WO2008098402A1 - Verfahren zur messung von informationen technischer systeme - Google Patents

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WO2008098402A1
WO2008098402A1 PCT/CH2008/000063 CH2008000063W WO2008098402A1 WO 2008098402 A1 WO2008098402 A1 WO 2008098402A1 CH 2008000063 W CH2008000063 W CH 2008000063W WO 2008098402 A1 WO2008098402 A1 WO 2008098402A1
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quanta
receiver
transmitter
noise
entropy
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PCT/CH2008/000063
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Otte
Original Assignee
Tecdata Ag
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B13/00—Transmission systems characterised by the medium used for transmission, not provided for in groups H04B3/00 - H04B11/00
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring information from technical systems.
  • the method is suitable for measuring the Entropie- and information state of a technical system.
  • a disadvantage of the conventional methods is that a relatively large amount of energy must be applied to convey information. Even the most modern mobile phones have some watts or milliwatts of transmission power to transmit the information of a language.
  • Suitable receivers for electromagnetic waves are antennas of suitable length ( ⁇ / 2 or ⁇ / 4 dipoles) or other resonators with suitable wave or radiation resistance. It is state of the art to receive or transmit waves having a frequency of, for example, 30 kHz to 30 THz, which corresponds to wavelengths of 10 km to 10 ⁇ m. Waves of higher frequencies, eg infrared or optical frequencies, are also technically processed. Furthermore, in some special physical disciplines (eg nuclear physics) one deals with electromagnetic waves of extremely high frequency and energy, eg with gamma rays.
  • Problematic or partially impossible is the reception, processing and transmission of electromagnetic long-wave waves, ie waves whose frequency is in the extremely low range, eg in the heart area, which thus have wavelengths of several hundred or thousand kilometers.
  • This is therefore technically difficult, since for the reception resonators (oscillating circuits) with extremely low resonance frequency and yet suitable characteristic impedance are necessary, which requires antenna systems of very large spatial extent.
  • the waves have both particle and wave characteristics and that the associated properties can be determined with different measurement methods. It is also known that electromagnetic waves consist of quanta that obey the laws of quantum physics. An example is the well-known double-slit experiment, which shows the wave character of such photons or quanta, while other experiments, such as measuring the radiation pressure, illustrate the particle character of such quanta 2 .
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method and a device with which quanta, so-called.
  • Low energy or Niedrigstenergyquanten - so quantum with energies below 10 "32 joules - can be measured, received and sent to new applications of a To realize information transmission.
  • the entropy flux HF is proportional to the entropy gradient of the two objects and is directed so that the entropy from the object higher entropy (eg Hi) to the object of low entropy (eg H 2 ) flows off until an entropy balance has taken place.
  • the entropy transmission can be set equal to an information transmission, i.
  • Information transfer and entropy transfer are treated as equivalent in the description because they are mathematically interconvertible. For example, a bit string of 20 bits has a total information of 20 bits. How many bits of this are structural information and how much random information always depends on the context, but both are interconvertible. In the following, however, simplified talk is made of entropy transmission.
  • Quantum eg quanta of the electromagnetic field, ie photons
  • ⁇ the wavelength of the electromagnetic wave with the wavelength ⁇
  • the usual oscillating circuits are those used in every radio receiver.
  • the antenna obey the ⁇ / 4-law, ie the length of the antenna dipole should be ⁇ , ⁇ / 2 or / 1/4 4 .
  • conventional television waves have a frequency> 30 MHz, i. Wavelengths of ⁇ 10 meters.
  • Conventional LW radio waves have a frequency of> 30 kHz, i. Wavelengths ⁇ 10 kilometers.
  • In this area usually vary the electromagnetic radio waves and frequencies of common technical applications.
  • Longitudinal waves such as have been received and / or sent by special systems, for example, have a frequency of 3 kHz and thus a wavelength ⁇ 100 km.
  • the reception of waves (quanta) with a wavelength of several hundred or a thousand kilometers is currently not technically possible or only with extremely great effort.
  • ⁇ p is the accuracy of the impulse
  • ⁇ x is the accuracy of the location
  • h Planck's constant is still such that, for example, these 8 Hz quanta are undetermined over the location of 37,500 km.
  • Another object of the invention is to provide a device for measuring information of technical systems.
  • the invention makes it possible to receive LEQ quanta or LSTEQ quanta, while other quanta (e.g., radio quanta) can also be received.
  • Other quanta e.g., radio quanta
  • the technical design for the reception of both low-energy quanta (4,5) is the same, only the application possibilities
  • corresponding receivers are designed which have a specific strip conductor configuration. Although this design is technically demanding, it is physically and conceptually trivial.
  • a sub-task of the invention is therefore to provide a method and a device for a clearing system, which restricts or prevents the emission and thus foreign reception of information worth protecting.
  • interfaces of semiconductors For example, interfaces of semiconductors, radioactive decay processes, constructions in which photons are reflected with a certain probability and much more are suitable for this purpose.
  • spin measuring devices which is already rudimentary in MRI scanners today.
  • a new measurement method based on 2.1.b) for measuring low-energy quanta represents the use of noise generators conventionally used to generate random numbers.
  • a random process is used for the reception of signals (quanta).
  • the random process For the reception of low-energy signals (LEQ, LSTEQ quanta), the random process must be suitably designed.
  • Suitable random processes can be realized by mathematical random number generators (pseudo-random generators, time random number generators, ⁇ random number generators) or physical random number generators (physical noise generators).
  • the noise signals of physical noise generators can be generated by various physical processes, such as thermal noise, radioactive noise, magnetic noise, otoacoustic noise, biological noise, photon noise, etc. In these processes, the movement of microparticles (eg, electrons in thermal noise at semiconductor interfaces) or photo In photon noise (Quantisetti 6 ) converted into an electrically measurable signal, which is then interpreted as a noise signal (random signal).
  • signals from random processes are often not real random signals, but indicate the reception of lowest energy waves whose energy is just sufficient to affect, for example, the microparticles (electrons) of a noise generator.
  • Such antennas are also formed at the boundary layers of the pn junctions of semiconductors.
  • the doping process produces molecular structures that are similar to the technically generated fractal antennas, albeit on a different scale.
  • the naturally formed fractal antennas of semiconductor devices are suitable for receiving broadband signals. As their structures, although folded, are spatially large, they are suitable for receiving low frequency signals. That Even simple diodes can be used to receive LEQ and LSTEQ quanta.
  • microparticles or their natural or technical connection to resonant circuits are thus according to the invention antennas of LEQ and LSTEQ quanta. Their spatial arrangement on an interface determines the possibility of receiving signa
  • the semiconductor effect is a quantum mechanical effect, because through entanglement of the electrons (holes) whole columns of electrons (holes) can act like a single electron (hole) and migrate through the semiconductor.
  • the reception by means of semiconductor noise generators is ultimately based on a quantum mechanical process (Robert B. Laughlin, Ablix der Weltformel, Piper Verlag, Kunststoff, 2007). This is advantageous in that it allows quantum-mechanical effects to be used selectively.
  • Each semiconductor is thus an information receiving device based on a quantum mechanical process that obeys the laws of emergence. Specific emergence patterns arise from spatial and / or temporal proximity.
  • the physical effects of quantum quantum self-interference described in this invention are achieved by the use according to the invention, in particular of semiconductors as long-wave antennas, i. Low energy quanta (LEQ, LSTEQ), made technically usable.
  • Semiconductor-based noise generators are thus information receiving devices that enable physically induced quantum effects of the low-energy range in technically exploitable applications.
  • the quanta are received by fractal antennas at the interfaces of the semiconductors (and thus satisfy the well-known ⁇ / 4 conditions, page 5) or whether their reception is enabled by temporal self-entanglement of the quanta is thus directly generated by the temporal sampling of the random signal.
  • Random or noise generators are thus information or Entropieempfangs Erasmus. For example, if you want to detect fault conditions, they are therefore suitable as entropy meters for the environment.
  • the random number generators permanently receive the energy and entropy (information) of the objects surrounding them.
  • Fig1. shows a device DEVICE for receiving such quanta.
  • the quantum EQ of the environment ENV with a distance s to the device DEVICE are received by a random number generator RNG, whereupon its noise behavior changes.
  • the resulting random number sequences 7 are passed on to a processing unit PRZ, where they are evaluated and compared.
  • random number sequences produced a noise generator according to the invention by receiving quantum, that are causal, they are to be referred to hereinafter as yet random sequences because these sequences are all statistical tests of randomness. This is because the tests perform a statistical analysis of the sequence rather than a semantic analysis. A semantic evaluation was also not necessary so far, because the consequences of noise generators actually and not only seemingly as random assumed. Although there is a causal influence on random number generators, their consequences will always be random because the generators represent an additive and / or multiplicative superposition of very many and complex states of received quanta. The resonance condition is present for the time being exactly as is customary in telecommunications, if the receiver can record the frequency (wavelength).
  • Random generators capable of receiving low energy quanta (even LEQ quanta) is well known to those skilled in the art.
  • LEQ quanta low energy quanta
  • random number generators eg thermal noise generators
  • special efforts are made to shield these generators from AC influences.
  • near f 50 Hz at a distance of 1000 km there is still near field (ibid., P. 386).
  • each electromagnetic signal also has longitudinal (radial) shares; it is this longitudinal portion that contributes to the detachment of the Hertzian wave (ibid., p. 388).
  • the near field magnetic and electrical components of the field are phase shifted by 90 degrees, not in the far field.
  • the near field of a Hertzian dipole is for the most part electrical in nature.
  • the objects can be in a large spatial distance, which can be several thousand kilometers and much more.
  • the objects may be technical installations, equipment of any kind, cars, power plants, airplanes, computers, etc.
  • an entropy sink a so-called clearing system
  • the shielding which can interact with all known quanta of lowest energy.
  • the entropy from the technical system does not flow to the meter but into the entropy sink, so that the system can not be measured.
  • the entropy of the sink must be less than the entropy of the respective measuring devices, so that the entropy gradient leads from system to the clearing system and not to the measuring device.
  • the Entropiesenke is a suitable random generator, which is designed so that it can interact with the respective quantum.
  • the design takes place, for example, over the wavelength of the quanta to be received.
  • the boundary layer of a semiconductor is designed so that a spatially crossing free chain of electrons or holes is formed, which have the predetermined path length (depending on the wavelength of the quantum).
  • Random generators are technical tools for receiving low energy quanta. At this reception, besides the energy, the information of the quantum is received. By means of a downstream circuit technology, the information can be filtered, evaluated and stored.
  • Fig. 2 shows a possible means for data communication of binary sequences BITS of "0" and "1".
  • the processing unit PRZA of a transmitter controls a random number generator RNGA such that a high entropy is set on the RNGA in the transmission of the bit "1", a low entropy on the transmission of the bit "0".
  • the information can also be transmitted directly, but the approach of coding the information into entropy values leads to better robustness.
  • the receiver B has received from the transmitter in advance a unique identification ID.
  • the entropy set at transmitter A is emitted into the environment by low-energy quanta LEQ.
  • the receiver B filters from the random number sequence of its random number generator RNGB with the aid of the module addressing and calibration ADR_TUN the from Transmitter radiated entropy information and decodes these in its signal processing unit PRZB back into the binary sequence of numbers.
  • both transmitter A and receiver B have different random number sequences at their random number generator RNGA and RNGB, this method transmits a previously desired binary bit sequence BITS from the transmitter to the receiver, whereby the distance s can be very large since the actual transmission anyway, because LEQ quanta have a large natural transmit range. Since any message can be represented as a sequence of binary numbers BITS, this method allows any messages (text, images, voice) to be transmitted over very long distances.
  • Important tasks for transmitting information (messages, data) from a transmitter to a receiver are the solution of a) addressing, i. the selection of the received information at the receiver B from the information mixture of the environment and b) the interpretation of the excursions of the random number generator RNGB.
  • the addressing takes place by transfer of addresses of the sender to the receiver. Addresses are, for example, resonance keys or surrogates of the transmitter.
  • the sender permanently transmits his information to the environment.
  • the task of the receiver is to filter out this information. Since the low energy quanta can be transmitted over a very large distance, the receiver has overlays of all possible quanta, i. Also available from very far away stations. From these overlays, the receiver must filter out the quanta of the transmitter.
