Dienstag, 6. Juni 2017

Blogtour zu J.R. Dos Santos "Das Einstein Enigma" - Wissenschaftliche Einblicke

Herzlich willkommen zu Tag 5 der Einstein Enigma-Blogtour. Nachdem ihr gestern bei Reading is like taking a journey etwas über die Geheimdienste und Kryptologie erfahren habt, werde ich euch heute ein paar Einblicke in die Wissenschaft geben.

Einstein war theoretischer Physiker und gilt unter anderem als Vater der Relativitätstheorie, die ihn weltberühmt gemacht hat. Aber nicht nur die Spezielle und Allgemeine Relativitätstheorie gehen auf seine Forschung zurück. Auch zur Quantentheorie hat der Nobelpreisträger maßgebliche Beiträge geleistet. Wenn ihr mehr über Einstein als Person und Forscher erfahren wollt, schaut doch bei der Lieben Alexandra vom Weltenwanderer vorbei.


Ich werde heute versuchen, euch ein paar physikalische Theorien aus dem Roman zu erklären und hoffe, dass ich es einigermaßen verständlich schaffe, denn Physik war nicht mein stärkstes Fach.

Die Gödelschen Unvollständigkeitssätze (1931)

"Wenn es wahr ist, dass ich nur Lügen erzähle, habe ich etwas Wahres gesagt, und ich erzähle nicht nur Lügen. Wenn der Satz stimmt, dann enthält er in sich einen Widerspruch" Zitat S. 82
Lange ging man davon aus, das Problem sei irgendwie lösbar, doch diese Illusion wurde 1931 von Kurt Gödel mit seinen sogenannten Gödelschen Unvollständigkeitssätzen zerstört. Sie gelten auch heute noch als eine der größten intellektuellen Errungenschaften des 20. Jahrhunderts.

Der erste Unvollständigkeitssatz besagt:
Jedes hinreichend mächtige, rekursiv aufzählbare formale System ist entweder widersprüchlich oder unvollständig. (Wikipedia)
Einfach gesagt: Es gibt immer Aussagen, die einfach nicht beweisbar sind.

Der zweite Unvollständigkeitssatz besagt:
 Jedes hinreichend mächtige konsistente formale System kann die eigene Konsistenz nicht beweisen. (Wikipedia)
Einfach ausgedrückt: Ein System kann sich nicht selbst beweisen.

"Im Kern hat Gödel bewiesen, dass es kein allgemein gültiges Verfahren gibt, um die Kohärenz* der Mathematik zu beweisen. Es gibt  wahre Aussagen, die sich aber innerhalb des Systems nicht beweisen lassen. Diese Entdeckung hatte tiefgreifende Konsequenzen, denn sie machte die Grenzen der Mathematik deutlich und zeigte eine unbekannte Subtilität** in der Architektur des Universums. ... Die Gödelschen Unvollständigekeitssätze legen nahe, dass der Computer, so ausgereift er sein mag, immer Grenzen haben wird. Obwohl der Mensch nicht beweisen kann, dass ein mathematisches System logisch und widerspruchsfrei ist, begreift er doch, dass viele Aussagen innerhalb des Systems wahr sind. Der Computer blockiert aber angesichts eines unlösbaren Widerspruchs. Insofern wird der Computer dem Menschen niemals gleichgestellt sein." Zitat S. 83
*Kohärenz = Zusammenhang
** Subtilität = Detail / Feinheit

Man muss jedoch bei dieser Aussage beachten, dass eine Formel nur so lange nicht beweisbar ist, solange man innerhalb des Systems arbeitet. Jemand außerhalb des Systems kann diese vielleicht beweisen. Somit kann ein Computer genauso intelligent sein wie ein Mensch.

