Entstand das Universum wirklich aus dem absoluten Nichts? - Das physikalische Vakuum und seine verborgene Struktur | Fakten zum Einschlafen - Das Universum

0:04 Willkommen bei Fakten zum Einschlafen. Das Universum. Die Behauptung, das Universum sei aus dem Nichts entstanden, klingt radikal und faszinierend zugleich. Doch was genau Physiker damit austreten möchten, unterscheidet sich grundlegend von unserem alltäglichen Verständnis einer absoluten Leere. Wenn wir beginnen, systematisch alles aus einem Raum zu entfernen, von Gegenständen über Luft bis hin zu nachweisbaren Teilchen, bleibt am Ende nicht etwa gar nichts übrig. Stattdessen offenbart sich eine Hierarchie physikalischer Zustände, die jeweils eigene Gesetze, Strukturen und Eigenschaften besitzen. Diese Episode durchschreitet diese verschiedenen Stufen der Leere vom alltäglichen Vakuum über das dynamische

0:59 Quantenvakuum mit seinen messbaren Fluktuationen bis hin zur gekrönten Raumzeit der allgemeinen Relativitätstheorie. Wir betrachten experimentelle Beweise wie den Casimir -Effekt und die Lampverschiebung, die zeigen, dass selbst der scheinbar leerste Raum von energetischen Feldern durchdrungen ist. Auch an den Grenzen der etablierten Physik wo Theorien zur Quantengravitation eine emergente Raumzeit diskutieren, verschwindet die mathematische Struktur niemals vollständig. Bei der Arbeit an dieser Episode kehrte ich immer wieder zu einer einfachen Frage zurück, warum rutscht das Wort Nichts so leicht zwischen seiner philosophischen und seiner physikalischen Bedeutung hin und her.

1:42 Mir ging es darum, Diese Bedeutungsebenen sauber zu trennen, um dem oft unbemerkten konzeptionellen Schmuggel in populärwissenschaftlichen Debatten entgegenzuwirken. Es ist beruhigend und zugleich erstaunlich zu sehen, wie viel Substanz und Gesetzlichkeit in dem steckt, was wir so nonchalant als leer bezeichnen. Das Wort Nichts erscheint in Schlagzeilen über den Ursprung des Universums mit einer Selbstverständlichkeit.

2:16 die sich in dem Moment auflöst, in dem man fragt, was genau eigentlich entfernt wurde und was übrig bleibt. Stellen Sie sich eine leere Kiste vor. Keine Kiste, in der etwas liegt, das Sie vergessen haben, sondern eine Kiste, die wirklich leer ist. Keine Möbel, keine Bücher, keine Gegenstände irgendeiner Art. So weit sind Sie in Gedanken schon gekommen. Gehen Sie jetzt einen Schritt weiter. Entfernen Sie die Luft. Pumpen Sie sie heraus, bis die Kiste keine atembare Atmosphäre mehr enthält. Keinen Wind, kein Medium, das Schall tragen könnte. Die Kiste ist jetzt ein Vakuum im alltäglichen Sinn. Aber halten Sie inne und achten Sie darauf, was bleibt. Die Kiste hat immer noch Abmessungen. Höhe, Breite, Tiefe.

3:12 Sie hat immer noch Dauer. In ihr vergeht Zeit. Sie hat Begrenzungswände. Sie befindet sich in einem Gravitationsfeld. Und sie unterliegt physikalischen Gesetzen. Sie haben eine bessere Lehre geschaffen. Aber sie haben kein philosophisches Nichtsein geschaffen. Das ist das Erste, was man verstehen muss, wenn Physiker von Nichts sprechen. Das Wort reißt nicht gut zwischen der Alltagssprache und der physikalischen Wissenschaft. In der Alltagssprache meint Nichts eine einfache, absolute Abwesenheit.

3:50 Keine Dinge, kein Stoff, gar nichts. In der Physik beschreibt dasselbe Wort mehrere operationale Zustände. Jeder davon ist dadurch definiert, was ein gewähltes Instrument nachweisen kann oder nicht. Und jeder behält mehr Struktur, als das Wort Nichts zu versprechen scheint. Das Ziel dieser Folge ist es, eine Hierarchie dieser Nichtse aufzubauen. Von der vertrauten leeren Kiste bis zu der Grenze, an der die Physik selbst verstummen könnte. Und zu zeigen, warum das Verrutschen zwischen diesen Bedeutungen so viel Verwirrung gestiftet hat, wenn wir über das Universum und seinen Ursprung sprechen. Um zu verstehen, warum das wichtig ist, überlegen Sie, wie oft Sie der Behauptung begegnet sind, dass das Universum

