popp (2002)-bewußtsein als eigenschaft kohärenter zustände.pdf

7/28/2019 Popp (2002)-Bewutsein als Eigenschaft kohrenter Zustnde.pdf

1/13

Bewutsein als Eigenschaft kohrenter Zustnde

Wege zur Definition des "Bewutseins"

Jede Aussage ber "Bewutsein" mu solange im Prinzipwertlos bleiben, wie "Bewutsein" nicht definiert ist. Einesolche Definition gibt es bis heute nicht [1]. Viele glauben zuwissen, was "Bewutsein" ist. Doch vor allem der "subjektive"Charakter des Begriffes, der die eindeutige Definition undQuantifizierung nicht zuzulassen scheint, verhindert allein schon auch nur Bemhungen,"Bewutsein" berhaupt zu definieren. Um die Schwierigkeiten verstndlich zu machen, mchte ich

beispielhaft an den Begriff "Energie" erinnern, der ursprnglich vieldeutig verwendet wurde undselbst auch noch heute in breiten Kreisen mit Begriffen wie "schpferische Energie", "kriminelleEnergie", "Lebens"-Energie verschiedenen Deutungen zugeordnet wird.

Whrend "Energie" ganz allgemein jedoch mit der Fhigkeit assoziiert werden kann, gegen

bestimmte Widerstnde "Arbeit" zu leisten, mag Bewutsein mit der Eigenschaft in Zusammenhanggebracht werden, die "Realitt" aktiv wahrzunehmen, was immer auch unter "Realitt", "aktiv" und"Wahrnehmung" zu verstehen sein mag. Der entscheidende Unterschied des "Bewutseins" zu

physikalischen Begriffen, wie "Energie" oder "Arbeit", ist aber der ausschlieliche Bezug desTerms "Bewutsein" zu einem "Subjekt", also zu dem sogenannten "Beobachter", der, wie wirwissen, in der klassischen Physik kategorisch ausgeschlossen wird. Bemerkenswert ist, da die

physikalisch exakte Definition der Energie, die schlielich unter Umgehung des "Beobachters"objektiviert werden konnte, dramatische Fortschritte in Wissenschaft und Technik in Gang setzte,ohne da in der Umgangssprache oder einigen Zweigen der Lebenswissenschaften der Anspruch aufEinhaltung der exakten Definition ntig war. In der Physik selbst wurde die exakte Definition dannaber konsequent eingehalten, um die Spielregeln der Wissenschaftlichkeit, nmlichObjektivierbarkeit und damit auch Reproduzierbarkeit unter keinen Umstnden zu verletzen.Whrend so in den Naturwissenschaften alle Begriffe objektiv und reproduzierbar zu quantifizierensind, mu der Begriff "Bewutsein" selbst nach der denkbar besten Definition seinen ausschlielichsubjektiven Charakter beibehalten, da er allein nur von dem "Beobachter" wahrgenommen und alsexistent besttigt werden kann. Zwar hat die Quantentheorie die Ausschliebarkeit des Beobachtersin der Physik erschttert. Daraus hat sich aber noch lange keine Umkehr in der Forderung ergeben,auf die "Objektivierbarkeit" in der Wissenschaft ganz oder auch nur teilweise zu verzichten. Eserscheint uns wichtig, diese Aspekte zu erwhnen, bevor wir uns mit der Definition desBewutseins berhaupt weiter beschftigen.

Quantentheorie und Bewutsein

Bekanntlich vereinigen sich je zwei Wasserstoffatome zum stabilen Wasserstoffmolekl (Abb.1).

H + H H2Abb. 1:Bei der Vereinigung der beiden Wasserstoff - Atome zum Wasserstoff Molekl sorgt der permanente"Platztausch" der Valenzelektronen fr die Stabilitt des Molekls.

Fritz-Albert Popp,

International Institute of Biophysics,

Raketenstation,Landesstiftung Insel Hombroich,

Kapellener Strae o.N.,

41472 Neuss


2/13

Als Ursache wird der stndige Platztausch der beiden Valenzelektronen erkannt, die wegen ihrerIdentitt grundstzlich nicht unterschieden werden knnen und deshalb aus reinerkenntnistheoretischen Grnden nicht allein jeweils nur einem der beiden Atome (oderUmlaufbahnen eines der beiden Atome) zuzuordnen sind [2]. Die aus statistischen Grndendenknotwendige und gleich anteilige Zugehrigkeit jedes Valenzelektrons zu jedem der beidenAtome fhrt zu einer attraktiven Kraft zwischen den beiden Atomen, die zur Erhaltung der Stabilitt

des Molekls notwendig ist und im Vergleich zur Instabilitt des di-atomaren Zustands nur so auchquantitativ absolut korrekt erklrt und beschrieben werden kann.

