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DAS WISSENSCHAFTSMAGAZIN DER PROFIL-REDAKTION

Nr. 3 • 30. September 2015

100 JAHRE RELATIVITÄTSTHEORIE

EINSTEIN

ENDLICH

ERKLÄRT

P.b.b. GZ 02Z032111 W Verlagspostamt: 1020 Wien

Envoi à taxe réduite

Die Neuerfindung von

Raum und Zeit

Die bizarren Phänomene

unseres Universums

Die Welt des Albert Einstein:

Schule, Frauen, Politik

Wahr oder falsch:

Welche Sprüche stammen

wirklich vom Popstar der Physik?

PLUS

Übernehmen Kraken die Weltherrschaft? ■ Satelliten im Wohnzimmerformat

Hightech gegen globalen Wassermangel ■ Die Gelse, ein gigantischer Gegner


EDITORIAL

R EDAK TIO N @ PRO FIL. AT

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Wissenschaftliche Erkenntnisse haben oft eine kurze Halbwertszeit.

Ein schnelles Aufflackern der öffentlichen Bewunderung

und Begeisterung, dann fallen viele Forscherleistungen

der Vergessenheit anheim. Nur in Ausnahmefällen vollbringen

kluge Denker wahrhaft Epochales. Selten haben

wissenschaftliche Theorien Gültigkeit für ein ganzes Jahrhundert

oder gleich für die Ewigkeit – wie die Relativitätstheorie,

deren Bedeutung kaum hoch genug eingeschätzt werden kann,

wie Reinhard Breuer urteilt, selbst Physiker und langjähriger

Herausgeber von „Spektrum der Wissenschaft“ (Seite 48). Albert

Einstein ist zweifellos der

größte Popstar der Physik. Doch

was genau besagen seine beiden

Modelle, die spezielle sowie die

vor genau 100 Jahren formulierte

allgemeine Relativitätstheorie? Florian Aigner, Quantenphysiker

mit einer ausgeprägten Ader zur allgemein verständlichen

Aufbereitung komplexer Sachverhalte, hat sich der

Monsterausgabe angenommen, Einsteins umwälzende Theorien

im Detail zu erläutern. Wieso sind Raum und Zeit keine

unveränderlichen Größen? Was besagt E=mc 2 , die wohl berühmteste

Formel aller Zeiten? Wie kann man sich gekrümmten

Raum vorstellen? Antworten auf diese und viele weitere

Fragen ab Seite 14.

In mittlerweile bewährter Tradition konnten wir auch diesmal

noch weitere Experten motivieren, Texte zu Themen abseits

der Titelstrecke zu liefern. Florian Freistetter, Astronom,

Science Blogger und einer der aktivsten Wissenschaftsautoren

des deutschsprachigen Raums, befasst sich diesmal

mit CubeSats – einer ganz besonderen, wenig bekannten Form

extrem kleiner und kompakter Satelliten, die selbst für kleine

Unis leistbar sind und dennoch spannende Missionen bewältigen

(Seite 62). Und Werner Pleschberger, außerordentlicher

Professor an der Wiener Universität für Bodenkultur, geht

der provokanten Frage nach, warum die Menschheit heute so

versessen auf Nahrungsmittel ist, die das Siegel „natürlich“ tragen

– und ob das nicht eine völlige Verklärung darstellt (Seite

78). Eine wie immer aufschlussreiche Lektüre wünscht

Was besagt E=mc 2 ,

die wohl berühmteste

Formel aller Zeiten?

Die Redaktion

Der Offenlegungstext gem. § 25 MedG ist unter

www.profil.at/offenlegung abrufbar.

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4

profilwissen 3 • 30. September 2015


LEITARTIKEL

ALWIN SCHÖNBERGER

Relativ entschleunigt

Albert Einstein ist der Inbegriff des intensiven Nachdenkens

ohne Rücksicht auf äußere Zwänge – und sollte allein deshalb auch

heute ein leuchtendes Vorbild sein.

Es war eine ausgewachsene Pleite für die Welt der

Wissenschaft. Ende August enthüllte das Fachmagazin

„Science“, dass eine erschreckend hohe Zahl

von Studien nahezu wertlos ist. Das Journal hatte

Experimente aus der Psychologie analysiert und war

zum ernüchternden Ergebnis gelangt, dass die deutliche

Mehrheit davon nicht reproduzierbar war. Von

100 Studien ließen sich nur 39 von anderen Forschern

wiederholen. Das ist im Grunde der Todesstoß

für die restlichen 61 Publikationen: Denn als

Gradmesser für die Aussagekraft solcher Arbeiten

gilt auch, ob unabhängige Expertenteams zu denselben

Resultaten kommen, wenn sie ein Experiment

unter identischen Rahmenbedingungen

durchführen wie die Originalautoren. Glückt dies

nicht, ist die Relevanz der Daten stark anzuzweifeln.

Fast zeitgleich wurde eine noch dramatischere

Peinlichkeit aus der Fachwelt bekannt – aus einem

hoch geachteten Milieu, dem man gemeinhin zubilligt,

nur an wahrhaftiger, reiner Erkenntnis interessiert

zu sein. Doch plötzlich zog ein prominenter Medizinverlag

mehr als 60 Studien zurück, weil die Autoren

getrickst hatten, und zwar wie folgt: Es ist üblich

in Fachjournalen, dass die wissenschaftlichen Texte

vor dem Druck von Gutachtern kritisch gelesen werden.

Nun hat sich generell die Praxis eingebürgert, dass

die Autoren selbst Prüfer vorschlagen dürfen. Im konkreten

Fall beeinflussten sie damit zunächst die Auswahl

des Gutachters. Danach gelang es, quasi mittels

Identitätsdiebstahls die Begutachtung zu umgehen: Mit

gefälschten E-Mail-Adressen täuschten die Autoren vor,

selbst die von ihnen nominierten Gutachter zu sein

– und segneten dadurch ihre eigenen Arbeiten ab.

Einmal bloß windschiefe Studiendesigns, einmal

handfeste Manipulation. Doch es gibt ein verbindendes

Element: Der Erfolgsdruck auf die Forscher steigt.

Wer hervorstechen will aus der Flut an Studien, muss

spektakuläre und überraschende Resultate liefern –

und zwar möglichst rasch. Gefragt sind positive Ergebnisse,

die im Idealfall bisheriges Wissen auf den

Kopf stellen. Nur dann ist Aufmerksamkeit gewiss.

Wer bloß Bekanntes bestätigt oder sein Studienziel

verfehlt, seine These nicht erhärten kann, wird kaum

wahrgenommen. Natürlich wird die überwiegende

Zahl der Wissenschafter deshalb nicht zu Fälschern,

doch die Umstände betreffen fast alle: starke Konkurrenz

um Öffentlichkeit und Geld, mediale Kurzlebigkeit

selbst von respektablen Forschungserkenntnissen.

Schon treten arrivierte Forscher alter Schule auf

den Plan, die mahnen, das Tempo zu drosseln und

das Augenmerk wieder mehr auf den Urzweck von

Wissenschaft zu richten: auf die Freude am Entdecken

und die gewissenhafte Erforschung der Natur,

um ihr zentrale Geheimnisse zu entlocken. So wie es

früher geschah. So wie es Albert Einstein machte.

Der Gigant der Physik ist der krasse Gegenentwurf

zur Schnelllebigkeit und zur Tretmühle des grassierenden

Wetteiferns: ein Mann allein am Schreibpult,

mit nichts bewehrt als mit Bleistift, Papier und seinem

Geist. Dort stand er, grübelte, rechnete, prüfte, verwarf,

zermarterte sich erneut das Hirn, verzweifelte an der

selbst gewählten Aufgabe, begann von vorn. Er empfand

es als Segen, einen fixen Job als kleiner Angestellter

zu haben, denn dadurch könne er sich Zeit

lassen beim Nachdenken und sei nicht gezwungen,

unter Druck womöglich Unausgegorenes zu publizieren.

Er brauchte zehn Jahre, um dem ersten großen

Wurf, der speziellen Relativitätstheorie, seine verallgemeinerte

Version folgen zu lassen: Ein ganzes

Jahrzehnt verbrachte er mit nichts anderem als seiner

Beschreibung einer neuen Theorie der Gravitation.

So bezwang Einstein die Gesetze des Universums,

mit Ausdauer und Beharrlichkeit, Vorstellungskraft

und Fantasie, Neugier und dem unbändigen

Willen, dem „Alten“, wie er gerne sagte, auf die Schliche

zu kommen.

Natürlich, die Zeiten und Methoden haben sich

geändert, Wissenschaft ist heute als Einzelkämpferdisziplin

unvorstellbar, und das Tempo der modernen

Welt kann niemand ignorieren, gleich ob Forscher

oder Angehöriger eines anderen Berufes. Aber

hie und da, sei es nur als Gedankenspiel oder zur Inspiration,

könnte es regelrecht anregend sein, sich

den Lebensentwurf Albert Einsteins vor Augen zu

halten. Einfach als mentale Referenz, als kleine Flamme

im Hinterkopf, die ab und an daran erinnert, was

vielleicht erstrebenswert wäre.

ALWIN SCHÖNBERGER

ist ein echter Fan von Albert Einstein

und hat großen Respekt vor der

Muße, mit der er sich in seine

Gedanken versenkte.

30. September 2015 • profilwissen 3

7


ZAHLTAG

REDAKTION: ANNA GOLDENBER G

039604807365 3 Mal

4 01085

656

2

0 2 47% 1

9604848365

4

2

401605

609

02

9

4 480751 928

4 2

5 2

3

5 1 06

3 296

51 6

9

365 4Mio.

01

7506562

0296047 4 Beinen

45350

entdeckten Forscher kürzlich. Es ist das erste dieser Art und könnte darüber

Aufschluss geben, ob Schlangen von Meeres- oder Landtieren abstammen.

Zweisprachigkeit

hält geistig fit:

Menschen, die

2

Sprachen

sprechen,

erkrankten

im Schnitt

5 Jahre

später an

Demenz als

der Durchschnitt.

Geschätzte

Meerschweinchen

Mikrometer

misst

Kikiki,

eine Art Zwergwespe,

die damit als

kleinstes Insekt der

Welt gilt. Die Größe

entspricht etwa

dem Durchmesser

eines

menschlichen

Haares.

werden in Peru jährlich verspeist.

Männer haben ein

höheres Risiko zu

ertrinken als Frauen.

Die Gründe dafür:

Männer trinken vor dem

Wassersport eher

Alkohol – und halten

sich selbst für bessere

Schwimmer.

2 8

Das Fossil einer Schlange mit

In 20 Jahren werden

Roboter

aller Jobs übernommen haben,

berechnete ein Professor der Universität

von Oxford. Der Transportsektor und

der Gastronomiebereich seien

besonders betroffen.

grafische Änderungen

nahm das Team des Pixar-

Films „Alles steht Kopf“ vor,

um den Trickfilm in anderen

Ländern verständlich zu

machen. Während in der

amerikanischen Version des

Films die elfjährige

Hauptfigur zum Beispiel

keinen Brokkoli mag, ist es

in der japanischen Version

grüner Paprika.

8 profilwissen 3 • 30. September 2015


4753215614

09516 7

337

9

88 Dezibel

317301 915

215 US-$

58816 76279

53

3 Monaten

30

7 30196 34

Kilo

0951673 046

42753

13 21 9613

06581

09 5 5

1

07

517 019610

7377 10

Kilometern

4

Erreicht die

Hintergrundmusik in einem Lokal

oder mehr, trinken Gäste mehr als

in einem Lokal, in dem die Musik

nur 72 Dezibel beträgt, zeigte

eine französische Studie.

Zum Vergleich: Bei einer Lautstärke

von 90 Dezibel ist nur noch die

Musik im Vordergrund.

Seit

Jahren brennt in

einer Kohlenmine

in Pennsylvania ein

unterirdisches Feuer.

Das Feuer kann nicht

gelöscht werden, weil

die Kohle unbegrenzten

Brennstoff liefert.

Die nahe gelegene

Stadt Centralia ist

aufgrund der hohen

Kohlenmonoxidwerte

geworden unbewohnbar

und

verfällt langsam.

Für seinen Flug zum Mond

gemeinsam mit

Neil Armstrong im Jahr 1969

bekam der US-Astronaut Buzz

Aldrin von der Regierung

Fahrtkosten

in der Höhe von

33,31 Dollar (29 €) rückerstattet

– für die Reise zu einer

Militärbasis in Texas. Heute

entspricht

das etwa

(186 €).

In nur

wächst das rund

schwere Geweih eines

Rothirsches nach. Die Form

des Geweihs bleibt von

Jahr zu Jahr sehr

ähnlich.

Elefanten

können Wasser aus bis zu

Entfernung riechen.

30. September 2015 • profilwissen 3

9


WAS SOLL DENN DAS … HERR SING

R E D AKTION: JOCH EN STAD LER

„ Ich suche Arzneimittel,

mit denen man krankhaftes

Fürchten verlernt.

Joggt man an einem Hund vorbei und wird beinahe

gebissen, hat man beim nächsten Mal ziemlich

sicher Angst. Kommt man später aber unbehelligt

an ihm vorüber, wird die Furcht allmählich verblassen.

Das Furchtereignis bleibt zwar im Gehirn gespeichert,

zusätzlich wird aber eine neue Gedächtnisspur

angelegt, die ,am Hund vorbeilaufen‘ mit

,gefahrlos‘ verknüpft. Sie wird jedes Mal stärker,

wenn sich der Hund beim Vorbeijoggen friedlich

verhält.

Dieses Verlernen von Angst heißt Extinktionslernen.

Bei vielen Patienten mit Phobien, Panikanfällen

und posttraumatischem Belastungssyndrom

funktioniert dieser Lernvorgang schlecht. Ich suche

mit meinen Kollegen Arzneimittel, die ein gestörtes

Extinktionslernen normalisieren können

und Rückfälle in die Angstsymptomatik möglichst

lebenslang verhindern. So etwas gibt es bisher leider

nicht.

