deSignale

Untersuchungen von zunächst 18000 Galaxien und später dann 300.000 Galaxien ergaben, dass ihre Drehrichtung nicht gleichverteilt sind, sondern es sieben Prozent mehr Galaxien gibt, die um Uhrzeigersinn rotieren. Das kann kein Zufall sein und könnte darauf hinweisen, dass das Universum selbst rotiert, wie welt.de berichtet:

Ein Forscherteam von der Universität von Michigan hat 600 Millionen Lichtjahre weit ins All geblickt. Die sechs Wissenschaftler um den Physiker Michael Longo in Ann Arbor haben sich dabei 18.000 Galaxien des nördlichen Sternenhimmels vorgenommen. Ziel war herauszufinden, in welche Richtung sich die Galaxien drehen.

Dabei stießen die Astronomen auf ein Missverhältnis: Es bewegen sich sieben Prozent mehr Galaxien links- als rechtsherum. "Dass dieser Überschuss purer Zufall ist, halten wir für so gut wie ausgeschlossen", so Longo. "Das wäre so, als würfen sie 10.000mal eine Münze und erhielten sieben Prozent mehr Kopf als Zahl. Das ist extrem unwahrscheinlich!"

Wenn nicht der Zufall Grund dafür ist, dass sich die Mehrheit der Galaxien im Uhrzeigersinn dreht, muss es dafür eine andere Ursache geben. Jemand oder etwas muss den Galaxien einen Schubs verliehen haben, und zwar überwiegend den gleichen Schubs, in die gleiche Richtung.

"Der Urknall selbst muss einen Spin gehabt haben, der einen sich drehenden Kosmos entstehen ließ", mutmaßt Longo. Da die wenigsten Explosionen völlig homogen und in alle Richtungen gleichmäßig ablaufen, erscheint die Möglichkeit solch eines Drehimpulses plausibel. Die Galaxien hätten sich dann kaum gegen diesen Sog der Rotation des Raums wehren können und sein Drehmoment übernommen...

Doch es gibt Kritik an den Messmethoden der amerikanischen Astronomen. So bezweifelt Jürgen Kerp vom Argelander Institut für Astronomie in Bonn die Aussagekraft der Untersuchungen: Die Stichprobe sei viel zu klein. "18.000 Galaxien klingt viel, aber wir haben Milliarden von Galaxien im Universum", gibt Kerp zu Bedenken.

Eine solche Stichprobe eigne sich nicht dazu, eine so weitreichende Aussage zu treffen. "Tatsächlich gesehen ist das ein winziger Ausschnitt aus unserem Universum", so der Bonner Astrophysiker.

Mittlerweile hat ein zweites Astronomenteam von der Lawrence Technological University in Southfield die Messungen bestätigt. Die Wissenschaftler aus dem US-Bundesstaat Michigan haben statt 18.000 diesmal mehr als 300.000 Galaxien untersucht – und kamen zum selben Ergebnis: Es scheint ein bevorzugtes Drehmoment von Galaxien zu geben – das jedoch auch ganz woanders herkommen könne, so Jürgen Kerp, nämlich aus Zusammenstößen von Galaxien.

"Wir können mit dem Hubble Space Teleskop beobachten, wie Galaxien kollidieren und miteinander verschmelzen." Diese Zusammenstöße seien so stark, dass sie bisweilen ganze Galaxien zerstören und sich aus den Überresten der Kollison neue Gebilde formieren. "Wie die sich dann drehen, liegt ausschließlich ab von der Art und Weise, wie die Vorgängerobjekte aufeinander gestoßen sind", so Kerp...

"Das ist natürlich möglich", gibt Michael Longo zu. Es wäre jedoch schwer nachzuvollziehen, warum ein so großes wie das von seinem Team untersuchte Gebiet Galaxien mit der einen Drehrichtung hervorgebracht haben soll und Galaxien sich außerhalb davon andersherum drehen. "Dafür gibt es kein Modell," so der US-Astronom.

Für Michael Longo und seine Forscherkollegen aus Michigan sind die Messungen ein erster Hinweis auf die Drehung des Weltalls insgesamt. Und dies käme einem ersten indirekten Nachweis der Existenz eines schon lange postulierten Hyperraums mit weiteren Universen gleich.

