Axel B.C. KRauss
Gibt es eine Choreografie des tanzenden Geistes auf der Bühne der Materie?
Der Philosoph Friedrich Nietzsche schrieb einmal: „Wären unsere Sinne fein genug, würden wir die ruhenden Felsen als tanzendes Chaos erfahren“. Es ist eher das Gegenteil anzunehmen: Dann würden wir sie als tanzende Ordnung erfahren, die jedoch in einem gewissen Rahmen Chaos, sprich Zufallsfaktoren zulässt, um Neues hervorbringen zu können, kreative Variationen und Innovationen. Genauer: Neue Ebenen in der Hierarchie des Aufbaus der Welt – von ganz einfachen, möglicherweise sogar allereinfachsten Anfangsbedingungen oder Grundvoraussetzungen hin zu geordneten Strukturen von wachsender Komplexität. Vom Subatomaren – von der Quantenwelt zu Atomen, Molekülen, Molekülaggregaten bis hin zu organischen Lebensformen, Einzellern, Pflanzen, Tieren und dem Menschen – der aufgrund seines Bewusstseins und Denkens in der Lage ist, Fragen darüber zu stellen, was, wie Goethes Faust fragte, die Welt im Innersten zusammenhält.
Der österreichische Physiker, Sachbuchautor und Science Fiction-Schriftsteller Herbert W. Franke (1927 – 2022) geht solchen Fragen im vorliegenden, 1995 im Insel-Verlag erstmals erschienenen Buch Das P-Prinzip nach, dessen Untertitel nicht umsonst lautet: Naturgesetze im Rechnenden Raum [1]. Denn dieser rechnende Raum ist es möglicherweise, der für die „Choreografie“ sorgt. Franke entlehnt dieses Konzept dem deutschen Computeringenieur Konrad Zuse, der – was natürlich nicht buchstäblich zu verstehen ist, sondern eher als Analogie, als begriffliche Eselsbrücke – die Idee entwickelte, dass die Choreografie einem „Computerprogramm“ ähneln könnte, in dem die Naturgesetze dem tanzenden Chaos Struktur geben und dafür sorgen, dass es überhaupt eine beständige Entwicklung gibt.
Frankes modifiziertes Gedankenexperiment über das universale P-Prinzip auf der Grundlage des Rechnenden Raums von Zuse lässt sich kurz so zusammenfassen: In der modernen Naturwissenschaft gilt das Zusammenwirken von Naturgesetzen und deterministischem Chaos heute als grundlegendes Prinzip der Musterbildung, Evolution und Lebenserhaltung. Mit den Forschungen von Edward Lorenz lassen sich die in einem deterministischen Chaos existierenden versteckten Strukturen mathematisch berechnen, beispielsweise mit dem Lorenz-Attraktor. Dem steht allerdings das echte, nicht berechenbare Chaos eines reinen Rauschens gegenüber, das über Quantenprozesse in die Welt kommt. Franke dachte das Zusammenwirken von Naturgesetzen der Makro- und Mikrowelt mit den der Quantenwelt unterliegenden echten Zufallsprozessen konsequent auf einer höheren Ebene weiter: als eine den Gesetzen und dem echten Chaos informationstheoretisch überlagerte Regelungsstruktur. Diese übergeordnete Ausbalancierung von Strukturbildung und Zufallsproessen des informationstheoretischen Überbaus sorgt dafür, dass die Evolution des Kosmos eine klare Richtung erhält: steigende Komplexität. Dieses teleologische Prinzip, das der Entwicklung im Kosmos eine Zielrichtung vorgibt, beschreibt Franke mit einer Anweisung wie: Entwickle dich zu stets komplexeren, höherstufigeren Lebensformen, bis zu denkende Wesen, die in der Lage sind, Fragen über ihre Existenz und die Grundbedingungen zu stellen, die sie ermöglicht haben [2].
