Die Grenzen der Physik - Was können wir nie wissen?

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0:22 Heute nehmen wir dich mit auf eine philosophische Reise zu den Grenzen unseres Wissens. Nicht die Grenzen, die wir mit besserer Technologie überwinden könnten, sondern die fundamentalen Grenzen, die in der Natur der Realität selbst verankert sind. Grenzen, die uns sagen bis hierher und nicht weiter. Wir erforschen die Fragen, die möglicherweise für immer unbeantwortet bleiben werden, da dies wichtig ist, um eben die gesamte Wissenschaft sinnvoll zu verstehen. Lehne dich zurück, schließe die Augen und lass dich treiben zu den Rändern des Wissens, wo Physik auf Philosophie trifft und wo das Universum und seine tiefsten Geheimnisse vielleicht nie preisgeben wird.

1:03 Die erste fundamentale Grenze ist die Lichtgeschwindigkeit Albert Einstein zeigte uns 1905, dass die Lichtgeschwindigkeit etwa 300000 Kilometer pro Sekunde eine absolute Grenze ist. Nichts mit Masse kann sie erreichen, geschweige denn überschreiten es. Diese Grenze ist nicht technologisch, sondern fundamental. Sie ist in die Struktur der Raumzeit selbst eingebaut. Diese Grenze bedeutet große Teile des Universums werden für uns für immer unzugänglich bleiben, das beobachtbare Universum hat einen Radius von etwa 46,5 Milliarden Lichtjahren, das ist die weiteste Distanz, von der Licht und seit dem Urknall erreichen konnte, aber das Universum ist wahrscheinlich viel größer als.

1:48 Alles jenseits unseres kosmischen Horizonts bleibt für uns unsichtbar. Nicht, weil unsere Teleskope zu schwach oder unterentwickelt sind, sondern weil das Licht von dort uns nie erreichen wird, schlimmer noch durch die beschleunigte Expansion des Universums entfernen sich ferne Galaxien schneller von uns als das Licht reisen kann.

2:08 Galaxien, die wir heute sehen, werden in ferner Zukunft verschwinden, sie überschreiten unseren kosmischen Horizont und verlassen das beobachtbare Universum. In Millionen von Jahren werden nur noch die Galaxien unserer lokalen Gruppe Gravitativ an uns gebunden sichtbar sein. Der Rest des Universums wird verschwunden sein, als hätte es nie existiert, wenn nicht das beobachtbare Universum und die Grenzen interessieren, verlinke ich dir hierzu eine passende Folge, die wir eben hierzu gemacht haben.

2:39 Die zweite fundamentale Grenze ist die Heisenbergische Unschärferelation. Werner Heisenberg entdeckte 1927, dass es fundamentale Grenzen gibt, mit welcher Präzision wir bestimmte Paare von Eigenschaften gleichzeitig messen können. Das bekannteste Paar ist Ort und Impuls, je genauer wir den Ort eines Teilchens scannen, desto ungenauer kennen wir seinen Impuls und umgekehrt, das ist keine Frage unzureichender Messinstrumente, es ist eine fundamentale Eigenschaft der Quantenmechanik.

3:13 Ein Teilchen hat einfach keinen exakten Ort und Impuls gleichzeitig. Diese Eigenschaften sind verschmiert, unscharf bis zu einer Messung. Die Unschärferelation setzt eine absolute Grenze dafür, was wir über die Quantenwelt wissen können. Diese Grenze hat tiefgreifende Konsequenzen, sie bedeutet, dass die Quantenwelt fundamental Probabilistisch ist.

3:38 Wir können nur Wahrscheinlichkeiten vorhersagen, nie Gewissheiten. Einstein war damit unglücklich und sagte berühmt Gott würfelt nicht, aber alle Experimente bestätigen das Universum. Auf kleinsten Skalen ist tatsächlich zufällig unvorhersehbar im Prinzip eine weitere Grenze ist der Ereignishorizont von schwarzen Löchern, ein schwarzes Loch ist eine Region in der Raumzeit, aus der nichts entkommen kann, nicht einmal Licht.

4:08 Der Ereignishorizont ist die Grenze, jenseits derer alle Informationen für uns verloren ist. Was innerhalb geschieht, können wir eben nicht beobachten. Wir können messen, was hineinfällt, aber nicht, was danach geschieht. Das führt zum Informationsparadoxon die Quantenmechanik besagt, dass Informationen nie verloren gehen, aber was passiert nun mit Informationen, die in ein schwarzes Loch fallen, wenn das schwarze Loch durch Hawkings Strahlung verdampft, scheint die Information verloren. Das widerspricht der Quantenmechanik. Vielleicht ist die Information in der Hawking Strahlung codiert, in subtiler Weise, vielleicht bleibt sie am Ereignishorizont haften oder vielleicht haben wir etwas Fundamentales missverstanden

