Frage von Raider1357, 97

Simulation unseres Universums?

Hej, Diese Frage geht an alle, die sich genauso sehr für Physik interessieren, wie ich :D. Könnte man in geraumer Zukunft eine Simulation bzw. Programm erstellen, in dem ein Abbild unseres Universum enthalten ist? Also, dass es mit unserem identisch ist? Mir ist bewusst, dass dies keineswegs einfach ist und, dass wir dafür auch noch eine ganze Weile brauchen werden. Aber wäre es möglich, wenn wir irgendwann einmal die quantenmechanischen Prozesse verstehen würden?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von Hamburger02, Community-Experte für Physik, 11

Da gibt es schon mal 2 Probleme, die das verhindern. Damit ist nicht gemeint, ob der nötige Aufwand überhaupt getrieben werden kann, sondern es geht um prinzipielle Dinge, die selbst dann nicht zu umgehen wären, wenn eine vollständige Beschreibung mathematisch und technisch (PC-Kapazität!!) möglich wäre sowie alle Naturgesetze, auch die, die wir noch nicht kennen, bekannt wären.

1. Unvollständigkeitssatz von Gödel:
Ein System kann niemals von innern heraus vollständig beschrieben werden. Das trifft hier zu, da wir selber Teil des Universums sind und uns damit auch selber mitbeschreiben müssten. Es gibt immer mindestens 1 Variable mehr als Gleichungen, wodurch das entstandene Gleichungssystem nicht eindeutig lösbar ist.
Eine Vollständige Beschreibung eines Systems ist nur von Außen möglich.

2. Schmetterlingseffekt nach Lorenz
Selbst wenn das Universum mal angenommen vollständig zu einem bestimmten Zeitpunkt beschrieben werden könnte, was aber Gödel verhindert, könnte man damit keine Simulation ablaufen lassen, die die Entwicklung des realen Universums vorhersagen kann.
Vor einiger Zeit hat dazu mal ein Physiker folgendes Beispiel durchgerechnet:
Er nahm einen Billiardtisch mit einer weißen Kugel, die sich ideal, d.h. reibungsfrei auf dem Tisch bewegt. Deren Weg hat er dann durchgerechnet.
Dann ging er her und veränderte die Ausgangsbedingung um das kleinste Maß, das er mathematisch erfassen konnte. Das war der Einfluss eines einzelnen Elektrons in etwa 13 Milliarden Lichtjahren Entfernung durch seine Schwerkraft. Dann rechnete er den Weg der Kugel erneut durch und stellte fest, dass die Differenz zur ersten Rechnung schon nach 16 Stößen der Diagonalen des Tisches entsprach, was bedeutet, das Ergebnis hat keinerlei Aussagekraft mehr bezüglich der Realität, wenn der mögliche Fehler so groß ist, wie das ganze System. Wenn man nun den Einfluss aller Elektronen des Universums berücksichtigen würde, ergäbe dies, dass die Simulation wohl schon nach Milisekunden aus dem Ruder laufen würde und keine Aussagen zur Realität mehr möglich wären.

Antwort
von jentolon, 28

Ist sehr komplex und wir verstehen noch zu wenig und ob so eine exakte Simulation zukünftig überhaupt möglich ist auch fraglich, wegen der schieren Rechenleistung. Ich würde eher nein sagen.

Es gibt aber Simulationen zur Entstehung des Universums auf Supercomputern mit denen man versucht mehr zu erfahren/herauszufinden.

Wir wissen heute nicht mal wie das Universum entstanden ist und ob/wie es endet. Was wir haben sind Theorien.

Bisschen allgemeines Geschwafel von mir hier.

Kommentar von Raider1357 ,

Ja genau, aber sollten wir die quantenmechanischen Prozesse verstehen, würden wir auch die Entstehung unseres Universums und viele weitere Sachen verstehen. Wäre es dann nicht möglich?

Antwort
von grtgrt, 13

Es wird uns immer nur möglich sein, unser Universum hinsichtlich einzelner Evolutionsprozesse (und einzelner hierdurch entstehender) Eigenschaften zu simulieren.

Die Millenium-Simulation ist da sicher nur ein erstes, noch relativ einfaches Beispiel: http://wwwmpa.mpa-garching.mpg.de/galform/virgo/millennium/ .

