Baum des JenseitsGrenzideen zu Energie, Raumzeit und Geist

Reale Grundlage

• Casimir-Effekt: 1948 sagte Casimir voraus, dass sich zwei ungeladene Metallplatten, die im Vakuum sehr dicht beieinander stehen, anziehen, weil zwischen den Platten weniger Quantenfluktuationen Platz haben als außerhalb. 1997 maß Lamoreaux die Kraft mit einer Drehwaage, auf etwa 5 % genau zur Theorie. Die Energiedichte zwischen den Platten ist niedriger als im leeren Vakuum, die einzige je im Experiment bestätigte „negative Energiedichte“.

• Helium-3-Fusion: Der Großteil der bei der Deuterium-Helium-3-Fusion frei werdenden Energie steckt in geladenen Teilchen, die sich direkt in Strom umwandeln lassen, bei weit weniger Neutronenstrahlung. Der Preis ist eine mehrfach höhere Temperatur als bei der Deuterium-Tritium-Fusion. Mondboden enthält vom Sonnenwind eingelagertes Helium-3, nur in wenigen Teilen pro Milliarde.

• Bussard-Staustrahltriebwerk: 1960 schlug Bussard vor, mit einem riesigen Magnettrichter interstellaren Wasserstoff als Treibstoff einzusammeln: Je schneller man fliegt, desto mehr sammelt man. Spätere Berechnungen ergaben, dass der magnetische Widerstand auf das interstellare Plasma oft größer ist als der Schub der Fusion, es wirkt also eher wie ein Bremsfallschirm. Das erwies sich als gute Methode, ein Raumschiff abzubremsen.

• Sternentriebwerk: 1987 stellte sich Shkadov einen riesigen gekrümmten Spiegel auf einer Seite eines Sterns vor, der die Hälfte seines Lichts zurückwirft. Das Ungleichgewicht im Strahlungsdruck würde den Stern samt seinem ganzen Planetensystem mitnehmen. Bei einem sonnenähnlichen Stern läge die Geschwindigkeit nach 1 Million Jahren bei etwa 20 m/s, nach 1 Milliarde Jahren bei etwa 20 km/s, bei einer Gesamtverschiebung von etwa 34.000 Lichtjahren.

• Jet-Leistung Schwarzer Löcher: 1977 berechneten Blandford und Znajek, dass Magnetfeldlinien, die ein rotierendes Schwarzes Loch durchziehen, dessen Rotationsenergie abzapfen und einen Jet antreiben können, der mit fast Lichtgeschwindigkeit hinausschießt. Man vermutet, dass so die Jets von Quasaren angetrieben werden; im Zentrum der Galaxie M87 gibt es einen solchen Jet von etwa 5.000 Lichtjahren Länge.

• Kugelblitz: In der Theorie würde man ein Schwarzes Loch direkt erzeugen, wenn man genug Licht auf einen einzigen Punkt bündelt. Doch eine Rechnung von 2024 zeigte, dass das Licht, bevor es so intensiv wird, Elektron-Positron-Paare aus dem Vakuum „schlägt“ und die Energie davonträgt (Schwinger-Effekt). Quanteneffekte versperren diesen Weg.

• Schwarzes-Loch-Triebwerk: 2009 berechneten Crane und Westmoreland, dass ein künstliches Schwarzes Loch von etwa 600.000 Tonnen und einem Radius unter 1 Attometer über Hawking-Strahlung etwa 1,6×10¹⁷ W abgeben könnte, bei einer Lebensdauer von etwa 3,5 Jahren, und im Idealfall ein Schiff in 20 Tagen auf 10 % der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Das Schwierige ist der Bau: Sie dachten an einen riesigen Gammastrahllaser, aber der vorige Knoten zeigte, dass dieser Weg versperrt ist, also braucht es eine andere Methode, Materie zu verdichten.

