Der englische Mathematiker und Physiker Roger Penrose hat sich mit seiner Theorie, dass das menschliche Bewusstsein und der Geist auf Quantenmechanik basieren, durchaus nicht beliebt gemacht. Quantenmechanik – hier setzt der gesunde Menschenverstand des Alltäglichen aus, hier regiert der Zufall, nicht die Kette von Ursache und Wirkung.

Jedoch hat diese umstrittene Theorie durchaus interessante Konsequenzen, sollte sie denn stimmen: Der Mensch könnte in der Lage sein, in die Zukunft zu blicken – und diese zu beeinflussen. Markus Maier ist ein Psychologe an der Ludwig-Maximilians-Universität München. Er hat diesen Aspekt der Theorie mit Experimenten überprüft und kommt zu einem erstaunlichen Ergebnis.

Interview mit Psychologe Markus Maier.

Wie kommt man als Psychologe dazu, Forschung für die Physik zu machen?

Markus Maier: Für mich war es so, dass in meiner Person zwei Interessen zusammenkommen. Irgendwann habe ich dann festgestellt, dass es Verbindungsstücke zwischen der Physik und der Psychologie gibt. In der Quantenphysik gibt es Begriffe wie Bewusstsein oder Bewusstseinsmoment; dafür haben die Physiker keine mathematische Formel. Sie führen diese Begriffe einfach ein, weil sie diese brauchen. Und dann habe ich mir gedacht, dass vielleicht die Psychologen, die ja sehr viel wissen über das Bewusstsein und Unbewusstsein und wie man es misst, helfen könnten, diese Lücke in der Physik zu schließen. Dann habe ich die Bücher von Roger Penrose gefunden, in denen er mit einem Anästhesisten zusammen spekuliert, wie Quantenphysik zusammenhängt mit Gehirnprozessen und wie das wiederum zusammenhängt mit bewussten und unbewussten Prozessen.

Nun ist ja Penroses Theorie sehr umstritten.

Die ist total umstritten, natürlich. Da stimmt auch vieles wahrscheinlich nicht. Aber Penrose hat über den Tellerrand hinausgeschaut. Er hat es gewagt, etwas Riskantes zu behaupten. Damit stößt er eine Lawine von Forschungsarbeiten an.

Die Kurzzusammenfassung von Penroses Theorie lautet, dass Bewusstsein ein quantenmechanisches Phänomen ist und nicht deterministisch. Welche experimentellen Hinweise gibt es denn dafür?

Keine, die ich kennen würde. Die Theorie ist ja sehr komplex. Zum einen behauptet er, dass im Gehirn quantenmechanische Prozesse stattfinden. Wenn die kollabieren, dann nehmen wir etwas bewusst wahr. Zusätzlich dazu nimmt er dann zusammen mit Hameroff, einem Anästhesisten an, dass die Mikrotubuli, bestimmte Teile im Nervensystem, dafür verantwortlich sind, dass quantenmechanische Superposition entsteht. Dafür gibt es erste biologische Hinweise. Also für Teilaspekte der Theorie gibt es durchaus interessante Befunde, für andere gar nicht. Meine Daten zum Beispiel zeigen möglicherweise, dass es eine Zeitumkehrung im Unbewussten gibt. Dass im Unbewussten Vergangenheit und Zukunft austauschbar sind deutet wohl darauf hin, dass Penroses Annahme stimmt: Nur in der Quantenmechanik kann man eine Zeitumkehrung annehmen. Das ist aber auch umstritten. Man ist also dran, wie bei einem Mosaik einzelne Bausteine experimentell zu überprüfen und müsste sich dann das große Bild noch einmal anschauen.

In Ihren Experimenten ging es also um die Zeitumkehrung im Unbewussten. Was genau haben Sie versucht, da zu erforschen?