Antwort
von WombatCC, 8

Dann würden wir erst bemerken, was uns noch zu entdecken bleibt. Ich denke wir Menschen werden das Universum nie ganz begreifen, vorallem wenn es um weitere Dimensionen geht...

Antwort
von MonkeyKing, 27

Eine Simulation unseres Universums das mit unserem identisch ist, IST das Universum. Man kann in unserem Universum nur eine annähernde Simulation erreichen. 

Mir kommt dazu der Gedanke dass eigentlich in jedem Gehirn auch eine Simulation des Universums abläuft. Eine zwar sehr stark vereinfachte, aber doch ein Abbild, das wir dann für das Universum (bzw. einen kleinen Teil davon halten). Mir kommt noch ein anderer Gedanke: ich solle jetzt schlafen gehen ;).

Kommentar von Raider1357 ,

Welcher Gedanke denn? ;D

Kommentar von Geograph ,

steht doch da "ich sollte jetzt schlafen gehen"


Antwort
von soissesPDF, 8

Das wäre möglich, theoretisch auch heute bereits (Supercomputer).
Das Problem sind die zur Verfügung stehenden Rechnerkapaitäten und begrenzten Erkenntnisse der Physik.

Eine Programmierung muss immer die Realität beschreiben.
Für diese Erkenntnis fehlt denn noch sehr viel, wie es sich verhält oder was sonstig die Realität im Universum ist (Dunkle Materie).

Antwort
von Wischkraft1, 43

Es gibt noch derart viele Ungewissheiten und je länger je mehr lernen wir, dass je mehr wir wissen, wir ahnen, dass wir nichts wissen.

Wie ist das jetzt schon wieder mit der dunklen Energie, der dunklen Materie?

Lesch (Prof. Dr. Harald Lesch, Astrophysiker Uni München) sagt immer mal wieder: "Man soll sich nicht wundern, dass die Katze genau dort die Löcher im Fell hat, wo sie  ihre Augen hat." Heisst: Es ist so, wie es ist und wäre es nicht so, würden wir nicht daürber diskutieren können, dass es so ist.

Es wird drum schon noch ein paar Monate dauern, bis wir das Univesum nachgebildet haben werden - ist das überhaupt sinnvoll?

Kommentar von Astroknoedel2 ,

Sehr.

Antwort
von Astroknoedel2, 25

Das kommt darauf an, was du darunter definierst. Meinst du die Zeitentwicklung des Universums oder den jetzigen Zustand ?

Die heutige moderne Astronomie lebt von Computersimulationen, die den Zerfall eines Sterns oder die Entwicklung eines Galaxienhaufens simulieren. Ja, es wurden sogar schon Großraumsimulationen mittels der Allgemeinen Relativitätstheorie gemacht, die mehrere Teile des Universums simulierten.

Da bleiben wir jetzt auch. Bei der Mathematik. Mit den mathematischen Formalismen der Kosmologie lässt sich die Entwicklung des Universums als Ganzes auch beschreiben. 

Beispielsweise gilt die Raumzeit hier als eine Mannigfaltigkeit  (geometrisches Objekt aus der Mathematik), also als ein als Ganzes beschreibbares Objekt.  Es gibt Singularitäten, wo sie sich nicht beschreiben lässt (Schwarze Löcher, Urknall). 

Also wird die Simulation unvollständig, aber schon irgendwie machbar. 

Ich kann dir sogar hier, jetzt, sofort sagen, wie sie ungefähr aussehe. 

Wenn du ein dreidimensionales Koordinatensystem hast und die z-Achse die Zeit ist, dann hätte das Universum ungefähr die Form eines Trichters, der unten unendlich dünn zuläuft und oben exponentiell auseinanderläuft (oder nach einem globalen Maximum oben wieder unendlich dünn zueinander zuläuft). 

Das könnte man vielleicht mit dem Dichteparameter Omega berechnen, aber das wäre schwierig.  Es deutet trotzdem alles darauf hin, dass das Universum euklidisch und unendlich ausgedehnt ist (was meine Trichterbeschreibung oben trotzdem nicht unmöglich macht).

Kommentar von Astroknoedel2 ,

Quantenphänomene wären an den erwähnten Extrempunkten (Urknall, SLs) wichtig.

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