"Es" verändert unser Verständnis der Zeit KOMPLETT!

muss warten bis ich die Kamera auf mich eingestimmt hat ich glaube sie ist fertig [Musik] aber wie lange habt ihr jetzt gewartet 10 20 Sekunden die Zeitwahrnehmung ist schon ein interessantes Konzept im Raum sich Ausdehnen und Zusammenziehen kann so kann das auch unsere Wahrnehmung im Gehirn von Aristoteles Überlegung von der Natur der Zeit bis hin zu Einsteins Relativitätstheorie fragt sich die Menschheit schon lange wie wir die Zeit wahrnehmen die relativitätsthorie besagt dass sich die Zeit Ausdehnen und Zusammenziehen kann ein Effekt der als Zeitdilatation bekannt ist so wie der Kosmos die Zeit verzert können unsere neuralen Schaltkreise unsere subjektive Zeiterfahrung dehnen und stauchen und sagte mal zum Spaß wenn du deine Hand auf ein Herd legst kommt dir eine Minute wie eine Stunde vor aber wenn man dich neben einen hübsches Mädchen sitzt dann kommt ihr eine Stunde wie eine Minute vor und Forscher haben einen Weg gefunden die Zeitwahrnehmung des Gehirns durch die Steuerung der neuralen Aktivitäten von Ratten zu manipulieren und die Forschungsergebnisse könnten bei der Behandlung von partensen und huntingen Anwendung finden in einer neuen Arbeit des research learning Labs die in der Fachzeitschrift Nature neuroscience veröffentlicht wurde verlangsamten und beschleunigten Wissenschaftler künstlich die Muster der neuralen Aktivitäten bei Ratten wodurch sich ihre Beurteilung der Zeitdauer verzerrte und der bisher überzeugendste kausale Beweis dafür erbracht wurde wie das Innere Uhrwerk des Gehirns das Verhalten steuert im Gegensatz zu den bekannten Uhren die unsere biologischen 24 Stunden Rhythmen steuern und unser tägliches Leben vom schlafwachrhythmus bis zum Stoffwechseln bestimmen ist viel weniger darüber bekannt wie der Körper die Zeit auf der Skala von Sekunden bis Minuten misst und die Studie konzentriert sich genau auf diese Zeitskala von Sekunden bis Minuten wo sich ein Großteil unseres Verhaltens abspielt Seiß beim Warten an einer Ampel oder beim Aufschlagen eines Tennisballs schauen wir uns die Forschung mal genauer an [Musik] [Applaus] [Musik] im Gegensatz zum exakten Ticken einer Uhr verfügt unser Gehirn über ein dezentralisiertes und flexibles Zeitempfinden das vermutlich durch die Dynamik der über das Gehirn verteilten neuralen Netze bestimmt wird nach dieser populationsurhypothese behält unser gehören die Zeit bei indem es sich auf bestimmte Aktivitätsmuster konzentriert Joe Patton der Hauptautor der Studie vergleicht dies mit dem fallen lassen eines Steins in einen Teich jedes Mal wenn ein Stein fallen gelassen wird erzeugt der Wellen die sich auf der Oberfläche in einem wiederholbaren Muster ausbeiten wenn man die Muster und Position dieser Wellen untersucht kann man ableiten wann und wo der Stein ins Wasser gefallen ist Sowi die Geschwindigkeit mit der sich die Wellen bewegen variieren kann so kann sich auch das Tempo mit dem sich diese Aktivitätsmuster in neuralen Populationen entwickeln verändern das Labor der Forscher war eines der ersten die eine enge Korrelation zwischen den Geschwindigkeiten mit der sich diese neuralen Wellen ausbreiten und zeitabhängigen Entscheidungen nachweisen konnte was genau ist da also passiert die Ratten in der Studie wurden darauf trainiert unterschiedliche Zeitintervalle zu unterscheiden das könnte z.B so aussehen dass die Ratten lernen dass sie nach einer bestimmten Zeitdauer einen Hebel drücken oder in eine bestimmte Richtung laufen sollen um eine Belohnung zu erhalten oder sie könnten lernen dass sie warten müssen bis ein bestimmtes Signal erlischt bevor Sie eine Aktion ausführen nachdem die Ratten dieses Verhalten gelernt hatten konnten die Forscher beobachten wie sich die neuralen Aktivitätsmuster im Gehirn der Ratten in Bezug auf die unterschiedlichen Zeitintervalle veränderten sie fanden heraus dass die Aktivität in der hernregion vorhersehbaren Mustern folgt die sich unterschiedlich schnell verändern wenn die Ratten einen bestimmten Zeitintervall als länger einschätzten entwickelten sich die neuralen Aktivitäten schneller und wenn sie es als kürzer einschätzten entwickelte sich die Aktivität langsamer die Aktivitätsmuster sind Wellen die sich ausbreiten ähnlich den Wellen die entstehen wenn du einen Stein in einen Teich wirfst indem sie diese Muster beobachteten und analysierten konnten die Forscher Rückschlüsse auf das Zeitliche empfinden und Verhalten der Ratten Zehen in einem weiteren Schritt manipulierten die Forscher die Geschwindigkeit dieser neuralen Aktivitätsmuster während die Ratten die Zeitintervalle einschätzten das war wichtig um zu testen ob die Aktivität im Gehirn tatsächlich die Zeitempfindung beeinflustst oder nur damit korreliert Korrelation bedeutet nämlich nicht gleich Kausalität sie wollten herausfinden ob die Geschwindigkeitsänderung der Nervensignale nur gleichzeitig mit der Zeiteinschätzung der rattenauftret oder ob sie diese Zeiteinschätzung direkt steuern also ob die Geschwindigkeit der Wellen sich auf das Zeitempfinden auswirkt um das zu testen mussten sie einen Weg finden die Geschwindigkeit dieser Nervensignale künstlich zu verändern während die Ratten versuchten die Zeit einzuschätzen und um das zu testen griff das Team in das Werkzeugkasten der Neurowissenschaftler und benutzte die Temperatur in früheren Studien wurde die Temperatur verwendet um die zeitliche Dynamik von Verhaltensweisen wie dem Vogelgesang zu beeinflussen die Abkühlung einer bestimmten Hirnregion verlangsamt den Gesang während die Erwärmung ihn beschleunigt ohne seine Struktur zu verändern dies ist vergleichbar mit der Änderung des Tempos eines Musikstücks ohne die Noten selbst zu beeinflussen um diese Methode zu testen entwickelten die Forscher ein spezielles Gerät ein thermoelektrisches Gerät ein Gerät das gezielt