Der Rechnende Raum
Es gibt viele Analogien aus der Computerwelt, die sich auf Frankes Interpretation des Rechnenden Raums anwenden ließen: Man könnte ihn als „existenzielle Hardware“ auffassen, auf dem die Software der Naturgesetze raumzeitlich-evolutionär läuft und eine materielle Welt auf den „Bildschirm“ unserer menschlichen Erfahrbarkeit „projiziert“. Sie könnte aus dem nicht-klassischen Quantenraum der Wahrscheinlichkeiten, der „Probabilität“ und Potenz zu etwas stammen – der Nichtlokalität –, um in der Lokalität des rechnenden Raumes verwirklicht zu werden. Dann wäre der Raum eine Art logisches Gatter, an dem sich entscheidet, welche Möglichkeiten verwirklicht werden oder nicht.
Mithin darf man fragen, ob eine scharfe Trennung zwischen beiden Bereichen überhaupt angemessen wäre, man also „Hard- und „Software“ als vollständig voneinander getrennt vorstellen könne. Der amerikanische Quantenphysiker und Philosoph David Bohm (1917 – 1992) beispielsweise entwickelte die Theorie vom sogenannten Holomovement – womit er meinte, dass man das Universum, analog zu Einsteins Versuch einer vereinheitlichen Feldtheorie, als ganzheitliches Feld auffassen, also eine holistische Sichtweise darauf anwenden müsse. Er sprach in seinem gleichnamigen, 1980 erschienenen Buch von einer Impliziten Ordnung – im Sinne einer „eingefalteten“ Ordnung, die man mit der enkodierten „Software“ der Computer-Analogie vergleichen könnte, die sich dann raumzeitlich-evolutionär „expliziert“ bzw. entfaltet. Bohm zufolge seien beide nicht streng voneinander zu trennen [3].
Interessant sind nun die möglichen Anknüpfungspunkte zwischen Bohms impliziter Ordnung und dem Rechnenden Raum, erst recht in Verbindung mit dem Modell der Zellularen Automaten, wie Franke sie in Das P-Prinzip anspricht: Die Vorstellung einer „eingefalteten“ Ordnung, die in gewisser Weise das Ganze implizit in sich trägt, ließe sich nämlich gut mit dem iterativen Prinzip verbinden, also der fraktalen Mathematik: Eine Berechnungsformel, deren Ergebnis wieder in sie selbst zurückgespeist wird – dieser Prozess wird entweder in einer endlichen Zahl von Schritten wiederholt oder gar unendlich.
Der niederländische Physiker und Nobelpreisträger Gerard ‚t Hooft wandte das Modell der Zellularen Automaten in seinem 2016 erschienenen Buch The Cellular Automaton Interpretation of Quantum Mechanics auf die gesamte Quantenphysik an. Es gibt eine kaum noch zu überblickende Vielzahl an Theorien im Versuch, sich den „Klebstoff“ der Welt begreiflich zu machen: Es sind und bleiben, wie Franke betont, nur fragmentarische Einblicke, nur kurze Blicke durch theoretische Schlüssellöcher.
Heisenbergs Beobachter-Problem
Die Quantenphysik mit ihrem berüchtigten Beobachter-Problem wirft die Frage auf, wie genau sich die Wirklichkeit tatsächlch beobachten, „abbilden“ lässt. Werner Heisenberg schrieb zu den Erkenntnissen der Quantenphysik:
Wenn von einem Naturbild der exakten Naturwissenschaft in unserer Zeit gesprochen werden kann, so handelt es sich … eigentlich nicht mehr um ein Bild der Natur, sondern um ein Bild unserer Beziehungen zur Natur. […] Die Naturwissenschaft steht also nicht mehr als Beschauer vor der Natur, sondern erkennt sich selbst als Teil dieses Wechselspiels zwischen Menschen und Natur. Die wissenschaftliche Methode des Aussonderns, Erklärens und Ordnens wird sich der Grenzen bewusst, die ihr dadurch gesetzt sind, dass der Zugriff der Methode ihren Gegenstand verändert und umgestaltet, dass sich die Methode also nicht mehr vom Gegenstand distanzieren kann. [4]
Diesen äußerst wichtigen Aspekt in der Entwicklung der Naturwissenschaften bezieht Franke in sein Buch mit ein. Ebenso die damit automatisch verknüpfte Frage nach dem Ursprung des Kosmos: Wie kam das Universum überhaupt in Existenz? Franke orientiert sich dabei an der Urknall-Theorie. Und weist richtig darauf hin, dass auch sie nur eine Theorie ist – es mag die bislang „beste“ oder vielleicht besser: zur kosmologischen und astrophysikalischen Orthodoxie geronnene sein, aber auch sie hat gewisse Erklärungsdefizite.
