Nur eine Simulation?

Physiker wollen testen: Leben wir in der Matrix?

(Bild: thinkstockphotos.de)

Leben wir in Wahrheit in der Matrix, ist unser ganzes Leben nur eine auf einem unvorstellbar mächtigen Supercomputer ausgeführte Simulation? Diese Frage wurde nicht nur in Hollywood gestellt, auch seriöse Physiker haben sich ihr nun angenommen. Hintergrund der Überlegungen: Schon jetzt kann das Universum, wenn auch nur ein winziger Teil davon, so exakt simuliert werden, dass praktisch kein Unterschied zur Realität erkennbar ist.

Eine der wichtigsten Theorien der modernen Physik ist jene der Quantenchromodynamik, wird im

"Physics arXiv"-Blog

, der auf der Website der "technology review" des MIT erscheint, beschrieben. Die Theorie dreht sich um die Wechselwirkung von Quarks und Gluonen, den fundamentalen Bausteinen von Atomkernen – und damit den grundlegenden Mechanismen des Universums.

Quantenchromodynamik wird schon jetzt mithilfe von Supercomputern simuliert, allerdings ist das aufgrund des hohen Grads an Komplexität nur in sehr kleinem Maßstab möglich. Nur winzige Ecken des Kosmos von wenigen Femtometern Durchmesser - ein Femtometer entspricht 10 hoch minus 15 Metern bzw. 0.,00000000001 Millimetern - können bisher errechnet werden.

Simulation praktisch nicht von Realität zu unterscheiden
Trotz der für Laien unbedeutend scheinenden Größe, haben die Berechnungen einen wichtigen Punkt offenbart: Eine Simulation der Quantenchromodynamik ist von der Realität praktisch nicht zu unterscheiden. Daraus folgt: Rein theoretisch könnte das gesamte Universum nicht real, sondern eine Simulation auf einem – unvorstellbar starken – Supercomputer sein. Doch wie könnte man feststellen, ob wir in der Matrix leben?

Physiker: So könnte man Simulation entlarven
Dieser Frage haben sich die Physiker Silas R. Beane, Zohreh Davoudi und Martin J. Savage von den Universitäten Bonn und Washington gewidmet. In "Constraints on the Universe as a Numerical Simulation" (PDF) zeigen sie Wege auf, wie man dem simulierten Universum auf die Schliche kommen könnte.

Dreidimensionales Gitter als Schwachpunkt
Herzstück ihrer Ausführungen: Jede Simulation hat ihre Grenzen. Schließlich müssten die Gesetze der Physik, die kontinuierlich ablaufen, auf ein dreidimensionales Gitter, das stufenweise in der Zeit voranschreitet, übertragen werden. Dabei entstünden Unregelmäßigkeiten, so die Physiker, die beobachtbar sein müssten.

Hochenergie-Partikel könnten Simulation verraten
Sie weisen besonders auf Hochenergie-Prozesse hin, bei denen kleinere Weltraum-Regionen untersucht werden, die mehr Energie ansammeln. Da in einer Simulation nichts existieren könne, das kleiner als die Gitterstruktur sei, müsse die Energie der Partikel beschränkt sein, so die Forscher. Ebendieses Limit im Spektrum von Hochenergie-Partikeln könne eine Simulation nicht real entlarven.

Bekanntes Phänomen
Und tatsächlich ist es ein solches Limit in der Physik bekannt, das Greisen-Zatsepin-Kuzmin-Cutoff, kurz GZK-Cutoff. Es bezeichnet die Obergrenze (engl. Cutoff) für die Energie kosmischer Strahlung sehr weit entfernter Quellen. Das gut erforschte Phänomen ist darauf zurückzuführen, dass Hochenergie-Partikel mit der kosmischen Hintergrundstrahlung interagieren und so Energie verlieren, wenn sie lange Distanzen zurücklegen.

Einseitige Verteilung von Partikelkomponenten als Beweis
Das GZK-Cutoff allein ist noch kein Beweis für die Simulation unseres Universums, doch sie könnte durch bestimmte Eigenschaften der Hochenergie-Partikel bewiesen werden. Die Physiker nehmen an, dass die Gitterstruktur, die für eine Simulation nötig wäre, dem GZK-Cutoff einige zusätzliche Eigenschaften verleihen würde. Die Komponenten mit der höchsten Energie würden sich entlang der Achsen des Gitters bewegen und nicht, wie sonst im Universum üblich, gleichmäßig in alle Richtungen verteilen.

Keine endgültige Antwort möglich
Diese Verteilung aufzuspüren sei schon mit heutigen Methoden möglich, sind die Physiker überzeugt. Allerdings würde das keinen eindeutigen Beweis für oder gegen die Matrix-Theorie liefern. Schließlich könnte das vom Supercomputer verwendete Gitter gänzlich anders aufgebaut sein als von den Physikern vermutet. Zudem könnte ein Limit im Spektrum von Hochenergie-Partikeln nur dann gemessen werden, wenn es nicht kleiner als das GZK-Cutoff ist. Um zweifelsfrei festzustellen, ob wir alle nur Teil eines gewaltigen Computerprogramms sind, wird also noch viel mehr Forschung nötig sein.