Im Prinzip haben wir ein subliminales Priming-Experiment durchgeführt, nur umgedreht. Bei diesem Experiment ist es so, dass etwas dargeboten wird unterhalb der bewussten Wahrnehmung, also subliminal – ein negatives Bild zum Beispiel, und danach wird die emotionale Reaktion gemessen. Das haben wir auch gemacht, nur dass wir es zeitlich umgekehrt haben. Wir haben also vorher die Reaktion erfasst und danach den reaktionsauslösenden Reiz dargeboten. Das macht aus der klassischen Sicht keinen Sinn, weil: Wie sollte etwas kausal auf meine Reaktion wirken, wenn es erst in der Zukunft angeboten wird? Aber in der Theorie von Penrose sollte das durchaus möglich sein, solange die Reaktion und das, was wahrgenommen wird, unbewusst dargeboten werden. Wir wollten nun wissen, ob eine Versuchsperson in der Lage ist, etwas Negatives vorherzusehen und entsprechend darauf zu reagieren, es also zu vermeiden. Die Versuchsperson sollte also keine Ahnung haben, dass in der Zukunft etwas Negatives dargeboten wird, aber auch keine Ahnung davon haben, dass sie reagiert.

Und wie sahen die Experimente dann aus?

Die Versuchspersonen mussten Tasten drücken, ohne dass sie wussten zu welchem Zweck. Eine Taste führte zu einem positiven Bild, die andere zu einem negativen Bild. Wenn die Versuchsperson die Zukunft kennt, müsste sie auch wissen, was potentiell passieren wird und folglich ein unbewusstes Entscheidungsverhalten einbauen. Wenn man keine Ahnung von der Zukunft hat, würde man also zu fünfzig Prozent negative und zu fünfzig Prozent positive Bilder sehen. Was wir finden, ist eine Abweichung der negativen Bilder – im Schnitt 1,7 Prozent Abweichung vom Zufall.

Das ist ja nun sehr wenig. Kann dieser Effekt nicht einfach nur Zufall sein?

Nein, denn es ist signifikant statistisch abgesichert. Außerdem haben wir keinen riesigen Effekt erwartet, denn es ist ja ein sehr komplexes Phänomen. Wir haben ein sehr ungenaues Maß für die Messung der Entscheidung der Person genommen. Außerdem haben wir den Effekt repliziert, was in der Psychologie viel wichtiger ist: dass etwas wiederholt gezeigt werden kann. Ich habe jetzt neun Experimente gemacht, sieben davon haben funktioniert. Aus meiner Erfahrung mit der psychologischen Forschung ist das sehr gut – normalerweise funktioniert bei einem psychologischen Experiment die Hälfte und die andere Hälfte nicht. Die Replikationsrate bei uns ist höher: Sie liegt bei zwei Drittel, sonst wäre ich ja damit niemals an die Öffentlichkeit gegangen.

Sind die entsprechenden Artikel schon veröffentlicht?

Noch nicht. Unsere Forschung wird jetzt auf einer Konferenz im April zum ersten Mal der Öffentlichkeit vorgestellt.

Haben Sie nicht Angst, dann als verrückter Professor dargestellt zu werden?

Nein. Ja, es wird passieren aber ich habe keine Angst davor. Ich glaube, wenn es ein wirklicher Effekt ist, dann ist es wichtig, ihn zu untersuchen, denn das hat Implikationen. Wir sehen in den Experimenten ja, dass es möglich ist, eine negative Zukunft zu vermeiden.

Was machen Sie, wenn jemand versucht, die Experimente nachzumachen und den Effekt erneut nachzuweisen – und es funktioniert nicht?

Dann würde ich sagen, gut, dann habe ich unrecht gehabt. Dann kann ich damit leben. Innovation ist, dass man etwas Verrücktes probiert.

Letzte Frage: Wie weit kann man denn in die Zukunft sehen?

Bei unseren Experimenten 500 ms. Eine halbe Sekunde.

Artikel vom 15.3.2012 aus

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In welcher Tradition bewegen Sie sich mit dem Eisenbahnexperiment?

Von meiner Ausbildung her bin ich Naturwissenschaftler und fühle mich somit im Prinzip der naturwissenschaftlichen Tradition des Experimentes verpflichtet. Ein Experiment ist eine an die Natur möglichst präzise gestellte Frage, deren Beantwortung Aufschluss über Naturgesetzlichkeiten geben sollte, wobei man im Sinne des Permanenzprinzips annehmen darf, dass diese Gesetze von konstanter, räumlich und zeitlicher Gültigkeit sind.

Welches Ziel verfolgen Sie mit dem Experiment?

