Neu im Catch-up Service: Leibnitz und die Mathematik der Schlangen

Leo van Hemmen: „Jeder Punkt auf der Skala der Sinne hat seinen eigenen Verstand“

Grubenottern sind Schlangen, die außer ihren Augen Infrarotsensoren an ihren Köpfen haben, sogenannte „Gruben“. Im Sandmeer der Wüste schaukeln die zwei Kiefer dieser Schlangen im Wellenrhythmus, in dem sich die Beute nähert. Die Wärmebilder, in denen die Daten das rechnende Hirn der Schlange erreichen, sagt der Biokybernetiker Prof. Dr. Leo van Hemmen, sind unglaublich unscharf. Dennoch sind die „mit der Mathematik der Schlangen“ am Ende erstellten Kartierungen im Gehirn so präzise, dass der Angriff der Schlange blitzartig trifft.

An solchen Prozessen, in denen mehrere voneinander unabhängige Sinne „multi-modal“ zusammenwirken, untersucht die moderne Biophysik die Eigengesetzlichkeit der Sinne, aber auch Innovationsschübe für Roboter. Die Skalen, auf denen die elementaren Prozesse der Wahrnehmung stattfinden, sind bei Menschen – wie bei den Schlangen – absolut voneinander getrennt. Die Neuronen wissen nichts von der Psychologie, an der sie doch bauen.

Die moderne Biophysik kommt hier zu ähnlichen Ergebnissen wie der große Philosoph Leibniz: alles Elementare besteht aus Monaden, die blind sind. Und doch produzieren diese autonomen Monaden ein Ganzes, das als Realität funktioniert.

Unsere menschlichen Neuronen haben das Sternenzelt nie selber gesehen. Und doch erforschen wir den Kosmos.

Begegnung mit dem Biokybernetiker Leo van Hemmen: „Jeder Punkt auf der Skala der Sinne hat seinen eigenen Verstand“.

► Leibnitz und die Mathematik der Schlangen (10 vor 11, Sendung vom 04.12.2017)


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► Jenseits unserer Sinne

Unsere menschlichen Sinne sind nicht auf die Quantenwelt geeicht. Ebenso wenig wie auf das Durchwandern der Milchstraßen. Trotzdem schwimmt alles Leben in einem Meer von Elementarteilen und Quanten, die sich ganz anders verhalten als wir meinen.

Eine der interessantesten Fragestellungen im Verhalten der Quanten ist die sogenannte „spukhafte Fernwirkung“. Kommen zwei Photonen aus der gleichen Quelle, so bewirkt eine Beeinflussung des einen Geschwisters eine sofortige Reaktion des anderen, wie weit sie auch voneinander entfernt sein mögen. Zu diesem Paradoxon, das die Forscher Albert Einstein und Nathan Rosen zur Widerlegung dieser „spukhaften Fernwirkung“ aufgestellt hatten, das aber das Phänomen bestätigte, haben jetzt Münchner Quantenphysiker eine aufsehenerregende weitere Bestätigung geliefert. Ihre Versuchsreihe spielte sich zwischen zwei Kellern in der Nähe der Münchner Universität ab. Sie wiederholten den Versuch mit Photonen, die ihre Quelle in 600 Lichtjahre entfernten Sternen hatten. Diese Quelle konnte von keiner menschlichen Hand beeinflusst worden sein. So konnte das Einstein-Rosen Syndrom von letzten Zweifeln befreit werden.

Die Verschränkung von Elementarteilchen ist eine verblüffende Naturerscheinung, die sich mit menschlichen Vorstellungen schwer vereinbaren lässt. Theoretisch ist durch solche Fernwirkung die Teleportation möglich. Die Teleportation zerstört jedoch die Information des ursprünglichen Phänomens. Quantensysteme sind nicht kopierbar. Wird ein solches System teleportiert, verschwindet es an seiner Quelle. Wäre je die Teleportation eines ganzen Menschen möglich, entstünde er (aus purer Information) am neuen Ort und wäre am alten zerstört. Das wagt so leicht niemand.

Ein spannender Ausflug in die uns umgebende Welt der Quanten, in der man entweder REALISMUS oder LOKALITÄT haben kann, nie beides!

Der Quantenphysiker Prof. Dr. Harald Weinfurter berichtet.


► Von Sandfischen und künstlichen Libellen

Die Natur und die Evolution übertreffen jeden Ingenieur an Erfindungsreichtum. Die Wissenschaft von der Bionik konzentriert sich auf die Untersuchung von Tieren und Pflanzen, mit dem Interesse, technische Neuerungen für die moderne Industrie an ihnen abzulesen. Am Beispiel des Wüstenfischs und von künstlichen Libellen, die er konstruierte, entwickelt der Bioniker Prof. Dr. Ing. Ingo Rechenberg Zukunftsperspektiven der Technik.
Der Sandfisch ist seit etwa 9 000 Jahren an das Leben in der Sahara angepasst. An sich handelt es sich um eine Eidechse. Sie kann aber in den Tiefen des Sandes “wie ein Fisch” jagen. Die Evolution hat die Haut dieses Tieres riebfester gemacht als der beste Stahl.

Prof. Rechenberg über diese und viele andere interessante Erfindungen der Natur, die für moderne Technologien neue Wege weisen.


► Mathematik der sinnlichen Kraft

Man spricht von den fünf Sinnen eines Menschen. Tatsächlich sind es viel mehr sinnliche Kräfte an der Arbeit, wenn wir uns bewegen, das Gleichgewicht halten und unsere Lebendigkeit ausüben.

Die Evolution zeigt sich als eine Wunderkammer verblüffender Kooperationen zwischen den sinnlichen Fähigkeiten der Lebewesen. Der Wüstenskorpion ist z. B. ein sinnlicher Mathematiker seiner Sinneskräfte. Im trocknen Sand, der sich in der Wüste wie eine Wasserfläche verhält, referieren winzige Härchen an den acht Beinen des Tiers den genauen Ort und den Weg einer Beute. Über vier Lebensjahre verfügt dieser Skorpion. Als Nahrung braucht er pro Jahr eine fette Motte. Also viermal Beutemachen im Leben. Dafür besitzt das blinde Tier staunenswerte Präzisionswerkzeuge der Ortung.

Ganz anders die Schleier-Eule. Die Ernährung ihrer Jungen und des Weibchens fordert von dem nächtlich jagenden männlichen Tier, dass es alle zehn Minuten eine Maus fängt und zum Nest bringt. Die Koordination des Ohrs der Schleier-Eule weist dafür eine extrem genaue Winkelgenauigkeit auf. Es ist merkwürdig, dass diese Treffsicherheit des Ohrs auch zu den Eigenschaften von uns Menschen gehört.

Für Krokodile und Vögel wäre der Abstand zwischen den Ohren zur genauen Orientierung im Raum unzureichend. Die Natur hat bei ihnen daher eine Direktkommunikation der Ohren durch einen Tunnel oder „Konzertsaal“ im Kopf erfunden.

Der Bio-Physiker Prof. Dr. Leo van Hemmen untersucht die feinabgestimmte biologische Basis in der die Neuronen in extrem kurzer Zeit und mikrostrukturell im Gehirn diese Mathematik der sinnlichen Kraft ausüben. Die sinnlichen Kräfte erweisen sich in ihrer Praxis als erfahrene Mathematiker.

Wir Menschen in der Zivilisation machen von unseren sinnlichen Fähigkeiten nur teilweise Gebrauch. Was wir dabei nicht verlernt haben ist das Lernen selbst: Die Plastizität des Gehirns. Fahrradfahren oder Schwimmen lernen bleiben hochkomplexe, kooperative Aktionen zwischen den Sinnen. Das Belohnungssystem beim Lernen liegt, sagt Leo van Hemmen, darin, dass die Sinne von sich aus ein Vergnügen daran haben, zusammenzuwirken: Wenn ihnen etwas Ganzes gelingt. Die Belohnungen, die wir verstehen, und die tatsächlichen (offenbar auf anderer Ebene ebenfalls lustvollen) Vorgänge auf der Mikroebene zwischen den Neuronen und Synapsen sind dabei zwei verschiedene Welten.

Alles dies wird biophysikalisch durch einen imposanten Aufwand an Mathematik regiert, von dem unser Verstand nur wenig wahrnimmt.

Begegnung mit dem Bio-Physiker Leo van Hemmen.


► Ein Raubtier, das von Nektar lebt

Wespen sind vermutlich 70 Millionen Jahre alt. Meist bilden sie Staaten, einige von ihnen leben auch als Robinsone. Als Erwachsene sind sie Raubtiere. Alles, was sie zu sich nehmen, muss flüssig sein, so schmal ist ihre Taille. So verfüttern sie die Beute an ihre Larven und trinken dann deren Speichel als Nektar. Der Biologe Prof. Dr. James Hunt erforscht die Evolution dieser komplexen Tiere.

In Zusammenarbeit mit dem Wissenschaftskolleg in Berlin.