ein Gehirn Abkühlen oder erwärmen kann bei diesen Experimenten waren die Ratten betäubt sass die Forscher die ogenetik einsetzten eine Technik bei der Licht zu Stimulierung bestimmter Zellen verwendet wird um aktivitätswellen im ansonst schlafenden striatum zu erzeugen sie haben darauf geachtet den Bereich nicht zu sehr abzukühlen D ist die Aktivität stilllegen würde und ihn nicht zu sehr zu erwärmen um große Schäden zu riskieren sie fanden heraus dass die Abkühlung des Aktivitätsmuster tatsächlich ausdehnte während die Erwärmung es Zusammenzug ohne das Muster selbst zu zerstören die Temperatur gab ihnen dann einen Regler mit dem sie die neurale Aktivität zeitlich Strecken und kontrahieren konnten sass sie diese Manipulation im Zusammenhang mit dem Verhalten anwendeten sie trainierten die Tiere speziell drauf hin um zu melden ob das Zeitintervall zwischen zwei Tönen länger oder kürzer als 1,5 Sekunden war wenn Sie das statum kühlten sagten sie eher dass ein bestimmtes Intervall kurz war wenn sie es erwärmten sagten sie eher dass es lang war die Erwärmung des statums beschleunigte also die Populationsdynamik im statum ähnlich wie die Beschleunigung der Bewegung der Zeiger einer Uhr was dazu führte dass die Ratten ein bestimmtes Zeitintervall als länger einschätzten als es tatsächlich war überraschenderweise obwohl das streatum die motorische Kontrolle koordiniert führt eine Verlangsamung oder Beschleunigung seiner Aktivitätsmuster nicht zu einer entsprechenden Verlangsamung oder Beschleunigung der Bewegung der Tiere dies brachte die Forscher dazu über die Natur der Verhaltenskontrolle im allgemeinen nachzudenken selbst die einfachsten Organismen stehen vor zwei grundlegenden Herausforderungen wenn es um die Steuerung von Bewegung geht erstens müssen Sie zwischen verschiedenen möglichen Aktionen wählen z.B ob sie sich vorwärts oder rückwärts bewegen wollen zweitens müssten Sie sobald Sie sich für eine Aktion entschieden haben in der Lage sein diese kontinuierlich anzupassen und zu kontrollieren sicherzustellen dass Sie effektiv ausgeführt wird diese grundlegenden Probleme gelten für alle Arten von Organismen von Wurm bis zum Menschen die Ergebnisse des Teams deuten deutlich darauf hin dass das striatum für die Lösung der ersten Herausforderung die Entscheidung was und wann zu tun ist von entscheidender Bedeutung ist während die zweite Herausforderung also wie diese fortlaufende Bewegung zu kontrollieren ist anderen Gehirnstrukturen überlassen bleibt in einer separaten Studie erforscht das Team nun das kleingehirn das mehr als die Hälfte der Neuronen des Gehirns beherbergt und mit kontinuierlichen augenblicklichen Ausführungen unser Handlungen verbunden ist die Ergebnisse des Teams bieten neue Einblicke in die kausale Beziehung zwischen neurale Aktivitäten und timingfunktion und könnte die Entwicklung neuer therapeutischer Ziele für schwächende Krankheiten wie Parkinson und huntingen vorantreiben die natürlich mit zeitbezogenen Symptomen und einem beeinträchtigten statum ein her gehen bevor wir anfangen müssen wir zwei wichtige Aspekte der Physik klären damit diese Folge überhaupt erst einen Sinn macht in der Thermodynamik gibt es den zweiten Hauptsatz ein Gesetz des Universums das die folgende Aussage trifft der zweite Hauptsatz der Thermodynamik bestimmt über die Zeitrichtung von Prozessen und das Prinzip der unumkehrlichkeit dieser Hauptsatz wenn wir es sehr simpel zusammenbrechen erklärt uns den zeitfil und dass die Zeit sich immer nach vorne bewegen muss wenn ich z.B ein Weinglas fallen lasse habe ich in der Thermodynamik keine Möglichkeit dazu diesen Prozess wieder umzukehren es sei den natürlich ich könnte die Zeit ein wenig umdrehen dann wäre es natürlich möglich aber das würde wiederum gegen die Entropie verstoßen also gegen den Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik und das verbietet das Universum denn genau deswegen haben wir erst einen sinnbildlichen Pfeil der Zeit der uns immer nach vorne bewegt und das gilt selbstverständlich für das ganze Universum oder wie immer nicht für die Quantenmechanik in ihr sind z.B grundlegende Gleichungen die wir alle kennen wie die schudingergleichung Zeit umkehrsymmetrisch das bedeutet dass wenn man die Richtung der Zeit umkehrt die Gleichung immer noch gültig sind und immer noch funktionieren das lässt vermuten dass es möglich wäre den Zustand eines quantensystems zu irgendeinem früheren Zeitpunkt wiederzufinden indem man die Zeit umkehrt aber genau hier entsteht ein Paradox denn wie euch bereits bekannt ist ist in der Thermodynamik das Konzept der Entropie sehr stark verankert im Grunde genommen ist sie ein Maß für die Unordnung und vor allem ist sie ein Maß für den Informationsverlust in einem System nach dem Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik sollte die Entropie in einem isolierten System immer zunehmen was bedeutet dass Information immer verloren geht die Realität scheint also so zu sein dass die Quantenmechanik und die Thermodynamik nicht gleichzeitig wahr sein können in einem neuen bahnbrechenden Experiment zeigen Forscher dass die beiden sehr grundlegenden Aspekte der Physik und unserer Realität zusammen wahr sein [Musik] könnten und jetzt stell mal folgendes vor du sitzt in einem Kino aus einer Position wo du alle die im Kino sitzen beobachten kannst das Kino hat vier Reihen und in jeder Reihe sitzen anfangs drei Personen jetzt passiert etwas seltsames während des Films dürfen die Leute die Reihen wechseln sie stehen auf gehen herum und setzen sich in eine andere Reihe aber eine Regel ist klar niemand darf das Kino verlassen oder hinzukommen und während der Film abläuft bemerkst du etwas äußerst interessantes wohl die Leute ständig die Reihe wechseln scheinen am Ende doch immer ungefähr gleich viele Leute in jeder Reihe zu sitzen und das wirklich