Kann Physik alle Phänomene der Welt erklären?

Heute sicher nicht, wenn auch das nicht immer so offensichtlich ist. Viele Wissenschaftler sind der Überzeugung, dass die heute bekannten Naturgesetze, wie sie in der Quantenmechanik und Relativitätstheorie formuliert wurden, schon vollständig und Erklärungsdefizite auf deren noch unzulängliche Anwendung zurückzuführen sind. Das erinnert an die Situation zu Beginn des 20. Jahrhunderts, als Maxwell und die meisten Physiker glaubten, alle Naturgesetze seien jetzt bekannt und zukünftige Wissenschaftlergenerationen müssten sich mit der langweiligen Aufgabe zufrieden geben, die identifizierten Naturkonstanten immer genauer experimentell zu bestimmen. Die damalige Mehrheitsmeinung stellte sich kurz darauf als grandioser Irrtum heraus wegen zweier winziger Details, die sich erst aus exakten Messungen ergaben – der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit und die genaue Untersuchung des photoelektrischen Effekts.

Solche irritierenden Details befeuern auch heute den Zweifel. Quantenmechanik und Gravitation, auf denen die moderne Physik beruht, sind im Grenzbereich nicht kompatibel. Das Problem einer Vereinheitlichung ist seit hundert Jahren ungelöst und es gibt noch immer keinen klaren erfolgversprechenden Weg, wie das geschehen könnte. Hier liegt ein unübersehbares Signal dafür vor, dass die Modelle noch nicht der Weisheit letzter Schluss sein können. Roger Penrose formulierte Ende der Achtziger Jahre des letzten Jahrhunderts seine Erwartung, dass die gesuchte Theorie aus heutiger Sicht sicher verrückt erscheinen würde.

Andererseits beschreiben die beiden Säulen der Physik für sich genommen die Wirklichkeit zumindest für alle praktisch relevanten Belange absolut zutreffend. Besser stellt man also die Frage danach, ob denn Physik den Anspruch erheben sollte, eines Tages wirklich alle Erscheinungen im Universum verstehen zu können. Sollen Begriffe wie Religion, Glaube, Emotion, Gefühle, Liebe, Bewusstsein und andere nebulöse, schwer fassbare Begriffe Gegenstand der Physik sein? Und wie soll dieses umfassende Verständnis gestaltet sein? Ist alles im Universum prinzipiell vorhersagbar, sind also Zukunft und damit Vergangenheit vollständig bestimmt, wie es die Anhänger Newton‘s und Einstein‘s glauben? Oder heißt vollständiges Verständnis sich einzugestehen, dass das Leben und das Universum chaotisch und prinzipiell unvorhersagbar ist, wie es eher der Gedankenwelt von Leibniz bis Heisenberg entspricht? Einstein hat den fundamentalen Zufall, wie er sich in dem immer noch mysteriösen quantenmechanischen Messprozess zeigt, als Prinzip der Physik Zeit seines Lebens immer abgelehnt. Dreißig Jahre nach seinem Tod erst wurde er darin widerlegt. Echter Zufall und damit verbundene prinzipielle Unvorhersagbarkeit widerspricht der ganz zentralen Aussage der Relativitätstheorie, genauso wie schon einer Allgemeingültigkeit der Newton‘schen Mechanik. Aus Sicht der Relativitätstheorie ist der Messprozess unerklärlich, inakzeptabel und mysteriös. Aus Sicht der Quantenmechanik bleibt die Gravitation etwa genauso unerklärlich und sperrt sich erfolgreich gegen alle Versuche zur Vereinheitlichung mit den anderen bekannten Fundamentalkräften. Genauso mysteriös ist nach wie vor der ergebnisbestimmende Einfluss des (bewussten?) Beobachters bei quantenmechanischen Messungen.

Vielleicht hängen die bestehenden Mysterien viel direkter zusammen, als man gemeinhin annimmt und akzeptiert. Vielleicht existiert eine unmittelbare Verbindung zwischen dem quantenmechanischen Messprozess, der Gravitation und Bewusstsein. Dieser Auffassung gehen inzwischen seriöse Wissenschaftler nach und ziehen eine zentrale Bedeutung eines Konzepts wie Bewusstsein, wenn es denn geeignet definiert werden kann, für physikalische Prozesse in Betracht. Bisher beklagen die Protagonisten allerdings, dass kein mathematisches Modell bekannt ist, um diesen Verdacht zu stützen. Aber es gibt solche Ansätze, die allerdings erst den Weg in die akzeptierte Wissenschaft finden müssen und vor allem müssen sie experimentell belegbar sein.

Was eigentlich hat Künstliche Intelligenz mit Physik zu tun?

