Wieso sollte das Universum nicht deterministisch sein?

15 Antworten

Wie einer meiner Physikprofessoren gesagt hat: Die Quantenmechanik ist auf der Ebene der Quasiteilchen nichtdeterministisch. Auf der Ebene der Wellenfunktionen ist sie vollständig deterministisch. (Bloß, weil wir prinzipiell keine Möglichkeit haben, diese genau genug zu bestimmen, heißt das noch lange nicht, dass sie auch nicht existieren.)

Und ein anderer oder derselbe hat gesagt: Es mag sein, dass man eines Tages herausfindet, wie man das Verhalten von quantenmechanischen Teilchen vollständig voraussagen kann. Aber dann kann es auch sein, dass man unterhalb dieses neuen Determinismus wieder etwas wie die Quantenmechanik entdeckt, sodass die Indeterminiertheit auf einer tieferen Ebene wiederkehrt. Und auch diese kann wieder durch noch tieferliegende Theorien deterministisch werden. Und so weiter. Das Problem ist also letztlich unentscheidbar.

Außerdem wissen wir nicht, ob unsere physikalischen Körper alles ist oder ob wir transzendente "Seelen" haben, die mit unseren Körpern von einer anderen Welt aus wechselwirken. Wir hätten damit ein zwar vollständig deterministisches, aber offenes Universum. Da wir jedoch keine andere Welt wahrnehmen können, muss dies prinzipiell unbeantwortbar sein. (Und wir haben die Frage der Determiniertheit auch für eine andere Welt.)

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Studium, Hobby, gebe Nachhilfe

Hallo bantheduck,

Dein Argument mit der Quantentheorie ist nicht zutreffend. Die Unbestimmtheit liegt dort an der tatsächlich gegebenen Situation.

In der makroskopischen Welt "sind die Würfel gefallen", doch in der Quantenwelt ist die Unbestimmtheit gegebene Sache. Wenn ich also einen Überlagerungszustand habe, dann ist das auch einer. 

Sogar für Teilchendrehimpulse (Spins) muss man eigene Regeln aufstellen (Spinoren), weil eben die klassischen Gesetze nicht mehr gelten. 

Die ganze Quantenmechanik basiert darauf. Auch in der Heisenbergschen Unschärferelation ist es letzlich ein gegebener Zustand, dass Ort und Impuls (bzw. auch andere Grössen) unbestimmt bzw. undefiniert sind. Die Messung in sich, verändert nur deren Verteilung.

Die Formel dafür ist ja 

Delta Ort × Delta Impuls ist kleiner oder gleich das Plancksche Wirkungsquantum

Diese Beschreibung ist aber vollständig und beschreibt den tatsächlichen Zustand.

Ich muss zugeben, ich war in meiner Überzeugung meistens ziemlich indeterministisch. Sobald mal etwas deterministisches wie die Schrödingergleichung kam, wurde es gleich vom Kollaps der Wellenfunktion zunichte gemacht.

Hawking vertritt da eher eine deterministische Ansicht, da er versucht, die Entwicklung der Raumzeit mit Feynmanschen Pfadintegralen zu beschreiben (ähnlich, wie John A. Wheelers "Wellenfunktion des Universums), was dann letztlich in die abstruse Idee der imaginären Zeit übergeht. 

Also zum freien Willen:

Letztlich gehen alle Handlungen der Lebewesen (bzw. Den meisten) auf neurobiologische Prozesse im Gehirn zurück und diese sind an ihre Umgebung angepasst. Zum Beispiel handelst du bei Kälte instinktiv anders als bei Wärme. Der Verlauf deines "Freien Willens" hängt dabei von 

-der Biologischen Beschaffenheit deines Körpers

- deiner Psyche (Instinkte, Erfahrungen, Erinnerungen)

-deiner Umgebung ab.

Dies sind für mich die einzigen Faktoren, die beim Freien Willen eine Rolle spielen. In dem Punkt gebe ich dir recht: Die Handlungsweise eknes Menschen liesse sich (theoretisch) bis ins Detail vorhersagen.

Im physikalischen Bereich (und der ist ja Hauptgegenstand hier) muss ich dir aber wegen ddn oben genannten Dingen über die QM widersprechen.

Fazit:

Es tut mir Leid, aber ich teile deine Ansichten nicht.