Die nobelpreiswürdigen Quasikristalle sind kein irdisches Produkt, sondern stammen aus dem Weltall, wie nun nachgewiesen wurde, berichtet scinexx.de:

Die Untersuchungen in Sibirien bestätigten nun, dass die Quasikristalle nicht auf der Erde entstanden sein können. Stattdessen sei dieser Kristalltyp bereits in der Frühzeit des Sonnensystems, vor rund 4,5 Milliarden Jahren, im Inneren des Asteroiden geformt worden, berichten die Wissenschaftler im Fachmagazin "Reports of Progress in Physics".

Künstlich hergestellte Quasikristalle stecken heute in zahlreichen Materialien, von der Antihaft-Beschichtung von Pfannen über Katalysatoren bis hin zu hochfestem Stahl. In diesen Metallverbindungen bilden die Atome nicht, wie sonst üblich, ein Gitter mit immer gleichen Abständen. Stattdessen sind sie wie in einem Fußball oder einem komplexen Fliesenmosaik angeordnet: In einem regelmäßigen Muster wechseln sich Gruppen von Bindungen mit unterschiedlicher Symmetrie ab - ähnlich wie die fünfeckigen und sechseckigen Lederstücke bei einem Fußball. Dass solche Quasikristalle überhaupt existieren können, hatte erst im Jahr 1982 der israelische Chemiker Daniel Shechtman entdeckt. Er erhielt dafür 2011 den Nobelpreis für Chemie.Die Untersuchungen in Sibirien bestätigten nun, dass die Quasikristalle nicht auf der Erde entstanden sein können. Stattdessen sei dieser Kristalltyp bereits in der Frühzeit des Sonnensystems, vor rund 4,5 Milliarden Jahren, im Inneren des Asteroiden geformt worden, berichten die Wissenschaftler im Fachmagazin "Reports of Progress in Physics".

Künstlich hergestellte Quasikristalle stecken heute in zahlreichen Materialien, von der Antihaft-Beschichtung von Pfannen über Katalysatoren bis hin zu hochfestem Stahl. In diesen Metallverbindungen bilden die Atome nicht, wie sonst üblich, ein Gitter mit immer gleichen Abständen. Stattdessen sind sie wie in einem Fußball oder einem komplexen Fliesenmosaik angeordnet: In einem regelmäßigen Muster wechseln sich Gruppen von Bindungen mit unterschiedlicher Symmetrie ab - ähnlich wie die fünfeckigen und sechseckigen Lederstücke bei einem Fußball. Dass solche Quasikristalle überhaupt existieren können, hatte erst im Jahr 1982 der israelische Chemiker Daniel Shechtman entdeckt. Er erhielt dafür 2011 den Nobelpreis für Chemie.

Neues von Dr. Michael König.
Sein Vortrag an der TU Braunschweig:


Burnout aus quantenmechanischer Sicht


Der Titel verleitet zu einer falschen Erwartung. In erster Linie geht es um die Biophotonenforschung und ihre neuesten Ergebnisse sowie die daraus ableitbaren diagnostischen Verfahren, nicht nur bezogen auf den Burnout. Alles sehr spannend.

In Nature Physics erscheint ein Artikel zu einer Entdeckung von Forschern der Uni Wien über den Nachweis von Quantenkorrelationen im sogenannten Discord, wie pro physik: Fern-Herstellung von Quantenzuständen auch ohne Verschränkung möglich berichtet.

Dies ist sehr wichtig, denn es braucht keine Qunatenverschränkung damit Quanten miteinander korreliert sind, also über Distanzen eine Art gemeinsames System bilden.

So heißt es im Bericht:

Mit Hilfe von quantenmechanisch präparierten Photonenpaaren haben die Forscher die Fern-Herstellung von Quantenzuständen untersucht. „Durch die Messung des Polarisationszustandes eines Photons können wir den Zustand des dazugehörigen Partnerphotons fern-herstellen“, erklärt Walther. „Im Experiment haben wir beobachtet, wie sich das Variieren des Quanten-Discords auf die Qualität unseres fern-hergestellten Zustands auswirkt.“ Dabei konnte das Forschungsteam demonstrieren, dass die Fern-Herstellung von Quantenzuständen sogar ohne Verschränkung möglich ist, sofern im System Quanten-Discord vorliegt. Diese Erkenntnis ist für die Entwicklung von zukünftigen Quantentechnologien vielversprechend: In Zukunft könnten nicht verschränkte robustere Quantensysteme als Ressource herangezogen werden, was den Zugang zur Quantentechnik erheblich erleichtern würde.



