Kosmische Zyklen
In physikalischen Zufallsprozessen

In Fortführung der Versuche mit Rauschgeneratoren konzentrieren sich die hier vorgestellten Experimente auf das Aufspüren eines kosmologisch bedingten Rhythmus in physikalischen Rauschprozessen.
Ähnliche Versuche wurden bereits von S.E. Shnoll an der Lomonosov Universität Moskau durchgeführt. In dem Artikel mit dem Namen "Realization of discrete states during fluctuations in macroscopic processes" erschienen in Physics Uspekhi, konnte er zeigen, dass sich gewisse Strukturen im Rauschen im Laufe von 24 Stunden, 27 Tagen und 365 Tagen wiederholen und somit eindeutig einen Zusammenhang zur Erde, Mond und Sonne aufweisen. Bei einem Vortrag im Herbst 2005 an der Universität Krems stellte Prof. Shnoll seine Forschungsmethode ausführlich dar. Weitere Forschungen aus diesem Bereich finden sie in dem Artikel "Quantenchaos als Grundlage einer neuen Technologie".

Der Zufallsgenerator "Quantis"

S.E. Shnoll benutzt für seine Experimente einen Zufallsgenerator, der auf dem Zerfall einer radioaktiven Probe (Plutonium 239) basiert. Da Plutonium etwas schwer zu bekommen ist, wird hier keine radioaktive Probe, sondern der professionelle Zufallsgenerator "Quantis" der Firma idQuantique verwendet. Dieser basiert auf einem quantenoptischen Effekt, der weitgehend unabhängig von thermischen Einflüssen ist und so einen guten Ersatz für den ebenfalls auf quantenphysikalischen Effekten beruhenden radioaktiven Zerfall darstellt. Wie aus dem Datenblatt zu entnehmen ist, liegt der Anteil des thermischen Rauschens in den Ausgangsdaten bei <1%, womit dann mehr als 99% der Daten von einem echten Quantenereignis abgeleitet werden.

Das Prinzip von Quantis nutzt die Quantenentscheidung von einzelnen Photonen an einem halbdurchlässigen Spiegel. Wird ein Lichtstrahl mit einer sehr hohen Anzahl von Photonen auf so einen Spiegel gerichtet, so teilt er sich in zwei gleich starke Teilströme auf. Reduziert man aber die Intensität des Lichtes so weit, bis nur noch einzelne Photonen hintereinander den Spiegel erreichen, so treten Quanteneffekte auf. Es kann nicht mehr vorausgesagt werden, ob das Photon hindurchgeht, oder ob es reflektiert werden wird. Das Photon muss sich für eine der beiden Möglichkeiten entscheiden. Da natürlich auch bei wenig Licht die Bedingung der gleichmäßigen Aufteilung am Spiegel erfüllt sein muss, tritt über einen längeren Zeitraum gemessen wieder die Gleichverteilung auf. Abhängig davon, ob das Photon reflektiert wird, oder ob es durch den Spiegel hindurchgeht, wird ein zufälliges Bit erzeugt.

Im Quantis Modul werden ausgehend von einem quarzgesteuerten Taktgenerator mit Hilfe einer Laserdiode, die als Einphotonenquelle arbeitet, einzelne, extrem kurze Lichtimpulse erzeugt, die im Mittel nur noch aus einigen wenigen Photonen bestehen. Diese Lichtimpulse werden dann auf den halbdurchlässigen Spiegel gerichtet. In jeder der zwei möglichen Ablenkrichtungen der Photonen ist je ein Photonendetektor plaziert.

Bei der nachfolgenden Auswertung der Impulse aus den Einphotonendetektoren wird eine Zuordnung der Zustände, wie z.B. hier Photon geht durch den Spiegel = logisch Null und Photon wird reflektiert = logisch Eins getroffen. In der Nachbearbeitung werden anschließend noch die undefinierten Zustände herausgefiltert. Denn es kann natürlich vorkommen, dass die Photonen eines Lichtblitzes alle im Spiegel absorbiert werden und so an keinem Detektor etwas ankommt, woraus kein Zufallsereignis abgeleitet werden kann. Ebenso ist es möglich, dass trotz der geringen Photonenanzahl einige den Spiegel passieren und die anderen abgelenkt werden. In diesem Fall messen beide Detektoren einen Impuls, was auch zu keinem Zufallsereignis verwertet werden kann. Diese undefinierten Zustände werden mit einer einfachen Logik erkannt und unterdrückt. Das exklusive ODER ermittelt, ob an beiden Detektoren gleichzeitig etwas gemessen wurde und sperrt in diesem Fall die Weiterleitung der Impulse mit Hilfe der beiden NANDs. In den anderen Fällen gelangt der jeweilige Impuls zu einem RS-Flip-Flop, welches dann seinen Zustand entsprechend auf Null oder Eins ändert. In Zusammenhang mit dem Taktsignal, das vom XOR gewonnen wurde, ergeben sich so die zufälligen Ausgangsdaten. Immer wenn ein Taktimpuls ansteht, sind die Daten zu diesem Zeitpunkt gültig.