4:42 aus dem Nichts entstanden ist. Dieser Satz taucht in populärwissenschaftlichen Texten auf. In Debatten über Kosmologie, in Schlagzeilen und Dokumentationen. Er klingt radikal. Er klingt, als hätte die Physik entdeckt, dass die Existenz aus dem absoluten Nichtsein hervorgegangen ist. Dass das Universum aus einem Zustand ins Dasein gesprungen ist, der keine Materie, keine Energie, keinen Raum, keine Zeit, keine Gesetze, keinerlei Möglichkeiten enthielt. Aber das ist mit ziemlicher Sicherheit nicht das, was der Physiker, der diese Worte geschrieben oder gesprochen hat, tatsächlich gemeint hat. Wahrscheinlich meinte er, dass das Universum aus einem Quantenzustand hervorgegangen ist. Oder aus einem Zustand, der durch die Quantenfeldtheorie

5:34 beschrieben werden kann. Oder aus einer Raumzeitgeometrie, die keine Materie und keine Strahlung enthält, aber Struktur und Gesetz bewahrt. Das sind bemerkenswerte Behauptungen. Sie sind jedoch nicht dieselbe Behauptung wie die, dass die Existenz aus dem absoluten Nichtsein hervorgeht. Das Versäumnis, diese Bedeutungen auseinanderzuhalten, hat eine Art konzeptionellen Schmuggel hervorgebracht.

6:02 Dabei wird das emotionale Gewicht des Philosophischen nichts an Schlussfolgerungen geheftet, die tatsächlich strukturierte physikalische Zustände betreffen. Diese Folge ist ein Versuch, die Disziplin aufzubauen, die diesen Schmuggel verhindert. Die Methode ist einfach. Wir durchschreiten eine Hierarchie von Nichtsen, vom Vertrautesten bis zum Extremsten.

6:28 Und auf jeder Stufe fragen wir, was übrig bleibt, nachdem wir entfernt haben, was wir entfernen wollten. Die erste Stufe ist die gewöhnliche Leere. Das ist die Leere -Kiste, wie Sie sie sich zuerst vorgestellt haben. Keine Möbel. Keine Gegenstände, kein Inhalt, den man sehen oder anfassen kann. Das ist nichts im zugänglichsten Sinn und es ist für viele Zwecke wirklich nützlich.

6:56 Wenn ich Sie frage, was in der Kiste ist und Sie sagen nichts, verstehe ich vollkommen, was Sie meinen. Sie meinen, dass sich keine makroskopischen Gegenstände darin befinden. Aber diese Leere ist bereits ein physikalischer Zustand mit Eigenschaften. Die Kiste hat einen Ort. Sie hat eine Temperatur. selbst wenn diese Temperatur einfach die Temperatur des umgebenden Raums ist. Sie wird von Licht aus der Umgebung durchdrungen, vom Magnetfeld der Erde, von Neutrinos, die von der Sonne durch sie hindurchströmen, vom Gravitationseinfluss jedes massereichen Objekts im Universum. Gewöhnliche Leere ist nicht die Abwesenheit physikalischen Einflusses. Sie ist die Abwesenheit von Objekten, die groß genug sind, um ohne Instrumente bemerkt

7:50 zu werden. Das ist es wert, ausdrücklich gesagt zu werden. Denn es etabliert das Muster, das sich auf jeder Stufe wiederholen wird. Das Entfernen einer Art von Inhalt offenbart das fortbestehende Vorhandensein anderer Strukturen, die nicht das Ziel der Entfernung waren. Die zweite Stufe ist das Laborvakuum. Das ist es. Was Physiker und Ingenieure tatsächlich bauen, wenn sie so viel Materie wie möglich aus einem Raumbereich entfernen müssen. Ein Laborvakuum ist eine technische Errungenschaft, kein metaphysischer Zustand. Es ist dadurch definiert, was eine gewählte Pumpe entfernen kann und was ein gewählter Detektor finden kann oder nicht.

8:35 Die Vakuumtechnik kennt eine eigene Hierarchie. Grobvakuum, Hochvakuum, Ultrahochwakuum. Jede Stufe entspricht immer niedrigeren Drücken, das heißt immer weniger verbleibenden Gasmolekülen pro Volumeneinheit. In einer Ultrahochwakuumkammer kann die Zahl der verbleibenden Atome auf bloße Tausende pro Kubikzentimeter reduziert sein.

9:01 Verglichen mit ungefähr 10 Billiarden, Billiarden im gleichen Volumen gewöhnlicher Luft. Das ist eine außerordentliche Entfernung. Dennoch ist die Kammer niemals vollkommen leer. Restatome bleiben zurück, die langsam aus den Wänden der Kammer selbst freigesetzt werden. Photonen treten ein oder werden erzeugt. Neutrinos passieren ungehindert, ohne von irgendeinem Pumpmechanismus beeinflusst zu werden. Die Kammer befindet sich im Gravitationsfeld der Erde. Der... Sie hat eine Temperatur. Sie ist von elektromagnetischen Feldern umgeben und wird von ihnen durchdrungen.

9:46 Das Laborvakuum ist eine bemerkenswerte menschliche Errungenschaft, aber es ist kein Behälter, der bis zur absoluten Abwesenheit entleert wurde. Es ist ein Behälter, der bis an die Grenzen der gegenwärtigen Technik entleert wurde. Und diese Grenzen lassen immer etwas zurück. Dieser operationale Charakter des Laborvakuums ist entscheidend für das Verständnis von allem, was folgt. Ein Vakuum.