Trotz aller Unschärfen wissenschaftlicher Erkenntnis, so betont Franke, kann man sich um Modellvorstellungen der Wirklichkeit bemühen. Und ein solches Modell der Evolution liefert Franke mit seinem P-Prinzip. Ausgehend von Konrad Zuses Konzepts eines Rechnenden Raumes greift er auf die wichtigsten bislang entwickelten naturwissenschaftlichen Modelle zurück: Neben dem von ihm ausführlich erläuterten Unterschied zwischen der klassischen und der Quantenphysik nimmt er beispielsweise die fraktale Mathematik und ihre Untercheidung einem echten Zufall unter die Lupe – und vor allem die zunehmend an Bedeutung gewinnende Informationstheorie. Wie bereits erwähnt, bezieht sich Franke im Zusammenhang mit dem Prinzip der Iteration, das fraktalen Geometrien bekanntlich zugrunde liegt, auf die sogenannten Zellularen Automaten. Er schlägt vor, mit zellularen Automaten das übergeordnete universale System zu simulieren, in die die Anfangsbedingungen und die Naturgesetze eingebettet sein könnten, und damit die Auswirkungen des echten Rauschens zu simulieren, der über die Quantenwelt permanent in unsere Welt fließt.
Das P-Prinzip: ein informationsverarbeitendes System
Allerdings gälte es bei der Programmierung einiges zu beachten: Sind die Startparameter zu eng gefasst, zu deterministisch, würde sich die Entwicklung des aus der einfachen Formel entstehenden Systems schnell totlaufen: Es könnte nichts Neues entstehen. Eine Emergenz von Neuem fände in diesem Fall nicht statt; die Entwicklung einer solchen Systems würde irgendwann im Chaos enden. Oder sie wäre – was Franke an anderen Beispielen zellularer Automaten erläutert – „nicht dauerhaft“ und beständig bzw. stabil genug, um ein kontinuierlich laufendes Programm zu ermöglichen. Franke schreibt:
Informationstheoretisch betrachtet, ergibt sich bei jedem Schritt zum höheren Niveau eine beträchtliche Reduktion der Komplexität. Das liegt an den neu eingeführten Einheiten, beispielsweise Kernteilchen, Molekülen oder Zellen, die als beständig angenommen werden dürfen. […] Die Kombinationen beginnen dann gewissermaßen auf einer neuen Ebene von vorn, zusammen mit einem erneuten Aufbau von Komplexität. Für die auf den einzelnen Ebenen möglichen Wechselwirkungen lassen sich eigenständige Regeln formulieren, die nicht unbedingt aus jenen abgeleitet werden müssen, die für die anderen Ebenen gültig sind. [5]
Dem von Franke geschilderten Modell der zellularen Automaten zufolge wäre auch erklärbar, warum das Universum nicht zwangsläufig den berüchtigten Wärmetod sterben muss – eine Behauptung des sogenannten Standardmodells der Kosmologie (SMoC, Standard Model of Cosmology), die von einigen namhaften Wissenschaftlern bereits angezweifelt wurde: Weil es eben keine lineare Zunahme an Komplexität gibt, sondern es sich beim Universum um ein sich nichtlinear-dynamisch entwickelndes System handeln könnte, das durch regelmäßig erfolgende Komplexitäts-Reduktionen auf höheren Entwicklungsstufen den entropischen Tod verhindert. Berücksichtigt man diese Vorstellung im Zusammenspiel mit dem Iterationsprinzip und der fraktalen Mathematik, könnte es sich bei der Singularität am Anfang des Universums – sofern es tatsächlich einen hatte – um einen sogenannten Attraktor oder Seltsamen Attraktor gehandelt haben, in dem die möglichen/wahrscheinlichen „Weltenlinien“ zusammenliefen und sich energetisch verdichteten – wobei diejenigen Möglichkeiten „selektiert“ wurden, die dann eben zu einem beständigen Universum führten, das über extrem lange Zeiträume eine stabile Entwicklungsgeschichte ermöglicht.
