Willkommen in der Planckwelt

        Information -   die verkannte Größe der Physik

Die Cebit ist die größte Messe der Welt für Information und Kommunikation. Die Produkte der Cebit haben unser Leben verändert. So gibt dass Handy uns ein neues Gefühl für Raum und Zeit . Informationen sind durch das Internet allgegenwärtig und verfügbar. Die Menschen wollen nicht mehr auf das Internet verzichten. Dabei wurde das Internet am CERN in Genf von Physikern erfunden und entwickelt, um der an den Detektoren entstehenden Datenflut Herr zu werden.

Am CERN ist jetzt die neueste Forschungsmaschine wieder im Betrieb. Im Januar 2010 hat die Datenentnahme begonnen. Der LHC ist der größte Kühlschrank der Welt. Im Inneren der ringförmigen Röhre mit einem Umfang von 27 km herrscht die niedrigste Temperatur des Universums. Die beiden Protonenströme prallen zusammen und erzeugen dort einen Mini-Urknall. Das Auflösungsvermögen in Raum und Zeit bei diesem Supermikroskop wird dabei bestimmt durch die Heisenbergsche Unschärferelation

∆x ∙ ∆p ≥ h und ∆E ∙ ∆ t ≥ h

Der LHC soll eine Kollisionsenergie von 14 TeV erreichen.

Das Kollisionssystem ist die eine Medaillenseite des LHC.

Die andere Medaillenseite sind die Teilchendetektoren, die „Beobachter“. Der Teilchendetektor Atlas z.B. ist so hoch wie ein 3-stöckiges Wohnhaus. Wie Zwiebelschalen sind die einzelnen Detektorschichten angeordnet. Detektoren unterscheiden die bei der Kollision entstehenden Teilchen. Die beobachteten Teilchenspuren werden in Bruchteilen von Sekunden mit den bekannten und abgespeicherten Teilchenspuren verglichen. Die anfallenden Datenmengen sind so groß, dass sie in einem Grid verarbeitet werden müssen. Alle verfügbaren Computerkapazitäten sind zusammengeschaltet wie die Neuronen eines Gehirns. Teilchen müssen unterscheidbar sein. Es ist ein Ringen mit der Unwahrscheinlichkeit. Zur Zeit steht das Higgs-Teilchen als letztes fehlende Teilchen des Standardmodells mit seinen Zerfallsspuren im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit und des Interesses.

Wenn das Higgs-Boson gefunden und mit statistischer Sicherheit nachgewiesen ist, ist das skalare Higgs-Feld nachgewiesen und anerkannt. Dann richtet sich die Aufmerksamkeit der Theoretiker auf die Erklärung des Massenspektrums der Fermionen. Die Kopplungsfaktoren der Fermionen an das Higgs-Feld müssen von einer Naturkonstante abgeleitet werden.

Detektoren beruhen auf einer anderen Unschärfe, der Ununterscheidbarkeit .

∆E ∙ ∆ 1/T ≥ k und ∆S ∙ ∆lnW^-1 ≥ k .

lnW-1 ist der natürliche Logarithmus der Unwahrscheinlichkeit und ein Maß für die Information. Damit lässt sich die Unschärferelation auch formulieren

∆S ∙ ∆H ≥ k ( k ist die Boltzmannkonstante )

Was ist Information ?

Information ist nach der Lehre der Kybernetik eine 3. Kategorie neben Energie und Materie. Sie bedarf eines Trägers, so wie Software zur Manifestation Hardware braucht und das ist die Materie. Software ist ein eigenständiges Gut und man kann damit reich werden. Das hat Bill Gates bewiesen und das beweisen die Burschen von Google.

Interessant ist die quantitative Beziehung zur Materie !

Logarithmiert man mit natürlicher Basis die Massenverhältnisse der Elementarteilchen und dividiert durch einen Kopplungsfaktor e und e²/6 , dann kommt man zu ganzen Zahlen.

Diese Zahlen sind bei den geladenen Leptonen die Quantenzahlen 0,2,3 und bei den Quarks die Quantenzahlen 0,1,3,5,6,9 !

Man kann daraus folgern, dass die Elementarteilchen die kleinsten Manifestationen der Information sind, gleichsam Informationsatome.

Die Elementarteilchen bestehen aus 6 Ladungen und man kann durch Kombination dieser 6 Ladungszahlen alle über 200 Fermionen darstellen.

Und was sind die Schlussfolgerungen aus den Unschärferelationen ?

Der Meßprozess verbraucht Energie in Form von thermodynamischer Energie. Hierzu ist ein Temperaturgradient notwendig. Die Unterscheidung der Teilchen ist ein Informationsgewinn. Information verbraucht Entropie. Die Basis des Logarithmus ist nicht 2 sondern die natürliche Zahl e = 2.71 . Ein bit^e entspricht einem Entropiequant k.