=
Das Quantis Modul liefert einen zufälligen Bitstrom mit einer Datenrate von 4MBit/s. Für eine Aufzeichnung über mehrere Tage ist diese Datenmenge natürlich viel zu groß. Um den Bitstrom langsamer abtasten zu können, und gleichzeitig eine Verbindung zu einem PC herzustellen, wurde diese Schaltung entwickelt. Sie koppelt das Quantis mit einer einstellbaren Baudrate an die serielle Schnittstelle RS232. Das Layout ist auf Anfrage verfügbar.

IC1 und IC2A bilden den Baudratengenerator, bei dem im Hinblick auf Langzeitaufzeichnungen vor allem auch niedrige Baudraten einstellbar sind. Der Dezimalzähler IC4 sorgt für das richtige Timing Protokoll der RS232 mit Start- und Stopbit, die über IC7A und IC7B in den Bitstrom eingeblendet werden.
An der fallenden Flanke des Baudtaktes wird das D-Flip-Flop IC3A freigegeben und mit der nächsten steigenden Flanke des Quantis Takts getriggert. In diesem Fall übernimmt das D-Flip-Flop IC3B die aktuell anstehenden Daten vom Quantis.
Mit JP6 kann zwischen kontinuierlicher Aufzeichnung und Triggerung über die Rx Empfangsleitung umgeschaltet werden. Bei der Triggerung wird nach jedem beliebigen Zeichen, dass gesendet wird, ein Zufallsbyte zurückgeliefert.

IC6A und IC8 bilden eine hardwaremäßige Auswerteschaltung, gemäß der Prinzipschaltung, für die Impulse der Photonendetektoren. Die Impulse der Photonendetektoren werden an den beiden undokumentierten Pins 16 und 17 des Quantis Moduls abgegriffen. Durch Umstellen von JP1 und JP7 kann von dem originalen Datenausgang auf die hardwaremäßige Auswertung umgeschaltet werden. Das ist deshalb vorgesehen, weil die Ausgangsdaten im Modul bereits einer Symmetrierung unterzogen werden, damit im Mittel immer gleich viele 1er wie 0er im Bitstrom enthalten sind. Dazu werden nach jedem Photonenschuss die Signale der beiden Detektoren miteinander vertauscht.
Das ist notwendig, weil der Spiegel als physikalisches Bauteil nur mit einer begrenzten Genauigkeit gefertigt werden kann und daher den Photonenstrom nicht in zwei ganz gleiche Teilströme aufteilt. Die Nachbearbeitung des Bitstromes während der Symmetrierung könnte aber den nachzuweisenden externen Einfluss auf die Zufallsereignisse unnötig verschleiern.

Die Aufzeichnung

Zur Aufzeichnung der Daten über die RS232 Schnittstelle eines PCs wurde ein handlesübliches Terminalprogramm benutzt. Dabei muss man darauf achten, dass die Daten wirklich transparent und ohne Veränderung aufgezeichnet werden. Viele Terminalprogramme ergänzen die Steuerzeichen CR (#0D) mit LF (#0A) bzw. umgekehrt. Wenn so ein Programm benutzt wird, müssen die ergänzten Zeichen vor der weiteren Verarbeitung entfernt werden. Es empfiehlt sich die Verwendung von hardwarenahen Programmen, wie etwa RealTerm.

Um all zu lange Aufzeichnungszeiten zu vermeiden, soll zunächst nur der 24stündige Rhythmus betrachtet werden. Dazu wurde über einen Zeitraum von 74 Stunden aufgezeichnet, um eventuell auch die 48- und 72stündige Korrelation feststellen zu können.
Die Baudrate des Quantis wurde dazu auf 600 Baud eingestellt. Damit werden 600 Bits pro Sekunde abzüglich 1 Start- und 1 Stopbit pro Byte übertragen. Das entspricht einer effektiven Datenrate von 480 Bits/s, was in 74 Stunden etwa eine 15 MB große Datei erzeugt. (Mit der originalen Quantis Bitrate von 4 MBit/s wären es 130 GB !)
Um den gleichverteilten Bitstrom für die spätere Auswertung in eine gaussförmige Verteilung umzuwandeln, wurde in diesem Bitstrom gezählt, wie viele 1er er innerhalb von 10 Sekunden enthält. Dadurch reduziert sich die Datenmenge erheblich.
Es ergeben sich 26640 Messwerte im 10 Sekunden Takt mit einem erwarteten Mittelwert von 2400.

