Der Informationsbegriff in der Physik

@Narrenschiffer

Narrenschiffer schrieb:Wenn die Lichtquelle geschwenkt wird, bewegt sich die Spitze irgendwann mit Ãœberlichtgeschwindigkeit, aber nicht die Information.

Was ist die Information und was ist die Spitze in deinem Beispiel?

Ich frage deswegen so kritisch weil ich denke das oft Begriffe falsch berwemndet werden. Wenn ich z.B. eine Laserpointer anschalte dann bewegt sich eine elektromagnetische Welle durch den Raum. Diese kann sich nur mit begrenzter Geschwinfdigkeit ausbreiten. Aber ist die elektromagnetische Welle = Information? So einfach würde ich es nicht machen, z.B. ist ein elektrisches Feld nicht dasselbe wie Information. Ein elektrisches Feld z.B. kann verschiedene Zustände annehmen (z.B. die Feldstärke kann verschieden Werte haben) und damit können wir auch diesem eine Entropie zuordnen (Die Anzahl aller möglichen Feldstärkewerte an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit) und über die Entropie finden wir eine Verknüpfung zur Information. Zustände des elektromagnetische Feldes sind dabei abhängig von Zeit und Ort. Und die Änderung des Zustands kann sich kausal in der Raumzeit ausbreiten. Allerdings nur mit maximal Lichtgeschhwindigkiet. So in der Richtung denke ich mir das. Dabei muss man aber vorsichtig sein was genau man unter Information versteht.

mojorisin schrieb:Was ist die Information und was ist die Spitze in deinem Beispiel?

Der Lichtstrahl enthält die Information, die Scherenspitze überträgt keine Information.

Bsp: Taschenlampe hin- und herbewegen. Irgendwann hat die Spitze eine Geschwindigkeit über der Lichtgeschwindigkeit. Lässt sich ausrechnen.

mojorisin schrieb:Aber ist die elektromagnetische Welle = Information? So einfach würde ich es nicht machen, z.B. ist ein elektrisches Feld nicht dasselbe wie Information. Ein elektrisches Feld z.B. kann verschiedene Zustände annehmen (z.B. die Feldstärke kann verschieden Werte haben) und damit können wir auch diesem eine Entropie zuordnen (Die Anzahl aller möglichen Feldstärkewerte an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit) und über die Entropie finden wir eine Verknüpfung zur Information. Zustände des elektromagnetische Feldes sind dabei abhängig von Zeit und Ort. Und die Änderung des Zustands kann sich kausal in der Raumzeit ausbreiten. Allerdings nur mit maximal Lichtgeschhwindigkiet. So in der Richtung denke ich mir das. Dabei muss man aber vorsichtig sein was genau man unter Information versteht.

Gemäß Edward Fredkin verstehe ich eine elektromagnetische Welle als Information, um wörtlich zu werden, als Formation im Raum, als ein Format im Raum.

Nach meiner Theorie ist ein elektrisches Feld die "Information Elektrisches Feld". Gerade das scheint mir das Geheimnis hinter allen Dingen zu sein: Physikalische Phänomene sind Qualitäten in "Form" von In-Formation! Somit scheint eben ein elektromagnetisches Feld die Form zu sein, die bei der In-Formation im Format den Elektromagnetismus zur Anwendung bringt.

Zustände des elektromagnetischen Feldes werden von "dem Computer" berechnet und dann "in Form" gebracht.

Irgendwie beschleicht mich das Gefühl, dass wir dem Geheimnis langsam näher kommen.

Narrenschiffer schrieb:Der Lichtstrahl enthält die Information

Ich neige zu der Ansicht, dass der Lichtstrahl die "Information Elektromagnetische Welle" ist.

Dass Licht über wahrgenommene Bilder über unsere Augen ein Bild im Bewusstsein erzeugt scheint mir eine andere Information zu sein als die '"Information Elektromagnetische Welle". Genau hier scheint der Grund aller Mißverständnisse zu liegen. Offensichtlich gibt es verschiedene Arten von Information.

@GLoeffler

GLoeffler schrieb:Aber ganz gewiss doch. So wie ich Edward Fredkin verstehe, sind Energie und Masse lediglich Information,

Ok ich habe dazu was gefunden:

Digitale Physik (auch digitale Ontologie oder digitale Philosophie) bezeichnet in der Physik, in der Naturtheorie und auch in der Kosmologie theoretische Perspektiven, welche auf der Prämisse basieren, dass das Universum durch Information beschreibbar ist. Gemäß diesen Theorien kann das Universum durch den Output eines deterministischen oder probabilistischen Computerprogramms beschrieben werden. Der Begriff der „digitalen Physik“ wurde zuerst von Edward Fredkin erwähnt; später bevorzugte er den Begriff „digitale Philosophie“.