10:15 ist in der Physik nicht dadurch definiert, was prinzipiell abwesend ist. Es ist dadurch definiert, was gemäß einem festgelegten Verfahren der Messung und Entfernung ablesend ist. Ändern Sie das Instrument und Sie ändern das Vakuum. Eine Kammer, die für einen Detektor, der nur auf große Moleküle empfindlich ist, als leer erscheint. kann sich für einen Detektor, der auf Licht empfindlich ist, als voller Photonen erweisen. Eine Kammer, die in einem Frequenzbereich von elektromagnetischer Strahlung befreit wurde, kann in einem anderen Bereich immer noch Strahlung enthalten. Das Vakuum ist immer relativ zu einer Frage. Leer in Bezug worauf? Das ist keine Einschränkung, die es zu überwinden gilt. Es ist die Natur des Begriffs.

11:07 Die Physik handelt nicht mit absoluten Abwesenheiten. Sie handelt mit operationalen Zuständen. Und der operationale Zustand namens Vakuum ist einer der präzisesten, definierten und sorgfältigsten hergestellten in der gesamten experimentellen Wissenschaft. Die dritte Stufe ist das Teilchenvakuum. Und hier beginnt die Hierarchie, sich scharf von der Alltagsintuition zu entfernen. Das Teilchenvakuum ist der Zustand niedrigster Energie eines Quantenfeldes.

11:41 Es enthält keine echten Teilchen, keine Elektronen, keine Photonen, keine Quarks, die als diskrete, zählbare Entitäten nachgewiesen werden könnten. Dennoch ist es nicht leer. Es enthält das Feld selbst. Und das Feld in seinem Zustand niedrigster Energie ist eine strukturierte, dynamische Entität mit messbaren Eigenschaften. Das ist die zentrale Offenbarung der Quantenfeldtheorie. Und sie wird durch einige der präzisesten experimentellen Belege in der gesamten Physik gestützt. Um zu verstehen, was das Teilchen vacuum tatsächlich ist, betrachten Sie, was die Quantenfeldtheorie über die Welt auf ihrer fundamentalsten Ebene sagt. Die Theorie beschreibt Teilchen nicht als primäre Objekte, die sich zufällig durch den

12:34 Raum bewegen. Sie beschreibt Felder, die Raum und Zeit erfüllen, Und sie identifiziert Teilchen als Anregungen dieser Felder. Wellen oder Störungen in einer zugrunde liegenden Struktur. Denken Sie an die Oberfläche eines stillen Sees. Der See selbst ist immer da, auch wenn keine Wellen ihn stören. Ein Teilchen ist kein separates Objekt, das auf dem See schwimmt. Es ist eine Welle, die sich über die Oberfläche des Sees bewegt.

13:06 Das Feld ist der See selbst. Diese Analogie hat Grenzen, und die sind wichtig. Ein See besteht aus Wasser, einer materiellen Substanz. Ein Quantenfeld besteht in diesem Sinne nicht, aus irgendetwas Materiellem. Der See ist ein nützliches Bild, um zu verstehen, dass ein Teilchen eine Störung in etwas Fundamentalem ist. Kein in sich geschlossenes Objekt, das bloß zufällig durch den Raum reist.

13:39 Das Feld ist die primäre Realität. Das Teilchen ist eine bestimmte Art von Bewegung in diesem Feld. Ein Elektron ist keine kleine Kugel, die in dem Feld sitzt. Es ist eine bestimmte Art von Anregung des Elektronenfeldes. Ein Photon ist eine Anregung des elektromagnetischen Feldes. Wenn alle solche Anregungen entfernt sind, Wenn das Feld in seinem niedrigsten möglichen Energiezustand ist, haben wir das, was Physiker den Vakuumzustand dieses Feldes nennen. Aber das Feld selbst bleibt.

14:14 Es verschwindet nicht, wenn seine Anregungen entfernt werden. Ebenso wenig, wie der See verschwindet, wenn die Wellen sich legen. Das Vakuum ist der stillste mögliche Zustand des Feldes. Nicht die Abwesenheit des Feldes. Dieser stillste Zustand ist jedoch nicht statisch oder träge. Die Quantenmechanik setzt eine fundamentale Grenze dafür, wie still ein physikalisches System werden kann. Die unschärfe Relation verknüpft die Präzision, mit der bestimmte Paare von Größen bekannt sein können. Und für Felder bedeutet das, dass die Feldwerte an jedem Punkt nicht gleichzeitig mit perfekter Präzision auf Null festgelegt werden können. Der Vakuumzustand eines Quantenfeldes ist daher durch Fluktuationen