Anmerkung: Diese Entdeckung halte ich nicht nur im technischen, sondern gerade auch für den biologischen Bereich für enorm wichtig, denn die Einwände, die immer wieder kommen, dass in biologischen Systemen die Quantenverschränkung keine Rolle spielen könne, da Verschränkung schnell kollabiert, - obwohl es selbst hier in Pflanzen bei der Photosynthese Anzeichen für Verschränkung gibt - zieht nun nicht mehr, da diese für Korrelationen auf Quantenebene nicht mehr nötig ist, sondern auch robustere Korrelationen unterhalb der Verschränkung möglich und nutzbar sind.

Seit einiger Zeit schließe ich aus der Komplexen Relativitätstheorie, dass Quanten auch ohne Verschränkung ihre Zustände korrelieren können müssen und nun erfahre ich: Seit Jahren ist man schon einem solchen Phänomen auf der Spur.

Schon des öfteren habe ich darauf hingewiesen, dass entgegen langläufig medial verbreiteter Meldungen der menschliche Wille keine Illusion determinierender Naturgesetze ist und auch der Zufall keinem planenden Willen entgegensteht. Sondern der Quantenzufall bedeutet so etwas wie ein Freiheitsgrad, der eben freie Willensentscheidungen zulässt bzw. Unbestimmtheit eben viele Möglichkeiten des agierens offen lässt. Ein Quantenphysiker kann nun erstmals ein Modell präsentieren, dass den freien Willen im Rahmen bekannter Naturgesetze ohne weiteres erlaubt, wie ein Artikel in pro-physik berichtet. Daraus:

„Als Naturwissenschaftler möchte ich die Möglichkeit und den Ursprung von Freiheit genauer verstehen“, sagt Hans Briegel vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) und der Universität Innsbruck, und wendet sich damit gegen einen aktuellen Trend in der Hirnforschung, den freien Willen als Fiktion zu interpretieren und damit die menschliche Freiheit zu verneinen. Die Neurowissenschaften haben in den vergangenen Jahren wiederholt experimentelle Befunde geliefert, die ihre Hypothese scheinbar belegen. Manche Experten fordern gar die Anpassung der Rechtsprechung an die neuen Erkenntnisse. Der theoretische Physiker präsentiert nun eine Theorie, die die Idee von Freiheit mit der Existenz universeller Naturgesetze in Einklang bringt.

„Um die Möglichkeit von Freiheit verstehen zu können, müssen wir uns von der Vorstellung des Gehirns als eines Computers verabschieden und ein stochastisch-dynamisches Modell des Gedächtnisses und seiner Informationsverarbeitung entwerfen“, ist der Physiker überzeugt. Gemeinsam mit der DPG-Dissertationspreisträgerin Gemma De las Cuevas hat er das Modell eines episodisch-kompositorischen Gedächtnisses entwickelt. In ihm sind viele einzelne Erfahrungsfragmente (Clips) gespeichert und netzwerkartig miteinander verbunden. In einer Zufallsbewegung werden die mit einem gegebenen Ereignis zusammenhängenden Clips abgerufen. Übergangswahrscheinlichkeiten, die aufgrund von Erfahrungen modifiziert werden können, bestimmen dieses Stolpern durch die Erinnerungen.

Zentral für das episodisch-kompositorische Gedächtnis ist die Möglichkeit, vorhandene Clips – wiederum zufallsartig – selbst zu verändern und daraus neue Clips zu erzeugen, mit möglicherweise fiktiven Erfahrungsinhalten. Der Agent verfüge damit über eine Simulationsplattform für eine spielerische Auseinandersetzung mit Umwelteindrücken und könne, auf der Grundlage früherer Erfahrungen, plausible zukünftige Szenarien entwerfen und nach diesen handeln. „Bewähren sich Handlungen, die durch neue Clips ausgelöst werden, dann werden diese in das Gedächtnis integriert und in Zukunft wie reale Erfahrungen behandelt. So beeinflusst die Fiktion die tatsächlichen Handlungen des Agenten“ sagt Briegel.