Dazu haben wir in einem Mausmodell untersucht,

welche Mechanismen an einem verhinderten

Extinktionslernen schuld sein könnten. Dabei

haben wir erkannt, dass bei solchen Mäusen in den

zuständigen Gehirnregionen viele Gene unterschiedlich

abgelesen werden. Wir konnten das Extinktionslernen

aber wieder stark verbessern, indem

wir das Ablesen der Gene beeinflussten oder

die Signalweiterleitung im Hirn durch den Botenstoff

Dopamin verstärkten. Mit einem Parkinson-Medikament,

das die Signalweiterleitung durch

Dopamin erhöht, konnten wir mit deutschen Forschungspartnern

das Extinktionslernen zumindest

bei gesunden Menschen verbessern. Nun wird untersucht,

ob dieses Mittel auch Angstpatienten hilft.

Wir haben weiters entdeckt, dass beim korrigierten

Extinktionslernen verschiedene Botenstoffandockstellen

beteiligt sind, für die es bisher keine

Medikamente gibt, um sie zu beeinflussen. Darum

suchen wir jetzt Substanzen, die solche Andockstellen

und Signalwege aktivieren. Dafür durchforsten

wir unter anderem den reichen Arzneischatz von

Naturstoffen und haben schon einen sehr vielversprechenden

Kandidaten identifiziert.


10 profilwissen 3 • 30. September 2015


EWALD?

FLORIAN LECHNER

Nicolas Singewald

ist Professor für

Neuropharmakologie

am Department

of Pharmacology

and Toxicology

der Universität

Innsbruck.

30. September 2015 • profilwissen 3

11


EINBLICK

REDAKTION: ANNA GOLDENBERG

Geburtssterndeutung

Hängen Geburtsmonat und Krankheitsrisiko

zusammen? Eine große Studie

analysierte mögliche Korrelationen –

vor allem, um den wissenschaftlichen

Wert gewaltiger medizinischer

Datensätze aufzuzeigen.

OKTOBER

HERBST

VIRALE

INFEKTION

NOVEMBER

AUFMERKSAM-

KEITSDEFIZIT-/

HYPERAKTIVI-

TÄTSSTÖRUNG

psychische Erkrankung

Infektionen/Parasiten

DE

ZEMBER

AKUTE

BRONCHIOLITIS

Atemwegserkrankung

DIE VERSCHIEDENEN FARBEN

SPIEGELN DIE VERSCHIEDENEN

KRANKHEITSGRUPPEN WIDER

Herzkrankheiten

Atemwegserkrankungen

Infektionen/Parasiten

Psychische Erkrankungen

Verdauung

Schwangerschaft

Verletzungen

Sonstige (Sinnesorgane, Geschlechtskrankheiten etc.)

SEPTEMBER

ASTHMA

Atemwegserkrankung

HÖHERES RISIKO GERINGERES RISIKO

AUGUST

SOMMER

JULI

12 profilwissen 3 • 30. September 2015


JÄNNER

BLUTHOCH-

DRUCK

Herzerkrankung

FEBRUAR

VORHOFFLIMMERN

Herzerkrankung

ANGINA

PECTORIS

(BRUSTENGE)

Herzerkrankung

MAI

WINTER

ARTERIO-

SKLEROSE

Herzerkrankung

MÄRZ

APRIL

FRÜHLING

Krankheiten, die nahe

dem Kreismittelpunkt

liegen, sind mit einem

geringeren Risiko verbunden

als jene näher

am Rand (zum Beispiel

Akute Bronchiolitis).

Seit Tausenden Jahren hat die Menschheit

das Bedürfnis, aus dem Zeitpunkt

der Geburt Schlüsse auf die Eigenschaften

und das Schicksal von Personen zu

ziehen – von der chinesischen Astrologie

bis zur Horoskopseite in Tageszeitungen.

Abseits des Aberglaubens versucht

nun seit einiger Zeit auch die moderne

Wissenschaft, allfällige Assoziationen zu

erforschen. Die Ergebnisse einer Vielzahl

von Studien deuten darauf hin, dass saisonale

Umwelteinflüsse wie steigende Infektionsgefahr

rund um die Geburt tatsächlich

spätere Krankheitsrisiken beeinflussen.

Zumindest scheint diesbezüglich

eine Korrelation zu bestehen: also ein

statistisch auffälliges gleichzeitiges Auftreten

solcher Phänomene.

Kürzlich analysierten medizinische

Informatiker der Columbia University

1,7 Millionen Patientendaten, die zwischen

den Jahren 1900 und 2000 erstellt

worden waren, indem sie den Zusammenhang

zwischen Geburtsmonat und

1688 Erkrankungen errechneten. Sie

fanden 55 Krankheiten, deren Risiko

signifikant mit dem Geburtsmonat

korrelierte: von Augenleiden über Asthma

bis Herzerkrankungen. Einige sind

auf der Grafik abgebildet.

Bedeutet dies nun, dass dieser Faktor

bei der Familienplanung in Betracht gezogen

werden muss? Sollten

sich zum Beispiel im Jänner

Geborene womöglich gar um

ihren Blutdruck sorgen? Eher

nein: Denn erstens sind die ermittelten

Einflüsse im Vergleich

zu anderen Risikofaktoren

wie dem Lebensstil recht

unbedeutend. Und der Großteil der untersuchten

Erkrankungen hatte ohnehin

keine Verbindungen zum Geburtsmonat.

Zweitens darf die Studie der Wissenschafter

auch als eine Art Fingerübung

betrachtet werden: Die Forscher wollten

nicht zuletzt aufzeigen, dass man alte Patientenakten

als umfassende und reichhaltige

Datenquelle nutzen kann. ■

JUNI

Quelle: Tatonetti Lab am Columbia University Medical Center

30. September 2015 • profilwissen 3 13


TITEL A LBERT EINSTEIN

Relativ genial

14 profilwissen 3 • 30. September 2015


30. September 2015 • profilwissen 3 15

THE LIFE PICTURE COLLECTION/GETTY IMAGES


TITEL ALBERT EINSTEIN

AKG-IMAGES / PICTUREDESK.COM

16 profilwissen 3 • 30. September 2015


FACHDISKUSSIONEN

Albert Einstein (ganz links) um 1918.

Seine Relativitätstheorie war

damals noch nicht ganz unumstritten.

Vor 100 Jahren

vollendete Albert Einstein die allgemeine

Relativitätstheorie: die Krönung seines

Lebenswerks und eine der gewaltigsten

Denkleistungen der Menschheit. Einstein

stellte damit die gesamte Physik auf ein

neues Fundament, revolutionierte die Vorstellungen

von Raum und Zeit und entriss

unserem rätselhaften Universum tiefe

Geheimnisse. Doch was genau erklären die

beiden Relativitätstheorien? Vergeht die

Zeit tatsächlich nicht überall gleich schnell?

Was ist gekrümmte Raumzeit? Und was für

ein Mensch war Einstein? Wie dachte er

über die Schule, die Politik und den Krieg?

Alle Antworten auf die großen Fragen über

einen der größten Physiker aller Zeiten.

30. September 2015 • profilwissen 3

17


TITEL A LBERT EINSTEIN

ULLSTEIN BILD / PICTUREDESK.COM (3)

SUPERSTAR

Einstein wurde bejubelt, von der akademischen

Welt (oben: Aufnahme in die Königliche Akademie

der Wissenschaften, Madrid) wie auch von der

breiten Bevölkerung (Mitte: Einstein wird in New York

begrüßt). Seine Popularität setzte er auch für

politische Angelegenheiten ein: etwa 1923 auf

der pazifistischen Demonstration „Nie wieder Krieg“

in Berlin (unten).

18 profilwissen 3 • 30. September 2015


MEISTER DES LICHTS

Einstein schuf nicht nur die Relativitätstheorie,

er leistete auch Beiträge für die Quantenphysik.

Für seine Erkenntnis, dass Licht aus Teilchen

(den Photonen) besteht und sich damit der

photoelektrische Effekt erklären lässt, bekam

er den Nobelpreis. So betrachtet gehen auch

moderne Nachfolger dieser analogen Kamera

(London, 1921) auf seine Ideen zurück.

ULLSTEIN BILD / GETTY IMAGES

30. September 2015 • profilwissen 3

19


TITEL A LBERT EINSTEIN

Von Florian Aigner

s war ein Wettlauf der Giganten. Albert

Einstein und David Hilbert, der berühmteste

Physiker und der berühmteste

Mathematiker der Welt, standen

im Herbst 1915 knapp vor der Lösung

des Rätsels um die allgemeine Relativitätstheorie.

Die Formeln, mit denen

sich die Geometrie von Raum und Zeit

erklären lassen sollte, schienen zum

Greifen nahe. Hilbert lud Einstein zu

sich nach Göttingen ein, um die Sache

zu diskutieren. Doch Einstein

lehnte ab. Er habe Magenschmerzen,

erklärte er. In Wirklichkeit arbeitete

er in Berlin fieberhaft weiter.

Und plötzlich war es da, das Ergebnis, das Einstein

so lange gesucht hatte. 43 Bogensekunden:

Um diesen Betrag sollte sich nach Einsteins neuen

Formeln die Bahn des Merkur jedes Jahrhundert

verschieben. Eine solche Verschiebung hatte

man bereits beobachtet, doch mit den Gleichungen

der klassischen Physik war sie nicht zu

erklären. Am 18. November 1915 verkündete Einstein

vor der Preußischen Akademie der Wissenschaften,

dass er das Geheimnis der merkwürdigen

Bahn des Planeten Merkur gelüftet hatte. Eine

Woche später, am 25. November 1915, veröffentlichte

er die Feldgleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie

in der Form, wie sie auch heute

noch verwendet werden. David Hilbert kam

schließlich auf dasselbe Ergebnis, doch Einstein

war schneller gewesen.

Bei diesem Wettstreit ging es freilich nicht bloß

um mathematische Details oder komplexe Denksportaufgaben

für die klügsten Köpfe der Welt. Es

geht hier um nichts Geringeres als die Frage, welche

Gesetze unser Universum wirklich beherrschen

– und für ihre Beantwortung ist ganz besonders

die allgemeine Relativitätstheorie unverzichtbar.

Einstein entwickelte nicht bloß eine Relativitätstheorie,

sondern zwei. Seine spezielle Relativitätstheorie

veröffentlichte er bereits 1905, im Alter

von erst 26 Jahren, unter dem schlichten Titel

„Zur Elektrodynamik bewegter Körper“. Die

Grundaussage dieser Arbeit war revolutionär:

Raum und Zeit mögen völlig unterschiedlich erscheinen,

doch in Wahrheit gehören sie untrennbar

zusammen. Man bezeichnet die drei Dimensionen

des Raums gemeinsam mit der Zeitachse

daher als „vierdimensionale Raumzeit“.

Einstein war aber klar, dass das noch nicht die

vollständige Wahrheit sein konnte. Erst durch die

allgemeine Relativitätstheorie konnte er zehn Jahre

später erklären, wie die Geometrie der Raumzeit

mit Masse und Gravitation zusammenhängt.

Präziser als Newtons klassische Mechanik sagt sie

die Bewegung von Himmelskörpern voraus. Bis

heute ist sie eine der großen, fundamentalen Theorien,

auf denen die moderne Physik fußt.

Die Lehrjahre

des jungen Einstein:

das Geheimnis

des Lichts

BAD HAIR DAY

Sein Markenzeichen, die wirre Frisur,

soll Einstein ganz bewusst inszeniert

haben. 1938 lebte Albert Einstein

bereits in den USA. Sein Sohn (links

mit Hut) zog mit seiner Familie nach.

Albert Einstein wurde 1879 in Ulm geboren.

Bald darauf übersiedelte seine

Familie nach München, wo er auch

zur Schule ging. Seine Leistungen im

Münchner Luitpold-Gymnasium waren

sehr gut, doch als Wunderkind galt er nie.

Einstein soll sich in der Schule nicht besonders

wohl gefühlt haben, er klagte

später über den kreativitätstötenden Drill.

Der Vater musste schließlich aus beruflichen

Gründen nach Italien übersiedeln

und nahm die Familie mit, doch Albert

sollte in München bleiben. Nach einem

Krach mit einem Lehrer setzte sich der

15-jährige Schüler jedoch in den Zug und

reiste der Familie nach. Nach einem Jahr

in Italien ging er in die Schweiz. An der

Kantonsschule Aarau fühlte er sich deutlich

wohler als in München.

In diesen Jahren begann der jugendliche

Einstein bereits, über Physik nachzudenken.

Dabei bewies er eine Fähigkeit,

die ihn ein Leben lang auszeichnen

sollte: Einstein hatte das Talent, die entscheidenden

Fragen zu stellen. Was würde

geschehen, wenn man einem Lichtstrahl

hinterhereilen könnte, und zwar

so schnell, dass man ihn schließlich einholen

würde? Die Antwort kannte damals

noch niemand. Einstein selbst sollte

sie einige Jahre später finden: Einen

Lichtstrahl einzuholen ist unmöglich,

denn nichts kann sich schneller bewegen

als das Licht.

Grundsätzlich ist Bewegung immer etwas

Relatives. Welche Geschwindigkeit

hat ein Raumschiff, das sich durch den

Weltraum bewegt? Die Frage ist nicht

eindeutig zu beantworten. Sprechen wir

von der Geschwindigkeit relativ zur

Erde? Suchen wir die Geschwindigkeit

relativ zum Masseschwerpunkt der

Andromeda-Galaxie? Oder fragen wir

nach der Relativgeschwindigkeit zu einem

zweiten Raumschiff, das sich an das

erste langsam heranpirscht?

Jede Bewegung muss man in der Physik

auf ein bestimmtes Bezugssystem beziehen,

sonst lässt sie sich nicht definieren.

Wenn man in einem Eisenbahnabteil

sitzt und der Zug geradlinig und ohne

zu ruckeln dahinrollt, gibt es kein physikalisches

Experiment, mit dem man

diese gleichförmige Bewegung vom

20 profilwissen 3 • 30. September 2015


30. September 2015 • profilwissen 3

21

BETTMANN / CORBIS


TITEL A LBERT EINSTEIN

Stillstand unterscheiden kann. Zwar sieht

man draußen die Bäume am Fenster vorbeiziehen.