15:05 gekennzeichnet. Konstante, nicht reduzierbare Schwankungen der Feldwerte, die über die Zeit im Mittel Null ergeben, aber niemals aufhören. Stellen Sie sich ein Seil vor, das an beiden Enden gehalten wird. Selbst wenn es nicht geschüttelt wird, kann es nicht vollkommen gerade und vollkommen still sein. Es gibt immer ein Schwaches. Nicht reduzierbares Zittern. Nicht weil etwas es schüttelt, sondern weil vollkommene Stillheit kein Zustand ist, den das Seil einnehmen kann. Das Vakuum ist das schwache, nicht reduzierbare Zittern des Feldes. Das sind keine Fluktuationen von etwas anderem innerhalb des Vakuums. Es sind Fluktuationen des Vakuums selbst, die seiner Natur als Quantenzustand innewohnen. Die Realität

15:59 dieser Vakuumfluktuationen ist nicht bloß theoretisch. Sie wurde auf mehrfache Weise experimentell bestätigt. Und zwei Beispiele sind besonders entscheidend. Das erste ist der Casimir -Effekt, vorhergesagt vom niederländischen Physiker Hendrik Casimir im Jahr 1940 und in den folgenden Jahrzehnten experimentell bestätigt. Der Aufbau ist in der Beschreibung einfach, wenn auch in der Ausführung heikel. Zwei ungeladene, perfekt leitende Platten werden parallel zueinander in einem Vakuum platziert, getrennt durch einen sehr kleinen Abstand. Platzieren Sie zwei Metallplatten einen Bruchteil eines Millimeters voneinander entfernt, in einem Vakuum.

16:48 Bei diesem Abstand ist die Kraft winzig. Gemessen in Milliardstel Newton. Aber sie ist real und wiederholbar. Bringen Sie die Platten nahe genug zusammen und das Vakuum selbst drückt zurück. Die klassische Physik sagt voraus, dass zwischen den Platten keine Kraft wirken sollte, weil sie keine Ladung tragen. Die Quantenfeldtheorie sagt etwas anderes voraus. Die Vakuumfluktuationen des elektromagnetischen Feldes zwischen den Platten sind durch die Randbedingungen eingeschränkt.

17:22 Die Platten erlauben nur bestimmte Wellenlängen von Fluktuationen in dem Spalt zwischen ihnen. Außerhalb der Platten gilt keine solche Einschränkung. Das Ergebnis ist ein Unterschied in der Vakuumenergiedichte zwischen dem Innen - und dem Außenbereich. Und dieser Unterschied erzeugt eine messbare anziehende Kraft, die die Platten zusammendrückt. Der Casimir Effekt ist mit zunehmender Präzision gemessen worden. Und die Ergebnisse stimmen mit den quantentheoretischen Vorhersagen überein. Zwei Platten in einem Vakuum, mit nichts zwischen ihnen im alltäglichen Sinn, erfahren eine Kraft. Weil das Vakuum selbst ein strukturierter Zustand mit Energie und physikalischen Konsequenzen ist. Die zweite Bestätigung kommt

18:15 von der Lampverschiebung. Gemessen von Willis Lamp und Robert Rutherford im Jahr 1977. Ein Elektron in einem Wasserstoffatom besetzt bestimmte Energieniveaus wie Sprossen auf einer Leiter. Die Dirac -Gleichung sagte voraus, dass zwei dieser Sprossen exakt auf derselben Höhe liegen sollten. Lamp und Rutherford maßen sie und stellten fest, dass das nicht der Fall war. Eine Sprosse war um einen winzigen Betrag verschoben. Die Verschiebung kommt von der Wechselwirkung des Elektrons mit den Vakuumfluktuationen des elektromagnetischen Feldes, die seine Bewegung leicht stören. Dieser kleine, aber präzise messbare Unterschied entsteht aus der Wechselwirkung zwischen dem Elektron und dem Quantenvakuum. Das Elektron ist ständig

19:11 von Vakuumfluktuationen des elektromagnetischen Feldes umgeben. und wechselwirkt mit ihnen. Und diese Wechselwirkungen verändern sein Verhalten leicht auf eine Weise, die seine Energieniveaus verschiebt. Die Lampverschiebung war einer der frühen Triumphe der Quantenelektrodynamik. Das ist die Theorie, die beschreibt, wie Licht und Materie auf Quantenebene wechselwirken. Und sie bleibt eine der präzisesten bestätigten Vorhersagen der Physik. Sie zeigt, dass selbst der Raum um ein einzelnes Atom in einem Vakuum in keinem einfachen Sinne leer ist. Er ist ein Bereich aktiver Felddynamik, der die Eigenschaften des Atoms auf messbare Weise beeinflusst. Diese Experimente etablieren etwas Wichtiges für unsere Hierarchie.

20:02 Das Teilchenvakuum ist ein physikalischer Zustand mit Struktur, Energie und Konsequenzen. Es ist nicht nichts im alltäglichen Sinn. Es ist nicht einmal nichts im Sinne des Laborvakuums. das zumindest konzeptionell durch besseres Pumpen und bessere Abschirmung verbessert werden könnte. Das Teilchen Vakuum stellt eine Grenze dar, den Zustand niedrigster Energie eines Feldes, aus dem mit keinem Mittel, das mit der Quantennatur des Feldes vereinbar ist, weitere Energie entnommen werden kann. Doch diese Grenze ist nicht Abwesenheit.

