Kann es sein, dass wir in einem holografischen Universum leben? (Videos) -

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Vielleicht sind wir alle Hologramme, Projektionen aus einem höherdimensionalen Raum. Die These ist gewagt, doch inzwischen gibt es experimentelle Hinweise auf ein „holografisches Universum“.

Hologramme sind Aufnahmen eines Objekts, die meist mittels Laserlicht erzeugt werden. Der Laserstrahl tastet das Objekt ab, die gewonnene Information wird in Form eines Beugungsgitters auf einer zweidimensionalen Fläche gespeichert, etwa einer fotochemisch behandelten Glasplatte. Wird ein zweiter, gleichartiger Laserstrahl auf dieses Gitter gerichtet, entsteht ein dreidimensionales Abbild des Ursprungsgegenstandes.

Die Theorie vom holografischen Universum überträgt dieses Prinzip auf den ganzen Kosmos. Sie wurde unter anderem von dem gelähmten britischen Physiker Stephen Hawking entwickelt. Lassen sich Informationen aus höheren Dimensionen in Gebilden niedrigerer Dimension kodieren, argumentiert er, könnten auch wir Menschen vierdimensionale holografische Schatten sein, erzeugt durch das Geschehen in einer höherdimensionalen Welt (Multiple Universen in höheren Dimensionen).

Das Schwarze-Loch-Paradoxon

Abgeleitet wurde die Idee aus physikalischen Überlegungen, die Schwarze Löcher betreffen. Ihren Namen verdanken Sie dem Umstand, dass aufgrund ihrer starken Gravitation nichts aus ihnen entkommen kann – nicht einmal Licht. Einem Betrachter erschienen sie wie ein rabenschwarzer Kreis im All. Er stellt den sogenannten Ereignishorizont dar. Ab dieser Grenzfläche, hinter der sich das eigentliche Schwarze Loch verbirgt, kann ein außen stehender Beobachter keinerlei elektromagnetische Strahlung mehr wahrnehmen.

Stellare Schwarze Löcher, die durch den Kollaps eines massereichen Sterns entstanden, sind nur wenige Kilometer groß. Hat dieser zehn Sonnenmassen, beträgt der Radius des Ereignishorizonts knapp 30 Kilometer; würde unsere Sonne zu einem Schwarzen Loch (tatsächlich ist sie dafür zu massearm), wären es 2,9 Kilometer.

In den 70er-Jahren fand Hawking jedoch heraus, dass die Schwerkraftmonster nicht total schwarz sind, sondern eine schwache Strahlung aussenden. Dadurch verlieren sie über die Äonen an Masse und verdampfen schließlich vollständig. Damit standen die Physiker jedoch vor einem Rätsel, denn der Theorie zufolge sollte diese sogenannte Hawking-Strahlung keinerlei Information über die Zustände im Innern des Schwarzen Lochs nach außen tragen.

Wenn es verdampft ist und mit einem finalen Strahlenblitz aus dem Universum verschwindet, wäre somit jegliche Information über den kollabierten Stern, der das Loch hervorbrachte, verloren. Dies widerspricht aber dem physikalischen Prinzip, dass Information unzerstörbar ist. Die Forscher nannten dies das Schwarze-Loch-Paradoxon.

Hawking musste Wettschuld einlösen

Einen Schlüssel zu dessen Lösung lieferte der israelische Physiker Jacob Bekenstein von der Hebräischen Universität in Jerusalem. Er entdeckte, dass die Entropie eines Schwarzen Lochs, die in diesem Fall mit seinem Informationsgehalt gleichzusetzen ist, zur Oberfläche der Kugel des Ereignishorizonts proportional ist.

Je mehr Masse ein Schwarzes Loch besitzt, desto größer ist der Radius dieser einhüllenden Blase – und damit auch ihre Oberfläche. Später zogen andere theoretische Physiker die String-Theorie zu einer neuen Berechnung der Eigenschaften Schwarzer Löcher heran. Dabei fanden sie heraus, dass sich an der Oberfläche des Ereignishorizonts Quantenfluktuationen abspielen.