  • Every material production process entails a cross between original (A) and duplicate (A1), in the sense that the original and the duplicate are in constant communication and the information exchange can be filtered out from the other environmental influences.
  • the original and the duplicate are, so to speak, in a potential resonance relationship.
  • the entanglement must not be understood quantum mechanically, because it is not the case that what happens to object A happens instantaneously object A1, in the sense of the known effect of entangled quantum states.
  • the entanglement means only a fine tuning of the frequency so that original and duplicate information can be exchanged.
  • Both i) and ii) can technically be used in the same way so that a receiver tunes to the frequency of a transmitter.
  • the addressing of a transmitter A at the receiver B can be done via any type of surrogate A1, ie parts of the object of A itself, digital fingerprints, identical components (eg identical diodes at sender and receiver), unique serial numbers, etc.
  • the surrogates For example, via a special device (Plattenkondenstoren, windings, measuring cup) inductively or capacitively coupled into the resonant circuit of the semiconductor device used.
  • Another way of addressing is the alignment of the receiver to the desired object with appropriate probes, antenna systems or collimators.
  • the possibility of a complex (and therefore semantic) exchange of information between a sender and a receiver occurs through the process of calibration.
  • the calibration is thus particularly advantageous if signals from nature are to be received and interpreted, since the quantum radiation of the transmitter can not be deliberately intervened.
  • transmitter and receiver are, for example, noise generators, one can generate the transmission quanta specifically and thereby perform the calibration procedure at least only in a simplified manner.
  • the generators must be calibrated in their context if they are to receive more complex information.
  • the calibration determines the semantic level between sender and receiver.
  • a simple calibration that is to say coordination between transmitter and receiver via the information content of the messages to be exchanged, in the example a "calibration via the level of entropy" at the transmitter, can be technically integrated into the sequence as follows, for example (FIG. 2):
  • the parameters of the noise generator and the evaluation algorithm must be systematically adapted with the same setting of the transmitter (eg change in the noise generator, sampling rate of the noise generator, coefficients of the algorithm, normalization) ) as long as until the transmitter's broadcast (and known) information has been correctly received by the receiver. > Then continue with other station settings.
  • the receiver After calibration, the receiver has tuned to the low energy quanta of the transmitter and can correctly interpret subsequent quanta, i. if the transmitter sends information that it has high entropy, then the calibrated receiver correctly receives this entropy by "randomly" selecting a sequence of numbers which is recognized as having high entropy in the subsequent algorithm.
  • the semantics is defined.
  • both transmitters and receivers are random number generators
  • both generators can and will generate completely independent number sequences, and yet by prior calibration they can exchange not only energies (low energy quanta) but also complex information (e.g., "transmitter has high entropy").
  • High and low entropy values can be encoded as "1” or "0" so that any data (as a binary sequence of numbers) can be transferred.
  • the sender and receiver can communicate with each other in accordance with the method.
  • the addressing of the transmitter at the receiver is necessary to establish a point-to-point connection between sender and receiver.
  • a receiver can now interrogate the noise of its own local random number generators (diodes, transistors) in the bar of the random key and therefore detect whether the transmitter is a 1 or a 0 sent.
  • the entropy transport always works, but only the receiver, who can scan his own noise signal with the random key (resonance key), can know whether the transmitter has just increased the entropy with this key (semantically a 1) or not. This allows binary messages to be transmitted and, with appropriate speed, any form of message.
  • the information of a sender object is transmitted through existing natural transmission mechanisms, a large spatial and temporal extension of quanta and their large penetration to the receiver.
  • the novel communication technology and data communication described here simply reads the information permanently transmitted by each object from the noise.
  • the nature of the actual data transmission so to speak by itself. Therefore, the essential content of the invention is, based on novel receivers, random number generators to receive the information-containing low-energy quantum and then selectively filter out. This requires a special addressing and calibration.
  • the method of entropy transmission by means of resonance key is in principle feasible in every frequency range.
  • the technical advantage of the low-energy quanta is that nature, so to speak, realizes the data transmission itself, since one is in the vicinity of the transmitter and thus the longitudinal portions of the wave can be used for transmission.
  • An essential part of the invention is that not only old known methods of communication technology by cheaper or more efficient methods to replace, but by the invention completely new applications, see 3).
  • each material radiates specific information to it, each material can be detected by entropy detectors.
  • Applications include technical diagnostic systems for power plants, aircraft, cars and all technical devices.
  • the device and the receiver do not have to be electrically connected. Furthermore, there may be a spatial separation between the device and the diagnostic system, which implies numerous applications, e.g. Femdiagnoses of cars and much more.
  • a special application is in the field of air traffic control, as one can use these procedures & facilities to develop safe explosives detectors.
  • Both the carrier of the explosive and the explosive itself radiate their entropies indispensable to the environment. Due to its special mental state, the person radiates as a "carrier of explosives", the explosive itself radiates its clearly defined entropy content In the area of the lowest energy quanta, this entropy radiation can not be completely shielded so that the explosive can always be detected with the above-mentioned method.
  • this is done so that the noise generator is calibrated to control a random selection generator in measuring the entropy of explosive in its environment so that it selects the "suspect" for closer physical examination to ground personnel.
  • a system of several low-energy detectors can also locate and locate desired objects and systems on a certain territory.
  • the problem of addressing between receiver and transmitter is resolved by providing the receiver with a unique identification of the transmitter (e.g., image, serial number, name) prior to communication recording. Since the transmitter with its own identification, which was given to him at some point, e.g. In his picture, which is always kept connected by low-energy quanta, the receiver, when he has coupled the picture with the receive-noise generator, has opened exactly the desired communication channel. Technically, one can realize this as already explained, for example, in such a way that a signal path to the supply voltage of a noise generator is capacitively opened by the image via an entropy capacitor. Through this signal path, the low energy quanta of the image itself can appropriately influence the supply voltage of the generator.
  • a unique identification of the transmitter e.g., image, serial number, name
  • the diagnostic states of a car can be read out over large spatial distances (remote).
  • specific entropy values can be assigned to specific errors of a vehicle, which send out the parts in the event of an error (determination of the semantics).
  • a receiver eg a central workshop can then read out the current diagnostic status remotely after entering the vehicle identification (eg serial number). This significantly simplifies today's diagnoses, which would prevent, for example, spontaneous vehicle arrest.
  • FIG. 1 A concrete technical application example of the method according to the invention is shown in FIG. 1
  • the transmitter A consists of an zener diode (DIO) within a technical resonant circuit, a laser (LASER), which is directed to the zener diode and electronics for driving the laser (RNGA).
  • the receiver consists of an identical zener diode (DIO) within a resonant circuit for generating a noise signal, an operational amplifier, an AD converter (OPV / AD) for converting the noise signal into a digital signal (BITS) and a processing unit (laptop, not shown).
  • Transmitter and receiver are fully shielded, battery-powered and about 10 meters apart. There is no electrical, magnetic or other connection between transmitter and receiver.
  • an identical diode On the receiver side (B) an identical diode (DIO) is used.
  • the noise of the identical diode on the receiver side is amplified by an operational amplifier (OPV), sampled at least 2 kHz (AD), digitized and transmitted to a receiver computer as digitized noise signal (BITS).
  • OOV operational amplifier
  • DIO digitized noise signal
  • the receiver computer evaluates the noise by, for example, forming the distribution functions (amplitude density function, ie, histograms) of the respective time periods ⁇ t. Based on the change in the distribution function of each time interval recognizes the Receiver, whether the emitter has increased the entropy of the z-diode by the laser (semantically a 1) or not (semantically a 0).
  • a binary data transmission is realized, in the illustrated here, simple embodiment variant with an error rate of 30%.
  • the error rate can be further minimized.
  • a problem in the technical embodiment is that the z-diodes are introduced into a glass body, which act as a lens and thus smallest geometric deviations can cause the laser beam does not focus on the boundary layer. This can be remedied by a readjustment or enlargement of the laser beam diameter.
  • the z-diode of the receiver changes its noise signal properties (amplitude density function) in time of the entropy increase of the diode on the transmitter side, although both transmitter and receiver are completely shielded according to the usual methods of telecommunications and also via the power supply no connection consists.
  • the transmitter permanently transmits a change in its entropy to its environment, thereby affecting all objects in its environment that resonate with it, e.g. the identical z-diode at the receiver, even if it is far away.
  • the signal properties (amplitude density functions) seem to change randomly, but by comparison with the transmitter information, one recognizes that their signal properties change exactly in the random rhythm of the transmitter entropy.
  • This method is extended according to the invention to a data transmission.
  • the receiver scans ⁇ t in each time interval with the agreed random key and evaluates whether the distribution function has changed or not. In this way it recognizes in each interval ⁇ t whether the sender has sent a semantic 1 or 0. For any other receiver, the signal remains a pure random signal because it does not know the random key of the sample. In the present case, the transmission rate is extremely slow, in fact only 1 bit per second is transmitted, which is structurally determined by the laser.
  • the actual signal transmission is realized by the natural process of Entropieaus GmbHs between the two diodes, which is due to its properties over long distances.
  • a technically usable signal transmission is realized therefrom by suitable readout at the receiver.
  • the entropy can also be increased other than with the laser to ensure higher data transmission rates.
  • Another possibility of randomized entropy increase is writing to the hard disk (semantically a 1) or no writing. Other options are the passage through program parts, etc.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung von Informationen von technischen Systemen. Um Signale mit geringer Energie empfangen zu können, wird vorgeschlagen, Zufallsgeneratoren als Empfänger (B) von Niedrigenergiequanten zu verwenden, da die Zufallsgeneratoren als Antenne und Empfänger derartiger Signalen aufgefasst und realisiert werden können. Weiterhin wird vorgeschlagen, die grosse natürliche Sendereichweite von Niedrigenergiequanten zu nutzen, um Informationen von räumlich weit entfernten Systemen zu empfangen.

Description

Verfahren zur Messung von Informationen technischer Systeme
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Informationen aus technischer Systeme.
Das Verfahren ist geeignet zur Messung des Entropie- und Informationszustandes einer technischen Anlage.
Es ist allgemein bekannt, Informationen mittels geeigneter Verfahren messtechnisch zu erfassen, zu senden, zu übertragen, zu empfangen und auszuwerten1.
Ein Nachteil der herkömmlichen Verfahren ist, dass eine relative grosse Menge an Energie aufgebracht werden muss, um Informationen zu übermitteln. So haben selbst Handys der modernsten Bauart einige Watt bzw. Milliwatt an Sendeleistung, um die Information einer Sprache zu übertragen.
Um die Informationen (Nachrichten) mittels elektromagnetischer Wellen zu übertragen werden, die Nachrichten auf einen Trägerwelle geeigneter Frequenz und Leistung aufmoduliert (z.B. Amplituden oder Frequenzmodulation) und gesendet und diese modulierte Trägerwelle kann dann durch einen Empfänger empfangen, decodiert und weiterverarbeitet werden. Als Empfänger für elektromagnetische Wellen kommen dabei Antennen geeigneter Länge (Λ/2 oder Λ/4-Dipole) oder andere Resonatoren mit geeignetem Wellen- bzw. Strahlungswiderstand in Betracht. Es ist Stand der Technik Wellen mit einer Frequenz von beispielsweise 30 kHz bis 30 THz zu empfangen oder zu senden, was Wellenlängen von 10 km bis 10 μm entspricht. Wellen höherer Frequenzen, z.B. Infrarot oder optischen Frequenzen werden technisch auch verarbeitet, des Weiteren beschäftigt man sich in einigen physikalischen Spezialdisziplinen (z.B. Kernphysik) mit elektromagnetischen Wellen extrem hoher Frequenz und Energie, z.B. mit Gammastrahlen.
Fritsche, Wit∑schel: Informationsübertragung, VEB Verlag Technik, Berlin, 1989 Problematisch bzw. teilweise unmöglich ist aber der Empfang, die Verarbeitung und die Sendung von elektromagnetischen Längstwellen, also Wellen deren Frequenz im extrem niedrigen Bereich, z.B. im Herz-Bereich liegt, die damit Wellenlängen von mehreren hundert oder tausend Kilometern haben. Dies ist deshalb technisch schwierig, da für den Empfang Resonatoren (Schwingkreise) mit extrem niedriger Resonanzfrequenz und dennoch geeigneten Wellenwiderstand notwendig sind, was Antennenanlagen von sehr grosser räumlicher Ausdehnung voraussetzt. Es gibt technische Ansätze, die Ionosphäre der Erde selbst als Antenne zu verwenden und damit Wellen sehr grosser Wellenlänge zu erzeugen oder zu manipulieren, was jedoch einen sehr grossen apparativen Aufwand erfordert und damit nur einigen wenigen Einrichtungen vorbehalten bleibt. Aber auch diese Ansätze versagen, wenn man elektromagnetischen Wellen mit mehreren 10.000 km-Wellenlänge empfangen möchte.