74 Stunden lange Aufzeichnung
Ausrichtung Ost-West


Download von "zyklen1.zip"
Rohdaten: "Quantis_170106_19h00_1er_in10s.txt"
Start der Aufzeichnung am 17.01.06 um 19:00 Uhr MEZ
26640 Messwerte im 10 Sekunden Takt, Textformat
Ausrichtung: Kurze Kante des Quantis entlang 60° - 240°

Auswertung: "74hVergleich.txt"
Index Nummern der ähnlichen Histogramme
Zeitdifferenzen zwischen ähnlichen Histogrammen
Anzahl der ähnlichen Histogramme pro Zeitdifferenz

Die Auswertung

Nach der Methode von Shnoll bildet man aus einem Zeitsignal einzelne Histogramme über kurze, aufeinander folgende Zeitabschnitte. Innerhalb der zeitlich aufeinander folgenden Histogramme werden anschließend optisch ähnlich aussehende Formen gesucht. Im letzten Schritt der Auswertung wird die Häufigkeitsverteilung der Zeitdifferenzen zwischen ähnlichen Histogrammen dargestellt.
Die Auswertung erfolgte mit der Analysesoftware "Histogram Manager", die uns Prof. Shnoll beim dem Treffen an der Uni Krems dankenswerter Weise zur Verfügung gestellt hat. Dadurch hat sich die Auswertung der Daten sehr vereinfacht. Im Wesentlichen geht es um einen Vergleich von Histogrammformen und einer Darstellung der zeitlichen Differenzen zwischen ähnlichen Histogrammen.

Dazu wird im "Histogram Manager" aus jeweils 60 Messwerten (gezählte 1er pro 10 Sekunden) ein Histogramm gebildet. Das Bild zeigt die erste 20 Histogramme der Aufzeichnung. In Summe entstehen so aus den 74 Stunden Aufzeichnung 444 einzelne Histogramme, wobei jedes einzelne einen Zeitraum von 10 Minuten abdeckt. Diese Histogramme sind für den weiteren optischen Vergleich noch zu stark strukturiert.

Darum werden die Histogramme noch geglättet. Das Bild zeigt die gleichen 20 Histogramme mit einem laut "Histogram Manager" auf 100 eingestellten Glättungsfaktor.
Innerhalb dieser Ansicht werden die Histogramme anschließend manuell auf ähnliche Form hin verglichen. Es können dabei immer zwei als identisch erkannte Histogramme als ein Pärchen markiert werden.

Das Bild zeigt die ersten 20 als identisch markierten Histogramme. Demnach ist Histogramm Nr. 1 mit Nr. 17, 2 mit 3 (Effet der Nahzohne) usw. identisch. Das beim optischen Vergleich angelegte Kriterium sollte nicht so sehr auf  Deckungsgleichheit ausgerichtet sein, sondern vielmehr die Form beurteilen. Das kann in etwa damit verglichen werden, wie ein handschriftliches "A"   mit einem gedruckten "A" ähnlich ist, aber nicht unbedingt deckungsgleich sein muss, worauf im Vortrag zum Quantenchaos noch näher eingegangen wird. Beim Vergleich sind daher gewisse Transformationen mit den Histogrammen möglich, wie Verschiebung, Größenänderung und sogar Spiegelung an der X-Achse. Wobei der Spiegelung eine besondere Bedeutung einzuräumen ist, wie später bei der Auswertung noch gezeigt wird. Der optische Vergleich von Histogrammformen kann mit folgenden einfachen Programm durchgeführt werden.

Download von "wzhm21.zip"
Histogramm Manager V2.1 von Wolfgang Zelinka
Einfach aufgebauter Histogramm Manager zum manuellen Vergleich von Histogrammformen
Es können direkt die Rohdaten aus "zyklen1.zip" betrachtet werden.

Um bei der Auswertung eine Voreingenommenheit des Bedieners in Hinblick auf bevorzugte Zeitdifferenzen auszuschließen wird zusätzlich der "mixed" Modus gewählt, in dem die Histogramme nach einem Zufallsmuster vertauscht dargestellt werden. Es wurde zusätzlich mit verschiedenen Zufallsmustern gearbeitet, um verschiedenste Histogramme miteinander auf eine Seite zu bringen,
Innerhalb der 444 Histogramme wurden so etwa 500 Pärchen ausgewählt, die eine ähnliche Form aufweisen. Diese große Anzahl ist notwendig, um in der nachfolgenden Darstellung überhaupt eine gewisse Relevanz der Ergebnisse erzielen zu können.