20:39 Sie ist ein spezifischer Strukturierter, dynamischer Zustand, definiert durch die Gesetze der Quantenfeldtheorie. Das bringt uns zu einer notwendigen Klarstellung in der Sprache. Sie werden manchmal hören, dass das Teilchenvakuum als voller, virtueller Teilchen beschrieben wird, die in die Existenz hinein und aus ihr herausspringen. Das ist eine verbreitete Popularisierung. Und sie erfasst etwas Reales daran, wie Physiker Vakuum -Effekte berechnen.

21:14 Aber sie ist auch irreführend, wenn man sie zu wörtlich nimmt. Virtuelle Teilchen sind keine Teilchen in dem Sinne, in dem echte Teilchen es sind. Sie sind mathematische Beiträge zu Berechnungen in der Störungstheorie. Das ist eine Methode zur Näherung von Lösungen der Gleichungen der Quantenfeldtheorie. Die Sprache von Teilchen, die in die Existenz hinein und aus ihr heraus springen, ist eine Heuristik, eine Art, Terme in einer Berechnung zu visualisieren. Was physikalisch real ist, sind die Feldfluktuationen und ihre messbaren Effekte. Wie die Casimirkraft und die Lampverschiebung. Das Bild der virtuellen Teilchen ist ein Werkzeug, keine durchsichtige Beschreibung dessen, was das Vakuum enthält. Zu sagen, dass

22:11 das Vakuum voller virtueller Teilchen ist, Ist als rechnerische Abkürzung nicht falsch. Aber es kann das Missverständnis fördern, dass das Vakuum eine Art brodelnde Suppe vorübergehender Dinge ist. Was wiederum die falsche Vorstellung nähren kann, dass ständig etwas aus dem Nichts entsteht. Das Vakuum ist nicht nichts, das zu etwas wird. Es ist ein bestimmter Quantenzustand mit bestimmten Eigenschaften. Stabil und beständig.

22:43 Kein vorübergehendes Auftauchen aus der Abwesenheit. Die vierte Stufe in unserer Hierarchie ist die leere Raumzeit. Das ist der Zustand, den die allgemeine Relativitätstheorie beschreibt, wenn alle Materie und Strahlung entfernt wurden und nur die Raumzeit selbst übrig bleibt. Mit ihrer Geometrie, ihrer Krümmung, ihrer Dimensionalität und ihrer Kausalstruktur Vom Teilchenvakuum zur leeren Raumzeit überzugehen, bedeutet zu erkennen, dass Felder nicht die einzigen Strukturen sind, die fortbestehen, wenn Inhalte entfernt werden.

23:21 Die Raumzeit selbst ist eine physikalische Entität mit Eigenschaften und Dynamik. Die allgemeine Relativitätstheorie, vollendet von Albert Einstein im Jahr 1915, begriff die Gravitation neu. Nicht als Kraft zwischen Massen, sondern als Krümmung der Raumzeit, verursacht durch die Anwesenheit von Energie und Materie. Stellen Sie sich eine schwere Kugel vor, die auf eine gespannte Gummimatte gelegt wird. Die Kugel erzeugt eine Vertiefung.

23:54 Und eine Murmel, die in der Nähe rollt, wird zu ihr hingekrümmt. Nicht weil die Kugel die Murmel anzieht, sondern weil die Oberfläche, auf der die Murmel rollt, gekrümmt ist. Die Raumzeit ist wie die Matte, obwohl sie aus keinem Material besteht. Massereiche Objekte verzerren die Geometrie der Raumzeit um sich herum. Und andere Objekte bewegen sich auf Bahnen, die durch diese Geometrie bestimmt sind. Aber die Raumzeit ist nicht bloß eine passive Bühne, auf der Ereignisse stattfinden.

24:29 Sie ist dynamisch. Sie kann sich verändern, entwickeln, wellen, schlagen und sich ausdehnen. Die dramatischste Bestätigung dieser dynamischen Natur kam im Jahr 2015 mit dem ersten direkten Nachweis von Gravitationswellen durch das Laser Interferometer Gravitationswellen Observatorium, kurz LIGO. Zwei massereiche schwarze Löcher, die spiralförmig aufeinander zusteuerten und verschmolzen, sandten Wellen durch die Raumzeit selbst. Als die Welle die Erde durchquerte, dehnte und stauchte sie den Raum selbst. Sie veränderte den Abstand zwischen zwei Spiegeln um einen Bruchteil der Breite eines Protons. LIGO maßt diese Veränderung, indem Laserlicht zwischen den Spiegeln hin - und hergeworfen und die winzigen Verschiebungen

25:22 in ihrem Abstand erfasst wurden. Diese Wellen sind keine Wellen in einem materiellen Medium. Sie sind Wellen der Raumzeitgeometrie. Variationen in den Abständen zwischen Punkten, die sich dehnen und stauchen, während die Welle vorbeizieht. Der Nachweis von Gravitationswellen bestätigt, dass die Raumzeit kein fester, unveränderlicher Hintergrund ist. Sie ist ein physikalisches System, das Energie, Impuls und Information tragen kann.