Weiterhin ist bekannt, dass die Wellen sowohl Teilchen- als auch Wellencharakteristik besitzen und dass die dazugehörigen Eigenschaften mit verschiedenen Messmethoden ermittelt werden können. Es ist auch bekannt, dass elektromagnetische Wellen aus Quanten bestehen, die den Gesetzen der Quantenphysik gehorchen. Ein Beispiel ist das bekannte Doppelspaltexperiment, das den Wellencharakter derartiger Photonen bzw. Quanten aufzeigt, andere Experimente, die beispielsweise den Strahlungsdruck messen verdeutlichen den Teilchencharakter solcher Quanten2.
Da es einen eindeutigen mathematischen Zusammenhang zwischen Frequenz und Energie gibt, ist es nach dem heutigen Stand der Technik nicht möglich, Quanten, z.B. elektromagnetische Quanten, mit extrem geringer Energie (Frequenz) zu empfangen bzw. gezielt zu senden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung anzugeben, mit dem Quanten, sog. Niedrigenergie- oder Niedrigstenergiequanten - also beispielsweise Quanten mit Energien unter 10"32 Joule - gemessen, empfangen und gesendet werden können, um damit neuartige Anwendungsmöglichkeiten einer Informationsübertragung zu realisieren.
! D.I. Blochinzew: Grundlagen der Quantenmechanik, Verlag Harri Deutsch, Frankfurt, 1988 Diese Aufgabe wird gelöst durch ein im Anspruch 1 angegebenes Verfahren und eine im Anspruch 17 angegebene Einrichtung zur Messung von Informationen von technischen oder biologischen Systemen, bei dem die Niedrigenergiesignale durch geeignete Empfänger, sog. Zufallszahlengeneratoren, empfangen und ausgewertet werden, wobei der physikalische Zusammenhang zwischen Frequenz und Energie nach E = h * f genutzt wird (mit E ist die Energie eines Quants, f seine Frequenz und h = 6,626 * 10"34Js, das sog. Plancksche Wirkungsquantum3), um die Energie des zu empfangenen Signals zu bestimmen und die Zufallszahlengeneratoren als Empfänger oder Sender derartiger Niedrigenergiesignale auszulegen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
Durch den neuen Ansatz der Messung von Niedrigstenergien und damit Niedrigstfrequenzen entstehen bis dato unbekannte technische Anwendungsmöglichkeiten.
Unterstützend für das Verständnis der Erfindung wird parallel zum Energieerhaltungssatz ein Informationserhaltungssatz der Natur postuliert, der besagt, dass Information nicht verloren gehen kann. Information kann nur - wie auch die Energie - von einer Form (z.B. Zufallsinformation ≡Entropie) in eine andere Form (Strukturinformationen) umgewandelt werden, d.h.
Gesamtinformation I = Strukturinformation S + Zufallsinformation H + Restinformation U
I = S + H + U (1.1 )
U steht für eine evtl. noch einzuführende, unbekannte Informationsart. In dem Augenblick indem sich durch semantisches Wissen eine Zufallsinformation H in eine Strukturinformation S verwandelt, hat sich nach Gleichung (1.1) nichts an der Gesamtinformation I eines Objektes verändert.
1 Brandt, Dahmen: Quantenmechanik auf dem Personalcomputer, Springer-Verlag, Berlin, 1993 Aus den oben genannten Parallelen zwischen Energieerhaltung und Informationserhaltung ergibt sich, dass es zwischen zwei Objekten mit unterschiedlicher Entropiedichte (Informationsdichte) zu einem Entropieaustausch (Informationsaustausch) kommen kann, genauso wie es zwischen zwei Objekten unterschiedlicher Energie zu einem Energieaustausch kommt, bis die Energiedifferenz ausgeglichen ist.
Gibt es zwischen zwei Objekten 1 und 2 eine Entropiedifferenz ΔH = Hi - H2 und eine wie auch immer geartete Möglichkeit des Ausgleichs so gilt für den Entropiefluss HF:
HF ~ ΔH . (1.2)
Der Entropiefluss HF ist dabei proportional dem Entropiegefälle der beiden Objekte und er ist so gerichtet, dass die Entropie vom Objekt höher Entropie (z.B. Hi) zum Objekt niederer Entropie (z.B. H2) abfliesst, bis ein Entropieausgleich stattgefunden hat.
Durch den Zusammenhang (1.1 ) zwischen Entropie H und Information I kann die Entropieübertragung mit einer Informationsübertragung gleich gesetzt werden, d.h. Informationsübertragung und Entropieübertragung werden in der Beschreibung als gleichwertig behandelt, da sie mathematisch ineinander umrechenbar sind. Beispielsweise besitzt eine Bitfolge von 20 Bits eine Gesamtinformation von 20 Bit. Wie viel Bits davon Struk- turinformation sind und wie viel Zufallsinformation kommt dabei immer auf den Kontext an, beides ist jedoch ineinander umrechenbar. Im Weiteren wird vereinfacht jedoch von Entropieübertragung gesprochen.
Es ist bekannt, dass der Austausch der Information zwischen zwei Objekten durch sog. Quanten (z.B. Quanten des elektromagnetischen Feldes, d.h. Photonen) einer bestimmten Energie bzw. Frequenz erfolgt. Es ist dabei i.a. üblich, Quanten einer bestimmten Energie, die als elektromagnetische Welle mit der Wellenlänge λ abgestrahlt werden durch spezielle Vorrichtungen und Verfahren zu empfangen. Üblich sind hierbei Schwingkreise wie sie in jedem Radioempfänger verwendet werden. Der Schwingkreis muss dabei auf die Frequenz f der Welle abgestimmt werden (mit f = λl c mit c ist die Lichtgeschwindigkeit) und für den Empfang benötigt man eine Antenne. Bekannt ist, dass die Antenne u.a. dem Λ/4-Gesetz gehorchen sollte, d.h. die Länge des Antennendipols sollte λ, Λ/2 oder /1/4 betragen4.
Bekannt ist weiterhin, dass diese Verfahren und Einrichtungen nur Wellen bis zu einer bestimmten Wellenlänge, z.B. Längswellen, empfangen können. Wellen mit noch grosserer Wellenlänge (z.B. 10000 km und mehr) und damit extrem geringer Frequenz und geringer Energie sind nach heutigem Stand der Technik nicht empfangbar.
Zum Beispiel haben herkömmliche Fernsehwellen haben eine Frequenz > 30 MHz, d.h. Wellenlängen von < 10 Meter. Herkömmliche LW-Funkwellen eine Frequenz von > 30 kHz, d.h. Wellenlängen < 10 Kilometer. In diesem Bereich variieren üblicherweise die elektromagnetischen Funk-Wellen und Frequenzen gängiger technischen Anwendungen. Allerdings gibt es zahlreiche technische Anwendungen mit viel höheren Frequenzen, z.B. Mikrowellen (λ = 1 mm bis 1m, f = 300 MHz bis 300 GHz), Spektroskopien (Λ = 30 μm bis 3 mm, f = 0,1 THz bis 10 THz) oder Infrarotfernbedienungen (Λ = 780 nm bis 1 mm, f > 300 GHz). Längstwellen, wie sie z.B. durch spezielle Anlagen empfangen und/oder gesendet werden haben beispielsweise eine Frequenz von 3 kHz und damit eine Wellenlänge < 100 km. Der Empfang von Wellen (Quanten) mit einer Wellenlänge von mehreren hundert oder tausend Kilometern ist gegenwärtig technisch nicht oder nur mit extrem grossen Aufwand möglich.
Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Messung von Informationen technischer Systeme zu entwickeln, das es ermöglicht, Wellen extrem grosser Wellenlängen (bis mehrere tausend Kilometer und mehr) und damit extrem niedriger Energie zu empfangen.
Nach den allgemein bekannten Gleichungen λ = c/f und E = h*f mit h «6,63*10"34Js entsprechen beispielsweise 8 Hz folgender Wellenlänge und damit folgender Energie der abgestrahlten 8-Hz-Quanten: λ «37.500 km und E = 5,3*10"33J.
Aus dem Heisenbergschen Unschärfetheorem5
Liebscher: Rundfunk-, Fernseh-, Tonspeichertechnik, VEB Verlag Technik, Berlin, 1981 Δp * Δx >h (2.1.)
mit Δp ist die Genauigkeit des Impulses, Δx die Genauigkeit des Ortes und h das Plancksche Wirkungsquantum ergibt sich weiterhin, dass beispielsweise diese 8-Hz- Quanten über den Ort von 37.500 km unbestimmt sind.
Für die weitere Beschreibung werden folgende Begriffe eingeführt (die Einteilung ist vereinfacht und dient nur der Begriffsklarstellung, die physikalisch exakten Grenzen sind aus der Literatur zu entnehmen):
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Einrichtung zur Messung von Informationen technischer Systeme.
Die Erfindung ermöglicht es, LEQ-Quanten oder LSTEQ-Quanten zu empfangen, wobei auch andere Quanten (z.B. Radioquanten) empfangen werden können. Heute gibt es für den Empfang von Radioquanten geeignete technische Lösungen (Radio-, Fernseh-, Handy-Empfänger), für den Empfang von Niedrigenergiequanten jedoch noch nicht, weshalb sich in die Beschreibung auf letztere konzentriert. Die technische Ausführung zum Empfang beider Niedrigenergiequanten (4,5) ist gleich, nur die Anwendungsmög-
5 W. Heisenberg: „Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik" 1927, in „Dokumente der Naturwissenschaft", Physik, Battenberg Verlag, Stuttgart, 1963 lichkeiten unterscheiden sich. LEQ-Quanten eignen sich beispielsweise für eine Fernüberwachung oder Diagnose, LSTEQ-Quanten sind für Prognoseaufgaben prädestiniert. Im Folgenden werden die Begriffe Niedrigenergiequanten und Niedrigstenergie- quanten aber immer dann synonym verwendet, wenn eine Unterscheidung nicht notwendig ist.
Für die Ausführung der Erfindung gibt es mehrere Möglichkeiten, von denen zwei beispielhaft genannt werden sollen, wobei die Variante 2.1.b) vertieft wird:
2.1. a) Empfang der Signale durch Empfänger, dessen Leitungsbahnen konstruktiv entsprechend ausgelegt und angefertigt wurden. Beispielweise waren die Leiterbahnlängen auf integrierten Schaltkreisen schon im Jahre 1985 ca. 40 km lang. Geht man davon aus, dass diese Leiterbahnen technischen Antennen entsprechen, waren damit Frequenzen von 7,494 KHz empfangbar.
Erfindungsgemäss werden für den Empfang von Signalen mit Niedrigstenergie entsprechende Empfänger konstruiert, die eine spezielle Leiterbahnenkonfiguration haben. Diese Ausführung sind zwar technisch anspruchsvoll, physikalisch und konzeptionell jedoch trivial.
Ein interessanter Nebeneffekt besteht darin, dass auch heute schon alle technischen Geräte mit derartigen Leiterbahnzügen, z.B. Computerprozessoren, gewollt oder ungewollt derartige Signale mit Niedrigstenergie aufnehmen und auch abstrahlen, die ohne Clearing-System (siehe unten) nicht abgeschirmt werden können. Damit kommt es gewollt oder ungewollt permanent zur Kommunikation zwischen beispielsweise Prozessoren und anderen Prozessoren oder biologischen Systemen.
Eine Teilaufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Einrichtung für ein Clearing-System, anzugeben, das die Abstrahlung und damit fremdes Empfangen von schützenswerten Informationen einschränkt bzw. verhindert.