Aber ob die Landschaft am

stillstehenden Zug vorbeirast oder umgekehrt,

lässt sich nicht sagen. „Wann

hält Ulm an diesem Zug?“, soll Einstein

bei einer Reise einmal gefragt haben. Dieses

Zitat mag erfunden sein, doch es ist

eine gute Illustration für das Relativitätsprinzip,

ein Fundament von Einsteins

Theorie: Wenn man zwei physikalische

Situationen nicht unterscheiden kann,

muss man sie als gleichwertig betrachten,

und alle Naturgesetze müssen in beiden

dieselbe Form haben.

Wenn man nun im Eisenbahnwaggon

gemächlich nach vorne spaziert, hat man

– bezogen auf den Zug – eine geringe Geschwindigkeit.

Vom Bahnsteig aus gesehen,

an dem der Zug vorbeidonnert, ist

man aber rasend schnell: Denn die Geschwindigkeit

des Gehens addiert sich

zur Geschwindigkeit des Zuges.

Bei der Lichtgeschwindigkeit allerdings

ist das anders: Sie ist in jedem Bezugssystem

gleich. Dieser Grundsatz ist der Kern

der speziellen Relativitätstheorie. Die

Lichtgeschwindigkeit ist etwas ganz Besonderes.

Sie ist eigentlich gar keine Geschwindigkeit

im alltäglichen Sinn, denn

kein Objekt im Universum kann die Lichtgeschwindigkeit

erreichen. Die Lichtgeschwindigkeit

ist eine Naturkonstante.

In der Geometrie verwendet man für

alle drei Raumdimensionen dieselben

Einheiten. Es wäre unsinnig, Länge und

Breite eines Zimmers in Metern anzugeben

und die Zimmerhöhe in Fuß. Doch

in der vierdimensionalen Raumzeit, die

laut Einstein aus den drei Raumdimensionen

und der Zeitachse gebildet wird,

machen wir genau diesen Fehler: Wir

messen die räumlichen Achsen in Metern

und die zeitliche in Sekunden. Eigentlich

sollte man zuerst das eine in das

andere umrechnen – und das gelingt mit

der Lichtgeschwindigkeit. In der Astronomie

verwendet man gerne das Lichtjahr

als Entfernungsangabe. Mithilfe des

Lichts wird aus dem Zeitmaß „Jahr“ ein

Längenmaß. Die Lichtgeschwindigkeit ist

der Umrechnungsfaktor zwischen Raum

und Zeit, so wie man mit fest definierten

Faktoren Kilogramm in Pfund oder Meter

in Yards umrechnen kann.

Angenommen, ein Zug rast auf eine

Stelle zu, in der ein Blitz einschlägt. Der

Lokführer im Zug misst die Geschwindigkeit,

mit der sich der Lichtblitz nähert,

und ein Beobachter auf dem Bahnsteig

daneben macht dasselbe. Müsste dann

nicht der Beobachter im Zug, der dem

Blitzlicht entgegenfährt, eine höhere

Lichtgeschwindigkeit messen als der ruhende

Kollege auf dem Bahndamm? Und

müsste man in einem Zug, der dem Licht

des Blitzes davoneilt, nicht eine langsamere

Lichtgeschwindigkeit beobachten?

Nein, erklärte Einstein: Wenn verschiedene

Bezugssysteme physikalisch gleichwertig

sind, gibt es keinen Grund, warum

ein Beobachter die „wahre“ Lichtgeschwindigkeit

messen soll, und der andere

eine durch die eigene Bewegung verfälschte

Geschwindigkeit. Alle würden

exakt auf denselben Wert kommen. Damit

war die Idee von der invarianten, beobachterunabhängigen

Lichtgeschwindigkeit

geboren: Diese ist das wahrhaft

„Absolute“ in Einsteins Modell.

NIELS BOHR UND

ALBERT EINSTEIN (1930)

Der Vater der Relativitätstheorie

(re.) und

einer der wichtigsten

Pioniere der Quantenphysik.

Beide erhielten

Nobelpreise.

22 profilwissen 3 • 30. September 2015


EWIGER WANDERER

Geboren in Ulm, aufgewachsen

in Bayern und der Schweiz, wichtige

Lebensstationen in Zürich, Prag,

Berlin und Princeton – Einsteins

Lebensmittelpunkt änderte sich oft.

Einsteins Wunderwelt

Die wichtigsten Eckpfeiler der beiden Relativitätstheorien, wie

sie sich herleiten und wie ihre zentralen Aussagen lauten.

Das Äther-Rätsel

ULLSTEIN BILD / PICTUREDESK.COM (2)

SCIENCE PHOTO LIBRARY / PICTUREDESK.COM

LASER UND SPIEGEL

Beim Michelson-Morley-Experiment sucht man

mit Lichtstrahlen nach dem mysteriösen Äther.

Licht breitet sich als elektromagnetische

Welle aus, und zwar mit

knapp 300.000 Kilometern pro

Sekunde. Doch was schlägt dabei

eigentlich Wellen? Eine Schallwelle

kann sich in der Luft ausbreiten,

und wenn wir einen

Stein in den Teich werfen, sehen

wir eine Wasserwelle auf der

Oberfläche. Daher ist es bei diesen

Wellen einfach, eine Geschwindigkeit

zu definieren: Die

Schallgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit

des Schallsignals

relativ zur ruhenden Luft, die Geschwindigkeit

der Wasserwelle

misst man relativ zum Teich. Worauf

bezieht man aber die Geschwindigkeit

einer Lichtwelle?

In den Weiten des Weltraums gibt

es keine Materie, durch die sich

das Licht ferner Sterne bis zu uns

ausbreiten könnte.

Man postulierte daher, quasi

als eine Art Kopfgeburt, den

„Äther“, ein geheimnisvolles, von

uns nicht direkt wahrnehmbares

Medium, in dem sich die Lichtwellen

bewegen. Der Äther wäre

dann ein eindeutig festgelegtes

Bezugssystem, in dem man die

„wahre“ Lichtgeschwindigkeit

messen könnte. Wenn man sich

relativ zum Äther bewegt, müsste

man auch eine andere Lichtgeschwindigkeit

wahrnehmen, so

wie auch die Bewegung von Wasserwellen

anders aussieht, wenn

man ihnen in einem Boot davonfährt.

Die Äther-Theorie brachte

allerdings grobe Schwierigkeiten

mit sich: Wenn sich die Erde auf

ihrer Bahn um die Sonne durch

einen ruhenden Äther hindurchpflügen

muss, sollte sich ein

„Äther-Wind“ messen lassen, ähnlich

wie der Fahrtwind, wenn

man den Kopf aus dem Zugfenster

steckt.

Sorgfältig wurde danach gesucht

– etwa von Albert Michelson

und Edward Morley, die mit

einem ausgeklügelten System von

Spiegeln und Lichtstrahlen die Relativbewegung

der Erde zum

Äther nachweisen wollten, doch

der Effekt stellte sich nicht ein.

Außerdem vertrug sich die

Äther-Theorie nicht mit der erfolgreichen

Theorie der Elektrodynamik,

die James Clerk Maxwell im

19. Jahrhundert formuliert hatte.

Einstein löste das Problem radikal:

Er schaffte den Äther einfach

ab. Er war daher überzeugt, dass

Lichtwellen keinen Äther brauchen,

um sich auszubreiten. Und

wenn das Licht kein Medium benötigt,

kann jeder Beobachter,

egal wie schnell er sich bewegt,

mit demselben Anspruch auf

Gültigkeit die Geschwindigkeit

des Lichts messen.

30. September 2015 • profilwissen 3

23


TITEL A LBERT EINSTEIN

Einsteins Wunderjahr:

Quanten und die

berühmteste Formel

der Welt

Albert Einstein unternahm solche Gedankenexperimente,

während er am

„Amt für geistiges Eigentum“ arbeitete,

dem Schweizer Patentamt in Bern. Er

hatte inzwischen ein Physikstudium an

der Eidgenössischen Polytechnischen

Hochschule in Zürich abgeschlossen (der

heutigen ETH) – mit recht guten Noten,

aber ohne den Professoren besonders

aufzufallen. Eine Assistentenstelle hatte

man ihm nicht angeboten, im Gegensatz

zu einigen Studienkollegen.

Am Patentamt angestellt zu werden,

empfand Einstein als großes Glück. 1903

hatte er seine Kommilitonin Mileva Marić

geheiratet. Mit ihr und dem Sohn

Hans Albert konnte er durch seine Stelle

am Patentamt ein finanziell sorgenfreies

Leben führen und hatte neben seiner

Arbeit noch genügend Zeit, sich mit seinen

Grübeleien über Relativität zu befassen.

„Endlich ist ein praktischer Beruf

für Menschen meiner Art überhaupt ein

Segen“, schrieb Einstein. „Denn die akademische

Laufbahn versetzt einen jungen

Menschen in eine Art Zwangslage,

wissenschaftliche Schriften in impressiver

Menge zu produzieren – eine Verführung

und Oberflächlichkeit, der nur starke

Charaktere zu widerstehen vermögen.“

Wissenschaftliche Schriften in „impressiver

Menge“ produzierte Einstein

dann allerdings doch, und zwar im Jahr

1905. Als „Annus mirabilis“ wird dieses

Jahr bis heute bezeichnet, als Einsteins

Wunderjahr. Innerhalb weniger Monate

veröffentlichte der junge unbekannte Angestellte

aus Bern eine Reihe von Arbeiten,

von denen jede einzelne gereicht

hätte, ihren Autor berühmt zu machen.

Zunächst legte er mit seiner Theorie

des „photoelektrischen Effekts“ einen

wichtigen Grundstein für die Quantenphysik.

Er erklärte, wie einzelne Lichtquanten

Elektronen aus einem Metall

schlagen können. Dafür – und nicht etwa

für die Relativitätstheorie – erhielt er 16

Jahre später den Nobelpreis. In seiner

nächsten Arbeit erklärte Einstein die sogenannte

„Brown’sche Bewegung“: Die

zittrige Bewegung winziger Schwebepartikel

in einer Flüssigkeit führte er auf Zusammenstöße

mit Atomen und Molekülen

zurück und lieferte damit ein gewichtiges

Argument für die Existenz der

Atome, über die damals noch immer gestritten

wurde. Darauf folgte die spezielle

Relativitätstheorie – „Zur Elektrodynamik

bewegter Körper“ –, und wenig später ergänzte

er dieses Werk durch einen Artikel

mit der wohl berühmtesten Formel der

Wissenschaftsgeschichte: E=mc². Energie

und Masse sind äquivalent, jeder Gegenstand

birgt eine gewaltige Menge Energie.

Einsteins

erster Geniestreich:

die spezielle Relativitätstheorie

Aus der schlichten Forderung, dass die

Lichtgeschwindigkeit für alle gleichförmig

bewegten Beobachter gleich ist,

leitete Einstein mathematisch unerhörte

Schlussfolgerungen ab. Er stellte fest,

dass der Begriff der „Gleichzeitigkeit“

nicht allgemeingültig ist. Zwei Ereignisse,

die für einen Beobachter gleichzeitig

erscheinen, können für einen anderen

Beobachter zu unterschiedlichen Zeiten

stattfinden – und beide haben Recht.

Die Absolutheit der Lichtgeschwindigkeit

erkauft man sich mit der oft ziemlich

bizarr erscheinenden Relativität vieler

anderer Dinge, die nach Einstein für

jeden Beobachter andere Werte annehmen.

Bis zu Einsteins Relativitätstheorie

war man davon überzeugt, dass jedes Objekt

im Universum objektiv eindeutige

Eigenschaften hat – eine bestimmte Masse,

ein bestimmtes Alter, eine bestimmte

Länge. Doch nach Einsteins Formeln

hängen all diese Größen davon ab, von

welchem Bezugssystem aus man sie betrachtet.

Kurz: Alles ist relativ, bloß das

Tempo des Lichts nicht.

Wenn wir zum Beispiel auf der Erde

den Abstand zwischen zwei Punkten vermessen,

gilt das Ergebnis bloß in unserem

irdischen Bezugssystem. Ein Außerirdischer,

der in seinem Raumschiff vorbeirast

und denselben Abstand vermisst,

erhält ein anderes Ergebnis. Auch Zeitabstände

sind beobachterabhängig: Eine

Uhr, die mit halber Lichtgeschwindigkeit

quer durchs Sonnensystem transportiert

wird, tickt langsamer, wird kürzer und

schwerer – zumindest von der Erde aus

betrachtet. Der Astronaut, der die Uhr

trägt, bemerkt nichts Besonderes. Seine

Berechnungen ergeben allerdings, dass

nicht seine Uhr, sondern die Uhren auf

der Erde langsamer ticken und dabei

EINSTEIN AUS STEIN VON EPSTEIN

Der berühmte Bildhauer Jacob Epstein

fertigte in England eine Büste

des großen Physikers.

24 profilwissen 3 • 30. September 2015


SCHNELLE ZÜGE

Gleichzeitigkeit ist relativ –

eine der zentralen

Erkenntnisse der speziellen

Relativitätstheorie.

BETTMANN / CORBIS

THE HEBREW UNIVERSITY OF JERUSALEM

Addition von

Geschwindigkeiten

Wenn man in einem Zug, der zehn

Meter pro Sekunde zurücklegt, mit

einem Meter pro Sekunde nach vorne

läuft, hat man – bezogen auf den

Bahnsteig daneben – eine Geschwindigkeit

von ziemlich genau elf Metern

pro Sekunde. Bei Geschwindigkeiten

von Zügen oder Menschen,

die verglichen mit der Lichtgeschwindigkeit

äußerst gering sind,

haben die Effekte der Relativitätstheorie

praktisch keine Auswirkungen,

daher ist es in diesem Fall erlaubt,

die Geschwindigkeiten einfach

zusammenzuzählen. Aus

Einsteins Gleichungen folgt allerdings

ein komplizierteres Gesetz für

die Addition von Geschwindigkeiten.

Ganz exakt betrachtet hätte man im

Zug bezogen auf den Bahnsteig eine

Geschwindigkeit, die ein kleines, unmessbares

bisschen kleiner ist als elf

Meter pro Sekunde. Je schneller die

Geschwindigkeiten werden, umso

größer wird die Abweichung zwischen

dem bloßen Addieren und

dem exakten Ergebnis, das sich aus

der Relativitätstheorie ergibt. Wenn

man Aussagen über Geschwindigkeiten

machen will, die der Lichtgeschwindigkeit

nahe kommen, dann

ist die Berücksichtigung relativistischer

Effekte unverzichtbar.