• Entartetes Zeitalter: 1997 teilten Adams und Laughlin die Zukunft des Universums in mehrere Zeitalter ein: Nach etwa 10¹⁴ Jahren erlöschen die letzten Roten Zwerge, übrig bleiben nur Weiße Zwerge, Neutronensterne und Schwarze Löcher. Danach kann Energie nur noch aus der Annihilation Dunkler Materie, aus Kollisionen von Sternüberresten und vielleicht aus dem Protonenzerfall kommen.

• Kosmische Fabrik: 1987 untersuchten Farhi und Guth, ob sich in einem Labor ein neues Universum erzeugen ließe. Die Allgemeine Relativitätstheorie erlaubt, dass sich ein kleiner Klumpen falschen Vakuums zu einem „Babyuniversum“ ausdehnt, das kausal von unserem abgeschnitten ist, doch in der klassischen Physik muss der Ausgangspunkt eine Singularität sein. 1990 schlugen sie zusammen mit Guven vor, dass Quantentunneln dies umgehen könnte.

• Relativistischer Flug: Je näher man der Lichtgeschwindigkeit kommt, desto langsamer läuft die Zeit an Bord: Bei 0,99 c vergeht auf dem Schiff ein Jahr und draußen etwa 7 Jahre. 1971 flogen Hafele und Keating Atomuhren in Linienflugzeugen um die Welt und maßen Zeitunterschiede, die der Vorhersage der Relativitätstheorie entsprachen.

• Neutrino-Kommunikation: Neutrinos durchdringen fast alles; selbst die ganze Erde kann sie nicht aufhalten. 2012 schickte das Fermilab mit einem Neutrinostrahl das Wort „neutrino“ durch 240 m Gestein, mit etwa 0,1 Bit pro Sekunde. Zum Senden braucht man einen Teilchenbeschleuniger, zum Empfangen einen Detektor, der hunderte Tonnen wiegt.

• Gravitationswellen-Rundfunk: Gravitationswellen werden von Materie kaum absorbiert. Doch um nachweisbare auszusenden, braucht es astronomische Massen: Das erste Signal, das LIGO 2015 empfing, stammte von der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher von je etwa 30 Sonnenmassen, die in etwa 0,2 Sekunden rund 3 Sonnenmassen an Energie freisetzte.

• Horizontkartierung: Das Universum dehnt sich beschleunigt aus, daher kann Licht, das Galaxien jenseits des Ereignishorizonts heute aussenden, uns nie erreichen. Etwa 94 % der Galaxien im beobachtbaren Universum liegen schon jenseits des Horizonts, und jedes Jahr überschreiten etwa 160 Milliarden weitere Sterne diese Linie. Wer mit fernen Zivilisationen reden will, tut es besser früher.

• Passierbares Wurmloch: 1988 zeigten Morris und Thorne, dass die Allgemeine Relativitätstheorie Wurmlöcher erlaubt, durch die ein Mensch hindurchgehen kann, sofern der Hals von negativ-energetischer „exotischer Materie“ offen gehalten wird. Es begann damit, dass Sagan Thorne für seinen Roman „Contact“ um Hilfe bat. 1996 ergänzten die Quantenungleichungen von Ford und Roman, dass negative Energie nur in einer extrem dünnen Schicht oder für einen extrem kurzen Moment existieren kann.

• Unterlicht-Warpblase: Alcubierres Überlicht-Warplösung von 1994 braucht negative Energie; eine Rechnung von 2009 fand außerdem, dass sich an der Vorderwand der Blase ständig Hawking-Strahlung ansammelt und sie sich schließlich selbst zerstört. 2021 zeigten Bobrick und Martire, dass eine Warpblase, die nur positive Energie nutzt, möglich ist, aber nur langsamer als das Licht sein kann. Warpantriebe können existieren; schneller als das Licht nicht.

• Wurmlochmündung versetzen: Die beiden Mündungen eines Wurmlochs liegen anfangs beieinander, und eine muss von einem Schiff, das unterhalb der Lichtgeschwindigkeit fliegt, an ihr Ziel gebracht werden. Ein Wurmloch kann also keine Orte erreichen, an denen noch keine Sonde war, geschweige denn jenseits des kosmologischen Horizonts. Sobald eine Mündung an ihrem Platz ist, ist die Reise zwischen den beiden Enden augenblicklich.