Das Erstaunliche an dieser Situation ist der aus Grnden der Ununterscheidbarkeit vonElementarteilchen notwendige stndige Platztausch der beiden Elektronen. Es erscheint absurd, daden primitivsten Formen der Materie die ungewhnliche "intelligente" Fhigkeit zuzubilligen ist,ihre Pltze stndig vertauschen zu knnen. Woher "wissen" die Elektronen, da sie identisch sind,damit sie die ungewhnliche Funktion bernehmen, sich stndig gegenseitig zu ersetzen?Selbstverstndlich trifft diese Vertauschbarkeit in gleicher Weise fralle,per definitionemidentischen, Elementarteilchen der Welt zu, wenngleich die Austauschkrfte mit wachsendemAbstand abnehmen und deshalb nicht so entscheidend in die Stabilittsbetrachtungen eingehen wie

im Fall interner molekularer Bindungen. Immerhin zwingt uns die Nicht-Unterscheidbarkeit derElementarteilchen in kurioser Weise exakt zur gegenteiligen Anschauung ber die "Realitt" wie sievom Atombegriff des Demokritos ursprnglich zunchst erwartet war: Anstelle der Separation undLokalisierung der Atome in immer kleinere unabhngige und submikroskopische Einheiten entstehtdie "Realitt" als globales Netzwerk sich stndig ersetzender, hchst "intelligenter"ununterscheidbarer Untereinheiten. Jede Atrennung lokaler Anteile ist mit Ungenauigkeitenverbunden, die in der alltglichen Praxis oft bedeutungslos sein mgen, in Einzelfllen molekularerStabilitt die "Realitt" aber berhaupt nicht zu beschreiben gestatten, und im Prinzip nie. Mitanderen Worten: Die "Realitt" befriedigt nicht etwa die verstndliche und "realistische" Skepsis,da Elementarteilchen nun einmal berhaupt nicht wissen knnen, da sie identisch sind, und dasie deshalb unmglich stndig ihre Pltze vertauschen knnen, sondern sie berwindet stringent das

Unvorstellbare, das sich aus dem Dilemma der grundstzlich notwendigen Forderung nach derIdentitt der Elementarteilchen und ihrer erst dadurch hervorgerufenen Kollektiv-Intelligenzscheinbar ergibt. Die "Realitt" kann, wie dieses Beispiel zeigt, nicht toleriert werden als"Erfahrungstatsache" unter Verzicht auf den Anspruch, im Zweifelsfall Ungereimtheiten des"Bewutseins" bei der Wahrnehmung eben dieser Realitt zu akzeptieren, sondern nur als logischkonsistente Schpfung dieses "Bewutseins" in seiner Funktion, die "Welt der Fakten" mit der"Welt der Mglichkeiten" in Einklang zu bringen. Das geht, wie das Beispiel zeigt, so weit, da das,was zwingend "logisch" erscheint, "tatschlich" auch stattfindet, ungeachtet unserer"makroskopischen" tglichen Erfahrungen. Selbstverstndlich kann durch Verzicht auf dieVorstellung exakt lokalisierbarer identischer Elementarteilchen der Widerspruch zwar scheinbarberwunden werden, aber nur unter Inkaufnahme nicht-lokaler Subeinheiten des Universums als

Elemente einer "Realitt", die uns dann mindestens die gleichen Verstndnisprobleme beschert.Immer ergibt sich in der Konsequenz die befremdliche Vorstellung, da die "Realitt" als Welt"zwingender" Mglichkeiten zu verstehen ist. Notwendig ist und bleibt die Folgerung, da es einesstndigen "Dialogs" zwischen der "Realitt" und dem "Bewutwerden" dieser Realitt bedarf, undda dieser Dialog erst dann zu keinen neuen, berraschenden Ergebnissen mehr fhrt, wenngrundstzlich nicht mehr entschieden werden kann, ob die Realitt als notwendiges Resultatdenkbarer Mglichkeiten, oder ob umgekehrt die allein nur subjektiv erfabaren "Mglichkeiten"als Folge einer vorgegebenen objektiven "Realitt" aufzufassen sind. Es findet eine bestimmte Vor-und Rck-Transformation zwischen der Welt der Tatschlichkeiten (aktuelle Information) und derWelt der Mglichkeiten (potentielle Information) statt. Diesen Proze wollen wir vorlufig bis zueiner mglichen Korrektur als "Bewutsein" bezeichnen (Abb.2) [3 - 5].


