Perry Rhodan-Paket 62: Mythos (Teil2). Perry Rhodan

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СКАЧАТЬ Zukunft verlegen«, fasst es Sandberg zusammen. (Es würde übrigens nicht helfen, die Berechnungen einfach früher in einem großen Kühlschrank auszuführen, weil die Kühlung Energie verbraucht, Abwärme erzeugt und die thermodynamische Bilanz verschlechtert.) Kurzum: Ein Bedürfnisaufschub ist die beste Garantie für kosmische Langlebigkeit.

      Kreative Köpfe (von links): Stuart Armstrong, Milan M. Ćirković und Anders Sandberg spekulieren über die Verbreitung extraterrestrischer Intelligenz.

      Hinter dieser Überlegung steckt die gut etablierte Physik der Informationsverarbeitung. Wie auch immer Information definiert wird – »ein Unterschied, der einen Unterschied macht«, wird zuweilen im Hinblick auf den Bedeutungsaspekt von Informationen und die entsprechenden Zustandsänderungen gesagt –, Information ist oder benötigt einen physikalischen Träger, etwa Materie oder Strahlung. Dabei lässt sich Information geistig, praktisch oder rein instrumentalistisch verstehen. Und weil Information eine physikalische Basis besitzt, kostet ihre Verarbeitung Energie.

      »Ohne unendliche Ressourcen kann nur eine endliche Zahl von Rechenschritten in der Zukunft jeder möglichen Zivilisation ausgeführt werden«, schreiben Sandberg und seine Kollegen lakonisch in ihrem Fachartikel.

      Das Landauer-Limit

      Die Informationsverarbeitung bei Rechenprozessen ist physikalisch gesehen zwar reversibel (umkehrbar) und erfordert daher im Prinzip keine Energie. Allerdings ist Energie nötig für das Speichern und Löschen sowie in der Regel für Fehlerkorrekturen, sonst wäre der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik verletzt. Das gilt nicht nur für klassische Computer, sondern auch für Quantencomputer.

      Das von dem Physiker Rolf Landauer entdeckte und nach ihm benannte Landauer-Limit ist ein thermodynamischer Grenzwert, der beschreibt, wie viel Energie mindestens notwendig ist, um ein Bit Information irreversibel zu ändern, also beispielsweise zu speichern oder zu löschen: Gemessen in Joule beträgt diese Energie E wenigstens E ≥ kBTln2. Dabei bezeichnet kB die Boltzmann-Konstante (1,38 · 10-23 Joule pro Kelvin), T die Temperatur in Kelvin und ln2 den natürlichen Logarithmus von zwei (also etwa 0,69315...). Der maximale Betrag an Information (Imax) in Bits, der von jedem möglichen klassischen und Quantencomputer verarbeitet werden kann, hängt also von seiner Arbeitstemperatur T ab sowie der verfügbaren Energie E: Imax = E/kBTln2 = 1,05 · 1016 E/T. Daraus folgt: Je geringer die Temperatur ist, desto mehr Information kann verarbeitet werden.

      Die niedrigste Temperatur im Weltraum ist im Allgemeinen die Kosmische Hintergrundstrahlung. Sie ist gewissermaßen das Nachleuchten des Urknalls und beträgt gegenwärtig 2,72 Kelvin oder rund minus 270 Grad Celsius. Im Labor kann man zwar noch tiefere Temperaturen herstellen (der Rekord auf der Erde liegt bei 100 Pikokelvin = 0,000.000.000.1 Kelvin in einem Rhodium-Metall), aber diese energieaufwendige Kühlung geht auf Kosten der Umgebung. Generell lässt sich Entropie lokal durchaus vermindern, doch das führt zu einer noch größeren Entropiezunahme ringsum und insgesamt – im Einklang mit dem Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, nicht im Widerspruch dazu.

      Gegenwärtig ist die Temperatur des Weltraums also knapp drei Grad wärmer als der Absolute Nullpunkt der Temperaturskala, der bei minus 273,15 Grad Celsius liegt. Insofern besteht noch einiges an Rechenspielraum – ein gigantischer Betrag sogar.

      So könnte eine Superzivilisation, der die Masse eines Superhaufens von Galaxien zur Verfügung steht – 1043 Kilogramm in einem Raumbereich von vielleicht 150 Millionen Lichtjahren –, gegenwärtig eine Rechenkapazität von 1061 Bits nutzen, in 1,4 Billionen Jahren hingegen 1075 Bits. Noch drastischer: Schon die Masse der Erde (5,9 · 1024 Kilogramm) würde in ferner Zukunft mehr nutzbare Energie liefern (gemäß Einsteins Formel E = mc²) als heute die Masse des ganzen beobachtbaren Universums (6 · 1052 Kilogramm). Das ist eine erstaunliche Einsicht, die andere Zivilisationen sicherlich auch gewinnen, wenn sie bereits vergleichsweise primitiven Erdlingen möglich ist.