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Diese Kräuselungen der Raumzeit werden jedoch von Abläufen und Zuständen innerhalb des Horizonts beeinflusst. Damit sind in ihnen Informationen über das Innere des Schwarzen Lochs kodiert. Information erwies sich somit als tatsächlich unzerstörbar, das Paradox war aufgelöst. Bei einer Aufsehen erregenden Konferenz über relativistische Physik im Juli 2004 gestand dies auch Stephen Hawking ein. Damit hatte er eine Wette verloren, die er 1997 mit seinem Kollegen Kip Thorne gegen den US-Physiker John Preskill abgeschlossen hatte.

Hawking und Thorne behaupteten, dass Schwarze Löcher nichts wieder herausgeben, was sie sich einmal einverleibt haben – auch keine Information. Preskill hielt dagegen, der Quantentheorie zufolge müsste die Information, die ein Schwarzes Loch verschlingt, in irgendeiner Form erhalten bleiben. Ihm überreichten die Verlierer als Gewinn eine Enzyklopädie, weil „Informationen aus dieser Quelle ganz nach Wunsch wiedererlangt werden können.“ (Überraschende Theorie: Wie man einem Schwarzen Loch entkommt)

Gegen den gesunden Menschenverstand

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Daraus erwuchs eine tiefe physikalische Einsicht: Die in drei Dimensionen vorliegende (Quanten-)Information über den Vorläuferstern eines Schwarzen Lochs kann offenbar auf der zweidimensionalen Kugelfläche des Ereignishorizonts kodiert werden – was der Speicherung von Information über ein 3-D-Objekt in einem 2-D-Hologramm entspricht.

Diese Erkenntnis brachte den Stanford-Physiker Leonard Susskind und seinen niederländischen Kollegen Gerard t Hooft von der Universität Utrecht – er erhielt 1999 den Physik-Nobelpreis – auf die Idee, das holografische Prinzip auf das ganze Universum anzuwenden. Schließlich besitzt auch der Kosmos einen Horizont, nämlich jene Kugelschale, die das für uns sichtbare Universum begrenzt.

Darüber hinaus können wir auch mit den besten Teleskopen grundsätzlich nicht schauen, denn das Licht aus dem dahinter liegenden Raum konnte uns in der seit dem Urknall vergangenen Zeit von 13,7 Milliarden Jahren noch nicht erreichen.

Theoretiker wie der Argentinier Juan Maldacena vom Institute for Advanced Study der Universität Princeton bestätigen, dass an der Idee etwas dran sein könnte, denn er kam zu einem ähnlichen Ergebnis: Mit den Formeln der String-Theorie konnte er zeigen, dass die physikalischen Abläufe in einem fünfdimensionalen Universum, das eine sattelförmig geschwungene Form hat (ähnlich einem Kartoffelchip), denjenigen an seiner vierdimensionalen Grenzfläche entsprechen.

Träfe die Theorie zu, wären die Folgen recht befremdlich. Die Welt, die wir in unserem Alltag erleben, wäre dann nichts als die holografische Projektion physikalischer Prozesse, die sich weit entfernt an einer 2-D-Oberfläche abspielen. Wir stehen auf, duschen und lesen Zeitung – oder diesen Artikel –, weil am Rand des Universums irgendetwas geschieht. Dies ist nicht mit unserem Erleben im Einklang, und auch nicht mit dem gesunden Menschenverstand (Ist unser Universum nur eine riesige Matrix? (Videos)).

Was es für uns und unsere Welterkenntnis bedeuten würde, in einem Hologramm zu leben, weiß niemand. So könnte man die Idee getrost als eine der vielen wenig realistischen mathematischen Spielereien abtun, denen sich die theoretischen Physiker so gerne hingeben – wäre da nicht Craig Hogan. Er ist Direktor des Zentrums für Astroteilchenphysik am Fermi National Accelerator Laboratory sowie Astrophysik-Professor für Astronomie an der Universität von Chicago und gehörte einer der beiden Forschergruppen an, die 1998 die Dunkle Energie entdeckten.

In seiner Arbeit befasst sich Hogan mit der Welt der kleinsten Teilchen. Das aber hat Grenzen. Denn die wirklich fundamentalen Bausteine der Materie sind so winzig, dass sie mit heutigen Methoden nicht beobachtet werden können – auch nicht mit noch so großen Teilchenbeschleunigern (CERN findet mögliche Tür zu neuer Dimension). Eine der Theorien, die diese Welt der allerkleinsten Teilchen beschreibt, ist die Schleifen-Quantengravitation.

