Montag, Dezember 15, 2014

Grenzen der Erkenntnis

Was wir nicht wissen können

Für die Menschen gibt es Grenzen der Erkenntnis. Doch wo liegen die wirklichen Grenzen, die zu überschreiten niemals möglich sein wird?
Zuerst sollte man sehr vorsichtig sein, endgültige Grenzen festzuschreiben, aber es ist trotzdem hilfreich, einige Grenzen zu betrachten, über die wir nach dem Stand der Physik niemals hinausgehen können. Diese will ich kritisch betrachten.
Die Grenzen unserer Welt

Die Vergangenheit

Geht man in der Zeit zurück, dann kann jeder bis in seine eigene Kindheit zurücksehen, das sind wohl maximal 100 Jahre. Das Davor kennen wir nur von anderen Beobachtungen und Erzählungen. Aus der Physik und den Beobachtungen der Astronomie kann man sehr genau einen Zeitpunkt rekonstruieren, der am absolutem Anfang unseres Universums stand. Es ist der Urknall, ein Ereignis, in dem bei unendlich hoher Temperatur unser Universum seinen Anfang nahm. Die beste Einschätzung sagt, dass dieser Zeitpunkt 13,798 ± 0,037) Mrd. Jahre zurückliegt [1]. 
Da es zum Zeitpunkt des Urknalls unendlich hohe Temperaturen gab, ist alle Information, die davor existiert haben könnte, vernichtet. Erstaunlicherweise besitzen wir aber für einen Zeitpunkt, der nur 0,000 000 000 000 000 000 000 001 nano Sekunden nach der Geburt des Universums liegt, bereits Informationen, Siehe folgende Abbildung.
Erstes Bild des Universums, sehr kurz nach dem Urknall, Bildquelle: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Das Erste Bild, wenn auch noch unscharf, soll die Störung der Quantenfelder durch Gravitationswellen darstellen. Wie die Welt eine Nanosekunde früher ausgesehen hat, werden wir nie auf einem Bild sehen, es ist allerdings nicht auszuschließen, dass es schlüssige Theorien geben wird, die die Ursache des Urknalls erklären. Allerdings bin ich mir sicher, dass darin das Wort "Gott" nicht vorkommen wird.

Die Zukunft

Auch wenn jeder halbwegs fähige Sciencefiction-Held in die Zukunft reisen kann, so wird uns diese Form der Reise auch in Zukunft verboten bleiben. In der heutigen Vorstellung würde ein sehr fundamentales Problem, das der Kausalität, völlig zerstört. Die berühmte Frage, könnte ich durch eine Zeitreise Ereignisse beeinflussen, und bereits etwas zu sehen ist eine massive Einflussnahme in der Quantenphysik, führt auf paradoxe Probleme. 
Es liegt daher in unserer Logik, dass eine Zeitreise, die eine Kommunikation mit der Vergangenheit ermöglicht, unmöglich ist. Wir werden also weiter gemeinsam eine Zeitreise durchleben, allerdings synchronisiert. Genaugenommen über den Ereignishorizont synchronisiert, für alle die mit der Relativitätstheorie argumentieren.
Allerdings gibt es eine Theorie, die Vielweltentheorie nach Hugh Everett, die keine Kausalität erfordert, allerdings auch keine Kommunikation erlaubt und ohne Kommunikation ist es eben langweilig.

Entfernung

Wie weit kann man eigentlich sehen? Mit bloßem Auge kann man in der Nacht die Andromeda Galaxie sehen, und die ist 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt. Das ist aber nicht das Ende des Universums, denn mit Teleskopen kann man erheblich weiter hinausschauen. 
Die Andromeda Galaxie, das entfernteste Objekt, das man mit bloßem Auge sehen kann.
Das Limit für Teleskope liegt dort, wo das Licht vor 13 Milliarden Jahren gestartet ist, also zu Beginn des Universums. Die Orte die man dabei sieht haben sich von uns wegbewegt, da es eine Expansion des Universums gibt, diese Orte liegen heute 42 Milliarden Lichtjahre weit von uns entfernt. Alle Orte, die noch weiter entfernt sind, liegen hinter einem unüberbrückbaren Horizont, jenseits dem wir niemals etwas sehen können.

