Erst kam der Urknall, dann entstand zufällig Leben – oder es war alles vollkommen anders. Statt Materie und Energie könnten Informationen das Wichtigste im Universum sein, und vielleicht leben wir in einer Simulation. Artikel von Miroslav Stimac veröffentlicht am 12. September 2019, 12:00 Uhr
Das Standardmodell der Kosmologie beschreibt ein Universum, das aus dem Nichts mit dem Urknall entstand und seitdem expandiert. Die Biologie geht davon aus, dass in diesem Universum Leben aus nicht lebendiger Materie zufällig hervorging und sich gemäß der Evolutionstheorie von Charles Darwin weiterentwickelt. Und jede Religion hat ihre eigene Erklärung. Doch es gibt noch alternative philosophische Modelle, von denen zwei besonders für Informatiker interessant sind.
Sie basieren auf der Annahme, dass nicht nur Materie und Energie, sondern auch Informationen zu den Grundbestandteilen des Universums zählen. Demnach war die Entstehung von intelligentem Leben kein Zufall, sondern wird vom Universum selbst oder einer Intelligenz außerhalb des Universums begünstigt. Eines der Modelle könnte sogar zu der Schlussfolgerung führen, dass Informatiker vom Universum gewollt sind.
Das Standardmodell der Kosmologie
Beide Modelle sind aus der Auseinandersetzung mit einigen Aspekten des Standardmodells der Kosmologie entstanden, das ich deshalb zuerst kurz erläutern möchte. Zeit und Raum sind danach zugleich mit dem Urknall entstanden. Seither dehnt sich das Universum aus.
Normalerweise würde man wegen der Gravitationskraft erwarten, dass der Raum immer langsamer expandiert und es sogar zu einer Umkehr kommen kann: das Zusammenfallen aller Masse zu einem Zentrum, was man als Big Crunch bezeichnet. Alle Materie müsste demnach im Laufe der Zeit in schwarze Löcher fallen, die wiederum durch die Gravitationskräfte miteinander zu einem einzigen riesigen schwarzen Loch verschmelzen und die Gesamtmasse des Universums an einem Punkt verdichten. Denkbar ist, dass danach wieder ein neuer Urknall stattfindet und ein neues Universum geboren wird.
Beobachtungen deuten jedoch auf das Gegenteil hin: Der Raum selbst expandiert immer schneller, was durch die Rotlichtverschiebung von entfernten Galaxien beobachtet werden kann. Um diese Beobachtungen mathematisch zu erklären, wurde die dunkle Energie erfunden. Sie muss laut Berechnungen etwa 68 Prozent der Gesamtmasse des Universums ausmachen. Was genau dunkle Energie ist, ist jedoch unbekannt – direkt gemessen wurde sie noch nicht.
Neben der dunklen Energie gibt es die sogenannte dunkle Materie. Sie wurde ebenfalls mathematisch aus der Beobachtung abgeleitet, dass es bei Weitem zu wenig sichtbare Materie (Sterne, Sternennebel und so weiter) gibt. Denn diese erzeugt nicht genug Gravitationskraft, damit die äußeren Bereiche der Galaxien die Formen haben, die wir beobachten. Daher geht man von der Existenz der dunklen Materie aus, die so genannt wird, weil man sie schwierig oder gar nicht beobachten beziehungsweise messen kann.
Berechnungen zufolge besteht das Universum zu etwa 95 Prozent aus dunkler Materie und dunkler Energie. Alles, was wir sehen – die Galaxien, Sterne und auch die messbare Energie in Form von elektromagnetischen Wellen wie dem Licht – sind also nur etwa fünf Prozent des Universums.