Relativitätstheorie oder E = mc²



Quelle: YouTube

Die Relativitätstheorie ist eine Theorie der Klassischen Physik und stellt eine Erweiterung der von Newton postulierten Bewegungsgesetze fester Körper dar. Sie beschreibt unser Universum in Bezug auf Raum und Zeit und setzt dieses in Abhängigkeit zur Gravitation. Albert Einstein entwickelte dazu 1905 die Spezielle Relativitätstheorie und 1916 die Allgemeine Relativitätstheorie, die mathematisch das Phänomen der Gravitation als Folge der Raumkrümmung erklärt. (Quelle: Der Kosmos)

Der Unterschied zwischen der Speziellen Relativitätstheorie und der Allgemeinen Relativitätstheorie


Die Spezielle Relativitätstheorie besagt, dass die Zeit relativ zum Beobachter ist. Wir bewegen uns mit Lichtgeschwindigkeit durch die Raumzeit. Sobald man seine räumliche Position ändert, muss die relative Geschwindigkeit der räumlichen Bewegung von der Geschwindigkeit abgezogen werden, mit der man sich durch die Zeit bewegt. Daraus folgt: Für den Beobachter, der sich mit hoher Geschwindigkeit durch den Raum bewegt, vergeht die Zeit langsamer.

Während die Spezielle Relativitätstheorie die Verhältnisse von bewegten Objekten untersucht, erweitert die Allgemeine Relativitätstheorie diese Gegebenheiten auf beschleunigte Objekte. Hier kam Einstein zu der Erkenntnis, dass man in einem geschlossenen Raum bei Schwerelosigkeit nicht unterscheiden kann, ob man sich im Weltall befindet und sich nicht bewegt, oder gerade vom Schwerefeld eines Planeten angezogen wird. Gravitation und Beschleunigung sind ein und dasselbe. Einstein kam nach langer Überlegung zu der Schlussfolgerung, dass Gravitation eine Krümmung der Raumzeit ist. (Quelle)

Der Unterschied zwischen Determinismus und Indeterminismus

"Das ist heute der große Traum der Physik. Die Wissenschaftler suchen eine umfassende Theorie, die unter anderem die Relativitäts- und die Quantentheorie vereint und das Problem der Determinismus oder Indeterminismus des Universums löst." Zitat S. 238

Determinismus kann man bildlich wie ein Uhrwerk darstellen. Jedes Rädchen greift ins andere. Gegenwart und Zukunft sind vollkommen ohne Abweichung im Rädchenwerk der Vergangenheit angelegt. Es gibt keine Freiheit.

Indeterminismus bedeutet, nicht, das alles Zufall ist. Das wäre ein Extremfall. Man kann schon von Indeterminismus sprechen, wenn die lückenlose Vorbestimmtheit durch unvorhersehbare Zufälle durchbrochen wird. Das Atomkonzept des Demokrit war komplett deterministisch: Die Welt als große Maschine miteinander interagierender Atome. Epikur hat dieses Konzept in einem wesentlichen Punkt abgeändert: Er hat kleine, zufällige Abweichungen im Verhalten der Atome postuliert. Das hat er gemacht, weil er sagte, wie erleben die Freiheit des Menschen, und die hat in einer total determinierten Welt keinen Platz. Nur in einer indeterministischen Welt gibt es Freiheit, Verantwortung und Schuld. Erst die moderne Physik hat seine Spekulation bestätigt. (Quelle)

Quelle: YouTube

Quantenphysik

Mit dieser Theorie haben sehr viele Menschen ein Problem, denn sie scheint dem gesunden Menschenverstand zu widersprechen. Wie kann sich ein Objekt an zwei Orten gleichzeitig befinden? Wie kann eine Katze gleichzeitig tot und lebendig sein? Wer sein logisches Empfinden hier ausblendet, wird es leichter haben den verrückten Gesetzmäßigkeiten zu folgen.