Im letzten Schritt der Auswertung wird die Verteilung der zeitlichen Abstände zwischen ähnlichen Histogrammen dargestellt. Dazu ist hier mit einer Klassenbreite von 20 Minuten die Häufigkeitsverteilung der Abstände dargestellt. Die Klassenbreite sollte immer einer vollen Anzahl von Histogrammen entsprechen, da sich sonst die gefunden Häufungen verwischen. Hier liegen 11 ähnliche Histogramme in einem zeitlichen Abstand von 0 bis 20 Minuten, 12 zwischen 21 und 40 Minuten usw.
Es zeigt sich eine Häufung hin zu geringen Abständen. Diese ist begründet durch die begrenzte Aufzeichnungszeit von 74 Stunden. Es liegt in der Natur der Sache, dass kürzere Abstände einfach viel öfters in diesen Zeitraum hinein passen, als große. Der Abstand 74 Stunden kann sich im besten Fall nur einmal finden lassen, während der Abstand von 10 Minuten (1 Histogramm) maximal 443 mal gefunden werden könnte. Zusätzlich zu diesem Effekt kann aber auch eine überproportionale Häufung bei geringen Zeitdifferenzen um 0 herum festgestellt werden.
Der nachzuweisende Rhythmus findet sich in der Klasse Nr. 72 von 23 Stunden 40 Minuten bis 24 Stunden, wo eine deutliche Erhöhung der Häufigkeit festzustellen ist. Dies kann im Sinne von Shnoll als der 24stündige Rhythmus bedingt durch die Erddrehung interpretiert werden.

Die systembedingte Häufung von geringen Abständen überlagert die nachzuweisende 24stündige Häufung sehr stark. Um diesen Einfluss geringer werden zu lassen, müsste eine noch längere Aufzeichnungszeit gewählt werden, was aber auch wesentlich mehr Histogramme für den optischen Vergleich bedeutet.
Die 74 Stunden sind ein Kompromiss, der gerade noch akzeptabel ist. Bei nur noch 48 Stunden konnte die 24stündige Häufung nicht mehr nachgewiesen werden.

Es stellt sich zwangsläufig die Frage nach der statistischen Relevanz dieses Ergebnisses. Denn innerhalb von zufälligen Daten kann so ein Ergebnis natürlich mit einer begrenzen Wahrscheinlichkeit auftreten, ohne dass ein externer Einfluss auf den Zufallsgenerator dafür verantwortlich gemacht werden muss.
Bei 444 Histogrammen gibt es n*(n-1)/2, also 98346 mögliche Kombinationen jeweils zwei davon miteinander zu vergleichen.
Bei 10 Minuten pro Histogramm entspricht ein 24stündiger Abstand 144 Histogrammen. Innerhalb von 444 Histogrammen gibt es nur 300 Möglichkeiten zwei Histogramme genau im Abstand von 24 Stunden zu markieren.
Die Wahrscheinlichkeit, bei einem Vergleich von zwei zufällig ausgewählten Histogrammen genau jene zu treffen, die im 24stündigen Abstand liegen beträgt dann 300/98346=0,00305. Mit anderen Worten bei 1000 Vergleichen von 2000 zufällig ausgewählten Histogrammen liegen im Mittel nur 3 davon im Abstand von 24 Stunden.
Jetzt wird auch klar, warum über 500 Vergleiche notwendig sind, um überhaupt etwas sehen zu können. Für 500 Vergleiche erwarten wir demnach 1,525 Histogramme im Abstand von 24 Stunden. In die gewählte Klassenbreite von 20 Minuten fallen dann doppelt so viel Histogramme, also etwa 3. Dieser Wert passt auch gut zu den Werten um 24 Stunden herum, aber genau zu 24 Stunden finden sich tatsächlich 11 ähnliche Histogramme.


Um das Ergebnis noch deutlicher darzustellen, wurde eine gezielte Auswertung bei Zeitdifferenzen um 0 und 24 Stunden herum durchgeführt, weshalb bei anderen Differenzen keine Balken zu sehen sind. Dabei wurden alle möglichen Histogramme für je eine Zeitdifferenz verglichen, wodurch wesentlich mehr identische Histogramme gefunden wurden (über 400 allein nur für 14 diskrete Zeitdifferenzen), als bei dem zuvor nicht vollständigen Vergleich von rein zufällig ausgewählten Histogrammen. Zusätzlich ist auch noch die Klassenbreite auf die kleinste mögliche Zeit von 10 Minuten verringert worden. Dadurch zeigt sich sogar ein leichtes "Anschwingen" der Häufigkeit in den benachbarten Klassen bei dem 24stündigen Rhythmus, was bei einem physikalisch hervorgerufenen Effekt zu erwarten ist und demnach die Korrektheit der Messung unterstützt.