Wieso der Urknall stattfand und warum es mehr Materie als Antimaterie gibt, kann mit dem Standardmodell der Kosmologie noch nicht erklärt werden. Die gewöhnliche Materie in unserem Universum besteht aus Atomen, deren Kerne elektrisch positiv geladen sind und um die sich negativ geladene Elektronen in bestimmten orbitalen Bahnen bewegen. Daneben gibt es auch freifliegende Elektronen und ionisierte Atome, die nur aus dem positiv geladenen Kern bestehen. Antimaterie ist im Universum sehr selten und besteht aus elektrisch negativ geladenen Kernen und positiv geladenen Elektronen, die man Positronen nennt. Antimaterie ist somit umgekehrt elektrisch geladen wie Materie.
Wenn man sie zusammenbringt, verwandeln sich beide in pure Energie, was Einstein mit der berühmten Formel E = mc² beschrieben hat. Ein Gedankenspiel: Würde man ein Gramm Antimaterie mit einem Gramm Materie kombinieren, würden etwa 1,8 x 10 hoch 14 Joule Energie freigesetzt werden. Das entspricht in etwa dem chemischen Brennwert von vier Millionen Kilogramm Erdöl. Deshalb wird in vielen Science-Fiction-Filmen Antimaterie als Energieträger für Raumschiffe verwendet.
Statistisch ist zu erwarten, dass nach dem Urknall gleich viel Materie und Antimaterie entstanden wären und diese sich gegenseitig aufgehoben, das heißt in pure Energie umgewandelt hätten.
Leben – einfach nur Glück?
Zum Glück für uns gab es aber anscheinend mehr Materie als Antimaterie, so dass wir in einem Universum leben, das Materie enthält – und dies ist wiederum eine Voraussetzung für die Bildung von Sternen, Planeten, Molekülen und somit Leben. Auch ein Glück ist, dass das Universum weder zu heiß noch zu kalt ist. Noch viele andere Faktoren sind so kalibriert, dass sie unsere Existenz ermöglichen, etwa die Gravitationskraft.
Es stellt sich die Frage, ob das Universum zufällig entstanden und zufällig so parametrisiert ist, dass sich intelligente Lebensformen entwickeln konnten, die über das Universum nachdenken können. Manche Wissenschaftler vermuten, dass es viele Universen gibt und die meisten dieser Universen kein Leben ermöglichen. Wir hätten demnach einfach das Glück, in einem lebensfreundlichen Universum zu existieren.
Der Philosoph und Astrophysiker Nick Bostrom ist mit dieser Erklärung nicht zufrieden. Er ist primär Philosoph, doch er studierte auch Astrophysik und hat einen Master im Themenbereich Computational Neuroscience am King’s College (University of London). Er hat eine Alternativhypothese entwickelt.
part2:
Simulationshypothese: Wir leben in einer virtuellen Welt
Die Materialisten – im philosophischen Sinne gemeint – gehen davon aus, dass unsere Existenz rein zufällig entstanden ist. Nick Bostrom hingegen ist der Ansicht, dass sie absichtlich geschaffen wurde – zu wissenschaftlichen Zwecken oder zur Unterhaltung. Seiner Hypothese zufolge leben wir in einer Simulation. Und sehr wahrscheinlich werden wir laut Bostrom selbst in der Zukunft Simulationen von Zivilisationen erschaffen.
Bostrom ist Professor an der philosophischen Fakultät der Universität Oxford. Schon im Jahr 2003 erregte er mit seiner Simulationshypothese Aufsehen. Zu den Anhängern dieser oder verwandter Simulationshypothesen zählen unter anderem Elon Musk, Mitbegründer von Tesla und Gründer von SpaceX, und Tom Campbell, Physiker, Bewusstseinsforscher und ehemaliger Mitarbeiter bei der Nasa. Ein aufgezeichnetes Gespräch mit Elon Musk über die Simulationshypothese gibt es hier. Tom Campbell erklärt in diesem Video, wieso er die Hypothese plausibel findet.
Mit Simulation ist gemeint, dass alles simuliert ist, also das Leben, unser Bewusstsein und alle Wahrnehmungen von der angeblich physischen Welt, die demnach nicht wirklich physisch existiert, sondern eben simuliert wird. Das leitet Bostrom als wahrscheinlichste Annahme her, indem er drei Szenarien durchspielt, von denen seiner Ansicht nach mindestens eines eintreten muss.