Zufall spielt eine entscheidende Rolle in diesem Konzept, sowohl bei der Bewegung durch die Erinnerungen als auch bei der Veränderung vorhandener Clips. „In der Quantenphysik kennen wir Zufallsprozesse – sogenannte Quantensprünge – nicht nur auf molekularer Ebene, sondern sie werden heute im Labor routinemäßig eingesetzt“, sagt Briegel. „In unserem Modell wird der Zufall zu einer treibende Kraft, sowohl im Aufrufen von Gedächtnisinhalten, sowie in der Mutation und Erzeugung neuer Clips. Der Zufall ist damit ein konstitutiver Bestandteil der Informationsverarbeitung des Agenten und gewissermaßen ein Teil seiner Identität.“

Projektive Simulation nennt Briegel dieses stochastische Modell der Informationsverarbeitung. Es soll keine Erklärung von Bewusstsein oder eine Theorie über die Funktionsweise des Gehirns sein. „Es zeigt vielmehr, wie in Systemen, die auf allen Ebenen den Gesetzen der Physik unterworfen sind, dennoch ein Spielraum entstehen und ausgenutzt werden kann.“ Das gelte für biologische Systeme genauso wie für Maschinen.

Die Existenz eines solchen Spielraums sei aber die Voraussetzung für die Möglichkeit von Freiheit und letztendlich für einen freien Willen. Briegel betont, Details der Neurobiologie spielten für die prinzipielle Frage, ob Freiheit mit den Gesetzen der Physik überhaupt verträglich ist, keine Rolle.

Dass sich das Klima ändert - aktuell und in der Erdgeschichte - sollte nicht weiter verwundern. Das gesamte atmosphärische System um unserer Erde ist eben ein sehr dynamisches Unterfangen.

Problematisch ist in der aktuellen Debatte, ob wirklich der Mensch Auslöser des Klimawandels ist, oder andere Ursachen verantwortlich sind.

Diese Frage ist wichtig. Nicht aus politischen oder sonstwie ideologischen Gründen, sondern wegen der Konsequenzen möglicher Reaktionen darauf.

Wie ich schon früher anmerkte, ist aktuell nicht nur die Erde von einer Klimaerwärmung betroffen, sondern auch andere Planeten unseres Sonnensystems. Dies lässt stark vermuten, dass die irdische Klimaerwärmung andere Ursachen hat, als den Menschen.

Als Einwand gegen diesen Befund wird angeführt, dass der Einfluss der Sonne dafür nicht verantwortlich gemacht werden könne. Sie ist ja der erste Kandidat, der für alle betroffenen Planeten als Quelle eines Klimawandels zentral verantwortlich wäre.

Doch nun zeigt eine Studie, dass vor 3000 Jahren eben doch die Sonne das Klima veränderte, wenn auch auf subtile Art und Weise, so dass man sie zunächst nicht im Visier hatte.

Pro Physik berichtet hier.

Natürlich wird im Artikel für eine Übertragung auf unsere Zeit der menschliche Faktor betont, aber das liegt an der dominanten Klimahypothese, die meist nicht mehr hinterfragt wird, jedenfalls wenn man seine Forschungsunterstützung nicht verlieren will. Umsomehr sind solche Ergebnisse zumindest für vergangene Epochen bemerkenswert...

In einem bahnbrechenden Experiment haben Forscher in Wien eine Verschränkung zustandegebracht, wo zukünftige Ereignisse die Vergangenheit beeinflussen. Hört sich unglaublich an, ist aber vom renommierten Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) und des Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) an der Universität Wien durchgeführt worden, wie pro-physik.de berichtet: hier.