Quantenmechanik

Auch in der Richtung von kleinen Strukturen gibt es eine Grenze, die nicht in der gleichen Art erscheint, wie wir es aus dem Alltag gewohnt sind. Die Quantenmechanik besagt, dass verschiedene Größen, wie Ort und Impuls, nur bis zu einem kleinstem Wert, dem Planckschen Wirkungsquantum, h = 6,6 E-34Js, genau gemessen werden können. Es gibt also nicht das Kleinste, sehr wohl aber das genaueste, eine Unsicherheit der Messung bleibt immer vorhanden. 
Im Alltag mag das wenig stören, aber für viele Vorgänge, die inzwischen für die Geräte des Alltags eine große Rolle spielen, angefangen beim Smartphone, spielt das eine erhebliche Rolle und beschränkt uns immer in der Verkleinerung. Kleiner wie Atome geht eben nicht, um es vereinfacht zu sagen.

Grenzen der Innovationen

Obwohl uns die Welt in eine merkwürdige Box eingesperrt hat, können wir uns zumindest in dieser Box frei bewegen und uns viele spannende Sachen ausdenken und umsetzen. Insofern stellt die Box keine schreckliche Einengung dar, andererseits ist es schon ein komisches Gefühl, Gefangener in dieser Welt zu sein.
Diese Betrachtung habe ich ohne viel Hintergrundliteratur angestellt, sollte jemand das "Box"-Problem besser aufbereitet haben, freue ich mich über Hinweise.

Quellen:

[1] Planck 2013 results, arXiv:1303.5062v1 [astro-ph.CO] 20 Mar 2013

1 Kommentar:

cassielrandomson hat gesagt…

Hallo Herr Heindl,

die Kommentierung ihres Blogs war bislang für mich etwas schwierig, da ich JavaScript nur selektiv aktiviere. Wordpress wäre da eine besser Wahl. Ich versuch's trotzdem noch mal:

Ich hab mich schon länger mit diesem Thema befasst. Meine Quintessenz in ihrer kürzesten Form: Alles in Zufall!

Es gibt nicht weniges in unserer Welt was vollkommen zufällig geschieht z.B. radioaktiver Zerfall. An den prinzipiellen Erkenntnisgrenzen in der Quantenphysik gibt es eigentlich keinen Zweifel mehr. Allerdings sind die Grenzen der Erkenntnis wo es noch Ursache-Wirkung Beziehungen gibt oder wo es diese nicht mehr gibt und es keinen Sinn mehr macht nach einer Ursache bzw. einem "Warum" zu fragen, noch lange nicht erreicht.
Sie erwähnen bspw. den Urknall und fragen nach dessen Ursache. Dabei ist genau dieser ein solcher Nebel des Zufalls wo sich Ursache und Wirkung auflösen und somit eine prinzipielle Erkenntnisgrenze erreicht ist. Aber das ist ja auch eine Erkenntnis.
Man muss also nicht erst Zeitreisen unternehmen um die Vorstellung von Kausalität zu zerstören.
Und mit dem Ende von Ursache und Wirkung ist auch die aristotelessche Logik am Ende. Darüber hinaus gehende Erkenntnisse bedürfen einer neuen selbstbezüglichen (cybernetischen) Logik, für die die aristotelessche Logik nur noch ein Spezialfall darstellt wie das Newton'sche Gravitationsgesetz für Einsteins spezielle Relativitätstheorie.
Wer also die Grenzen der Erkenntnis ausweiten will, der sollte nicht nach Ursache-Wirkung-Beziehungen hinter solchen prinzipiell undurchdringlichen Nebeln des Zufalls suchen. Selbst wenn es sie geben sollte sind sie wie Sie am Beispiel der Vielweltentheorie selbst gezeigt haben, im physikalischen Sinn _vollkommen_ irrelevant, denn es gibt ja keine Möglichkeit wie sich diese uns mitteilen können, da es keine kausale Verbindung gibt.
Ja, wir sind in einer kausalen Box mit Nebelwänden aus Zufall gefangen wo die Grenzen der Erkenntnis nach aristotelesscher Logik und dieser selbst erreicht sind. Aber das ist selbst eben auch eine Erkenntnis, und wenn wir uns von diesem Spezialfall der Logik emanzipieren und uns selbst als subjektiven Beobachter einbeziehen (wie es auch in der Quantenphysik notwendig ist) dann erweitern sich die Grenzen der Erkenntnis und es ist sogar möglich, dass es dann gar keine prinzipiellen Erkenntnisgrenzen mehr gibt, sondern es nur von uns selbst abhängt wo unsere persönliche Erkenntnisgrenze ist.

Interessanterweise verfolge ich Ihre Blogs, weil ich Sie für einen der wenigen Zeitgenossen halte, die den 2. Hauptsatz der Thermodynamik verstanden haben, welcher allerdings in seiner statistischen Interpretation nach Boltzmann und in seiner universellen Gültigkeit, nicht anderes als: Alles ist Zufall! bedeutet.

Kontaktinformation: im heise-Forum bin ich mit dem Nick cassiel zu finden.