verrückte daran ist wenn du dir gemerkt hättest wer wann und wohin genau gegangen ist könntest du am Ende des Films wenn das Licht wieder angeht genau sagen wo jeder ursprünglich gesessen hat also obwohl es so scheint als gebe es eine Menge Chaos und jede Menge Bewegung kann am Ende doch alles wieder zurückverfolgt werden und im Experiment passiert genau das gleiche nur mit Photonen die Forscher verwendeten einen sogenannten integrierten Quanten photonenprozessor der im Grunde genommen eine spezielle Art von Chip ist der mit Licht anstelle von Elektronen arbeitet der Chip ist so eingestellt dass er eine Vielzahl von Kanälen und Faden für die Photonen hat die Wissenschaftler beginnen dann mit dem Experiment indem sie eine genaue Zahl von Photonen in jedem fad platzieren dieser wiederum stellt den Anfangszustand dieses ganzen Systems da dann ließen sie das System laufen und die Photonen begannen sich zu bewen und die Kanäle zu wechseln gesteuert durch die Struktur des Chips und einige Gesetze der Quantenmechanik auf die wir später eingehen werden während des Experiments beobachteten die Forscher wie die Photonen ihre Position änderten und versuchten dabei die Muster in der scheinbaren Zufälligkeit der Bewegung der Photonen zu ermitteln was sie fanden war und obwohl die Bewegung der einzelnen Photonen zufällig erschien dass es möglich war den ursprünglichen Zustand der Photonen zu rekonstruieren indem die Zeit zurückdrehte was bedeutet das also für unser paradox wie führen sich hier die zwei sehr unterschiedlichen Aspekte der Physik so gut zusammen und hier müssen wir ein bisschen die Grundlagen verstehen in der Thermodynamik heißt es das Systeme im Laufe der Zeit da zuu neigen zu Zuständen mit höherer Entropie zu wandern Zuständen in denen Informationen so wie scheint verloren gehen dafür habe ich ein Beispiel für euch stellt euch nämlich einfach nur Milch und Kaffee da wir schütten die Milch den Kaffee rein sobald die Milch mit dem Kaffee vermischt ist gibt es praktisch keinen Weg mehr den ursprünglichen Zustand von getrennter Milch und dem Kaffee wiederherzustellen die Information darüber wie die Milch und der Kaffee ursprünglich getrennt waren scheint komplett verloren zu sein in der Quantenmechanik sind allerdings alle Prozesse im Prinzip zeitumkehrbar und das ist wichtig informationserhaltend das bedeutet dass in einem geschlossenen Quantensystem es immer möglich ist den ursprünglichen Zustand des Systems wiederherzustellen indem man die Zeit tatsächlich zurückdreht dies ist das ursprüngliche Problem warum die zwei Sachen nicht zusammengepasst haben doch beide Konzepte existieren in unserer Realität also haben sich die Forscher gefragt wie wie die nun zusammenbringen die Antwort die uns mit diesem Experiment geliefert wurde liegt tatsächlich in der Lokalität und in der Globalität des gesamten quantensystems die Thermodynamik beschreibt im globalen wie sich tatsächlich einzelne Elemente über die Zeit hinweg entwickeln sie sagt uns z.B dass der Kaffee und die Milch sich vermischen werden aber sie gibt uns keine Information darüber wie sich jedes einzelne Molekül Verhalten wird die Quantenmechanik hingegen beschreibt das Verhalten auf mikroskopischer oder lokaler Ebene wie sich die einzelnen Teile eines Systems Verhalten in einem Quantensystem kann es so aussehen als ob Informationen auf lokaler Ebene verloren gehen z.B wenn ein Photon seine Position ändert und wir dann plötzlich nicht mehr Wissen woer ursprünglich war aber wenn wir das gesamte System ist diese Information nicht wirklich verloren gegangen es ist immer noch möglich den ursprünglichen Zustand des Systems wiederherzustellen indem man alle Bewegungen des Photon umkehrt aber wie genau tun wir das wie kehren wir die tatsächliche Zeit um nun dafür benutzen wir einen kleinen Trick und dazu kommen wir gleich denn in diesem Sinne wenn wir diesen Trick anwenden scheinen sich die beiden Aspekte die Thermodynamik und Quantenzustände erer komplementär zu sein anstatt dass sie gegeneinander kämpfen denn sie schreiben verschiedene Aspekte aber von einem einzigen System das globale gegen das lokale Verhalten aber zusammen geben Sie uns ein vollständiges Bild davon wie sich Systeme im Laufe der Zeit verändern wie kehrt man also die Zeit um die Forscher hatten eine hochkontrollierte Umgebung in der sie Quantenzustände erzeugen und verändern können in diesem System erstellten sie zu Beginn einen bestimmten Zustand und ließen diesen dann unter dem Einfluss eines bestimmten Hamilton operators wickeln der Hamilton Operator ist eine mathematische Funktion die im Grunde genommen die Energieverteilung in einem System bestimmt nach einer bestimmten Zeit stellten sie fest dass der Zustand des Systems auf lokaler Ebene das heißt wenn man nur einen kleinen Teil des Systems betrachtet einem Zustand maximaler Entropie ähnelt nichts konnte irgendwie irgendwem irgendwo zugeordnet werden und dies ist genau das was man von der Thermodynamik ja erwarten würde die Information scheinen tatsächlich verloren Gang zu sein und das System befindet sich in einem Zustand der maximalen Unordnung aber das wirklich wirklich bemerkenswerte an diesem Experiment ist dass die Forscher dann in der Lage waren die Entwicklung des Systems komplett rückgängig zu machen sie konnten ihn in seinem ursprünglichen Zustand wieder zurückzuführen und hier kommen wir zu der Frage wie sie die Zeit umkehren konnten denn das haben sie nicht sie haben einen Trick angewendet sie taten dies indem sie die Energiezufuhr also den Hamilton Operator umkehrten s dass er die Energieverteilung im System in die entgegengesetzte Richtung verschob dies zeigt dass das System trotz des scheinbaren informationsverlusts auf lokaler Ebene immer noch auf globaler Ebene ein geschlossenes Quantensystem ist in diesem System bleiben Prozesse immer noch