Der Beobachter spielt in der Physik eine nicht greifbare Rolle. Bekannt ist der Spruch aus den 20-iger Jahren „ Wenn im Wald ein Baum fällt und niemand schaut zu , ist dann der Baum wirklich gefallen „. An diesem Spruch entzündeten sich endlose philosophische Diskussionen über das Wesen der Quantenmechanik. So gibt es eine Quantenmechanik ohne und eine Quantenmechanik mit dem Beobachter. Ohne Beobachtung überlagern sich die Wahrscheinlichkeitswellen. Wird gemessen, kollabiert die Wahrscheinlichkeitsfunktion. Die Einbindung des Meßprozesses in das System der Quantenmechanik ist nachwievor ein ungelöstes Problem der theoretischen Physik. Die Quantentheorie kann nicht davon abhängen, dass es Physiker als Beobachter gibt, die auf dem Planeten Erde bei einer Temperatur zwischen 30 und 40 °C leben. . Die Quantentheorie ist unvollständig, weil sie den Beobachter nicht einschließt. Woran liegt das ?

Die Quantentheorie ist formuliert in der 4-dimensionalen Raumzeit. Energie und Impuls sind die wichtigsten Größen. Die Information als thermodynamische Größe ist außen vor. Information entsteht in einem Temperaturfeld und dieses skalare Feld ist eine Dimension jenseits der Raumzeit.

Das Problem vom Ursprung der Masse bei den Bosonen der schwachen Wechselwirkung hat die Berücksichtigung eines Skalarfelds in Form des Higgs-Felds im Lagrangeterm erforderlich gemacht.

Wenn die Quantenmechanik vollständig sein soll , muss es die Einheit von experimentellen System und Beobachter geben. Wirkung und Information müssen austauschbar sein und eine Einheit bilden, so wie Ruhe und Bewegung, Elektrizität und Magnetismus, Raum und Zeit , Gravitation und Geometrie.

Diese neue Symmetrie hat überraschende Konsequenzen :

Information ersetzt die Wirkung und umgekehrt . Kopieren einer Information reduziert den Energieaufwand gemäß dem Prinzip der minimalen Wirkung.

Die Natur hat das Symmetrieprinzip schon längst realisiert und die Erhaltung der Symmetrie über die Evolution des Kosmos bis in unsere Zeit hinüber gerettet. In der Bakterienzelle sind Stoffwechselmaschine und Detektor vereint. Manipulierte Bakterienzellen haben schon lange Eingang in die chemische Produktion gefunden. Signale aus der Umwelt, wie optische Signale oder pH-Werte des Milieus werden aufgenommen und beeinflussen direkt den Stoffwechsel. In der anorganischen Welt ist die Symmetrie von Wirkung und Information gebrochen.

Bakterien leben in der vierdimensionalen Raumzeit und in einer weiteren Dimension , der Temperatur. Das sich bewegen in dieser Dimension hat die Evolution erst vorangebracht. Die Symmetrie zwischen Wirkung und Information setzt eine 5. Dimension voraus und diese Dimension ist keine Raumdimension.

Das ist der Unterschied zu den diskutierten extra-dimensionalen Modellen, die die 5. Raumdimension auf die Plancklänge kompaktifizieren müssen. Die Temperatur als 5. Dimension unterliegt diesen Zwängen nicht.

Wenn in einem anorganischen System wie dem LHC die Symmetrie von Stoffwechselmaschine und Detektor, von Wirkung und Information , gebrochen ist und bei einem lebenden System diese Symmetrie erhalten ist, dann ergibt sich eine interessante Fragestellung ?

Wie sieht es mit der Vereinheitlichung der Kräfte im lebenden System der Bakterie aus ? Wie sehen die Kopplungskonstanten der Kräfte aus ? Wenn dort eine einheitliche Kopplungskonstante existiert, können dann die schwache Kernkraft und die schwache Kernkraft bei unseren Umgebungstemperaturen zur Wirkung kommen ? Wenn ja, dann gibt es sensationelle neue Potentiale für die gentechnische Produktion.

In der anorganischen Welt mit ihrer gebrochenen Symmetrie von Wirkung und Information ist die thermodynamische Energie durch E= k∙T gegeben. Hierdurch entsteht die enorm hohe Plancktemperatur von 10³² °K .

Bei lebenden organischen Systemen ist die thermodynamische Energie gegeben durch E =- S ∙T . Setzt man die Negentropie mit Information gleich so ergibt sich . E = k ∙H ∙ T . Organische Systeme haben mit ihren Enzymen einen enorm hohen Informationsgehalt und wie bei Anwesenheit eines Katalysators in der chemischen Produktion wird in der Bakterienzelle die Reaktionstemperatur auf die Umgebungstemperatur drastisch gesenkt.

Ist die Urkraft bei einer erhaltenen Symmetrie von Wirkung und Information realisiert ?

Wortwolke Raum-Zeit Higgsmechanismus 4.Quarkfamilie Zahlenmythos Ladungen Ladungstrennung