• Wurmloch-Zeitmaschine: 1988 wiesen Morris, Thorne und Yurtsever darauf hin: Macht eine Mündung eines Wurmlochs eine schnelle Hin-und-zurück-Reise, öffnet die Zeitdilatation einen Zeitunterschied zwischen den beiden Mündungen, und wer hindurchgeht, gelangt in die Vergangenheit. 1992 stellte Hawking die „Chronologieschutz-Vermutung“ auf: In dem Moment, in dem sich eine Zeitmaschine bildet, werden Vakuumfluktuationen unbegrenzt verstärkt und zerstören sie.

• Nachricht in die Vergangenheit: Gibt es eine Zeitmaschine, kann man Nachrichten in die Vergangenheit schicken. 1991 zeigte Deutsch, dass in der quantenmechanischen Version geschlossener zeitartiger Kurven das Großvaterparadoxon nicht auftritt und das Ergebnis von selbst zu einem in sich stimmigen Zustand konvergiert. Das seltsamste Übriggebliebene ist das Bootstrap-Paradoxon: eine Nachricht ohne Autor, die einfach in einer Schleife durch die Zeit läuft.

• Nachricht an den Anfang: Schicke eine Nachricht an die Zeit vor der ersten Sekunde dieses Universums. Nach Deutschs Selbstkonsistenzbedingung kann es nur eine Nachricht sein, die schon empfangen wurde.

• Durch das Wurmloch: Die Wurmlochmündung wurde zur entferntesten Sonde gebracht, und der Hals ist dabei, sich zu öffnen. Sagan schrieb in „Contact“ eine ähnliche Szene, aber ein echtes Wurmloch kann nur mit Orten verbinden, an denen dein Schiff schon war.

• Konnektom des ganzen Gehirns: 2024 veröffentlichte das FlyWire-Konsortium das Konnektom des ganzen Gehirns einer erwachsenen Fruchtfliege: fast 140.000 Neuronen und über 50 Millionen Synapsen. Das menschliche Gehirn hat etwa 86 Milliarden Neuronen, über 600.000-mal so viele.

• Gehirn-Gehirn-Schnittstelle: 2019 ließ das BrainNet der University of Washington drei Menschen ein Tetris-ähnliches Spiel allein über Gehirnsignale gemeinsam spielen: Zwei sendeten per EEG „drehen“ oder „nicht drehen“, und der Dritte empfing es als Lichtblitze, erzeugt durch magnetische Stimulation des visuellen Kortex. Die durchschnittliche Erfolgsquote lag bei 81 %.

• Geistbeschleunigung: Ein hochgeladener Geist kann viel schneller laufen als ein biologisches Gehirn, doch der Preis ist, dass das Universum größer wirkt: Für einen millionenfach schnelleren Geist braucht eine Nachricht einmal um die Erde (etwa 0,13 Sekunden) subjektiv anderthalb Tage. Daraus schloss Sandberg 1999, dass Supergeister von der Lichtgeschwindigkeit in einer sehr kleinen Region gefangen wären.

• Verteilter Geist: Ein Oktopus hat etwa 500 Millionen Neuronen, zwei Drittel davon in seinen acht Armen, und ein abgetrennter Arm kann auf Reize hin noch Greifbewegungen machen. Ein Geist muss nicht in einem Gehirn konzentriert sein.

• Digitale Unsterblichkeit: Wenn ein vollständiger Geist kopiert wurde, wer ist dann du, das Original oder die Kopie? Der Philosoph Parfit trieb das mit dem „Teleporter“ auf die Spitze: Wenn eine Maschine dich scannt, einen identischen dich auf dem Mars baut und das Original zerstört, bist du zum Mars gereist oder gestorben?

• Kollektives Bewusstsein: Wenn ein Honigbienenvolk schwärmt, „stimmen“ Spurbienen mit Schwänzeltänzen für mögliche Nistplätze, und sobald genug von ihnen übereinstimmen, ist die Entscheidung gefallen, ohne zentrales Kommando. Gehirn-Gehirn-Schnittstellen beim Menschen stehen erst am Anfang.