Jetzt sollte man meinen, auch in der Quantenwelt ließe sich die Frage, ob die beiden Teilchen verschränkt sind oder nicht, klar beantworten, und müsse „ein objektives Faktum der Wirklichkeit sein“. Doch die Physiker vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) und des Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) an der Universität Wien zeigten jetzt, dass dies nicht immer der Fall ist. Sie verwirklichten dazu ein Gedankenexperiment aus dem Jahr 2000 des israelischen Physikers Asher Peres (1934-2005), eines der Pioniere der Quanteninformationstheorie.

Dabei werden zwei verschränkte Paare von Photonen produziert. Ein Photon von jedem Paar wird an ein Messgerät (Viktor) geschickt. Von den zwei verbleibenden Photonen wird eines an das Messgerät Alice und eines an das Gerät Bob gesendet. Viktor hat bei seiner Messung zwei Möglichkeiten. Er kann die zwei Photonen durch seine Messung in einen verschränkten Zustand zwingen, dann wird auch das Photonenpaar von Alice und Bob verschränkt. Entscheidet sich Viktor aber, seine beiden Teilchen einzeln zu messen, dann liegt auch das Paar von Alice und Bob in einem separablen Zustand vor.

Die Physiker um Erstautor Xiaosong Ma haben in ihrem Experiment aber Viktors Entscheidung und Messung verzögert, diese findet erst nach den Messungen von Alice und Bob statt. Das versetzte sie aber in der Lage, erst nach der Messung von Alice und Bob die Entscheidung über den Quantenzustand der Photonen von Alice und Bob zu treffen, also ob die Photonen verschränkt oder separabel waren. Die Entscheidung kann sogar erst dann fallen, wenn die Lichtteilchen von Alice und Bob gar nicht mehr existieren.

Wie Zeilinger betonte, ist das Experiment „nicht nur eine philosophische Spielerei“, sondern hat auch praktische Bedeutung. Eine solche Anordnung und Prozedur mit den vier Photonen würde sich auch für Quanten-Repeater eignen, die man in Zukunft dazu nützen könnte, Quantencomputer zu verbinden. So könnte man damit Output und Input von Quantencomputern verknüpfen. Die Konsequenz daraus klingt unglaublich und zeigt einmal mehr, wie seltsam die Quantenwelt sein kann: Das bedeutet letztlich, ein Quantencomputer kann in der Vergangenheit mit einem Problem zu rechnen beginnen, mit einem Input, der erst in der Zukunft existiert.

Neueste Messungen des IceCube widersprechen der bisherigen Theorie, dass die Kosmische Strahlung sogenannte Gamma Ray Bursts als Quelle haben. Die dabei auftretenden energiereichen Neutrinos konnten nicht gemessen werden, wie astronews.com berichtet: hier.

Darin:

"Gamma-ray Bursts sind - nach dem Urknall - die gewaltigsten Explosionen, die wir im Kosmos kennen", so Kappes. Sie überstrahlen für einige Sekunden das gesamte restliche Universum im Bereich der Gammastrahlung. Man nimmt an, dass es sich bei langen Gamma-ray Bursts, die mehr als zwei Sekunden lang aufflackern, um den Kernkollaps eines massereichen Sterns in einer fernen Galaxie handelt, bei dem schließlich ein Schwarzes Loch entsteht.

Dieser Prozess würde genug Energie freisetzen, um die subatomaren Teilchen der Kosmischen Strahlung auf die beobachteten Energien zu beschleunigen. Allerdings sollten mit den energiereichen Atomkernen auch Neutrinos entstehen. Diese geisterhaften Elementarteilchen sind ultraleichte Cousins des Elektrons, die durch fast alles ungehindert hindurchfliegen. Um sie trotzdem nachzuweisen zu können, muss man riesige Detektoren einsetzen.

Das Neutrino-Teleskop IceCube benutzt das ewige Eis des Südpols als Teil des Detektors. IceCube späht unter der Eisdecke mit mehr als 5000 einzelnen optischen Sensoren, sogenannte Photomultiplier, in rund einem Kubikkilometer antarktischem Eis nach den extrem seltenen Zusammenstößen eines Neutrinos mit einem Atomkern. Mit diesem weltweit empfindlichsten Neutrino-Teleskop hat das internationale IceCube-Forscherteam rund 300 Gamma-ray Bursts aus den Jahren 2008 bis 2010 untersucht.