LG und frohes neues Jahr,

Astroknoedel 

Ich muss mich verbessern: Die Formel ist Delta Ort ×Delta Impuls ist GRÖSSER ODER GLEICH das PW

1

Ich hoffe, dass ich deine Frage richtig verstehe. Ich persönlich glaube bzw. kann mir vorstellen, dass alles vorherbestimmt ist, sogar der freie Wille. Denn:
Gehen wir davon aus, dass es eine Weltformel gibt. Wir kennen sie zwar noch nicht, aber es gibt sie. Dann können wir uns das Universum wie eine Simulation vorstellen. Wir nehmen einfach alle Partikel, die es am Anfang des Universums gab, und fügen unsere Weltformel hinzu und simulieren das Ganze. Da es diese eine Weltformel gibt, dieses eine physikalische Gesetz, an das sich auch subatomare Teilchen halten, dann ist das Verhalten jedes Teilchens im Universums vorbestimmt. Es beginnt eine Kettenreaktion. Von der Bildung des ersten Atomkerns bishin zu deinem Gedanken, der im Prinzip nichts weiter ist, als ein elektrischer Impuls.
Ich bin zwar kein Experte, aber so sehe ich die Welt. Vielleicht teilt ja jemand meine Meinung oder kann mir erklären, ob und warum ich falsch liege

Das, was du schilderst, ist der Laplacsche Dämon.

In der Tat glaubten fast alle Wissenschaftler anfangs des letzten Jahrhunderts an die Determiniertheit der Welt. Die gibt es aber nicht.

Diesen Beweis hat Ilya Prigogine schon in den 60er Jahren veröffentlicht, bevor er dann ein wichtiger Teil der Theorie dissipativer Strukturen wurde, für die er 1977 den Nobelpreis erhielt. Dieser Beweis beruht hauptsächlich auf der Bäcker-Transformation, der Bernoulli-Transformation sowie der Ljapunov-Funktion und der Einführung des Zeitpfeiles in die Quantenmechanik und die Relativitätstheorie.

Bezogen auf diesen Beweis beerdigte 1986 der damalige "Präsident aller Deterministen", Sir James Lighthill, Präsident der International Union of Theoretical and Applied Mechanics, den  Determinismus mit folgenden Worten:
„Hier muss ich innehalten und im Namen der großen Bruderschaft der Praktiker derMechanik sprechen. Wir sind uns heute sehr der Tatsache bewusst, dass die Begeisterung, die unsere Vorgänger für den phantastischen Erfolg der Newtonschen Mechanik empfanden, sie auf diesem Gebiet der Vorhersagbarkeit zu Verallgemeinerungen verleitet haben, an die wir vor 1960 möglicherweise allgemein geglaubt haben, die wir aber inzwischen als falsch erkannt haben. Wir möchten uns gemeinsam dafür entschuldigen, dass wir das gebildete Publikum in die Irre geführt haben, indem wir bezüglich des Determinismus von Systemen, die den Newtonschen Gesetzen genügen, Ideen verbreitet haben, die sich nach 1960 als inkorrekt erwiesen haben."

Hier sei ausdrücklich betont, dass Prigogine nicht auf das Quantenparadoxon oder die Grobkörnigkeit des Universums rekurriert sondern sich ausdrücklich auf Newtonsche Systeme bezieht. Newtonsche Systeme gehorchen ausschließlich deterministischen Gesetzen. Und selbst wenn man sämtliche Anfangs- und Randbedingungen kennen würde, würde sich das System unter bestimmten Bedingungen auf Dauer indeterministisch verhalten. Diese Dauer wird über den Ljapunov-Exponenten ermittelt. Die Bedingung ist, dass das System durch Energieeintrag vom thermodynamischen Gleichgewicht weggetrieben wird. Ist der Energieeintrag groß genug, entsteht eine disssipative Struktur. Das System wird ins Chaos gestürtzt und aus dem Chaos erwachsen neue Ordnungsstrukturen. Das Ganze nennt man wegen der Mischung aus Determinismus und Chaos Deterministisches Chaos. Dieser Zustand ist in der belebten Natur die Regel, dort gibt es kein thermodynamisches Gleichgewicht, daher gilt da auch kein Determinismus mehr.

Prigogine hat sozusagen die Physik des Lebendigen entwickelt. Das Entstehen von Neuem kann mittels Emergenz erklärt werden. Prigogine ist auch ausführlich auf das Problem Gehirn eingegangen und nach seiner Theorie sind Bewusstsein, Geist und Seele Emergenzen der Hinrtätigkeit. Die zugehörige Forschung steht erst am Anfang, sie ist erst etwa 10 Jahre alt. Die Theorie Dissipativer Strukturen (alias Physik des Lebendigen, Emergenztheorie, Chaostheorie, Nichtlinera Physik, Nichtlineare Dynamik) wird in der Hirn- und Kognitionsforschung inzwischen breit adaptiert und hat schon zu ersten Erfolgen geführt.