• Jupiter-Gehirn: 1999 schätzte Sandberg die Grenzen eines planetengroßen Computers ab: Seine Größe wird durch Wärmeabfuhr und Lichtlaufzeit begrenzt. Ist das Gehirn zu groß, muss die linke Hälfte lange warten, bis sie erfährt, was die rechte denkt.

• Planetengeist: Lovelocks Gaia-Hypothese betrachtet das Leben und die Umwelt der Erde als ein sich selbst regulierendes Ganzes. 2015 fanden Forscher, dass Biofilme von Bacillus subtilis das Wachstum der ganzen Kolonie mit Wellen von Kaliumionen koordinieren und dabei wie Neuronen „feuern“.

• Kosmischer Geist: Die Geister vieler Planeten miteinander verbinden. Mit Lichtgeschwindigkeit braucht ein Gedanke, der eine Galaxie umspannt, 100.000 Jahre, sie zu durchqueren; er wäre also der langsamste und zugleich größte Gedanke im Universum.

• In das Gerät umziehen: Landauer-Prinzip: Bei Zimmertemperatur setzt das Löschen von 1 Bit Information mindestens etwa 3×10⁻²¹ J Wärme frei. Theoretisch könnte die Energie eines einzigen Handy-Akkus unvorstellbar viel Denken antreiben; echte Chips sind von dieser Grenze noch sehr weit entfernt.

• Quantenfehlerkorrektur: Qubits sind extrem fehleranfällig. 2024 zeigte Googles Willow-Chip erstmals, dass die Fehlerrate sinkt, wenn man mehr physikalische Qubits in ein logisches Qubit kodiert, und überschritt damit die Schwelle der Quantenfehlerkorrektur.

• Kosmische Sprache: 1960 entwarf der Mathematiker Freudenthal Lincos (eine kosmische Sprache), die allein mit Mathematik und Logik von Grund auf unterrichtet. Die Arecibo-Botschaft von 1974 ist 1.679 Bit lang, genau das Produkt der Primzahlen 23 und 73, was dem Empfänger nahelegt, sie als Bild mit 73 Zeilen und 23 Spalten anzuordnen.

• Technosignatur-Suche: Neben Radio kann man nach der Abwärme einer Zivilisation suchen. Die Ĝ-Durchmusterung von 2015 fand unter 100.000 Galaxien keine Typ-III-Zivilisation; das Projekt Hephaistos von 2024 siebte rund 5 Millionen Quellen bis auf 7 verdächtige Rote Zwerge aus, und Folgestudien kamen zu dem Schluss, dass es ferne Hintergrundgalaxien sein könnten, die hinter Staub verborgen sind.

• Aktives Senden: Die Arecibo-Botschaft von 1974 und die „Cosmic Calls“ von 1999 und 2003 schickten alle absichtlich Nachrichten zu den Sternen. Ob wir das tun sollten, wird seit Langem diskutiert; 2010 warnte Hawking, wer uns antworte, sei vielleicht nicht freundlich.

• Bekenstein-Grenze: Die Informationsmenge, die ein Raumgebiet fassen kann, hat eine Obergrenze, und sie ist proportional zu seiner Oberfläche, nicht zu seinem Volumen. Bekenstein gab diese Grenze 1981 an, und sie wuchs später zum holographischen Prinzip heran. Nach dieser Grenze fasst eine Kugel mit 1 m Radius höchstens etwa 10⁷⁰ Bit.

• Schwarzes-Loch-Computer: 2000 berechnete Lloyd den „ultimativen Laptop“: 1 kg Materie kann höchstens etwa 5×10⁵⁰ Operationen pro Sekunde ausführen; zu einem Schwarzen Loch verdichtet, erreicht sie die Grenzen von Speicher und Geschwindigkeit zugleich.