Wenn Gamma-ray Bursts die Quelle der höchstenergetischen kosmischen Teilchenstrahlung sind, sollten von den Ausbrüchen nicht nur Gammastrahlen, sondern auch Neutrinos auf direktem Weg die Erde erreichen. Denn Neutrinos sind elektrisch neutral und werden daher nicht von Magnetfeldern abgelenkt. "Erstmals haben wir ein ausreichend empfindliches Instrument, das einen neuen Blick auf die Erzeugung der Kosmischen Strahlung und auf die inneren Prozesse von Gamma-ray Bursts eröffnet", unterstreicht IceCube-Sprecher Prof. Greg Sullivan von der Universität im US-Bundesstaat Maryland.

Doch IceCube fand in den zwei Jahren Beobachtungszeit überraschenderweise kein einziges Neutrino, das zu einem der untersuchten rund 300 Ausbrüche passt. "Aus der Beobachtung folgen zwei Möglichkeiten", urteilt Kappes. "Entweder ist unsere Vorstellung, dass Gamma-ray Bursts eine Hauptquelle der extrem energiereichen Kosmischen Strahlung sind, falsch. Oder unsere Rechenmodelle von den Vorgängen in einem Gamma-ray Burst beruhen auf falschen oder zu stark vereinfachten Annahmen." In jedem Fall müssen die gegenwärtigen Modelle zur Produktion von kosmischer Strahlung und Neutrinos in Gamma-ray Bursts überarbeitet werden.

"Obwohl wir nicht herausgefunden haben, woher die Kosmische Strahlung kommt, haben wir einen wichtigen Schritt zum Ausschluss einer der bevorzugten Vorhersagen erreicht", urteilt auch IceCube-Projektleiter Prof. Francis Halzen von der University of Wisconsin. Mit der vollen Ausbaustufe und mit zunehmender Messzeit wird IceCube in den kommenden Jahren weitere wichtige Informationen zur Klärung dieser Frage liefern.

Das vor einem Monat bekanntgegebene Ergebnis für theta_13 mit 8° ist nun unabhängig bestätigt worden, wie pro-physik.de meldet: hier.

Die Übereinstimmung zwischen den knapp einen Monat alten Ergebnissen der chinesischen Daya-Kollaboration und den jetzt veröffentlichten Messungen bedeutet gute Neuigkeiten für die Neutrinoforschung, denn damit sollten letzte Zweifel an der Größe des Mischwinkels ausgeräumt sein. Der hohe Wert von θ13 bedeutet eine recht starke Neutrinomischung und erleichtert somit künftige Experimente, die Neutrinooszillationen erforschen und den Unterschied zwischen Materie und Antimaterie erhellen sollen.

...

Da sich einige Elektron-Antineutrinos während der Flugstrecke in andere Neutrinosorten umwandeln, lässt sich aus dem Schwund auf die Stärke des Mischwinkels schließen. Im näheren Detektor maßen die Forscher 154.088 Neutrinos, im weiter entfernten 17.102 über einen Zeitraum von 229 Tagen. Unter Berücksichtigung der geometrischen Verhältnisse entspricht dies einer Oszillation von 8 Prozent der Elektron-Antineutrinos.

Zumindest für Beryllium-12 ist das Schalenmodell ungültig, wie pro-physik.de nun meldet: hier:

Einer Gruppe von Wissenschaftlern um Wilfried Nörtershäuser vom Institut für Kernchemie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) ist es erstmals gelungen, die Größe der Ladungsverteilung eines Atomkerns des exotischen Isotops Beryllium-12 zu vermessen. Es zeigte sich, dass dieser „Ladungsradius“ gegenüber dem Isotop Beryllium-11 ansteigt, während der Radius der Materieverteilung abnimmt. Dies widerspricht den Annahmen der Kernphysik über den Aufbau von Atomkernen. Demnach wäre nämlich eine Verringerung des Kernladungsradius zu erwarten gewesen. „Unsere Messungen widersprechen der Vorhersage des Schalenmodells und sind ein deutlicher Beleg dafür, dass bei Berylliumisotopen die Zahl von 8 Neutronen nicht mehr magisch ist“, sagt Andreas Krieger, Erstautor der Studie.