3/13

Abb. 2: Unter "Bewutsein"verstehen wir den Transformationsvorgang von aktueller Information A in potentielleInformation P und umgekehrt.

Der Mnzwurf und die Shannonsche Information

Der "ideale" Mnzwurf, der auf die Entscheidung hinausluft, ob die Mnze auf "Zahl" oder"Wappen" fllt, besteht darin, da bei unendlich vielen Wrfen die Mnze exakt gleich hufig aufZahl und Wappen landet. [6]. Entscheidend dabei ist die Transformation von der Welt derMglichkeiten in die Welt der Tatschlichkeiten, also nach unserer Definition - ein elementarerBewutseinsvorgang. Stellte man diese scheinbar berflssige Frage, nmlich ob die Mnze aufZahl oder Wappen fllt, vor dem Wurfnicht, dann wre der Wurf allerdings vllig bedeutungslos,da die "Welt der Mglichkeiten" abgeschnitten ist. Der Wurf wre in diesem Fall ein belanglosesGeschehnis wie unendlich viele unbeobachtete kosmische Ereignisse auch, ohne jede Relevanz fr

den Beobachter. Stellte man andrerseits allein nur die Frage, ob die Mnze auf Zahl oder Wappenfllt, ohne den Wurf dann auch tatschlich auszufhren, wre das Ereignis ebenso irrelevant. Indiesem Fall wrde die Welt der Tatschlichkeiten ausgeschaltet.

Die Situation ist elementar fr jede Art der Auseinandersetzung mit der "Realitt". So wird zumBeispiel die "Wissenschaft" regelrecht kastriert, wenn sie sich nur noch mit der Produktion vonMeergebnissen beschftigt, und sie entartet zur brotlosen Kunst, wenn sie sich nur nochSpekulationen hingibt. Entscheidend fr den Bewutseins-Proze ist die Optimierung desInformationsgewinns, der im Beispiel des Mnzwurfs dadurch entsteht, da die potentielleInformation nmlich die Mglichkeit, da die Mnze sowohl auf die Zahl als auch auf dasWappen fallen kann in aktuelle Information nmlich das tatschliche Ergebnis "Zahl oderWappen" - umgewandelt wird. Wie wir wissen, betrgt dieser Informationsgewinn gerade 1 bit,wobei sowohl der potentiellen wie der aktuellen Information per definitionem der Informationswert1 bit (als Entscheidung zwischen zwei Mglichkeiten) zugeordnet ist.

Zum "Bewutseinsvorgang" gehrt konsequenterweise die Besttigung oder noch besser derGewinn einer Information. Das ist dann und nur dann mglich, wenn beide Bereiche A und P, alsoaktuelle (A) und potentielle (P) Information eingeschaltet sind. Der Informationsbegriff vonShannon ist definiert als Ma fr die berraschung oder auch als Ma fr die Reduktion einer

bestimmten Unsicherheit, die der Beobachter bei der Wahrnehmung des Ereignisses erfhrt. Sowohlaktuelle als potentielle Information werden nach Shannon in einem Wahrscheinlichkeitsfeld W(1,2,...,N) fr die Einzelereignisse i = 1,2,..., N in A definiert, das vorder Wahrnehmung bereits

bekannt ist. Dieses Wahrscheinlichkeitsfeld objektiviert die potentielle Information des

Beobachters. Genau diese "Objektivierung" fhrt im Endeffekt aber dazu, da ein "wirklicher"Bewutseinsproze nicht mehr stattfindet oder stattzufinden braucht. Ein "wirklicher"Informationsgewinn ist ausgeschlossen, sobald wie bei der Anwendung der Shannon-Information


4/13

eine objektive Definition durch den bergang von einem "offenen" System, das "wirkliche"berraschungen zu bieten hat, zu einem "geschlossenen" System, in dem es "wirkliche"berraschungen dauerhaft nicht geben kann, vorgegeben ist oder vorgegeben werden kann.Dennoch hat die Shannonsche Definition als Grundlage des Verstndnisses fr das "Bewutsein"eine extrem wichtige und elementare Bedeutung. Nach Shannon bestimmt das tatschliche Ereignisquantifizierbar sowohl die aktuelle Information I als auch die potentielle Information als den

Logarithmus der (vorher definierten) Wahrscheinlichkeit, mit der das Ereignis stattfindet, alsoIi = +/- lnWi, (1)

fr unabhngige Ereignisse i=1,2,...,N. Die Shannonsche Information erfllt die Bedingungen derWissenschaftlichkeit insofern, als sie es ermglicht, den subjektiven Vorgang des berraschtseinsals bestmgliche vollstndig "objektive" Information zu quantifizieren. Das "Bewutsein" einesdurch und durch "objektiven" Beobachters wird dabei als Wahrscheinlichkeitsfeld reprsentiert, dasdem Beobachter im Prinzip a priori bekannt ist. Aus diesem Grunde kann ein solcher Beobachternatrlich weder wirklich "berrascht" sein, noch ein wirkliches "Bewutsein" entwickeln oder garentfalten. Dennoch liefert das Shannonsche Modell einen vielversprechenden Einstieg in diewissenschaftliche Definition des "Bewutseins", wenn man das "Bewutsein" so skaliert, da es

den Wert 0 dann besitzt, wenn der Shannon-Beobachter den Bewutseinsvorgang ausfhren wrdeoder knnte. Da fr diesen "Maschinen-Menschen" aktuelle und potentielle Information stets gleichsein mssen, wird man als Ma fr das Bewutsein einen Wert verwenden, der die Differenz der

potentiellen und der aktuellen Information beschreibt:

B f(lnWP lnWA) = f(ln(WP/WA), (2)

mit f(0) = 0.

Das "Bewutsein" B wre dann als eine (noch genauer zu definierende) Funktion f der Differenzder potentiellen und aktuellen Information aufzufassen, da die vllige bereinstimmung von WPund W

Azu keinem aktiven und relevanten Denkvorgang fhrte, der die Einschaltung eines

Lebewesens erforderlich machte. Umgekehrt ergeben sich aus den Differenzen zwischenTatschlichkeits- und Mglichkeitswelt berhaupt erst Anlsse, ein Bewutsein zu entwickeln.

Wir erkennen hier auch deutlich, da das Bewutsein als "Prozess" eines Lebewesens in erster Linie"evolutive" Bedeutung hat, die das berleben durch Vergleich der aktuellen Information mit denMglichkeiten sichert und umgekehrt aus den Mglichkeiten durch deren Rcktransformation neueberlebensbedingungen in der Welt der Tatschlichkeiten zu schaffen vermag. Dabei kommt eszunchst, in linearer Nherung des Problems, darauf an, da aus den Tatschlichkeiten mglichstviele, aber auch effektiv im Zusammenhang mit den Tatschlichkeiten stehende Mglichkeiten"erdacht" werden, um das berleben zu sichern. Das Wahrscheinlichkeitsfeld im Mglichkeitsraumist deshalb in der evolutiven Entfaltung des Shannon-Bewutseins nicht mehr identisch mit dem imTatschlichkeitsraum, sondern sollte mglichst umfangreicher und vielgestaltiger als dasWahrscheinlichkeitsfeld im Raum der aktuellen Information ausfallen. Dieser Proze kann alsOptimierungvorgang wie folgt beschrieben werden:

B max = g(P/A) dt = 0, (3)

wobei P/A ein Ma fr die Vielfalt des Mglichkeitsraums P im Vergleich zu der desTatschlichkeitsraums A darstellt und g eine geeignete Funktion mit g(1) = 0 ist. DerTransformations- und Optimierungsvorgang spielt sich jeweils in einem endlichen Zeitabschnitt tab, da es sich um einen Wahrnehmungs-und Denkproze handelt.

Dieser Typ einer Optimierung ist auch in der Physik bekannt, und zwar in dem wohlgrundlegendsten physikalischen Gesetz berhaupt, dem Extremal-Prinzip von Hamilton, in dem dieFunktion g(P/A) die Bedeutung der Lagrange-Funktion bernimmt [7]. Wir wollen hier anmerken,da eine solche bereinstimmung zwischen dem Grundgesetz elementarer Physik und der


5/13

"Konstruktion" des Bewutseins nicht berrascht, ja zu erwarten ist, erfllt die "objektive Realitt"doch die Bedingung, da Bmax in diesem speziellen Fall den Wert 0 annimmt wegen P = A undg(1) = 0. Insofern bildet sich unter "objektiven" Bedingungen die objektive Realitt im"Bewutsein" ein-eindeutig ab.

Beispiele und die Bedeutung von Resonatoren

Das einfachste Beispiel, das uns die Bedeutung und die Anwendbarkeit unserer Definition deutlichmacht, ist ein System, das die potentielle Information in N Speicherpltzen aufzunehmen imstandeist so zum Beispiel in angeregten Zustnden der Basenpaare der Desoxynukleinsure (DNA). Die

potentielle Information steigt in diesem einfachsten Fall proportional zu N an. Die aktuelleInformation kann dann nur aus einer wahrnehmbaren zeitlichen nderung derSpeicherplatzbelegung entnommen werden, entsprechend einem Term, der mit demDifferentialquotienten / t (N) anwchst.

Konsequenterweise liefert das Extremalprinzip in diesem Fall eine Bedingung der Art

(N/ / t (N))dt = Extr., (4)

mit der LsungN = N(0)exp (- t), (5)

mit als konstanten Parameter, oder entsprechend mit dem Parameter

1/ = , (6)

der den Bewutseinsvorgang in diesem einfachsten Modell (Abb.3) zu charakterisieren imstandeist.

Abb. 3: Der Q Wert eines Hohlraum-Resonators ist identisch mit der potentiellen Information P in Einheiten von bit:

(in Einheiten von bit) als Frequenz der gespeicherten Wellen.

Obwohl diese Betrachtung reichlich naiv erscheint, ffnet sie uns doch einen wichtigen,mglicherweise sogar fundamentalen Zugang zum physikalischen Verstndnis des "Bewutseins".Bekanntlich ist = 1/ die Kohrenzzeit, also die Zeit, in der Informationen bertragen werdenknnen. Die Extremalprozedur liefert uns fr das einfachste denkbare Beispiel einen Wert, der unsauf die Notwendigkeit des Bewutseins hinweist, Informationen innerhalb einer vorgegebenen Zeitmit Hilfe eines "Gedchtnisses" zu verarbeiten. Tatschlich gilt allgemein, da die Information(in Einheiten von bit) ist, die auf einer Trgerwelle der Frequenz gespeichert werden kann, wennsie die "Mglichkeiten" in Form von Modulationen aus dem System der Kohrenzzeit abruft. DerBewutseinsvorgang ist also im einfachsten denkbaren linearen System an die Kohrenzzeitgebunden, also an die Zeit, in der das System interferenzfhig bleibt und in der konsequenterweisedie Kenntnis ber die Phasenlage der Vorgnge nicht verloren geht. Ein typisches Beispiel, dasdiese Zusammenhnge vertieft, ist der Hohlraum-Resonator, dessen Q-Wert, wie folgt definiert ist[8]:

Q (gespeicherte Energie/zeitliche Energieverlustrate) = (7)

Der Resonatorwert ist demzufolge identisch mit derInformation, die der Resonator zu speichern


6/13

und zu bertragen vermag.

Natrlich wird man nicht so naiv sein, einem Hohlraum-Resonator bereits ein "Bewutsein"zuzubilligen. Diese einfache Betrachtung zeigt uns aber bereits, da es offenbar physikalische"Vorstufen" des Bewutseins gibt, deren Wert elementar von der Speicherfhigkeit fr Informationund damit von der Kohrenzzeit abhngig ist.

Wir knnen die Berechtigung dieses Gedankens untermauern, wenn wir die gleiche Betrachtung,die wir fr ein lineares System durchgefhrt haben, auf ein nicht-lineares System ausweiten.Ohnehin vertreten wir die Auffassung, da die DNA nur deshalb einen optimalen"Bewutseinsproze" in Gang setzen kann, weil die Speicher nicht linear ( N) sondern quadratisch( N2) angeordnet sind (Abb.4und Abb.5). Mit anderen Worten, die potentielle Information wirdnicht jeweils von Nachbarbasen aufgenommen, sondern in der Wechselwirkung jedes einzelnenBasenpaars mit allen

anderen Basenpaaren. Nur so wird das Optimum der "Vernetzung" des Bewutseins in einembiologischen System berhaupt erreichbar.

Abb. 4: "Bewutseinsstruktur" einer Zelle whrend der Mitose. Die Hohlraum Resonator Welle gibt die potentielleInformation vor, die molekulare Anordnung die aktuelle Information. Variationen des Wechselwirkungsvorgangs A P bestimmen den Bewutseins"- Proze der Zelle.

Abb.5: Im Gegensatz zum linearen Speicher, der nur die Wechselwirkung benachbarter Basenpaare zult (Abb. 5 links)ist der ideale Speicher so organisiert, dass jede Speichereinheit mit jeder anderen in Verbindung steht (Abb. 5 rechts).Die Konsequenz ist eine hyperbolische Relaxations anstelle einer exponentiellen.