Wikipedia: Digitale Physik

Natürlich ist die These, dass das Universum ein digitaler Computer sei, grundsätzlich nur als eine Analogie aufzufassen, um die Bedeutung des Informationsbegriffes bei der Beschreibung der physikalischen Realität zu versinnbildlichen. Das kritische Bewusstsein für den metaphorischen Charakter des Vergleiches mit einem Computer steht der Tatsache nicht entgegen, dass man versuchen kann, den Informationsgehalt des Universums ganz konkret zu bestimmen.
...
Carl Friedrich von Weizsäcker gelangte in seiner Abschätzung aus den 1960er-Jahren im Rahmen seiner Theorie der Ur-Alternativen auf etwa 10¹²⁰ binäre Informationseinheiten. In seinem Aufsatz „The Computational Universe“ berechnet Seth Lloyd Rechenleistung und Informationsinhalt des Universums auf ungefähr 10¹²⁰ bis 10¹²² Operationen bzw. Bits seit seinem Anbeginn.[14][15] Sein Ergebnis entspricht also quantitativ der von Weizsäckerschen Betrachtung.

Wikipedia: Digitale Physik#Autoren und Vertreter der neuen Generation

Mehr detaillierte INformation dazu findet man hier:

https://arxiv.org/pdf/quant-ph/0110141v1.pdf

Letzendlich kann man diese Arbeiten auf die herkömmlichen Defintion zur Entropie zurückführen. Ich bin bei solchen Analogien am Ende sehr pragmatisch. Man kann sich alle Möglichen Analogien ausdenken wie das Universum im Hintergrund funktionieren kann, in dem fall einem im hintergrund laufenden Computer, da das aber letzendlich experimentell nicht zugänglich ist, sehe ich nicht viel Erkenntnisgewinn darin.

@Narrenschiffer

Narrenschiffer schrieb:Der Lichtstrahl enthält die Information, die Scherenspitze überträgt keine Information.

Wie ergibt sich die Information aus dem Lichtstrahl? Wie kann man das quantifizieren?

mojorisin schrieb:Wie ergibt sich die Information aus dem Lichtstrahl? Wie kann man das quantifizieren?

Frequenz und Ort

mojorisin schrieb:Wie ergibt sich die Information aus dem Lichtstrahl? Wie kann man das quantifizieren?

Wie schon gesagt wurde: Frequenz und Ort der Photonen (Welle und Teilchen). An der Scherenspitze wird kein Photon entlang der Bewegung transportiert.

mojorisin schrieb:Man kann sich alle Möglichen Analogien ausdenken wie das Universum im Hintergrund funktionieren kann, in dem fall einem im hintergrund laufenden Computer, da das aber letzendlich experimentell nicht zugänglich ist, sehe ich nicht viel Erkenntnisgewinn darin.

Das ist eine Möglichkeit der Interpretation. Man sollte sich jedoch nicht der Gefahr aussetzen, diese Unzugänglichkeit überzubewerten. Wichtig scheint mir, hinter allen Dingen immer ein wirkendes Prinzip zu erkennen. Auch wenn das die Wirkung Verursachende nicht erkennbar bzw. zugänglich ist, so sollte es trotzdem nicht verkannt werden, weil die Logik zwingend seine Existenz voraussetzt.

mojorisin schrieb:... da das aber letzendlich experimentell nicht zugänglich ist, sehe ich nicht viel Erkenntnisgewinn darin.

Sehe ich ganz genauso. Es ist unmöglich zu beweisen, dass das Universum keine Simulation ist. Diskussionen über nicht falsifizierbare Aussagen haben i.d.R. äusserst wenig Nutzwert.

uatu schrieb:Sehe ich ganz genauso. Es ist unmöglich zu beweisen, dass das Universum keine Simulation ist. Diskussionen über nicht falsifizierbare Aussagen haben i.d.R. äusserst wenig Nutzwert.

Ich habe nicht den Eindruck, dass hier bewiesen werden soll, dass das Universum keine Simulation ist.

Es geht lediglich darum, ein wirkendes Prinzip zu erkennen. Und dieses kann logisch nicht falsifiziert werden.

@Narrenschiffer

Narrenschiffer schrieb:Wie schon gesagt wurde: Frequenz und Ort der Photonen (Welle und Teilchen).

Wie hängt die Information mit Frequenz und Ort zusammen? Und wie hängt das zusammen mit der Limitierung der Informationsausbreitung durch ÜLG?

