Die Dunkle Ordnung

Aus welchen Teilen sind wir gemacht? Aus Fleisch und Blut? Aus Atomen, Elektronen, Protonen, Quarks und Strings? Was macht uns aus oder sind wir doch nur die Summe dieser einzelnen Teile? Die Physik, die Mathematik oder die Biologie liefern uns Theorien um die Welt um uns besser verstehen zu können – um uns selbst im großen Ganzen einordnen zu können. Unser Weltbild scheint uns im Moment – so wie wahrscheinlich jedem Zeitalter – als richtig und vollkommen plausibel.

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Wagen wir jedoch einen Blick in die Welt der Quanten – in die merkwürdige Welt der kleinsten Teile. Dort scheinen die Regeln, die wir aus unserer wahrnehmbaren Welt kennen, nur bedingt von Bedeutung zu sein. Dort treffen wir auf Phänomene, die sich der Logik unserer Lebenswelt entziehen und unser Bild von uns, unserer Welt und dem ganzen Universum grundlegend in Frage stellen.

„Die Dunkle Ordnung“ widmet sich der Erkundung und Darstellung dieser Phänomene abgeleitet nach aktuellem wissenschaftlichen Diskurs. Die Welt der Quantenmechanik steht bei der Arbeitsreihe thematisch im Vordergrund.

Gravitation
Die unbekannte Bekannte

Ohne die Schwerkraft gäbe es unser Universum nicht – doch ihre Wirkungsweise ist bis heute nicht abschließend geklärt. Dabei wirkt sie so offensichtlich: Sie hält uns auf der Erde, die Planeten auf ihren Umlaufbahnen und die Galaxien zusammen. Dass sich Massen gegenseitig anziehen, hatte schon Isaac Newton Ende des 17. Jahrhunderts erkannt. Nach Einsteins Relativitätstheorie ist es jedoch etwas komplizierter: Die Schwerkraft wirkt nicht direkt zwischen Körpern, sondern die Masse eines Körpers verformt zunächst nur den Raum und die Zeit. Das Universum besitzt demnach lauter Dellen und Ausbuchtungen. Körper streben zu Dellen hin, was sich für uns schließlich in der Anziehung von Massen zeigt.

Nichtlokalität – 700x700mm – ink pen on bristol board

Gravitation – 700x700mm – ink pen on bristol board

Ungeklärt ist darüber hinaus, ob es ein Austauschteilchen der Gravitation gibt, welches quasi als Träger der Kraft fungiert – ähnlich wie es bei den übrigen drei physikalischen Grundkräften der Fall ist. Einige Theorien postulieren dafür das sogenannte ‚Graviton‘. Da die übertragene Kraft allerdings sehr gering ist, gelang es bislang nicht, die Existenz von Gravitonen auch tatsächlich nachzuweisen. Weshalb die Schwerkraft so schwach im Vergleich zu den anderen drei Grundkräften ist, können die Physiker ebenfalls nicht nachvollziehen – diese Tatsache führt gar zu erheblichen Problemen in physikalischen Modellen.

Gravitation ist demnach laut Einstein eine Kraft, die einen Einfluss auf den Raum und die Zeit besitzt. Wie ändert sich damit unser Bild von Gravitation als Kraft, die zwischen Körpern wirkt? Was sehen wir wirklich?

Spukhafte Fernwirkung

Die ‚Spukhafte Fernwirkung‘ ist eines der spannendsten Phänomene der Quantenmechanik. Zwei Teilchen können durch direktes Zusammenführen miteinander verbunden – d.h. verschränkt werden. Beide Teilchen rotieren im verschränkten Zustand immer zueinander entgegengesetzt – man spricht auch von entgegengesetztem Spin. Ändern wir nun die Rotation (Spin) des einen Teilchens, rotiert das verschränkte Teilchen entgegengesetzt. Was soweit zunächst nicht sehr spektakulär erscheint, gewinnt an Faszination wenn wir uns vor Augen halten, dass dieses Verhalten selbst mit einer Entfernung von Lichtjahren zwischen den Teilchen zu beobachten ist, wobei die Zustandsänderung nahezu momentan, also ohne Verzögerung geschieht. Diese Art der Verbindung scheint damit schneller als das Licht zu sein. In mehreren Versuchsreihen konnte die spukhafte Fernwirkung bisher nachgewiesen werden – und stellt die Forschung vor ein Rätsel. Wie ist so eine Art der Verbindung möglich? Liegt hier vielleicht sogar ein Hinweis darauf, dass Einsteins Gleichungen womöglich fehlerhaft sind?