Konsequenterweise mu die Gleichung (4) erweitert werden zu

(N2/ / t N)dt = Extr. (8)

mit der Lsung

N(t) = N(0)/(1+ t), (9)wobei ein Parameter ist. Anstelle der Exponentialfunktion erhalten wir nun eine hyperbolischeAbklingfunktion, und anstelle der "Kohrenzzeit" = 1/ aus der linearen Verknpfung der


7/13

Speichereinheiten eine "Gedchtniszeit"

N(0)/ (10)

des betreffenden "Bewutseins". Im Gegensatz zum linearen Speicher, der kein Gedchtnis hat, dain jeweils gleichen Zeitabschnitten der gleiche Bruchteil der Speicher entleert wird und jedeZeitdifferenz t2-t1nur eine Funktion von N(t1) und N(t2) wird, besitzt der nichtlineare Speicher ein

Gedchtnis, da bei der Berechnung von Zeitdifferenzen t2-t1 die Information ber N(0) nichtberflssig wird.

Tatschlich erweist sich, da alle biologischen Systeme anstelle von Exponentialfunktionenhyperbolische Abklingfunktionen der sogenannten "delayed luminescence" aufweisen, und da dieCharakteristika dieser Funktionen offenbar mit dem Entwicklungszustand der Systeme und, im Fallihrer Strungen, mit Erkrankungen (zum Beispiel "Krebs") in engem Zusammenhang stehen [9].Insbesondere die extrem signifikante Eigenschaft, kohrente (und mglicherweise auchgequetschte) Zustnde auszubilden, scheint mit der Fhigkeit eines "Bewutseins" qualitativ undquantitativ korreliert zu sein. Diese Zusammenhnge machen auch deutlich, da die Optimierungnurim Quantenbereich mglich ist [10]. Die Biologie ist nur auf der Basis vonQuantenphnomenen hinreichend zu verstehen. Die absolute Optimierung des Signal/Rausch-Verhltnisses setzt ein Quantensystem mit der Anwesenheit nur einzelnerPhotonen voraus, da dieabsolut optimierte Informationsbertragung im klassischen Bereich (bei hohen Signal-Intensitten)grundstzlich nicht mglich ist [11]. Klassische Kohrenz unterscheidet sich in einigenBesonderheiten elementar von Quantenkohrenz, wenngleich sowohl im klassischen wie imQuantenbereich die Optimierung der Kommunikationsfhigkeit nur ber die Kohrenz derInformationstrger (des Bosonenfeldes) zu erreichen ist [12]. Aber nur im Fall makroskopischerQuantenkohrenz sind die absolut hchsten Signal/Rausch-Verhltnisse bei gleichzeitig hchstemAuflsungsvermgen oder grter Reichweite berhaupt nur mglich. Mit dem "Kohrenzgrad" desPhotonenfeldes eines biologischen Systems ndern sich zum Beispiel [13]:

die Fhigkeit zur raumzeitlichen Musterbildung elektromagnetischer Krfte

(Interferenzmuster), die Fhigkeit zur interzellulren Kommunikation wie Schwarmbildung in Organismen (zum

Beispiel Daphnien),

der "Gesundheitszustand",

die Qualitt von Lebensmitteln,

die Malignititt von Tumorzellen.

Inzwischen gibt es hierzu auch wertvolle Hinweise auf die physikalischen Mechanismen, die sichhinter diesen auergewhnlichen Eigenschaften biologischer Materie verbergen [14, 15]. Diese

Zusammenhnge laden uns ein, das ber die Vor-und Rcktransformation von aktueller inpotentielle Information definierte "Bewutsein" physikalisch als Eigenschaft eines kohrentenZustandes unter weiter zu bestimmenden Bedingungen zu kennzeichnen.

Bewutsein und Entropie

Einen offensichtlichen Zusammenhang zur Shannonschen Information und damit auch zu denwissenschaftlichen Quellen des "Bewutseins" liefert die bekannte Parallele zwischen"Information" und thermodynamischer Entropie. Bekanntlich fordert der zweite Hauptsatz derWrmelehre, da in abgeschlossenen Systemen die Entropie immer nur zunehmen kann, oder umes mit Schrdinger zu formulieren die Negentropie (der negative Wert der Entropie) nurabnehmen kann. Das bedeutet, da in abgeschlossenen Systemen ein unaufhaltsamer

Informationsverlust stattfindet fr den Fall, da es einen linearen Zusammenhang zwischen"Negentropie" und "Information" gibt. Sollte ein Bewutseinsvorgang im abgeschlossen Systemstattfinden, dann bedeutet das konsequenterweise einen Gedchtnisverlust, der es ausschliet, da