umkehrbar und vor allem bleibt die Information erhalten dieses Experiment demonstriert also auf eine sehr sehr beeindruckende Weise wie Thermodynamik und Quantenmechanik zusammen agieren können die Beobachtung und die Ergebnisse dieses Experiments könnten tatsächlich eine große Rolle im Verständnis der Realität und des Universums spielen in unserem alltäglichen Leben und auf makroskopischer Ebene werden wir von der klassischen Physik und der Thermodynamik regiert und die Zeit scheint in eine Richtung zu verlaufen und zwar immer nach vorne von der Vergangenheit in die Zukunft doch in diesem Experiment beobachtete Phänomene zeigen dass unsere Grenzen noch längst nicht ausgeschöpft sind und ein wichtiger Schritt in die Richtung der Koexistenz von der klassischen und der Quantenmechanik es war ein normaler Tag von Metropolis Superman war gerade dabei die Stadt von den neuesten Bedrohung zu retten allerdings konnte er diesmal nicht so erfolgreich sein als er mit dem einzigen Material konfrontiert wurde die seine Kräfte Schwächen konnte und zwar Kryptonit dieses fiktive grüne Material das im comicuniversum seinen Platz hat bringt uns persönlich zu der Frage gibt es in unserer Realität Elemente die noch drauf warten deckt zu werden Elemente die außerhalb unseres Periodensystems existieren wer nämlich denkt dass unser Periodensystem sein Ende erreicht hat nun dem kann ich sagen dass wir erst kürzlich vier neue Elemente dem Periodensystem hinzugefügt haben die vier neuesten Elemente sind 113 also nihonium mit der Aussprache der Namen da müsst ihr mal ein bisschen Geduld mit mir haben dann haben wir 115 und zwar moskovium 117 tennessina tenness und 118 organeson die haben wir im Jahr 2016 entdeckt und die haben uns bewiesen dass die Grenzen des Periodensystems noch lange nicht erreicht sind aber was ist mit dem noch unentdeckten Elementen wie entstehen sie und wie können sie dem Periodensystem hinzugefügt werden [Musik] Elemente entstehen durch eine Reihe von Prozessen die natürlich in Sternen stattfindet in einer Sequenz die als stellare Nukleosynthese bezeichnet wird in den Herzen der Sterne werden Wasserstoffatome unter extrem hohen Temperaturen und Drücken fusioniert um natürlich Helium zu erzeugen diese Fusion setzt enorme Mengen an Energie frei die natürlich das Strahlen des Sterns verursachen aber helium ist nicht das einzige Element was tatsächlich entsteht während des Lebens eines Sterns findet eine Reihe von fusionsreaktionen statt die Elemente mit immer höheren atomzahlen erzeugen was atomzahlen sind dazu kommen wir gleich jedes Atom besteht aus drei Hauptbestandteilen Protonen Neutronen und Elektronen Protonen und Neutronen befinden sich im Atomkern während die Elektronen in verschiedenen Energiezuständen um den Kern herum reisen die Atomzahl auch bekannt als die Protonenzahl ist die Zahl der Protonen in einem Atom und definiert wiederum das Element beispielsweise haben alle Atome mit einer Atomzahl von 1 ein Proton im Kern und werden dann als Wasserstoff identifiziert während alle Atome mit sechs Protonen als Kohlenstoff gllassifiziert werden Protonen sind positiv geladen und die Anzahl der Protonen bestimmt die elektrische Ladung des Kerns Elektronen sind negativ und in einem neutralen Atom gibt es genauso viele Elektronen wie Protonen neben den Protonen gibt es im Kern auch Neutronen die sind wiederum neutral also keine Ladung die Gesamtzahl von Protonen und Neutronen in einem Atom wird als Massenzahl bezeichnet aber wo ist denn der Unterschied zwischen einem Wasserstoffatom oder z.B einem eisenstoffatom Eisenatom ein Eisenatom und ja für viele mag die Antwort selbstverständlich erscheinen aber so einfach ist das Ganze nicht sowohl Wasserstoff als auch Eisen sind Element des Periodensystems die eine wichtige extrem wichtige Rolle in unserer Welt spielen und natürlich auch darüber hinaus sie unterscheiden sich jedoch in mehreren wesentlichen Aspekten wasserstoff ist das leichteste Element im Periodensystem mit einer Atomzahl von 1 was bedeutet dass es ein Proton in seinen Atomkern hat Eisen hingegen hat eine Atomzahl von 26 was bedeutet dass es 26 Protonen in seinem Kern hat doch was passiert wenn wir ein einziges Proton zu den 26 Protonen des Eisens hinzufügen wenn wir zusätzlich ein protton zu diesem Eisenkern hinzufügen ändern wir das Element in diesem Fall wird das Eisen mit 26 Protonen Kobalt mit 27 Protonen und voilà wir haben ein neues Element erschaffen okay es wäre tatsächlich ein neues Element hätten wir bei der 26 aufgehört Atome zu entdecken aber das Problem ist dass dieses pressen enorm viel Energie erfordert so das Pressen der Protonen Sterne mittlerer Größe wie unsere Sonne können Elemente bis zu Eisen ohne Probleme erzeugen weil die Energie irgendwie dafür da ist noch massivere Sterne können über den eisengipfel hinausgehen und können dann Elemente bis zu einer Größe von Nickel erzeugen die schwersten Elemente die Transurane also jene die schwer sind als Uran können jedoch nicht durch stellare Fusionsprozesse erzeugt werden das ist viel zu wenig Energie für Objekte die so schwer sind ihre Entstehung ist das Produkt von Supernova Explosion und neutronensternkollisionen Ereignisse mit einer unglaublichen Energie dennoch sind selbst diese energiereichen Ereignisse nicht in der Lage Elemente zu erzeugen die schwerer sind als die bisher entdeckten Transurane die Schaffung dieser schwersten Elemente bleibt der Welt der Menschen vorbehalten in spezialisierten Laboren durch menschliche Ingenieurskunst und durch wissenschaftliche Neugier und genau das werden wir jetzt tun ich zieh meine klugscheißerbrille ab ich habe keine Ahnung denn die Jagd nach neuen Elementen geht immer weiter auch wenn wir die Grenzen des bisher bekannten erreichen heißt es nicht dass es Schluss ist und ja die Produktion neuer Elemente wird immer