Die experimentelle Fragestellung ist dahingehend, ob mechanische, unbelebte Systeme die Fähigkeit besitzen, von ihnen unabhängige Zufallsprozesse in solcher Weise abzufragen, dass die abgefragten Zufallsereignisse statistisch signifikant von ihrem Erwartungswert abweichen. Weiters soll die Frage beantwortet werden, ob eine solche Abweichung dem Systemerhalt dienlich sein kann.

Wie verhält es sich dann aber mit der Einmaligkeit des Auftretens solcher Phänomene?

Dies ist das große Problem solcher Experimente. Es hat sich immer wieder gezeigt, dass Effekte signifikanter Größe zwar festgestellt werden können, sich aber bei längerer Wiederholung des Experimentes abschwächen und sogar bis zur Unmessbarkeit verschwinden. Dieser Effekt, den man unter der Bezeichnung „decline effect“ kennt, verletzt das Konzept des klassischen Experimentes, von dem im naturwissenschaftlichen Verständnis eine vollständige Reproduzierbarkeit verlangt wird. In diesem Sinn sind auch die Resultate des Eisenbahnexperimentes nicht als wissenschaftlich  gesichert zu betrachten. Meiner Meinung nach und der von anderen Wissenschaftlern, die in diesem Bereich arbeiten, verhält es sich so, dass der „decline effect“  Teil jener Korrelationsmechanismen zwischen Systemen und Zufallsprozessen ist, die wir untersuchen.

Wie kommen Sie zu der Hypothese, daß  belebte, und weiterführend im Eisenbahnexperiment “unbelebte Systeme die Fähigkeit besitzen, unabhänige Zufallsprozesse zu kalkulieren“, wo doch die “Unabhängigkeit” gerade Ausdruck für die Unvorhersehbarkeit ist, mit der gerade nicht kalkuliert werden kann?

Ich glaube, dass der Mechanismus nicht in dieser Art abläuft. Die Systeme kalkulieren den Zufall nicht, sie lassen ihn vielmehr unbeeinflusst ablaufen. Allerdings scheint es eine bestimmte, geringe “Fähigkeit” zu geben, Systemperioden autonom so abzustimmen, dass aus einer unabhängig ablaufenden Zufallsereignisfolge bestimmte Ausprägungen bevorzugt abgefragt werden, sodass die Folge, die sich aus einer Sampelung der unbeeinflusst ablaufenden Zufallsfolge ergibt, messbare Tendenzen aufweist. In dieser Betrachtungsweise löst sich der von Ihnen beschriebene Widerspruch auf, da der ursprüngiliche Zufallsprozess für sich ja unvorhersehbar bleibt.

Nach der Entwicklung des Eisenbahnexperiments führten Sie Untersuchungen mit Massenpublikum durch, dh Sie untersuchten mögliche Erscheinungsformen psychoaktiver Effekte von Stadiumsbesuchern während Fußballspielen, zuletzt zur WM 2010. Auch hier kamen Zufallsgeneratoren zum Einsatz. Wie sieht hier – zwischen belebten Systemen – das Setting aus und welche Funktion hat in diesem Setting der eingesetzte Zufallsmechanismus?

In räumlicher Nähe zu einem wichtigen Fußballspiel (von einigen km bis zu 100km, typische Distanzen im Bundesland Nordrhein-Westfalen) ) läuft während des Spieles eine elektronische Schaltung, in welcher eine niederfrequente, in der Frequenz zufällig variierende digitale Schwingung eine solche mit exakter, viel höherer Frequenz sampelt. (Frequenzverhältnis 1:100 – 1:1000) Die gesampelte Folge der Binärwerte mit den Ausprägungen +1 bzw.  -1 wird dann zu einer kumulativen Differenzkurve aufaddiert. Wegen der zwei klar ausgeprägten Grundschwingungen kommt es in Überlagerung auch immer wieder zu Resonanzerscheinungen im fraglichen System, was dann zu einem plötzlichen  Ausschlag der CD-Kurven führt.

Wie lässt sich dann aber in diesem Setting das am Eisenbahnexperiment weiterentwickelte Postulat der erwähnten Hypothese des “Systemerhalts” verstehen?