8/13

sich "Bewutsein" im abgeschlossenen System berhaupt entwickelt haben kann. Insofern kannman (in bereinstimmung zur Erfahrung) davon ausgehen, da "unbelebte Materie" zu dem, waswir "Bewutsein" nennen, nicht in der Lage ist. Umgekehrt mu aber jedem offenen System (ob

belebt oder unbelebt) eine notwendige Voraussetzung zur "Bewutseinsbildung" zugestandenwerden. Letztlich kommt es aus dieser Sicht allein darauf an, von welchem Mae einer Abweichungvom Shannonschen Proze an nach (3) mit P = A ein "Bewutsein" einzurumen ist. So ist es

natrlich mglich, Roboter zu bauen, die nicht nur Signale von auen empfangen, und damit einenTransformationsproze A P ermglichen, sondern durch Hinzunahme weiterer gespeichertenInformationen auch umgekehrt intelligent auf Signale reagieren (A P). Hinter dieser Funktionsteht aber letztlich immer ein "wirkliches" Bewutsein eines Menschen, das sich in derFunktiondes Roboters lediglich abbildet. Zwischen Abbildung und dem Original kann allein nur das"wirkliche" Bewutsein unterscheiden, nicht aber die Kopie. Insofern drfte die Fhigkeit derRcktransformation (A P, mit P>A) wesentlich fr die Beurteilung der Existenz und des Gradeseines Bewutseins sein und bleiben.

Aus physikalischer Sicht ist insbesondere die Frage bedeutsam, wie sich gegen den zweitenHauptsatz der Wrmelehre ein Bewutsein entwickeln und entfalten kann, sobald das System

notwendigerweise vom abgeschlossen in den offenen Zustand bergeht.Unsere experimentellen Arbeiten zur Biophotonenemission legen folgendes Prinzip nahe.Biologische Systeme, die sich offenbar dadurch auszeichnen, ein Bewutsein entwickeln zu knnenund eine solche Entfaltung zu optimieren, folgen in der Entropie ihrer Photonenfelder nicht derBose-Einstein (bzw. Boltzmann)- Statistik, sondern der Regel [16].

f( ) = constant (11)

wobei f( ) die Wahrscheinlichkeit ist, die verschiedenen Anregungszustnde des biologischenSystems zu besetzen.

Diese Verteilung kennzeichnet ein "ideal" offenes System, das stets gengend Energie verfgbar

hat, um das absolute Maximum der Entropie zu erreichen. Bekanntlich ist die Entropie desgeschlossenen Systems durch die Randbedingung der Energieerhaltung wesentlich niedrigers als diedes ideal offenen Systems bei gleicher Zahl von Freiheitsgraden.

Auf den ersten Blick erscheint es absurd, da biologische Systeme nicht ein absolutesMinimum,sondern ein absolutesMaximum der Entropie einnehmen. Der geniale Kunstgriff der Natur bestehtoffenbar darin, da die Biologie bei perfekter Erfllung des Stabilittsprinzips, nmlich das

Maximum derEntropie zu erreichen, den Entropiewert selbst durch Reduktion der Freiheitsgradedramatisch verringert, so da die Entropie S theoretisch sogar den Wert 0 erreichen kann.

S = -kNf(i)lnf(i) 0 fr N 1, (12)

wobei N die Zahl der Freiheitsgrade ist.Ein offenes biologisches System antwortet auf externe Signale offenbar nicht durch Variation der f-Werte, sondern "kollektiv" durch nderung der Freiheitsgrade. Diese Besonderheit erklrt sowohldie hohe Sensitvitt als auch die hohe Stabilitt des biologischen Systems. Der "Negentropie" des

biologischen Systems ist dann eine entsprechende Reduktion von Freiheitsgraden zuzuordnen, diedadurch entsteht, da kohrente Photonen "kondensiert" (gespeichert) werden. Die Photonenenergieh wird in die Reduktion von Freiheitsgraden N umgewandelt, wobei "thermodynamisch" proPhoton die Entropie um etwa k/N reduziert wird. Das gilt fr N>1. Fr N 1 geht k/N in kln2 progespeichertem Photon ber. Umgekehrt erhhtsich die Entropie um die gleichen Betrge, fallsPhotonen wieder freigelassen werden. Letztlich luft der Bewutseinsvorgang aus dieser Sicht

physikalisch auf die Speicherung und Freisetzung kohrenter Photonen hinaus, die folglich einchemisches Potential aufweisen (da sie im Gegensatz zu "freien" Photonen die Entropie desSystems verndern). Als "Mechanismus" fr diese Prozesse kommt unter anderem ein nicht-linearer

physikalischer Vorgang in Frage, den man Phasenkonjugation nennt. Die Transformation von


9/13

aktueller in potentielle Information entspricht der Speicherung, die Rcktransformation derFreilassung kohrenter Photonen, die jeweils mit der Reduktion beziehungsweise dem Anstieg derEntropie zusammenhngen. Diese Prozesse laufen sowohl im Innern des Systems, aber auch in derWechselwirkung mit der Umgebung ab. Sie lassen sich durch einen Vorgang nach Abb.6 darstellen.