• Universumssimulation: 2003 stellte Bostrom das Simulationsargument auf: Wenn Zivilisationen bewusste Wesen simulieren können und wollen, leben die allermeisten bewussten Wesen in Simulationen. 2012 schlugen Physiker einen Test vor: Wird das Universum auf einem Gitter berechnet, würden die Ankunftsrichtungen der energiereichsten kosmischen Strahlen Spuren des Gitters zeigen.

• Teleskop des Beobachters: Ein Photonenexperiment von 2019 testete „Wigners Freund“: Zwei Beobachter können zu widersprüchlichen Aufzeichnungen desselben Quantenereignisses kommen. Beobachter sind vielleicht doch keine objektiven Zuschauer.

• Rekursion: Eine Zivilisation in einer Simulation kann ebenfalls Simulationen laufen lassen. Bostrom wies darauf hin, dass sich Simulationen Schicht um Schicht verschachteln lassen, wobei die Rechenleistung auf jeder Schicht abnimmt.

• Den Beobachter sehen: Das Teleskop ist auf keinen einzelnen Stern gerichtet, sondern auf die eine Abweichung, die sich aus allen Beobachtungsdaten nicht entfernen lässt.

• Ewige Stille: Alle Radiosender abschalten, die Abwärme auf Umgebungstemperatur senken und den eigenen Stern aussehen lassen wie jeden anderen. In einem Universum mit relativistischen kinetischen Waffen ist „nicht gefunden werden“ die verlässlichste Überlebensstrategie: Ein 1-Tonnen-Objekt, das mit 0,1 c einschlägt, trägt Energie in Höhe von etwa 100 Millionen Tonnen TNT.

• Direkter Nachweis Dunkler Materie: 2024 wartete das Experiment LZ, rund 1,5 km unter der Erde in den USA, mit 7 Tonnen flüssigem Xenon darauf, dass Teilchen Dunkler Materie Atomkerne treffen. Es sah kein Signal und setzte die bisher strengsten Grenzen. Dunkle Materie wurde bisher nur über die Schwerkraft „gesehen“.

• Suche nach Protonenzerfall: Große vereinheitlichte Theorien sagen voraus, dass Protonen zerfallen. Der Detektor Super-Kamiokande beobachtete über zwanzig Jahre lang 50.000 Tonnen reines Wasser und sah nie einen Zerfall, was bedeutet, dass die Lebensdauer des Protons 10³⁴ Jahre übersteigt. Der Nachfolger Hyper-Kamiokande wird etwa 260.000 Tonnen Wasser nutzen.

• Vakuumstabilität: Nimmt man die Masse des Higgs-Bosons von etwa 125 GeV zusammen mit der Masse des Top-Quarks, ist unser Vakuum womöglich nur „metastabil“: Es gibt einen Zustand niedrigerer Energie. Eine Rechnung von 2018 ergab eine zu erwartende Lebensdauer von etwa 10¹³⁹ Jahren, weit länger als das Alter des Universums.

• Echos der Dunklen Materie: Gravitationslinsen können Dunkle Materie „fotografieren“: Nach der Kollision des Bullet-Haufens blieb das heiße Gas in der Mitte, während der Schwerpunkt zu beiden Seiten davonwanderte.

• Verändert sich die Dunkle Energie?: 2025 vermaß DESI mit über 14 Millionen Galaxien und Quasaren die Geschichte der kosmischen Expansion und stützt, zusammen mit der kosmischen Hintergrundstrahlung und Supernovae, mit 2,8 bis 4,2 Standardabweichungen eine „im Lauf der Zeit schwächer werdende Dunkle Energie“. Wird sie weiter schwächer, bis sie negativ wird, zieht sich das Universum eines Tages wieder zusammen.

• Hoyle-Resonanz: 1953 schloss Hoyle, dass Kohlenstoff-12 einen angeregten Zustand bei etwa 7,65 MeV haben muss, sonst könnten Sterne nicht genug Kohlenstoff bilden, und es gäbe uns nicht. Experimente fanden ihn bald. Viele Parameter des Universums wirken so präzise eingestellt, als wären sie abgestimmt, was der Ausgangspunkt der Debatte um die „Feinabstimmung“ ist.