Die Hypothese, die diesem Experiment zugrunde liegt ist – nach Roger Nelson von der Universität Princeton – nicht in erster Linie ein Zusammenhang zwischen dem Selbsterhaltungsstreben eines Systems und einem Zufallsprozess sondern der von starken Emotionen in bewussten Systemen (Menschen) und dem Zufall. Natürlich könnte man auch diesen Zusammenhang in allerdings spekulativer Weise allgemein auch als eine Selbsterhaltungstendenz begreifen, da ein Gewinner (auch der eines Fußballspieles?) im weitesten Sinn auch der Überlebensfähigere ist.

Sie sprechen vom “Declineffekt” als möglichem “Teil der Korrelationsmechanismen zwischen Systemen und Zufallsprozessen”. Heißt das, wenn der Effekt verschwindet, ist – banal gesprochen – mit dem System alles wieder in Ordnung, also die Eisenbahn gerettet und das Fußballspiel mittelmäßig?

Nein, das ist nicht die Bedeutung des “Declineeffektes”. Ich möchte zur Beantwortung der Frage die Physikerin Fotini Pallikari von der Universität Athen zitieren. Ihrer Meinung nach, der ich mich anschließen möchte, muss es einen Balanzierungseffekt einfach deshalb geben, weil es keinen physikalischen Mechanismus gibt, der das Aussampeln bestimmter Ausprägungen aus einer Zufallsfolge ohne physikalische Kopplung ermöglicht. Beobachtet man ein solches Verhalten jedoch über eine bestimmte Zeit, so muss der Deklineeffekt eben irgendwann auch eine gegensinnige Abweichung ergeben, um insgesamt wieder im Bereich der Zufallserwartung zu enden. Naturgesetze “dürfen also für eine bestimmte Zeit umgangen werden”, wenn es nur wieder rückgängig gemacht wird. Ein Effekt, der auch in der Quantenmechanik (virtuelle Teilchen) auftritt.

Interview mit Dr. Johannes Hagel, April 2011

n-tv.de: Herr Schütte, sind Würfelspiele wirklich vom Zufall abhängig? Oder spielen beim Fall eines Würfels einfach zu viele Faktoren eine Rolle, als dass wir das Ergebnis beeinflussen könnten?

Christof Schütte: Das kommt darauf an, was man unter Zufall versteht. Es stimmt, dass man normalerweise zumindest die Hoffnung haben könnte, den Fall eines Würfels voraussagen zu können, wenn einem nur genug Messungen und Informationen zur Verfügung ständen. Aber in Normalsituationen kann man sich all die notwendigen Informationen nicht beschaffen. Deswegen kommt man lieber auf eine einfachere Beschreibung zurück: auf den Zufall. Da Experimente ergeben, dass es sehr stark gleich verteilt ist, welche Augenzahl der Würfel zeigt, erstellt man in der Mathematik ein sogenanntes Zufallsmodell. Dort notiert man, dass jede Augenzahl gleich wahrscheinlich auftaucht. Das ist also eigentlich nur ein Hilfsmittel, das eine sehr komplizierte Umwelt auf etwas sehr Einfaches zurückführt.

Anders gesagt: Das, was wir Zufall nennen, ist mitunter nichts anderes als Unwissen?

Die Vorstellung, dass man den Würfel und seinen Fall vollständig beschreiben und daher auch vorhersagen kann, geht auf den Laplaceschen Dämon zurück. In der Mathematik aber gibt es die Chaostheorie, und …

Ein Dämon? Was hat es mit dem auf sich?

Laplace war ein französischer Mathematiker und Astronom, der 1814 einen philosophischen Essay über die Wahrscheinlichkeit veröffentlichte. Darin spricht er – stark verkürzt – von einer “Intelligenz”, die “alle Kräfte kennt, mit denen die Welt begabt ist” und der “nichts ungewiss wäre”. Diese Intelligenz wurde später als Laplacescher Dämon bezeichnet.

Welchen Platz nun nimmt dieser Dämon im Würfelspiel ein?