2.1.b) Empfang der Signale durch Messung der Beeinflussung von Mikrosystemen, wie Atomen, Elektronen usw. Ab einer gewissen Niedrigstenergie ist die Komplexität des ingenieurmässigen Designs und Aufbaues von Antennen nicht mehr möglich oder zu teuer, so dass man ein prinzipiell anders Verfahren nutzen muss. Erfindungsgemäss werden dafür beispielsweise Systeme verwendet, die eine gewisse Anordnung von Mik- roteilchen haben, deren Veränderung registriert werden kann.
Dazu eigenen sich beispielsweise Grenzflächen von Halbleitern, radioaktive Zerfallsprozesse, Konstruktionen bei denen Photonen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit reflektiert werden uvm.
Veränderungen von Mikroteilchen, z.B. dadurch, dass sich ihr Impuls oder ihr Spin verändert, kann durch geeignet Geräte gemessen werden. Zur Messung von Spinveränderungen kann man spezielle magnetische Messreinrichtungen sog. „Spinmessgeräte" verwenden, was in Kernspin-Tomographen heutzutage schon rudimentär durchgeführt wird.
Ein auf 2.1.b) basiertes neues Messverfahren zur Messung von Quanten mit Niedrigstenergien stellt die Verwendung von Rauschgeneratoren dar, wie sie herkömmlich zur Erzeugung von Zufallszahlen verwendet werden.
Erfindungsgemäss wird für den Empfang von Signalen (Quanten) daher ein Zufallspro- zess verwendet. Für den Empfang von Signalen niedrigster Energie (LEQ, LSTEQ- Quanten) muss der Zufallsprozess geeignet ausgelegt werden.
Geeignete Zufallsprozesse lassen sich durch mathematische Zufallszahlengeneratoren (Pseudozufallsgeneratoren, Zeitzufallsgeneratoren, π -Zufallsgeneratoren) oder physikalische Zufallszahlengeneratoren (physikalische Rauschgeneratoren) realisieren. Die Rauschsignale physikalischer Rauschgeneratoren können dabei durch verschiedenste physikalische Prozesse entstehen, so gibt es thermisches Rauschen, radioaktives Rauschen, magnetisches Rauschen, otoakustisches Rauschen, biologisches Rauschen, Photonenrauschen usw. Bei diesen Prozessen wird die Bewegung von Mikroteilchen (z.B. Elektronen beim thermischen Rauschen an Halbleitergrenzflächen) oder Photo- nenquanten bei Photonenrauschen (Quantisgeräte 6) in ein elektrisch messbares Signal umgewandelt, welches dann als Rauschsignal (Zufallssignal) interpretiert wird.
Erfindungsgemäss sind Signale von Zufallsprozessen oftmals keine wirklichen Zufallssignale, sondern sie zeigen den Empfang von Wellen niedrigster Energie an, deren Energie gerade so ausreicht, um beispielsweise die Mikroteilchen (Elektronen) eines Rauschgenerators zu beeinflussen.
Ein bekanntes Beispiel für den Empfang breitbandiger Signale liefern die sog. Fraktalen Antennen, die heute in zahlreichen Applikationen (z.B. Handy, Auto) vorhanden sind, da sie in der Lage sind durch Miniaturisierung extrem kleine Antennen zu realisieren, die die gewünschten Wellenlängen dennoch empfangen können (Fractal Antennas: A No- vel Antenna Miniaturization Technique and Applications, J. Gianvittorio and Y. Rahmat- Samii in IEEE Antennas and Propagation Magazine Vol. 44, No.1, Feb. 2002).
Derartige Antennen bilden sich auch an den Grenzschichten der pn-Übergänge von Halbleitern heraus. Durch den Dotierungsprozess entstehen Molekülstrukturen, die den technisch erzeugten Fraktalen Antennen ähnlich sind, wenn auch in einem anderen Massstab. Die natürlich gebildeten Fraktalen Antennen von Halbleiterbauelementen eignen sich zum Empfang von breitbandigen Signalen. Da ihre Strukturen - wenn auch gefaltet - räumlich gross sind, sind sie zum Empfang von Signalen mit niedriger Frequenz geeignet. D.h. schon einfache Dioden können zum Empfang von LEQ- und LSTEQ-Quanten verwendet werden.
Besonders geeignet für den Empfang von biologischen Signalen sind Avalanche- Dioden, für den Empfang von technischen Signalen z-Dioden. Aber auch die Leiterbahnen komplexer digitaler Schaltnetzwerke, wie Prozessoren, sind zum Empfang o.g. LEQ- und LSTEQ-Quanten technisch geeignet.
Die Mikroteilchen bzw. ihre natürliche oder technische Verschaltung zu Schwingkreisen sind damit erfindungsgemäss Antennen von LEQ- und LSTEQ-Quanten. Ihre räumliche Anordnung auf einer Grenzfläche bestimmt die Möglichkeit des Empfanges von Signa-
6 www.idquantique.ch len bestimmter Wellenlänge, da die Antennen und die Wellenlänge des Signals in einem bestimmten Resonanzbedingung stehen müssen. Die Länge einer solchen Antenne an Halbleitergrenzflächen kann mehrere Meter bis Tausende von Kilometern sein, was den Empfang von Signalen mit entsprechender Wellenlänge ermöglicht.
Es ist allgemein bekannt, dass der Halbleitereffekt ein quantenmechanischer Effekt ist, da durch eine Verschränkung der Elektronen (Löchern) ganze Kolonnen von Elektronen (Löchern) wie ein einziges Elektron (Loch) agieren und durch den Halbleiter wandern können. Damit beruht der Empfang mittels Halbleiter-Rauschgeneratoren letztendlich auf einen quantenmechanischen Prozess (Robert B. Laughlin, Abschied von der Weltformel, Piper Verlag, München, 2007). Dies ist insofern von Vorteil, da dadurch quantenmechanische Effekte gezielt genutzt werden können.
Jeder Halbleiter ist damit ein Informationsempfangsgerät basierend auf einem quantenmechanischen Prozess, der den Gesetzen der Emergenz gehorcht. Spezifische Muster aus Emergenz entstehen bei räumlicher und/oder zeitlicher Nähe.
Die in dieser Erfindung beschriebenen physikalischen Effekte der Selbst-Interferenz von Quanten werden durch den erfindungsgemässen Gebrauch insbesondere von Halbleitern als Antennen für Längstwellen, d.h. Quanten niedriger Energie (LEQ, LSTEQ), technisch nutzbar gemacht. Halbleiterbasierte Rauschgeneratoren sind damit Informationsempfangsgeräte, die physikalisch bedingte Quanteneffekte des Niedrigenergiebereiches in technisch verwertbare Applikationen ermöglichen. Es spielt damit aus technischer Sicht keine Rolle, ob die Quanten durch Fraktale Antennen an den Grenzflächen der Halbleiter empfangen werden (und damit den bekannten Λ/4-Bedingungen genügen, Seite 5) oder ob ihr Empfang durch eine zeitliche Selbst-Verschränkung der Quanten ermöglicht wird und damit durch die zeitliche Abtastung des Zufallssignals unmittelbar entsteht.
Es ist aus der Theorie der Phasenübergänge bekannt, dass bei einem räumlichen Prozess plötzlich neuen Muster entstehen können, die alle Teilchen der Umgebung betreffen. Darauf beruhen z.B. die Eigenschaften der metallischen Phase, das plötzliche Gefrieren von Wasser uvm. Genauso können durch Emergenz auch Muster entstehen, wenn die Prozesse zeitlich nah sind. Dabei spielt die räumliche Entfernung keine entscheidende Rolle. Diese Eigenschaften der zeitlichen Emergenz können gezielt genutzt werden, da dadurch ein Entropie- bzw. Informationstransport (auch über grossere) Entfernungen realisiert werden kann. Die Mikroteilchen von Sender und Empfänger können unter geeigneten Umständen zeitlich synchrone Muster erzeugen, d.h. synchron schwingen.
Zufalls- bzw. Rauschgeneratoren sind damit Informations- bzw. Entropieempfangsgeräte. Will man beispielsweise Fehlerzustände erkennen eigenen sie sich somit als Entropiemessgeräte für die Umgebung. Die Zufallsgeneratoren empfangen permanent die Energie und Entropie (Information) der sie umgebenen Objekte.
Fig1. zeigt eine Einrichtung DEVICE zum Empfang derartiger Quanten. Die Quanten EQ der Umgebung ENV mit einer Entfernung s zum Gerät DEVICE werden durch einen Zufallsgenerator RNG empfangen, woraufhin sich sein Rauschverhalten verändert. Die entstandenen Zufallszahlenfolgen7 werden an eine Verarbeitungseinheit PRZ weitergereicht, wo sie ausgewertet und verglichen werden.
Befinden sich in der Nähe von Rauschgeneratoren Objekte mit einer hohen Entropie so strahlen diese Objekte die Entropie ab und der Rauschgenerator empfängt die abgestrahlte Entropie, was man beispielsweise daran erkennen könnte, dass die Entropie des Rauschgenerators ansteigt, d.h. die Fluktuation der aus dem Rauschgenerator generierten Zahlenfolgen zunimmt. Es kommt zu einem Entropieaustausch zwischen Umgebung ENV und Rauschgenerator RNG. Anderseits kann auch ein Rauschgenerator Entropie an die Umgebung abstrahlen, wenn ein Empfänger mit ihm in Resonanz steht und ein Entropiegefälle vorhanden ist.
7 Obwohl die Zufallszahlenfolgen eines Rauschgenerators erfindungsgemäß durch den Empfang von Quanten entstehen, also kausal sind, sollen sie im Weiteren dennoch als Zufallsfolgen bezeichnet werden, weil diese Folgen alle statistischen Tests der Zufälligkeit bestehen. Dies liegt darin, dass die Tests eine statistische Analyse der Folge durchführen und keine semantische Analyse. Eine semantische Auswertung war bisher auch nicht notwendig, da man die Folgen von Rauschgeneratoren tatsächlich und nicht nur scheinbar als zufällig angenommen hat. Obwohl es eine kausale Beeinflussung von Zufallsgeneratoren gibt, werden ihre Folgen immer zufällig aussehen, da die Generatoren eine additive und/oder multiplikative Überlagerung sehr vieler und komplexer Zustände von empfangenen Quanten darstellen. Die Resonanzbedingung ist vorerst wie in der Nachrichtentechnik üblich genau dann gegeben, wenn der Empfänger die Frequenz (Wellenlänge) aufnehmen kann. Im Unterschied zur herkömmlichen Nachrichtentechnik handelt es sich herbei jedoch um den Austausch von Quanten mit Niedrigstenergie, also um Quanten mit sehr kleiner Frequenz bzw. sehr grosser Wellenlänge. Andere Formen der Resonanzbedingung über einen sog. Resonanzschlüssel werden auf Seite 13 offenbart. Insbesondere beim Austausch von Informationen muss eine semantische Resonanzbedingung geschaffen werden, da der Empfänger sonst die Information vom Sender gar nicht als solche erkennt, sondern diese als Zufallssignal interpretiert.
Ein Beispiel dafür, dass Zufallsgeneratoren Quanten niedriger Energie (sogar LEQ- Quanten) empfangen können ist dem Fachmann gut bekannt. So werden beim Entwurf von Zufallsgeneratoren (z.B. thermischen Rauschgeneratoren) besondere Aufwände betrieben, um diese Generatoren gegenüber den Wechselstromeinflüssen abzuschirmen. Der Wechselstrom hat in Europa eine Frequenz von 50 Hz, was nach E = h * f einer Energie seiner Quanten von 3,31*10'32J und einer Wellenlänge von ca. 5995 km entspricht. Zufallsgeneratoren können damit heute schon Quanten mit einer Energie von 3,31*10'32J empfangen. Ist der Generator nicht sehr gut abgeschirmt oder durch geeignete Massnahmen wie dem Aufbau von symmetrischen Schaltungen zur gegenseitigen Auslöschung der Wechselstromanteile im Rauschen aufgebaut, dann erkennt man den Einfluss des Wechselstroms im Trendbild eines Rauschfolge-Anzeigesystem sogar mit dem blossen Auge. Derartig beeinflusste Zufallsgeneratoren bestehen daher keine statistischen Tests für den Zufall. Deshalb ist der (unfreiwillige) Empfang von Quanten niedriger Energie (z.B. 50 Hz-Quanten) bei Zufallsgeneratoren heutzutage extrem störend obwohl er bis dato gar nicht als solcher erkannt wurde.
Ein wesentlicher Bestandteil eines solches Informationsaustausches von Quanten mit Niedrigenergien ist der, dass er mit heute bekannten Verfahren nur schwer abgeschirmt werden kann, da 1) die Energie der Quanten so gering ist, dass die Quanten mit den umgebenen Materialien (Elektronen, Atomen, Kerne) oft nur sehr gering Wechselwirken und damit durch diese Materialien hindurchdringen können und 2) gerade bei Niedrigenergiequanten Effekte des elektromagnetischen Nahfeldes, insbesondere der Radialanteileffekt (Longitudinalanteil) genutzt werden. Das hat zur Folge, dass unsere Umge- bung permanent von Myriaden von Quanten durchflutet ist. Jedes biologische und technische System kann aus diesen „Quantengemisch" durch geeignete Filter-, Adressie- rungs- und Eichroutinen, die für ihn nützlichen Quanten herausfiltern und weiterverarbeiten.
Damit ist es möglich, den Informationszustand einer Anlage oder eines beliebig anderen technischen Objektes und Systems über eine grosse räumliche Entfernung auszumessen. Während einer solchen Messung kommt es stets zum Austausch von Quanten geringer Energie.
Werden mit den Detektoren Signale niedrigster Frequenz empfangen, so ergeben sich weiterhin Besonderheiten. Aus der Nachrichtentechnik ist bekannt, dass es bei den elektromagnetischen Wellen zwei grundsätzlich verschiedene Bereiche gibt: Das Nahfeld und das Femfeld (Zinke, Brunswig, Hochfrequenztechnik 1 , Springer Verlag, 6. Auflage, Berlin, 2000). Im technisch herkömmlichen Fall werden die Eigenschaften des Fernfeldes genutzt, die im Wesentlichen auf den Transversaleigenschaften der Hertz- schen Wellen beruhen. Dies ist deshalb so, weil man nur bis zu einem Bereich der einfachen bis zweifachen Wellenlänge von einem Nahfeld, darüber hinaus immer von einem Fernfeld spricht. Die heutzutage üblich verwendeten Frequenzen haben daher ein Nahfeld, was klein ist, maximal nur einige Zentimeter bis Meter beträgt. Für die LEQ- Frequenzen gilt das nicht. Die hier genutzten Wellen haben eine Wellenlänge von bis zu 300.000 km (1 Hz) meistens jedoch 30.000 km (10 Hz).
So liegt beispielsweise bei f= 50 Hz in einer Entfernung von 1000 km noch Nahfeld vor (ebenda, S. 386).
Daher muss man bei jeder Anwendung von LEQ-Frequenzen auf der Erde immer auch die Eigenschaften des Nahfeldes berücksichtigen. Aus der Nachrichtentechnik ist nun weiterhin bekannt, dass insbesondere im Nahfeld jedes elektromagnetisches Signal auch Longitudinalanteile (Radialanteile) besitzt; gerade dieser Longitudinalanteil trägt zum Ablösen der Hertzschen Welle bei (ebenda, S. 388). Im Nahfeld sind magnetische und elektrische Komponenten des Feldes um 90 Grad phasen-verschoben, im Fernfeld nicht. Das Nahfeld eines Hertzschen Dipols ist zum grössten Teil elektrischer Natur. Da die Longitudinalanteile mit 1/r3 fallen (r sei die Entfernung zum Sender), die Transversalanteile jedoch nur mit 1/r2 hat man ab einer gewissen Entfernung vom Sender nur noch die Transversaleigenschaften der Welle, was durch die heute üblichen technischen Anwendungen genutzt wird.
Im Nahfeld gibt es jedoch andere Phänomene. Der Longitudinalanteil lässt sich mit herkömmlichen Methoden nur schwer abschirmen. Das heisst jedoch, dass Signalquellen, die im z.B. im 10 Hz -Bereich schwingen ein nur schwer abschirmbares Nahfeld von 10.000 - 30.000 km um sich herum aufbauen.
Niedrigenergiequanten habe eine grosse räumliche Durchdringung, sie können nahezu überall auf der Erdoberfläche empfangen werden.
Somit lassen sich erfindungsgemäss Informationen über gewünschte Objekte aufnehmen. Die Objekte können aufgrund des Nahfeldcharakters der Niedrigenergiequanten in einer grossen räumlichen Entfernung sein, die mehrere tausend Kilometer und wesentlich mehr betragen kann. Die Objekte können technische Anlagen, Geräte jedweder Art, Autos, Kraftwerke, Flugzeuge, Computer usw. sein.
Mit geeigneten Empfängern können daher Zustände technischer Objekte überall auf der Erde empfangen werden. Damit reduziert sich die Signalübertragung auf den Empfang und insbesondere das Herausfiltern der gewünschten Signale aus dem Signalgemisch am Empfänger, denn jeder Zufallsprozess insbesondere jedes Halbleiterbauteil empfängt die Signale von Millionen von Sendern, die sich alle überlagern. Die Superposition erzeugt daraus das für den Fachmann erkennbare Zufallssignal, was tatsächlich nahezu allen Kriterien eines Zufallssignals (Autokorrelation usw.) genügt.
Da die Niedrigenergiequanten im Nahfeldbereich nur schlecht mit ihrer Umgebung in Resonanz gehen, können sie über grosse Entfernungen übertragen werden. Dennoch kann aber eine Abschirmung derartiger Messungen gewollt sein, da es technische Systeme geben kann, die nicht auf ihren Informationszustand hin vermessen werden sollten. Herkömmliche Abschirmungen wie Eisen, Blei, Wasser uvm. sind aber nicht geeig- net, da die Niedrigenergiequanten mit diesen Materialien nicht genug in Wechselwirkung treten.
Erfindungsgemäss wird zur Abschirmung eine Entropiesenke, ein sog. Clearing- System, verwendet, das mit allen bekannten Quanten niedrigster Energie in Wechselwirkung treten kann. Dadurch fliesst die Entropie aus der technischen Anlage nicht auf das Messgerät sondern in die Entropiesenke, so dass das System nicht ausgemessen werden kann. Die Entropie der Senke muss dabei geringer sein als die Entropie der jeweiligen Messgeräte, damit der Entropiegradient von System in das Clearing-System und nicht zum Messgerät führt.
Die Entropiesenke ist ein geeigneter Zufallsgenerator, der so ausgelegt ist, dass er mit den jeweiligen Quanten Wechselwirken kann. Die Auslegung erfolgt beispielsweise über die Wellenlänge der zu empfangen Quanten. Dabei wird z.B. die Grenzschicht eines Halbleiters so gestaltet, dass eine räumlich kreuzungsfreie Kette von Elektronen oder Löchern entsteht, die die vorgegeben Bahnlänge (je nach Wellenlänge der Quanten) besitzen.
Zufallsgeneratoren sind technische Hilfsmittel zum Empfang von Quanten niedriger Energie. Bei diesem Empfang wird neben der Energie auch die Information des Quants empfangen. Durch eine nachgeschaltete Schaltungstechnik kann die Information gefiltert, ausgewertet und gespeichert werden.
Fig. 2 zeigt eine mögliche Einrichtung zur Datenkommunikation von binären Folgen BITS von „0" und „1". Die Verarbeitungseinheit PRZA eines Senders steuert einen Zufallsgenerator RNGA derart, dass bei der Übertragung des Bits „1" eine hohe Entropie am RNGA eingestellt wird, bei der Übertragung des Bits „0" eine niedrige Entropie. Es können die Informationen auch direkt übertragen werden, der Ansatz, die Informationen in Entropiewerte zu codieren führt aber zu einer besseren Robustheit. Der Empfänger B hat vom Sender vorab eine einmalige Identifizierung ID bekommen. Die beim Sender A eingestellte Entropie wird durch Niedrigenergiequanten LEQ in die Umgebung abgestrahlt. Der Empfänger B filtert aus der Zufallszahlenfolge seines Zufallsgenerators RNGB unter zu Hilfenahme des Moduls Adressierung und Eichung ADR_TUN die vom Sender abgestrahlte Entropieinformation aus und decodiert diese in seiner Signalverarbeitungseinheit PRZB wieder in die binäre Zahlenfolge. Obwohl dabei sowohl Sender A als auch Empfänger B unterschiedliche Zufallszahlenfolgen an ihren Zufallsgenerators RNGA und RNGB haben, wird durch dieses Verfahren eine vorher gewünschte binäre Bitfolge BITS vom Sender an den Empfänger übertragen, wobei die Entfernung s hierbei sehr gross sein kann, da die eigentliche Übertragung zum Empfänger durch die physikalischen Eigenschaften der LEQ sowieso passiert, da LEQ-Quanten eine grosse natürliche Sendereichweite haben. Da jede beliebige Nachricht als Folge von binären Zahlen BITS dargestellt werden kann, lassen sich durch dieses Verfahren beliebige Nachrichten (Texte, Bilder, Sprach) über sehr grosse Entfernungen übertragen.
Wichtige Aufgaben zur Übertragung von Informationen (Nachrichten, Daten) von einem Sender auf einem Empfänger sind die Lösung a) der Adressierung, d.h. die Selektion der empfangenen Information beim Empfänger B aus dem Informationsgemisch der Umgebung und b) die Interpretation der Ausschläge des Zufallsgenerators RNGB.
Lösungen für beide Aufgaben werden im Folgenden beschrieben.
a) Adressierung bzw. Selektion
Die Adressierung erfolgt durch Übergabe von Adressen des Senders an den Empfänger. Adressen sind beispielsweise Resonanzschlüssel oder Surrogate des Senders. Der Sender sendet seine Informationen permanent an die Umgebung ab. Aufgabe beim Empfänger ist, diese Information herauszufiltem. Da die Niedrigenergiequanten über eine sehr grosse Entfernung übertragen werden können sind beim Empfänger Überlagerungen von allen möglichen Quanten, d.h. auch von sehr weit entfernten Sendern vorhanden. Aus diesen Überlagerungen muss der Empfänger die Quanten des Senders herausfiltern.
Für die Selektion gibt es mehrere Verfahren. Zum einen das Verfahren der Eichung zwischen Sender und Empfänger, siehe folgenden Absatz b), zum anderen die Erkennung des Senders aufgrund seiner individuellen Sendermerkmale. Da die Selektion des Senders nicht aufgrund der Bestimmung von Signalamplituden erfolgt, spielt die Entfernung zwischen Sender und Empfänger auch eine untergeordnete Rolle.
Jeder materieller Erzeugungsprozess bewirkt eine Verschränkung zwischen Original (A) und Duplikat (A1), in der Hinsicht, das Original und Duplikat in ständigem Informationsaustausch stehen und der Informationsaustausch von den anderen Einflüssen der Umwelt herausgefiltert werden kann. Original und Duplikat stehen sozusagen in einer potentiellen Resonanzbeziehung.
Für die physikalisch verwirklichte Verschränkung sind zwei alternative Sichtweisen möglich, die jedoch beide die gleichen technischen Anwendungsmöglichkeiten haben.
i) Die Verschränkung darf nicht quantenmechanisch verstanden werden, denn es ist nicht so, dass das was Objekt A passiert auch augenblicklich Objekt A1 passiert, im Sinne der bekannten Femwirkung von verschränkten Quantenzuständen. Die Verschränkung bedeutet nur eine Feinabstimmung der Frequenz, so dass sich Original und Duplikat Informationen austauschen können.
ii) Die Verschränkung muss quantenmechanisch verstanden werden, d.h., dass das was den Quanten des Objekt A geschieht auch augenblicklich den Quanten bei Objekt A1 passiert im Sinne der bekannten Fernwirkung von verschränkten Quantenzuständen. Da es jedoch kein absolutes identisches Duplikat gibt, so sind die Auswirkungen der Änderungen bei A zwar augenblicklich bei A1 empfangbar, da A1 aber auch noch andere Quanten besitzt als A, ändert sich der Zustand von A1 nicht identisch dem Zustand von A. Nur die verschränkten Quanten von A und A1 ändern ihre Zustände identisch.
Sowohl i) als auch ii) kann technisch in gleicherweise so genutzt werden, dass ein Empfänger sich auf die Frequenz eines Senders einstellt.