Tatsächlich haben Hirnstrommessungen und Auswertungen von Hirnströmen im Licht obiger Theorie ergeben, dass das Gehirn im bewussten Zustand in einem Zustand permanenter Instabilität (Chaos) arbeitet. Es gibt praktisch keine Vorhersagbarkeit insofern, dass man aus einem bekannten Zustand auf den Zustand in ein paar Sekunden schließen kann. Determinismus ist ein Grenzfall in der Nähe des thermodynamischen Gleichgewichtes, während das Gehirn soweit weg vom thermodynamischen Gleichgewicht arbeitet, wie es nur geht.

Kurz: Determinismus und freier Wille widersprechen sich. Macht aber nichts, weil das Gehirn in der Nähe des deterministischen Chaos arbeitet und weit weg vom thermodynamischen Gleichgewicht, sodass bei allem, was mit einem bewussten Gehirn zu tun hat, kein Determinismus möglich ist.

Aus Sicht des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik: ein deterministisches System befindet sich im Zustand der Ordnung, bei der das Prinzip der minimalen Entropieproduktion gilt. Das Gehirn arbeitet dagegen im Zustand maximaler Entropieproduktion.

Die Darstellung der Theorie Dissipativer Strukturen, deren wissenschaftsgeschichtliche Einordnung, mathematische Herleitung und deren philosophische Interpretation kannst du hier von Prigogine persönlich lesen:
http://www.schlaefendorf.de/literatur/prigogine/

Nebenbei: Durch die Erweiterung der Quantenmechanik, Relativitätstheorie und Thermodynamik um den thermodynamischen Zeitpfeil hat Prigogine auch das Quantenparadoxon gelöst und deterministischen Versuchen, das Werden in der Welt zu erklären, wie z.B. die Multiversentheorie, die Grundlage entzogen. Die Physiker in Princton, unter ihnen S. Hawking, können sich wie viele Teilchenphysiker mit etwas Neuem in  der Physik  nicht so recht abfinden (worüber sich schon Einstein beschwert hat). Sie hat nämlich eine Nebenwirkung, auf die auch Prigogine schon hinweist. Die Physik an sich ist nicht mehr alleine dafür zuständig, die Welt zu erklären. Es kann aus prinzipiellen Gründen keine Weltformel (TOE, Theorie of Everything) geben. Die Physik kann nun zwar ohne Rückgriff auf eine transzendente Kraft (göttlichen Einfluss) die Entstehung von Emergenzen wie Leben, Information und Bewusstsein erklären, aber die Beschäftigung mit den einzelnen Emergenzen müssen die biologischen, humanen, geistes und gesellsschaftswissenschaftlichen Fachleute erledigen.




Sehr schön. Wunderbar, wie viel Fachwissen hier eingebracht wird. Ein paar Fragen habe ich noch :

-Wenn man die Dauer des Indeterminismus in Sxstemen ohne temporalem Gleichgewicht mit dem Ljapunov-Exponenten ermitteln kann, ist es dann aber nicht aus logischen Gründen schon deterministisch, da man es ja im Laufe der Zeit beschreiben kann ?  

- Könntest du vielleicht noch mehr auf diese Quantenparadoxon-Geschichte und den thermodynamischen Zeitpfeil eingehen ? Du hast es nämlich erwähnt, dann aber nichts genaues darüber gesagt. Auch in Bezug auf Multiversen

1
@Astroknoedel

Zum dissipativen Chaos:

Bildlich kann man es sich so vorstellen, dass sich alles im Universum zwischen den beiden Polen Ordnung und Chaos abspielt. 

Es gibt ein großes Gebiet der Ordnung, dessen theoretischer Ursprung im Urknall zur Zeit t=0 zu finden ist.
Dann gibt es ein großes Gebiet des Chaos, dessen theoretisches "Ende" der Entropietod des Universums darstellt. Dieser Entropie- oder Wärmetod bedeutet, das Universum hat das thermodynamische Gleichgewicht erreicht.
In der Systemtheorie geht man aber von den Begriffen Ordnung und Chaos im Zusammenhang mit dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik (2. HS) weg, da diese Begriffe bei geschlossenen Systemen sehr bildhaft sind, bei offenen von Energie durchströmten Systemen, wie also allen lebenden Systemen, in die Irre führen können. Hier ist man dazu übergegangen, statt "Ordnung" zu verwenden von wertvoller Energie (Exergie) zu sprechen. Statt Chaos verwendet man treffender den Begriff "entwertete Energie" = Anergie.
Praktisch werden die untere und obere Grenze von Ordnung und Chaos durch die potentielle Energie (Gravitation) als wertvollste reale Energie sowie von der Hintergrundstrahlung als entropiereichstem Phänomen des Universums dargestellt.  Alleine die Hintergrundstarhlung enthält mehr als die Hälfte der Gesamtentropie des Universums.