Im Laufe solcher und ähnlicher Überlegungen kann es gar nicht ausbleiben, dass irgendwann die Frage nach Herkunft und Natur des menschlichen Bewusstseins und Denkens aufkommt. Dem Penrose/Hameroff-Modell des Bewusstseins zufolge – entwickelt vom Mathematiker, theoretischen Physiker und Nobelpreisträger Roger Penrose in Zusammenarbeit mit dem Anästhesisten Stuart Hameroff – könnte das Bewusstsein eine Art Grenzphänomen sein, das an der Grenze zwischen dem Quanten- und dem klassischen physikalischen Raum entsteht, oder anders ausgedrückt: An der Grenze zwischen Nichtlokalität und Lokalität. Die Theorie hat Penrose in seinem Buch Schatten des Geistes (Shadows of the Mind) 1994 erstmals publiziert. Diesem Modell zufolge findet der Kollaps der Wellenfunktion als Quelle für unser Bewusstsein in den Hohlräumen winziger, zylindrischer Röhrchen namens Mikrotubuli statt, die sich in großer Zahl in den Nervenzellen (Neuronen) unseres Gehirns befinden. In diesem Sinne fände an dieser „Grenzfläche“ eine permanente Aktualisierung unseres Bewusstseins statt – bedingt durch den steten Zustrom an Informationen aus unserer natürlichen Umwelt. Oder in der Sprache des Computer- bzw. Programmparadigmas: Die klassisch-physikalische Welt, die wir erleben, könnte die „Prüf-Bits“ bereitstellen, welche die „QuBits“ an der Grenze der nichtlokalen Quelle unseres Bewusstseins „auslesen“ und somit in „lokalisierte“ empirische Erfahrungsinhalte überführen. Eine faszinierende Vorstellung!
Fragen dieser Art könnten auch dazu beitragen, die vermeintlich unüberbrückbare Kluft, die in den letzten Jahrhunderten zwischen Geistes- und Naturwissenschaften entstand, wieder zu schließen oder zumindest zu verkleinern und beide Bereiche miteinander zu versöhnen: Naturwissenschaftliches Arbeiten ist der Versuch, die Prozesse, Phänomene und Gesetzmäßigkeiten der Natur zu verstehen. Dazu ist – offensichtlich genug – Geist nötig, bewusstes Denken. Und da kommen die Geisteswissenschaften ins Spiel. Beide Bereiche könnten sich gegenseitig inspirieren und zu fruchtbaren Ergebnissen führen – erst recht angesichts der Frage, ob der Geist-Materie-Dualismus in seiner bisherigen Form überhaupt noch aufrechterhalten werden kann.
Lassen Sie uns zum Abschluss den Bogen zurück zum Rechnenden Raum und den zellularen Automaten schlagen. Da die Urknalltheorie so manche Erklärungsdefizite aufweist, wurden seit ihrem Erscheinen natürlich viele andere Modelle angeboten, um diese Lücken zu schließen. Eine davon ist die sogenannte „CBU“. Das Kürzel steht für Continuously Breeding Universe, also ein kontinuierlich „brütendes“ Universum – womit gemeint ist, dass es in einem fortlaufenden Prozess stets neue Erscheinungsformen erschafft und vermehrt. Genau da liegt der Anknüpfungspunkt zu den zellularen Automaten, denn in der CBU geht man von einer einfachen Anfangsbedingung aus, die dann zu stets komplexeren Formen führt.