Er besagt: Angenommen, man kennt alle Bedingungen perfekt, dann kann man voraussagen, was wirklich geschieht. Das heißt, das System, um das ich mich kümmere, hat die Eigenschaft, immer dasselbe zu tun, sofern alle Bedingungen gleich bleiben. Bei einigen solcher Systeme aber kann man nachweisen, dass das System bei allerkleinsten Änderungen etwas völlig anderes macht. Dieses “völlig andere” gehorcht einer gewissen Verteilung. Was rauskommen kann bei kleinsten Abweichungen, kann man daher mit Wahrscheinlichkeiten charakterisieren.
Die kleinsten Änderungen können beim Würfelspiel schon ein kleiner Lufthauch oder ein Stäubchen auf der Tischplatte sein. Deswegen sagt man aus mathematischer Sicht: Diese Vorstellung, dass man bei Kenntnis aller Informationen weiß, was passieren wird, diese Vorstellung kann man zwar im Prinzip haben, aber man kann nie alles so genau wissen, dass dieser Satz tatsächlich angewendet werden kann. Daher benutzt man die sehr viel einfachere Beschreibung mit dem Wort “Zufall”.

Gehorcht auch das Wetter diesem Zufallsprinzip?

Ja. Beim Wetter kann man den Anfangszustand nicht genau genug messen, um es über viele Tage voraussagen zu können. Auch das Wetter ist ein chaotisches System. Kleine Abweichungen von den Anfangsbedingungen – ungenaue, falsche Messungen – können nach drei bis vier Tagen völlig verschiedene Szenarien ergeben.

Mal ganz grundsätzlich: Woher wissen wir, dass es sich bei einem bestimmten Ereignis tatsächlich um einen Zufall handelt?

Ein Mathematiker würde nie sagen: “Das IST Zufall.” Denn Zufall gibt es ja vielleicht gar nicht. Ein Mathematiker würde bei bestimmten Systemen sagen: “Das kann man mit einem Zufallsexperiment gut beschreiben.” Dem Mathematiker geht es nämlich nur darum, das, was passiert, korrekt zu beschreiben. Und beschreiben können wir bestimmte Systeme mit dem Zufall, auch wenn es vielleicht gar kein Zufall ist.

Wie steht es ums Lotto?

… ist vielleicht auch gar kein Zufall. Wenn ich die Position aller Kugeln ganz genau kennen würde und jede kleinste Unebenheit in der Oberfläche der Maschine, dann könnte ich tatsächlich voraussagen, wie diese ganzen Kugeln am Ende rotieren, und wenn ich dann weiß, wann eingegriffen wird, weiß ich, welche Kugel gezogen wird. Aber niemand wird das ernsthaft versuchen wollen, auch weil das sicher ebenfalls ein chaotisches System ist …

Glücksspiele würden ohne Zufallselement stark an Reiz verlieren. Und dennoch wünscht man sich oft genug, man könnte den Zufall austricksen. Haben Sie als Mathematiker da einen Tipp?

Ja, mit Mathematik kann man in Zufallsszenarien einiges machen. Zum Pokern beispielsweise gibt es ausgearbeitete mathematische Theorien, die man relativ einfach nachvollziehen kann, wenn man ein bisschen was von dem Spiel versteht. Es geht darum, zu erkennen, wann man am besten mit dem Weiterbieten aufhören sollte. Für Mathematiker ist das ein optimales Stoppzeiten-Problem. Und ein solches gibt es nicht nur beim Poker, sondern zum Beispiel auch in der Aids-Therapie. Damit beschäftigen wir uns hier am Institut.

Auch in der Aids-Therapie spielen der Zufall und seine mathematische Beherrschbarkeit eine Rolle?

In dem einen Fall sind Sie der Pokerspieler, Ihnen gegenüber sitzt ein anderer Pokerspieler. In dem anderen Fall sind die Viren Ihr Gegner. Sie wissen nicht genau, was die machen. Und beim Poker wie bei der Virenbekämpfung wollen Sie als Sieger vom Tisch gehen.