Eigentlich bin ich mit meinem Anliegen völlig falsch in der Physik. Seit vielen Jahren schon beschäftige ich mich mal mehr, mal weniger intensiv mit den Grundlagen intelligenten Entscheidens vor dem Hintergrund der Frage, was denn heutzutage natürliches intelligentes Handeln vom Verhalten einer künstlichen Intelligenz (KI) unterscheidet. Viele sind sicher der Meinung, dass es keinen prinzipiellen Unterschied mehr gibt, dass die Wissenschaft schon in naher Zukunft in der Lage sein wird, wirklich intelligente Maschinen zu entwerfen, die in ihren Fähigkeiten denen des Menschen nicht mehr nachstehen werden und damit irgendwann fast zwingend auch so etwas wie ein Bewusstsein entwickeln sollten.

Ich bin nicht dieser Ansicht. Alles das, was die modernen KI-Systeme heutzutage leisten, ist in der einen oder anderen Weise vorgedacht. Die zugrunde liegende Software ist nicht fähig, über diesen Rahmen, so weit er auch gespannt sein mag, hinauszuwachsen. Die Schwerpunkte ihrer Entwicklung liegen heutzutage auf Sprachanalayse und -synthese, semantischer Modellierung, in Kombination mit riesigen Datenbanken und den unermesslichen Informationsquellen des Internet. Im grundlegenden Verständnis des Wesens wirklich intelligenten Handelns dagegen ist die Wissenschaft seit dem Ende der 1980er Jahre keinen wesentlichen Schritt vorangekommen. Was unterscheidet denn nun echte Kreativität, die immer etwas Plötzliches, Unberechenbares widerspiegelt, von dem, was Computer produzieren, das auf den ersten Blick nicht davon zu unterscheiden ist? Wie sehen aber die Fundamente aus? Wonach muss ich suchen, um mehr darüber zu erfahren?

Philosophische Abhandlungen über die Themen Intelligenz und Bewusstsein gibt es unzählige. Aber keines dieser Modell genügt (natur-)wissenschaftlichen Kriterien. Sie sind nicht streng empirisch überprüfbar, nicht reproduzierbar, und bleiben letztlich damit Spekulation, an die man glauben mag, oder auch nicht. Exakte Wissenschaft kommt heutzutage ohne Mathematik nicht aus. Sie ist der Dreh- und Angelpunkt aller Naturwissenschaften. Will man mehr über dieses Phänomen erfahren, so kommt man letztlich um die Physik als grundlegendste aller Naturwissenschaften und die mathematische Kompelxität ihrer Modelle nicht herum. Und das ist der eigentliche Grund, neben meine natürlichen Begeisterung für Mathematik und Physik,  weshalb ich bei meinen frühen Recherchen sehr schnell ankam bei Heisenberg, Schrödinger, Penrose, die teils sehr früh schon eine enge Beziehung zwischen Quantenphysik und intelligentem Handeln nahelegten. Für mich war das zu Beginn meiner privaten Forschungen vor fünfzehn Jahren noch Neuland, dem ich mich erst widerwillig – es ging halt nicht anders – dann mit zunehmender Begeisterung widmete. Ich denke heute, dass die fundamentale Unberechenbarkeit des quantenmechanischen Messprozesses der Schlüssel zum tiefen Verständnis von Intelligenz und Bewusstsein ist. Das unterscheidet menschliche Entscheidungen von denen eines Computers. Letzterer zieht unter ansonsten gleichen Bedingungen immer die gleichen Schlussfolgerungen, und dass soll er auch. Für mich gilt das nicht. Für mich selbst behaupte ich, fundamental irrational zu handeln, bzw. handeln zu können, wenn ich einfach keine Lust verspüre, eine logische, ggf. zwingende Entscheidung zu treffen. Dafür brauche ich keinen Grund. Hier werden wieder viele Fachleute eingrätschen und mir nahelegen, dass ich einer Illusion erliege, dass nichts im Universum zufällig passiert, dass Vergangenheit und Zukunft eindeutig und prinizipiell vollständig berechenbar sind und damit festliegen, und dass dies auch für meine persönlichen Entscheidungen gilt. Danach ist dann jeder subjektive Zufall nur das Ergebnis fehlender Informationen. Jeder Physiker, der an die Allgemeingültigkeit der Einstein’schen Relativitätstheorie uneingeschränkt glaubt, muss diese Ansicht vertreteten. Glauben Sie das? Ich tue es nicht! Und so sind wir jetzt doch wieder beim Glauben, abseits jeder exakten Wissenschaft, wenn – ja wenn nicht da noch die Quantenmechanik mit ihrem mysteriösen Messprozess wäre.

