Die Suche nach dem Quellcode des Universums

Pasterski ist eine Hochenergie-Theoretikerin am Perimeter Institute for Theoretical Physics und gehört zu einer Handvoll Menschen auf dem Planeten, die in der Lage sind, sich durch das mathematische Minenfeld zu navigieren, das als Quantengravitation bekannt ist. Ihr Ziel ist das, was sie den „Quellcode des Universums“ nennt. Es ist die ultimative Suche nach einer Master-Datei: ein einziges, konsistentes Regelwerk, das erklärt, warum Sterne in ihren Galaxien bleiben, während sich subatomare Teilchen wie koffeinhaltige Geister verhalten. Derzeit sind unsere besten Beschreibungen der Realität in zwei verschiedenen, inkompatiblen Sprachen verfasst, und Physiker beginnen zu vermuten, dass der einzige Weg, sie in Einklang zu bringen, darin besteht, zuzugeben, dass die dreidimensionale Welt, in der wir leben, in Wirklichkeit eine ausgeklügelte Projektion ist.

Dies ist keine Verschwörungstheorie darüber, dass wir in einer Computersimulation leben, auch wenn sich die Terminologie oft überschneidet. Stattdessen handelt es sich um einen rigorosen mathematischen Versuch, ein Paradoxon zu lösen, das die klügsten Köpfe der Wissenschaft seit einem Jahrhundert in Verlegenheit bringt. Die allgemeine Relativitätstheorie, Einsteins Meisterwerk, erklärt die Schwerkraft und die großen Dinge – Planeten, Schwarze Löcher und die Ausdehnung des Kosmos. Die Quantenmechanik erklärt die winzigen Dinge – Elektronen, Photonen und die Merkwürdigkeiten der subatomaren Welt. Das Problem ist, dass die Mathematik versagt, wenn man versucht, beides gleichzeitig anzuwenden. Es ist, als würde man versuchen, ein PlayStation-5-Spiel auf einem Taschenrechner aus den 1980er Jahren zu spielen. Das Betriebssystem des Universums stürzt an den Rändern ab, und Theoretiker suchen nach dem Patch.

Der Fehler in der Gravitationsmaschine

Die Physik ist derzeit von Widersprüchen durchsetzt, die darauf hindeuten, dass unser Verständnis von Raum und Zeit lediglich eine grobe Annäherung an etwas Tieferes ist. Einer der berühmtesten „Bugs“ im System ist das Informationsparadoxon Schwarzer Löcher. Nach der allgemeinen Relativitätstheorie ist alles, was in ein Schwarzes Loch fällt, für immer verschwunden, zerquetscht in einer Singularität. Doch laut Quantenmechanik kann Information niemals wirklich zerstört werden. Wenn man ein Buch in ein Schwarzes Loch wirft, sollte die Information, die in der Anordnung seiner Atome enthalten ist, theoretisch erhalten bleiben. Wenn ein Schwarzes Loch schließlich durch Hawking-Strahlung verdampft, scheint diese Information zu verschwinden. Dies ist ein katastrophaler Fehler in der Logik des Universums.

Pasterski und ihre Kollegen arbeiten an einem Rahmenwerk namens himmlische Holographie (Celestial Holography), um dies zu beheben. Die Idee basiert auf dem „holografischen Prinzip“, das besagt, dass alle Informationen, die in einem Raumvolumen enthalten sind, durch die Daten am Rand dieses Raumes beschrieben werden können. Stellen Sie sich eine Suppendose vor. Alle Informationen über die Suppe – ihre Temperatur, die Anzahl der Karotten, der Salzgehalt – könnten theoretisch auf das zweidimensionale Etikett geschrieben werden, das um die Außenseite gewickelt ist. In dieser Sichtweise ist unsere 3D-Realität nur das „Volumen“ (Bulk), während der eigentliche „Code“ auf einer 2D-Oberfläche ganz am Rand des Universums geschrieben steht.

Warum das Holometer die Pixel des Raums nicht finden konnte

Wenn das Universum eine Projektion ist, dann sollte der Raum selbst eine Auflösung haben. So wie ein digitales Foto zu einem Raster aus Pixeln wird, wenn man weit genug hineinzoomt, glauben viele Theoretiker, dass die Raumzeit nicht glatt, sondern „körnig“ ist. Auf der Planck-Skala – der kleinstmöglichen Entfernung, etwa 10 hoch minus 35 Meter – sollte das Gewebe der Realität körnig werden. Im Jahr 2015 versuchten Forscher am Fermilab, diese Körnigkeit mit einem Gerät namens Holometer zu finden. Es war ein Paar massiver Laserinterferometer, die entwickelt wurden, um „holografisches Rauschen“ zu detektieren, ein leichtes Zittern im Universum, das beweisen würde, dass wir in einer Projektion mit niedriger Auflösung leben.