STILBERATUNG

Als internationale

Berühmtheit erhielt

Einstein viel Post.

Nicht an alle brieflichen

Ratschläge hielt

er sich auch.

30. September 2015 • profilwissen 3

25


TITEL A LBERT EINSTEIN

kürzer und schwerer geworden sind.

Manchmal wird Einsteins Relativitätsprinzip

fälschlicherweise für eine philosophische

Aussage gehalten, als hätte

Einstein wissenschaftliche Aussagen als

unsicher und unzuverlässig hinstellen

wollen. Das ist völlig falsch – mit philosophischem

Relativismus hat Einsteins

Theorie nichts zu tun. Dass unterschiedliche

Beobachter unterschiedliche Ergebnisse

messen, schwächt die Vorhersagekraft

der Naturwissenschaft keineswegs.

Die Ergebnisse lassen sich aus sauberen

Formeln ableiten und ineinander umrechnen.

Die merkwürdigen Vorhersagen

der Relativitätstheorie ergeben sich klar

und eindeutig durch mathematische Rechenschritte.

Man muss immer wieder

unterstreichen: Es handelt sich nicht um

bloße Gedankenexperimente, die von

Einstein beschriebenen Phänomene sind

durch und durch real.

Seine Leistungen vollbrachte Einstein

nicht abgeschottet vom Rest der akademischen

Welt. Auch wenn er im Patentamt

und nicht an einer Universität arbeitete,

hatte er trotzdem Zugang zur wissenschaftlichen

Literatur. Große Physiker

wie Ernst Mach, Henri Poincaré oder

Hendrik Antoon Lorentz hatten wichtige

Vorarbeiten für Einsteins spezielle Relativitätstheorie

geleistet – man könnte

sagen, sie lag damals in der Luft. Einsteins

radikaler Schritt lag darin, Effekte

wie die Ausdehnung oder Kontraktion

von Raum und Zeit nicht als Scheineffekte

zu betrachten, die sich durch eine

störende Wechselwirkung mit einem geheimnisvollen

Äther ergeben (siehe Kasten

Seite 23), sondern als tatsächliche Eigenschaften

von Raum und Zeit. Während

andere noch von „scheinbarer“ Zeit

in einem bewegten System und „wirklicher“

Zeit im ruhenden System sprachen,

hatte Einstein durch das Relativitätsprinzip

Gleichberechtigung hergestellt. Die

Unterscheidung zwischen ruhenden und

bewegten Beobachtern ist weder möglich

noch nötig. Alle Beobachter haben Recht.

Bis heute ist nicht ganz klar, wie groß

die Rolle von Albert Einsteins Frau Mileva

bei der Entwicklung der Relativitätstheorie

war. Sie hatte gemeinsam mit ihm

Physik studiert, und zweifellos war sie

für ihn eine wichtige Diskussionspartnerin

bei der Entwicklung neuer Ideen. In

einem Briefwechsel zwischen den beiden

verwendet Albert Einstein den Ausdruck

„unsere Arbeit“ – doch ob Mileva tatsächlich

Beiträge zur Relativitätstheorie lieferte,

ist unklar. Eigene wissenschaftliche

Werke publizierte sie jedenfalls nie.

Nach seinem Wunderjahr wurde Einstein

rasch bekannt. Er blieb noch bis

1909 am Patentamt, dann trat er eine Professur

an der Universität Zürich an. In einem

Gutachten zu seiner Berufung heißt

es bereits, Einstein gehöre „gegenwärtig

zu den bedeutendsten theoretischen Physikern“

und sei „seit seiner Arbeit über

das Relativitätsprinzip wohl ziemlich allgemein

als solcher anerkannt“.

1911 wurde Einstein an die Universität

Prag berufen. Damit wurde er nicht

nur Ordinarius an einer damals hoch angesehenen

Universität, sondern ganz nebenbei

auch österreichischer Staatsbürger

– das allerdings nur ungern. Das Arbeitsklima

in Prag war für Einstein nicht

angenehm. Es gab Zwist zwischen den

deutschsprachigen und den tschechischen

Wissenschaftern, Einstein wunderte

sich über den übertriebenen Traditionalismus,

unter Kollegen galt er als Sonderling.

Schon 1912 kehrte er mit seiner

Familie in die Schweiz zurück, diesmal

an seine eigene Alma Mater, die ETH Zürich.

1914 schließlich wurde er Professor

in Berlin.

Der große Wurf:

die allgemeine

Relativitätstheorie

In all diesen Jahren dachte Einstein

über eine Erweiterung seiner Relativitätstheorie

nach. Er wusste, dass er mit

seiner Theorie noch nicht am Ziel angekommen

war. Die spezielle Relativitätstheorie

gilt nämlich nur für Beobachter,

die sich mit gleichförmiger Geschwindigkeit

zueinander bewegen. Wenn man allerdings

beschleunigt oder die Richtung

ändert, wird die Sache komplizierter.

Was passiert, wenn man sich in einem

Aufzug befindet, der im freien Fall nach

unten rast? Diese Frage hatte sich Einstein

schon seit seiner Jugend gestellt.

Man befindet sich dann nicht in einem

Zustand gleichförmiger Bewegung, sondern

in einem beschleunigten Bezugssystem.

Die Gravitationskraft der Erde wirkt

gleichermaßen auf Aufzug und Insassen,

doch während man im Aufzug nach unten

beschleunigt wird, bemerkt man

nichts von dieser Kraft. Wenn man während

des Falls einen Stein fallen lässt, nähert

er sich nicht dem Boden, er stürzt

parallel zum Aufzug Richtung Erdmittel-

26 profilwissen 3 • 30. September 2015


LICHT UND LUFT

Ohne Luft weht kein Wind. Licht

hingegen braucht kein Medium,

um sich auszubreiten. Sonst gäbe es

einen „Äther-Wind“, der sich aber nicht

messen lässt (Wannsee, 1930).

Gleichzeitigkeit,

Längenkontraktion,

Zeitdilatation

Ein Zug fährt am Bahnsteig vorbei. Da-

die Längen im anderen Bezugssystems

bei wird gemessen, ob der Zug genauso

verkürzt haben. Je schneller der Zug

lang ist wie der Bahnsteig. Genau dann,

fährt, umso kürzer wird für den Reisen-

wenn die Zugspitze das vordere Bahn-

den im Zug der Bahnsteig aussehen –

steigende passiert, wird dort ein Licht-

und umgekehrt wird auch für den Be-

blitz ausgelöst. Am hinteren Ende des

obachter am Bahnsteig der Zug immer

Bahnsteigs wird genau dann ein Blitz

kürzer erscheinen, wenn die Geschwin-

ausgelöst, wenn das Hinterteil des Zu-

digkeit steigt. Dieses Phänomen be-

ges vorbeifährt. Ein Beobachter steht in

zeichnet man als Längenkontraktion.

der Mitte des Bahnsteigs und registriert,

Für die Raumfahrt wäre dieses Phä-

dass beide Blitze gleichzeitig bei ihm

nomen praktisch: Würde man mit ei-

eintreffen. Das bedeutet für ihn, dass

nem Raumschiff reisen, das so schnell

die Zugvorderseite am vorderen Bahn-

ist, dass relativistische Effekte eine Rol-

steigende war, als die Zughinterseite am

le spielen, würde sich der Weg verkür-

hinteren Bahnsteigende vorbeifuhr –

zen, und man wäre schneller am Ziel,

THE HEBREW UNIVERSITY OF JERUSALEM

NOBELPREIS

Der Nobelpreis 1921 war nicht überraschend.

Die Frage war nicht ob, sondern für welche seiner

Leistungen Einstein ausgezeichnet werden würde.

ATELIER JACOBI/ULLSTEIN BILD VIA GETTY IMAGES

ergo müssen Zug und Bahnsteig exakt

gleich lang sein. Oder?

Für einen Beobachter in der Mitte

des fahrenden Zuges sieht die Sache anders

aus: Er fährt auf den Lichtblitz am

vorderen Ende des Zuges zu und fährt

dem hinteren Lichtblitz davon. Er sieht

also zuerst den Lichtblitz vom Vorderende

des Zuges, danach erst den Blitz

vom hinteren Ende. Die beiden Ereignisse

sind für ihn nicht gleichzeitig. Er

stellt fest, dass die Vorderseite des Zuges

den Bahnsteig bereits verlassen hat,

wenn die hintere Seite des Zuges am

Bahnsteigende angekommen ist. Daraus

muss er schließen, dass der Bahnsteig

kürzer ist als sein Zug.

Wer hat Recht? Beide! Ob zwei Ereignisse

gleichzeitig stattfinden oder nicht,

lässt sich nach der Relativitätstheorie

nicht objektiv klären. Gleichzeitigkeit

hängt vom Beobachter ab. Und mit der

Länge des Zuges ist es genauso: Jeder

Beobachter ist der Meinung, dass sich

als die klassische Physik erwarten lassen

würde.

Nicht nur der räumliche Abstand,

auch die Zeit benimmt sich merkwürdig.

Stellen wir uns vor, in einem

Raumschiff sind zwei Spiegel montiert.

Einer auf dem Boden, der andere an der

Decke. Ein Lichtpuls wird zwischen den

beiden Spiegeln hin und her reflektiert.

Damit „tickt“ der Lichtpuls, er wird zur

Uhr, und man kann die Zeit messen, indem

man zählt, wie oft der Lichtpuls einen

Spiegel getroffen hat.

Von außen betrachtet bewegt sich der

Lichtpuls allerdings nicht einfach von

oben nach unten, sondern in schräger

Zickzack-Linie, weil das Raumschiff

gleichzeitig nach vorne fliegt. Das bedeutet

aber, dass in dieser Betrachtungsweise

der Lichtpuls zwischen zwei Reflexionen

immer einen längeren Weg

zurückzulegen hat. Die Lichtgeschwindigkeit

ist immer gleich, daher muss ein

Beobachter auf der Erde folgern, dass

zwischen zwei Reflexionen eine größere

Zeitspanne verstreicht als im unbeweg-

GEDEHNTE ZEIT

Wie schnell tickt eine Uhr?

Das hängt ganz vom

Betrachter ab.

ten Zustand. Die Lichtuhr in einem bewegten

System tickt umso langsamer, je

höher die Geschwindigkeit ist. Das liegt

nicht an der Konstruktion der Lichtuhr,

sondern an der Zeit selbst. Die Zeit vergeht

– vom jeweils anderen aus betrachtet

– in einem bewegten Bezugssystem

langsamer.

30. September 2015 • profilwissen 3

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TITEL A LBERT EINSTEIN

punkt und scheint im Aufzug zu schweben.

Der freie Fall fühlt sich genau an wie

die Schwerelosigkeit, die man weit draußen

im Weltraum erleben würde, weit

weg von jedem Gravitationsfeld.

Umgekehrt kann man sich eine Aufzugskabine

vorstellen, die im Weltraum

von einer Rakete gleichmäßig nach oben

beschleunigt wird. Genau wie uns die Beschleunigung

eines Zuges in den Sitz

drückt, würde man in einem solchen

Weltraumaufzug nach unten zu Boden gepresst

werden. Es würde sich anfühlen, als

befände man sich im gravitativen Einfluss

eines Planeten. Wir könnten in einem

solchen Aufzug schwingende Pendel vermessen,

rollende Kugeln untersuchen

oder Gummibälle an die Wand werfen –

durch kein Experiment ließe sich feststellen,

ob die nach unten wirkende Kraft

durch Gravitation oder Beschleunigung

zustande kommt. Das Relativitätsprinzip

sagt uns daher: Beides ist äquivalent. Beschleunigte

Bezugssysteme und die Gravitation

sind miteinander verwandt.

Das bringt allerdings einige Schwierigkeiten

mit sich. Schon im vergleichsweise

einfachen Fall der Eisenbahn, die

mit gleichbleibender Geschwindigkeit

am Bahnhof vorbeifährt, sagt die spezielle

Relativitätstheorie merkwürdige Effekte

voraus – langsamer werdende Uhren

und Abstände, die immer kürzer werden,

je schneller sich etwas bewegt.

Berücksichtigt man nun auch noch beschleunigte

Bezugssysteme, werden diese

Effekte noch komplizierter. Man kann

berechnen, dass beschleunigte und ruhende

Beobachter nicht einmal darüber

einig sind, ob eine Bewegung geradlinig

verläuft oder nicht. Wenn ein Raumschiff

einen Lichtstrahl geradeaus nach vorne

schickt, wird man von einem dazu beschleunigten

Raumschiff aus betrachtet

diesen Lichtstrahl als gekrümmt wahrnehmen.

Wenn aber nun beschleunigte

Bewegung einen Lichtstrahl krümmen

kann und Gravitation äquivalent zu beschleunigter

Bewegung ist, muss auch

die Gravitation gerade Lichtstrahlen verbiegen

– nicht weil das Licht durch die

Schwerkraft angezogen wird (es hat ja

keine Masse), sondern weil Raum und

Zeit selbst durch die Gravitation gekrümmt

werden.

Das ist ein beunruhigender Gedanke.

Normalerweise ist der Raum um uns

recht einfach zu verstehen. Wir vermessen

unsere Umgebung, indem wir in Koordinatensystemen

aus geraden, recht-

IMAGNO / GETTY IMAGES; LEO BAECK INSTITUTE

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profilwissen 3 • 30. September 2015


S.M. / SZ-PHOTO / PICTUREDESK.COM

MILEVA EINSTEIN

Welche Rolle Einsteins

erste Frau Mileva bei der

Entwicklung der speziellen

Relativitätstheorie gespielt

hat, ist unklar.

BEWEGUNG

Nur weil alltägliche

Geschwindigkeiten so

viel langsamer sind als

das Licht, können wir

relativistische Effekte

intuitiv nicht verstehen.

Im Boot oder am Rad

bemerken wir sie nicht.

CORBIS

GELIEBTE COUSINE

Seiner Cousine Elsa stand Albert

Einstein sehr nahe. Daraus entwickelte

sich eine Liebesbeziehung. 1919

heirateten die beiden.

30. September 2015 • profilwissen 3

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TITEL A LBERT EINSTEIN

winkeligen Linien denken. Doch in Einsteins

allgemeiner Relativitätstheorie

genügt das nicht mehr. Raum und Zeit

können sich verbiegen und verkrümmen.

Unsere menschliche Intuition ist dabei

rasch am Ende – nur mit sauberer Mathematik

kann man diesem Problem beikommen.

Doch das ist eine Herausforderung:

Wie soll man Vorgänge in einer verkrümmten

Raumzeit mathematisch beschreiben?

Einstein hatte dabei mit enormen

Schwierigkeiten zu kämpfen. Die

spezielle Relativitätstheorie hatte er noch

mit recht einfachen Rechenmethoden

formulieren können. Doch für eine Ausweitung

der Relativitätstheorie auf beschleunigte

Systeme und Gravitation

braucht man viel aufwendigere Mathematik.

Das war Einstein bald klar.

Ein wichtiger Helfer in dieser Zeit war

sein Studienkollege und Freund Marcel

Grossmann, der in Zürich Mathematik

unterrichtete. „Grossmann, hilf mir, sonst

werd ich verrückt!“, schrieb Einstein –

und Grossmann half. Von ihm bekam

Einstein Nachhilfeunterricht über Differentialkalkül,

Riemann-Geometrie und

Ricci-Tensoren. Auch sein Freund Michele

Besso, den er aus seiner Zeit am Patentamt

kannte, gab ihm Ratschläge, und mit

Tullio Levi-Civita, dem führenden Tensor-Mathematiker

seiner Zeit, führte Einstein

einen Briefwechsel.

Langsam begann man zu verstehen,

welche Eigenschaften eine Theorie der

Gravitation und des gekrümmten Raumes

haben muss. Die massiven Objekte

im Universum, etwa Planeten oder Sterne,

legen fest, wie sich Raum und Zeit zu

krümmen haben, und die Krümmung

der Raumzeit schreibt der Masse vor, wie

sie sich zu bewegen hat. Doch das große

Ziel war noch nicht in Sicht: eine Gleichung,

die all diese Zusammenhänge

sauber beschreibt.

Gemeinsam mit seinen Mathematikerfreunden

dachte Einstein auch darüber

nach, wie man die neuen Formeln

überprüfen könnte, wenn man sie tatsächlich

finden würde. Dabei stießen sie

auf eine astronomische Anomalie, die

schon lange als großes Rätsel galt. Nach

den Formeln der klassischen Mechanik,

die Isaac Newton aufgestellt hatte, müssen

sich die Planeten auf unveränderlichen

Ellipsenbahnen um die Sonne bewegen.

Bei sehr genauer Beobachtung

zeigt sich allerdings, dass sich die Planeten

nicht exakt an diese Vorhersage hal-

BETTMANN / CORBIS (2)

30

profilwissen 3 • 30. September 2015


LANDPARTIE

In Deutschland wurde es

für den jüdischen Physiker

zu gefährlich. 1933

versuchte er in Cromer

(England) zu entspannen.

Wer schneller fliegt,

bleibt länger jung

Die Atmosphäre der Erde wird laufend

von Teilchen aus dem Weltraum bombardiert,

beispielsweise von Protonen. Dieses

Bombardement bezeichnet man als kosmische

Strahlung. Wenn die Teilchen mit

Atomen der oberen Atmosphäre kollidieren,

können Myonen entstehen. Sie ähneln

den Elektronen, sind aber instabil.

Ihre mittlere Lebensdauer beträgt nur

ungefähr zwei Millionstel einer Sekunde.

Das Merkwürdige an den Myonen ist,

dass wir sie auf der Erde überhaupt messen

können. Von der Erde aus betrachtet

dauert die Reise von ihrem Geburtsort

bis zum Boden nämlich so lange, dass

fast alle Myonen unterwegs zerfallen sollten.

Dass man sie trotzdem auch auf der

Erdoberfläche in so großer Zahl detektieren

kann, liegt an der Relativitätstheorie.

Die Myonen bewegen sich extrem schnell

– fast mit Lichtgeschwindigkeit. Nach dem

Gesetz der relativistischen Zeitdilatation

vergeht für ein Myon die Zeit deutlich

langsamer als für einen irdischen Beobachter,

und so reicht die durchschnittliche

Lebensdauer der Teilchen aus, um die

Erdoberfläche zu erreichen.

Ein ähnliches Experiment kann man

sogar mit Flugzeugen durchführen, wenn

man sehr präzise misst. Beim berühmten

Hafele-Keating-Experiment wurden 1971

mehrere Atomuhren verwendet. Man

packte sie in Flugzeuge und umkreiste

die Erde. Anschließend verglich man die

gemessene Zeit mit Referenzwerten von

Atomuhren auf der Erdoberfläche. Durch

die Erdrotation bewegen sich Punkte auf

der Erde ostwärts. Wenn das Flugzeug

mit der Atomuhr also Richtung Osten

fliegt, bewegt es sich schneller als die

Atomuhr auf dem Boden, bei einem Flug

Richtung Westen hingegen langsamer.

Nach der speziellen Relativitätstheorie

müssen die Atomuhren daher unterschiedlich

schnell ticken – und am Ende

unterschiedliche Zeiten anzeigen.

Um den Effekt korrekt berechnen zu

können, muss man allerdings auch die

allgemeine Relativitätstheorie berücksichtigen:

Ein Flugzeug bewegt sich in großer

Höhe, dort ist die Gravitation ein bisschen

schwächer als auf dem Boden. Auch

das hat einen Einfluss auf das Ticken der

Uhr. Insgesamt ergaben sich im Hafele-Keating-Experiment

Zeitunterschiede

von Hunderten Nanosekunden zwischen

den einzelnen Atomuhren. Nach alltäglichen

Maßstäben ist das nicht viel, doch

eine solche Differenz ist gut messbar, und

die gemessenen Werte stimmten beeindruckend

präzise mit den Vorhersagen

der Relativitätstheorie überein.

Derselbe Effekt wäre bei einer Reise

mit einer extrem schnellen Rakete zu beobachten.

Wenn ein Zwilling die Erde

verlässt, zu benachbarten Sternen fliegt

und zurückkehrt, ist er danach jünger als

der Zwillingsbruder auf der Erde, weil im

bewegten Bezugssystem der Rakete die

Zeit langsamer vergeht. Doch kann nicht

der Bruder in der Rakete argumentieren,

die Erde habe sich wegbewegt, während

er immer am selben Ort war? Nein, die

Situation ist in diesem Fall nicht symmetrisch:

Der Bruder in der Rakete spürt

beim Beschleunigen und Bremsen ungeheure

Kräfte. Somit ist ein Unterschied

zwischen den beiden Systemen messbar,

das Relativitätsprinzip gilt hier nicht.

ZWILLINGSPARADOXON

Zwillinge mit völlig

unterschiedlichem Alter: Das

ist der Relativitätstheorie

zufolge möglich.

30. September 2015 • profilwissen 3

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TITEL A LBERT EINSTEIN

Was nun noch fehlte, um die Welt

endgültig von der Gültigkeit der

neuen Theorie zu überzeugen, war eine

Vorhersage über ein bisher noch nicht

beobachtetes Phänomen. Die Berechnung

der Merkurbahn war ein Triumph

gewesen, doch bekannte Daten zu erklären

ist nicht dasselbe wie ein völlig neues

Experiment vorzuschlagen und sein

Ergebnis vorherzuberechnen.

Es war ein Brite, der sich im Jahr 1919

daran machte, die allgemeine Relativitätstheorie

endgültig auf die Probe zu stellen.

Der Astronom Arthur Stanley Eddington

hatte verschiedene Artikel geschrieben,

durch die Einsteins Theorie der englischten.

Man findet winzige Abweichungen,

insbesondere beim Merkur, dem innersten

Planeten unseres Sonnensystems. Er

kehrt nach einer Sonnenumrundung

nicht genau an seinen Ausgangspunkt

zurück, um dieselbe Ellipse ein weiteres

Mal zu durchlaufen, sondern schwenkt

in eine leicht andere Ellipsenbahn ein,

die gegenüber der vorhergehenden minimal

verschoben ist. Dadurch wandert

die lange Achse der Merkur-Ellipsenbahn

im Lauf der Jahrhunderte um die Sonne

herum, wie ein kosmischer Uhrzeiger.

Einstein und seine Kollegen erkannten,

dass sich ein solcher Effekt aus ihrer

neuen Gravitationstheorie ergeben kann.

Doch wie groß dieser Effekt ist und ob

diese Vorhersage zu den Daten der Merkurbahn

passen würde, war völlig unklar,

solange man die fundamentalen Gleichungen

nicht gefunden hatte.

Das Problem der Relativitätstheorie

weckte auch den Forscherdrang von David

Hilbert, dem wohl größten Mathematiker

seiner Zeit. Er lud Einstein im Sommer

1915 für einige Tage zu sich nach Göttingen

ein, um sich den aktuellen Stand

der Forschung erzählen zu lassen. Beide

Wissenschafter waren beeindruckt von den

Ideen des jeweils anderen. Einstein wurde

klar, dass er sich wohl beeilen musste,

um noch vor Hilbert die gesuchten Feldgleichungen

der Gravitation aufzustellen.

Und so kam es zum Wettstreit zwischen

den beiden Giganten der Wissenschaft.

Mit brennendem Eifer machte

sich Einstein erneut an die Arbeit. Um

die Theorie sauber durchzudenken und

dann erst zu publizieren, fehlte die Zeit.

Einstein veröffentlichte im November

1915 insgesamt drei Versionen von Feldgleichungen.

Die erste, vom 4. November,

enthielt noch einen Fehler, erst in der

zweiten Variante vom 11. November war

das Relativitätsprinzip erstmals vollständig

erfüllt. Hilbert hätte Einstein gerne

in Göttingen seine eigenen Fortschritte

präsentiert, doch Einstein redete sich auf

Magenschmerzen aus. Er rechnete alleine

weiter, quälte sich mit den neuen Formeln

noch einmal durch das Problem der

Merkurbahn und konnte schließlich am

18. November 1915 stolz verkünden, das

Merkur-Rätsel gelöst zu haben. Am 25.

November präsentierte Einstein die dritte

und endgültige Version der Gravitations-Feldgleichungen,

die heute als „Einstein-Gleichungen“

bezeichnet werden.

Zwischen Einsteins zweiter und dritter

Version reichte Hilbert selbst eine Arbeit

über die Relativitätstheorie ein. Wer

von den beiden Genies nun tatsächlich

welche Teile der Arbeit zuerst niederschrieb,

lässt sich heute nicht mehr genau

ergründen. Die Manuskripte wurden

nachträglich noch modifiziert, die Originale

sind nicht vollständig erhalten. Es

spielt im Grunde auch keine Rolle – Albert

Einstein war jedenfalls der geistige

Vater der Relativitätstheorie. Er hatte seine

originellen Gedanken über bewegte

und beschleunigte Bezugssysteme seit

seiner Jugend mit sich herumgetragen.

Ohne ihn hätte Hilbert wohl niemals

über diese Probleme nachgedacht.

Im Grunde war Einstein nicht weniger

gelungen, als die Beschaffenheit des

Universums und der darin waltenden

Mächte zu ergründen sowie diese Phänomene

in Formeln zu packen.

Der endgültige Beweis:

die Ablenkung

des Lichts

32 profilwissen 3 • 30. September 2015


AUF ZU NEUEN UFERN

Einstein 1930 in Antwerpen, vor seiner

Überfahrt in die USA, die ihm eine

neue Heimat werden sollten.

Das Äquivalenzprinzip

sprachigen Welt zugänglich gemacht wurde,

Einstein selbst hatte seine Arbeiten nur

auf Deutsch verfasst. Eddington erkannte,

dass eine bevorstehende Sonnenfinsternis

im Mai 1919 eine günstige Gelegenheit

war, eine wichtige Vorhersage der

Relativitätstheorie zu testen: die Ablenkung

des Lichts durch schwere Massen.

Normalerweise kann man Sterne

knapp neben der Sonnenscheibe nicht

sehen, weil ihr Licht von der Sonne überstrahlt

wird. Bei einer totalen Sonnenfinsternis

allerdings lässt sich der Himmel

rund um die Sonne fotografieren, sodass

auch die Position der Sterne am Rand der

Sonnenscheibe genau vermessen werden

kann. Wenn sich das Licht der Sterne, so

wie die allgemeine Relativitätstheorie behauptet,

in starken Gravitationsfeldern

tatsächlich nicht auf geraden Linien, son-

GRAVITATION

Eine Kraft nach unten:

Ist es die Gravitation oder

das Ergebnis einer

Beschleunigung nach oben?

ABLENKUNG

Gravitation verbiegt

Lichtstrahlen. Bei einer

Sonnenfinsternis lässt sich

das messen – ein wichtiger

Beweis für Einsteins Theorie.

GEBOGENER RAUM

Der Raum wird durch Massen

verbogen, Sterne und

Planeten bewegen sich

entlang sogenannter

„Geodäten“.

Befindet sich jemand etwa in einer Kiste ohne Sicht

nach draußen, kann er nicht feststellen, ob er auf der

Erde steht oder ob er samt der Kiste konstant beschleunigt

nach oben gezogen wird. Lässt er einen

Stein aus der Hand gleiten, weiß er deshalb nicht,

ob der Stein von der Schwerkraft nach unten gezogen

wird oder durch die Trägheit aufgrund der Beschleunigung.

Einstein konstatierte: Es gibt keinen Unterschied

zwischen Beschleunigung und Schwerkraft.

Diese Gleichsetzung führte zu einer neuen Theorie

der Gravitation und hat verblüffende Effekte: So

läuft Zeit umso langsamer, je stärker die Gravitation

ist. Im Keller eines Hauses vergeht die Zeit langsamer

als auf dem Dach. In einem Schwarzen Loch

mit unendlicher Gravitation stünde die Zeit still.

Die gekrümmte Raumzeit

Raum und Zeit verkrümmen sich durch die bloße

Anwesenheit von Masse. Ohne Materie wäre der

Raum flach und Licht würde sich geradlinig ausbreiten.

Je größer die Masse eines Körpers, umso

deutlicher ist die Raumkrümmung, die er verursacht.

Man kann sich das ähnlich vorstellen wie eine

schwere Kugel, die auf einem straff gespannten

Gummituch liegt und es durch ihr Gewicht verzerrt.

Lässt man dann eine kleinere Kugel über das

Gummituch rollen, wird sie von den Verzerrungen

abgelenkt. Genauso muss die Erde auf ihrer Umlaufbahn

der Raumkrümmung folgen, die von der

Sonne verursacht wird. Die Masse sagt dem Raum,

wie er sich zu krümmen hat, und die Raumkrümmung

sagt den Himmelskörpern, wie sie sich zu

bewegen haben.

Ein Koordinatensystem für Raum und Zeit zu

definieren, ist ähnlich schwierig, wie ein Koordinatensystem

über einen Globus zu legen. Wenn wir

auf der Erdkugel Längengrade einzeichnen, dann

verallgemeinern wir damit das Konzept der geraden

Linie. Ähnliches macht man auch mit Koordinatensystemen

in der Raumzeit. An die Stelle der

geraden Linie tritt die sogenannte „Geodäte“. So

wie sich in der klassischen Mechanik alle Objekte

entlang einer geraden Linie bewegen, so lange keine

Kraft auf sie einwirkt, bewegt sich in der Relativitätstheorie

jedes Objekt entlang einer solchen

Geodäte. Sie ist aber nur in Ausnahmefällen gerade

– im Fall der Erde im Gravitationsfeld der Sonne

ist sie eine Ellipse. Die Gravitation in der Allgemeinen

Relativitätstheorie ist gar keine Kraft im

herkömmlichen Sinn – sie ist bloß die Geometrie

einer verbogenen Raumzeit.

30. September 2015 • profilwissen 3

33


TITEL A LBERT EINSTEIN

dern auf gekrümmten Bahnen bewegt,

muss das Licht dieser Sterne in der Nähe

der Sonne abgelenkt werden. Die Position

dieser Sterne würde dann während

der Sonnenfinsternis ein kleines bisschen

anders erscheinen als sonst.

Zwei Expeditionen wurden gestartet.

Eine machte sich auf den Weg nach Brasilien,

die andere zur Insel Principe im

Golf von Guinea. Die Präzision der Messergebnisse

war beschränkt, doch insgesamt

war das Resultat eindeutig: Die Positionen

der Sterne waren tatsächlich

verschoben, die Lichtstrahlen der Sterne

wurden wirklich durch die Gravitation

gebogen, Einsteins Relativitätstheorie

konnte als triumphal bestätigt gelten.

Die Meldung über Eddingtons Messungen

verbreitete sich auf der ganzen

Welt. Viele Zeitungen berichteten auf der

Titelseite davon. Die „New York Times“

schrieb: „Lichter am Himmel alle schief.“

Einstein war nun nicht mehr bloß ein berühmter

Physiker, er wurde zum ersten

Popstar der Wissenschaftsgeschichte und

kam sich angesichts des Rummels bald

vor wie „ein prämierter Ochse“. Natürlich

verstand außerhalb der Fachwelt kein

Mensch, was ihm da gelungen war. Klar

erschien lediglich, wie sein Biograf Albrecht

Fölsing anmerkt, dass ein wunderlicher

Mann aus Deutschland soeben den

„ultimativen Rekord an Unverständlichkeit“

errungen hatte.

Für die Physik und die Erforschung

des Weltraums begann mit Einstein aber

ein ganz neues Kapitel. Jahrhundertelang

hatte man das Universum recht erfolgreich

mit Isaac Newtons Himmelsmechanik

erklärt. Einstein war der Erste, der einen

entscheidenden Schritt weiterging.

Sein Universum ist komplizierter und

verwirrender als das von Newton. Es ist

ein Universum, in dem die direkteste Linie

zwischen zwei Punkten gekrümmt

sein kann, in dem weder Längen noch

Zeitspannen absolute Werte haben, in

dem unterschiedliche Beobachter unterschiedliche

Ergebnisse erhalten und doch

beide Recht haben. Es ist ein Universum,

in dem man über Schwarze Löcher, über

das expandierende Universum und über

den Urknall nachdenken kann. Es ist ein

Universum, das sich mit den Methoden

der Mathematik ergründen lässt, auch

wenn uns Menschen die physikalische

Intuition dafür fehlt.

Um ein solches Universum zu verstehen,

ist ein kreativer Geist wie jener Albert

Einsteins notwendig. „Wenn ich

mich frage, woher es kommt, dass gerade

ich die Relativitätstheorie gefunden

habe“, erklärte Einstein dem Nobelpreisträger

James Franck, „so scheint es an fol-

gendem Umstand zu liegen: Der normale

Erwachsene denkt nicht über die

Raumzeit-Probleme nach. Alles, was darüber

nachzudenken ist, hat er nach seiner

Meinung bereits in der frühen Kindheit

getan. Ich dagegen habe mich derart

langsam entwickelt, dass ich erst

anfing, mich über Raum und Zeit zu

wundern, als ich bereits erwachsen war.

Naturgemäß bin ich dann tiefer in die

Problematik eingedrungen als ein gewöhnliches

Kind.“

SUCHE NACH DER WELTFORMEL

Sein Ziel, die Gravitation mit den

anderen Naturkräften mathematisch

zu vereinen, erreichte er nicht mehr.

Mit dieser Aufgabe kämpft die

Physik bis heute vergeblich.

34 profilwissen 3 • 30. September 2015


Einsteins späte Jahre:

die Suche nach

der Weltformel

Die allgemeine Relativitätstheorie

kann man als Höhepunkt von Einsteins

Karriere betrachten. Im Alter von

bloß 36 Jahren hatte er bereits die Physik

revolutioniert. Sein Privatleben hingegen

verlief manchmal weniger erfreulich:

Mit seiner Frau Mileva hatte er zwei

Söhne, doch die Ehe war nicht besonders

glücklich. 1914 übersiedelte die Familie

Einstein nach Berlin, doch Mileva kehrte

kurze Zeit später mit den Kindern zurück

nach Zürich. Wie man erst viel später

aus Briefen erfuhr, war bereits 1902

eine gemeinsame Tochter zur Welt gekommen,

die entweder früh starb oder

zur Adoption freigegeben wurde. Das

Paar ließ sich 1919 scheiden. Damals war

bereits absehbar, dass Albert Einstein

wohl demnächst den Nobelpreis gewinnen

würde. Das Preisgeld, so wurde ver-

ESTHER BUBLEY/THE LIFE IMAGES COLLECTION/GETTY IMAGES

einbart, sollte Mileva und den Kindern

zugute kommen. So geschah es dann

auch, zwei Jahre später.

Aus Albert Einsteins langjähriger Nähe

zu seiner Cousine Elsa wurde eine Liebesbeziehung,

die beiden heirateten kurz

nach der Scheidung von Albert und Mileva.

In Deutschland wurde allerdings der

Boden allmählich ziemlich heiß. Im Lauf

der Jahre wurde der Antisemitismus in

Deutschland immer mehr zum Problem,

außerdem war Einstein ein bekannter und

bekennender Pazifist, wodurch er sich in

der Zeit des aufkeimenden Nationalsozialismus

Feinde einhandelte. Zudem verunglimpften

die Nazis seine Physik als

wissenschaftlichen Dadaismus. Adolf Hitler

ereiferte sich über die „planmäßige Vergiftung

unserer Volksseele“. Einstein

knüpfte Kontakt zu US-amerikanischen

Universitäten, nach der Machtübernahme

der Nationalsozialisten gab er seinen deutschen

Pass zurück, ab 1933 forschte er am

Institute for Advanced Study in Princeton.

Einstein lieferte immer wieder Impulse

für die Entwicklung der Quantentheorie,

sein großes Ziel in späteren Jahren

war allerdings eine Vereinigung der Relativitätstheorie

mit dem Elektromagnetismus.

Einstein wollte eine „Weltformel“ finden,

eine Theorie, die alle bekannten physikalischen

Effekte erklärt. Das sollte ihm

nicht gelingen – und bis heute ist nicht

absehbar, ob eine solche allumfassende

Theorie jemals gefunden werden kann.

Am 18. April 1955, im Alter von 76 Jahren,

starb Albert Einstein in Princeton. Der

Leichnam wurde verbrannt, die Asche an

einem unbekannten Ort verstreut. ■

BEWUNDERT BIS ZUM SCHLUSS

Manchmal kommt der wahre Ruhm

erst nach dem Tod. Einstein hatte das

Glück, sich auch zu Lebzeiten bereits

feiern lassen zu dürfen.

UNDERWOOD & UNDERWOOD/CORBIS

30. September 2015 • profilwissen 3

35


T I T E L A LBE RT EIN S T EIN

SAMMLUNG RAUCH / INTERFOTO / PICTUREDESK.COM

Der Kampf

mit den

Formeln

Von Mozart erzählt man, er

habe seine Kompositionen

im Kopf entworfen und

dann sauber aufs Papier

gesetzt, ohne dass noch

gröbere Korrekturen nötig

gewesen wären. Das kann

man von Einstein nicht

behaupten. Seine Arbeit

verlief nicht immer völlig

geradlinig, er machte Fehler,

verfolgte falsche Ideen und

kämpfte mit seinen Formeln.

Die Einstein’schen Feldgleichungen,

wie man sie heute

kennt, wurden erst nach

mehreren fehlerhaften

Anläufen aufgestellt. Seine

Hartnäckigkeit machte sich

immer wieder bezahlt.

Kaum ein anderer Wissenschafter

hinterließ eine

ähnliche Fülle an genialen

Ideen wie Albert Einstein.

SOTHEBY‘S / AKG-IMAGES / PICTUREDESK.COM (2)

ENERGIE UND MASSE

Auch wenn ein Objekt sich nicht

bewegt, hat es Energie – und zwar

mächtig viel. Das ist eines der

wichtigsten Resultate von Einsteins

spezieller Relativitätstheorie.

Die Formel E=mc 2 , die diesen

Zusammenhang beschreibt, ist wohl

die berühmteste Formel der

Wissenschaftsgeschichte. (Bild links

unten, mit Zusatzthemen, die

beschreiben, wie bei bewegten

Körpern noch weitere Energie

dazukommt).

36 profilwissen 3 • 30. September 2015


GINA BUSINK / ANP / PICTUREDESK.COM (4)

AKG-IMAGES / PICTUREDESK.COM (6)

30. September 2015 • profilwissen 3

37


TITEL A LBERT EINSTEIN

38 profilwissen 3 • 30. September 2015

BETTMANN /CORBIS


Von Florian Aigner

Herz und Verstand

einstein war ein allround-

Intellektueller. nicht nur

die Physik, sondern auch

Politik und Kunst waren

ihm wichtig.

Der militante Pazifist

Einstein und die Politik: Er hasste Drill,

Gehorsam und Kriegspropaganda – und machte

sich zeitlebens für Freiheit, Menschen würde

und demokratische Ideale stark.

ch bin nicht nur Pazifist, ich bin militanter

Pazifist“, schrieb Albert Ein-

„ I

stein. „Wir müssen unsere Kinder gegen

Militarismus impfen, indem wir sie

im Geiste des Pazifismus erziehen.“ Dass

gerade Einstein als überzeugter Kriegsgegner

eine Rolle bei der Entwicklung

der Atombombe spielen sollte, ist eine

verrückte Ironie der Geschichte.

Angeblich soll Einstein schon als Kind

Militärmusik und marschierende Soldaten

abgelehnt haben. 1901 erhielt er die

Schweizer Staatsbürgerschaft und wurde

zur Musterung für den Militärdienst bestellt.

Aufgrund von „Plattfüßen, Krampfadern

und Fußschweiß“ blieb ihm allerdings

der Dienst mit der Waffe erspart.

Mit Abscheu beobachtete Einstein, wie

der Nationalismus in Europa immer stärker

wurde und schließlich zum Ersten

Weltkrieg führte. Der Berliner Goethebund

publizierte 1916 ein „vaterländisches

Gedenkbuch“, ein Sammelalbum,

für das zahlreiche deutsche Intellektuelle

Texte über den Krieg beisteuerten. Einsteins

Beitrag ist ein Appell für Frieden

und für eine gesamteuropäische Politik:

„Ich bin auch trotz der unsagbar traurigen

Verhältnisse der Gegenwart der Überzeugung,

dass eine staatliche Organisation

in Europa, welche europäische Kriege

ebenso ausschließen wird wie jetzt das

Deutsche Reich einen Krieg zwischen

Bayern und Württemberg, in nicht allzu

ferner Zeit sich erreichen lassen wird.“

Von jeder Art des Nationalismus distanzierte

er sich klar: „Der Staat, dem ich als

Bürger angehöre, spielt in meinem Gemütsleben

nicht die geringste Rolle; ich

betrachte die Zugehörigkeit zu einem

Staate als eine geschäftliche Angelegenheit,

wie etwa die Beziehung

zu einer Lebensversicherung.“

Diese Passage

wollte der Goethebund

allerdings nicht

abdrucken. In einer An-

sprache an der Sorbonne in Paris scherzte

Einstein: „Wenn ich mit meiner Relativitätstheorie

recht behalte, werden die

Deutschen sagen, ich sei Deutscher, und

die Franzosen, ich sei Weltbürger. Erweist

sich meine Theorie als falsch, werden die

Franzosen sagen, ich sei Deutscher und

die Deutschen, ich sei Jude.“

Auch Religion bedeutete Einstein

nicht sonderlich viel. Er bekannte sich

zwar zum Judentum, hatte aber niemals

seine Bar Mizwa gefeiert. Die Idee, in Palästina

ein neues jüdisches Heimatland

zu schaffen, begrüßte Einstein. Er war zuversichtlich,

dass Juden mit dem „Brudervolk“

der Araber gleichberechtigt und

friedlich zusammenleben könnten. Es

ging ihm dabei eher um ein kulturelles

und geistiges Zentrum, nicht unbedingt

um einen Staat mit Grenzen, einer Armee

und säkularer Macht: „Ich fürchte,

das Judentum könnte innerlich Schaden

nehmen“, meinte Einstein, „besonders

durch das Aufkommen eines engen Nationalismus

in unseren eigenen Reihen.“

Als Israels erster Präsident Chaim

Weizmann 1952 starb, wurde Einstein gefragt,

ob er nicht dessen Nachfolger werden

wolle. Einstein lehnte ab: „Ich bin tief

bewegt über das Anerbieten unseres

Staates Israel, freilich auch traurig und beschämt

darüber, dass es mir unmöglich

ist, dies Anerbieten anzunehmen“, schrieb

er. „Mein Leben lang mit objektiven Dingen

beschäftigt, habe ich weder die natürlichen

Fähigkeiten noch die Erfahrung

im richtigen Verhalten zu Menschen in

der Ausübung offizieller Funktionen.“

Einstein bekannte sich zu sozialistischen

Idealen. Er war der Meinung, dass

die Wirtschaft Lenkung brauche, um dem

Wohl aller zu dienen. Der Staat habe für

ein Bildungssystem zu sorgen, das auf soziale

Ziele hin orientiert ist. Die „ökonomische

Anarchie des Kapitalismus“ war

für ihn ein gefährliches Übel. Ein kommunistisches

System nach sowjetischem

Vorbild hätte sich mit seinen Ideen allerdings

nicht vereinbaren lassen: Persönliche

Freiheit und die Förderung der Individualität

gehörten zu den Grundpfeilern

seines politischen Denkens.

In den USA setzte sich Einstein immer

wieder für die Gleichbehandlung von Afroamerikanern

ein. Furchtbaren Antisemitismus

hatte er in Europa selbst erlebt

– konsequenterweise konnte er auch keine

Benachteiligung aufgrund der Hautfarbe

gutheißen. Er unterschrieb außerdem

die Petition des Sexualforschers Magnus

Hirschfeld gegen den Paragrafen

175 im deutschen Strafgesetzbuch, der

Homosexualität unter Strafe stellte.

Trotz seines konsequenten Einsatzes

für Gleichheit und Frieden wird Einsteins

Name auch immer wieder mit den Atombomben

in Verbindung gebracht, die

1945 auf Hiroshima und Nagasaki abgeworfen

wurden. Aus seiner Formel E=mc²

ergibt sich, dass relativ geringe Massen

in gewaltige Energiemengen umgewandelt

werden können. Allerdings kamen

die entscheidenden Ideen, die zur Atombombe

führen sollten, keineswegs aus

der Relativitätstheorie, sondern aus kernphysikalischen

Experimenten. Nach Gesprächen

mit Leó Szilárd und anderen

Physikerkollegen, die ihn auf die Möglichkeit

nuklearer Bomben aufmerksam

machten, unterschrieb Einstein 1939 einen

Brief an US-Präsident Roosevelt. Er

forderte eine Intensivierung der Nuklearforschung

in den USA, angesichts der

Gefahr, dass Deutschland eine Atombombe

entwickeln könnte (siehe Kasten auf

Seite 41).

Das US-Atombombenprojekt hätte es

wohl auch ohne diesen Brief gegeben,

doch dass die Meinung eines so berühmten

Wissenschafters wie Einstein die politischen

Bemühungen in diese Richtung

beschleunigte, ist durchaus plausibel.

Der Chemie-Nobelpreisträger Linus

Pauling berichtete nach Einsteins Tod,

dass Einstein den Brief an Roosevelt später

bereut habe. Einstein habe die Arbeit

an der Bombe nur befürwortet, weil von

einer Atombombe in den Händen der Nazis

eine noch viel größere Gefahr ausgegangen

wäre. Nach den Atombombenabwürfen

in Hiroshima und Nagasaki

setzte sich Einstein gegen ein atomares

Wettrüsten ein. 1955 unterzeichnete er

gemeinsam mit dem Philosophen und

Mathematiker Bertrand Russell und anderen

Wissenschaftern das „Russel-Einstein-Manifest“,

das vor den Gefahren

von Massenvernichtungswaffen warnte

und zur Abrüstung aufrief.

n

30. September 2015 • profilwissen 3

39


TITEL A LBERT EINSTEIN

Heilige Neugier

Einstein und die Schule: Die Legende vom

schlechten, mathematisch unbegabten Schüler –

und was wirklich stimmt.

Von Florian Aigner

Einstein war ein miserabler Schüler

und fiel in Mathe durch – diese Legende

ist völlig falsch, hält sich

aber hartnäckig. Vielleicht ist die Behauptung

deshalb so populär, weil man

damit die eigenen Mathematik-Schwächen

schönreden kann? In Wirklichkeit

waren Einsteins schulische Leistungen

sehr gut.

Der Mythos seines angeblichen Versagens

geht wohl darauf zurück, dass er

bereits im Alter von 16 Jahren versuchte,

an der Eidgenössischen Technischen

Hochschule (ETH) in Zürich aufgenommen

zu werden, und dabei scheiterte er.

Einstein hatte kurz davor das Gymnasium

in München ohne Abschluss verlassen,

um seiner Familie nachzureisen, die

nach Mailand übersiedelt war. Von einem

Freund erfuhr er, dass man an der

renommierten ETH in Ausnahmefällen

auch ohne Matura aufgenommen werden

kann, und so meldete er sich dort zur

Aufnahmeprüfung an. Seine Leistungen

in Mathematik und Physik waren sehr

gut, doch in Sprachen und anderen Fächern

konnte er die hohen Anforderungen

der ETH nicht erfüllen. „Dass ich

durchfiel, empfand ich als voll berechtigt“,

meinte Einstein dazu später.

Anstatt gleich die Universität zu besuchen,

ging er daher zunächst an die Kantonsschule

Aarau, wo er sich sehr wohl

fühlte. Anders als in München legte man

dort wenig Wert auf Drill und Autorität.

Einstein erlebte den Unterricht dort viel

freier und motivierender. Mit der Note

„Sehr gut“ in den Fächern Physik, Geometrie

und Algebra schloss er die Schule ab.

Danach wurde er auch an der ETH Zürich

aufgenommen.

Pädagogik blieb für Einstein immer

ein wichtiges Thema. Aus heutiger Sicht

vertrat er einen äußerst modernen Standpunkt:

Er sprach sich für eine Schule aus,

in der die „heilige Neugier“ des Kindes der

entscheidende Motor für das Lernen ist.

Die Motivation soll nicht aus Konkurrenzdenken

kommen, nicht aus Erfolg, der

sich in Schulnoten messen lässt, sondern

aus ehrlichem Interesse an der Sache

selbst. Angst vor Bestrafungen konnte für

ihn kein legitimes Mittel sein, jugendlichen

Eifer anzufachen: „Demütigung beziehungsweise

geistige Unterdrückung

durch verständnislose und egozentrische

Lehrer tut schweren, untilgbaren Schaden

im kindlichen Gemüte, der gar oft das

spätere Leben verhängnisvoll beeinflusst.“

Einstein plädierte für möglichst große

Freiheit und ein vertrauensvolles, tolerantes

Verhältnis zwischen Lehrern

und Schülern. Es war für ihn wichtig, die

Individualität und Verschiedenheit der

Kinder als Bereicherung zu sehen und zu

fördern. Das bedeutete für ihn allerdings

nicht, dass man einem Kind erlauben

sollte, sich bloß auf ein Spezialgebiet sei-

MYTHOS VOM SCHLECHTEN SCHÜLER

„Auch Einstein hatte nur ’ne Vier in

Mathe“ – oft gehört, aber völlig falsch.

ner Wahl zu konzentrieren. Durch Spezialisierung

werde man zwar zu „einer

Art benutzbarer Maschine, aber nicht zu

einer vollwertigen Person“, meinte er.

Für Einsteins eigene intellektuelle

Entwicklung war nicht nur die Schule

wichtig, sondern auch seine Familie. Im

Elektrobetrieb der Familie gab es für ihn

schon als Kind viel zu lernen. Mit vier

oder fünf Jahren zeigte ihm sein Vater einen

Kompass – die tanzende Nadel, die

ohne Berührung bewegt werden kann,

faszinierte ihn. Später diskutierte er gerne

technische Fragen mit seinem Onkel

Jakob, einem Elektroingenieur, der auch

sein Interesse an der Mathematik förderte.

Mit zwölf Jahren bekam Albert Einstein

ein Geometrielehrbuch. Er war begeistert

davon, wie dort komplizierte Tatsachen

Schritt für Schritt mit mathematischer

Sicherheit bewiesen wurden,

sodass jeder Zweifel ausgeschlossen war.

Albert Einstein war schon als Kind ein

heller Kopf, und er hatte das Glück, gefördert

zu werden. Er war weder ein

Wunderkind noch war er ein mathematisch

unbegabter Spätentwickler, wie

manche Leute glauben. Unbestreitbar ist:

Einstein war ein Mann mit Fantasie und

Kreativität, mit ungezähmter Neugier

und dem Talent, zwischen unwichtigen

Details und entscheidenden Fragen zu

unterscheiden, um den Rätseln der Natur

auf die Spur zu kommen.


40 profilwissen 3 • 30. September 2015


HULTON ARCHIVE / CORBIS; CORBIS (2)

Der berühmte Brief

an Präsident Roosevelt

Am 12. Juli 1939 bekam Albert Einstein

Besuch. Die Physiker Leó Szilárd und

Eugene Wigner wollten dringend

mit ihm sprechen, denn nicht nur in

der Weltpolitik, auch in der Physik

war damals vieles in Bewegung.

Im Jänner 1939 hatte Otto

Hahn seine Experimente

mit Uran publiziert, kurz

darauf gelang es Lise Meitner,

die Ergebnisse korrekt

als Kernspaltung zu deuten.

Andere Forscher, etwa der

Italiener Enrico Fermi, der

wie Einstein in die USA

emigriert war, bestätigten

die Ergebnisse. Der gebürtige

Ungar Szilárd erkannte,

dass die Kernspaltung von

Uran zu einer Kettenreaktion

führen könnte, deren gewaltige

Energiefreisetzung

sich auch für eine Bombe

nützen ließe. Für Einstein

war diese Idee neu, doch er

schloss sich Szilárds Meinung

an.

Die Physiker überlegten,

wie sie die US-Regierung

am besten auf die Gefahr

aufmerksam machen könnten.

Schließlich diktierte

Szilárd am 2. August 1939

das Schreiben, die Unterschrift

darunter ist aber die

von Einstein. Als wohl berühmtester

Physiker der

Welt sollte er dem Brief ein

möglichst großes Gewicht

verleihen. „Eine einzige

Bombe dieses Typs, transportiert

in einem Boot und

in einem Hafen zur Detonation

gebracht, könnte

durchaus den gesamten Hafen

mit einigem Umland

zerstören“, war dort zu lesen.

„Allerdings ist es gut möglich,

dass solche Bomben zu

schwer wären, um sie mit

dem Flugzeug zu befördern.“

Man wusste damals, dass

auch die deutsche Regierung

bereits begonnen hatte,

sich für Uran zu interessieren.

Am Kaiser-Wilhelm-Institut

in Berlin

arbeitete Carl Friedrich von

Weizsäcker am deutschen

Uranprogramm (er war der

Sohn des damaligen Staatssekretärs

im Auswärtigen

Amt Ernst von Weizsäcker

und der Bruder des späteren

deutschen Bundespräsidenten

Richard von Weizsäcker).

Auch Otto Hahn und

Werner Heisenberg beschäftigten

sich in Deutschland

mit Kernspaltung. Einstein

wies in seinem Brief an

Roosevelt darauf hin, dass

Deutschland aufgehört hatte,

Uranerz aus den Minen

in der Tschechoslowakei zu

verkaufen – ein Zeichen dafür,

dass die deutsche Regierung

das Potenzial dieses

Elements erkannt hatte.

Der von Einstein unterschriebene

Brief enthält keine

explizite Aufforderung

an Präsident Roosevelt, eine

amerikanische Atombombe

zu entwickeln, um den

Deutschen zuvorzukommen.

Empfohlen wird allerdings

ein enger Kontakt

zwischen der Regierung

und den amerikanischen

Kernphysikern, eine Beschleunigung

der Forschungsarbeiten

durch erhöhte

finanzielle Förderung

und eine Sicherstellung eines

Uranerzvorrats für die

USA.

Der Brief weckte tatsächlich

Roosevelts Interesse.

Man verstärkte die Forschung

auf dem Gebiet der

Kernspaltung, und 1942

wurde das Manhattan Project

gestartet – das amerikanische

Atombombenprogramm.

Albert Einstein war

daran nicht beteiligt. Selbst

wenn er es gewollt hätte,

wäre er an der Mitarbeit gehindert

worden: Als Pazifist

wurde ihm die nötige Sicherheitsfreigabe

verweigert.

30. September 2015 • profilwissen 3

41


TITEL A LBERT EINS TEIN

UNDERWOOD & UNDERWOOD/CORBIS

42 profilwissen 3 • 30. September 2015


Wenn’s Einstein sagt, muss es stimmen.

ODER?

Es gibt wohl kaum jemanden, der so oft und gerne zitiert wird wie Albert Einstein. Einige seiner Aussprüche sind weltbekannt,

andere sind eher überraschend, und manche berühmte Einstein-Zitate wurden ihm bloß in den Mund gelegt.

Wissen Sie, welche dieser Zitate tatsächlich von Einstein stammen?

„Fantasie ist wichtiger als Wissen,

denn Wissen ist begrenzt.“

Richtig; erschienen in „The Saturday

Evening Post“

„Wenn die Biene einmal von der

Erde verschwindet, hat der

Mensch nur noch vier Jahre zu

leben.“

Falsch – ein Zitat unbekannten Ursprungs,

das später fälschlich Einstein

angedichtet wurde. Einstein beschäftigte

sich mit vielen Themen, Insekten

gehörten nicht dazu.

„Gott würfelt nicht.“

Sinngemäß richtig. Einstein war

unglücklich darüber, dass die Quantentheorie

dem Zufall eine so wichtige Rolle

einräumt: In bestimmten Fällen kann

man trotz vollständiger Kenntnis eines

Quantenobjektes nicht vorhersagen,

welches Ergebnis man erhalten wird,

wenn man seine Eigenschaften misst.

Wer legt also fest, wie das Experiment

ausgehen soll? Einstein schrieb in einem

Brief: „Es scheint hart, dem Herrgott in

die Karten zu gucken. Aber dass er würfelt

und sich telepathischer Mittel

bedient (wie es ihm von der gegenwärtigen

Quantentheorie zugemutet wird),

kann ich keinen Augenblick glauben.“

WER HAT´S ERFUNDEN?