Die Welt ein Automat?
Herbert W. Franke hatte diese Frage auch in einem bislang unveröffentlichten Manuskript von 2016 mit dem Titel Das Universum – Ein Automat? gestellt [6]. Vielleicht sind alle diese Theorien, die zum Ursprung des Universums gestellt werden, Teilausdrücke oder, wie Bohm schrieb, Abstraktionen bestimmter Erscheinungsformen, „die in einem gewissen Zusammenhang“ relevant sind. Vielleicht sind sie Fragmente, theoretische „Scherben“ in einem großen, stets in Bewegung befindlichen Kaleidoskop des Geistes, der sich in unterschiedlichen Formen „ausprobiert“ und sich selber in Erfahrung zu bringen und „auszuloten“ versucht.
Und wer weiß: Vielleicht sind wir gar nicht dazu bestimmt, eine endgültige Antwort auf all diese Fragen zu finden. Vielleicht gibt es keine universelle Theorie, keine fundamentale Weltformel, mit der sich alles im Universum unter einen einzigen theoretischen Hut bringen ließe. Vielleicht ist es gerade die Offenheit dieses geistigen Prozesses, seine Fortentwicklung und Verfeinerung, seine Lebendigkeit, die das Wesen unserer Existenz am besten beschreibt. Herbert W. Frankes Buch Das P-Prinzip. Naturgesetze im Rechnenden Raum liefert dazu einen wichtigen und wertvollen Beitrag. Es verbindet naturwissenschaftliche Erkenntnisse mit naturphilosophischen Fragen und reiht sich damit ein in die naturphilosophischen Schriften großer Physiker und Mathematiker. Wer nach Informationen außerhalb der wissenschaftlichen Orthodoxie sucht, die nicht selten zur dogmatischen Erstarrung neigt, wird darin sicher viele inspirierende Gedanken finden.
[1] Zuse, Konrad: Rechnender Raum, Schriften zur Datenverarbeitung, Band 1, Vieweg, Braunschweig 1969.
[2] Anm. d. Hrsg: Franke war bekennender Agnostiker, hat sich aber mit der Frage einer göttlichen Instanz in mehreren Romanen und Shortstories belletristisch befasst. Aus seiner Sicht ist es die Aufgabe von Science-Fiction-Autoren, nicht nur phantastischen Sense of Wonder zu bieten, sondern auch mögliche Zukunftsmodelle auf der Grundlage moderner Naturwissenschaft und Technik vorzustellen. Mehr zu diesen Aspekten in der wissenschaftlichen Kommentierung Herbert W. Frankes P-Principle and His Science Fiction des Literaturwissenschaftlers Hans Esselborn in diesem Band.
[3] Anm. d. Hrsg.: Franke stellt Bohms Überlegungen im Kapitel Materie als Welle im P-Prinzip vor. Trotz Gemeinsamkeiten in der Betrachtung, beispielsweise durch eine Umformung der Theorie zu besserem Verständnis von Materiewellen zu kommen, war Frankes Sicht eine prinzipiell andere. Bohms Ziel war es, auf diese Weise ein deterministisches Weltmodell zu erhalten, während Franke von einem nicht-deterministischen Weltbild ausging, in dem der echte Zufall durch Quantenprozesse wirkt. Siehe dazu auch die in diesem Band erstmals in Englisch veröffentlichte Arbeit Ein Strömungsmodell der Wellenmechanik aus dem Jahr 1954.
[4] Heisenberg, Werner: Das Naturbild der heutigen Physik, Hamburg 1955, S. 21.
[5] Siehe Das P-Prinzip, Insel 1995, S. 300-301.
[6] Anm. d. Hrsg.: siehe Franke: Herbert W.: The Universe—an Automaton?, Susanne Päch (Ed.), Art and Construction, Edition W. Franke 1, Deutscher Kunstverlag, Berlin 2026.