Hast Du schon mal in ein Hologramm auf einem Geldschein oder Deiner Kreditkarte geblickt, die eigentlich zweidimensional sind, für uns aber dreidimensional aussehen? Das Hologramm wird als das Medium der Zukunft bezeichnet, ihre Möglichkeiten sind faszinierend und beschränken sich bei Weitem nicht nur auf die Übertragung von Informationen.
Faszinierende Fakten über Hologramme
Hologramme sind Aufnahmen eines Objekts, die mittels Laserlicht erzeugt werden. Der Laserstrahl tastet das Objekt ab, die dabei gewonnene Information wird in Form eines Beugungsgitters auf einer zweidimensionalen Fläche gespeichert, etwa einer fotochemisch behandelten Glasplatte. Trifft ein zweiter, gleichartiger Laserstrahl auf dieses Gitter, entsteht ein dreidimensionales Abbild des Ursprungsgegenstands. Physiker stellen aufgrund neuester Forschungen nun die kühne Annahmen auf, dass es sich möglicherweise mit unserem Universum ganz ähnlich verhält, wie Daniel Grumiller vom Institut für Theoretische Physik der TU Wien erklärt:
„Schon 1997 stellte der Physiker Juan Maldacena die Vermutung auf, dass es eine Korrespondenz zwischen Gravitationstheorien in gekrümmten Anti-de-Sitter-Räumen und Quantenfeldtheorien in Räumen mit einer Dimension weniger gibt“
Tatsächlich verwendete Maldacena in seiner Theorie das holografische Prinzip, um die Einsteinsche Gravitationstheorie mit der Quantenphysik zu verbinden. Bisher wohl eine erfolgreiche Methode. So seien inzwischen mehr als zehntausend wissenschaftliche Arbeiten zu Maldacenas „AdS-CFT-Korrespondenz“ veröffentlicht worden. Man beschreibt demnach Gravitations-Phänomene in einer Theorie mit drei Raumdimensionen oder das Verhalten von Quantenteilchen in einer Theorie in zwei Raumdimensionen und kann die Ergebnisse ineinander überführen.
Die ursprüngliche Stringtheorie basiert auf zehn Dimensionen, wobei Menschen vier dieser Dimensionen wahrnehmen können. Der Film „Das Elegante Universum“ besteht aus drei Teilen, die sich allesamt mit der umstrittenen Stringtheorie und deren Versuch, die Quantenphysik und Einsteins allgemeine Relativitätstheorie zu vereinen, beschäftigen.
Dieser kurze Film-Ausschnitt mit Physiker Brian Greene zeigt bildhaft diese Theorie des „Holographischen Universums“:
Wir leben jedoch definitiv nicht in einem Anti-de-Sitter-Raum, so Grumiller. Denn diese Art von Räumen haben merkwürdige Eigenschaften wie z.B. dass sie negativ gekrümmt sind. Objekte, die man auf gerader Linie wegwirft, kommen wieder zurück. „Unser Universum hingegen ist ziemlich flach – und auf astronomischen Distanzen betrachtet ist es positiv gekrümmt“, fügt Grumiller an.
Allerdings vermutete er schon vor einigen Jahren, dass ein Korrespondenzprinzip auch für unser „reales Universum“ gelten könnte. Um das herauszufinden, muss man Gravitationstheorien konstruieren, die keine exotischen Anti-de-Sitter-Räume brauchen, sondern in gewöhnlichen flachen Räumen zu Hause sind.
Eine internationale Kooperation der Universität Edinburgh, Harvard, IISER Pune, dem MIT, der Universität Kyoto und der TU Wien untersucht seit etwa drei Jahren genau diese möglichen Zusammenhänge. Im Zuge dessen veröffentlichte Grumiller mit Kollegen aus Japan und Indien einen Artikel im Journal Physical Review Letters, mit der Bestätigung zur Korrespondenz-Vermutung in einem flachen Universum.
Die Quantengravitation im Hologramm
„Wenn die Quantengravitation im flachen Raum eine holographische Beschreibung durch eine gewöhnliche Quantentheorie zulässt, dann muss man physikalische Größen in beiden Theorien berechnen können, und die Ergebnisse müssen übereinstimmen“, erklärt Grumiller.
Besonders eine Schlüsseleigenschaft der Quantenmechanik – nämlich die Quantenverschränkung – muss sich auf der Seite der Gravitationstheorie finden lassen. Verschränkte Quantenteilchen lassen sich mathematisch nicht getrennt beschreiben – sie bilden quantenphysikalisch betrachtet ein gemeinsames Objekt, auch wenn sie weit voneinander entfernt sind. Ein Maß für die quantenmechanische Verschränkung ist die sogenannte „Verschränkungsentropie“.