Damit gibt es drei Möglichkeiten der Adressierung: 1.) Die Adressierung eines Senders A beim Empfänger B kann über jede Art von Surrogat A1 erfolgen, also Teile des Objektes von A selbst, digitale Fingerabdrücke, identische Bauteile (z.B. identische Dioden bei Sender und Empfänger), eindeutige Seriennummern usw. Die Surrogate werden beispielsweise über eine spezielle Einrichtung (Plattenkondenstoren, Wicklungen, Messbecher) induktiv oder kapazitiv in den Schwingkreis des verwendeten Halbleiterbauelementes eingekoppelt.
2.) Eine andere Möglichkeit der Adressierung ist die Ausrichtung des Empfängers auf das gewünschte Objekt mit entsprechenden Messsonden, Antennenanlagen oder Kollimatoren.
3.) Eine weitere einfache Möglichkeit der Adressierung ist über die Wahl der Abtastfrequenz gegeben. Senderobjekte und Empfänger rauschen auf einem sehr breiten Sektrum. Der Empfänger entscheidet durch die Wahl seiner Abtastrate, welche Quanten mit welcher Energie er empfangen möchte. Sollen beispielsweise Quanten der Energie E= 5,3*10"33J, also 8 Hz-Quanten, empfangen werden, ist eine Abtastrate des Rauschgenerators von 16 Hz geeignet. Höherfrequente Rauschanteile wurden wesentlich durch andere Quanten erzeugt. Am Generator überlagern sich all diese Informationen zu dem typischen, bekannten Rauschsignal der Rauschgeneratoren. An dem verwendeten Auswertealgorithmus liegt es, ob die „puren" 8-Hz-Werte verwendet werden oder ob der Rauschgenerator dennoch höher abgetastet wird aber nur 8-Hz-M ittel werte in die weitere Verarbeitung einflies- sen.
b) Interpretation bzw. Eichung
b1) Motivation zur Eichung
Es gibt heutzutage weltweit verschiedene Projekte, um aus globalen oder lokalen Rauschdaten Muster zu erkennen und diese zu interpretieren, um Vorrausagen oder Korrelation zu treffen. Bekannt ist das sog. Global Consciousness Project der Princeton University8, bei dem seit 20 Jahren weltweit Rauschgeneratoren aufgestellt wurden und seit dieser Zeit versucht wird, die Ergebnisse der Rauschmessungen mit globalen Ereignissen wie Erdbeben, Vulkanausbrüche, Terroranschläge zu korrelieren.
8 www.noosphere.princeton.edu Ein wichtiges Ziel ist dabei zu untersuchen, ob sich die statistischen Eigenschaften der Rauschsignale vor oder nach globalen Ereignissen verändern. Ziel ist hierbei der Aufbau eines Indikators oder der Prognose bestimmter globaler Ereignisse.
Diese Projekte haben mehr oder weniger Erfolg. Das liegt daran, dass sich die statistischen Kennwerte zu globalen Ereignissen zufällig verhalten. Der Hauptgrund liegt daran, dass nach den falschen Kennwerten gesucht wird. Betrachtet man die Niedrigenergiequanten als Teil eines Alphabets einer -noch unbekannten - Kommunikationssprache von technischen und biologischen Systemen wird klar, dass die Analyse des Auftretens von Mittelwerten, Medianwerten, Streuungen usw. keinen wirklichen Zusammenhang zu den irgendwelchen Ereignissen aufzeigen kann. Damit scheitern letztendlich alle oben genanten Projekte, die aus statistischen Mustern in den Zeitfolgen von Rauschdaten Voraussagen über Ereignisse treffen wollen, wenn die Vorraussagen eines gewisse Komplexität und Nichttrivialität beinhalten sollen.
Problematisch bei der Analyse von Rauschdaten ist insbesondere auch, dass aufgrund der Beeinflussung der untersuchten Rauschprozesse durch Quanten anderer (auch weit entfernter) Objekte und Prozesse prinzipiell alles aus den Rauschdaten herausgefiltert werden könnte. Es kommt dabei nur darauf an, die jeweils richtigen Filter einzustellen, dann können in Rauschdaten komplexe Muster oder auch einfache Wiederholungen gefunden werden. Beachten muss man hier jedoch, dass die gefunden Muster manchmal nur Artefakte des Verfahrens selbst sind, also Muster, die durch das Analyseverfahren erst erzeugt werden. So muss jede Untersuchung zeitlich begrenzt sein, das bedeutet aber eine Multiplikation des Rauschsignals mit einem Zeitfenster bzw. die mathematische Faltung der untersuchten Zufallsfunktion mit einer Rechteckfunktion im Bildbereich ihrer Fouriertransfomierten, was wiederum verfahrensbedingt Periodizitäten erzeugt. Insbesondere wenn die Untersuchungen Trivialzusammenhänge, also Korrelation, Histogrammähnlichkeiten, unterlagerte Frequenzen, fraktale Strukturen, Mittelwertabweichungen, Drift usw. analysieren, kann es passieren, dass man in den Rauschdaten genau dass findet, wonach man gesucht hat. Aber selbst wenn man diese Verfahrensfehler ausschliesst, lässt sich die gewünschte Information mit den o.g. statistischen Auswertungen meistens nicht finden, da es die gesuchten Korrelationen, z.B. zwischen Rauschwerten von Zufallsgeneratoren und globalen Ereignissen nur im Trivialfall gibt. Dennoch können und werden sich globale Ereignisse in den Rauschfolgen von Zufallsgeneratoren vorher andeuten, nur finden kann man das mit den heutigen Verfahren der statistischen und stochastischen Analyse von Zufallsprozessen nicht.
Nur wenn man die Rauschdaten als Alphabet von Rauschwerten betrachtet, die durch Quanten erzeugt werden, lassen sich signifikante Ergebnisse erzielen. Dies bedeutet aber erfindungsgemäss den Übergang von der rein statistischen und stochastischen Analyse von Zufallsprozessen zu einer semantischen Analyse dieser Folgen. Denn Zufallsfolgen bilden Buchstaben, Wörter und Sätze eines Informationsaustausches, der durch Quanten physikalisch realisiert wird.
Aber selbst wenn man das oben postulierte Alphabet der Quanteninformation nicht kennt (insbesondere bei natürlichen System kennt man sie nicht), lassen sich dadurch komplexe Information übertragen, indem sowohl Sender als auch Empfänger der Information sich eines zwar unbekannten, jedoch trotzdem abgesprochenen Codierungsund Decodierungsverfahren bedienen können, d.h. indem beide Seiten eine Semantik definieren.
Die Möglichkeit eines komplexen (und damit semantischen) Informationsaustausches zwischen einem Sender und einem Empfänger geschieht durch den Prozess der Eichung. Die Eichung ist somit insbesondere vorteilhaft, wenn Signale aus der Natur empfangen und interpretiert werden sollen, da in die Quantenabstrahlung des Senders ja nicht gezielt eingegriffen werden kann. Bei einer technischen Kommunikation, bei denen Sender und Empfänger beispielsweise Rauschgeneratoren sind, kann man die Übertragungsquanten spezifisch erzeugen und dadurch die Eichprozedur zumindest nur vereinfacht ausführen.
b2) Eichung Um die Ergebnisse des Empfanges mit Zufallszahlengeneratoren signifikant zu verbessern, müssen die Generatoren in ihrem Kontext geeicht werden, wenn mit ihm komplexere Informationen empfangen werden sollen. Die Eichung legt dabei die Semantikebene zwischen Sender und Empfänger fest.
Eine einfache Eichung, also Abstimmung zwischen Sender und Empfänger über den Informationsgehalt der auszutauschenden Nachrichten, im Beispiel eine „Eichung über die Höhe der Entropie" beim Sender kann technisch beispielsweise wie folgt in den Ablauf integriert werden (Fig. 2):
> Adressierung von Sender A beim Empfänger B durch Verschaltung eines Identifi- kators ID, Surrogates des Senders.
> Definierte Erhöhung der Entropie des Senders (z.B. durch Erhitzen) und Aussenden von Entropiequanten
> Empfang der Entropiequanten beim Empfangs-Rauschgenerator RNGB, dessen Verhalten von den Quanten beeinflusst wird, das jedoch weiterhin zufällig ist bzw. statistisch so erscheint
> Verarbeitung der Amplitudenwerte des Rauschgenerators durch eine spezifischen Algorithmus PRZB und Generierung einer Zahl oder Zahlenfolge
> Interpretation der Zahlenfolge als hohe oder niedrige Entropie beim Sender und Prüfung, ob dies den Tatsachen beim Sender entspricht
Eichung:
> Wenn die Aussage des Empfangs-Rauschgenerator RNGB für den Benutzer korrekt ist (hohe Entropie gemessen, wenn hohe Entropie vorlag), erfolgt die Fortführung der Eichung mit anderen Entropiewerten des Sender.
> Wenn die die Aussage des Empfangs-Rauschgenerator RNGB für den Benutzer jedoch falsch ist, dann müssen die Parameter des Rauschgenerators und des Auswertealgorithmus bei gleicher Einstellung des Sender systematisch adaptiert werden (z.B. Veränderung Wertebereich des Rauschgenerators, Abtastrate des Rauschgenerators, Koeffizienten des Algorithmus, Normierung) und zwar solange bis die vom Sender abgestrahlte (und bekannte) Information beim Empfänger korrekt empfangen wurde. > Danach Fortführung mit anderen Sendereinstellungen.
Nach der Eichung hat sich der Empfänger auf die Niedrigenergiequanten des Senders eingestellt und kann nachfolgende Quanten richtig interpretierten, d.h. sendet der Sender Information darüber, dass er eine hohe Entropie hat, dann empfängt der geeichte Empfänger diese Entropie korrekt, indem er „zufällig" eine Zahlenfolge „auswählt", die im nachfolgenden Algorithmus als mit hoher Entropie erkannt wird. Die Semantik ist definiert.
Das bedeutet aber, dass verschiedenen Empfänger, die auch aus diversen Gründen verschieden geeicht wurden, auf die gleichen Informationen eines Senders verschieden reagieren können. Dies ist aber aus der Automatentheorie hinlänglich bekannt. D.h. da ein komplexer Empfänger von Quanten in der Regel einen inneren Zustand und einen spezifischen Algorithmus zur Verarbeitung der Quanteninformation besitzt, kann eine identische Nachricht beim Empfänger (ein identisches Quant oder eine Folge von Quanten) zu unterschiedlichen „Ausschlägen" bzw. Interpretation führen. Deshalb ist die Eichung eines Empfängers notwendig.
Erfolgt diese Eichung nicht, so kann ein Dritter (ungeeichter Mithörer) die zu übertragenen Informationen (in Fig. 2 mit BITS benannt) aus der Zufallszahlenfolge nicht so einfach decodieren. Für ihn bleibt es eine Zufallszahlenfolge ohne semantische Bedeutung. Denn verschiedene Zufallszahlenfolgen können beim geeichten Empfänger die gleiche semantische Bedeutung haben und gleiche Zufallszahlenfolgen für verschiedene Empfänger unterschiedliche Bedeutung. Durch den Prozess der Eichung und Adressierung lassen sich daher die gewünschten Informationen wirklich sicher erkennen. Damit sind Datenkommunikationen basierend auf Niedrigenergiequanten für einen Dritten ohne Hintergrundinformationen nicht so einfach erkennbar.
Wie oben eingeführt verwendet die Natur ein komplexes Alphabet zum Austausch von Informationen deren „rohe Zeichenkette" durch die Zufallswerte von Rauschgeneratoren repräsentiert werden. Die bisherige statistische Auswertung von Zufallsfolgen, d.h. die Analyse der Folgen von Rauschamplituden hat jedoch nur sehr bedingt (oder gar keinen) Erfolg. Deshalb war erfindungsgemäss die Eichung eines Empfängers notwendig, da sich dadurch Sender A und Empfänger B auf den Inhalt von Rauschfolgen geeinigt haben und somit miteinander kommunizieren können.
Sind sowohl Sender als auch Empfänger zum Beispiel Zufallszahlengeneratoren, so können und werden beide Generatoren völlig unabhängige Zahlenfolgen generieren und trotzdem können sie durch die vorherige Eichung nicht nur Energien (Niedrigenergiequanten) sondern auch komplexe Informationen (z.B. „Sender hat hohe Entropie") austauschen.
Hohe und niedrige Entropiewerte können dabei als „1" oder „0" codiert werden, so dass sich damit beliebige Daten (als binäre Zahlenfolge) übertragen lassen.