Simulation ist unmöglich oder wir werden davor vernichtet – unwahrscheinlich
Das erste Szenario spielt die Annahme durch, dass die Simulation des menschlichen Bewusstseins technologisch unmöglich sei oder die Menschheit vernichtet würde, bevor sie in der Lage wäre, eine solche Simulation zu erschaffen. Betrachtet man die rasanten Fortschritte der Computertechnologie und insbesondere von Videospielen sowie die Zeit, die uns bleibt, um sie weiterzuentwickeln, sieht es danach aus, dass dieses Szenario unwahrscheinlich ist.
Die ersten Videospiele wie Pong (1972 von Atari veröffentlicht) oder Space Invaders (erschienen 1978, programmiert von Tomohiro Nishikado und vertrieben von Taito) waren sehr simpel, weil wegen geringer Rechenleistung und Speicherkapazitäten komplexe Spiele nicht möglich waren.
Pong bestand aus nur drei Objekten, zwei Balken und einem Ball. Die Simulation des Bewegungsverhaltens des Balls erforderte nur wenige Inputvariablen wie den Einfallswinkel des Balls auf den Balken und die vertikale Bewegungsrichtung des Balkens. Im Vergleich dazu stellen moderne Spiele wie Elite Dangerous (erschienen 2014), das – für ein Spiel – relativ gelungen den Aufbau der Milchstraße simuliert und dessen Simulation etwa 400 Milliarden Sterne, Planeten und Monde umfasst, gigantische Fortschritte dar. Zwischen Pong und Elite Dangerous liegen nur 42 Jahre – sehr wenig im Vergleich zum geschätzten Alter des Universums von etwa 14 Milliarden Jahren.
Uns bleiben noch viele Millionen Jahre Zeit
Unsere Sonne wird in etwa 5 Milliarden Jahren zum roten Riesen werden und die Erde verkohlen. Schon davor wird es zwar auf der Erde wegen der höher werdenden Leuchtleistung der Sonne ungemütlich werden, aber vermutlich haben wir noch etwa eine Milliarde Jahre Zeit, bis wir auf einen anderen Planeten umsiedeln sollten.
Das Mooresche Gesetz besagt, dass sich die Anzahl der Transistoren auf einem Chip bestimmter Größe alle 12 bis 24 Monate verdoppelt, was ungefähr auch zu einer Verdopplung der Rechenleistung führt. Doch auch wenn die Verdopplung etwas langsamer stattfindet, spielt das keine Rolle, angesichts von vielen Millionen Jahren Zeit. Es ist somit nur eine Frage der Zeit, wann die Rechenleistung von Computern ausreichen wird, um Simulationen des menschlichen Bewusstseins zu erschaffen.
Man schätzt, dass die Informationsverarbeitungsleistung des menschlichen Gehirns einer Rechenleistung von etwa 10 hoch 16 Rechenoperationen pro Sekunde entspricht, vielleicht auch 10 hoch 17 Rechenoperationen. Gemäß dem Mooreschen Gesetz wird diese Rechenleistung relativ bald mit Computern realisierbar sein, und wenige Jahrzehnte später wird die Rechenleistung ausreichen, um Milliarden Menschengehirne zu simulieren, also die gesamte Menschheit.
Ein Bewusstsein braucht keinen Körper
Die Annahme, dass die Menschheit simuliert werden könnte, beruht auf der Hypothese der Substratunabhängigkeit. Sie besagt, dass ein Bewusstsein kein bestimmtes Trägermedium benötigt, sondern austauschbar ist. Das heißt, es spielt keine Rolle, ob die Gedanken durch Aktivitäten in neuronalen Netzen eines biochemisch arbeitenden Gehirns oder in Computern entstehen. Dies beschreibe ich später noch ausführlicher.