Der Raum, so besagt sie, setzt sich aus winzigen Quanten zusammen. Er ist nicht mehr glatt und kontinuierlich, sondern gekörnt wie ein fotografischer Film. Diese Struktur sitzt nicht im Raum, sie ist der Raum.

Die Raumquanten haben einen Durchmesser von einer Planck-Länge. Es ist die kleinste im Universum mögliche Ausdehnung, sie beträgt 10-33 (ein billionstel trilliardstel) Zentimeter. Sie bilden stets neue Konfigurationen, und zwar im Rhythmus der Planck-Zeit als dem kürzestmöglichen Zeitintervall im Kosmos von 10-43 oder zehn trilliardstel trilliardstel Sekunden Dauer. Da die Raumquanten Träger einer Informationseinheit sind, können wir sie auch als Bits bezeichnen (Quanten Äther: Die Raumenergie wird nutzbar – Wege zur Energiewandlung im 21. Jahrhundert).

Video: Doppelspalt-Experiment – Quantenphysik einfach erklärt

Auf der Jagd nach den kosmischen Körnchen

Kein Forscher glaubte ernsthaft, jemals bis zu den Planck-Größen vordringen zu können. Craig Hogan aber hatte eine Idee, wie dies doch gelingen könnte. Im Licht des holografischen Prinzips müssen wir uns das Universum als eine mit Raumquanten gefüllte Blase denken, deren Oberfläche ebenfalls dicht mit Raumquanten bepackt ist – und zwar mit der gleichen Menge, die im 3-D-Volumen des Kosmos enthalten ist.

Dies ist eigentlich nicht möglich, denn im Innern der kosmischen Blase finden viel mehr Quanten Platz als auf ihrer Oberfläche. Die Zahlen stimmen somit nicht überein – es sei denn, die Quanten im Innern wären größer als eine Planck-Länge. Nach Hogans Berechnungen müssten sie 10-16 Zentimeter groß sein. Damit aber wären sie physikalischen Experimenten zugänglich.

Nun sann der US-Forscher darüber nach, wie sich die kosmischen Körnchen am besten aufspüren lassen – und wurde fündig. Er hatte erkannt, dass sich die zufälligen Fluktuationen der Raumquanten am ehesten auf die Laserstrahlen in den Gravitationswellen-Detektoren auswirken sollten, mit denen Astrophysiker den Schwingungen der Raumzeit nachspüren. Diese werden von Ereignissen im Kosmos ausgelöst, bei denen starke Schwerefelder im Spiel sind, etwa die Kollision Schwarzer Löcher oder der Gravitationskollaps extrem massereicher Sterne, die in titanischen Hypernova-Explosionen verglühen (Kollision Schwarzer Löcher könnte die Raumzeit stören (Video)).

Weltweit gibt es fünf Gravitationswellen-Detektoren. Zur Überprüfung seiner These erschien Hogan die deutsche Anlage GEO600 bei Hannover am besten geeignet. Darin werden mittels einer Präzisionsoptik Laserstrahlen vermessen, die über Strecken von einigen Hundert Metern rechtwinklig zueinander verlaufen. Die von den Gravitationswellen ausgelösten Verzerrungen der Raumzeit sollten den Laufweg des Laserlichts beeinflussen und so messbar werden. Der Aufruhr der Raumquanten müsste sich durch ein „Rauschen“ in den Detektordaten bemerkbar machen – ähnlich wie das pixelige Rauschen im Fernsehbild bei gestörtem Empfang.

Im Juni 2008 übermittelte Hogan seine Prognose an die GEO600-Wissenschaftler. Zu seiner Überraschung musste er feststellen, dass diese den Effekt vielleicht längst gefunden haben, es aber nicht bemerkten. Schon seit Längerem ärgern sie sich über ein Störsignal, dessen Ursache sie nicht herausfinden konnten. Zwar ist dies noch kein Beweis für die Theorie vom holografischen Universum, denn das Rauschen kann auch ganz triviale Ursachen haben. So vermuteten die Hannoveraner Physiker zunächst, dass Temperaturunterschiede in den langen Lasertunneln das Rauschen auslösen könnte. Dann zeigte sich, dass dies den Störeffekt allenfalls zu einem Drittel erklären kann.