schwieriger da die benötigte Energie und Präzision um diese schweren Kerne zu erzeugen und vor allem zu stabilisieren ständig zunimmt deshalb ist der Prozess diese super schweren Elemente zu entdecken und vor allem zu charaktertisieren ein enorm technischer und wissenschaftlicher Aufwand gleichzeitig eröffnen diese Herausforderung neue Forschungsfelder und treiben Innovation in der Technologie und in der experimentellen Methodik voran also das zuletzt entdeckte Element ist 118 was passiert wenn wir diesen Element also 118 ein Proton hinzufügen h entdecken wir dadurch automatisch ein neues Element ja würden wir aber aber die Hinzufügung eines Protons zu so einem schweren Element wie organeson und ich hoffe ich spreche den Namen richtig aus ist eine extreme schwierige Aufgabe nein es ist eine extrem schwierige Aufgabe gratuliere euch ihr könnt jetzt meine Versprecher auch mit einer Kamera bewund verdammt es ist eine extrem schwierige Aufgabe und erfordert auch hochentwickelte technologische und wissenschaftliche Fähigkeiten die wir momentan nicht wirklich besitzen aber wo findet das denn stad zumindest nicht bei mir im Garten noch nicht denn die Erstellung solcher super schweren Elemente findet natürlich in einem teilenbeschleuniger statt dort wird ein super leichtes Element welches als Projektil dient mit super hoher Geschwindigkeit auf ein schwereres Element also das Ziel geschossen wenn das Projektil und das Ziel verschmelzen kann ein schwereres Element entstehen doch selbst wenn die Fusion erfolgreich ist sind diese super schweren Elemente oft extrem instabil und sie zerfallen in Bruchteilen von Sekunden und wenn wir alle gemeinsam auf das Element 119 warten wissen wir mit Sicherheit dass es theoretisch existiert und dass wir es herstellen könnten wenn wir die Energie dazu hätten indem man also ein Proton zu einem organison organison organisen ich weiß nicht wie man es ausspricht hinzufügt würde das entstehende Element höchstwahrscheinlich sehr instabil sein und in Sekundenbruchteilen zerfallen daher ist die direkte Beobachtung solcher kurzlebigen Elemente außerordentlich schwierig in Mitten all dieser wissenschaftlichen Anstrengung bleibt die Aussicht auf eine der Insel der Stabilität Insel der Stabilit Insel der Stabilität in der magisch ich schreibbe manchmal echt komische Texte D frage ich mich echt was mich dazu geritten hat Insel der Stabilität zu schreiben aber ja genießt es also noch mal wir können sagen dass in all dieser wissenschaftlichen Anstrengungen bleibt immerhin eine Aussicht eine Aussicht auf eine Insel der Stabilität eine Insel wo wir wenn wir Protonen hinzufügen dass das Atom was dann entsteht tatsächlich stabil bleibt denn dafür bräuchten wir eigentlich nur die Technik und natürlich auch die Energie und die Zukunft wird zeigen der effelturm einer der bekanntesten architektonischen Errungenschaften der Menschheit mit seinen eindrucksvollen 330 m Höhe war er bei seiner Fertigstellung 1889 das höchste von Menschen geschaffene Bauwerk der Welt doch den Menschen war das irgendwie nicht genug fast ein Jahrhundert später wurde der Butsch Khalifa in Dubai fertig gestellt mit einer unglaublichen Höhe von 828 m es durchdringt die Wolken und ist damit aktuell der höchste Wolkenkratzer auf der Welt diese beeindruckenden Gebäude repräsentieren die Größenordnung dessen was Menschen in der Lage sind zu bauen und es gibt sogar weitere Projekte ein ambitioniertes Projekt namens x 4000 wurde in den 90ern Jahren in Japan vorgeschlagen ein Gebäude mit 4 km Höhe und 6 km breite es bleibt jedoch ein Konzept und steht vor vielen technischen und vor allem finanziellen Herausforderungen aber während wir weiterhin danach streben noch höhere Gebäude zu bauen stellt sich die Frage wie groß etwas wirklich sein kann die technischen materialwissenschaftlichen und sogar geologischen Herausforderungen stellen uns natürlich vor enorme Hörden aber gibt es auch die gleichen Hörden am anderen Ende des Spektrums wenn wir in die entgegengesetzte Richtung blicken weg von den gigantischen Strukturen und hinein in die Welt der Atome wo ist dort die Grenze was ist dort die Grenze und wie groß kann eines der kleinsten Dinge im Universum wirklich werden oder hast du vielleicht Ideen kann es so groß sein wie ein Sandkorn dass wir es sehen können oder kann es sogar größer sein oder kann ein Atom so groß sein wie das Ding hier kling alles ziemlich verrückt aber lasst uns das mal gemeinsam [Musik] [Applaus] [Musik] rausfinden jeder Aspekt unserer sichtbaren Welt besteht aus Atomen diesen winzigen Bausteinen die zu verschiedenen Zeiten als unteilbar oder als Kern eines Wirbels aus subatomaren Teilchen dargestellt wurden aber wie groß können diese Atome wirklich werden das größte Atom des wir derzeit kennen ist das des organesons es ist ein synthetisches super schweres Element mit einer Atommasse von 294 der Durchmesser beträgt etwa 350 pikometer auf der anderen Seite der Skala haben wir das kleinste Atom das Wasserstoffatom es hat einen Durchmesser von etwa 43 pikomet etwa 2000 Mal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares aber das können wir besser visualisieren lasst uns zum Verständnis ein Sandkorn nehmen das etwa 1 mm im Durchmesser misst dieses Sandkorn ist ungefähr 2,5 Milliarden Mal größer als das größte bekannte Atom das organisonatom wenn wir dieses Atom also auf die Größe eines sandkorns vergrößern dann würde das Sandkorn auf eine Größe anwachsen die etwa 2,8 km im durchmess misst das ist größer als der Durchmesser des Central Parks in New York und das können wir glaube ich noch mal ein bisschen besser visualisieren nehmen diesen Sandkorn und vergrößern ihn mal ein [Musik] bisschen doch kommen wir mal ganz kurz zurück wenn wir jetzt das Wasserstoffatom nehmen also das kleinste Atom und es dann auf die Größe eines sandkorns vergrößern