Einfluss der gespiegelten Histogramme

Mit der jetzt vorliegenden großen Anzahl von identischen Histogrammen pro Zeitabschnitt kann der bei der ersten Auswertung nur vermutete Einfluss der gespiegelten Histogramme sehr schön gezeigt werden. Betrachten wir dazu nochmals die drei Bilder:
  1. Das linke Bild zeigt die Häufigkeitsverteilung bei Berücksichtigung aller als identisch markierten Histogramme. Neben der Häufung um 24 Stunden ist auch schön die höhere Deckungswahrscheinlichkeit von benachbarten Histogrammen mit Zeitdifferenzen um 0 herum zu erkennen.
  2. Im mittleren Bild wurden nur die ungespiegelten Histogramme für die Auswertung berücksichtigt. Der 24 Stunden Rhythmus verschwindet fast vollständig, während die Häufung von kurzen Zeitdifferenzen erhalten bleibt. Demnach muss im Vergleich zu dem vorherigen Ergebnis der relevante Einfluss für den 24stündigen Rhythmus allein von den gespiegelten Histogrammen her kommen.
  3. Das rechte Bild, in dem für eine Identität nur die gespiegelten Histogramme berücksichtigt sind, beweist dies sehr schön. Der 24stündige Rhythmus kommt hier sogar noch stärker zu Tage, allerdings verschwindet hier die Häufung der geringen Zeitdifferenzen um 0 herum zur Gänze.
Dieses sehr interessante Verhalten wirft einige zusätzliche Fragen in Bezug auf den Stellenwert des Spiegelns auf. Wenn ein Histogramm gespiegelt werden muss, um mit einem anderen identisch zu sein, dann ist es ja genau genommen weniger identisch, als wenn es bereits in seiner ungespiegelten Form passen würde. Dennoch ist ein dazu widersprüchlicher Effekt zu beobachten.

Spiegelung Betrachten wir zur Klärung einmal ein Histogramm mit dem zugehörigen Zeitsignal, aus dem es gebildet wird. Eine Spiegelung des Histogrammes auf dessen X-Achse kommt einer Spiegelung des Zeitsignals auf dessen Y-Achse gleich.
Wenn es sich bei dem Zeitsignal z.B. um eine elektrische Größe handelt, wo der Nullpunkt im erwarteten Mittelwert liegt, dann entspricht eine Spiegelung des Histogrammes einem Polaritätswechsel des Zeitsignals. Ein solches Verhalten ist von schwingenden Systemen, wie etwa elektrischen Schwingkreisen, her bekannt.

In dem vorliegenden Fall ist die X-Achse des Histogrammes die Anzahl der 1er im Datenstrom des Quantis, oder physikalisch gesprochen, die Anzahl der Photonen, die innerhalb von 10 Sekunden durch den Spiegel hindurch gegangen sind. Bei einer vollständigen Spiegelung des Histogrammes wären es dann die Anzahl der 0er bzw. die Anzahl der reflektierten Photonen. Dieses Verhältnis der 1er zu den 0ern steht in einem ausgeglichenen Verhältnis und beträgt im Normalfall 50%.
Für den beobachteten Effekt bedeutet dies, wenn benachbarte Histogramme dadurch ähnlicher werden, dass z.B. mehr als 50% 1er im Datenstrom enthalten waren, dann tritt nach 24 Stunden genau der umgekehrte Fall auf und es kommen mehr 0er im Datenstrom vor. Somit ist das Verhältnis im Mittel wieder ausgeglichen, was es ja auch sein muss, denn wenn immer nach 24 Stunden die Anzahl der 1er zunehmen würde, wären nach längerer Zeit überproportional viele 1er im Datenstrom. Das würde bedeuten, dass sich physikalische Parameter, wie etwa das Reflexionsverhalten des Spiegels ändern müssten. Ein derart massiver Einfluss wäre dann wohl schon viel früher bemerkt worden.
Somit erscheint der beobachtete Effekt des Spiegelns durchaus logisch. Benachbarte Histogramme sind dadurch ähnlich, dass sie jeweils eine Abweichung der Messwerte in der gleichen Richtung aufweisen. Die Form vergeht sozusagen langsam mit einer gewissen Zeitkonstante und springt nicht sofort um 180°. Eine derartige Trägheit kennt man von vielen physikalischen Effekten, was wiederum für die Korrektheit der Messung spricht. Nach 24 Stunden hat sich dann die Phase vollständig gedreht und der Messwert weicht in die entgegengesetzte Richtung ab, was einer langsamen Schwingung gleichkommt. Zusätzlich bleibt dadurch die gesamte Entropie innerhalb der Zufallsdaten erhalten und der Einfluss ist gut verborgen in den Zufallszahlen eingebettet.