• Verdampfen Schwarzer Löcher: 1974 zeigte Hawking, dass Schwarze Löcher strahlen und langsam verdampfen. Ein Schwarzes Loch von einer Sonnenmasse braucht etwa 10⁶⁷ Jahre, um ganz zu verdampfen, die größten supermassiven Schwarzen Löcher etwa 10¹⁰⁰ Jahre.

• Vakuumtechnik: Könnte man den Vakuumzustand eines kleinen Raumstücks ändern, bekäme man vielleicht eine andere Physik. Die Gefahr: Sobald sich eine Vakuumblase niedrigerer Energie bildet, dehnt sie sich mit fast Lichtgeschwindigkeit aus und schreibt die gesamte Physik in ihrem Inneren um. Coleman und De Luccia untersuchten diese Art des Zerfalls 1980.

• Das Proton beobachten: Zerfallen Protonen, dann verschwindet nach 10³⁴ Jahren irgendwann alle gewöhnliche Materie im Universum, und es bleiben nur Photonen, Elektronen, Positronen und Neutrinos.

• Big Crunch: Wird die Dunkle Energie negativ, kommt die Expansion zum Stillstand und kehrt sich dann um. Die kosmische Hintergrundstrahlung heizt sich wieder auf, die Galaxien rücken näher zusammen, und am Ende kehrt alles zu einem einzigen Punkt zurück.

• Das Vakuum auslösen: Eine neue Vakuumblase, kleiner als ein Atom, die sich mit fast Lichtgeschwindigkeit ausdehnt. Man kann sie nicht sehen, bevor sie eintrifft.

• Das letzte Proton: Entscheide dich, am Ende des Universums Wache zu halten und den Zerfall des letzten Protons zu sehen.

• Mit Dunkler Materie sprechen: Fasse alle Belege zur Dunklen Materie zusammen und höre dir diese Folge niederenergetischer Ereignisse an.

Verwandte Forschung

Diese Studien hängen mit dem Thema zusammen, belegen diese Seite aber nicht direkt.

• Inflationäres Universum: Guth schlug vor, dass das frühe Universum eine exponentielle Ausdehnung durchlief, was auf einen Schlag erklärt, warum es so flach ist und die Temperatur fast überall gleich.

  Quelle: Guth, Physical Review D 1981, "Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems"

• Beschleunigte Expansion: Mit fernen Supernovae als „Standardkerzen“ fanden sie heraus, dass sich die Ausdehnung des Universums beschleunigt. Die Dunkle Energie betrat die Bühne, und die Arbeit gewann 2011 den Nobelpreis.

  Quelle: Riess et al., The Astronomical Journal 1998, "Observational evidence from supernovae for an accelerating universe and a cosmological constant"

• 42 Supernovae: Ein anderes Team kam unabhängig zum selben Schluss: Eine Energie im Universum treibt die beschleunigte Expansion an.

  Quelle: Perlmutter et al., The Astrophysical Journal 1999, "Measurements of Omega and Lambda from 42 high-redshift supernovae"

• Schwarze Löcher verdampfen: Quanteneffekte lassen Schwarze Löcher langsam Energie abstrahlen. Schwarze Löcher sind nicht ewig und verdampfen schließlich.

  Quelle: Hawking, Nature 1974, "Black hole explosions?"

• Warpantrieb: Die Allgemeine Relativitätstheorie erlaubt eine „Warpblase“, die den Raum davor staucht und dahinter dehnt, doch sie braucht negative Energie, die es in der Wirklichkeit vielleicht nicht gibt.

  Quelle: Alcubierre, Classical and Quantum Gravity 1994, "The warp drive: hyper-fast travel within general relativity"

• Das letzte Kapitel des Universums: Berechnete das Schicksal des Universums über Billionen Jahre und darüber hinaus: Sterne erlöschen, Protonen zerfallen vielleicht, und Schwarze Löcher verdampfen schließlich.

  Quelle: Adams & Laughlin, Reviews of Modern Physics 1997, "A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects"