Hier der 1. Teil:
Human Nutrition Science 101 - Lecture #01 : "Do You Even Exist"? Den 3. Teil hatte ich oben schon verarbeitet:
Beitrag von Nemon (Seite 1)Ich habe den Inhalt stark verdichtet und auf das Kernthema reduziert. Wie die Überleitung in die sog. Ernährungswissenschaft erfolgt, zeigte sich oben schon beim Thema der Kalorien, ist hier aber auch in den Transkripts nachlesbar.

Human Nutrition Science 101 - Lecture #01 : "Do You Even Exist"?
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[Music] class thank you for joining me once again or if it's your first time here thanks for joining me i hope that your journey through this educational whirlwind provides you with everything that you were hoping for um the one thing it won't provide you with is the kind of videos i used to make here on youtube can't be doing that anymore apparently so we're gonna have to change our ways we just have to be a bit agile if you want to watch that other kind of stuff you can do that on other platforms
on which i also have channel in the meantime we're doing science and what we're going to do is we're going to do it properly from the ground up and the way i'm going to do that is i'm going to kick out every block every foundation block of everything that builds your view of reality probably most likely i'm going to kick out everything that you think exists everything that you think is real everything that you think is objectively true and show you how that it is actually in fact otherwise why am i doing that one because i want
you to start thinking critically as a scientist i want you to start challenging people who say things like uh science shows or we have good strong evidence that or any of those kind of things because as it turns out in reality it's not so actually especially people who are very very sure about themselves when they talk about what the science shows us with regard to human nutrition so that's why i'm doing it i'm kicking all the blocks out if that upsets you i'm sorry about that it's the way it is um
stick around though because there's a lot more coming after this when we start putting better blocks back in place upon which you can build the foundation of a much more rigorous fort or castle of knowledge about human nutrition science science in general as well and and probably make you a better well-rounded human being all together so big claims i know however i don't guarantee any of those things i'll do my best to provide them for you what i can tell you however right up front is that the biggest cause of not
achieving happiness in your life is failure to hit the like button and subscribe to my channel so if you take care of those a couple of things that will probably be a good start right so this is the first in my new lecture series my new course if you like this is called a human nutrition science 101 and the working concept really around this first lecture is really it's about how is it that we think we know so much when really we know so very little um this is a lecture about the nature the very nature of reality itself actually
the very most fundamental building blocks of of the universe and what we know about those etc that's a very long title so i thought i'd boil it down and just call it do you exist question mark aka what is matter all right so let's get started on that but before we do let's hear a little promotional bit of doings from our good friend the professor professor [Music] here is a listen i used to give to my postgrad research students on their first morning we have an overall figure made from two right triangles
these are sized five times two and seven times three and also two other identical but opposed irregular blocks as shown the overall figure is sized twelve times five and has a fixed area which we could calculate if i rearrange these puzzle parts into another configuration their area remains fixed oh it seems i have now proven myself a witch for i have undone reality itself seriously though explain this if you please okay excellent work as usual professor of course right so reality um do you exist
what's all this about anyway okay well our understanding has developed over most notably the the last hundred and fifteen hundred and twenty perhaps slightly longer years where we have now come to a point where we have a pretty good working theory of the nature of reality the constituents of the universe what makes up every little thing in the universe um what makes up you and why well not why you are here but what is it that you are or are not actually in so being here or perhaps not being here as
the case may be um so let's go right back to the very beginning let's kick out it all the blocks just clear your mind and clear the slate of everything sit up straight pay attention stop throwing paper darts and just clear your mind of everything and make it a blank space entirely and imagine at the beginning of some people's favorite book where it says in the beginning there was nothing and then god said let there be light or something like that um the story here is not that far removed really and it does require
some leaps of faith really for people who think that their experience of the world has provided them with some surety about some facts like if i said to you dear viewer do you even exist are you an are you an actual thing are you composed of stuff matter you would say well of course i am um why would you even ask that that would seem ridiculous well let me explain to you why you should question it number one is because you should question everything questioning things is exactly how we do science
questioning science is even more scientific and in particular the way you do science is you question established science and you do everything that you possibly can to attempt to falsify it that's the whole point that's what we're paid to do as scientists uh however in today's society we are often discouraged quite forcibly in fact from raising our voices and saying anything of any kind of even perceived descent against established science uh when in fact that you know that's how you do science anyway that's for another
day right what are you made out of what is this stuff that makes up you well you are made up made up literally actually as it turns out you are made up of atoms of matter atoms of stuff okay an atom is the smallest unit of elemental substances in the universe as we understand it um hydrogen helium etc onwards down the periodic table and atom is a single piece of fundamental stuff so we thought anyway for for quite quite a long time until quantum theory came along and showed us otherwise but let's think about an atom
just for a moment how big is an atom of stuff okay well the diameter of one atom irrespective actually of which particular element that atom is they're all about the same size actually they're all about the same diameter overall and the overall diameter of an atom is a measurement of a length like a diameter which we refer to as an angstrom an angstrom is 10 to the power minus 10 meters okay so what is that well if you take a meter rule roughly analogous in size to a yard stick and you divide that meter rule into a
thousand even sections millimeters or thousandths of a yard if you like that is ten to the minus three meters take one of those millimeters and split it into a thousand equal segments that is a length of distance which is 10 to the minus six meters that is what we also call a micron it's also where we get the name of the piece of equipment that we look at things at that size and smaller and it's called a microscope a micron is about the limit of the human vision to detect that there is anything there at
all not that we could see any detail of something that's a micron at that size but we can see that it is there if we've got good eyesight that is um about the limit of human vision there 10 to the minus 6 meters all right if we took that micron and we divided that micron into a thousand equal segments each one of those will be one to the minus nine meters across or in length if you like okay an angstrom being one to the minus 10 meters is one tenth of one of those so it's like really really inconceivably small beyond our ability
to conceive of on an everyday scale of being anything of any kind of utility we know that atoms do exist we know that they behave in exactly the way that we would predict that they might behave based on the way that we have modeled the things crudely we've made some attempts at actually viewing one using an electron microscope type thing or a kind of an image if you like of one has been kind of proposed but nobody's ever actually seen one however they're there they're real they do exactly what they would be expected to
do very predictably pretty good model all right good so that's the width of an atom one times t uh one to the power minus 10 meters across now that distance is the distance across the outermost or valence electron shell sometimes called an electron cloud which it really isn't a cloud sometimes called an electron orbital and it really isn't one of those because electrons don't orbit um i'm going to use the term shell valence electron shell so usually again irrespective of what atom it is generally
the outer electron shell tends to be at about the diameter that we've been talking about around about uh 1 to the minus 10 meters okay um obviously more electron shells you'd think it would the the the size of the atom would get bigger and bigger but also the nucleus where most of the mass is in in an atom gets bigger and bigger as you get more and more electrons that's why it's got more and more electrons and as such it has more pulling power of those electrons and pulls them in closer so you actually end up with
about the same size 1 to the minus 10 meters okay this nucleus that i'm talking about the nucleus contains depending on which element it is a number of protons positively charged electrochemically charged things and neutrons electrochemically neutral things both protons and neutrons have mass and that mass is roughly 2 000 times the mass of an electron so the vast majority of the mass in an atom is in the nucleus and not in the electron cloud or shells or orbitals that surround that nucleus okay
um the diameter of the nucleus of an atom for the largest the largest of the elements with multiple electrons and neutron and up electrons protons and neutrons uh the nucleus diameter is around about 10 to the minus 14 10 to the minus 14 meters so what is that with respect to our original angstrom well it's 10 000 times smaller than the electron orbital so you've got an electron orbital with a nucleus in the middle that's 1 10 000 the size diameter okay that's what you've got now that's um that's in the bigger the bigger elements
with the more protons and neutrons single protons and neutrons have a diameter around about 1 to the minus 15 meters which is is a hundred thousand times smaller than the electron shell orbital cloud so you have an electron orbital cloud shell and you have a nucleus which is one one hundred thousandth the size of that and almost all the stuff the mass that's in that atom is in that one hundred thousandths of that space okay so let's go with an analogy to give us some kind of idea of that um if the atom diameter was a mile
across which is 1.6 kilometers for those that speak the new money then the nucleus size at 1 100 000 let's say it's a an atom of hydrogen then that that proton in the middle of that hydrogen atom would be 1.6 centimeters diameter out of a mile okay which works out to about 0.64 of one inch if you speak the old money okay so that tells us that almost all the staff almost all the matter is in a tiny tiny space right in the middle of this massive relatively massive area okay now next point of interest electrons
have mass and we'll talk about mass in a bit so we'll describe what that is don't panic in the meantime all you need to know is that electrons nominally taught to not to think of it this way but to give you some kind of analogy you could weigh an electron that has a weight in which you can express uh in kilograms if you want to it's not expressed that way generally because of the way the math is done it's expressed as a number of electron volts the mass of an electron that's for another day though don't worry about it
okay anyway it's a very very very very very close to zero weight but nonetheless it has a weight it has mass so you might think well therefore it is stuff because stuff has a weight except you'd be wrong because electrons have the exact spatial dimensions x y and z of none none at all they are a point particle stuff has to have a physical presence electrons do not qualify as having a physical presence because they take up no space in our four-dimensional space-time none at all so that electron shell of a
mile wide is actually empty space and the only way it interacts with other atoms of anything is by interactions between electrons which i'll talk a bit more about at some point should it become appropriate for me to do so all right so there's no actual stuff there at all so all the stuff therefore is in the nucleus that tiny little thing right in the middle that minuscule little thing right in the middle okay um protons and neutrons are given a spatial extent i've just given it to you i've said it's
a proton and a neutron are both around about 1 to the minus 15 meters across and the bigger elements with more of those clumped together the whole nucleus is about one to the minus 14 across um that's what it is pretty much however what are protons and neutrons made out of what stuff is there that weighs almost all the weight that's there well as it turns out protons and neutrons are made of quarks and quarks are also point particles with no spatial extent none at all they in fact take up no actual
space they do exclude however electrons to a certain distance because of the strength of their positive electrochemical charge and they do exclude other nuclei of matter because other nuclei of other matter have positive electrochemical charges hmm right so that's how stuff is said to take up space but there is no stuff there is no matter there is nothing that actually has a spatial dimension you perceive yourself and others and all other things to have a spatial dimension in the thing that we perceive
ourselves to live in space time a four-dimensional fabric made up of quantum fields apparently [Music] but that's not a reality that's a perception reality requires actual stuff to actually exist and you don't oh dear idea all right so typically classically matter is defined as that which has mass so by that definition a football has mass a cricket ball has mass an anvil has mass a person has mass people are made of atoms atoms have mass all of those things are stuff they're all physical materials even
though none of them are physical materials because none of them take up any space at all because space itself seems to be a construct seems to be an illusion in which we think we live okay right mass in fact is not a measurement of amount of stuff because there is no stuff mass is actually consequential to another thing called inertia and in fact it is also the means by which we interpret what mass is by looking at the inertia of a body of stuff okay inertia is the resistance to change in momentum how much force do we have to
apply to a thing to get it to change its state of movement in space time from what it's doing to doing something different from that and it's that thing that tells us what it weighs what its mass is the way we interpret it as having a weight the thing that our muscles is working against all all things that are made up all perceptions none of them reality because there is as i said no stuff okay so fine then what is inertia inertia is again a construct because it's about the apparent resistance of apparent
staff apparent things made of apparent matter to change their apparent movement through an apparent fabric of space and time none of which can be objectively shown to exist at all okay inertia can take any value below infinity for a given body of stuff why can inertia not be defined as infinity or perceived as infinity well because inertia is the thing that causes us to perceive that something has mass if something had infinite inertia infinite resistance to change in momentum then we would also perceive it to have
infinite mass and anything with infinite mass would draw all other things in the universe to it immediately by the force of gravity which we also know is a thing that acts between any two bits of mass and we know that doesn't happen we've made estimates of the mass of the universe the weight of the universe if you like and it's very very very very very large indeed but nowhere near infinity because it doesn't matter how large your number is if it's not infinity it's nowhere near infinity so there's your proof for the fact that
inertia has to be below infinity for any given body of stuff or mass good okay um any object object or thing which has no capacity to change its observable speed velocity um is in fact not moving at all photons are an example of this photons do not move photons connect two points and one's relative experience of space-time from their inertial frame of reference and we perceive a photon to have left one place at one time and at some time later arrive at a different place and we perceive it to have traveled or
moved through space and time at a certain velocity that velocity is c the speed of light it is always the same for every observer in any inertial frame of reference however from the frame of reference of the photon itself it connects those two positions in space time instantaneously because when something is moving at the speed of light which is actually not moving at all the spatial distance between any two points in the universe is truncated to such a degree as to be zero there is no distance ergo it takes
no time to move from position to position because positions do not exist from the point of view of the photon that's why we're often told when we see the light of a far distant star from thousands and thousands of light years away that we're actually looking at a picture of that star as it existed thousands and thousands of years ago today it would look quite different were we there and could look at it now because those photons took no time whatsoever to connect those two points in space-time it didn't move it isn't moving
it does not move it cannot move it is not stuff it is not matter it has no mass and that's what we measure its mass to be in fact zero all right so um why am i saying the photon is not moving between the far distance start and here well because movement requires time movement is translocation from one place to another place over a given period of time no time passed for that photon it did not move it cannot move ergo its resistance i guess to change in momentum is none well it's undefined or it's infinite
in which case it would have infinite mass and it doesn't have infinite mass so that's not right it must be undefined hmm interesting stuff isn't it so anyway let's get back to this momentum for actual stuff things that have mass and let's use a classic newtonian equation which is true to all intents and purposes at classical scales and in everyday life and that is that momentum is equal to a mass an amount of stuff that we can weigh and measure even though it's not there um multiplied by the velocity
in space time and our frame of reference that that thing is moving at pretty straightforward uh works to all intents and purposes it's never been proven wrong per say for for the context in which it is useful that is at the large macro scale however it breaks down when we get down to very very small things that have for example no spatial extent or even more confusingly no mass because i think with no spatial extent difficult to say where it is in fact impossible um you can take that one up with
um [Music] the uh the unsureness concept we can know a lot about the velocity of a particle and in so doing we give up any hope of accurately measuring its position or we can pin down its position very accurately in which case would give up any opportunity to know much about its velocity it's one of those weird quantum things sorry about that um anywho let's take the example of a photon which we've already spoken about a bit photon that has no mass actually from our relativistic frame of reference or
anybody else's frame of reference and in their reference of space time their their inertial frame uh and indeed the um the photon itself from its own frame of reference has no mass because mass is provided for by inertia and it has none because it's not moving and can't move so it doesn't have any mass so the newtonian equation won't work because it would be the momentum of a photon would be its mass which is zero times its velocity which is the speed of light and zero times the speed of light is zero ergo
a a photon cannot possibly have any momentum except jolly old einstein wrote a paper in 1905 about the photoelectric effect where he proved that that was not so because he was using photons of light to knock electrons out of orbitals and evolve electrical current and so doing oh dear so they do have momentum right so another sum had to be proposed and put together of what the momentum of a photon actually is for example and it was determined as being momentum is in this case equal to h which is a constant planck's constant as
it turns out divided by lambda where lambda is the wavelength of the photon in other words the momentum of a photon is determined by its wavelength and not by its speed because its speed is absolutely fixed both from its own frame of reference no speed at all and from everybody else's frame of reference as well no matter how they are moving and at what speed or where they are in the universe everybody agrees it's c okay so in other words it's not moving all right good so that's how that one all pans out
the momentum if you like of a photon is best described by its wavelength of the of the the wave function describing it okay good you can also apply this equation to other point particles that do have mass as well um when those particles are pushed to speeds close to the speed of light where the classic equations break down and more relativistic ones need to take over all right good okay so we've already established that because photons have no mass they are not things the reason that they have no mass is
because they have no inertia and the reason they have no inertia is because they do not interact with the higgs field it is the higgs field that gives things inertia okay the higgs field is the thing that causes a thing to have a relative or relativistic velocity less than exactly c that's what inertia is and it's that thing that causes us to perceive that that thing has a mass a heft a weight if you like a resistance to change in the momentum that it does indeed appear to us to be to be expressing okay
um so remember that inertia is the thing that provides for and is the cause of mass classically inertia was thought of as an intrinsic property of mass consequential to mass and mass was the bottom of of the rabbit hole there was nothing that explained what mass was or why mass was it was just mass is fundamental and its fundamental property is it has inertia it turns out to be actually 180 degrees the other way around inertia is the fundamental thing and it's because of the interaction of various quantum
fields with the higgs field it's a perception and not a reality and it's that perception that causes us to perceive the reality of mass when in fact mass is an illusion okay let's get back to mass for a moment as well mass when we talk about mass and physics we're talking about wrist mass okay wrist mass means the mass of something that is not moving relative to our inertial frame that's what that means uh given that you cannot bring a photon to rest because it doesn't move anyway um therefore its momentum is undefined and
its effective mass is none and that's why we perceive its mass to be none and measure its mass to be done and every single experiment that's ever been done has backed us up that its mass is none okay good it's all falling together isn't it lovely now of course none of this is actually really proof of anything it's just a simple intuitive way to see why it is that photons don't have any mass and other things do it's a series of equations it's a series of conceptualizations constructs fields quantum theory all of that what
you need to know is that every single test of quantum theory that has ever been experimentally undertaken has agreed with the theory it's at a level of agreement that's far above anything else in science it is a pretty watertight model it's something that is intuitively difficult to accept and understand as being anything to do with reality until you understand that your reality is itself an illusion actually and as such the rules of your reality have got nothing to do with the rules of the universe
and the mathematical descriptions of quantum theory are the things that are valid and robust and your view of reality is not i'm afraid sorry about that however if you want to get into and learn more about the robust and mathematical proofs of the lack of the photon rest mass and quantum theory itself and all of that look at uh look at symmetry theory which was put together by emily nerva way back when in i think about 1915 i think it was specifically with regard to the photon mass you need to study u1 gauge
symmetry from quantum electrodynamics and that will explain it to you mathematically or not uh probably not for most of you i wouldn't bother but that's where you find it if you want to all right good so mass ergo resistance to change in momentum which is what mass is is not a fixed thing either because remember we said rest mass something that's brought to risk and our frame of reference has a mass that we can measure okay if it's moving in our frame of reference it's its mass changes and it takes a certain amount of force
or energy to speed things up or slow things down because they have inertia isn't that amazing okay in relativistic calculations for example that means when we're talking about things moving at a much higher percentage of the speed of light to what we see in our everyday experience v the velocity of point particles like electrons that do have a mass tends to increase so the more you push an electron the more energy put into an electron the faster you make an electron move uh in space time the more energy is
required to get it to that uh to that speed if you like and that's not a straight line relationship as you might expect you might expect that the energy would be down here for one speed and up here for another speed and there'd be a straight line throughout the range of speeds not so actually it's a curve such that well i'll give you some numbers so that you can mull them over in your head if you had an electron at rest and you sped it up to 0.5 times the speed of light um that would cost you an input of of um
of energy of 7.83 times 10 to the fourth power electron volts which is also the way that we measure the weight of an electron because it's kilogram masses yeah all right let's say however we want to take an electron at rest and we want to accelerate it to 0.9 times the speed of light that's going to cost us 6.55 times 10 to the fifth power electron volts okay at 0.990 times the speed of light now it's 3.08 times 10 to the sixth power and if we want to accelerate it to 0.9999 times the speed of light that will cost
us 3.53 times 10 to the 7th power electron volts to get it there so the closer and closer something gets to the speed of light the more and more and more energy is required to push it that little bit further towards the sp excuse me the speed of light that's also the reason that objects things with mass cannot travel the speed of light because the energy to get them there is infinite and nothing has infinite resistance to momentum change infinite inertia because if it did it would have infinite mass and
there'd be nowhere else in the universe because everything would collapse in the co that's why the speed of light is an unattainable speed and it's the speed limit of the universe as we perceive it to be and it's actually no speed at all because a photon moving from place to place does not take any time to do that because it's not moving ah i hope this is going up your flagpoles i'm really enjoying myself never mind that's how it is okay so there's a bunch of stuff out there that has mass but actually is not stuff because it
doesn't have spatial extent it's not a physical thing it's point particles or collections of point particles that interact with different fields and cause different forces and those forces are attractive or repulsive or neither and that's the thing that gives things a sense of distance and spatial extent and all that kind of stuff the main things that we experience in our everyday life are the things that are important to us in our everyday life that are stuff because they have mass but are not things
because they don't have spatial extent ah protons neutrons and electrons okay um for an exhaustive list however of all the things that are stuff none of which sorry that are mass but none of which is stuff you'd have to look at the standard model of particle physics so go and do some study on that there's all sorts of other point particles that are not um the things that make up protons neutrons and electrons as well but none of those things are stuff they're all point particles there is no stuff stuff doesn't exist so
therefore uh neither do you all right so the take-home messages of this lesson were we started out with the question how is it that we're so very very sure about things from science and what science tells us and what science has established and and what experiments have told us about human nutrition and stuff well i'm just spelling all of that by kicking out the most basic block and saying well you don't even you can't even prove you exist so why are you telling why are you so sure about what you think science says
especially considering you clearly those of you who say that kind of thing have no idea what science even is or what it can and cannot achieve so the question was do you exist the answer is well apparently you perceive yourself to exist i think therefore i am i must be a real thing i must be a real phenomenon i must have some objective existence except that's wrong because objective was the key word there object means stuff matter there is no matter there are no things so in reality objectively what can we
say about your existence it isn't and neither are you so the only place you exist is in your own mind okay good and me and mine and collectively in all our minds we all think therefore we all are but in terms of objectively in terms of measurement of actual stuff none of us exist because stuff doesn't okay good i hope that is as clear as it possibly can be you are a being of energy um energy is a construct and therefore you too ergo your very existence uh is and are in effect constructs okay um is there any objective proof possible
that you exist no sorry it can't be done um we'll just have to go with what we can conceptually theorize on the basis of our mathematical interpretations of the universe and subject those predictions to observation to see if they match and they do for quantum theory so therefore unfortunately there's the answer to whether you exist or not and the answer is no sorry about that well yes and no i hope that's clarified things for you i'm sure that you're very glad you've spent the last 45 minutes with me learning
that the answer is yes and no that's going to be the answer to many many questions throughout this course by the way i'm just foreshadowing it so that you kind of get the idea that that's what's going to be happening sure okay um the that was the second take-home message really so the first take-home message was you apparently exist but there's no proof that you do that's point two point three is that although none of us exists literally or objectively we all exist apparently and in my view of reality
apparently most of us or some of us at least agree on a set of rules surrounding scientific decision making and we agree that it requires hypothesis testing via um observation of phenomena under discipline control and that doesn't exist in human nutrition science i'm afraid there is a lack of sufficient or acceptable randomization of populations at the outset populations that are selected are often not genetically identical homogeneous research twins they're invariably not separated at birth or even beforehand and locked
in to controlled lab situations and kept there their whole lives under observation and control for any confounds and all that kind of stuff often the statistical powering of such studies in human nutrition science is completely substandard the limitation of of all sorts of uncontrolled degrees of freedom that destroy the validity of decision making is almost impossible to achieve let alone even attempted in most studies and most studies that also want to talk about long-term health effects of various aspects of nutrition
are not of a long enough duration to be able to inform upon that so there you go we started out with do you even exist and we ended up with why is nutrition science as we know it not science at all but actually an area of ring fenced ideology personed largely by individuals with careers to protect bottom right hand corners to subserve funding sources to keep happy and nothing to do with science at all there you go hope this has been worthwhile i hope you stick around the channel it does lighten
up a bit it gets a bit less difficult to understand as we go along i just needed to kick all your blocks out first so that your minds are open to pretty much anything that i'm going to tell you going forward from here because you really do need an open mind to get your brain working the right way around the stuff so thanks for being here join me for lecture number two which is just called calories guess what that's about see you then but before you go let's hear a bit more from the professor about
something professor off you go and here is the answer to the curry's paradox poser the problem is you've probably assumed the overall figure is a right triangle i lead you to assume it the theta angles of right triangles five times two and seven times three are close but not exact the five two is 21.8 degrees while the seven three is 23.2 degrees the so-called hypotenuse of the overall figure is actually two sides with the vertex which falls inside where a straight hypotenuse line would actually run
in a 12 times 5 triangle this is not a triangle conclusion always check yourself for underlying assumption in your logic the easiest method is check don't assume [Music] [Applause] [Music] so [Applause] [Music] so [Music] [Music] you Vollständiges Transkript, unredigiert, auf Deutsch, von NoteGPT im
Spoiler
[Musik] Klasse, danke, dass ihr wieder dabei seid, oder falls ihr zum ersten Mal hier seid, danke, dass ihr reinschaut. Ich hoffe, dass euch diese Lernreise genau das bringt, was ihr euch erhofft habt. Was ihr hier aber nicht mehr bekommt, sind Videos wie die, die ich früher auf YouTube gemacht hab – scheinbar geht das nicht mehr. Also müssen wir unseren Stil ein bisschen ändern, ein bisschen flexibler werden. Wenn ihr den anderen Kram sehen wollt, geht das halt auf anderen Plattformen.
Worüber ich mittlerweile auch einen Kanal habe, ist Wissenschaft, und was wir vorhaben, ist das richtig von Grund auf anzugehen. Und wie ich das machen will: Ich werde jeden Baustein, jede Grundmauer von allem, was dein Weltbild ausmacht – wahrscheinlich wirklich alles, was du für existent hältst, für real oder für objektiv wahr – rauswerfen und dir zeigen, dass es tatsächlich anders ist. Warum? Ganz einfach, weil ich das will.
Ich will, dass du anfängst, kritisch wie ein Wissenschaftler zu denken. Fang an, Leute herauszufordern, die so Sachen sagen wie „Die Wissenschaft zeigt“ oder „Wir haben starke Beweise, dass...“ oder irgendwelche ähnlichen Sprüche. Denn in Wirklichkeit sieht das oft ganz anders aus – vor allem bei Leuten, die sich total sicher sind, wenn sie über Wissenschaft und Ernährung reden. Genau deshalb mach ich das. Ich räum da mal ordentlich auf. Wenn dich das stört, tut es mir leid, aber so ist es nun mal.
Bleib aber dran, denn da kommt noch viel mehr, wenn wir bessere Bausteine zurückbringen, auf denen du das Fundament für eine viel solidere Festung oder Burg aus Wissen über menschliche Ernährungswissenschaft bauen kannst – und ehrlich gesagt, über Wissenschaft im Allgemeinen. Und wahrscheinlich wirst du dadurch insgesamt auch ein besserer, vielseitigerer Mensch. Klingt nach großen Versprechen, ich weiß. Aber ich garantiere nichts davon, ich werde nur mein Bestes geben, dir das zu liefern. Was ich dir aber gleich vorneweg sagen kann, ist, dass der größte Grund für das Nicht...
Glücklich sein im Leben heißt, nicht den Like-Button zu drücken und meinen Kanal zu abonnieren. Wenn du dich um diese paar Sachen kümmerst, wäre das wahrscheinlich schon mal ein guter Anfang, oder? Das hier ist die erste Folge meiner neuen Vorlesungsreihe, mein neuer Kurs, wenn du so willst. Der heißt „Human Nutrition Science 101“. Das Grundthema dieser ersten Folge ist eigentlich: Wie kommt es, dass wir denken, wir wissen so viel, obwohl wir in Wirklichkeit kaum was wissen? Diese Vorlesung geht echt um die Natur, um die wahre Natur der Realität selbst.
Die absolut grundlegendsten Bausteine des Universums und was wir darüber wissen, usw. Das ist ein ziemlich langer Titel, also hab ich ihn einfach auf „Existierst du?“ gekürzt, auch bekannt als „Was ist Materie?“ Okay, dann legen wir mal los. Aber bevor wir anfangen, hören wir uns noch kurz was Werbendes von unserem guten Freund, dem Professor, an. Professor [Musik]. Hier ist etwas, was ich meinen Doktoranden am ersten Morgen immer vorgespielt hab: Wir haben eine Gesamtfigur, die aus zwei rechtwinkligen Dreiecken besteht.
Die sind fünf mal zwei groß und sieben mal drei, und außerdem gibt’s noch zwei andere identische, aber spiegelverkehrte unregelmäßige Blöcke, wie man sieht. Die ganze Figur misst zwölf mal fünf und hat eine feste Fläche, die wir ausrechnen könnten. Wenn ich die Puzzleteile jetzt anders zusammenlege, bleibt die Fläche trotzdem gleich. Oh, anscheinend hab ich mich jetzt selbst als Hexe entlarvt, weil ich die Realität aufgehoben hab. Aber mal im Ernst, erklär das doch bitte. Okay, wie immer super Arbeit, Professor. Klar, also Realität... ähm, existierst du eigentlich?
Worum geht’s hier eigentlich? Also, unser Verständnis hat sich vor allem in den letzten 1.500, vielleicht sogar etwas länger, ziemlich entwickelt. Wir haben jetzt so etwas wie eine ziemlich gute Theorie darüber, was die Realität ausmacht, aus was das Universum besteht, aus was jedes kleine Teilchen im Universum besteht. Ähm, was dich ausmacht und warum – na ja, nicht warum du hier bist, sondern was du eigentlich bist oder eben auch nicht. Also, hier zu sein oder vielleicht auch nicht hier zu sein, sozusagen.
Also, kommen wir ganz am Anfang zurück. Räum alles aus dem Kopf, mach den Geist frei und fang ganz neu an. Setz dich gerade hin, hör auf, mit Papierfliegern rumzuwerfen, und mach deinen Kopf komplett leer, so als wär’s ein weißes Blatt. Stell dir vor, wie am Anfang von manchen Lieblingsbüchern steht: „Am Anfang war… nichts“, und dann sagt Gott so was wie: „Es werde Licht.“ So ähnlich läuft die Geschichte hier auch, gar nicht so weit davon entfernt, und es ist wichtig, das zu kapieren.
Manchmal muss man einfach mal springen, besonders für Leute, die glauben, dass ihre Erfahrungen mit der Welt ihnen Sicherheit über bestimmte Fakten geben. Wenn ich dich, lieber Zuschauer, fragen würde: „Existierst du überhaupt? Bist du wirklich ein reales Ding, bestehst du aus Materie?“ Dann würdest du wahrscheinlich sagen: „Klar, bin ich! Warum fragst du das? Das klingt doch total bescheuert.“ Aber lass mich dir erklären, warum du genau das hinterfragen solltest. Erstens: Du solltest alles hinterfragen. Fragen stellen ist genau das, was Wissenschaft ausmacht.
Wissenschaft zu hinterfragen ist eigentlich noch wissenschaftlicher. Besonders der Weg, wie man Wissenschaft betreibt, besteht darin, die etablierte Wissenschaft zu hinterfragen und alles Mögliche zu tun, um sie zu widerlegen – genau darum geht’s! Dafür sind wir als Wissenschaftler bezahlt. Aber in der heutigen Gesellschaft wird uns oft ziemlich stark davon abgeraten, auch nur im Geringsten Kritik an der etablierten Wissenschaft zu äußern. Dabei ist genau das eigentlich das Wesen von Wissenschaft. Aber das ist ein anderes Thema.
Also, was bist du eigentlich? Woraus bist du gemacht? Woraus besteht das Zeug, das dich ausmacht? Naja, faktisch bist du ja aus Atomen zusammengesetzt. Atome sind Teilchen von Materie, also Zeug. Ein Atom ist die kleinste Einheit eines Elements, so wie wir das im Universum verstehen – Wasserstoff, Helium und so weiter, die ganze Reihenfolge im Periodensystem. Ein Atom ist also ein einzelnes, grundlegendes Teilchen, oder zumindest dachten wir das lange Zeit, bis die Quantenphysik kam und uns zeigte, dass das nicht ganz stimmt. Aber lass uns mal über so ein Atom nachdenken.
Mal kurz, wie groß ist eigentlich ein Atom von so nem Zeug? Also, der Durchmesser von einem Atom, ganz egal, um welches Element es sich handelt, ist ungefähr gleich groß, so ziemlich alle haben ungefähr den gleichen Durchmesser. Und dieser Durchmesser wird mit einer Längeneinheit gemessen, die man „Ångström“ nennt. Ein Ångström ist 10 hoch minus 10 Meter. Okay, was heißt das jetzt? Wenn du dir ein Metermaß nimmst, so ähnlich wie ein Yardstick, und das in ganz viele kleine Teile teilst...
Tausendstel Millimeter oder tausendstel Yard, wenn du’s so sagen willst, das sind 10 hoch minus drei Meter. Nimm so ein Millimeter und teile ihn in tausend gleiche Teile – das ist eine Länge von 10 hoch minus sechs Metern. Das nennen wir auch ein Mikrometer, oder einfach Mikron. Davon stammt auch der Name von dem Gerät, mit dem wir Dinge in der Größe oder noch kleiner anschauen, nämlich dem Mikroskop. Ein Mikron ist ungefähr die Grenze dessen, was das menschliche Auge gerade noch so erkennen kann.
Also, nicht dass wir da irgendein Detail erkennen könnten, wenn was nur ’nen Mikron groß ist, aber wir können sehen, dass’s da ist, wenn wir gute Augen haben. Das ist ungefähr die Grenze vom menschlichen Sehen, so 10 hoch minus 6 Meter. Okay, wenn wir diesen Mikron jetzt noch in tausend gleiche Teile aufteilen, ist jedes davon ein Nanometer, also 10 hoch minus 9 Meter lang oder breit, wie du magst. Ein Angström ist dann 10 hoch minus 10 Meter, also ein Zehntel von so einem Nanometer, also wirklich verdammt winzig, viel kleiner, als wir uns überhaupt vorstellen können.
Wenn man im Alltag darüber nachdenkt, irgendwas Nützliches zu sein, wissen wir, dass Atome existieren. Wir wissen, dass sie sich genau so verhalten, wie wir es vorhersagen würden, basierend darauf, wie wir sie modelliert haben. Grob gesagt haben wir versucht, eins mit so’m Elektronenmikroskop oder so Ähnlichem anzuschauen, oder man hat so ’n Bild davon vorgeschlagen, aber wirklich gesehen hat’s noch keiner. Trotzdem sind sie da, echt, und sie machen genau das, was man von ihnen erwartet.
Also, das ist ziemlich vorhersehbar ein ganz gutes Modell, alles klar. Das ist die Breite eines Atoms, also ungefähr eins mal zehn hoch minus zehn Meter. Und diese Entfernung ist die Distanz über die äußerste, also Valenzelektronen-Schale – manchmal auch Elektronenwolke genannt, was sie eigentlich gar nicht ist, oder manchmal Elektronenorbitale, aber das stimmt auch nicht so ganz, weil Elektronen ja nicht wirklich umkreisen. Ich werde den Begriff Schale benutzen, also Valenzelektronenschale. Und normalerweise ist das, egal um welches Atom es geht, im Grunde gleich.
Die äußerste Elektronenschale liegt ungefähr bei dem Durchmesser, über den wir gesprochen haben, also so ungefähr bei 1 mal 10 hoch minus 10 Metern, okay? Klar, je mehr Elektronenschalen man hat, denkt man, dass das Atom immer größer wird. Aber gleichzeitig wird auch der Atomkern, wo der Großteil der Masse drinsteckt, größer, je mehr Elektronen da sind. Deshalb hat so ein Atom auch mehr Elektronen und dadurch eine stärkere Anziehungskraft, die die Elektronen näher an den Kern zieht. Am Ende hat man also...
Ungefähr in der Größe von 10 hoch minus 15 Metern, also etwa gleich groß. Der Kern, von dem ich spreche, enthält je nach Element eine bestimmte Anzahl von Protonen, die positiv geladen sind, und Neutronen, die neutral sind. Sowohl Protonen als auch Neutronen haben Masse, und diese Masse ist ungefähr 2000-mal größer als die eines Elektrons. Also steckt der größte Teil der Masse eines Atoms im Kern und nicht in der Elektronenhülle oder den Bahnen, die den Kern umgeben.
Also, der Durchmesser des Atomkerns, selbst bei den größten Elementen mit mehreren Elektronen, Neutronen und Protonen, liegt ungefähr bei 10 hoch minus 14 Metern. Was heißt das im Vergleich zu unserem ursprünglichen Angström? Der Kern ist also etwa 10.000 Mal kleiner als die Elektronenhülle. Du hast also die Elektronenhülle, und in der Mitte liegt der Kern, der nur ein Zehntausendstel davon groß ist – so in etwa. Und das gilt vor allem für die schwereren Elemente.
Also, Protonen und Neutronen haben so ungefähr einen Durchmesser von 1 mal 10 hoch minus 15 Metern, was hunderttausendmal kleiner ist als die Elektronenhülle. Du hast also eine Elektronenhülle und einen Atomkern, der nur ein Hunderttausendstel von der Größe dieser Hülle hat. Und fast die ganze Masse dieses Atoms steckt in diesem winzigen Hunderttausendstel Raum. Okay, nehmen wir mal eine Analogie, um das besser zu verstehen: Wenn der Atomdurchmesser eine Meile wäre...
Die Strecke beträgt 1,6 Kilometer, wenn man vom neuen Geld spricht. Die Größe des Kerns bei 1.100.000, sagen wir, es ist ein Wasserstoffatom. Dann hätte das Proton in der Mitte dieses Wasserstoffatoms einen Durchmesser von 1,6 Zentimetern auf einer Meile, was ungefähr 0,64 Zoll entspricht, wenn man vom alten Geld spricht. Das zeigt uns, dass fast die ganze Masse, fast die gesamte Materie, in einem winzig kleinen Bereich genau in der Mitte dieses relativ massiven Bereichs steckt. Okay, nächster Punkt: Elektronen.
Sie haben Masse, und wir reden gleich noch darüber. Wir erklären, was das ist – keine Panik. Für den Moment reicht es, zu wissen, dass Elektronen normalerweise nicht so betrachtet werden, aber um dir eine Vorstellung zu geben: Du könntest ein Elektron quasi wiegen, also sein Gewicht in Kilogramm angeben, wenn du willst. Man macht das aber normalerweise nicht so, weil die Mathematik anders funktioniert. Stattdessen wird die Masse in Elektronenvolt angegeben. Aber das ist ein Thema für später, mach dir da erstmal keine Sorgen.
Okay, also das wiegt zwar quasi null, aber trotzdem hat es ein Gewicht, es hat Masse. Du könntest denken, na klar, das ist also Zeug, weil Zeug ja ein Gewicht hat. Aber da liegst du falsch, denn Elektronen haben in Bezug auf ihre räumlichen Dimensionen x, y und z genau null, gar nichts. Sie sind Punktteilchen. Zeug muss aber eine physische Präsenz haben, Elektronen zählen da nicht dazu, weil sie in unserem vierdimensionalen Raum-Zeit-Kontinuum keinen Platz einnehmen, überhaupt keinen. Also diese Elektronenschale von ’nem...
Eine Meile breit ist eigentlich leerer Raum, und die einzige Art, wie es mit anderen Atomen oder irgendwas interagiert, ist durch Wechselwirkungen zwischen Elektronen, worüber ich später noch ein bisschen mehr erzählen werde, falls das mal Sinn macht. Also, da ist gar kein richtiges Zeug drin. Das ganze Zeug steckt im Kern, diesem winzig kleinen Ding genau in der Mitte. Protonen und Neutronen haben eine räumliche Ausdehnung, hab ich dir gerade gesagt.
Ein Proton und ein Neutron sind beide ungefähr 1 mal 10 hoch minus 15 Meter groß, und bei den größeren Elementen, wo mehr davon zusammenklumpen, ist der ganze Kern etwa 1 mal 10 hoch minus 14 Meter groß, so ungefähr. Aber woraus bestehen Protonen und Neutronen eigentlich? Was macht fast das ganze Gewicht aus? Nun, Protonen und Neutronen bestehen aus Quarks, und Quarks sind ebenfalls Punktteilchen ohne räumliche Ausdehnung – also wirklich gar keine. Sie nehmen tatsächlich keinen Platz ein.
Elektronen stoßen sie zwar bis zu einem gewissen Abstand ab, wegen ihrer starken positiven elektochemischen Ladung, und sie stoßen auch andere Atomkerne ab, weil die ja auch positive elektochemische Ladungen haben, genau. So sagt man also, dass Dinge Raum einnehmen. Aber eigentlich gibt’s da nichts Greifbares, keine Materie, nichts, das wirklich eine räumliche Ausdehnung hat. Du nimmst dich selbst, andere und alles andere räumlich wahr, aber das ist nur das, was wir eben so wahrnehmen.
Wir leben in Raum und Zeit, so ’nem vierdimensionalen Geflecht aus Quantenfeldern, irgendwie so [Musik]. Aber das ist nicht wirklich real, das ist nur ’ne Wahrnehmung. Realität bedeutet, dass richtiges Zeug wirklich existiert – nicht bloß ’ne Idee. Also, klassisch gesehen hat Materie Masse. Nach der Definition hat ’n Fußball Masse, ’n Cricketball hat Masse, ein Amboss hat Masse, ein Mensch hat Masse. Menschen bestehen aus Atomen, Atome haben Masse. All das ist Zeug, alles ist physische Materie.
Obwohl keins davon physische Materialien sind, weil keins von ihnen überhaupt Platz einnimmt, weil Raum selbst irgendwie ein Konstrukt zu sein scheint, eine Illusion, in der wir denken zu leben, okay? Masse ist eigentlich keine Messung von der Menge an Zeug, weil es kein „Zeug“ gibt. Masse hängt tatsächlich mit was anderem zusammen, das man Trägheit nennt, und eigentlich ist Masse auch nur das, was wir daraus ableiten, wenn wir die Trägheit eines Körpers betrachten, okay? Trägheit ist der Widerstand dagegen, dass sich der Impuls ändert – also wie viel Kraft wir aufwenden müssen.
Man wendet eine Kraft auf einen Gegenstand an, um seinen Bewegungszustand im Raum-Zeit-Kontinuum zu verändern, also dass er aufhört, das zu tun, was er gerade tut, und etwas anderes macht. Genau das sagt uns, wie schwer er ist, was seine Masse ist – also wie wir das Ganze als Gewicht wahrnehmen. Es ist das, woran unsere Muskeln ziehen. Alles, was wir wahrnehmen, besteht aus solchen Dingen, aber nichts davon ist wirklich Realität, weil es – wie gesagt – keine „Materie“ in dem Sinne gibt. Okay, also was ist dann Trägheit? Trägheit ist wieder so ein Konstrukt, weil es sich auf den scheinbaren Widerstand gegen eine vermeintliche Veränderung bezieht.
Sachen, die aus scheinbarer Materie bestehen, ändern ihre scheinbare Bewegung durch ein scheinbares Geflecht aus Raum und Zeit, von denen nichts objektiv nachgewiesen werden kann. Okay, Trägheit kann für einen bestimmten Körper jeden Wert unter unendlich annehmen. Warum kann Trägheit nicht als unendlich definiert oder wahrgenommen werden? Weil Trägheit das ist, was uns dazu bringt zu merken, dass etwas Masse hat. Wenn etwas unendliche Trägheit hätte, also unendlichen Widerstand gegen Änderung seines Impulses, dann würden wir das auch so wahrnehmen.
Unendliche Masse und alles, was unendliche Masse hätte, würde sofort alle anderen Sachen im Universum durch die Schwerkraft anziehen. Die Schwerkraft ist ja bekanntlich eine Kraft, die zwischen zwei Massen wirkt. Aber wir wissen, dass das nicht passiert. Wir haben Schätzungen zur Masse vom Universum gemacht, also zum „Gewicht“ vom Universum, wenn man so will, und das ist zwar riesig, wirklich riesig, aber bei weitem nicht unendlich. Denn egal, wie groß deine Zahl ist, wenn sie nicht unendlich ist, ist sie eben nicht unendlich. Das ist also dein Beweis dafür, dass...
Trägheit muss für jeden beliebigen Körper oder jede Masse endlich sein, klar. Jedes Objekt oder Ding, das seine beobachtbare Geschwindigkeit nicht ändern kann, bewegt sich eigentlich gar nicht. Photonen sind ein Beispiel dafür. Photonen bewegen sich nicht, sie verbinden zwei Punkte und die relative Erfahrung von Raum-Zeit aus ihrem trägen Bezugssystem. Für uns sieht es so aus, als ob ein Photon an einem Ort zu einer bestimmten Zeit gestartet ist und später an einem anderen Ort ankommt, und wir nehmen wahr, dass es gereist ist.
Bewegt sich durch Raum und Zeit mit einer bestimmten Geschwindigkeit – diese Geschwindigkeit ist c, die Lichtgeschwindigkeit. Sie ist für jeden Beobachter in jedem Inertialsystem immer gleich. Aus der Perspektive des Photons selbst verbindet es jedoch diese beiden Positionen in Raum und Zeit sofort, weil wenn etwas mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs ist, es eigentlich gar nicht wirklich reist. Die räumliche Entfernung zwischen zwei Punkten im Universum schrumpft so stark, dass sie quasi null ist – es gibt keine Entfernung, ergo dauert es nichts.
Kein Zeit, um von einer Position zur anderen zu wechseln, weil aus der Sicht eines Photons Positionen gar nicht existieren. Deshalb sagt man oft, wenn wir das Licht eines Sterns sehen, der tausende von Lichtjahren entfernt ist, dass wir eigentlich ein Bild dieses Sterns sehen, wie er vor tausenden von Jahren war. Heute würde er ganz anders aussehen, wenn wir dort wären und ihn jetzt anschauen könnten, weil diese Photonen null Zeit gebraucht haben, um die zwei Punkte in Raum und Zeit zu verbinden. Sie sind nicht gereist, sie reisen nicht.
Es bewegt sich nicht, es kann sich nicht bewegen, es ist keine Materie, kein Stoff, es hat keine Masse – und genau das messen wir tatsächlich: seine Masse ist null. Also, warum sage ich, dass das Photon nicht zwischen dem Startpunkt weit weg und hier hin bewegt? Weil Bewegung Zeit braucht. Bewegung heißt, von einem Ort zum anderen in einer bestimmten Zeitspanne zu wechseln. Für dieses Photon ist keine Zeit vergangen, es hat sich nicht bewegt, es kann sich nicht bewegen. Deshalb hat es wohl keinen Widerstand gegen eine Änderung seines Impulses – besser gesagt, der ist undefiniert oder unendlich.
In dem Fall hätte es unendliche Masse, und das hat es nicht, also stimmt das nicht. Es muss also undefiniert sein. Hm, interessant, oder? Aber egal, kommen wir zurück zum Impuls bei echten Sachen, also Dingen mit Masse. Nehmen wir die klassische newtonsche Formel, die im Alltag und bei normalen Größen eigentlich immer gilt: Impuls ist gleich Masse – also die Menge an Zeug, die man wiegen und messen kann, auch wenn sie nicht da ist – multipliziert mit der Geschwindigkeit.
Im Raum und in unserer Bezugsebene bewegt sich das Ding ziemlich geradlinig, das funktioniert im Grunde genommen immer, es wurde nie wirklich widerlegt – zumindest da, wo es nützlich ist, also auf der großen, makroskopischen Ebene. Aber es versagt total, wenn wir zu richtig winzigen Dingen kommen, die zum Beispiel keine räumliche Ausdehnung haben oder, was noch merkwürdiger ist, keine Masse. Weil, ohne räumliche Ausdehnung ist es schwer zu sagen, wo das eigentlich ist, eigentlich unmöglich. Damit kannst du dich gerne selbst rumschlagen.
Also, ähm, das mit der Unschärfe – wir können ziemlich genau wissen, wie schnell ein Teilchen ist, aber dann vergessen wir komplett, wo es genau ist. Oder wir wissen genau, wo es ist, geben dafür aber auf, irgendwas über seine Geschwindigkeit rauszufinden. So’n komisches Quanten-Ding halt, sorry dafür. Wie auch immer, nehmen wir zum Beispiel ein Photon, darüber haben wir ja schon ein bisschen geredet – so ein Photon hat eigentlich keine Masse, zumindest wenn man das aus unserer relativistischen Sicht betrachtet.
Jeder andere Bezugspunkt und in deren Raum-Zeit-Referenz, also deren Inertialsystem, und tatsächlich hat das Photon selbst aus seinem eigenen Bezugssystem keine Masse, weil Masse durch Trägheit definiert wird und es keine hat, da es sich nicht bewegt und sich auch nicht bewegen kann. Deshalb hat es keine Masse. Die newtonsche Gleichung funktioniert also nicht, weil der Impuls eines Photons dessen Masse mal Geschwindigkeit wäre, also null mal Lichtgeschwindigkeit, und null mal Lichtgeschwindigkeit ist null, ergo...
Ein Photon kann unmöglich irgendeinen Impuls haben – außer, da war dieser gute alte Einstein, der 1905 eine Arbeit über den Photoelektrischen Effekt geschrieben hat, in der er bewiesen hat, dass das nicht stimmt. Er hat nämlich Photonen benutzt, um Elektronen aus ihren Bahnen zu schlagen und so einen elektrischen Strom zu erzeugen. Also, oh je, sie haben doch Impuls, oder? Also musste eine neue Formel her, die beschreibt, wie der Impuls eines Photons eigentlich aussieht. Zum Beispiel wurde festgestellt, dass der Impuls in diesem Fall gleich h ist, wobei h das Plancksche Wirkungsquantum, also eine Konstante, ist.
Es stellt sich raus, dass man durch Lambda teilt, wobei Lambda die Wellenlänge des Photons ist. Anders gesagt: Der Impuls eines Photons hängt von seiner Wellenlänge ab und nicht von seiner Geschwindigkeit, weil die Geschwindigkeit absolut festgelegt ist – sowohl aus der eigenen Perspektive des Photons, wo es gar keine Geschwindigkeit hat, als auch aus der Sicht von allen anderen, egal wie die sich bewegen, wie schnell sie sind oder wo sie im Universum gerade sind. Alle sind sich einig, dass die Geschwindigkeit c ist, okay? Anders gesagt, es bewegt sich gar nicht, alles klar. So läuft das also.
Der Impuls eines Photons lässt sich am besten durch seine Wellenlänge der Wellenfunktion beschreiben, die es beschreibt, klar? Gut, diese Gleichung kann man auch auf andere Teilchen mit Masse anwenden, wenn die Geschwindigkeiten nahe an der Lichtgeschwindigkeit liegen, wo die klassischen Gleichungen versagen und relativistische her müssen. Alles klar? Gut. Wir haben ja schon festgestellt, dass Photonen keine Masse haben, also keine „Dinge“ im klassischen Sinn sind. Der Grund, dass sie keine Masse haben, ist...
Weil sie keine Trägheit haben, und der Grund, warum sie keine Trägheit haben, ist, dass sie nicht mit dem Higgs-Feld wechselwirken. Das Higgs-Feld ist nämlich das, was Dingen Trägheit gibt. Genau, das Higgs-Feld sorgt dafür, dass ein Ding eine relative Geschwindigkeit kleiner als genau c hat – das ist Trägheit. Und genau das lässt uns wahrnehmen, dass das Ding eine Masse hat, ein Gewicht, sozusagen einen Widerstand gegen eine Änderung seines Impulses, das wir eben tatsächlich so wahrnehmen.
Also, merk dir: Trägheit ist das, was Masse ermöglicht und verursacht. Klassisch wurde Trägheit als eine grundlegende Eigenschaft der Masse gesehen – Masse war sozusagen der Ausgangspunkt, das Ende der Fahnenstange. Es gab keine Erklärung dafür, was Masse eigentlich ist oder warum sie existiert, Masse war einfach fundamental, und ihre Haupt-Eigenschaft war eben Trägheit. Tatsächlich ist es aber genau andersrum: Trägheit ist das Grundlegende, und sie entsteht durch die Wechselwirkungen verschiedener Quanten.
Felder mit dem Higgs-Feld sind eher 'ne Wahrnehmung als 'ne echte Sache, und genau diese Wahrnehmung lässt uns die Realität der Masse spüren, obwohl Masse eigentlich 'ne Illusion ist. Okay, lass uns nochmal kurz auf Masse zurückkommen. Wenn wir in der Physik über Masse reden, meinen wir „Ruhemasse“. Ruhemasse heißt die Masse von etwas, das relativ zu unserem Bezugssystem nicht in Bewegung ist. Das bedeutet: Du kannst kein Photon zur Ruhe bringen, weil es sowieso immer unterwegs ist. Deshalb ist sein Impuls auch undefiniert.
Seine effektive Masse ist null, und deshalb nehmen wir seine Masse auch als null wahr und messen sie als null. Und jedes einzelne Experiment, das jemals gemacht wurde, bestätigt uns, dass seine Masse null ist. Okay, gut, das passt alles zusammen, ist das nicht schön? Natürlich ist das alles keine wirkliche Beweisführung, es ist nur eine einfache, intuitive Art zu verstehen, warum Photonen keine Masse haben und andere Dinge schon. Es ist eine Reihe von Gleichungen, eine Reihe von Konzepten, Konstruktionen, Feldern, Quanten-Theorie, all das.
Was du wissen musst, ist, dass jeder einzige experimentelle Test der Quantentheorie, der jemals gemacht wurde, mit der Theorie übereingestimmt hat – und zwar auf einem Niveau, das weit über allem anderen in der Wissenschaft liegt. Das ist ein ziemlich wasserdichtes Modell. Es ist etwas, das intuitiv schwer zu akzeptieren und zu verstehen ist, dass es irgendwas mit der Realität zu tun hat – bis du kapierst, dass deine Realität selbst eigentlich eine Illusion ist. Und deshalb haben die Regeln deiner Realität nichts mit den Regeln des Universums zu tun.