Durch Umsetzung der Adressierung und Eichung können Sender und Empfänger ver- fahrensgemäss miteinander kommunizieren.
Die Adressierung des Senders beim Empfänger ist notwendig, um eine Punkt-zu-Punkt Verbindung zwischen Sender und Empfänger aufzubauen.
Eine andere Form der Datenübertragung im Sinne einer Broadcast-Verbindung (wie beim Radio) kann jedoch ohne derartige Adressierung erfolgen. Dazu ist nur notwendig, dass der Empfänger auf die entsprechende Frequenz eingestellt wird. Erfindungsgemäss wird jedoch keine wirkliche Frequenz verwendet, sondern ein sog. Resonanzschlüssel. Der Sender verändert in einem Zufallstakt (dies ist der Resonanzschlüssel) für eine Zeitspanne Δt (Δt ist beispielsweise 1 Sekunde) die Entropie eines Objektes, einer Diode, eines Transistors usw. oder er verändert diese für eine Zeitspanne Δt gerade nicht. Eine Erhöhung der Entropie beim Sender wird semantisch beispielsweise als 1 verstanden, keine Erhöhung als 0. Ein Empfänger kann nun das Rauschen seiner eigenen lokalen Zufallsgeneratoren (Dioden, Transistoren) im Takte des Zufallsschlüssels abfragen und daher erkennen, ob der Sender eine 1 oder eine 0 gesendet hat. Der Entropietransport funktioniert immer, aber nur der Empfänger, der sein eigenes Rauschsignal mit dem Zufallsschlüssel (Resonanzschlüssel) abtasten kann, kann er- kennen, ob der Sender gerade mit diesem Schlüssel die Entropie erhöht hat (semantisch eine 1) oder gerade nicht. Dadurch lassen sich binären Nachrichten übertragen und bei geeigneter Geschwindigkeit jede Form von Nachrichten.
Durch das Verfahren wird die Eigenschaft der Natur ausgenutzt, bestehende Differenzen auszugleichen. Differenzen sind jedoch nicht nur energetischer Natur (z.B. Temperaturunterschiede, Potentialunterschiede) sondern Differenzen existieren auch bzgl. Entropie und letztendlich Informationen.
Es ist auch möglich Informationsunterschiede direkt auszutauschen. Information ist jedoch keine absolute Grosse sondern immer eine relative Grosse bezogen auf eine vorher gewählte semantische Ebene. Nur wenn der Empfänger dieselbe semantische Ebene besitzt wie der Sender, kann er die Information als solche überhaupt erkennen bzw. mit ihr in Resonanz gehen. Bei der technischen Signalübertragung entsteht die gleiche semantische Ebene dadurch, dass Sender und Empfänger den gleichen o.g. Resonanzschlüssel verwenden. Sender und Empfänger legen dadurch fest, wie das Signal aus der Summe alle unendlichen Möglichkeiten manipuliert wird. Für jeden anderen Empfänger stellt das Rauschsignal ein beliebiges Zufallssignal dar, nur derjenige Empfänger, der im Takte des Resonanzschlüssel abtastet, kann erkennen, ob der Sender die Entropie verändert hat oder nicht. Semantik entsteht hierbei nicht durch die Eichprozedur, sondern durch den gemeinsamen Lese- und Schreibalgorithmus, d.h. den gemeinsamen Resonanzschlüssel.
In der Literatur liest man ab und zu von dem weissen Rauschen als Träger eines neuen, noch zu entdeckenden Kommunikationskanals. Das weisse Rauschen ist aber nicht der Träger einer aufmodulierten Information, sondern das weisse Rauschen ist die Information selbst. Denn Niedrigenergiequanten haben die physikalische Eigenschaft, sich räumlich sehr weit auszudehnen und zu verbreiten, weshalb eine neuartige Nachrichtentechnik keine Information auf eine Trägerwelle aufmodulieren muss.
Die Information eines Senderobjektes werden durch bestehende natürliche Übertragungsmechanismen, einer grossen räumlichen und zeitlichen Ausdehnung von Quanten und ihrer grossen Durchdringung zum Empfänger übertragen. Die hier beschriebene neuartige Nachrichtentechnik und Datenkommunikation liest die von jedem Objekt permanent gesendeten Informationen aus dem Rauschen einfach aus. Erfindungsgemäss macht die Natur die eigentliche Datenübertragung sozusagen von selbst. Wesentlicher Inhalt der Erfindung ist deshalb, basierend auf neuartigen Empfängern, Zufallsgeneratoren, die mit Informationen behafteten Niedrigenergiequanten zu empfangen und dann selektiv herauszufiltern. Dazu ist eine spezielle Adressierung und Eichung notwendig. Durch diese neue Verfahren und Einrichtungen sind hochenergetische Datenübertragungen - wie sie bei allen bekannten Übermittlungsverfahren (Fernsehen, Radio, Handys) verwendet werden - technisch nicht mehr notwendig, da es einen erheblich geringeren Aufwand bedeutet, die Übertragungswege der Natur zu nutzen und Zufallsgeneratoren als Empfänger zu verwenden.
Das Verfahren der Entropieübertragung mittels Resonanzschlüssels ist prinzipiell in jedem Frequenzbereich durchführbar. Der technische Vorteil der Niedrigenergiequanten liegt daran, dass die Natur die Datenübertragung sozusagen selbst realisiert, da man sich im Nahbereich des Senders befindet und dadurch die Longitudinalanteile der Welle zur Übertragung verwendet werden können. Für die Erfindung ist es damit unerheblich, ob man sich die Quanten mit einer grossen räumlichen Ausdehnung in der Grössenord- nung ihrer Wellenlänge vorstellt (neuer Aspekt dieser Beschreibung) oder die Longitu- dinaleigenschaften des Nahbereiches elektromagnetischer Wellen ausnutzt. Die technisch entstandenen Effekte sind gleichwertig.
Wesentlicher Bestandteil der Erfindung ist, dass nicht nur alte bekannte Verfahren einer Nachrichtentechnik durch billigere oder effizientere Verfahren zu ersetzen, sondern durch die Erfindung entstehen völlig neue Anwendungsmöglichkeiten, siehe 3).
Dadurch werden unter anderem folgende technische Anwendungen möglich:
1. Empfang, Auswertung, Speicherung von Informationen von technischen Systemen zur Informationsgewinnung > Fehlerdiagnose beliebiger technischer Systeme wie beispielsweise Kraftwerke, Fahrzeuge, Autos, Züge, Flugzeuge, Raketen
Da auch technische Systeme in letzter Konsequenz natürliche Systeme sind, strahlen sie genau wie die natürlichen Systeme permanent Entropiequanten ab, die von einem geeigneten Diagnosesystem empfangen und ausgewertet werden können
> Erkennung verbotener Materialien an Flughäfen oder anderen wichtigen geographischen Plätzen
Da jedes Material ihm spezifische Information abstrahlt, kann auch jedes Material durch Entropiedetektoren erkannt werden.
> Neuartige Überwachung von Fahrzeugen, Flugzeugen, Raketen mit einer „on-board unit"
2. Empfang, Auswertung, Speicherung der Information von räumlich weit entfernten technischen Systemen für Fernüberwachungsaufgaben
> Neuartige Überwachung von Kraftwerken, Fahrzeugen, Autos, Zügen, Flugzeugen usw. mit einer „remote unit"
3. Empfang, Auswertung, Speicherung, Sendung der Information von technischen Systemen für Kommunikationsaufgaben, d.h. Realisierung einer neuartigen Nachrichtenübertragung.
Im Weiteren werden einige technische Anwendungen der Erfindung exemplarisch erwähnt:
1.) Mittels des erfindungsmässigen Verfahrens ist es möglich, Informationszustände eines technischen Systems zielgerichtet auszulesen, indem man Informationssenken konstruiert, die mit gewissen Informationen beim Sender in Resonanz gehen. Dadurch kann man fehlerhafte Zustände von Geräten oder Anlagen zielgerichtet diagnostizieren, da die Zustände gewissen Entropieverhältnissen entsprechen, die durch dafür geeignete Empfänger empfangen werden können. Im Unterschied zu herkömmlichen Diagnoseverfahren über Signalauswertung, die fälschlicher Weise im Hochenergiebereich (aus Sicht der Erfindung) durchgeführt wird, kann man durch den Empfang von Quanten mittels Rauschgeneratoren Niedrigenergiequanten empfangen und auswerten, die gewisse Anlagen - und Gerätezustände repräsentieren.
Anwendungen dazu sind technische Diagnosesysteme für Kraftwerke, Flugzeuge, Autos und alle technischen Geräte.
Dabei müssen das Gerät und der Empfänger nicht elektrisch verbunden sein. Weiterhin kann es eine räumliche Trennung zwischen Gerät und Diagnosesystem geben, was zahlreiche Applikationen impliziert, so z.B. Femdiagnosen von Autos uvm.
Eine spezielle Anwendung liegt im Bereich der Flugsicherung, da man mittels dieser Verfahren & Einrichtungen sichere Sprengstoffdetektoren entwickeln kann. Sowohl der Träger des Sprengstoffes als auch der Sprengstoff selber strahlen unabdingbar ihre Entropien an die Umgebung. Die Person strahlt durch ihren speziellen seelischen Zustand als „Träger von Sprengstoff", der Sprengstoff selbst strahlt seinen klar definierten Entropiegehalt. Im Bereich der Niedrigstenergie- quanten kann diese Entropiestrahlung auch nicht vollständig abgeschirmt werden, sodass man den Sprengstoff mit o.g. Verfahren immer detektieren kann. Technisch wird das derart realisiert, dass der Rauschgenerator so geeicht ist, dass er beim Messen der Entropie von Sprengstoff in seiner Umgebung einen Auswahls- Zufallsgenerator so steuert, dass er die „verdächtige Person" zur näheren Körperuntersuchung für das Bodenpersonal auswählt.
Durch Verortung im Raum kann ein System von mehreren Niedrigstenergiedetek- toren auch gewünschte Objekte und Systeme auf einem gewissen Territorium orten und ausfindig machen.
2.) Kodiert man den Zustand „hohe Entropie" bei einem Gerät A mit „1", den Zustand „niedrige Entropie" mit „0" und wird das System so entworfen und geeicht, dass ein Gerät B den Entropiezustand des Gerätes A durch den Empfang von Nied- rigstenergiequanten berührungslos messen kann, dann kann man dadurch eine nahezu nicht-abschirmbare Datenübertragung zwischen zwei räumlich getrennten, technischen Systeme herstellen. Die Grosse der räumlichen Entfernung für die Kommunikation richtet sich dabei nach der Güte des Rauschgenerators.
Das Problem der Adressierung zwischen Empfänger und Sender löst man dadurch, dass dem Empfänger vor der Kommunikationsaufnahme eine eindeutige Identifizierung des Senders (z.B. Bild, Serienummer, Name) zur Verfügung gestellt wurde. Da der Sender mit seiner eigenen Identifizierung, die ihm irgendwann gegeben wurde, z.B. seinem Bild, durch Niedrigstenergiequanten immer verbunden bleibt, hat der Empfänger, wenn er das Bild mit dem Empfangs-Rauschgenerator gekoppelt hat, genau den gewünschten Kommunikationskanal geöffnet. Technisch kann man das wie bereits erläutert beispielsweise so realisieren, dass vom Bild kapazitiv über einen Entropiekondensator ein Signalweg auf die Speisespannung eines Rauschgenerators eröffnet wird. Durch diesen Signalweg können die Niedrigenergiequanten des Bildes selbst, die Speisespannung des Generators geeignet beeinflussen. Dadurch erfährt der Rauschgenerator im Sinne der o.g. Entropieschaltungstechnik eine geeignete Modulierung, um genau die Niedrigsenergie- qaunten des Senders zu empfangen. Adressiert man den Rauschgenerator vorher nicht, empfängt er eine Überlagerung diverser Quanten seiner näheren und weiteren Umgebung.
Anwendungen für die Datenübertragung basierend auf Niedrigenergiequanten . sind technische Kommunikationssysteme für Medizin, Privatwirtschaft oder andere Einrichtungen, die nicht-abschirmbare und/oder extrem energiearme Datenkommunikation durchführen wollen.