Das Experiment schlug fehl. Die Laser blieben stabil, und bei den getesteten Empfindlichkeitsstufen wurde kein holografisches Rauschen festgestellt. Für viele war dies ein Rückschlag für die Idee, dass wir in einem buchstäblichen Hologramm leben. Doch für Theoretiker wie Pasterski war das Ergebnis keine Sackgasse – es war eine Verfeinerung. Es legte nahe, dass der „Quellcode“ nicht so einfach ist wie ein verpixelter Bildschirm. Die Verbindung zwischen der 2D-Grenze und dem 3D-Volumen ist subtiler. Der Mangel an Beweisen für ein zittriges Universum widerlegte nicht das holografische Prinzip; es bewies nur, dass das Universum nicht in der spezifischen Weise „glitcht“, wie Craig Hogan und sein Team am Fermilab erwartet hatten.

Das ist die iterative Natur der Jagd. Man baut eine Maschine, um einen bestimmten Fehler zu finden, findet ihn nicht und kehrt zum Whiteboard zurück, um herauszufinden, warum der Code besser versteckt ist, als man dachte. Die Spannung bleibt bestehen, weil die Mathematik nach wie vor eine Vereinheitlichung verlangt. Wir wissen zum Beispiel, dass dunkle Materie existiert, weil wir sehen können, wie ihre Schwerkraft an Galaxien zieht, aber wir haben niemals den „Code“ für das Teilchen selbst gesehen. Wir betrachten die Auswirkungen eines Softwareprogramms, ohne die Textzeilen sehen zu können, die es zum Laufen bringen.

Das Universum bis auf seine Grundlagen entkleiden

Wenn Pasterski ihre Arbeit beschreibt, bezeichnet sie sie oft als „existentielles Rätsel“. Es hat eine gewisse Ironie, dass man sein Leben damit verbringen muss, auf ein Stück Papier zu starren, das mit griechischen Symbolen und Linienintegralen bedeckt ist, um die Weite des Kosmos zu verstehen. Aber dies ist der einzige Weg, Umgebungen zu erforschen, die kein Mensch und keine Sonde jemals besuchen wird. Wir können nicht an den Rand des Universums reisen und wir können eine Reise in ein Schwarzes Loch nicht überleben, aber wir können mathematische Modelle bauen, die diese Extreme mit erschreckender Genauigkeit darstellen.

Dieser Ansatz erfordert ein Maß an Konzentration, das an Meditation grenzt. Pasterski spricht davon, in eine Denkweise zu gelangen, in der die Gleichungen eines vereinfachten, vierdimensionalen Universums – drei Raumdimensionen, eine Zeitdimension – stundenlang fließen, bis die Zeit selbst zu verschwinden scheint. Es ist ein Prozess, bei dem die „Benutzeroberfläche“ der Realität – die Bäume, die Menschen, das Licht – abgestreift wird, um die rohen Variablen darunter zu finden. Wenn wir den Quellcode finden können, verstehen wir nicht nur, wie das Universum begann; wir könnten verstehen, woraus es auf seiner grundlegendsten Ebene tatsächlich besteht.

Es stellt sich auch die Frage, was passiert, wenn wir tatsächlich Erfolg haben. Im Laufe der Geschichte haben wir jedes Mal, wenn wir eine neue Schicht des Codes aufgedeckt haben, eine neue Welt erschaffen. Das Verständnis der Thermodynamik brachte uns die Dampfmaschine. Das Verständnis des Elektrons brachte uns den Computer. Wenn wir den Code der Schwerkraft und der Quantenmechanik verstehen, könnten die technischen Anwendungen alles übertreffen, was wir aus der Science-Fiction kennen. Wir sprechen nicht nur von besseren Raketen; wir sprechen von der Fähigkeit, das Gewebe der Raumzeit selbst zu manipulieren.

Die Last des Erbes

Die Suche nach einer „Weltformel“ hat die Angewohnheit, das Leben der brillantesten Köpfe der Welt aufzuzehren. Einstein verbrachte die letzten drei Jahrzehnte seines Lebens damit, eine vereinheitlichte Feldtheorie zu finden, und scheiterte. Stephen Hawking, den Pasterski einmal berühmt traf und bei einer Harvard-Veranstaltung in eine Polonaise begleitete, verbrachte seine Karriere damit, demselben Geist nachzujagen. Es liegt eine Schwere auf diesem Erbe, die erdrückend sein kann, aber Pasterski scheint sie mit derselben pragmatischen Neugier zu betrachten, die sie bei ihrer Cessna anwandte. Es ist einfach ein weiteres schwieriges Problem, das gelöst werden muss.

Die Gemeinschaft ist trotz ihrer geringen Größe eng miteinander vernetzt. Da die Mathematik so komplex ist, geschieht Fortschritt in kleinen Schritten. Ein Forscher findet einen Weg, eine bestimmte Art von Teilchenwechselwirkung auf einer 2D-Ebene zu beschreiben; ein anderer findet heraus, wie man dies auf ein 3D-Gravitationsfeld abbildet. Langsam beginnt sich das Bild zu klären. Sie sind wie Entwickler, die an einem riesigen Open-Source-Projekt arbeiten, das seit Milliarden von Jahren läuft und versuchen, die Absicht des ursprünglichen Programmierers im Reverse-Engineering zu entschlüsseln.