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Physik: Der kreative Kosmos - Geist und Materie aus Information

Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2002. 408 Seiten, 29,95 €


Die Quantentheorie ist die erfolgreichste naturwissenschaftliche Theorie. In keinem einzigen Fall sind ihre Vorhersagen bisher mit den experimentellen Ergebnissen in Widerspruch geraten, und mit enormer Genauigkeit beschreibt sie Phänomene im Bereich der Elementarteilchen, Atome und Moleküle, aber auch im makroskopischen Bereich. Kann diese Theorie auch einen Beitrag zur Erklärung des menschlichen Geistes liefern?

Bisher sind derartige Theorien eher als Kuriositäten einzustufen. Die prominenteste stammt von Roger Penrose: Bewusstsein entstehe in den das Gehirn durchziehenden "Mikrotubuli" durch bestimmte informationsverarbeitende Prozesse, die der Auswertung "nicht berechenbarer Funktionen" im Sinne der Mathematik entsprechen und daher für Computer prinzipiell nicht durchführbar sind (siehe die Rezension in Spektrum der Wissenschaft 8/1996, S. 118). Dazu postuliert Penrose eine erweiterte Theorie, in der im Gegensatz zur heutigen Form der Zufall keine Rolle mehr spielt und die auch die seit langem gesuchte Quantentheorie der Gravitation umfasst. Nur dem Ruhm des genialen Wissenschaftlers und Autors Penrose dürfte es zu verdanken sein, dass diese Theorie überhaupt ernsthaft diskutiert wird.

Dagegen müssen Thomas Görnitz, Professor für Didaktik der Physik in Frankfurt am Main, und Brigitte Görnitz, Psychotherapeutin und Dozentin in der Erwachsenenbildung, keinen Ruhm zu Hilfe nehmen, sondern können sich ganz auf die Kraft ihrer Argumente verlassen. Ihre grundlegende Annahme ist: Die allem Sein zu Grunde liegende "Substanz" ist "Information"; sie unterliegt den Gesetzen der Quantentheorie. Fundamental sind demnach nicht bestimmte materielle Einheiten wie etwa Elementarteilchen, sondern das, was unterschieden werden kann. Insbesondere sind geistige Zustände und Materie nur zwei Erscheinungsformen derselben Ur-Sache: "Die Gedanken sind so real wie die Atome", lautet einer der Kernsätze des Buches.

Information wird hier zunächst in ihrem alltäglichen Sinne verstanden: Sie ist "etwas, von dem es nicht prinzipiell unmöglich erscheint, dass es gewusst werden könnte", und ist nur denkbar zusammen mit einem Begriff oder einer Struktur, deren Bestimmung sie dient. In der einfachsten Form geschieht dies durch Ja-Nein-Entscheidungen, die im Computer durch Bits dargestellt werden. Diese "klassische" Information beruht auf Fakten, ist also das Ergebnis tatsächlicher Ereignisse und wird durch die klassische Physik beschrieben. Nun ist es notwendig, in einigen Bereichen der Natur von der klassischen Physik zur Quantentheorie überzugehen. Dem entspricht ein Übergang zur "Quanteninformation", welche die zukünftigen Möglichkeiten von Quantenobjekten beschreibt. Eine dieser Möglichkeiten wird zufällig durch ein irreversibles Ereignis, zum Beispiel eine Messung, zu einem Faktum, also zu klassischer Information.

Die Autoren betonen, dass weder die klassische Information noch die Quanteninformation allein eine vollständige Beschreibung der Wirklichkeit liefern können. Nötig sei vielmehr das "gegenseitige Bedingen und Auseinander-Hervorgehen" von Fakten und Möglichkeiten, was sie als "Schichtenstruktur von klassischer Physik und Quantenphysik" bezeichnen. Da die Autoren von der Universalität der Information ausgehen, vermuten sie genau diese Schichtenstruktur auch als Grundlage der Informationsverarbeitung im Gehirn. Entscheidend sei nicht der Unterschied zwischen dem Unbewussten und dem Bewussten, die beide nur eine Form von Information seien, sondern zwischen der klassischen und der Quanteninformation.

Das Selbsterleben habe nun neben dem Zugang zu Fakten auch Zugang zu Quanteninformation: "Denkendes Selbsterleben bildet einen individuellen Quantenprozess, der in seinem Kern bis zum Tod des Lebewesens nicht klassisch wird." Damit überschreiten die Autoren in einem wesentlichen Punkt das heutige Verständnis der Quantentheorie, demzufolge einem Beobachter der Zugang zur Quanteninformation stets versagt ist, da diese durch eine Messung stets zerstört wird.

