Die Welt als Computersimulation: universe.exe?

In dieser Metapher lassen sich einige ontologische aber auch religiös-philosopische Sachverhalte sehr trefflich beschreiben. Darauf wird weiter unten eingegangen. Zunächst soll die Metapher selbst kurz präzisiert werden:

• Welt am Draht, 1974 von Reiner Werner Fassbinder
• The Matrix, 1999
• The Thirteenth Floor, 1999,
• Total Recall mit Arnold Schwarzenegger

Bewusstsein als komprimierender Datenscanner

• Internet Tipps:
• George Berkeley (1685-1753) untersuchte den Gedanken, ob nicht die ganze Welt bloß aus Ideen, Geist oder Gedanken bestünde.
• Siehe auch: Stephen Wolfram, Edward Fredkin, Lothar Arendes

Der Weltprozessor ist getaktet

Der Weltprozess läuft getaktet ab: Zustand in der Wirklichkeit => Daten auslesen => neuen Zustand berechnen => Wirklichkeit aktualisieren.

Eine Kernaussage der Quantenphysik ist die Stückelung von Ereignissen: nichts läuft wirklich kontinuierlich ab, sondern alle Vorgänge verlaufen sprunghaft. Was aber passiert dazwischen?

Quantenphysik: stoffliche Materie gibt es nicht

Die Quantenphysik beschäftigt sich mit jenen kleinen Teilen, aus denen die Welt besteht: Elektronen, Photonen, Neutronen und so weiter. Und diese kleinsten Teilchen verhalten sich derart, dass die Vorstellung einer stofflichen Existenz von Materie keinen rechten Sinn zu ergeben scheint.

So können wir uns nicht vorstellen, dass eine real existierende materielle Kugel durch Raum und Zeit springt und dazwischen niemals gewesen sein soll. Wenn sich eine Kugel von einem Ort zum nächsten bewegt, so kann sie sich nur auf einer kontinuierlichen Strecke bewegen. Und: die Kugel braucht eine gewisse Zeit um von einem Ort zum nächsten zu gelangen.

Stanislaw Lem beschrieb in seinem Klassiker "Solaris", wie ein Wissenschaftler Blut unter immer größerer Auflösung eines Mikroskops betrachtete: auf einmal sah er gar nichts mehr!

Quanten als Bits im Weltprozessor

Digitale Computer operieren ausschließlich mit diskreten Zuständen. Auf der unterstesten Ebene kennen sie nur die zwei Zuständen "ja" und "nein". Es sind zwar auch Computer denkbar, die mehr als nur zwei Zustände kennen, etwa "eins", "zwei" und "drei", doch handelt es sich immer noch um diskrete Zustände.

Es ist letztendlich eine Frage der Verschaltung und Programmierung dieser einfachsten Grundzustände eines Computers, wie dieser dann arbeitet. Er wird aber auf der niedersten Betrachtungsebene niemals Zwischenzustände aufweisen wie "ein Bißchen" (statt "ja" oder "nein") oder "anderhalb". Die scheinbar unscharfen Aussagen der Fuzzy-Logik sind letzten Endes auch in scharfen bits mit Nullen und Einsen kodiert.

In diesem Sinne könnte man die kleinsten Quantenteilchen und -ereignisse als Grundzustände eines Weltcomputers auffassen. Und so wäre es erklärbar, dass wir ein Elektron niemals zwischen zwei erlaubten Zuständen antreffen.

Diese Metaphor würde auch die fehlende Stofflichkeit von Materie beschreiben. Denn wenn ein Elektron bloß ein Zustand eines Computers ist, so kommt dem Begriff der Stofflichkeit keinerlei Bedeutung zu.

Begrenzte Rechnerkapazität: die Lichtgeschwindigkeit

Der Weltprozessor hat nur eine begrenzte Kapazität. Er kann aus diesem Grund nicht die gegenseitigen Wechselwirkungen aller Quanten im Universum auf einen Schlag berechnen. Um die Rechnerkapazität zu schonen wird also die Menge der möglichen Wechselwirkungen aus pragmatischen Gründen beschränkt. Und eine solche Beschränkung könnte die Lichtgeschwindigkeit als universelle Konstante darstellen. Je langsamer die maximal im Universum erlaubte Geschwindigkeit ist, desto weniger schnell können auch die verschiedenen Teilchen miteinander wechselwirken und dementsprechend weniger rechenintensiv sind die daraus resultierenden Konstellationen.

In diesem Sinne könnte die Lichtgeschwindigkeit als Maß für die Rechnerkapazität des Weltprozessors sein.