Zwischen den beiden Gebieten von Ordnung und Chaos gibt es eine dünne Grenzschicht, in der beide Prinzipien vorherrschen. Das ist das Gebiet des deterministischen Chaos, in dem sich alles Werden und insbesondere das Leben abspielt. In dieser dünnen Grenzschicht wird Energie, die von der  Ordnung zum Chaos strömt entwertet (dissipiert) und dabei werden neue Ordnungsstrukturen aufgebaut.

Alle Systeme, die sich in dieser Grenzschicht befinden, unterliegen dem thermodynamischen Zeitpfeil. Innerhalb dieses Gebietes gibt es keinen Determinismus, den gibt es lediglich im Gebiet des reinen Chaos, sprich in der Nähe des thermodynamischen Gleichgewichtes. Im deterministischen Chaos entwickelt sich jedes System durch die Entwertung der Energie weiter, wobei immer wieder Irreversibilitäten auftreten. Irreversibel bedeutet, der Vorgang ist unumkehrbar, Zukunft und Vergangenheit sind nicht mehr identisch wie in der klassischen Physik. Man sagt auch, die Zeitsymetrie ist gebrochen und dadurch kann der thermodynamische Zeitpfeil auch nur in Richtung Zukunft zeigen. Ein solches System mit gebrochener Zeitsymetrtie "vergisst" irgendwann seinen Ausgangszustand. Anders gesagt, selbst wenn man das System vollständig erfassen kann, kann man dennoch nicht daraus herleiten, von welchem Ausgangszustand das System losmarschierte. Das System ist damit vollständig irreduzibel geworden. Wie lange es dauert, bis die Vergangenheit "vergessen" wird, gibt die Ljapunov-Zeit an, die dem Kehrwert des Ljapunov-Exponenten entspricht.

Zur Quantenparadoxon-Geschichte schreibe ich nichts tiefergehendes. In der Physik des Mikrokosmos besitze ich auch nur ein gesundes Halbwissen, da lese ich lieber nur mit, bevor ich Blödsinn verzapfe. Das liest du lieber selber bei Prigogine nach:
http://www.schlaefendorf.de/literatur/prigogine/node34.html

Die Multiversen-Theorie ist eine Folge der ausschließlich deterministischen Betrachtung der Welt und ist mit der Theorie der Dissipativen Strukturen hinfällig.

0

Hi,

Bitte beachten: Ich bin weder Physiker noch Philosoph, von daher alles hier ohne Gewähr ;)

Und würde man alle Gegebenheiten beim Würfeln wissen, dann kann man berechnen, was das Ergebnis sein wird.

Richtig. Zumindest bei realistischen und lokalen Theorien ist das möglich.

Und das gleiche gilt eben in der Quantenphysik.

Nein. Denn die Quantenmechanik ist nach vorherrschender Kopenhagener Deutung eben nicht realistisch und lokal. Soll heißen: Es lassen sich zwar Wahrscheinlichkeiten berechnen, das genaue Ergebnis wirst du jedoch nie vorhersagen können. Ganz einfach gesagt: Das Ergebnis wird möglicherweise erst durch die Messung "erzeugt" (vgl. "Schödingers Katze", Doppelspaltexperiment).

Die Frage, ob unser Universum deterministisch ist, oder nicht, lässt sich damit allerdings auch nicht beantworten - darüber zerbrechen sich die genialsten Physiker und Philosophen nach wie vor die Köpfe. So lässt die Quantenmechanik auch deterministische Deutungen zu. Unter anderem die Viele-Welten-Interpretation, von der du nach eigener Aussage nichts hören möchtest ;)

Viele Grüße,

SacredChao

Danke für die Antwort, aber das von dem du redest hat was mit Messungen zutun. Ich hab aber eher an das wirklich vorhandene gedacht. Die Messungen kannst du dir dann so vorstellen dass du Gott bist und einfach alles weißt. Ich könnte falsch liegen weil ich eben auch nur n Schüler bin, aber ich glaube solche Wahrscheinlich- oder unwahrscheinlichkeiten existieren nur wegen der begrenzten Möglichkeiten des menschen. 

0
@bantheduck

Ich glaube da liegt dein Fehler:

Die Messungen kannst du dir dann so vorstellen dass du Gott bist und einfach alles weißt.

So funktioniert das leider nicht. Die Annahme selbst würde gegen die Gesetze der Physik verstoßen, damit lässt sich dadurch auch keine Aussage treffen.

Ich weiß natürlich worauf du hinaus willst - und ja, auch solche Interpretationen gibt es. Aber nach vorherrschender Meinung ist die Quantenmechanik eben nicht deterministisch. Aber wie gesagt, eine Aussage über das Universum lässt sich damit trotzdem nicht treffen :)

3

Was möchtest Du wissen?