"Gott würfelt nicht!" Albert Einstein

Albert Einstein hatte zeitlebens so seine Probleme mit der Quantenphysik, die heutzutage einer der am besten überprüften und erforschten Disziplinen der modernen Wissenschaft ist. Sie verdeutlicht, wie die Dinge funktionieren, die wir unter der Lupe nicht mehr betrachten können. Und genau das ist auch der Grund, warum sich so viele Menschen dagegen sperren, denn ihre Schlussfolgerungen erscheinen uns irrsinnig und stehen konträr zu unseren Alltagserfahrungen. Dennoch beweisen sie, wie unsere Welt in ihrem Innersten funktioniert.
Wie kann ein Teilchen an zwei verschiedenen Orten gleichzeitig sein? Und was hat der Beobachter damit zu tun?
"Das ist die Geschichte, dass ein Elektron, wenn man es in ein Kästchen packt und dieses Kästchen unterteilt, in beiden Teilen gleichzeitig ist, und sich erst, wenn jemand eines davon öffnet, entscheidet, wo es bleibt ... Darüber haben Einstein und andere Physiker nur gelacht, klar. Sie haben verschiedene Beispiele herangezogen, um zu zeigen, wie absurd die Idee ist, das berühmteste davon ist Schrödingers Katze. ... Also, Schrödinger hat gesagt, dass, wenn ein Teilchen wirklich an zwei Orten gleichzeitig sein kann, eine Katze auch gleichzeitig tot und lebendig sein kann, was natürlich absurd ist." Zitat S. 238f. 

Eine Erläuterung des Phänomens durch Wolfgang Hebold lässt sich folgendermaßen zusammenfassen: Bei der Heisenbergschen Unschärferelation geht es nicht um ein einzelnes Teilchen, sondern um eine statistische Aussage über eine Vielzahl von Teilchen: In einem ersten Schritt misst man deren Geschwindigkeit und eliminiert alle Teilchen bis auf die mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Im zweiten Schritt ermittelt man, wo sich die noch vorhandenen Teilchen befinden. Danach – das ist Heisenbergs Postulat – bewegen sich die zunächst gleich schnellen Teilchen wieder mit allen möglichen Geschwindigkeiten. Und zwar ohne eine mechanische Ursache. (Quelle)



Quelle: YouTube

Schrödingers Katze

Mit dem Experiment wollte Schrödinger eine Überlagerung von Zuständen verdeutlichen und gleichzeitig aufzeigen, dass eine Übertragung von Gesetzen der Quantenmechanik auf reale Alltagssysteme zu unsinnigen Ergebnissen führt. Das Experiment um Schrödingers Katze funktioniert wie folgt:



Quelle: YouTube

Eine Katze wird in eine Kiste gesteckt, die Schrödinger selbst als Höllenmaschine bezeichnete.
Zusätzlich kommen eine radioaktive Apparatur, ein Geigerzähler, ein Hammer rund eine Flasche mit Blausäure mit in die Kiste.
Im Verlauf einer Stunde kann eines der radioaktiven Atome zerfallen, muss es aber nicht.
Zerfällt es, wird der Geigerzähler aktiv, der wiederum einen Hammer in Schwung bringt.
Der Hammer zertrümmert die Flasche mit Blausäure.
Die Katze wäre in diesem Fall tot.
Natürlich handelt es sich bei dem theoretisch um keine echte Katze, sondern lediglich um ein Gedankenspiel.
Die Apparatur würde die Katze innerhalb einer Stunde also mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % töten.
Quelle: GIGA

Chaostheorie - der Schmetterlingseffekt:

Als sogenannter „Schmetterlingseffekt“ wird folgendes Gedankenspiel angenommen: Wenn ein Schmetterling seine Flügel bewegt, so kann der dadurch entstehende Luftwirbel einen größeren anstoßen, welcher wieder einen noch größeren anstößt und so weiter.
Diese Kettenreaktion kann sich so weit aufschaukeln, dass der anfänglich kleine und harmlose Flügelschlag des Schmetterlings, als Tornado auf der anderen Seite der Welt endet. Hier spricht man von Unvorhersagbarkeit, welche auch dafür verantwortlich ist, dass Wetterprognosen nur bedingt zuverlässig sind, da zu viele einzelne Faktoren berücksichtigt werden müssen.(Quelle: Focus)