      Die Ästivation-Hypothese

      Um den energetischen Aufwand zu minimieren, ist es also sinnvoll, den optimalen Zeitraum abzuwarten – und sich zuvor möglichst früh und umfassend die Ressourcen dafür zu sichern. Daher spekulieren Sandberg, Armstrong und Ćirković, dass fortgeschrittene Superzivilisationen im Universum diese Expansionsphase bereits hinter sich haben und zurzeit passiv sind, weil sie sich im Zustand einer Art kosmischer Sommerruhe befinden.

      In Sommerruhe: Dünenschnecken (Theba pisana) und ein paar Spitzschnecken (Cochlicella acuta) an Zaunpfosten im südaustralischen Kadina. Um den Stressfaktor Hitze zu vermindern, kapseln sie sich ein und fahren ihre Stoffwechselaktivität herunter. [V. Menkov]

      Sandberg und seine Kollegen haben diese Idee Ästivation-Hypothese genannt und in vielen Details ausgearbeitet. Ästivation (von lateinisch »aestes«: Hitze, Sommer) ist das biologische Fachwort für Sommerruhe. Sie bezeichnet die Strategie mancher Tiere, hohen Temperaturen und Trockenheit auszuweichen, indem sie die warmen Sommermonate weitgehend verschlafen – ähnlich wie andere es im Winter tun, um die Kälte und den Nahrungsmangel zu überstehen. Sommerruhe kommt bei einigen Insekten vor, etwa bestimmten Marienkäfern (Coccinellidae) und Stechmücken, bei Schnecken (Otala lactea, Theba pisana, Glanum), beim Afrikanischen Lungenfisch, bei manchen Kröten und Fröschen sowie bei Reptilien, etwa der Ägyptischen und Tunesischen Landschildkröte und bei den Agamen-Echsen.

      Selbstverständlich könnten Superzivilisationen auch beschließen, zu Hause zu »übersommern«, ohne das Weltall großräumig zu kolonisieren. Das würde zunächst beträchtlich Energie sparen, langfristig allerdings viel weniger Ressourcen einbringen. Außerdem wäre es riskant, falls andere Superzivilisationen expandieren und womöglich alles für sich vereinnahmen.

      Das Ende der kosmischen Sommerruhe

      Ab wann die kosmische Sommerruhe endet und es vernünftig ist, die Energie des Universums optimal zu nutzen, lässt sich schwer sagen – aber der Zeitpunkt muss in jedem Fall weit in der Zukunft liegen. Sandberg und seine Kollegen haben verschiedene Möglichkeiten für dieses Große Erwachen diskutiert.

      • So beträgt in 270 Milliarden Jahren die Temperatur des Weltraums 10-8 Kelvin: Ab dann sind Fehlerkorrekturen nicht mehr temperaturabhängig.

      • In 520 Milliarden Jahren sind supermassereiche Schwarze Löcher mit einer Milliarde Sonnenmassen aufgrund ihrer quantenphysikalischen Hawking-Strahlung wärmer als die Kosmische Hintergrundstrahlung und wären als Energiequellen nutzbar, aber nicht mehr als Senken für die thermodynamische Abwärme.

      • In 1,4 Billionen Jahren ist die Hintergrundstrahlung auf 3 · 10-30 Kelvin abgekühlt: Kälter wird es aufgrund von Quanteneffekten in unserem beschleunigt expandierenden Universum nicht mehr, wie Stephen Hawking und Gary Gibbons bereits 1977 berechnet haben. Ab dann beginnt es auch für Superzivilisationen problematisch zu werden, zumal allmählich die materiellen Ressourcen schwinden.

      • In 1019 Jahren lösen sich Galaxien auf – infolge seltener gravitativer Interaktionen werden die Sterne mit der Zeit in den intergalaktischen Raum geschleudert oder stürzen ins supermassereiche Schwarze Loch im Galaxienzentrum.

      • Und in frühestens 1033 Jahren setzt wohl ein Protonenzerfall ein, der das Ende der gewöhnlichen Materie bedeutet.

      Sandberg, Armstrong und Ćirković haben einige Beispiele für die Zahl der möglichen Informationsverarbeitungsschritte – etwa Speicher- oder Löschvorgänge – abhängig von der Zeit und Energie berechnet. Eine Zivilisation, die die ganze Masse ihres Galaxien-Superhaufens bis zum Protonenzerfall СКАЧАТЬ