25:53 Leere Raumzeit ist also nicht nichts. Sie ist ein Bereich, in dem die Geometrie der Raumzeit existiert. und den Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie gehorcht, in dem aber keine Materie oder Strahlung vorhanden ist. Sie hat Dimensionalität, typischerweise drei Raumdimensionen und eine Zeitdimension, obwohl spekulative Theorien andere Möglichkeiten in Betracht ziehen. Sie hat Topologie, die globalen Eigenschaften, die definieren, wie ihre Bereiche verbunden sind.

26:28 Sie hat Kausalstruktur. Die Beziehungen von vorher und nachher, die bestimmen, welche Ereignisse welche anderen beeinflussen können. Sie kann Krümmung haben, entweder als Überrest früherer Materieverteilungen oder als intrinsische Eigenschaft. Wie im Fall des Desitterraums, einer Lösung der einsteinischen Gleichungen, die ein Universum ohne Materie, aber mit positiver kosmologischer Konstante beschreibt. Leere Raumzeit ist eine reiche, strukturierte, mathematisch beschreibbare Entität. Sie ist von philosophischem Nichtsein so weit entfernt wie eine Sinfonie von der Stille.

27:12 Doch selbst die leere Raumzeit ist möglicherweise nicht das Ende physikalischer Struktur. Die fünfte Stufe in unserer Hierarchie ist die Abwesenheit der Raumzeit selbst. Das ist kein Zustand, den die gegenwärtige Physik mit Zuversicht beschreiben kann. Es ist die Grenze der etablierten Theorie. Der Punkt, an dem unsere begrifflichen und mathematischen Werkzeuge zu stocken beginnen. Einige Ansätze zur Quantengravitation legen nahe, dass die Raumzeit möglicherweise nicht fundamental ist. Das ist das laufende Bemühen, die allgemeine Relativitätstheorie mit der Quantenmechanik in Einklang zu bringen.

27:53 Die Raumzeit könnte stattdessen emergent sein. Hervorgehend aus grundlegenderen Strukturen, die selbst nicht in Raum und Zeit leben. In einem Ansatz ist der Raum nicht kontinuierlich, sondern aus winzigen, diskreten Bausteinen gemacht. Wie ein Foto, das glatt erscheint, aber tatsächlich aus Pixeln zusammengesetzt ist. In einem anderen ist die fundamentale Realität eine Menge von Ereignissen und ihren kausalen Verbindungen.

28:24 Und die kontinuierliche Raumzeit entsteht als großkalige Näherung. In der Stringtheorie und verwandten Ansätzen legen höher dimensionale Strukturen und Dualitäten zwischen verschiedenen Beschreibungen nahe, dass unsere vertaute Raumzeit eine Manifestation von etwas Abstrakterem sein könnte. Das sind aktive Forschungsprogramme, keine etablierten Schlussfolgerungen. Sie teilen die Eigenschaft, dass die Raumzeit, wie wir sie kennen, abgeleitet sein könnte statt fundamental.

28:57 Kontinuierlich. Geometrisch, vierdimensional. Aber selbst wenn die Raumzeit emergent ist, sind die Strukturen, aus denen sie hervorgeht, nicht nichts. Sie sind mathematische Objekte, Beziehungen, Symmetrien oder informationstheoretische Muster, die ihren eigenen Gesetzen gehorchen und ihre eigenen Eigenschaften besitzen. Die Abwesenheit der Raumzeit ist in diesem spekulativen Bereich immer noch nicht die Abwesenheit von allem. Sie ist die Abwesenheit einer bestimmten Art von Struktur, die wir zufällig als fundamental erleben.

29:36 Ersetzt durch andere Strukturen, die wir noch nicht vollständig verstehen. Das ist der Punkt, an dem die Physik am vorläufigsten wird. Und es ist wichtig, das Bekannte nicht zu übertreiben. Die Behauptung, dass die Raumzeit emergent ist, ist eine Forschungshypothese, keine gesicherte Tatsache. die als fundamental vorgeschlagen werden, sind selbst Gegenstand laufender Debatten und Entwicklungen. Und selbst wenn sich eine Version dieses Bildes als richtig erweist, wird sie keinen Übergang vom absoluten Nichts zum Etwas beschrieben haben. Sie wird einen Übergang von einer Art strukturierten, physikalischen Zustands zu einer anderen beschrieben haben. Oder das Auftauchen einer Beschreibungsebene aus einer fundamentaleren

30:30 Ebene. Die Hierarchie der Nichtse behält auf jeder Stufe, die die Physik derzeit ansprechen kann, Struktur. Was uns zur letzten Stufe bringt, dem absoluten Nichts. Keine Materie, keine Felder, keine Raumzeit, keine Gesetze, keine Möglichkeiten, keine Struktur irgendeiner Art. Das ist philosophisches Nichtsein, kein physikalischer Zustand. Es ist kein Zustand, den die Physik modellieren kann.