Zur Beschreibung der Wirkungsweise des Einflusses eignet sich am besten ein Modell, in dem man Attraktoren für bestimmte Amplitudenwerte voraussetzt. Einen solchen Attraktor kann man vergleichsweise als einen Bereich höherer Mediumsdichte beschreiben. Wenn sich der aktuelle Amplitudenwert in einen solchen Bereich hinein bewegt, wird er in seiner Bewegung verzögert und verweilt dort länger, als er es bei den anderen Amplitudenwerten tut. Die zeitlichen Positionen, zu denen ein solches Ereignis eintritt, unterliegen dabei aber nach wie vor dem Zufall und weisen keinerlei periodische Struktur auf, sodass mit üblichen, zeitbezogenen Analysemethoden keine Struktur gefunden werden kann, wie bei der Interpretation der Analysemethode noch erläutert  wird. Erst bei dem Blick auf die Amplitudenverteilung wird die strukturierende Wirkung des Attraktors sichtbar. Entsprechend den Beobachtungen der gespiegelten Histogrammformen ist anzunehmen, dass ein solcher Attraktor nicht still bei einer Amplitudenposition verharrt, sondern sich im Laufe der Zeit ähnlich einer Schwingung verschiebt. Werden aus einem derart beeinflussten Zufallssignal zeitlich aufeinanderfolgende Histogramme gebildet, so wird der Einfluss des Attraktors in der Häufigkeitsverteilung der Amplitudenwerte sichtbar. Nach der halben Schwingungsperiode des Attraktors tritt dabei die gespiegelte Histogrammform auf.

Dieses Verhalten kann im Sinne von schwingenden Systemen auch als eine Halbierung der Frequenz betrachtet werden. Die Frequenz des gemessenen Einflusses innerhalb der Zufallszahlen ist nur halb so groß, wie die Rotationsfrequenz der Erde. Obwohl die Erddrehung offensichtlich den Einfluss hervorruft, würde man nicht unbedingt eine Frequenzhalbierung erwarten. Eine solche Frequenzumsetzung ist z.B. von parametrischen Schwingkreisen her bekannt, womit eine mögliche Erklärung für die Art des Einflusses gefunden werden kann.

Sekundär- und Primärstrom Dieser Schwingungsverlauf eines elektrischen, parametrischen Schwingkreises zeigt in CH2 die anregende Schwingung und in CH1 die angeregte Schwingung. Setzen wir für den vorliegenden Fall CH2 mit der Erddrehung gleich, so weist diese innerhalb von z.B. 6 Tagen 6 positive Maxima auf. Der gemessene Einfluss in den Zufallszahlen hingegen weist in der gleichen Zeit jedoch 3 positive und 3 negative Maxima auf. Dies ist das typische Verhalten eines parametrisch erregten Schwingkreises. Somit kann man für den beobachteten Effekt schlussfolgern, dass dessen Erregung ebenfalls parametrisch erfolgen muss. Denkbar wäre z.B., dass von der Sonne ein Einfluss ausgeht, der ein in Erdnähe vorhandenes schwingungsfähiges Medium zu parametrischen Schwingungen anregt. In diesem Fall wäre der gemessene Effekt dann nur eine sekundäre Auswirkung des eigentlichen Einflusses. Es ist aber auch denkbar, dass der Einfluss selbst einer derartigen Schwingung unterliegt.

Richtungsabhängigkeit des Effektes

S.E. Shnoll konnte bei seinen Experimenten eine Richtungabhängigkeit des Effektes feststellen. Sein Rauschgenerator besteht aus einer radioaktiven Probe (Plutonium 239) und ist in jener Richtung empfindlicher, in der die Alpha-Teilchen zum Detektor fliegen. Um die Richtwirkung noch weiter zu verstärken, benutzt er eine absorbierende Platte mit dünnen Bohrungen, die er in den Strahlengang einbringt, um schräg fliegende Teilchen zu unterdrücken. Mit so einer modifizierten Anordnung konnte er feststellen, dass der 24 stündige Rhythmus verschwindet, wenn der Rauschgenerator auf den Polarstern ausgerichtet wird und somit nicht mehr dem Einfluss der Erddrehung ausgesetzt ist.

Es stellt sich nun die für weitere Forschungen sehr wichtige Frage, wie weit der Quantis Zufallsgenerator ebenfalls eine solche Richtwirkung besitzt. In Interpretation der Erkenntnisse von Shnoll ist anzunehmen, dass er in jener Richtung empfindlicher sein wird, in der die Photonen zu den Detektoren fliegen. Leider werden von der Herstellerfirma kein Details über den Aufbau und die Lage des optischen Systems innerhalb des Moduls bekanntgegeben.

Deshalb wurde von dem Quantis Modul diese Röntgenaufnahme angefertigt, um sich auch bei ungeöffneten Gehäuse etwas Durchblick zu verschaffen. Das Bild wurde im Gegensatz zu klassischen Röntgenbildern invertiert, wodurch dichtere Materialien dunkler erscheinen, was eher unserem Verständnis entspricht und leichter eine Interpretation zulässt. Gut zu erkennen ist die Spannungszuführung an Pin 2 links unten anhand der dickere Leiterbahn.
Das eigentliche optische System ist demnach ein relativ kleiner Quader aus dichterem Material und dürfte vom Aufbau her etwa dem Design von älteren CD-Pickups entsprechen. An den 4 Ecken des Quaders sind optische Bauteile, ähnlich Laserdioden zu erkennen. Es ist allerdings nicht eindeutig, wo die Photonen erzeugt, abgelenkt und detektiert werden. Vor allem die vier Sende-Detektoreinheiten passen nicht zu dem Funktionsprinzip, wonach es nur drei solcher Einheiten geben dürfte. Trotzdem ist klar, dass in der Längsrichtung des Quaders die optoelektrischen Bauteile angebracht sind, woraus dann folgt, dass sich die Photonen ebenfalls in Längsrichtung des Quaders, also entlang der kurzen Kante des gesamten Moduls bewegen müssen. Obwohl die eigentliche Flugrichtung der Photonen weiterhin unklar bleibt, ist die Information über deren Flugbahn auch schon sehr nützlich.