Ich frage ganz spezifisch weil es einerseits den Informationsbegriff gibt im Rahmen der Thermodynamik der mit der Entropie verwand ist. Andererseits wird Information herangezogen um das Postulat der LG zu erklären, also die maximale Ausbreitungsgeschwiundigkeit von INfomationen zu erklären.

Ich suche den Zusammenhang, schließlich wird derselbe Begriff in verschiedenen Kontexten verwendet. Wenn ihr keine Antort darauf habt, ist es kein Problem, wenn doch umso besser.

@GLoeffler: Falls das Universum eine Simulation ist, folgt daraus, dass über Änderungen des Sourcecodes alles -- absolut alles! -- möglich ist, z.B. dass die Erde morgen früh ein Würfel ist, in jeder Himmelsrichtung eine Sonne aufgeht, und jeder ein unsichtbares rosa Einhorn in der Garage stehen hat. Genau diese völlige Beliebigkeit führt dazu, dass Diskussionen darüber sehr wenig Wert haben.

mojorisin schrieb:Wie hängt die Information mit Frequenz und Ort zusammen? Und wie hängt das zusammen mit der Limitierung der Informationsausbreitung durch ÜLG?

Weil an der Scherenspitze keine Information übertragen werden kann, die Information kommt von der Lichtquelle. Anschaulichkeitsbeispiel: Taschenlampe, deren Strahl an einer Wand entlang geführt wird.

Aber so richtig interessant wird es dann bei Quantenverschränkungen, wenn es keinen Informationsfluss mehr gibt und sich zwei Quanten einander anpassen.

Narrenschiffer schrieb:Weil an der Scherenspitze keine Information übertragen werden kann, die Information kommt von der Lichtquelle.

Das erklärt nicht meine Fragen. Einfaches Beipiel: Wenn ich einen rotfarbigen (also ganz bestimmte Frequenz) Laser auf der Erde anschalte und auf den Mond richte, wieso wird der Lichtfleck nicht instantan auf der Mondoberfläche erscheinen sondern zeitverzögert? Was hat die Informationsübertragung damit zu tun?

mojorisin schrieb:wieso wird der Lichtfleck nicht instantan auf der Mondoberfläche erscheinen sondern zeitverzögert? Was hat die Informationsübertragung damit zu tun?

Spezielle Relativitätstheorie. Keine Information kann schneller als Lichtgeschwindigkeit übertragen werden.

@Narrenschiffer

Narrenschiffer schrieb:Keine Information kann schneller als Lichtgeschwindigkeit übertragen werden.

Ja aber du hast doch vorher gesagt das Information von Frequenz und Ort abhängt. Nun ist es aber egal welche Frequerz (bzw. Farbe) das Laserlicht hat die Informationsübertragung ist immer gleich limitiert?

Wie hängt also Frequenz und Information zusammen, und wie bestimmen sie die Grenzgeschwindigeit der SRT?

mojorisin schrieb:Ja aber du hast doch vorher gesagt das Information von Frequenz und Ort abhängt

Aber nicht von der Geschwindigkeit. Die ist gleich.

@Peter0167


Ich versuche noch durch deine Fragen zuu gehen:

Peter0167 schrieb:1. Kann Information als eine Größe angesehen werden, mit der sich physikalische Systeme beschreiben lassen, also wie z.B. Masse, Dichte, Volumen, etc., oder ist Information nur ein allgemeiner übergeordneter Begriff für diese Größen?

Der Begriff der Information wurde formal definiert wie in deinem Link gezeigt. Das heißt Information wird so definiert das sich ein Zusammenhang zu den mikroskopischen Zustandswahrscheinlichkeiten ergibt. Mögliche Zustände hängen ab von der Geschwindigkeit bzw Impuls (und damit auch Masse) der Teilchen und dem Ort. Man sricht hier vom sogenannten Phasenraum: Wikipedia: Phasenraum. Was ist ein Zustand? Einfach gesagt: Ein theoretischer Zustand zum Zeitpunkt t wird beschrieben in dem von jedem Teilchen den Impuls und den Ort t kennt zu Zeitpunkt t. Der Phasenraum kann aber auch abstrakter fomruliert werden, das führt zum Konzeot der generalsierten Koordinaten.

Peter0167 schrieb:2. In welchen Bereichen der Physik ist Information relevant? Nur in der Quantentheorie, oder auch in der Klassischen Mechanik?