Dennoch sind die Forscher elektrisiert. In den kommenden Monaten wollen sie mit neuen Experimenten untersuchen, ob sich Hogans Vermutungen bestätigen lassen. Normalerweise sind die Detektoren so eingestellt, dass beste Chancen bestehen, explodierende Sterne oder verschmelzende Schwarze Löcher zu finden. Diesen Frequenzbereich wollen die GEO600-Forscher nun schrittweise hin zu immer kürzeren Wellenlängen verschieben, um zu sehen, wie sich das Störsignal verändert.

„Wir sind gespannt, welche Erkenntnisse wir über das mögliche holografische Rauschen erhalten werden“, sagt Projektleiter Karsten Danzmann vom Max-Planck-Institut für Gravitationsforschung in Golm bei Potsdam. „Wir befinden uns sozusagen im Mittelpunkt eines Wirbelsturms in der Grundlagenforschung.“

Beweis der Theorie wäre ein erster Schritt zur „Weltformel“

In gewisser Weise wäre es eine Ironie, würde ein Forschungsgerät, das den gewaltigsten Ereignissen im Kosmos nachspüren soll, die Körnigkeit der Raumzeit auf den kleinstmöglichen Skalen nachweisen.

Immerhin wäre es eine Entdeckung von fundamentaler Bedeutung. Erstmals würden die Quanten von Raum und Zeit direkt beobachtet. Sie hängen über die Lichtgeschwindigkeit (c) zusammen, denn die Planck-Zeit ergibt sich aus Planck-Länge dividiert durch c. Schon gibt es unter den Physikern Ideen, den holografischen Effekt mit speziell entwickelten Experimenten näher zu untersuchen, etwa mit einem „Atom-Interferometer“, das anstelle von Laserstrahlen ultrakalte Atome nutzt. Sie haben viel kürzere Wellenlängen als Licht (Plasma-Kosmologie: Das Mainstream Universum vs. das Elektrische Universum (Video)).

Was würde es bedeuten, wenn sich Hogans Theorie als wahr herausstellt und wir wirklich in einem holografischen Universum leben? Für unseren Alltag natürlich nichts. Dafür fänden physikalische Gedankengebäude wie bestimmte Versionen der String-Theorie eine erste Bestätigung. Daraus könnten die Physiker möglicherweise eine „Weltformel“ entwickeln, die Gravitations- und Quantentheorie vereint und das Universum so vollständig beschreiben kann.

Ein eigenartiges Gefühl bliebe wohl dennoch, wenn unser Dasein nichts wäre als ein bewegtes Hologramm als Projektion physikalischer Prozesse, die sich am Rand des Universums abspielen. Dann stellt sich nämlich die Frage, wer der Puppenspieler ist, der dieses ganze kosmische Schattenspiel veranstaltet.

Video: Michael Talbot : Holographisches Universum

Michael Talbot (1953-1992) war ein amerikanischer Autor, der sich mit den Parallelen zwischen Mystik und Quantenphysik beschäftigt hat.

Dabei versuchte er vor allem den Menschen das holographischen Realitätsmodell näherzubringen, das vom Physiker David Bohm und vom Neurophysiologen Karl Pribram entwickelt wurde.

Michael hatte als Kind selbst einige paranormale Erfahrungen und hat in der Betrachtungsweise der Welt als Hologramm ein Erklärungsmodell gefunden, durch das sich auch solche Erfahrungen erklären lassen. Ein interessantes Interview geführt von Psychologe Dr. Jeffrey Mishlove (Einführung in die Theorie des Holographischen Universums (Videos)).

Quellen: PublicDomain/Focus/matrixwissen.de am 20.01.2016

Literatur:

Die Physik des Unmöglichen: Beamer, Phaser, Zeitmaschinen von Michio Kaku

Das holographische Universum von Michael Talbot

Die geheime Geschichte der Menschheit von Jim Marrs

Die Sklavenrasse der Götter von Michael Tellinger

Kann es sein, dass wir in einem holografischen Universum leben? (Videos)

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