Bei der ersten Aufzeichnung lag das Modul waagrecht in einer mehr oder weniger willkürlichen Ausrichtung, mit der kurzen Außenkannte in der Richtung 60°-240° (Pin 1 Richtung 60°). Die Aufzeichnung erfolgte 3 Tage lang. Wenn wir annehmen, dass die Richtung höchster Empfindlichkeit in der Flugbahn der Photonen liegt, dann überstreicht für diese Ausrichtung, der Blickwinkel des Detektors einen relativ großen Ausschnitt des uns umgebenden Raumes. Es können demnach viele Aspekte innerhalb eines Tages ihre Einflussgröße maßgeblich ändern.
Um die Richtwirkung weiter zu bestätigen, wurde eine zweite Aufzeichnung vorgenommen, wobei diesmal das Modul um 90° gegenüber der ursprünglichen Ausrichtung gedreht wurde. Bei der Auswertung dieser Daten zeigte sich weder der 24stündige Rhythmus, noch die erhöhte Ähnlichkeit benachbarter Histogramme. Durch das Verdrehen um 90° entsteht ein wesentlich kleinerer, überstrichener Himmelsabschnitt, wodurch die Einflüsse keine ausreichende Änderung mehr aufweisen, um in den Zufallsdaten nachgewiesen werden zu können.
Als Ursache dieser Beeinflussung kommt entweder die Sonne in Frage, oder der Fixsternhimmel selbst.

Interpretation des Ergebnisses

Die Sonne wäre auf jeden Fall die am naheliegendste Einflussquelle, da sie einerseits die größte Masse in unserer näheren Umgebung darstellt und andererseits auf ihr extrem starke energetische Vorgänge stattfinden. Als Überträger dieses Einflusses könnten z.B. die Neutrinos fungieren, die durch Kernreaktionen in der Sonne in sehr großen Mengen entstehen, sodass uns auf der Erde etwa 70 Milliarden Neutrinos pro cm² und pro Sekunde erreichen. Nach der gängigen Lehrmeinung haben die Neutrinos einen extrem kleinen Wirkungsquerschnitt, sodass eine Wechselwirkung mit Materie extrem selten ist. Es könnte aber dennoch sein, dass ihr Wirkungsquerschnitt für eine informelle Beeinflussung viel größer ist, sodass sie zwar keine materielle Veränderung auslösen, aber eine Information auf unbeobachtete Quantenzustände, wie etwa auf die Photonen im Quantis übertragen. Diese entscheiden sich dann beim Passieren des halbdurchlässigen Spiegels anders, als sie es ohne den Einfluss getan hätten. Diese Betrachtung unterstützt auch die Theorie der verborgenen Parameter, wie sie aus der Quantenphysik her bekannt ist und würde auch der Aussage Einsteins "Gott würfelt nicht" mehr Gewicht verleihen.

Den Fixsternhimmel als Quelle des Einflusses zu betrachten ist ebenso interessant, weil sich so die Astrologie im Sinne von "Tagesenergie" wie z.B. beim Mayakalender bestätigen würde. Auch hier könnte man mit den Neutrinos argumentieren, die uns von allen Sternen erreichen. Wenn man die Betrachtung auf den Jahreszyklus ausdehnt, so ist der Effekt ohnedies nur noch über den Fixsternhimmel zu erklären. Demnach hätte jede Himmelsregion ihre eigene "Energiesignatur", die während bestimmter Zeiten dann vermehrt auf der Erde ankommt.

Es stellt sich natürlich die Frage, was so ein Ergebnis bedeutet. Die klassische Betrachtung von physikalischen Zufallsgeneratoren geht davon aus, dass es in ihren Zufallszahlen keine Periodizitäten irgendeiner Art gibt, die Zahlen also in keiner Weise vorhergesagt werden können. Im Fall des 24stündigen Rhythmus ist es aber möglich vorherzusagen, dass die zu einem Zeitpunkt gemessenen Histogrammformen in 24 Stunden mit einer erhöhten Wahrscheinlichkeit wieder in ähnlicher Form auftreten werden.
Einflüsse der klassischen Art, wie Temperatur und Elektromagnetismus sind dabei aber auszuschließen. Der Zufallsgenerator ist in einem geschirmten Gehäuse untergebracht ist und die Messungen wurden in einem geschlossenen Raum bei annähernd konstanter Temperatur durchgeführt.