Gemeinsam mit Arjun Bagchi, Rudranil Basu und Max Riegler konnte Daniel Grumiller zeigen, dass man für diese Verschränkungsentropie in einer flachen Quantengravitationstheorie und in einer niedrigdimensionalen Quantenfeldtheorie tatsächlich denselben Wert erhält.
„Diese Rechnung bestätigt unsere Vermutung, dass das holographische Prinzip auch in flachen Raumzeiten realisiert sein kann. Es ist somit ein Hinweis für die Gültigkeit dieses Prinzips in unserem Universum.“ erklärt Riegler.
Platons Höhlengleichnis korrespondiert mit der Stringtheorie
Alle Weltallbewohner sind nur ein Hologramm, besagt eine gewagte Stringtheorie. Bereits der altgriechische große Philosoph Platon – Schüler von Sokrates – stellte mit seinem berühmten „Höhlengleichnis“ das menschliche Dasein als eine unterirdische Höhle dar. In der die Menschen so gefesselt sind, dass sie einander nicht sehen und nur auf die Höhlenwand vor sich blicken können, ohne den Ausgang, der sich hinter ihren Rücken befindet, erblicken zu können und so von seiner Existenz nichts wissen. Auf diese Wand werden durch ein Feuer im Hintergrund Schatten von Gegenständen abgebildet – Schattenbilder – die laut Platon die Erscheinung irdischer Dinge darstellen, die von den gefesselten Menschen für die Realität gehalten werden. Möglicherweise ist auch unser ganzes Universum analog dazu nur die Projektion einer höherdimensionalen Realität.
Die String-Theorie
Die Theorie vom holografischen Universum überträgt dieses Prinzip auf den ganzen Kosmos. An ihrer Entwicklung war auch der britische theoretische Physiker & Astrophysiker Stephen Hawking beteiligt. 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.
Strings sind höherdimensional. Könnte es da nicht sein, dass unsere Welt samt der Erde und ihrer Bewohner nichts anderes als ein Hologramm ist?
„Wenn wir Programme in einem Computer sind, dann kann das Programm, solange der Computer keinen Schaden erleidet, immer wieder wiederholt werden.“ James Gates (Physiker an der University of Maryland)
Moderiert durch den bekannten Astrophysiker Neil deGrasse Tyson, der auch Direktor des zum Museum gehörigen Hayden Planetariums ist, wurde bei der diesjährigen Isaac Asimov Memorial Debate von namhaften Wissenschaftlern darüber diskutiert, ob wir in einer gigantischen Computersimulation leben.
„Ich denke die Wahrscheinlichkeit ist sehr hoch.“
So Neil deGrasse Tyson, der es auch für wahrscheinlich hält, dass wir nicht allein in diesem Universum sind. Max Tegmark, Kosmologe am MIT, schätzte die Möglichkeit einer Computersimulation unseres Universums mit einer Wahrscheinlichkeit von 17 Prozent ein und untermauerte diese mit den Worten:
„Wenn wir Charaktere in einem Computerspiel sein sollten, würden wir ebenfalls feststellen, dass die Regeln strengen mathematischen Gesetzen folgen […] Das reflektiert die Programmiersprache, in der es geschrieben wurde.“
Auf die hypothetische Frage – was wäre, wenn wir wirklich in einer computergenerierten Matrix leben, entwickelt von einer höheren Intelligenz, die nichts besseres zu tun hat als die Menschheit zu simulieren? – antwortete Tegmark weiter:
„Mein Ratschlag ist, lasst uns rausgehen und interessante Dinge tun, dass die Simulatoren uns nicht einfach abschalten.“
Die Simulations-Hypothese
Wohingegen Lisa Randall, Physikerin an der Harvard University, dem ganzen eine glatte Null gab und David Chalmers, Philosophieprofessor der New York University, für sich schlussfolgerte:
„Wir werden keinen abschließenden Beweis dafür finden, dass wir nicht in einer Simulation leben. Denn jeder Beweis wäre ebenfalls simuliert.“
Gleichzeit warf die Hologramm-Debatte die immerwährende Frage der Unsterblichkeit auf. Diese Frage beantwortete Physiker Gates folgendermaßen:
„Sollte die Simulations-Hypothese zutreffen, öffnen wir damit die Tür zu ewigem Leben, Auferstehung und Dingen, die bisher im Reich der Religion angesiedelt waren […] Die Begründung liegt auf der Hand: Wenn wir Programme in einem Computer sind, dann kann das Programm, solange der Computer keinen Schaden erleidet, immer wieder wiederholt werden.“
Der Philosoph David Chalmers Gates hält Ansicht für eine einleuchtende These.
Morpheus erklärt Neo, dass die Welt, in der er zu leben glaubt, lediglich eine Simulation ist. Er sei nur ein gefangener Sklave in dieser computergenerierten Traumwelt, der „Matrix“. Zudem bietet er Neo die Befreiung daraus an. Neo willigt ein und erwacht nach einer kurzen Prozedur in der Realität.
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