4:52 innerhalb eines Schwarzen Lochs im Zentrum liegt die Singularität, ein Punkt unendlicher Dichte, unsere Physik bricht dort zusammen, die Allgemeine Relativitätstheorie sagt Unendlichkeiten voraus. Was normalerweise bedeutet, dass der Theorie ihre Gültigkeitsgrenzen erreicht hat, was wirklich in einer Singularität geschieht, wissen wir nicht, vielleicht gibt es keine echten Singularitäten, vielleicht verhindert Quantengravitation eine Theorie, die wir noch nicht haben, unendliche dichten, aber bis wir eine funktionierende Theorie der Quantengravitation haben, bleibt das innere vom Schwarzen Loch ein Rätsel, die Plank Skala markiert eine weitere fundamentale Grenze.

5:34 Bei Längenskalen von etwa 10, hoch -35 Metern und Zeitskalen von etwa 10 hoch -43 Sekunden der Planck Zeit werden Quanteneffekte und Gravitationseffekte gleich stark. Unterhalb dieser Skalen ergibt unsere aktuelle Physik keinen Sinn mehr, Raum und Zeit selbst könnten körnig, diskret oder schaumig werden, wir haben keine experimentelle Möglichkeit, diese Skalen zu untersuchen.

6:00 Die Energien, die dafür nötig wären, liegen weit jenseits jeder denkbaren Technologie. Das frühe Universum war extrem heiß und dicht kurz nach dem Urknall in den ersten 10 hoch 43 Sekunden war das gesamte Universum kleiner als die Planck Länge, was in dieser Planck Ära geschah, können wir nicht mit aktueller Physik beschreiben, unsere Theorien versagen, der eigentliche Moment des Urknalls, wenn es denn einen gab, bleibt uns verschlossen. Dann gibt es die Dunkle Materie und die dunkle Energie. Zusammen machen sie etwa 95% des Energieinhalts des Universums aus.

6:40 Wir wissen, dass sie existieren wegen ihrer gravitativen Effekte, Galaxien rotieren zu schnell, das Universum expandiert, beschleunigt, aber wir wissen nicht, was dunkle Materie und dunkle Energie sind, Dutzende Teilchenkandidaten wurden vorgeschlagen, Hunderte Experimente suchen nach ihnen bisher. Es ist möglich, dass wir die Natur der dunklen Materie nie direkt bestimmen können, wenn sie nur sehr schwach mit normaler Materie wechselwirkt.

7:10 Schwächer als unsere Detektoren jemals messen können, bleibt sie für immer unsichtbar. Wir würden ihre Gravitationseffekte sehen, aber nie verstehen, was sie wirklich ist. Multiversen stellen eine ganz andere Kategorie von Unerkennbarkeit dar. Einige Theorien, wie etwa die ewige Inflation, sagen voraus, dass unser Universum nur eines von unendlich vielen ist.

7:34 Diese anderen Universen haben möglicherweise andere physikalische Gesetze und andere konstanten, aber per Definition könnten wir sie nie beobachten. Sie liegen jenseits unseres kosmischen Horizonts, getrennt durch unüberwindbare Distanzen oder sogar durch verschiedene Raumzeitblasen das Multiversum.

7:53 Falls es existiert, ist fundamental unzugänglich. Das wirft eine philosophische Frage auf, wenn etwas im Prinzip nicht beobachtbar ist, gehört es zur Wissenschaft. Einige Physiker innen sagen Nein, Wissenschaft handelt von Vorhersagen, die getestet werden können, Untestbare Hypothesen sind Metaphysik, nicht Physik. Andere argumentieren, dass wenn eine Theorie die Testbare vorhersagen macht, auch ein Multiversum vorhersagt, dann ist das Multiversum eine Konsequenz guter Wissenschaft, auch wenn es selbst nicht testbar ist.

8:30 Die Frage nach dem warum der physikalischen Gesetze ist möglicherweise unbeantwortbar warum hat die Lichtgeschwindigkeit genau diesen Wert? Warum gibt es 3 Raumdimensionen und eine Zeitdimension? Warum existieren die Naturkonstanten mit ihrem jeweiligen spezifischen Wert? Wir können diese Konstanten messen, aber wir können nicht erklären, warum sie so sind, wie sie sind. Das anthropische Prinzip bietet eine Art Antwort, die Konstanten sind so, weil sonst intelligentes Leben nicht existieren könnte.

9:03 Um diese Frage zu stellen, wenn die elektromagnetische Kraft etwas anders wäre, gäbe es keine stabilen Atome. Wenn die starke Kernkraft anders wäre, gäbe es keine stabilen Atomkerne. Wir befinden uns in einem Universum mit diesen Werten, weil nur solche Universen Beobachter innen hervorbringen können, das ist logisch, aber es fühlt sich irgendwie unbefriedigend an, es erklärt nicht wirklich warum, sondern nur warum wir es so sehen.