Und die mathematischen Beschreibungen der Quantentheorie sind das, was wirklich gültig und belastbar ist – deine Sicht auf die Realität leider nicht, tut mir leid. Wenn du dich aber richtig reinhängen willst und mehr über die starken, mathematischen Beweise für die fehlende Ruhemasse des Photons und die Quantentheorie an sich lernen willst, dann schau dir die Symmetrietheorie an, die Emily Noether vor langer Zeit, ich glaube so um 1915, entwickelt hat. Speziell was die Photonenmasse angeht, solltest du dich mit der U1 Eichsymmetrie beschäftigen.
Symmetrie aus der Quanten-Elektrodynamik – und das wird’s euch mathematisch erklären, oder auch nicht, wahrscheinlich für die meisten von euch eher nicht, ich würd’s mir nicht antun. Aber genau da findet man’s, wenn man will. Also, Masse, ergo Widerstand gegen Änderung des Impulses, also das, was Masse ist, ist auch keine feste Sache. Weil denkt dran, wir haben gesagt, die Ruhemasse, also die Masse in unserem Bezugssystem, ist die, die wir messen können. Wenn sich das Teil in unserem Bezugssystem bewegt, ändert sich seine Masse und es braucht eine gewisse Kraft.
Oder Energie, um die Sache schneller oder langsamer zu machen, weil sie Trägheit haben – ist das nicht krass? Okay, bei relativistischen Berechnungen bedeutet das zum Beispiel, wenn wir über Dinge sprechen, die sich mit einem viel höheren Prozentsatz der Lichtgeschwindigkeit bewegen als das, was wir im Alltag so sehen. Die Geschwindigkeit von Punktteilchen wie Elektronen, die eine Masse haben, nimmt tendenziell zu. Also je mehr du ein Elektron anschiebst, je mehr Energie du reinsteckst, desto schneller bewegst du das Elektron im Raum-Zeit-Kontinuum, desto mehr Energie ist drin.
Um das auf diese, ähm, Geschwindigkeit zu bringen, wenn du so willst, braucht’s nicht einfach nur 'ne lineare Steigerung, wie man vielleicht denken könnte. Du würdest ja erwarten, dass die Energie für eine Geschwindigkeit hier unten ist und für 'ne andere da oben, also 'ne gerade Linie über den ganzen Geschwindigkeitsbereich. Ist aber nicht so, tatsächlich ist das 'ne Kurve. Ich geb dir mal ein paar Zahlen, damit du mal drüber nachdenken kannst: Wenn du ein Elektron hast, das stillsteht, und du bringst es auf die Hälfte der Lichtgeschwindigkeit, dann kostet dich das 'nen gewissen Energieaufwand von...
Eine Energie von 7,83 mal 10 hoch 4 Elektronenvolt – so messen wir auch das Gewicht eines Elektrons, weil das in Kilogramm schwer ist. Okay, nehmen wir mal an, wir haben ein Elektron in Ruhe und wollen es auf 0,9-fache Lichtgeschwindigkeit beschleunigen, das kostet uns 6,55 mal 10 hoch 5 Elektronenvolt. Bei 0,990-facher Lichtgeschwindigkeit sind es dann 3,08 mal 10 hoch 6 und wenn wir es auf 0,9999-fache Lichtgeschwindigkeit bringen wollen, kostet das noch mehr.
Man braucht 3,53 mal 10 hoch 7 Elektronenvolt, um da hinzukommen. Je näher irgendwas an die Lichtgeschwindigkeit kommt, desto mehr Energie braucht man immer, um es noch ein bisschen weiter nach vorne zu bringen, eben in Richtung Lichtgeschwindigkeit. Genau deswegen können Objekte mit Masse nicht Lichtgeschwindigkeit erreichen, weil die Energie, die man bräuchte, unendlich wäre. Und nix hat unendlichen Widerstand gegen Bewegungsänderung, unendliche Trägheit, weil es sonst unendliche Masse hätte.
Es gäbe sonst nirgendwo im Universum einen Ort, weil sowieso alles im Schwarzen Loch zusammenstürzen würde. Deshalb ist Lichtgeschwindigkeit eine unerreichbare Geschwindigkeit und die Geschwindigkeitsgrenze des Universums, so wie wir es wahrnehmen. Und eigentlich ist es gar keine Geschwindigkeit, weil ein Photon, das von einem Ort zum anderen springt, dafür keine Zeit braucht – es bewegt sich ja nicht wirklich. Hoffe, du findest das spannend, ich hab jedenfalls richtig Spaß dabei. Na ja, so ist es eben. Da draußen gibt’s jede Menge Zeug mit Masse, das eigentlich gar kein „Zeug“ ist, weil...
Hat keine räumliche Ausdehnung, es ist kein physisches Ding, sondern Punktteilchen oder Ansammlungen von Punktteilchen, die mit verschiedenen Feldern interagieren und unterschiedliche Kräfte erzeugen. Diese Kräfte können anziehend, abstoßend oder weder das noch sein, und genau das gibt den Dingen ein Gefühl von Entfernung, räumlicher Ausdehnung und so weiter. Das Wichtigste, was wir im Alltag erleben, sind die Sachen, die für uns wichtig sind – also Dinge, weil sie Masse haben, aber eigentlich keine richtigen Dinge sind.
Weil sie keine räumliche Ausdehnung haben, äh, Protonen, Neutronen und Elektronen, okay. Für eine vollständige Liste all der Dinge, die Masse haben, aber keine „Sache“ sind, müsstest du dir das Standardmodell der Teilchenphysik anschauen. Mach dich da mal schlau. Da gibt's noch jede Menge andere Punktteilchen, die nicht die Bausteine von Protonen, Neutronen und Elektronen sind. Aber nichts davon ist „Sache“, das sind alles Punktteilchen. Materie im eigentlichen Sinne gibt es nicht.
Also, ähm, ihr auch nicht, klar? Die wichtigsten Erkenntnisse aus der Lektion waren: Wir haben angefangen mit der Frage, warum wir uns eigentlich so verdammt sicher sind, was die Wissenschaft sagt, was sie uns erzählt und was durch Experimente über Ernährung beim Menschen bewiesen wurde. Und ich bring das jetzt mal auf den Punkt, indem ich die grundlegendste Grundlage infrage stelle: Du kannst nicht mal beweisen, dass du überhaupt existierst. Also warum bist du dir so sicher, was du denkst, was die Wissenschaft sagt?
Vor allem, wenn man bedenkt, dass ihr, die so was sagt, keinen blassen Schimmer habt, was Wissenschaft eigentlich ist oder was sie kann und was nicht. Also, die Frage war: Existierst du? Die Antwort ist: Offenbar nimmst du dich selbst als existent wahr. „Ich denke, also bin ich.“ Ich muss also echt sein, ein echtes Phänomen, ich muss irgendwie objektiv existieren. Aber das stimmt nicht, denn „objektiv“ war das Schlüsselwort. Objekt heißt Zeug, Materie. Aber Materie gibt’s nicht, es gibt keine Dinge. Also, in Wirklichkeit, objektiv gesehen, was können wir denn?
Sag mal, zu deiner Existenz: Die gibt’s nicht, und dich auch nicht. Der einzige Ort, an dem du existierst, ist in deinem eigenen Kopf, klar? Gut. Ich und meins und wir alle zusammen, in unseren Köpfen, wir denken alle, also sind wir alle irgendwie da. Aber objektiv betrachtet, wenn man echte Dinge misst, existiert keiner von uns, weil Dinge eben so nicht funktionieren. Alles klar? Ich hoffe, das ist so klar wie möglich. Du bist ein Wesen aus Energie. Energie ist ’ne Konstruktion, und deshalb bist auch du eine Konstruktion. Deine Existenz ist im Grunde also nur ’n Konstrukt. Gibt’s da eigentlich irgendeinen objektiven Beweis für?
Dass du existierst? Nee, sorry, das klappt nicht. Wir müssen uns halt mit dem zufrieden geben, was wir konzeptionell theorieren können, basierend auf unseren mathematischen Interpretationen des Universums, und diese Vorhersagen dann beobachten, um zu sehen, ob sie stimmen – und das tun sie bei der Quantentheorie. Also, leider gibt’s darauf keine klare Antwort, ob du existierst oder nicht, und die Antwort ist: nein. Tut mir leid. Na ja, irgendwie ja und nein. Ich hoffe, das hat ein bisschen Klarheit gebracht. Ich bin sicher, du bist total froh, die letzten 45 Minuten mit mir verbracht zu haben, um das zu lernen.
Die Antwort ist also ja und nein – das wird dir bei vielen, vielen Fragen in diesem Kurs so gehen, nur damit du schon mal weißt, was auf dich zukommt. Okay, das war eigentlich schon die zweite wichtigste Botschaft. Die erste war: Du existierst anscheinend, aber Beweise dafür gibt’s keine. Und Punkt 2 und 3: Obwohl keiner von uns buchstäblich oder objektiv existiert, existieren wir anscheinend alle – zumindest aus meiner Sicht der Realität.
Anscheinend sind sich die meisten von uns — oder zumindest einige — darüber einig, dass es beim wissenschaftlichen Entscheiden bestimmte Regeln gibt. Und wir stimmen überein, dass das Hypothesentesten über Beobachtung von Phänomenen unter kontrollierten Bedingungen laufen muss. So was gibt es in der Ernährungswissenschaft leider nicht. Da fehlt schlicht die ausreichende oder akzeptable Zufallsverteilung von Probanden von Anfang an. Die ausgewählten Gruppen sind oft nicht genetisch identisch, keine homogenen Forschung-Zwillinge, die getrennt bei der Geburt oder sogar vorher voneinander isoliert wurden.
In kontrollierten Laborbedingungen eingesperrt und ihr ganzes Leben unter Beobachtung und Kontrolle, um irgendwelche Störfaktoren und so zu vermeiden – oft ist die statistische Power solcher Studien in der Ernährungswissenschaft beim Menschen total mangelhaft. Die Einschränkung all dieser unkontrollierten Freiheitsgrade, die die Aussagekraft der Ergebnisse zerstören, ist so gut wie unmöglich umzusetzen, geschweige denn wird das in den meisten Studien überhaupt versucht. Und das betrifft vor allem Studien, die langfristige Gesundheitseffekte verschiedener Ernährungsaspekte untersuchen wollen.