Spukhafte Fernwirkung - 700x700mm - ink pen on bristol board

Spukhafte Fernwirkung – 700x700mm – ink pen on bristol board

Die Forschung geht derzeit von der Annahme aus, dass es sich entgegen unserer Wahrnehmung nicht um zwei Teilchen, sondern lediglich um ein einziges Teilchen handelt, das sich über die Raumzeit erstreckt und jeweils zwei Pole offenbart, bzw. manifestiert. D.h. für dieses Teilchen würde unsere Vorstellung von Raum und Zeit nur bedingt gelten. Ist vielleicht doch Alles mit Allem verbunden?

Dunkle Materie und Dunkle Energie

Was ist ‚Dunkle Materie‘? Wie wirkt die ‚Dunkle Energie‘? – So fremd uns diese Begriffe klingen – umso mehr ist unsere Welt von ihnen geprägt. Der größte Anteil der Masse wird hinter einer bislang unbekannten Energieform vermutet. Wie der Name schon sagt, handelt es sich um nicht sichtbare Materie bzw. um eine nicht sichtbare Kraft, die unser Universum maßgeblich formt.

Dunkle Materie – 700x700mm – ink pen on bristol board

Dunkle Materie – 700x700mm – ink pen on bristol board

Als Folge der Gravitationswirkung von Massen müsste sich das Universum immer langsamer ausdehnen. Doch das Gegenteil ist der Fall. Die Wissenschaft spekuliert, dass eine treibende Kraft hinter der immer schnelleren Expansion steckt, die so genannte dunkle Energie. Sie wirkt der Gravitation entgegen und bläst das Universum stetig weiter auf. Nahezu 95% aller vorhandenen Materie wird geformt von dunkler Materie und dunkler Energie. Nur 5% ist die uns bekannte sichtbare Materie der Elektronen, Protonen und Neutronen. Alle Phänomene von Gravitation die wir beobachten und messen können, lassen sich nur mit der Beteiligung von dunkler Materie bzw. dunkler Energie erklären.

Wie aber wechselwirken sichtbare und dunkle Materie? Wie formen diese unbekannten dunklen Größen unsere Welt?

Die Nichtlokalität

Der Zustand der Nichtbestimmtheit – die Nichtlokalität – ist ein Phänomen, das unser Verständnis von der Welt sehr strapaziert. Für uns gilt: Ein Teilchen ist ein Teilchen, eine Welle ist eine Welle. Ein Teilchen kann ein Teil einer Welle sein, aber beides ist für uns klar zu unterscheiden. Nicht so in der Quantenwelt: Dort ist ein Teilchen eine Welle – eine Welle gleichzeitig ein Teilchen. Ein Teilchen kann hier an mehreren Orten zugleich vorhanden sein. Das Gedankenmodell einer Welle drückt nur mehr aus, wie wahrscheinlich es ist, das Teilchen an einem bestimmten Ort anzutreffen. Nur der Messvorgang selbst beeinflusst die Welle so stark, dass aus der Nichtlokalität eines Teilchens eine konkrete Position entsteht. Der Messvorgang beeinflusst das Verhalten des Teilchen so stark, dass es von seinem wellenartigen Verhalten in einen anderen Zustand übergeht. Warum das so ist, ist noch immer nicht vollständig erklärbar.

Die Nichtlokalität – 700x700mm – ink pen on bristol board

Die Nichtlokalität – 700x700mm – ink pen on bristol board

Heisenbergs Unschärferelation umschreibt diesen Aspekt infolge welcher Dinge erst dann entstehen, wenn wir ihnen Aufmerksamkeit schenken und sie ansonsten in einer sogenannten Unschärfe verweilen oder schlicht nicht existent ist. Diese von Werner Heisenberg bereits 1927 vorgenommene Gleichung ist eine quantenphysikalische Annahme und besagt, dass die Wellen sobald wir uns ihnen zuwenden, sie betrachten oder messen sich plötzlich wie Teilchen verhalten.