31:01 Denn Modellieren erfordert Gesetze, Zustände, Möglichkeiten und Strukturen, mit denen modelliert wird. Zu fragen, wie das absolute Nichts wäre, heißt eine Frage zu stellen, die möglicherweise keine Antwort hat. Oder deren Antwort außerhalb des Bereichs der physikalischen Wissenschaft liegt. Das ist kein Versagen der Physik. Es ist eine Anerkennung des Umfangs und der Grenzen der Disziplin. Die Physik beschreibt strukturierte Systeme und ihre Transformationen. Sie beschreibt nicht die Abwesenheit von Struktur selbst. Denn die Abwesenheit von Struktur ist kein System und hat keine Transformationen, die zu beschreiben wären. Wenn ein Physiker sagt, dass das Universum aus dem Nichts entstanden ist, verwendet er nichts

31:54 in einem der operationalen Sinne, die wir untersucht haben. Ein Quantenvakuum. Ein Quantenzustand. Ein Zustand mit Gesetzen und Möglichkeiten, aber ohne Materie oder Raumzeit, wie wir sie derzeit verstehen. Er behauptet nicht, modelliert zu haben, wie Existenz aus dem absoluten Nichtsein hervorgeht. Der Philosoph oder Theologe, der nach der Schöpfung aus dem Nichts fragt, stellt eine andere Frage und verwendet Nichts in einem anderen Sinne. Die Antwort des Physikers auf diese Frage lautet nicht, ja, wir haben gezeigt, wie das geschieht. Sie lautet, das ist keine Frage, die unsere Methoden zu beantworten versuchen.

32:38 Diese Unterscheidung ist die Disziplin der Spur. Und es lohnt sich, sie mit Präzision zu wiederholen. Ein Universum, das aus einem Quantenzustand hervorgeht, ist nicht dieselbe Behauptung wie Existenz, die aus dem absoluten Nichtsein hervorgeht. Ein Quantenzustand ist ein mathematisches Objekt mit bestimmten Eigenschaften, das von Gesetzen regiert wird und zu Entwicklung und Übergang fähig ist. Er ist etwas, nicht nichts im absoluten Sinne. Die Tatsache, dass ihm Materie oder Raumzeit oder vertraute Merkmale fehlen mögen, macht ihn nicht zum Nichtsein. Sie macht ihn unvertraut. Und das ist nicht dasselbe. Die populäre Wendung, etwas aus dem Nichts, gewinnt ihre rhetorische Kraft aus dem Verrutschen zwischen diesen Bedeutungen.

33:30 Der stillen Ersetzung des Operationalen, nichts durch das absolute Nichtsein. Der Zweck dieser Hierarchie ist es, dieses Verrutschen sichtbar zu machen und zu verhindern. Kehren wir zu der leeren Kiste zurück, mit der wir begonnen haben. Nun ausgerüstet, sie anders zu sehen. Die Kiste ohne Möbel ist gewöhnliche Leere. Die Kiste ohne Luft ist ein Laborvakuum. Die Kiste ohne nachweisbare Teilchen ist immer noch von Quantenfeldern in ihrem Vakuumzustand durchdrungen. Entfernen Sie die Felder und Sie haben leere Raumzeit mit Ihrer Geometrie und Ihren Gesetzen. Entfernen Sie die Raumzeit selbst und Sie betreten den spekulativen Bereich, in dem die Physik noch nach Ihren Grundlagen sucht. Auf keiner dieser Stufen haben sie das

34:26 absolute Nichts erreicht. Auf jeder Stufe bleibt etwas. Struktur, Gesetz, Möglichkeit, die Bedingungen für physikalische Beschreibung selbst. Das Wort Nichts ist durch Bedeutungen gereist, die eine Familienähnlichkeit teilen, sich aber in ihrem physikalischen Gehalt tiefgreifend unterscheiden. Deshalb ist die operationale Definition so wichtig.

34:52 Die Physik beginnt nicht mit einer metaphysischen Behauptung darüber, was existieren muss oder nicht existieren darf. Sie beginnt mit Fragen darüber, was gemessen werden kann, was nachgewiesen werden kann, was vorhergesagt und getestet werden kann. Das Vakuum ist durch das Instrument definiert, durch das Verfahren, durch die gestellte Frage.

35:19 Das Teilchenvakuum ist durch die Abwesenheit echter Anregungen in einem Quantenfeld definiert. Aber das Feld selbst ist vorhanden und aktiv. Leere Raumzeit ist durch die Abwesenheit von Materie und Strahlung definiert, aber die Geometrie und die Kausalstruktur sind vorhanden und dynamisch. Jedes davon ist ein Nichts in Bezug auf einen bestimmten Inhalt. Und jedes ist ein Etwas in Bezug auf die Struktur, die bleibt. Nur das Absolute.