Das hält überhaupt nicht lange genug, um da wirklich was draus sagen zu können. Also, wir haben angefangen mit der Frage „Gibt es dich überhaupt?“, und am Ende fragen wir uns, warum Ernährungswissenschaft, so wie wir sie kennen, eigentlich keine Wissenschaft ist, sondern eher ein Bereich voll von festgefahrenen Ideologien. Dort dominieren vor allem Leute, die ihre Karrieren schützen wollen, sich hinten in den Ecken verstecken, Fördergelder absichern und damit zufrieden sind – und das hat mit echter Wissenschaft gar nichts zu tun. So, das war’s. Hoffe, das war für dich nützlich. Bleib gern am Kanal dran, das macht’s ein bisschen leichter.
Nach ein bisschen wird es etwas einfacher zu verstehen, je weiter wir kommen. Ich musste zuerst all eure Blockaden rausnehmen, damit eure Köpfe für so ziemlich alles offen sind, was ich euch von jetzt an erzähle. Denn ihr müsst echt mit offenem Geist rangehen, damit euer Gehirn richtig arbeitet bei dem Stoff. Also danke, dass ihr dabei seid! Kommt zur zweiten Vorlesung, die heißt einfach „Kalorien“. Rat mal, worum’s da geht. Bis dann! Aber bevor ihr geht, hören wir noch ein bisschen mehr vom Professor dazu.
Also, Professor, los geht's, hier ist die Antwort auf das Curry-Paradoxon-Problem: Du hast wahrscheinlich angenommen, dass die ganze Figur ein rechtwinkliges Dreieck ist. Ich hab dich dazu verleitet. Die Theta-Winkel der rechtwinkligen Dreiecke fünf zu zwei und sieben zu drei sind zwar nah beieinander, aber nicht genau gleich. Der Fünf-Zwei-Winkel ist 21,8 Grad, der Sieben-Drei-Winkel 23,2 Grad. Die sogenannte Hypotenuse der Gesamtfigur besteht eigentlich aus zwei Seiten mit dem Scheitelpunkt, der da drin liegt, wo die gerade Linie der Hypotenuse normalerweise verlaufen würde.
In einem 12-mal-5-Dreieck ist das kein Dreieck. Fazit: Überprüf immer deine eigenen Annahmen in deiner Logik. Die einfachste Methode ist: Prüfen, nicht vermuten. [Musik] [Applaus] [Musik] also [Applaus] [Musik] also [Musik] [Musik] du.
Die Natur der Materie: Warum das Universum verblüffend leer ist🎯 Die verblüffendsten Erkenntnisse auf einen BlickDie schwindelerregenden Dimensionen•
Atom-Durchmesser: 1 Ångström = 10⁻¹⁰ Meter•
Atomkern-Durchmesser: 10⁻¹⁴ bis 10⁻¹⁵ Meter (10.000-100.000x kleiner als das Atom)•
Verhältnis: Wäre das Atom 1,6 km groß, wäre der Kern nur 1,6 cm •
Resultat: 99,99% des Atoms = absolut leerer RaumDas Paradox der "Materie"•
Elektronen haben Masse, aber null Ausdehnung (dimensionslose Punkte im Raum)•
Quarks (Bausteine von Protonen/Neutronen) ebenfalls punktförmig (keine räumliche Ausdehnung)•
Fazit: Alle "Materie" besteht aus Teilchen, die keinen Raum einnehmen•
Die "Elektronenhülle" ist reiner leerer Raum mit Kraftfeldern zwischen PunktenMasse und Bewegung als Konstrukte•
Masse ≠ Grundeigenschaft, sondern Higgs-Feld-Wechselwirkung (Trägheit erzeugt Massenillusion)•
Photonen bewegen sich nicht wirklich (verbinden Raum-Zeit-Punkte ohne Zeitverlauf)•
Lichtgeschwindigkeit = Geschwindigkeit des Nicht-BewegtseinsDie radikale Konsequenz•
Keine Materie existiert objektiv – nur Energiefelder, Kräfte und Wahrscheinlichkeiten•
Raum-Zeit selbst = Wahrnehmungskonstrukt der zugrunde liegenden Quantenfelder•
Unsere "feste" Realität = kollektive Illusion von Kraftfeld-Wechselwirkungen
Einleitung: Die Illusion der RealitätWas, wenn alles, was Sie für real halten, tatsächlich eine Illusion ist? Bartholomew Kay beginnt seine Vorlesung mit einer provokanten These: Die fundamentalen Bausteine unserer Realität sind weitaus mysteriöser, als wir gemeinhin annehmen. Seine Reise durch die Physik der Materie führt uns in ein Universum, das zu 99,99% aus absolutem Nichts besteht – und in dem sogar die verbleibenden 0,01% nicht das sind, was sie scheinen.
Die moderne Quantenphysik stellt nicht nur unser intuitives Verständnis von Materie auf den Kopf, sondern zwingt uns zu der radikalen Erkenntnis, dass "Stuff" – feste, greifbare Substanz – möglicherweise überhaupt nicht existiert. Stattdessen leben wir in einer Realität aus Energiefeldern, mathematischen Wahrscheinlichkeiten und Kräften, die nur in unserer Wahrnehmung zu fester Materie werden.
Die unvorstellbare Leere des AtomsDimensionen jenseits der VorstellungskraftUm die wahre Natur der Materie zu verstehen, müssen wir uns zunächst die schwindelerregenden Größenverhältnisse vor Augen führen, die jenseits unserer alltäglichen Erfahrung liegen. Ein Atom hat einen Durchmesser von etwa einem Ångström – das sind 10⁻¹⁰ Meter. Diese Zahl ist so unvorstellbar klein, dass unser Gehirn schlichtweg nicht in der Lage ist, sie intuitiv zu erfassen.
Um diese Dimension dennoch zu begreifen, hilft eine schrittweise Verkleinerung: Stellen Sie sich einen Meterstock vor. Teilen Sie ihn in tausend gleiche Teile – das sind Millimeter. Teilen Sie jeden Millimeter nochmals in tausend Teile – das sind Mikrometer, etwa die Grenze dessen, was das menschliche Auge gerade noch als "etwas da" wahrnehmen kann. Teilen Sie nun jeden Mikrometer wieder in tausend Teile. Ein Ångström ist ein Zehntel davon.
Bei diesen Dimensionen versagen nicht nur unsere Sinne, sondern auch unsere gewohnten Vorstellungen von "groß" und "klein" verlieren ihre Bedeutung. Wir befinden uns in einem Bereich, in dem die Regeln unserer makroskopischen Welt nicht mehr gelten.
Das Atom: Ein riesiger, fast leerer RaumDie wahre Überraschung liegt jedoch in der inneren Struktur des Atoms – einem Aufbau, der so kontraintuitiv ist, dass selbst Physiker des frühen 20. Jahrhunderts zunächst nicht glauben konnten, was ihre Experimente zeigten. Der Atomkern, der praktisch die gesamte Masse des Atoms enthält, hat einen Durchmesser von nur 10⁻¹⁴ bis 10⁻¹⁵ Metern. Die Schwankung erklärt sich durch unterschiedliche Kerngrößen: Ein einzelnes Proton (Wasserstoffkern) misst etwa 10⁻¹⁵ Meter, während schwerere Atomkerne mit vielen Protonen und Neutronen bis zu 10⁻¹⁴ Meter erreichen können.
Das bedeutet: Selbst die größten Atomkerne sind noch 10.000 Mal kleiner als das Atom selbst, die kleinsten sogar 100.000 Mal. Interessanterweise bleiben Atome trotz unterschiedlich großer Kerne etwa gleich groß, da die stärkere positive Ladung größerer Kerne die Elektronen enger an sich zieht.
Diese Verhältnisse sind so extrem, dass herkömmliche Analogien versagen. Kay wählt daher eine besonders drastische: Wenn ein Atom die Größe einer ganzen Meile (1,6 Kilometer) hätte, würde der Wasserstoffkern in der Mitte gerade einmal 1,6 Zentimeter messen – kleiner als eine Münze in einem riesigen Stadion. Alles andere – wirklich alles andere – ist vollkommen leerer Raum.
Diese Leere ist nicht etwa mit dünner Luft oder einem Vakuum vergleichbar, wie wir es kennen. Es ist absolute, vollkommene Leere – ohne Materie, ohne Substanz, ohne irgendetwas, was unsere klassischen Sinne als "da" empfinden könnten. Wenn Sie auf Ihren Tisch klopfen und das feste, widerstandsfähige Material spüren, interagieren in Wahrheit Kraftfelder über gewaltige Distanzen hinweg – relativ zur atomaren Skala.
Das Paradox der ElementarteilchenElektronen: Masse ohne AusdehnungNoch rätselhafter wird es bei den Elektronen – jenen Teilchen, die um den Atomkern "kreisen" und die Größe des Atoms bestimmen. Hier stößt unser Verständnis an seine Grenzen: Elektronen besitzen zwar Masse und damit messbares Gewicht, nehmen aber nach unserem heutigen wissenschaftlichen Verständnis überhaupt keinen Raum ein. Sie sind sogenannte Punktteilchen – mathematische Punkte ohne jegliche räumliche Ausdehnung in allen drei Dimensionen.
Stellen Sie sich vor: Ein Teilchen mit Gewicht, das Sie theoretisch auf eine Waage legen könnten, hat dennoch keinerlei Länge, Breite oder Höhe. Es ist weder rund noch eckig, weder groß noch klein – es hat schlichtweg keine Form, weil es keine Ausdehnung besitzt. Dennoch interagiert es über elektromagnetische Kräfte mit anderen Teilchen und erzeugt dadurch den Eindruck von Solidität und Widerstand.
Die Elektronenschale eines Atoms – das, was landläufig die "Oberfläche" des Atoms ausmacht – ist daher nicht etwa eine dünne Hülle aus Materie, sondern ein reines Kraftfeld. Atome "berühren" sich nie im eigentlichen Sinne. Sie stoßen sich ab oder ziehen sich an über die elektromagnetischen Kräfte zwischen dimensionslosen Punkten im Raum.
Quarks: Die Bausteine ohne SubstanzDie Quantenphysik führt uns noch tiefer in dieses Paradox hinein: Auch Protonen und Neutronen, die den Atomkern bilden und den größten Teil der Masse eines Atoms ausmachen, bestehen ihrerseits aus noch kleineren Bausteinen – den Quarks. Und auch diese fundamentalen Teilchen sind, soweit wir heute wissen, Punktteilchen ohne räumliche Ausdehnung.
Das bedeutet: Die gesamte Masse des Universums – Sie, Ihr Haus, die Erde, die Sonne – besteht ausschließlich aus Teilchen, die mathematisch gesehen Punkte sind. Punkte ohne Ausdehnung, ohne Form, ohne greifbare Substanz. Was wir als "Größe" eines Protons oder Neutrons messen, ist nicht die Ausdehnung der Teilchen selbst, sondern der Bereich, in dem ihre Kraftfelder stark genug sind, um messbare Effekte zu zeigen.