Viele Wissenschaftler, die hier einen offensichtlichen Zusammenhang sehen, vermuten nun, dass unser Gehirn wie ein Quantenobjekt funktioniert. So glauben Roger Penrose und Stuart Hameroff an langanhaltende quantenhafte Überlagerungszustände in Hirnstrukturen. Leider hält nichts davon einer näheren Überprüfung stand. Neurologen und Biologen schütteln dazu überwiegend verständnislos den Kopf. So einfach scheint die Sache nicht zu sein. Und um eine Lösung noch komplizierter zu machen, gibt es ja auch noch die Relativitätstheorie, die schließlich für unser reales Erleben zuständig ist, für die Art, wie wir unser Universum wahrnehmen. Ein umfassendes Modell für intelligentes Entscheiden (ich nenne das jetzt einfach Bewusstsein) muss dann wohl letztlich eine Verbindung schaffen zum quantenmechanischen Messprozess und auch noch zu Einstein’s Theorie.  Eigentlich können wir hier Schluss machen. Eine Verbindung zwischen den letztgenannten physikalischen Theorien suchen die Wissenschaftler schon seit hundert Jahren erfolglos. Schon Einstein und Heisenberg sind an einer solch einheitlichen Theorie für die gesamte Physik gescheitert. Kein Versuch eines belastbaren Brückenschlags von der Relativitätstheorie in die Quantenmechanik oder umgekehrt hat bislang irgendeinen substantiellen Erfolg gebracht, dafür aber Raum für die abenteuerlichsten Spekulationen geschaffen. Dazu zählen Modelle in bis zu 11 Dimensionen, die an mathematischer Komplexität kaum noch zu toppen sind, Multiple Universen, Schrödingers Katze, und viele andere mehr. Für Laien ist das Thema damit – so scheint es – vollkommen ungeeignet.

Wenn da nicht ein möglicher Zugang offenbar übersehen worden wäre, der für einen Physiker sicher abstrus erscheinen mag, für Leute wie mich aber einen sehr natürlichen Blickwinkel auf dieses alte Problem eröffnet. Was wäre, wenn ein Entscheidungsmodell, das etwa den chaotischen Wettbewerb von Ideen zu einer vorgegebenen Aufgabenstellung mit mehreren möglichen Lösungen simuliert, eine solche Brücke schlagen würde. Es sollte einerseits typischen Eigenschaften quantenhafter Systeme aufweisen, und andererseits eine Dynamik entfalten, die sich mit relativistischen Methoden modellieren ließe. Unmöglich? Nicht wenn ich einige physikalische „Offensichtlichkeiten“ in Frage stelle, die im wissenschaftlichen Diskurs aus anderen Gründen schon verschiedentlich diskutiert wurden.

Da ist einmal die Frage, ob die Relativitätstheorie ein fundamentales Modell unseres Universums beschreibt, oder vielleicht eher so etwas wie eine statistische Glättung über die vielen Zufälligkeiten der Quantenmechanik. Die andere Frage ist die, wie denn unser Universum aus quantentheoretischer Sicht zu verstehen ist. In der Quantenmechanik gibt es zwei Prozesse, die den Zustand eines Teilchens verändern: Einmal den sehr gut verstandenen stetigen Prozess, der durch die Schrödingergleichung beschrieben wird. Zweitens durch den Messprozess, der sehr plötzlich den Zustand ändert, ihn kollabieren lässt und der trotz aller Anstrengungen immer noch mysteriös geblieben ist. Ohne weiteren Nachweis gehen Physiker bis heute unkritisch davon aus, dass die quantenhafte Entwicklung des Universums einen stetigen Verlauf entsprechend der Schrödingergleichung nimmt. Eigentlich niemand  denkt bislang darüber nach, ob das Universum, so wie wir es erleben, einen Messprozess beschreiben könnte. Akzeptiert man diese zugegeben gewöhnungsbedürftigen Vorstellungen, dann lässt sich tatsächlich ein solcher Entscheidungsprozess konstruieren. Einen Kandidaten für einen solchen Prozess habe ich tatsächlich vor einigen Jahren schon gefunden. Am GenI-Prozess lässt sich zum Einen die Entscheidungsfindung in Gruppen sehr schön simulieren und veranschaulichen. Zum Anderen folgt die Statistik der getroffenen Entscheidungen exakt – ohne jedes Parameter-Tuning – den Vorgaben eines quantenhaften Messprozesses, und die Dynamik – sofern man das chaotische Verhalten ausmittelt – folgt geodätischen Linien in einer vierdimensionalen Raumzeit, deren Metrik den relativistischen Vorgaben genügt.

Dass ein solcher chaotischer Zufallsprozess allen Vorgängen im Universum unterliegen könnte, hat schon Carl Friedrich von Weizsäcker im Zusammenhang mit seiner Quantentheorie der Ur-Alternativen vermutet, ohne aber näher beschreiben zu können, worin dieser denn bestehen könnte. Sollte sich diese Vermutung erhärten und ein solcher Prozess sich tatsächlich als Entscheidungsfindung interpretieren lassen, dann hätte dies unabsehbare Auswirkungen auf unser Verständnis der Welt insgesamt, nicht nur im naturwissenschaftlichen Sinne.