Begrenzte Rechnerkapazität: das Penrose`sche Graviton

Der englische Physiker Roger Penrose betrachtet in seinem Buch Computerdenken unter anderem die Wechselwirkung von Quantenteilchen untereinander. Diese manifestieren sich ganz im Sinn der Analogie mit einem diskret arbeitenden Computer nur bestimmten Zeitpunkten. Dazwischen existieren sie bloß als "Wahrscheinichkeitswelle", als bloße Formel. Penrose stellt sich die Frage, wann eine solche Wahrscheinlichkeitswelle kollabiert und sich die Teilchen für einen kurzen Augenblick materiell manifestieren.

Penrose geht davon aus, dass der zeitliche Bestand von Wellenfunktionen verschiedener Teilchen eine ständig wachsende Anzahl denkbarer Konstellationen erzeugen. Und manche dieser Konstellationen würden den Gang der Welt weniger stark beeinflussen als andere, wenn sie denn realisiert würden.

Das Graviton ist für Penrose ein Maß für die Beeinflussung des Ganges der Welt durch potentielle Realisierungen von Quantenereignissen. Und Penrose vermutet, dass die Wellenfunktion von Quantenteilchen genau dann kollabiert (sich die Quanten also materialisieren), wenn eine der Entwicklungsmöglichkeiten von seiner Wirkung auf den Gang der Welt ein bestimmtes Maß erreicht hat.

Je kleiner also der Zahlenwert des Gravitons, desto öfters, weil eher, kollabieren die Wellenfunktionen von Quanten. Je kleiner das Graviton, desto weniger Rechenleistung aber benötigt der Weltprozessor.

Die untenstehende Animation soll diesen Gedanken noch einmal verdeutlichen:

Skizzen und Animationen zur Quantenpyhsik

Die obere Fläche stellt die für uns sichtbare Realität dar. Wir nehmen Teilchen stets nur als Teilchen war. Ihre Fortbewegung wird aber durch eine Wellenfunktion, in der unteren Fläche dargestellt, abgebildet. Während sich ein Teilchen als Welle ausbreitet, kann ihm keine reelle Existenz zugebilligt werden, deshalb werden die Teilchen während ihres Wellenmodus ausgeblendet. Je weiter sich die Wellenfunktion im Raum ausbreitet, deso mehr "Rechenleistung" wird benötigt, um die daraus entstehenden Wechselwirkungen zwischen Teilchen zu berechenen. Überschreitet die benötigte Rechenleistung ein Höchstmaß, muß die Wellenfunktion kollabieren, die Teilchen manifesterien sich wieder materiell und verschwinden sofort daraufhin wieder, um sich solange als Welle auszubreiten, bis die Rechenleistung erneut das Höchstmaß erreicht hat.

• computational chemistry
• computational physics
• schrödinger
• computational power

Die Welt als ein Finite Elemente Methode

Sehr rechenintensive Aufgaben werden heute vielfach von Computerprogrammen übernommen. So möchte man zur Konstruktion von Maschinenbauteilen vielfach wissen, welche Kräfte und Spannung im Betrieb auftreten, hat dafür aber keine einfachen Formeln zur Verfügung. Numerische Verfahren wie etwa die Finite Elemente Methode werden dann eingesetzt. Ein Bauteil wie ein Schraubenschlüssel wird dazu in kleinsten Einheiten, den finiten Elementen modelliert (Quantelung!). Und verschiedene Formeln berechnen dann die Wechselwirkungen zwischen diesen finiten Elementen.

Anwender von Finite-Elemement-Berechnungen sitzen oft stunden- oder sogar tagelang an der Vorbereitung eines einzigen Berechnungsganges: Ein Bauteil muss geometrisch ausreichend genau modelliert und physikalische Randbedingungen definiert werden.

Ist dann die Berechnung einmal angestossen, läuft sie oftmals ohne Unterbrechnung bis zum nächsten Tag durch. Erst dann kann man sich die Ergebnisse ansehen. Und nicht selten ist das Ergebnis unbefriedigend. Der ganze Vorgang muß mit verbesserten Eingansparamtern wiederholt werden.

Literatur über das Universum als Computersimulation

Wolfram, S.: A New Kind of Science. Wolfram Media, Champaign. 1197 Seiten. Erschienen: 2002. ISBN: 1579550088

Arendes, L.: Quantenmechanik aus der Sicht des Computerweltbildes. Auf der Internetseite: http://home.t-online.de/home/Lothar.Arendes/cwb.htm

<= Wolfram modelliert den Kosmos als Zellularautomaten.