Das Multiversum
the many world theorem

Das Multiversum ist eine Theorie, welche die Einzigartigkeit unserer Welt grundlegend in Frage stellt. Angelehnt an die Tatsache, dass Teilchen im Grunde stets in einem unbestimmten Zustand verweilen und erst im Moment einer Messung einen Zustandswechsel vollziehen – entsteht die Möglichkeit der Dopplung ein und desselben Teilchens. Das Teilchen existiert dann an zwei Orten zugleich.

The Many Worlds Theorem – 700x700mm – ink pen on bristol board

The Many Worlds Theorem – 700x700mm – ink pen on bristol board

Ausgehend von dieser Beobachtung, die schon experimentell festgestellt wurde, geht ein Teil der Wissenschaft nun davon aus, dass hier eine Aufspaltung unserer Realität in zwei parallele Wirklichkeiten stattfinden muss. Würde dies den Tatsachen entsprechen, wären wir umgeben von endlosen parallelen Realitäten.

Wie können wir uns diese Teilung der Realität vorstellen? Welchen Einfluss haben diese Parallelwelten aufeinander? Gibt es Schnittpunkte?

Gravitationswellen

Albert Einstein postulierte bereits 1916 Gravitationswellen. Denn diese Verzerrungen der vierdimensionalen Raumzeit ergeben sich als direkte Folge seiner Allgemeinen Relativitätstheorie.
Eine Gravitationswelle ist eine Welle in der Raumzeit, die durch eine beschleunigte Masse ausgelöst wird. Gemäß der allgemeinen Relativitätstheorie breitet sich jegliche Wirkung maximal mit Lichtgeschwindigkeit aus. Auch lokale Änderungen im Gravitationsfeld können sich also nur mit endlicher Geschwindigkeit ausbreiten.

Gravitationswellen – 700x700mm – ink pen on bristol board

Gravitationswellen – 700x700mm – ink pen on bristol board

Daraus folgerte Albert Einstein 1916 die Existenz von Gravitationswellen. Diese verursachen während ihrer Ausbreitung durch den Raum vorübergehend Stauchungen und Streckungen von Abständen, also auch des Raumes selbst. Der Nachweis von Gravitationswellen ist erstmals im Jahre 2015 gelungen: An den Advanced-LIGO-Detektoren in den USA konnten Signale erstmals gemessen werden.

Gravitationswellen durchdringen auch die Materie aus der wir bestehen. Nur zu einem minimalen Einfluss wirken diese auf uns ein und doch tragen sie eine Information aus weit entfernten Orten. Was werden wir von diesem historischen Seismographen lernen?

Das Higgsfeld

Welche Eigenschaft bestimmt den Betrag der Masse eines Atoms? Warum „wiegt“ ein Atom soviel wie es eben wiegt? Anhand von Kräften wie der Gravitation können wir diese Masse ausmachen, jedoch welche Eigenschaften machen ein Element so schwer oder leicht? – Zum einen gilt das ‚Higgsfeld‘ als ein, wenn auch kleiner Faktor, der die Masse beeinflusst. Das Higgsfeld umgibt uns zu jeder Zeit – alle Teilchen durchströmen es mit mehr oder weniger Mühe, was einen Einfluss auf dessen Masse hat. In vereinfachten Darstellungen wird das Elementarteilchen im Higgsfeld – das Higgs-Boson – häufig pauschal als Ursache von Masse dargestellt. Dies ist aus mehreren Gründen falsch bzw. unpräzise: Lediglich 1% der Masse eines Teilchens wird durch das Higgsfeld beeinflusst – was ist also mit den restlichen 99%? – Gemäß Einsteins Gleichung E=mc² bzw. m=E/c² ist Masse vor allem Energie. Das Energiepotential der Quarks eines Teilchens machen den großen Teil einer Masse aus.

Masse, Energie, Higgsfeld – 700x700mm – ink pen on bristol board

Masse, Energie, Higgsfeld – 700x700mm – ink pen on bristol board

Wir bezeichnen ein Material als schwer, wenn es für uns eine hohe atomare Dichte vorweist. Die Menge der Atome innerhalb eines Raums ist für uns der Indikator für Gewicht. Dieses Gewicht basiert lediglich auf unterschiedlichen Energiepotentialen – d.h. Energie ist für uns auch im spürbaren Gewicht auszumachen. Hat eine heiße Tasse Kaffee demnach mehr Gewicht als eine Tasse kalter Kaffee?