Heutzutage bekommt jemand, der HIV-infiziert ist, ein Medikamenten-Cocktail, der den Typ Virus, den er hat, ziemlich gut unterdrücken kann. Gleichzeitig bilden sich Resistenzen gegen dieses Medikament. Die resistenten Viren werden von den Medikamenten nicht mehr bekämpft. Sie können sich teilweise in Zellen verstecken, wo sie von dem Medikament nicht mehr erreicht werden. Nach einer gewissen Zeit kommen sie wieder raus aus dem Versteck und überschwemmen dann den gesamten Organismus. Man muss also einen Zeitpunkt finden, an dem man von dem ersten Medikamenten-Cocktail auf einen anderen wechselt, bevor die resistenten Viren so zahlreich geworden sind, dass sie unkontrollierbar werden. Damit will man allerdings möglichst lange warten, denn es stehen nur endlich viele Medikamenten-Cocktails zur Verfügung. Man muss das Maximale aus dem ersten Medikament herausquetschen. Das ist das Stoppzeiten-Problem. Die Verbreitung eines Virus im Körper ist ein Zufallsprozess. Ob ein Virus mutiert oder nicht, lässt sich sehr gut durch ein Zufallsexperiment beschreiben. Die Medikamentengabe ist eine äußere Kontrolle, die man auf den Zufallsprozess Virusmutation ausübt.

Mathematisch lässt sich also ermitteln, wann man eingreifen muss, um bestimmte zufallsgeprägte Entwicklungen zu vermeiden?

Nicht nur das. Es lässt sich in anderen Situationen auch ermitteln, wann der vom Zufall abhängige erwartete Gewinn am größten ist. Ein typisches Beispiel aus Lehrbüchern: Sie haben eine große Waldfläche, von der Sie wissen, wie schnell Ihre Bäume im Durchschnitt wachsen. Wie schnell Ihre Bäume jedoch tatsächlich wachsen, hängt von vielen Zufällen ab. Vom Wetter, von Mineralverteilungen im Boden etc. Das lässt sich nicht alles in allen Details erfassen. Das bedeutet, Sie haben ein Zufallsmodell, wie schnell Ihr Wald wächst. Sie wollen ihn irgendwann abholzen, aber wann ist der optimale Zeitpunkt, auch bezogen auf den Holzpreis? Auch der fluktuiert zufällig. Und wann pflanzen Sie neue Bäume? Ziel ist immer der maximale Gewinn über eine lange Zeit. Das ist eine typische Fragestellung, und sie lässt sich mathematisch lösen. Übrigens lässt sie sich auf Stromnetze übertragen, wo der Zufallsprozess darin besteht, dass man nicht genau weiß, wie viele Kunden wann wie viel Strom entnehmen. Oder auf Gasnetze. Es gibt zahlreiche Probleme der so genannten stochastischen Optimierung, wo Sie in einem Zufallsumfeld entscheiden wollen, welche Strategie die beste ist, um ein Ziel zu optimieren.

Nachdem wir so viel über den Zufall gesprochen haben: Was hält ein Mathematiker vom Schicksal?

Da kommen wir wieder auf den Anfang des Gesprächs zurück. Der Begriff des Schicksals ist der Begriff der Vorherbestimmtheit, des Determinismus: Würden Sie alles kennen, wüssten Sie, was passiert. Die Eigenschaft von mathematischen, chaotischen Systemen zeigt, dass das vielleicht im Prinzip gilt, aber dass diese Kenntnis niemals genau genug eingenommen werden kann, um alle Systeme voraussagen zu können. In vielen Zusammenhängen sind Theorien, die Zufallsbegriffe benutzen, sehr viel einfacher und testsicherer als Modelle, die Determinismus oder Schicksal benutzen. Selbst wenn es also das Schicksal gibt, würde ein Mathematiker sagen, dass ihm diese Information nichts nützt.

Mit Christof Schütte sprach Andrea Schorsch.

aus: n-tv.de/wissen

„Ich hoffe, dass ich noch fähig bin, es zu tun. Und mutig ist es, wenn man den Leuten sagt: ‚Überlegt doch mal, WER ihr seid! WER seid ihr, und warum muss ich so mit euch sprechen?’ Und einen Kontakt zu schaffen. Ich glaube, der steckt in dem, was Breton entdeckte und den ‚objektiven Zufall’ nannte. ‚Objektiv’ hat nicht nur etwas mit Film zu tun, sondern auch mit dem Zufall. Und ich praktiziere den objektiven Zufall, wahrscheinlich unbewusst schon seit meiner Geburt.”

Auszug – Vollständiges Interview auf ARTE online

Das Interview führte Bernd Mosblech, Dez 2003, Sangha /Mali

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