Es ist, als würde man fragen: "Wie groß ist der Schatten einer Kerze?" Der Schatten hat keinen festen Rand, sondern wird allmählich schwächer, bis er unmerklich ins Licht übergeht. Genauso haben Teilchen keinen festen "Rand" – nur Bereiche abnehmen der Kraftwirkung.
Masse als Konstrukt: Das Higgs-FeldWas ist Masse wirklich?Die traditionelle Vorstellung, Masse sei eine grundlegende, unveränderliche Eigenschaft der Materie, erweist sich als eine der hartnäckigsten Illusionen unseres Alltags. In Wahrheit ist Masse eine sekundäre Erscheinung – eine Folge von Trägheit, dem Widerstand gegen Bewegungsänderungen. Und diese Trägheit entsteht wiederum durch die Wechselwirkung mit einem der mysteriösesten Phänomene der modernen Physik: dem Higgs-Feld.
Das Higgs-Feld durchdringt den gesamten Raum – es gibt keinen Ort im Universum, wo es nicht vorhanden wäre. Teilchen, die mit diesem Feld wechselwirken, erfahren einen Widerstand gegen Beschleunigung – das, was wir als Masse wahrnehmen. Teilchen, die nicht mit dem Higgs-Feld wechselwirken, haben keine Masse und bewegen sich zwangsläufig mit Lichtgeschwindigkeit.
Photonen sind das bekannteste Beispiel für masselose Teilchen. Sie können niemals zur Ruhe gebracht werden, weil sie buchstäblich nicht wissen, wie man stillsteht. Ihr "Bewegungszustand" ist fundamental anders als der von Teilchen mit Masse – sie sind gewissermaßen immer "aus der Zeit gefallen".
Die Relativität der MasseSelbst die Ruhemasse von Teilchen – das, was wir für eine unveränderliche Eigenschaft halten – entpuppt sich als flexibel und kontextabhängig. Je schneller sich ein Teilchen bewegt, desto mehr Energie ist nötig, um es weiter zu beschleunigen. Diese Beziehung ist nicht linear, sondern folgt einer dramatischen Kurve.
Kay illustriert dies mit präzisen Zahlen: Ein ruhendes Elektron auf 50% der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, kostet etwa 78.000 Elektronenvolt Energie. Aber es auf 90% der Lichtgeschwindigkeit zu bringen, erfordert bereits 655.000 Elektronenvolt – mehr als das Achtfache. Bei 99,9% der Lichtgeschwindigkeit sind es 3,08 Millionen Elektronenvolt, bei 99,99% bereits über 35 Millionen.
Diese exponentiell ansteigende Energiekurve erklärt, warum die Lichtgeschwindigkeit eine absolute Grenze darstellt: Um ein Teilchen mit Masse exakt auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, wäre unendlich viel Energie nötig. Und unendliche Energie würde unendliche Masse bedeuten – was das gesamte Universum in einen einzigen Punkt kollabieren lassen würde.
Photonen: Bewegung als IllusionParadoxe der LichtgeschwindigkeitPhotonen stellen unser Verständnis von Bewegung auf den Kopf. Aus der Sicht des Photons selbst vergeht zwischen Aussendung und Ankunft keine Zeit – Entfernungen schrumpfen auf null zusammen. Das Licht eines Sterns, das scheinbar tausende Jahre zu uns reist, ist aus der Photonenperspektive instantan hier.
Diese Erkenntnis revolutioniert unser Verständnis von Raum und Zeit. Wenn wir sagen, das Licht eines fernen Sterns zeigt uns, wie dieser vor tausenden Jahren aussah, ist das nur aus unserer zeitgebundenen Perspektive richtig. Für das Photon selbst gibt es kein "vorher" und "nachher" – es existiert in einem zeitlosen Zustand zwischen Emission und Absorption.
Quantenmechanisches MomentumDas Momentum von Photonen berechnet sich nicht nach der klassischen Formel (Masse × Geschwindigkeit = 0), sondern nach der Quantenformel: Momentum = Planck-Konstante / Wellenlänge. Ihre "Bewegungsenergie" hängt von ihrer Wellenlänge ab, nicht von ihrer Geschwindigkeit.
Diese Erkenntnis führte Einstein 1905 zur Entdeckung des photoelektrischen Effekts, wofür er den Nobelpreis erhielt. Photonen können Elektronen aus Metallen herausschlagen – ein klarer Beweis für ihr Momentum, obwohl sie keine Masse haben. Die Energie eines Photons bestimmt sich allein durch seine Frequenz, nicht durch seine Geschwindigkeit, die immer konstant bei c liegt.
Die Konsequenzen: Eine Welt aus WahrnehmungExistenz als KonstruktKay zieht eine radikale Schlussfolgerung: Da es keine echte "Materie" gibt – nur Punktteilchen, die über Kräfte wechselwirken –, existiert im objektiven Sinn nichts von dem, was wir als real empfinden. Unsere Realität ist eine Wahrnehmung, die durch Quantenfelder und deren Wechselwirkungen erzeugt wird.
Diese Erkenntnis bedeutet nicht, dass unsere Erfahrungen wertlos oder unwichtig sind. Sie zeigt vielmehr, dass die Realität auf einer fundamentaleren Ebene organisiert ist, als unsere Sinne erfassen können. Was wir als feste Materie erleben, sind komplexe Muster von Energieaustausch und Feldwechselwirkungen.
Raum-Zeit als IllusionSelbst Raum und Zeit erweisen sich als Konstrukte. Was wir als vierdimensionale Raum-Zeit wahrnehmen, ist möglicherweise nur die Art, wie unsere begrenzten Sinne die zugrunde liegenden Quantenfelder interpretieren. Die Quantenfelder selbst existieren in einem mathematischen Raum, der mit unserem erfahrenen Raum nicht identisch ist.
Diese Perspektive eröffnet faszinierende philosophische Fragen: Wenn Raum und Zeit Konstrukte unserer Wahrnehmung sind, was bedeutet das für unser Verständnis von Kausalität, Identität und Existenz?
Experimentelle BestätigungQuantentheorie: Das erfolgreichste ModellExkurs (eigene Ergänzung zum Vortrag): Trotz ihrer kontraintuitiven Natur ist die Quantentheorie das am präzisesten bestätigte Modell der Physik. Die Quantenelektrodynamik (QED) stimmt mit Experimenten auf 1 Teil in 10¹² überein – das entspricht einer Genauigkeit, als würde man den Erdumfang auf die Breite eines Menschenhaars genau messen. Messungen des Elektron-g-Faktors erreichen Präzisionen von besser als 1 Teil in einer Billion, während moderne optische Atomuhren nur eine Sekunde in 15 Milliarden Jahren abweichen – länger als das Alter des Universums. Kein anderer Wissenschaftsbereich erreicht auch nur annähernd diese Genauigkeit.Wer die mathematischen Grundlagen verstehen möchte, findet sie im der Symmetrietheorem (Emmy Noether, 1915) und der U1-Eichsymmetrie der Quantenelektrodynamik. Diese mathematischen Frameworks sind nicht nur abstrakte Theorien, sondern präzise Vorhersageinstrumente, die in Experimenten immer wieder bestätigt werden.
Bedeutung für unser WeltbildKritisches Denken in der WissenschaftKays eigentliche Botschaft liegt nicht nur in der Physik, sondern in der wissenschaftlichen Methode selbst. Wenn schon die grundlegendste Annahme – die Existenz von Materie – hinterfragt werden muss, wie vorsichtig sollten wir dann bei komplexeren wissenschaftlichen Behauptungen sein?
Diese Lektion ist besonders relevant in einer Zeit, in der wissenschaftliche Autorität oft unreflektiert akzeptiert wird. Die Quantenphysik zeigt uns, dass selbst die sichersten Annahmen der klassischen Physik falsch waren. Echte Wissenschaft bedeutet, permanent zu zweifeln und zu hinterfragen – auch und gerade die eigenen Grundüberzeugungen.
Auswirkungen auf andere WissenschaftsbereicheDie Lektion erstreckt sich besonders auf Bereiche wie die Ernährungswissenschaft, wo oft mit großer Gewissheit Aussagen über komplexe, schwer kontrollierbare Systeme gemacht werden. Wenn wir nicht einmal sicher wissen, was Materie ist, sollten wir bescheidener bei Aussagen über ihre Auswirkungen auf biologische Systeme sein.
Kay nutzt diese physikalischen Erkenntnisse als Sprungbrett für eine grundsätzliche Kritik an der Art, wie in der Ernährungswissenschaft oft vorgegangen wird: Mit unzureichender Kontrolle von Variablen, zu kurzen Studiendauern und statistisch unterpowerten Designs. Die Komplexität des menschlichen Körpers macht präzise, langfristige Vorhersagen extrem schwierig – ein Umstand, der oft ignoriert wird.
Fazit: Die Schönheit der UngewissheitDie moderne Physik zeigt uns ein Universum, das weitaus faszinierender ist als unsere Alltagserfahrung suggeriert. Wir leben in einer Welt aus Energie, Feldern und Wahrscheinlichkeiten – nicht aus fester Materie. Diese Erkenntnis sollte uns nicht verängstigen, sondern zu größerer intellektueller Bescheidenheit und Neugier inspirieren.
Das Universum ist zu 99,99% leer – und der Rest ist auch nicht das, was er scheint. Diese Erkenntnis ist keine Entwertung unserer Erfahrung, sondern eine Einladung zu tieferem Verstehen. Die Realität ist weitaus mysteriöser und wunderbarer, als es sich die klassische Physik jemals hätte träumen lassen.
Und genau diese Erkenntnis sollte uns bei allen wissenschaftlichen Aussagen – ob in der Physik, der Medizin oder der Ernährungswissenschaft – zu größerer Vorsicht und kritischem Denken ermutigen. In einer Welt, in der selbst die Existenz von Materie eine Illusion sein könnte, ist gesunde Skepsis nicht nur angebracht, sondern wissenschaftlich geboten.
KI-Disclaimer im
Spoiler
Für die Erstellung dieses Beitrags habe ich NoteGPT für das Video-Transkript und Claude Sonnet 4 (Anthropic) als technisches Werkzeug eingesetzt, um zu recherchieren, zu strukturieren und zu formatieren. Dabei habe ich die Inhalte inhaltlich vollständig selbst bestimmt und gesteuert. Die KI diente ausschließlich als Assistenz zur Umsetzung meiner konkreten Vorgaben. Die KI unterstützte lediglich bei der technischen Umsetzung meiner Anweisungen. Somit handelt es sich bei dem vorliegenden Text um eine eigenständige Leistung auf Basis der Vorlesung von Bart Kay, bei der KI-Tools lediglich als Hilfsmittel zur Effizienzsteigerung genutzt wurden. Dieser Disclaimer entspricht den aktuellen Empfehlungen zur transparenten Kennzeichnung von KI-Nutzung in wissenschaftlichen und publizistischen Kontexten.[/quote]