Turbulenzen

Turbulenzen – also Verwirbelungen von Flüssigkeiten oder Gasen – haben sich als unglaublich harte Nuss für Physiker erwiesen. Seit vielen Jahrzehnten suchen sie ein theoretisches Modell, das solche turbulenten Bewegungen vollständig beschreiben kann. Ohne Erfolg. Und dabei sind Turbulenzen ein so alltägliches Phänomen: wenn der Wind bläst, das Wasser auf dem Herd kocht oder wir die Milch im Kaffee umrühren. Alle turbulenten Bewegungen sind Teil der nichtlinearen Dynamik, zu der auch die Chaosforschung gehört. Systeme dieser Art sind extrem empfindlich. Kleine Störungen oder minimal veränderte Bedingungen am Anfang können zu einem völlig veränderten Verhalten führen. Das macht es (bislang) unmöglich, die Entwicklung einer turbulenten Bewegung langfristig vorherzusagen. Physiker fahnden jedoch geduldig weiter nach den universellen Gesetzen, die allen Turbulenzen innewohnen. Denn eine allgemein gültige Beschreibung wäre von großer Bedeutung, könnte sie doch in unterschiedlichsten Bereichen Anwendung finden: bei der Wettervorhersage, der Minimierung des Luftwiderstands, bei kompliziert geformten Fahrzeugen oder gar bei der Erforschung der Galaxienbildung.

Turbulence I – 700x700mm – ink pen on bristol board

Turbulence I – 700x700mm – ink pen on bristol board

Turbulence II – 700x700mm – ink pen on bristol board

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Turbulence III – 700x700mm – ink pen on bristol board

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Turbulence IV – 700x700mm – ink pen on bristol board

Turbulence IV – 700x700mm – ink pen on bristol board

Masse, Energie, Higgsfeld – 700x700mm – ink pen on bristol board

Turbulence V – 700x700mm – ink pen on bristol board

Die Ausstellung

Die Arbeiten waren im Zeitraum vom 16.-19.12.16 im Kunstraum GapGap zu sehen. Neben den frei im Block gehangenen Papierarbeiten galt der Boden, als auch die Frontscheiben als Erweiterung der künstlerischen Arbeit. Beide Arbeiten wurden bewusst mit verwischbaren Medien erzeugt um die temporär vereinnahmende Wirkung der Belegung des Raumes zu verstärken. Im Rahmen der Vernissage fand eine Performance zusammen mit einer eigenes entwickelten musikalischen Position mit und von Fritz Brückner statt.

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the human drawing agents

Im Rahmen eines zweistündigen Workshops zusammen mit dem Künstler Claus Georg Stabe setzten sich Teilnehmende mit der agentenorientierten Zeichenmethode von Schulze auseinander. Dies Methode, welche sich aus dessen Arbeit mit Algorithmen und Regelwerken ableitet gilt als Grundlage der Zeichungen für „Die dunkle Ordnung“. Die stete Wiederholung und Variation von Zeichengesten zur Entwicklung von komplexen Strukturen ähnelt der Funktionsweise eine Computers – und wurde von den Teilnehmenden durch eine gemeinsamen Kreidearbeit auf dem Boden der Ausstellung erforscht.

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Quellen

http://www.spektrum.de/wissen/die-10-groessten-physikalischen-raetsel-unserer-zeit/1315500
http://www.spektrum.de/news/wie-real-ist-die-wirklichkeit/871783

Der Quantensprung (Julia Cort & Josh Rosen)
youtube.com/watch?v=TgozeJEIVKw

Quantenmechanik – Doppelspalt, Verschränkung und Nichtlokalität | Dokumentationsfilm
youtube.com/watch?v=7BV0Fs4eM0I

Der Mikrokosmos und die Quantenverschränkung – Dokumentation
youtube.com/watch?v=nRA6Gnu6g-0

Universum oder Multiversum
youtube.com/watch?v=YUQt26Zs2Ys


Text von Tristan Schulze || editiert von Luisa Männel