Information bzw. Entropie ist grundlegend in der klassischen Thermodynamik. Max Planck benutzt die Entropie aus der klassischen Thermodynmaik um das Plancksche Strahlungsgesetz abzuleiten (das Gesetz der Wärmestrahlung). Bei seinem Arbeiten zeigte sich das der Phasenraum des Hohlraumstrahlers nicht kontinuierlich ist sonder aus kleinsten Bausteinen besteht (--> Wikipedia: Plancksches Wirkungsquantum#h und die Phasenraumzelle)

Peter0167 schrieb:3. Kann Information überhaupt eindeutig definiert werden, oder hat Information in jedem Einzelfall eine andere Bedeutung?

Ja es kann eindeutig definiert werden und wird in der Physik auch.

Peter0167 schrieb:4. Was bedeutet Informationsgehalt bei einem physikalischem System

Das ist nicht so einfach zu beantworten. Im Prinzip steht alles hier:
Wikipedia: Informationsgehalt

Im Prinzip steht dort aber dasselbe wie bereits gesagt: Die Information ergibt sich aus der Auftrittswahrscheinlichkeit. INteressant ist daraus die SChlussfoglerung für analoge Signale:

Der Informationsgehalt eines einzelnen Werts aus einem analogen Signal ist grundsätzlich unendlich, da die Auftrittswahrscheinlichkeit eines Wertes bei einer kontinuierlichen Wahrscheinlichkeitsverteilung gleich Null ist.

Wikipedia: Informationsgehalt#Informationsgehalt bei analogen Signalen

mojorisin schrieb:Was ist die Information und was ist die Spitze in deinem Beispiel?

Ich frage deswegen so kritisch weil ich denke das oft Begriffe falsch berwemndet werden. Wenn ich z.B. eine Laserpointer anschalte dann bewegt sich eine elektromagnetische Welle durch den Raum. Diese kann sich nur mit begrenzter Geschwinfdigkeit ausbreiten. Aber ist die elektromagnetische Welle = Information? So einfach würde ich es nicht machen, z.B. ist ein elektrisches Feld nicht dasselbe wie Information. Ein elektrisches Feld z.B. kann verschiedene Zustände annehmen (z.B. die Feldstärke kann verschieden Werte haben) und damit können wir auch diesem eine Entropie zuordnen (Die Anzahl aller möglichen Feldstärkewerte an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit) und über die Entropie finden wir eine Verknüpfung zur Information. Zustände des elektromagnetische Feldes sind dabei abhängig von Zeit und Ort. Und die Änderung des Zustands kann sich kausal in der Raumzeit ausbreiten. Allerdings nur mit maximal Lichtgeschhwindigkiet. So in der Richtung denke ich mir das. Dabei muss man aber vorsichtig sein was genau man unter Information versteht.

In der Tat: Im Augenblick verwenden wir noch die falschen Begriffe bzw. die falsche Definition des Begriffs "Information"!

Unser Problem ist, dass wir uns noch nicht darauf geeinigt haben, was wir mit Information meinen. Ich erinnere an Dürr: "Es gibt keine Materie. Es gibt nur die Information über die Existenz von Materie."

Die elektromagnetische Welle ist Information, die in dem Computer von Fredkin als Information Elektromagnetische Welle im Code des Programms vorliegt. In diesem Code ist auch die Geschwindigkeit der elektromagnetischen Welle als Information niedergeschrieben.

Die Zustände eines elektromagnetischen Feldes sind lediglich verschiedene Informationen, die auch in dem Code gespeichert sind und gemäß den im Code hinterlegten Informationen Zeitpunkt, Ort und Stärke eines elektromagnetischen Feldes bestimmen. Der Computer berechnet also für jeden Augenblick den Zustand aller Orte im gesamten Universum.

Gemäß Dürr ist Physik also die Berechnung der Zustände an allen Orten und die Erzeugung der Zustände als Information. Damit wären wir wieder am Anfang: Es gibt keine Materie und auch keine elektromagnetischen Felder, es gibt nur die Information, dass an bestimmten Orten zu bestimmten Zeitpunkten ein Atom ist oder ein Elementarteilchen oder ein elektrisches Feld.

Wenn nun die Moleküle von schwarzer Tinte auf einem Blatt Papier Buchstaben bilden, so sind diese Moleküle im Sinne Dürrs die Information Moleküle. Wir sehen aber nicht die Moleküle, sondern die schwarzen Buchstaben als die "andere Art von Information", nämlich die geistige Bedeutung von kombinierten Buchstaben.

Dürrs Information ist physikalisch von Fredkins Computer, die Buchstaben sind "nur" Buchstaben in unserem Gehirn und somit Informationen als geistige Produkte von Wesen mit Bewusstsein, die in ihrem Gehirn die andere Art von Information über die Bedeutung von Buchstaben und Worten gespeichert haben. Die Moleküle der Tinte haben nicht die geringste Ahnung von der Existenz der Buchstaben!