3.) Mittels des Verfahrens können die Diagnosezustände eines Pkws über grosse räumliche Entfernungen (remote) ausgelesen werden. Durch eine vorherige Eichung und Adressierung können spezifischen Fehlern eines Fahrzeuges gewisse Entropiewerte zugewiesen werden, die die Teile im Falle eines Fehlers aussenden (Festlegung der Semantik). Ein Empfänger, z.B. eine zentrale Werkstatt kann dann nach Eingabe der Fahrzeugkennung (z.B. Seriennummer) den aktuellen Diagnosezustand remote auslesen. Dies vereinfacht heutige Diagnosen signifikant, dadurch würde sich beispielsweise spontaner Fahrzeugstillstand verhindern lassen.
Ein konkretes technisches Anwendungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens ist in Fig. 3 dargestellt.
Der Sender A besteht aus einer z-Diode (DIO) innerhalb eines technischen Schwingkreises, einem Laser (LASER), der auf die z-Diode gerichtet ist und einer Elektronik zum Ansteuern des Lasers (RNGA). Der Empfänger besteht aus einer baugleichen z- Diode (DIO) innerhalb eines Schwingkreises zum Erzeugen eines Rauschsignales, einen Operationsverstärker, einen AD-Wandler (OPV/AD) zum Umwandeln des Rauschsignals in ein digitales Signal (BITS) und einer Verarbeitungseinheit (Laptop, nicht dargestellt). Sender und Empfänger sind vollständig abgeschirmt, batteriegetrieben und ca. 10 m voneinander entfernt. Zwischen Sender und Empfänger gibt es keine elektrische, magnetische oder anders geartete Verbindung.
Auf Senderseite (A) wird durch den Zufallsgenerator (RNGA) entschieden, ob in der folgenden Zeitspanne (z.B. Δt = 1 Sekunde) der LASER, der auf die z-Diode (DIO) gerichtet ist mit einer Frequenz von 1 kHz an und aus geschaltet wird, um an DIO die Entropie zu erhöhen (Entropieerhöhung wird semantisch als 1 codiert). Nach Ablauf dieser Zeitspanne entscheidet wieder der Zufallsgenerator (RNGA), ob diese Laserpulsung wiederholt wird oder ob der Laser für das nächste Zeitintervall (Δt = 1 Sekunde) ausgeschaltet bleibt (bedeutet semantisch eine 0).
Auf der Empfängerseite (B) wird eine baugleiche Diode (DIO) verwendet. Das Rauschen der baugleichen Diode auf Empfängerseite wird durch einen Operationsverstärker (OPV) verstärkt, mit mindestens 2 kHz abgetastet (AD), digitalisiert und in einen Empfängercomputer als digitalisiertes Rauschsignal (BITS) übertragen. Der Empfängercomputer wertet das Rauschen aus, indem er beispielsweise die Verteilungsfunktionen (Amplitudendichtefunktion, d.h. Histogramme) der jeweiligen Zeitabschnitte Δt bildet. Anhand der Veränderung der Verteilungsfunktion jedes Zeitintervalls erkennt der Empfänger, ob senderseitig durch den Laser die Entropie der z-Diode erhöht wurde (semantisch eine 1) oder nicht (semantisch eine 0).
Dadurch ist eine binäre Datenübertragung realisiert, in der hier dargestellten, einfachen Ausführungsvariante mit einer Fehlerrate von 30%. Durch verbessere geometrische Positionierung des Lasers, indem dieser direkt auf die Sperrschicht der z-Diode gerichtet ist, kann die Fehlerrate weiter minimiert werden. Problematisch in der technischen Ausführung ist, dass die z-Dioden in einen Glaskörper eingebracht sind, die als Linse fungieren und damit kleinste geometrische Abweichungen dazu führen können, dass der Laserstrahl nicht auf der Grenzschicht fokussiert. Dies kann durch eine Nachjustierung oder Vergrösserung des Laserstrahldurchmessers behoben werden.
Es soll dabei betont werden, dass die z-Diode des Empfängers ihre Rauschsignaleigenschaften (Amplitudendichtefunktion) im Takte der Entropieerhöhung der Diode auf Senderseite verändert, obwohl sowohl Sender als auch Empfänger nach den gängigen Verfahren der Nachrichtentechnik vollständig abgeschirmt sind und auch über die Stromversorgung keine Verbindung besteht. Der Sender sendet eine Änderung seiner Entropie permanent an seine Umgebung ab und beeinflusst damit alle Objekte seiner Umgebung, die damit in Resonanz gehen, so z.B. die baugleiche z-Diode beim Empfänger, auch wenn diese weit entfernt ist. Auf Empfängerseite verändert sich die Signaleigenschaften (Amplitudendichtefunktionen) anscheinend zufällig, durch Abgleich mit den Senderinformationen erkennt man jedoch, das sich ihre Signaleigenschaften genau im Zufallsrhythmus der Senderentropie verändern.
Dieses Verfahren wird erfindungsgemäss zu einer Datenübertragung erweitert. Sender und Empfänger vereinbaren einen Zufallsschlüssel (z.B. 0011010...), der z.B. 1000 Bit lang ist. Will der Sender in einem Zeitintervall Δt eine semantische 1 übertragen so schaltet er den Laser in dieser Zeitspanne im Takte des Zufallsschlüssel an (Zufalls- bit=1) und aus (Zufallsbit=O) und erhöht damit die Entropie nach diesem Rhythmus; will er eine 0 übertragen, bleibt der Laser während der gesamten Zeitspanne Δt vollständig aus. Der Empfänger tastet in jedem Zeitintervall Δt mit dem vereinbarten Zufallsschlüssel ab und wertet aus, ob sich die Verteilungsfunktion geändert hat oder nicht. Damit erkennt er in jedem Intervall Δt, ob der Sender eine semantische 1 oder 0 gesendet hat. Für jeden anderen Empfänger bleibt das Signal ein reines Zufallssignal, da er den Zufallsschlüssel der Abtastung nicht kennt. Im vorliegenden Fall ist die Übertragungsrate extrem langsam, tatsächlich werden nur 1 Bit pro Sekunde übertragen, was konstruktiv durch den Laser bestimmt ist.
Die eigentliche Signalübertragung wird durch den natürlichen Vorgang des Entropieausgleiches zwischen beiden Dioden realisiert, der aufgrund seiner Eigenschaften über grosse Entfernungen erfolgt. Erfindungsgemäss wird durch geeignetes Auslesen beim Empfänger daraus eine technisch nutzbare Signalübertragung realisiert.
Aufbauend auf dieser Ausführungsvariante kann die Entropie auch anderweitig als mit dem Laser erhöht werden, um höhere Datenübertragungsraten zu gewährleisten. Eine weitere Möglichkeit der zufallsgesteuerten Entropieerhöhung ist das Schreiben auf die Festplatte (semantisch eine 1) oder kein Schreiben. Weitere Möglichkeiten sind das Durchlaufen von Programmteilen usw.
Bildbeschreibung
Fiq.1
ENV Environment Umgebung
EQ Energy Quants Energie-Quanten
RNG Random Number Generator Zufallszahlengenerator
PRZ Prozessor Prozessor
DEVICE Device Gerät
Fiq. 2
PRZA Prozessor A Prozessor A
BITS Bits Bits
RNGA Random Number Generator A Zufallszahlengenerator A
LEQ Low Energy Quants Niedrig-Energie-Quanten
S Distance Abstand
PRZB Prozessor B Prozessor B
BITS Bits Bits
RNGB Random Number Generator B Zufallszahlengenerator B
ADR_TUN Adress Tuning Adress Tuning
ID Identification Identifikation
Fiq. 3
LASER Laser Laser
LEQ Low Energy Quants Niedrig-Energie-Quanten
DIO Diode Diode
RNGA Random Number Generator A Zufallszahlengenerator A
BITS Bits Bits
OPV/AD Operation Enpowering Operationsverstärker

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Messung von Informationen technischer Systeme, bei dem Signale bzw. Quanten durch geeignete Empfänger, sog. Rauschgeneratoren, empfangen und ausgewertet werden, wobei der physikalische Zusammenhang zwischen Frequenz und Energie genutzt wird, um die Energie des zu empfangenen Signals zu bestimmen und die Rauschgeneratoren als Empfänger oder Sender von Quanten zu verwenden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die von Rauschgeneratoren empfangenen Quanten Niedrigenergiequanten LEQ oder Niedrigstener- giequanten LSTEQ sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die empfangenen Quanten von technischen Systemen wie Autos, Kraftwerken, Flugzeugen, Eisenbahnen stammen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die empfangenen Quanten von räumlich weit entfernten Systemen stammen und damit Ferndiagnosen von technischen Systemen und Anlagen durchgeführt werden können.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfang oder die Ausstrahlung von Quanten durch die Verwendung von Entropiesenken abgeschirmt werden kann.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Rauschgeneratoren basierten Empfänger von Niedrigenergiequanten zur Erkundung von Bodenschätzen verwendet werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Rauschgeneratoren basierten Empfänger von Niedrigenergiequanten zur Ermittlung von Materialien verwendet werden und diese damit gezielt geortet werden können, indem eine Eichung der Empfänger auf die entsprechenden Materialien erfolgt, die es ermöglicht, die Quanten, die die Materialien permanent aussenden aus der Fülle der Signale zu selektieren.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Rauschgeneratoren basierten Empfänger von Niedrigenergiequanten zur Datenkommunikation eingesetzt werden, indem zwischen Sender und Empfänger von Quanten eine Adressierung und Eichung erfolgt, so dass der Empfänger die vom Sender gesendeten Quanten aus dem Informationsgemisch seines Rauschgenerators herausfiltern und somit vom Sender zum Empfänger eine Bitfolge übertragen werden kann.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass seine Durchführung in den Schritten:
> Adressierung von Sender (A) beim Empfänger (B) durch Verschaltung eines ldentifikators (ID), Surrogates des Senders
> definierte Erhöhung der Entropie des Senders (A) und Aussenden von Entropiequanten
> Empfang der Entropiequanten beim Empfangs-Rauschgenerator (RNGB), dessen Verhalten von den Quanten beeinflusst wird, was weiterhin zufällig ist bzw. statistisch so erscheint
> Verarbeitung der Amplitudenwerte des Rauschgenerators durch einen spezifischen Algorithmus (PRZB) und Generierung einer Zahl oder Zahlenfolge
> Interpretation der Zahlenfolge als hohe oder niedrige Entropie beim Sender (A) und Prüfung, ob dies dem Sender (A) entspricht
> Eichung.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Eichung folgende Schritte umfasst: > Wenn die Aussage des Empfangs-Rauschgenerator (RNGB) für den Benutzer korrekt ist, erfolgt die Fortführung der Eichung mit anderen Entropiewerten des Senders (A)
> Wenn die die Aussage des Empfangs-Rauschgenerator (RNGB) für den Benutzer jedoch falsch ist, werden die Parameter des Rauschgenerators und des Auswertealgorithmus bei gleicher Einstellung des Senders (A) systematisch adaptiert, bis die vom Sender (A) abgestrahlte und bekannte Information beim Empfänger (B) korrekt empfangen wird
> Fortführung mit anderen Sendereinstellungen.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Rauschgeneratoren basierten Empfänger (B) von Niedrigenergiequanten zur Prognose eingesetzt werden, indem das bekannte Unschärfetheorem der Quantenmechanik dahingehend verwendet wird, dass sich bei der Messung von Niedrigenergiequanten prinzipiell eine Zeitunsicherheit ergibt, die damit bei geeigneter Parametrierung der Empfänger (B) Aussagen über Zustände eines Objektes oder Systems treffen kann, die sich bei diesem zukünftig einstellen werden.
12. Einrichtung zur Messung von Informationen technischer Systemen, das einen Sender (A) zum generieren technischer Signale bzw. Quanten (LEQ) und einen Empfänger (B) zum Empfang dieser Signale mit einem Rauschgenerator (DIO) aufweist, wobei der Sender (A) innerhalb eines Schwingkreises eine Z-Diode (DIO), einen auf die Z-Diode (DIO) gerichteten Laser (LASER) und eine Steuerung (RNGA) zur Ansteuerung des Lasers (LASER) aufweist und der Empfänger (B) eine Diode (DIO) beinhaltet, die mit einem Operationsverstärker (OPV) verbunden ist.
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