik. Lustigerweise gehen diese verschiedenen "Multiversen" unter bestimmten Annahmen nahtlos ineinander über. Max Tegmark ist eine gute Quelle zu dem Thema.

Sie beziehen sich David Lewis und Leibnitz, lassen aber einen Askpekt (eine Lesart) des Kontingenzbegriffes außen vor. Wie so oft kann es an einer Konzentration auf den anglosprachlichen Teil derveröffentlichten Wissenschaften liegen. Über den deutschsprachigen Autor Nicklas Luhman finde ich bei Ihnen genauso wenig, wie über die englischsprachigen Berger und Luckmann. Dort ist Kontingenz das mögliche Andere im durch Menschen konstruierten Bereichen (Gesetze, Moral u.Ä). Oder liegt es daran, dass dies Ansätze zu alt sind? Nun-ja - Leibnitz ist älter. Oder ist das doch zu Soziologisch und damit zu unphilosophisch?
Gruß

Irgendwie hätte ich irgendetwas Substanzielles erwartet.
Freilich kann man über mögliche andere Welten nachdenken, aber wozu? Ein paar Anregungen wären doch wohl möglich gewesen, oder? Einfach nur zu sagen: da gibt es Leute, die denken über Möglichkeiten nach, ist doch wirklich äußerst schwach!
Und was soll 1941 bedeuten?
Das veranlasst mich, einen Vorschlag über das Nachdenken über Möglichkeiten zu machen.
1939 musste mein Vater in den Krieg. Ob er mit Hurra eingezogen wurde, weiß ich nicht, aber dass ihm das bald verging, dass weiß ich ganz genau. Und für meinen Vater war das eine schreckliche Erfahrung , aber für meine Mutter wahrscheinlich noch mehr, denn sie musste die Vertreibung fast noch als Kind hautnah erleben. Sie hat Dresden brennen sehen.
Der zweite Weltkrieg war schrecklich für die Welt, aber sollte ich mir wünschen, es hätte ihn nie gegeben? Dann würde es mit Sicherheit mich auch nicht geben, denn meine Eltern haben sich nur kennengelernt, weil beide vertrieben wurden. Und wenn ich mich aus der Rechnung entferne - wäre es für die Welt besser gewesen?
Ich stelle mir vor, es hätte die Judenverfolgung nicht gegeben und Hitler hätte den Krieg ein paar Jahre später angefangen. Hätte er die Atombombe statt den USA eingesetzt? Befände sich Europa jetzt in einer Diktatur?
Vielleicht hat ja Leibniz Recht: wir haben die beste aller möglichen Welten, etwas besseres hat der Mensch nicht verdient.

Sie haben gewiss Recht, aber über die »kosmologische Theorie vom Multiversum« wollte ich gar nicht sprechen, ich verwende den Ausdruck »Multiversum« hier nur in seinem popkulturellen Sinn.

Sorry, aber "Ich bin älter als meine Mutter" kann in jeder Welt durchaus wahr werden, in der etwas wie die Allgemeine Relativitätstheorie gilt. Die Mutter könnte z.B. eine schöne, lange und vor allem sehr schnelle Weltraumkreuzfahrt gemacht haben. Eine bessere Formulierung wäre vielleicht: "Ich wurde vor meiner Mutter geboren".

Ok, das war jetzt etwas kleinlich von mir, aber wofür ich weniger Verständnis habe ist die Verwechslung der Viele-Welten-Theorie mit der vom Multiversum (ja, auch mit der von Marvel). Ehrlich, wer über die Vielen Welten extra schreibt sollte den Unterschied kennen! In der Quantenphysik ist diese Theorie letztlich eine Methode, um der Zufälligkeit von Quantenereignissen zu entgehen: Man nimmt einfach an, dass jedes mögliche Ergebnis eintritt und sich die Realität dabei sozusagen in unterschiedliche Pfade spaltet. Dann herrscht - gewissermaßen - wieder Kausalität. Im Grunde versucht sie, sich vor einigen Folgerungen aus der Quantentheorie zu drücken, nimmt dafür aber eine Hyperinflation von Realitäten in Kauf - ist ja nicht so meins...