nun was für ein Durchmesser haben wir dann nun das Sandkorn wird etwa auf eine Größe von 600 m vergrößert verdammt riesig Z warar keine 2,8 km aber immer noch unfassbar groß und auch wenn das unfassbar groß ist befinden wir uns hier immer noch in sehr kleinen Dimensionen doch irgendwie wollen wir ein Atom so groß kriegen dass wir es zumindest mit bloßem Auge sehen können oh und übrigens ein Abo hier auf dem Kanal wäre ziemlich groß artig und ich würde euch gern bitten an einer Umfrage teilzunehmen und zwar möchte ich gerne wissen woher ihr kommt und was ihr so tut wie alt ihr seid und wann ihr die Videos schaut es kostet 5 Minuten eure Zeit hilft mir aber um einiges besser um euch kennenzulernen und um euch besser zu verstehen aber um zu verstehen wie groß etwas ist müssen wir erstmal verstehen wo es herkommt oder dachtest du sie ploppen einfach aus dem Nichts auf okay ich habe mal wieder meine klugscheißebrille abgezogen die Atome die uns heute begegnen haben eine kosmische Herkunft sie entstehen im Inneren von Sternen durch den Prozess der Kernfusion bei extrem hohen Temperaturen und vor allem Druck verschmelzen Wasserstoffkerne zu Heliumkern diese Prozesse setzen enorme Mengen an Energie frei die die Sterne zum Leuchten bringen und ermöglichen die Entstehung komplexer Elemente in den Sternen bei Supernova Explosionen werden diese Elemente ins All geschleudert wo sie die Bausteine für neue Sterne Planeten und letztendlich uns liefern [Musik] ein Atom besteht aus einem Kern und dieser Kern besteht aus Protonen und Neutronen und Elektronen die außerhalb von hier und dieser Kern ist enorm wichtig aber dazu kanen wir ein bisschen später dieser Kern wird umgeben von einer Wolke aus Elektronen die Anzahl der Protonen bestimmt die Identität des Atoms es definiert welches Element es ist die Neutronen tragen natürlich auch z Masse des Atoms bei haben aber keinen Einfluss auf seine chemischen Eigenschaften die Elektronen besitzen verschiedene Energiezustände oder Orbitale und bestimmen die chemischen Eigenschaften die das Atom hat oder besitzen soll und jetzt kommen wir zu der wirklich wichtigen Frage was ist die Maximalgröße eines Atoms wie du dir vielleicht denken kannst könnten Atome tatsächlich an Größe zunehmen Atome nehmen an Größe zu indem sie mehr Protonen und Neutronen in ihrem Kern und mehr Elektronen ihrer Hülle aufnehmen mit jedem hinzugefügten Elektron erweitert sich das Atom da die Elektronen dazu neigen sich so weit wie möglich voneinander zu entfernen um ihre negative Ladung zu verteilen jedes Orbital also der Orbit und dem die Elektronen kreisen kann nur eine bestimmte Menge an Elektronen aufnehmen wenn diese Zahl erreicht ist muss ein zusätzliches Elektron ein weiteres energetisch höheres Orbital besetzen was dazu führt dass das Atom insgesamt größer wird und sobald es größer wird kann es mehr Protonen und Neutronen aufnehmen und so ein neues Element erschaffen und das kann man eigentlich so stehen lassen auch wenn ich hier eigentlich ein falsches Bild vermittle wir gehen das jetzt mal trotzdem genau an im einfachsten Atom den Wasserstoffatom gibt es ein einzelnes Proton im Kern und ein einzelnes Elektron das sich um den Kern herum bewegt also hat es auch nur ein Orbital wenn wir zu der nächsten atomnummer rüber gehen also zum Helium dann hat das Helium zwei Protonen und zwei Elektronen und die zwei Elektronen bewegen sich in einem etwas komplexeren orbitalmuster wenn wir weiter auf der periodentafel nach unten gehen und nach rechts vor allem erhöht sich die Anzahl der Protonen und Elektronen und die Muster der elektronenorbitale werden immer komplexer dies ist natürlich aufgrund der Quantenmechanik der Fall die das Verhalten von Teilchen auf der winzigen Skala regelt wir müssen jetzt nicht wirklich auf diese Quantenmechanik eingehen wichtig nur hier ist Quantenmechanik am Werg und es ist sehr wichtig zu beachten dass nicht nur die Anzahl der Elektronen und Orbitale für die Stabilität des Atoms verantwortlich sind die Anzahl der Neutronen im Atomkern spielt auch eine sehr entscheidende Rolle in der Tat sind viele super schwere Elemente wie organison instabil und zerfallen sehr schnell weil die Anzahl der Neutronen und Protonen nicht in einem stabilen Verhältnis zueinander stehen wir stehen allerdings in einem sehr stabilen Verhältnis oder also kommen wir nun zu der letzten und wichtigsten Frage die maximale Größe eines Atoms es gibt eine theoretische Grenze die sogenannte borcheer radiusformel die die maximale Größe eines Atoms auf Basis seiner Anzahl an Elektronen und ihrer Energiezustände berechnet doch nach dieser Formel könnte ein Atom mit genügend Energie theoretisch beliebig groß werden im borschen Modell dass hier ein einfaches Modell des Wasserstoffatoms widerspiegelt entspricht die hauptquantenanzahl der Anzahl der möglichen Elektronenbahn oder Orbitale ein niedrigerer Wert von N entspricht also einem engeren Orbital um den Kern herum während natürlich ein höherer Wert von N also der Hauptquantenzahl einen höheren und einen größeren Orbital um den Kern herum verspricht wenn wir die Hauptquantenzahl ein erhöhen um ein Elektron auf eine höhere Energieebene zu heben würde der Radius des Atoms auch automatisch damit zunehmen genauer gesagt der Radius ist proportional zum Quadrat der Hauptquantenzahl okay bringen wir mal ein paar Beispiele rein wenn wir die Hauptquantenzahl auf N2 setzen wäre der Radius viermal so groß wie der borche Radius also etwa 212 pikometer bei N3 wäre er neunm so groß dann wäre er 477 pikometer groß und so weiter ihr könnt euch ja die Rechnung weiter ausrechnen nun wagen wir mal einen sehr großen Schritt und nehmen wir mal n1000 ein derart angeregter Zustand führt zu einem Atomradius der eine Million mal größer ist als der standardborcheer Radius des Wasser des wasserstoffatums das