Auch Objekte wie zum Beispiel einen Stein kann man beliebig genau simulieren. Zwar besteht ein Stein aus einer großen Anzahl von Atomen, und auch mit zukünftigen Supercomputern wäre es unmöglich, alle Atome der Erde in Echtzeit zu simulieren – aber das ist gar nicht nötig. Es genügt, die Atome erst dann zu simulieren, wenn jemand ein Objekt wie den Stein mit Instrumenten genauer betrachtet.
Wenn man den Stein gut genug simuliert, so ist er aus Sicht eines Beobachters nicht von einem echten Stein unterscheidbar. Zwar besteht ein echter Stein aus physischer Materie und ein simulierter Stein aus Informationen, aber ist für den Beobachter unerheblich, weil seine Beobachtung eine Informationsverarbeitung ist. Seine Sinne nehmen Daten auf und sein Gehirn, egal ob physisch oder simuliert, verarbeitet diese zu Informationen und Wissen.
Ansonsten genügt es, die aktuell optisch wahrnehmbaren Eigenschaften des Steins zu simulieren, wofür es wenig Rechenleistung braucht. In Videospielen wird dies bereits gemacht, beispielsweise mit der Technik Occlusion Culling: Man muss nur die Objekte präzise berechnen und rendern, die im Sichtfeld des Spielers sind.
Die Schlussfolgerung ist demnach, dass früher oder später die Simulation von Bewusstsein und somit von Zivilisationen möglich sein wird. Simuliert man Bewusstsein und dessen Wahrnehmungen von der Welt, kann man ganze Welten erschaffen. Wir könnten ganze Planeten und Galaxien in der Wahrnehmung des Bewusstseins simulieren, ohne diese kosmischen Objekte physisch erschaffen zu müssen.
Aber was, wenn die Menschheit vorher vernichtet wird?
part3:
… es sei denn, wir werden vorher vernichtet
Niemand kann sagen, wie wahrscheinlich es ist, dass wir vernichtet werden, bevor wir eine Welt simulieren können. Sehr wahrscheinlich aber liegt es in unserer eigenen Hand. Denn wir leben auf einem relativ stabilen, sicheren Planeten (sei er nun physisch oder in der Simulation so modelliert), dessen Sonne noch etwa eine Milliarde Jahre einen akzeptablen Energie-Output liefern wird.
Größere gefährliche Ereignisse wie Explosionen von naheliegenden Supernovae oder riesige Asteroideneinschläge innerhalb der nächsten Millionen Jahre sind unwahrscheinlich. Somit bleibt als wahrscheinlichste Möglichkeit der Vernichtung der Menschheit der Einsatz gefährlicher Technologien, insbesondere für militärische Zwecke.
Und wenn wir nicht simulieren wollen?
Im zweiten Szenario fragt Bostrom sich: Wie wahrscheinlich ist es, dass die Menschheit sich gegen die Erschaffung einer Simulation entscheiden würde – auch wenn sie möglich ist? Denkbar ist, dass es als uninteressant oder ethisch nicht akzeptabel eingestuft und durch Gesetze und hohe Strafen verhindert würde. Dies findet Bostrom zwar vorstellbar, aber basierend auf bisherigen Erfahrungen unwahrscheinlich.
Ahnensimulation, also die Simulation der geschichtlichen Entwicklung menschlicher Zivilisationen über kurze oder lange Zeiträume hinweg, ist sowohl für Geschichtswissenschaftler als auch für Unterhaltungszwecke interessant. Viele unserer modernen Videospiele basieren auf Settings und Simulationen vergangener geschichtlicher Epochen, sei es nun bei Strategiespielen wie der Total-War-Reihe oder in Abenteuer- beziehungsweise Rollenspielen mit geschichtlichen Settings wie Assassin’s Creed.
Auch die Simulation von sozialen Interaktionen kleiner Gemeinschaften und Freundeskreise ist beliebt, wie man an der Sims-Spielereihe sehen kann. Die Geschichte zeigt zudem, dass man den Einsatz von Technologie auf lange Sicht kaum verbieten kann.