Quanteninformation beschreibt alle zukünftigen Möglichkeiten eines bestimmten Quantenzustands zugleich, samt deren Veränderungen in der Zeit. Die Autoren sehen hierin eine Erklärung für die Assoziativität des Denkens und die "Nichtentschiedenheit" des Unbewussten. Aber gibt es in unserem Bewusstsein tatsächlich das gleichzeitige Erleben einander ausschließender Möglichkeiten? Dies scheint zunächst wenig plausibel, erleben wir unser Denken doch als grundsätzlich sequenziell, auch wenn wir rasch zwischen den verschiedensten Gegenständen wechseln und dabei mehrere Aspekte dieser Gegenstände im Auge behalten können. Aber auch wenn tiefergehende Introspektion gewisse Aspekte von Parallelität aufzeigen mag, droht hier doch die Schlussfolgerung, dass der Zugang zur Quanteninformation nur ein vermittelter ist, was die ursprüngliche Annahme in Frage stellen würde. Dies bedürfte umso mehr der Klärung, als die Autoren argumentieren, die enorme Geschwindigkeit des Gehirns bei der Lösung komplexer Aufgaben sei nur durch das gleichzeitige Durchdenken aller Möglichkeiten zu erklären: die einem Quantencomputer inhärente Parallelverarbeitung.

Durch die Bildung von neuen, räumlich ausgedehnten Quantenzuständen aus ursprünglich getrennten Zuständen könne schließlich zum einen das "Bindungsproblem" der Hirnforschung gelöst werden, wie nämlich Informationen über ein Objekt an unterschiedlichen Orten im Gehirn zusammengefasst und als Einheit erlebt werden können. Zum anderen enthielten solche kombinierten Quantenzustände die Antworten auf gänzlich neue "Fragen". Diese Antworten könnten bei Feststellungen oder Entscheidungen zu Fakten werden, die in den Ausgangszuständen gar nicht enthalten waren. So könne im Rahmen der Quantenphysik tatsächlich Neues entstehen.

Wie der Titel andeutet, geht das Buch über die hier geschilderten Aspekte hinaus. Es verankert den universellen Informationsbegriff in der Kosmologie, nach dem Vorbild Carl Friedrich von Weizsäckers, dessen Ure in der heutigen Terminologie zu Quantenbits geworden sind, und zeichnet die Evolution der Information von der Strukturbildung in der Natur bis zur Schaffung von Bedeutung in Gehirnen nach. Gleichzeitig sucht es in den Arbeiten von Sigmund Freud und Carl Gustav Jung nach Analogien zur Quantentheorie, versucht etwa das "kollektive Unbewusste" Jungs mit der Quanteninformation im Unbewussten in Beziehung zu setzen.

Das Buch ist für einen breiten Leserkreis geschrieben und auch tatsächlich geeignet. Seine Stärke liegt darin, dass es aus einer tiefen Kenntnis der Quantentheorie heraus entstanden ist und deren Möglichkeiten konsequent weiterdenkt. Wenn man dabei auch nicht jedem Argument folgen oder jede Analogie für plausibel halten mag, so ist doch insgesamt ein konsistenter Rahmen geschaffen, der sogar experimentell – durch Introspektion – überprüft werden kann, noch bevor zukünftige Messmethoden Quantenzustände in Gehirnen nachweisen können. Eine wesentliche Frage wird dann sein, ob es im Gehirn makroskopisch ausgedehnte Quantenzustände gibt. Dies dürften viele Physiker bezweifeln. Die Autoren vermuten vor allem Photonen, also elektromagnetische Felder, als Träger von Quanteninformation.

Damit haben sich die Autoren nichts weniger vorgenommen als eine Lösung des notorischen Leib-Seele-Problems: Ist alles Denken Folge physiologischer Prozesse und wegen deren Determiniertheit die erlebte Freiheit des Geistes eine Illusion, oder muss man zu einem nicht-kausalen Dualismus zwischen Geist und Materie übergehen? Die meisten Naturwissenschaftler wählen die erste Alternative, einige wenige die zweite – und die Autoren eine dritte. Sie erklären die Information zur primären Substanz, räumen Gedanken und anderen erlebten Zuständen denselben Status ein wie materiellen Einheiten; die Kausalität bleibt erhalten, indem die Quantenmechanik zur grundlegenden Theorie der Information erhoben wird. Damit können nicht nur körperliche Zustände zur Ursache von Gedanken werden, sondern insbesondere auch Gedanken körperliche Zustände verursachen. Gibt es in diesem Rahmen eine Chance für die Freiheit des Denkens und Wollens? Die Autoren sehen sie in dem Wechselspiel von durch Fakten bestimmter Notwendigkeit und dem neue Möglichkeiten eröffnenden Zufall, wie es in der Schichtenstruktur von klassischer und Quantenphysik vorgeprägt sei.

Diese Antwort vermag zwar noch nicht zu überzeugen. Vermutlich ist es aber auch gar nicht die Aufgabe der Naturwissenschaft, die Freiheit des Menschen zu erklären oder zu beweisen. Die Autoren sprechen deshalb auch nur von einem Rahmen, der Freiheit innerhalb einer naturwissenschaftlichen Weltbeschreibung zu denken erlaube. Die Schaffung dieses Rahmens, der mit der Lösung des Dilemmas zwischen Subjektivität und Kausalität zusammenhängt, ist die wesentliche Leistung dieses außergewöhnlichen Buches.

Aus: Spektrum der Wissenschaft 10 / 2003, Seite 95
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
10 / 2003

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 10 / 2003

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