entspricht etwa 53 mm und das entspricht etwa der Größe eines tischtennisballs ich habe keinen Tischtennisball aber dafür habe ich das allerdings bleibt das ganze nicht auch das ganze nicht ohne Konsequenzen die Energie die notwendig ist um das Elektron auf diese Energieebene zu heben ist zwar deutlich kleiner als für den Sprung tatsächlich notwendig aber sie ist dennoch beträchtlich also theoretisch gesehen könnten wir auch n zu ein Million machen und dann die Größe einer Stadt erreichen aber in der Praxis ist das Ganze gar nicht so leicht es gibt Grenzen erstens ist die Anzahl der Protonen die in einem Atomkern zusammengehalten werden können begrenzt je mehr Protonen sich in einem Kern befinden desto stärker ist die abstoßende Kraft zwischen ihnen ab einer bestimmten Anzahl kann die starke Kernkraft die die Protonen zusammenhält dieser Abstoßung einfach nur nicht mehr standhalten und der Kern zerfällt komplett zweitens gibt es auch eine Obergrenze für die Anzahl der Elektronen die ein Atom aufnehmen kann Elektronen sind Fermionen und sie unterliegen dem Ausschlussprinzip also paulis Ausschlussprinzip oder paulis Verbot das bedeutet wiederum dass kein Orbital von mehr als zwei Elektronen gleichzeitig besetzt werden kann so bleibt die Frage wie groß Atome wirklich werden können die Frage der Forschung und wenn wir eine Antwort drauf haben wollen müssten wir ein wenig ins jenseits des Periodensystem gehen angesichts der Tatsache das praktisch jeden Tag neue leistungsstarke Chatbots KI gestützte Apps und Suchmaschinen auf den Markt kommen ist die Sorge über den raschen Fortschritt der künstlichen Intelligenz in letzter Zeit fast zu Besessenheit geworden und das a guten Grund die Gefahr dass der Mensch die Kontrolle über KI verliert die schlauer oder zumindest schneller ist als wir wird schon seit geraumer Zeit vorgesehen vor allem in Science Fiction Filmen wie determinator wie alle neuen Technologien hat auch die KI ihre Vor und Nachteile aber für die Erforschung des Weltraums das heißt die Erforschung jenseits unserer unmittelbaren kosmischen Nachbarschaft ist sie wahrscheinlich unerlässlich tatsächlich ist ein fortschrittliches Raumfahrtprogramm ohne kaino schwer vorstellbar und wir sind selbst an einem Punkt angelangt an dem KI nicht mehr aus dem Alltag wegzudenken ist doch komplette der Raumfahrer oder Zivilisationen die nur aus KI bestehen nun das klingt nach Science Fiction aber durchaus wahrscheinlich und sogar sinnvoll [Musik] [Applaus] [Musik] diese ganze KI Wahnsinn der sich momentan in der Welt rumtreibt er sorgt für Fortschritt und wir ziehen unseren Nutzen daraus aber das gilt nicht nur für uns sondern auch für jeden der uns da draußen besuchen könnte auch wenn in den meisten Filmen über Außerirdische biologische Lebewesen gezeigt werden die dann auf die Erde kommen ist es unwahrscheinlich dass dies tatsächlich geschieht sie würden für die Durchquerung des interstellaren Raums sehr viel Zeit benötigen so viel Zeit dass es wenig Sinn macht kurzlebige verderbliche organische Körper zu schicken schauen wir uns doch einfach mal die Lebensspanne einiger Arten hier auf der Erde an der Mensch lebt im Durchschnitt etwa 80 Jahre also viel länger als die meisten Tiere Hunde haben eine Lebenserwartung von N 10 bis 13 Jahren und Papageien etwa 50 JRE selbst der Afrikanische Elefant wird nur 60 bis 70 Jahre alt gut einige Tiere schildkrötenwale oder bestimmte Fische erreichen ein Alter von 200 Jahren oder sogar mehr we das sind Ausnahmen die Lebenserwartung für fast alle Arten auf unserem Planeten liegt unter 100 Jahre und es ist ja nicht so dass unsere Körper während dieser gesamten Zeitspanne Höchstleistung vollbringen im Falle des Menschen sollten wir die ersten 20 Jahre in denen sich unsere Fähigkeiten noch entwickeln und die letzten 20 Jahre des Alterns abziehen die Blüte des Menschen beträgt selbst im günstigsten Fall nicht mehr als 40 Jahre oder 60 betrachten wir nun die Realitäten des interstellaren Reisens um andere Sonnensysteme zu erreichen müssen wir nach derzeitigen Überlegung Lichtsegel bauen die vielleicht na 10% der Lichtgeschwindigkeit erreichen können und das bringt uns in etwa 40 Jahren nach Alpha Centauri was eigentlich fantastisch ist aber es ist eine ganze menschliche Lebensspanne und das ist nur für eine Strecke die meisten Astronauten würden nach dem Besuch eines anderen Sonnensystems ja doch irgendwie wieder zurückkehren wollen aber ohne eine Art von Zeitdilatation oder andere exotische physikalische Phänomene ist dies nicht möglich hier hat auch die Zeitdilatation keine besondere Auswirkung auf uns sie beschreibt wie die Zeit für einen Beobachter langsamer vergeht wenn er sich mit hohen Geschwindigkeiten relativ zu einem anderen Beobachter bewegt je näher die Geschwindigkeit des bewegten Beobachters an der Lichtgeschwindigkeit ist desto stärker ist die Zeitdilatation und desto langsamer vergeht die Zeit für ein Beobachter im Vergleich zu einem ruhenden Beobachter auf der Erde doch hier da wir nur mit 10% der Lichtgeschwindigkeit reisen da hält sich die Zeitdilatation in Grenzen und zwar würden wir als Astronaut hierbei ungefähr dre Monate an Zeit sparen im Vergleich zu einem Beobachter auf der Erde und selbst wen mit einem fortschrittlichen Antriebssystem 80% der Lichtgeschwindigkeit erreichen würden wären hin und Rückflug innerhalb eines einzigen aenen Lebens nur für Planeten möglich die nur 24 Lichtjahre entfernt sind i die Zeit die wir mit der Erkundung des Planeten verbringen nicht mit eingerechnet ist spekulative Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit würden uns etwas helfen aber dennoch nicht so sehr wie wir uns das vielleicht vorstellen wie man es auch dreht und wendet die Reise durch den interstellaren Raum wäre immer noch extrem lang gefährlich und äußerst langweilig für jeden der