Die kosmologische Theorie vom Multiversum ist jedoch eine völlig andere, denn ihre vielen Universen sind keine Versionen unserer Realität, sondern unser Universum ist eines unter vielen anderen - wobei diese anderen sich von unserem beträchtlich unterscheiden können. Die Multiversum-Theorie kann als Lösung für das Problem der sogenannten "Feinabstimmung der Naturkonstanten" gesehen werden, sie ermöglicht nämlich die Anwendung des Anthropischen Prinzips: Wenn es sehr viele verschiedene Universen gibt ist es wahrscheinlicher, dass eines davon unsere Existenz ermöglich - und dass wir ausgerechnet in diesem existieren braucht uns dann auch nicht mehr zu wundern.

Folgendes Zitat verdeutlicht den Irrtum: "Hat man die Vorstellung, dass alles, was geschieht, aus naturgesetzlicher Notwendigkeit geschieht, dann hätte nichts in unserer Welt anders laufen können. Man kann sich aber auch Welten mit ganz anderen Naturgesetzen vorstellen." Der erste Satz bezieht sich auf den Determinismus, den die Quantentheorie verletzt und der durch die Viele-Welten-Theorie repariert werden soll. Das "aber" im zweiten Satz jedoch ist fehl am Platz, denn auch in einem völlig anderen (naturgesetzlichen) Universum würde sich die gleiche Frage nach der Kausaltät stellen.

Diese Theorien haben also überhaupt nicht miteinander zu tun. Allerdings ist mir ihre Vermengung schon öfter unangenehm aufgefallen. Muss wohl daran liegen, dass es in beiden um "Paralleluniversen" geht und das irgendwie cool ist...

oder steht da im Subtext des Artikels etwa Resignation geschrieben?
Wenn wir nicht mehr darüber nachdenken, wie es sein könnte, können wir uns ja direkt wieder in unsere Höhlen oder auf die Bäume zurückziehen.
Evtl. liegt es ja auch an mir, jedenfalls habe ich für den Schlusssatz wenig bis kein Verständnis.

Ich bin sehr erfreut, dass endlich jemand den Missstand in der Oberstufen-Mathematik als solchen dargestellt hat.

Besonders schlimm ist es meines Erachtens hier in Nordrhein-Westfalen (NRW). Ich habe Abituraufgaben aus NRW und aus Bayern verglichen. Die Aufgaben aus NRW sind – entgegen landläufiger Meinung – nicht leichter als die bayerischen, aber nicht wegen der anspruchsvollen Mathematik, sondern wegen der wirren Aufgabenstellung.

Nicht genug damit, dass Sachzusammenhänge meist – wie in der Beispielaufgabe aus dem Artikel – an den Haaren herbeigezogen sind. Darüber hinaus sind viele Aufgaben uneindeutig. Bei einer Aufgabe sollte ein Lösungsweg skizziert werden, obwohl keine eindeutige Lösung existierte. In einem anderen Fall wurde (laut Musterlösung) eine Antwort auf eine Frage erwartet, die im Aufgabentext gar nicht gestellt wurde.

Weil man sich an solch komische Aufgaben nur langsam gewöhnt, muss ein Schüler in NRW viel härter lernen als mein Jahrgang (Hessen, Abitur in 1983, "hessisches Abitur"), kann dann aber viel weniger Mathematik. Da viele Studiengänge aber Mathematik voraussetzen, bleiben sie faktisch verschlossen – es sei denn, ein Elternteil ist Ingenieur. Ich halte das für einen Skandal.

Auf die Idee käme ich gar nicht.

Die Toilette ist generell kein Mülleimer. Da gehören ausschliesslich die Ergebnisse der Verdauung und das Toilettenpapier (selbst das funktioniert nicht in allen Ländern, weil die Kanalisation nicht dafür ausgelegt ist) hinein.
Kein Plastik, kein Gummi, keine Speisereste, keine Damenhygienartikel ....