35:51 Nichts wäre nichts in Bezug auf alles. Und dieser Zustand ist der physikalischen Beschreibung nicht zugänglich. Der Zuhörer, der dieser Hierarchie gefolgt ist, sollte nun in der Lage sein, populäre Behauptungen über das Universum aus dem Nichts mit geschultem Ohr zu hören. Die Frage, die zu stellen ist, lautet nicht, ob die Behauptung wahr oder falsch ist, sondern welche Art von Nichts aufgerufen wird. Ist es ein Quantenvakuum mit Fluktuationen und Energie? Ist es ein Quantenzustand mit Gesetzen und Möglichkeiten? Ist es ein Zustand ohne Raumzeit, aber mit einer fundamentaleren Struktur? Oder ist es absolutes Nichtsein, die Abwesenheit aller Struktur und allen Gesetzes?

36:41 Nur das Letzte würde den rhetorischen Schock von etwas aus dem Nichts in seinem stärksten Sinne rechtfertigen. Und das Letzte ist nicht das, was Physiker beschreiben, wenn sie das frühe Universum oder die Ursprünge von Struktur in der Quantenkosmologie modellieren. Was ungewiss bleibt, ist es wert, offen anerkannt zu werden.

37:04 Die Natur der Vakuumenergie und ihre Beziehung zur dunklen Energie, der beobachteten Beschleunigung der kosmischen Expansion, bleibt ungeklärt. Die Frage, ob die Raumzeit fundamental oder emergent ist, wird aktiv debattiert, ohne dass ein Konsens in Sicht wäre. Die mathematischen Strukturen, die als der Raumzeit zugrunde liegend vorgeschlagen werden, sind selbst im Entstehen begriffene Arbeiten, die Revision und vielleicht Ersetzung erfahren können. Und die philosophische Frage, ob das absolute Nichts überhaupt ein kohärenter Begriff ist, wird weiterhin ohne endgültige Auflösung diskutiert. Ob nichts gedacht werden kann, ohne einen Rahmen von Möglichkeiten vorauszusetzen.

37:49 Diese Ungewissheiten schwächen die Hierarchie nicht. Sie markieren die Grenzen, an denen Wissen endet und Spekulation beginnt. Und sie erinnern uns daran, dass die Disziplin operationales Nichts vom absoluten Nichtsein zu unterscheiden, keine ein für allemal erbrachte Leistung ist, sondern eine fortlaufende Praxis. Die leere Kiste, mit der wir begannen, war nie nur eine Kiste. Sie war eine Methode. Die Methode der aufeinanderfolgenden Subtraktion. Des Fragens auf jeder Stufe, was bleibt, wenn wir entfernen, was wir entfernen wollten. Diese Methode offenbart, dass die Physik mit mehreren Arten von Nichts arbeitet. Jede Präzise definiert. Jede Struktur bewahrend. Jede ein Zustand, der modelliert und getestet werden

38:47 kann, statt einer bloßen Abwesenheit. Die Hierarchie von der gewöhnlichen Lehre bis zur Grenze der Raumzeit selbst ist eine Reise durch zunehmend subtile und strukturierte Zustände. Keine Reise in Richtung bloßer Lehre. Und an der Grenze, wo die Physik am spekulativsten wird, bleibt die Disziplin dieselbe. still zwischen Bedeutungen verrutscht. Heften Sie das emotionale Gewicht des absoluten Nichtseins nicht an Schlussfolgerungen über strukturierte physikalische Zustände. Und verwechseln Sie die Grenzen der gegenwärtigen Theorie nicht mit der Entdeckung, wie Existenz aus dem Nichtsein hervorgeht. Der Zuhörer, der diese Folge verlässt, sollte ein bestimmtes Verständnis mitnehmen. Wenn Physiker vom Nichts sprechen,

39:42 Sprechen Sie von operationalen Zuständen, die dadurch definiert sind, was Instrumente nachweisen können und was Theorien beschreiben können. Diese Zustände sind bemerkenswert, kontraintuitiv und reich an physikalischen Konsequenzen. Sie sind jedoch nicht dasselbe wie das philosophische Nichts, das die Abwesenheit aller Struktur, allen Gesetzes und aller Möglichkeit wäre. Das Universum mag aus einem Quantenzustand hervorgegangen sein.

40:13 Oder aus einem Vakuum mit Fluktuationen und Energie. Oder aus einem Zustand, in dem die Raumzeit selbst noch nicht das war, was sie geworden ist. Das sind echte wissenschaftliche Fragen, verfolgt mit echten Belegen und echter Ungewissheit. Sie sind keine Antworten auf die Frage, warum es etwas gibt, statt nichts im absoluten Sinne.

40:37 Diese Frage bleibt, wo sie immer war. Am Rand der Physik. In dem Bereich, in dem die Wissenschaft die Untersuchung an die Philosophie übergibt und in dem die Methoden, die uns so gute Dienste geleistet haben, ihre natürliche Grenze erreichen.