Abb. 6: Modell der physikalischen Basis des Bewutseins als Absorption- und Emissionsproze von Photonen in einemnichtlinearen Speicher nach Abb. 5 (rechts). Das Muster entsteht aus den Interferenzen gefllter Speicherpltze.Absorption und Emission des optisch aktiven Materials sind in der Regel Photonen induziert, bzw. Photonen inhibiert. Die Signale, die absorbiert werden, stammen entweder aus dem Auenraum, entsprechend dem bergang A=> P. Oder sie stammen aus dem System selbst und regen die Aktivitt P P an. Die Signale, die emittiert werden,stammen aus dem Inneren des Systems. Sie fhren zu Prozessen P => A.. Das "Erinnerungsvermgen" dieser Speicherhngt mit ihrer jeweiligen "Aufladung" in einem Originalzustand zusammen. Die Interferenzmuster sind der"semantischen" Information zugeordnet.

Bewutsein und "Zeit"

Es bedarf keines Beweises fr die Behauptung, da ohne "Zeitempfindung" ein Bewutsein nichtmglich ist. Ein stationrer Zustand kann demzufolge kein "Bewutsein" aufweisen. Die obendurchgefhrten berlegungen zur Optimierung einer Transformationfunktion von aktueller in

potentielle Information (und umgehrt) knnen ebenso auch als Ausgangspunkt fr das Verstndnisdes Bewutseins der "Zeit" betrachtet werden. Dabei mssen wir unterscheiden zwischen einer"objektiven" Zeit, die aus Ereignissen der aktuellen Information - zum Beispiel dem Sonnenstand hergeleitet wird, und einer "subjektiven" Zeit, die offenbar dem Bereich der potentiellenInformation, einer "biologischen Uhr" entspringt. Die beiden "Zeitbegriffe" sind keineswegsidentisch. Whrend die "objektive" Zeit als vllig stetig und "gleichmig" ablaufend postuliert undauch definiert ist, folgt die "subjektive" Zeit des "Zeitbewutseins" offenbar internen biologischenVorgngen, aber auch spontanen ueren Einflssen auf das biologische System. So ist bekannt, damit zunehmendem Alter objektiv gleiche Zeitabschnitte t immer krzer "empfunden" werden.Daraus geht hervor, da das Bewutsein das Zeitempfinden mindestens teilweise dem Bereich der

potentiellen Information entnimmt. Die Analyse kohrenter Zustnde zeigt, da der Parameter 1/ ,den wir fr den Optimierungsvorgang eines kohrenten System eingefhrt haben, ein Ma fr dieSpeicherfhigkeit und die Kohrenz des Systems darstellt. Die Kohrenz des Photonenfeldes einessich gesund entwickelnden Biosystems nimmt bis ins hohe Alter hinein zu. So steigt dieWrmeproduktion des Gehirns bis weit ber achtzig Jahre stndig an. AuchDifferenzierungsprozesse in den Zellgeweben, die nach unserer Auffassung auf eine Zunahme der

Kohrenz zurckzufhren sind, steigen bis ins hohe Alter hinein an. Konsequenterweise mu in denFormeln (8-10) eine Abnahme von mit zunehmendem Alter angenommen werden. Da sich diepotentielle Information in diesem einfachsten nichtlinearen Modell nur an N(0) und N(t) orientierenkann, ergibt sich die "biologische" Zeit tbiol. nur aus dem "wahrnehmbaren" Verhltnis N(0)/N(t)

mit

tbiol. = tphys.. = N(0)/N(tphys.) 1, (13)

wobei tphys.die objektive, physikalische Zeit darstellt.

Konsequenterweise verkrzt sich die biologische Zeit mit steigendem Kohrenzgrad ( 0) desbiologischen Systems, und sie verlngert sich entsprechend, wenn sich die Speicher der potentiellenInformation N(0) schneller entleeren ( ). Das knnte beispielsweise durch stimulierteEmission von Photonen erreicht werden.


10/13

Aus der o.a. Beziehung kann leicht auch "formal" auf eine Gedchtnisfunktion des Bewutseinsgeschlossen werden. Die "biologische" Zeit dreht sich um fr < 0. Das bedeutet physikalisch, dadas Speichersystem nicht "entleert", sondern "aktiviert" wird, um von einer Speicherzahl N(t)

popp (2002)-bewußtsein als eigenschaft kohärenter zustände.pdf

Documents