Quelle: YouTube



Ich würde euch noch gerne viel mehr erzählen, aber ich weiß nicht wie es euch geht... Mir persönlich schwirrt der Kopf, denn all diese Theorien, an denen die größten Forscher unserer Zeit arbeiten oder arbeiteten, verwirren mich. So ähnlich geht es anfangs auch Tomás Noronha, dem Protagonisten des Romans, der während der Geschichte immer tiefer in die Geheimnisse der Physik und Mathematik eintaucht. In diesem außergewöhnlichen Roman werden so viele unglaubliche Zusammenhänge erklärt, im Prinzip könnte ich noch mehr zitieren und aus dem Buch erzählen, aber ich denke, ihr solltet euch die Chance nicht nehmen lassen, und es selbst entdecken.

Meine Rezension zum Buch findet ihr hier.

Solltet ihr mehr Informationen wollen oder neugierig geworden sein, dann klickt auf die jeweiligen Quellenangaben, dort findet ihr ausführliche Artikel, mit denen ich gearbeitet habe.





Aber jetzt will ich euch nicht länger mit den trockenen Theorien quälen. Kommen wir endlich zum Gewinnspiel.
Wie immer habt ihr die Möglichkeit, richtig tolle Preise zu gewinnen.
Zu gewinnen gibt es:
1. Preis: ein vom Autor signiertes Exemplar
2.-3. Preis: je ein Buch (+Postkarte)
4.-10. Preis: je ein E-Book (EPUB-Format)

Um eure Chance auf einen der tollen Preise zu erhöhen, könnt ihr Lose sammeln. Dazu beantwortet einfach immer die jeweilige Frage der einzelnen Blogtourtage.

Ich würde gerne von euch wissen:

Wer ist schlauer, der Mensch oder der Computer? Wissenschaftler haben erst kürzlich prognostiziert, dass bereits in 50 Jahren die Erde von künstlicher Intelligenz geführt werden könnte... Was denkt ihr?


Teilnahmebedingungen 


*Teilnahme am Gewinnspiel ist erst ab 18 Jahren, oder mit Erlaubnis der Eltern
* Bewerber erklären sich im Gewinnfall bereit, öffentlich genannt zu werden
* Ein Anspruch auf Barauszahlung des Gewinns besteht nicht
* Keine Haftung für den Postversand
* Versand der Gewinne innerhalb Deutschland – Österreich – Schweiz
* Der Rechtsweg ist ausgeschlossen
* Bitte darauf achten eine Mail Adresse zu hinterlassen oder sich im Gewinnfall innerhalb einer Woche zu melden, denn ansonsten verfällt der Gewinn!
* Das Gewinnspiel läuft vom 02. Juni 2017 - 08. Juni 2017 um 23:59 Uhr
* Jeder Teilnehmer der auf allen Blogs der Blogtour kommentiert (Frage beantwortet) bekommt für jeden Tag und jeden Blog jeweils 1 Los. ( Bis zu 7 Lose kann man somit bekommen und die Gewinnchance erhöht sich automatisch.)
* Die Gewinnerbekanntgabe erfolgt am 09. Juni 2017 bei Bücher aus dem Feenbrunnen im Laufe des Tages

Und damit ihr auch keinen Tourtag verpasst, hier noch mal die Übersicht:

Fr. 02.06.2017 Buchvorstellung + Leserstimmen - Bücher aus dem Feenbrunnen

Sa. 03.06.2017 Wissenswertes über Einstein - Weltenwanderer 

So. 04.06.2017 Protagonistenvorstellung + Hintergründe - About books

Mo. 05.06.2017 Kryptologie / Geheimdienste - Reading is like taking a journey

Di. 06.06.2017 Wissenschaftliche Einblicke bei uns

Mi. 07.06.2017 Kulturelle Unterschiede und Handlungsorte - Die Kapitelleserin

Do. 08.06.2017 Autoreninterview + Einblick in Band 2 - Booksline

Fr. 09.06.2017 Gewinnerbekanntgabe - Bücher aus dem Feenbrunnen
Harry Potter - Delivery Owl