biologisch ist selbst wenn eine gefriertechnologie erfunden werden könnte die den Alterung Prozess während dieser Reise aufhält denn dieselben Gesetze und dieselbe Logik gilt für außerirdisches Leben sie sind genauso wie wir von den physikalischen Gesetzen eingeschränkt die wahrscheinlichste Lösung sind also künstliche Intelligenz und künstliche Körper die den Problem der Raumfahrt definitiv besser standhalten können und genau aus diesem Grund sollten wir vielleicht nicht erwarten dass die uns besuchenden Außerirdischen organische Lebewesen sind natürlich gibt es einen Mittelweg zwischen rein natürlichen und rein künstlichen Körpern und die Technologie des 21 jahrhunderts hier auf der Erde ist bereits an diesem Punkt angelangt in einigen Worten einiger Forscher wir sind natürlich geborene Cyborgs jeden Tag werden mehr und mehr technologisch fortschrittliche Körperteile erfunden von Titanplatten bis zu hertschrittmachern keine Frage dieser Trend wird sich fortsetzen aber unsere organischen Körper sind immer noch zerbrechlich und begrenzt wir können unsere natürliche Lebenserwartung um mehrere dutzen Prozent ver aber irgendwann werden wichtige Teile Versagen vor diesem Hintergrund stellen sich einige Forscher vor unsere Gehirne auf Computer hochzuladen einige Wissenschaftler haben einige der Herausforderungen beim Erreichen des Ziels umrissen und sogar ein Fahrplan erstellt ein Forscherteam ging noch ein Schritt weiter und stellte eine unsterblichkeitsroadmap vor bei der KI eingesetzt wird um Menschen digital zu rekonstruieren die KI würde die DNA und andere Information einer kürzlich verstorbenen Person nehmen und sie in einer simulierten Welt rekonstruieren ob es dann bei dieser Simulation um die Person handelt die wir rekonstruiert haben das können wir wahrscheinlich erst beantworten wenn wir es auch ausprobiert haben daraus können wir folgendes ziehen angesichts ihrer schnellwachsenden Fähigkeiten scheint die allgegenwärtige Präsenz von KI in allen Aspekten menschliche Aktivitäten unaufhaltsam zu sein dennoch haben einige außerirdische Zivilisationen die uns auf der evolutionskurve weiter voraus sind vielleicht schon beschlossen der Entwicklung Einhalt zu gebieten und stattdessen ihre eigene Sterblichkeit zu akzeptieren aber sicherlich nicht alle so wie wir hier bei uns finden viele Menschen ihren Nutzen in der KI und fördern die Entwicklung wie steht ihr eigentlich dazu s die kiforschung und Arbeit in dem gleichen Tempo voranschreiten schreibt mir mal in die Kommentare bin da sehr gespannt auf Antworten aus diesem Grund sollten wir damit rechnen dass mehr Planeten im Universum von KI bevölkert werden als von kleineren grünen Männchen das SCI fiction der 50er Jahre warum nun es gibt einige Punkte die eindeutig Sinn ergeben die gehen wir jetzt mal durch die Entwicklung von biologischem leben kann Millionen oder sogar Milliarden von Jahren dauern während die Entwicklung von KI auf einer bereits technologisch fortgeschrittenen Zivilisation möglicherweise viel schneller erfolgen kann dies könnte bedeuten dass Zivilisationen die KI entwickeln dies möglicherweise tun bevor sie biologische Lebensformen auf andere Planeten entdecken das kommt mir ein bisschen bekannt vor es ist denkbar dass fortgeschrittene Zivilisationen zu einem postbiologischen Zustand übergehen könnten indem sie ihre biologischen Körper hinter sich lassen und ihre Intelligenz in maschinelle Systeme übertragen in diesem Fall wäre das Vorhandensein von kibasierten Leben viel wahrscheinlicher und natürlich das ferm Paradoxon das beschreibt eine Diskrepanz zwischen der hohen Wahrscheinlichkeit für die Existenz von Außerirdischen Leben und der Tatsache dass wir bisher keinen Kontakt zu solchen Zivilisationen hatten eine mögliche Erklärung für dieses Paradoxon ist dass fortgeschrittene Zivilisationen eher in KI basierte Lebensformen übergehen und daher weniger Interesse daran haben mit anderen Zivilisationen zu kommunizieren also ziemlich inentiert wie ich manchmal finde ich gut gefällt mir KI kann in vielen Situationen schneller und effizienter lernen und sich anpassen als biologische Lebensform KI kann auch leichter in verschiedenen Umgebungen eingesetzt werden insbesondere in solchen die für biologisches Leben extrem gefährlich oder unmöglich zu bewohnen sind z.B allein im Weltraum oder auf Planeten wo hohe Strahlung herrscht oder extreme Temperaturen KI hat das Potenzial wissenschaftliche und technologische Fortschritte schneller voranzutreiben als biologisches Leben der KI effizienter und schneller lernen und Information verarbeiten kann sie könnte dazu beitragen innovative Lösungen für Probleme zu finden und komplexe Fragestellung besser zu verstehen ab einem gewissen Punkt würden Außerirdische Zivilisation einfach nur die logische Variante nehmen die das Überleben die Erkundung oder die Eroberung fördern oder zumindest sichern dies könnte auch zu einer grundlegenden Änderung unseres Ansatzes bei der Suche nach intelligenten Außerirdischen Leben führen anstatt nach Anzeichen für biologisches Leben zu suchen könnten wir nach planetenausschau halten die sich für KI besser eignen ein seforscher ist einer derjenigen die sich für diese Strategie ausgesprochen hat anstatt nach Welten suchen die genau wie unsere eigenen aussehen könnten wir Planeten finden die eine viel höhere Menge z.B an Sonnenenergie erhalten und reich an Silizium und an bestimmten spurenmetallen sind doch was meint ihr ich würde hierzu eer Meinung unglaublich gern hören und falls dies nicht Zutritt falls die Außerirdischen keine KI sind gibt es immer noch diese Theorie hier weil der sich selbst einige Forscher fürchten und falls dir die Folge gefallen hat würde mich einen Daumen nach oben sehr freuen es kostet nichts und zeig mir dass dir das Video gefallen hat was mich wiederum sehr freut ich bedanke mich