Interpretation der Analysemethode

Ein Histogramm ist eine graphisch dargestellte Häufigkeitsverteilung von Messwerten. Es wird die Anzahl der im Signal vorkommenden, gleichen Messwerte gezählt. Dazu ist es notwendig Wertebereiche, so genannte Klassen, zu definieren, innerhalb derer zwei Messwerte als identisch erkannt werden. Ein „analoges“ Histogramm mit unendlich vielen Klassen ist nicht sinnvoll, weil darin jeder Messwert nur einmal vorkommen würde und das Histogramm eine glatte Linie ergebe. Erst wenn durch die Klassendefinition die Genauigkeit der Messwerte eingeschränkt wird, können innerhalb einer Klasse mehrere Messwerte gezählt werden. Ein Histogramm besteht daher immer aus einer endlichen Anzahl von Balken, entsprechend der gewählten Klassenbreite.

Gemäß dieser Darstellung könnte man vereinfacht sagen, ein Histogramm ist ein Blick von der Amplitudenachse auf das Zeitsignal. In dieser Darstellung ist nur noch die Dichteverteilung aller möglichen Amplitudenwerte (innerhalb der Klassen) sichtbar. Die Information zu welchen Zeitpunkten diese Dichtehäufungen auftreten geht dabei verloren. Für einen Eintrag im Histogramm ist nicht der Zeitpunkt der Messung ausschlaggebend, sondern nur die Größe des Messwertes. Ein Histogramm löst daher den Zeitbezug der Messwerte für den betrachteten Messbereich ganz bewusst auf.

Unter dieser Betrachtung wird es klarer, warum sich Histogramme so gut für die Suche nach noch unbekannten Mustern im Rauschen eignen. Im Sinne des Modells der Amplitudenattraktoren können wir davon ausgehen, dass die gesuchten Muster eine sehr komplexe zeitliche Struktur haben, denn sonst wären sie schon mit gängigen Analyseverfahren wie XY-Plot, FFT oder Korrelation (Faltung) gefunden worden. All diese Verfahren beruhen immer auf der Annahme, dass Muster eine konstante, sich zeitlich wiederholende Struktur besitzen müssen, also periodisch sind. Fraktal aufgebaute, nicht periodische Muster können damit nicht ausfindig gemacht werden.
Für solche fraktale Muster ist die Suche um ein Vielfaches schwieriger, weil die zeitliche Veränderung des Musters berücksichtigt werden muss. In dem vorliegenden Fall ist noch dazu der Verlauf dieser zeitlichen Veränderung nicht einmal bekannt.
Hier bietet sich das Histogramm als Analyseverfahren geradezu an. Für die Form eines Histogrammes ist es egal in welcher zeitlichen Abfolge die dazugehörigen Messwerte auftreten, die zeitliche Struktur des Musters muss nicht bekannt sein. Beim Vergleich von zwei Histogrammformen auf Ähnlichkeit wird somit auf Ähnlichkeit außerhalb der zeitlichen Zuordnung der Messwerte verglichen.

Das Rauschen schon ganz grundsätzlich einen zeitlosen Charakter besitzt konnte mit den Versuchen an einem Pseudorauschgenerator gezeigt werden. Außerdem passt die Interpretation im Sinne von zeitlosen Strukturen im Rauschen sehr schön zu der Theorie des kosmischen Trägerfeldes, wo in diesem Zusammenhang von zeitlosen Wellen gesprochen wird.

Weitere Versuche

Es müssen noch weitere Untersuchungen durchgeführt werden, um die Relevanz des Ergebnisses besser beurteilen zu können und um den dahinter liegenden physikalischen Effekt besser verstehen zu können. Folgende Versuche sind dazu notwendig:
  1. Aufzeichnung im unsymmetrieten Modus von Quantis, um den Einfluss der Symmetrierung bewerten zu können.
  2. Auswertung der Daten eines Pseudogenerators, der keine derartigen Strukturen verursachen dürfte. Zu beachten ist dabei, dass der Startwert für den Pseudogenerator nicht aus einer physikalischen Quelle gezogen wird, welche die Struktur enthalten könnte.
  3. Versuche mit der Turbomolekularpumpe, um den Einfluss von schnell rotierenden Massen auf die Histogrammformen zu untersuchen.
Bei dem Umgang mit Zufallszahlen scheint sich eine bekannte Tatsache aus der Informationsverarbeitung auch hierbei zu bestätigen: Rauschen hat die höchste Informationsdichte, es enthält so gesehen eine Vielzahl von Informationen, man muss nur die richtigen herausfiltern. 

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