9:31 Die Frage nach dem Anfang ist ebenfalls schwierig, was war vor dem Urknall? Die Standardantwort ist, die Frage ergibt grundsätzlich keinen Sinn, weil Zeit selbst mit dem Urknall begann. Vor dem Urknall gab es keine Zeit, aber das fühlt sich nach einem Ausweichen an einige Modelle wie die zyklischen Kosmologien schlagen vor, dass der Urknall nicht der absolute Anfang war, sondern der Übergang von einem vorherigen Zustand, aber diese Modelle sind spekulativ. Gibt es eine Theorie von allem?

10:06 Eine einheitliche Theorie, die Quantenmechanik und Gravitation zusammenführt, alle Kräfte beschreibt, alle Teilchen erklärt. Die Stringtheorie ist ein solcher Kandidat, aber sie ist mathematisch komplex und experimentell noch nicht testbar. Schleifen Quantengravitation ist ein anderer Ansatz, aber es ist möglich, dass es keine einheitliche Theorie gibt, vielleicht ist das Universum fundamental auf verschiedenen Skalen durch verschiedene Gesetze zu beschreiben und.

10:35 Oder vielleicht gibt es eine Theorie von allem, aber wir können sie nie vollständig verstehen. Kurt Gödel bewies in den 1930er Jahren, dass jedes hinreichend komplexe formale System entweder unvollständig oder inkonsistent ist. Es gibt wahre Aussagen, die nicht beweisbar sind. Manche Philosoph innen argumentieren, dass dies auch für physikalische Theorien gelten könnte. Vielleicht gibt es fundamentale Fragen über die Natur der Realität, die mathematisch unentscheidbar sind. Bewusstsein stellt eine weitere dieser Grenzen dar wie entsteht subjektive Erfahrung aus physikalischen Prozessen? Wir können Gehirnaktivität messen, neuronale Korrelate von Bewusstsein finden, aber die Brücke von Neuronen zu Qualia zum subjektiven Erleben bleibt

11:24 mysteriös, ist Bewusstsein fundamental eine Eigenschaft des Universums selbst? Oder Emergent Entstehend aus komplexer Informationsverarbeitung. Wir wissen es nicht. Diese Grenzen können deprimierend wirken, sind wir dazu verdammt, in ewiger Ungewissheit zu verbleiben, aber es gibt auch eine andere Perspektive, die Grenzen unseres Wissens definieren die Grenzen der Demut, sie erinnern uns daran, dass das Universum größer, tiefer, rätselhafter ist, als wir es je vollständig erfassen können. Und trotz dieser Grenzen haben wir unglaublich viel gelernt. Vor 400 Jahren wussten wir nicht, dass es andere Galaxien gibt, vor 100 Jahren kannten wir die Quantenmechanik nicht, vor 50 Jahren hatten wir keine

12:11 Ahnung von dunkler Energie, die Grenzen des Wissens verschieben sich ständig, was heute unmöglich erscheint, könnte morgen verstanden werden, aber einige Grenzen, die Lichtgeschwindigkeit, die Unscharferelation, der Ereignishorizont sind vermutlich absolut die. Sie sind Teil der Struktur der Realität.

12:32 Das zu akzeptieren, ist keine Niederlage, es ist ein Stück weit Weisheit hier auf der Erde leben wir mit anderen Grenzen, wir wissen nicht, wie viele Arten es gibt, wir verstehen nicht vollständig, wie Ökosysteme funktionieren, wir können langfristige Klimaveränderungen nicht mit präziser Perfektion vorhersagen, aber im Gegensatz zu den fundamentalen Grenzen der Physik sind diese Grenzen praktisch nicht prinzipiell. Mit mehr Zeit, mehr Daten, mehr Forschung können wir sie überwinden.

13:02 Was wir mit Sicherheit wissen. Diese Welt ist kostbar von allen Welten, die wir kennen, ist sie die einzige mit Leben, die einzige mit Bewusstsein, die einzige, wo Wesen existieren, die über die Grenzen des Wissens nachdenken können, wie wir es gerade tun. Das Universum mag uns Geheimnisse vorenthalten, aber es hat uns diese Welt gegeben, komplex, schön und fragil. Die Grenzen der Physik zeigen, dass nicht alles wissbar ist. Aber sie zeigen auch, wie wertvoll das Wissen ist, das wir haben und wie wichtig es ist, die eine Welt zu schützen, auf der wir mit Sicherheit wissen, das Leben existiert, unsere Heimat, die Erde, gute Nacht, und während du schläfst, bleiben die großen Fragen unbeantwortet,

13:47 aber hier, auf diesem Planeten, in diesem Moment ist das Leben real, das Bewusstsein lebendig. Und vielleicht ist genau dies das größte Wunder von allen.