Wer so berühmt ist, wird

gerne als Zitatquelle

missbraucht. Doch nicht

jeder angebliche Einstein-

Ausspruch ist von Einstein.

„Jeder ist ein Genie! Aber wenn

du einen Fisch danach beurteilst,

ob er auf einen Baum klettern

kann, wird er sein ganzes Leben

glauben, dass er dumm ist.“

Falsch. Der Satz geht vermutlich auf ein

Kinderbuch zurück, hat aber nichts mit

Einstein zu tun.

„Das Wort Gott ist für mich

nichts als Ausdruck und Produkt

menschlicher Schwächen, die

Bibel eine Sammlung ehrwürdiger,

aber doch reichlich primitiver

Legenden.“

Richtig, aus einem Brief Einsteins an

den Philosophen Erich Gutkind.

„Wir nutzen nur zehn Prozent

unserer Gehirnkapazität.“

Falsch. Die Aussage ist nicht nur inhaltlich

unsinnig, sie stammt auch nicht

von Einstein.

„Um ein tadelloses Mitglied

einer Schafherde sein zu können,

muss man vor allem ein Schaf

sein.“

Richtig, aus: Neun Aphorismen, in:

Essays Presented to Leo Baeck on the

Occasion of his Eightieth Birthday

„Der Staat ist für die Menschen und

nicht die Menschen für den Staat.“

Richtig, aus einer Rede zur

Genfer Abrüstungskonferenz.

„Der Horizont vieler Menschen

ist ein Kreis mit Radius null –

und das nennen sie ihren

Standpunkt.“

Höchstwahrscheinlich falsch; wurde

neben Einstein auch anderen großen

Gelehrten zugeschrieben.

„Sogar bei den festlichsten

Gelegenheiten bin ich damit

davongekommen, dass ich

keine Socken trage.“

Richtig. Einstein war tatsächlich ein

Sockenverweigerer. Das Zitat stammt

aus einem Brief an seine Frau Elsa.

„Ich habe keine besondere

Begabung, sondern bin nur

leidenschaftlich neugierig.“

Richtig. Aus einem Brief an Carl Seelig

„Die Definition von Wahnsinn ist,

immer wieder das Gleiche zu

tun und andere Ergebnisse zu

erwarten.“

Falsch. Es gibt keine Hinweise darauf,

dass Einstein diesen Satz je gesagt hat.

„Zwei Dinge sind unendlich, das

Universum und die menschliche

Dummheit, aber bei dem

Universum bin ich mir noch

nicht ganz sicher.“

Vermutlich falsch; Quelle unbekannt.

30. September 2015 • profilwissen 3

43


TITEL A LBERT EINSTEIN

Verrückt, aber schön

Was wäre die Science-Fiction-Literatur ohne Albert Einstein?

Die Relativitätstheorie sagt wundersame Phänomene voraus,

von denen man vor Einsteins Zeit wohl kaum zu träumen

gewagt hätte. Schwarze Löcher beispielsweise, deren Existenz

mittlerweile als ziemlich sicher gilt. Andere, weit exotischere

Gebilde sind nach Einsteins Formeln zwar physikalisch erlaubt,

harren aber noch ihrer Entdeckung – oder werden für immer

ins Reich der Fantasie gehören.

Von Florian Aigner

44 profilwissen 3 • 30. September 2015


WIKIMEDIA COMMONS

Schwarze Löcher

(ziemlich sicher)

Ein schwarzes Loch ist ein Himmelskörper,

dessen Gravitation so stark ist, dass

ihm nicht einmal das Licht entkommen

kann. Daher sieht es schwarz aus. Jedes

Objekt, das mit einem schwarzen Loch

zusammenstößt, ist unwiederbringlich

für alle Zeit verloren.

Oft stellt man sich schwarze Löcher

vor wie kosmische Staubsauger – zornige,

gefräßige Gebilde, die Materie unbarmherzig

verschlucken und nicht wieder

loslassen. Das ist allerdings falsch.

Wenn man weit genug davon entfernt ist,

ist ein schwarzes Loch völlig harmlos.

Würde man die Erde auf eine Größe von

knapp zwei Zentimetern zusammenquetschen,

würde sie zum schwarzen Loch

werden. Der Mond und die Raumstation

ISS würden allerdings genau wie bisher

um die Erde kreisen, ohne eingesogen zu

werden. Die Masse der Erde hätte sich

schließlich nicht verändert – warum sollte

also ihre Gravitation stärker geworden

sein?

Der entscheidende Unterschied zwischen

schwarzen Löchern und gewöhnlichen

Himmelskörpern ist die Dichte.

Die Masse der Erde verteilt sich über ein

großes Volumen. Wenn wir auf der Erde

herumlaufen, sind wir von den meisten

Punkten unseres Planeten Tausende Kilometer

entfernt. Würde man die Erde

auf Kirschgröße komprimieren, könnte

man sich allerdings ihrer gesamten Masse

bis auf Zentimeter annähern, und genau

dadurch entstünde lokal eine extrem

starke Gravitation, sodass es kein

Entkommen mehr gäbe. Aus größerer Distanz

spielt es aber keine Rolle, ob man

von der Gravitation eines Planeten oder

eines gleich schweren schwarzen Lochs

beeinflusst wird.

Bereits 1916 – die Relativitätstheorie

war noch ganz jung – berechnete der

deutsche Astronom Karl Schwarzschild

das Verhalten einfacher schwarzer Löcher.

Er hatte eine recht merkwürdige Lösung

für Einsteins Gleichungen gefun-

SCHWARZES LOCH IN BUNT

An der Strahlung beim

Verschlucken von Gas könnte

man ein schwarzes Loch

vielleicht erkennen.

den: Bei extremer Massedichte krümmen

sich Raum und Zeit so stark, dass bestimmte

Terme in den Gleichungen unendlich

werden, man spricht von einer

„Singularität“. Ob ein solches schwarzes

Loch bloß ein kurioser mathematischer

Extremfall ist oder ob es physikalisch tatsächlich

vorkommen kann, war damals

noch nicht klar. Inzwischen gibt es aber

verschiedene Möglichkeiten, schwarze

Löcher indirekt nachzuweisen, beispielsweise

durch ihre Wirkung auf die Bahnen

sichtbarer Sterne oder durch ihre

Ablenkung von Lichtstrahlen. Es gibt

heute eine lange Liste von Himmelsobjekten,

die man aus guten Gründen für

schwarze Löcher hält.

Gravitationswellen

(praktisch sicher)

Was würde geschehen, wenn Aliens

plötzlich unsere Sonne klauen würden?

Sehen würden wir davon ungefähr acht

Minuten lang nichts, denn so lange

braucht das Licht, um von der Sonne zur

Erde zu gelangen. Aber wie lange würde

es dauern, bis wir spüren könnten, dass

die Gravitation der Sonne nicht mehr auf

uns wirkt?

Isaac Newton war noch der Meinung,

dass sich Änderungen der Gravitation

ohne Zeitverzögerung sofort im ganzen

Universum auswirken müssen. Einstein

sah das anders: Änderungen der Gravitation

erzeugen Gravitationswellen, die

sich genau wie das Licht mit Lichtgeschwindigkeit

ausbreiten. Es dauert also

eine Weile, bis eine Änderung der Gravitation

auf einem weit entfernten Himmelskörper

gemessen werden kann. In

einer Gravitationswelle werden Abstände

gestaucht und gedehnt. Der Raum

selbst schlägt Wellen.

Direkt nachweisen konnte man Gravitationswellen

bis heute nicht, obwohl

man schon lange darüber nachdenkt, wie

eine solche Messung möglich werden

könnte. Grundsätzlich erzeugt jede Bewegung

von Massen Gravitationswellen,

etwa die Bewegung der Erde um die Sonne.

Doch die Gravitationswellen gewöhnlicher

Planeten sind so schwach, dass

praktisch keine Hoffnung besteht, sie zu

messen. Nur sehr seltene, dramatische

Ereignisse rufen starke Gravitationswel-

30. September 2015 • profilwissen 3

45


TITEL A LBERT EINSTEIN

len hervor – etwa der Zusammenstoß

von massereichen schwarzen Löchern

oder eine Supernova. Auch zwei schwere

Neutronensterne, die einander umkreisen,

würden möglicherweise messbare

Gravitationswellen aussenden.

Eine vielversprechende Idee für einen

direkten Nachweis von Gravitationswellen

ist, drei Satelliten in großem Abstand

voneinander in Form eines gleichseitigen

Dreiecks anzuordnen und die Abstände

zwischen den Satelliten mit Lasern

ständig zu messen. Wenn sich die

Abstände zwischen den Satelliten auf

charakteristische Weise verändern, wäre

das ein Hinweis auf Gravitationswellen.

NASA und ESA planten den gemeinsamen

Aufbau eines solchen Gravitationswellendetektors

mit dem Namen LISA,

doch aus Kostengründen zog sich die

NASA aus dem Projekt zurück. Derzeit

wird geprüft, ob die ESA das Projekt in

kleinerem Maßstab umsetzen kann.

Im LIGO-Experiment versucht man,

ähnliche Messungen direkt auf der Erde

durchzuführen. In Livingston, Louisiana,

und in Richland, Washington, wurden

lange Röhren aufgebaut, in denen Laserstrahlen

Gravitationswellen aufspüren

sollen. Damit kann man allerdings nur

Gravitationswellen mit deutlich höherer

Frequenz messen, als sie von LISA gefunden

werden sollen. Die beiden Forschungsprogramme

ergänzen einander

daher.

Aus den Daten eines Gravitationswellendetektors

könnte man sicher viel lernen,

doch die Existenz von Gravitationswellen

wird auch ohne direkten Nachweis

kaum angezweifelt. Eine Reihe

indirekter Nachweismöglichkeiten lässt

Gravitationswellen sehr plausibel erscheinen.

So gibt es beispielsweise Doppelsternsysteme

aus zwei Himmelskörpern,

die einander so schnell umkreisen,

dass sie eine beträchtliche Menge an

Energie in Form von Gravitationswellen

abstrahlen. Dadurch verlangsamt sich die

Umlaufgeschwindigkeit. Diese Verlangsamung

lässt sich messen und stimmt

gut mit den Vorhersagen der Relativitätstheorie

überein.

Wurmlöcher

(sehr unwahrscheinlich)

Wie kommt ein Wurm auf kürzestem Weg

von einer Seite einer Melone zur anderen?

Er frisst sich mitten durch. Ein Käfer,

der nur außen auf der zweidimensionalen

Melonenschale herumwandern kann,

muss einen deutlich weiteren Weg zurücklegen

als der Wurm, der die Abkürzung

über die dritte Dimension nimmt.

Können wir auch in der vierdimensionalen

Raumzeit solche Abkürzungen

nehmen? Kann es sein, dass scheinbar

weit voneinander entfernte Punkte in

Zeit und Raum durch eine Abkürzung

miteinander verbunden sind? Solche

„Wurmlöcher“ sind in der allgemeinen Relativitätstheorie

grundsätzlich erlaubt. Es

gilt aber als äußerst unwahrscheinlich,

dass solche kosmischen Abkürzungen

tatsächlich existieren. Wenn es Wurmlöcher

überhaupt gibt, dann wohl höchstens

in mikroskopischem Maßstab, sodass

allenfalls Elementarteilchen, nicht

aber Menschen oder gar Raumschiffe

durch sie hindurchgelangen können.

Es gibt tatsächlich ernsthafte wissenschaftliche

Literatur über die Frage, ob

man Wurmlöcher künstlich herstellen

und stabil halten könnte, doch die Ergebnisse

sind eher ernüchternd. Man

bräuchte dafür „exotische Materie“ mit

einer negativen Energie. Das ist mathematisch

zwar möglich, doch niemand

kann sagen, wie man eine solche Form

von Materie finden oder herstellen könnte.

Nach dem heutigen Stand der Wissenschaft

sind Wurmlöcher daher vor allem

eine nette Idee für Science-Fiction-Filme.

WARP-ANTRIEB

Vor dem Raumschiff wird der Raum

gestaucht, dahinter gedeht. So könnte

rein theoretisch eine Reise mit

Überlichtgeschwindigkeit möglich sein.

DAS GÖDEL-UNIVERSUM

Diese von Kurt Gödel gefundene Metrik beschreibt

ein äußerst merkwürdiges Universum: Es rotiert

und erlaubt geschlossene zeitartige Kurven, auf

denen man in die eigene Vergangenheit reisen

kann. Mit unserem Universum hat das nichts zu

tun, schön ist es trotzdem.

Warp-Antrieb

(extrem unwahrscheinlich)

Dass Einsteins Relativitätstheorie die

Lichtgeschwindigkeit zur absoluten, unübertreffbaren

Höchstgeschwindigkeit im

Universum erklärt, ist für Science-Fiction-

Autoren ein ziemliches Ärgernis. Man

möchte schließlich Geschichten über außerirdische

Zivilisationen und Raumschiffschlachten

schreiben, aber nicht über eintönige,

jahrzehntelange interplanetarische

Reisen zum benachbarten Sternensystem.

Praktisch wäre eine Möglichkeit, in einer

nach menschlichen Maßstäben überschaubaren

Zeitspanne quer durch eine

Galaxie zu reisen. Eine Idee, die zumindest

einen ernsthaften physikalischen Hintergrund

hat, ist der Warp-Antrieb: Anstatt

ein Raumschiff durchs All zu transportieren,

werden Raum und Zeit selbst verändert.

Vor dem Raumschiff wird die Raumzeit

gestaucht, dahinter lässt man sie expandieren,

und dazwischen befände sich

das Raumschiff in einer „Warp-Blase“. Veränderungen

von Raum und Zeit dürfen

nämlich nach der Relativitätstheorie beliebig

schnell ablaufen, nur Bewegungen

durch den Raum können nicht schneller

sein als das Licht. Das Raumschiff in der

Warp-Blase bewegt sich aber nicht wirklich,

es wird mitsamt seiner Warp-Blase

durch Raum und Zeit gequetscht.

46 profilwissen 3 • 30. September 2015


GETTY IMAGES

Ein ausgegorenes Konzept für einen

realistischen Warp-Antrieb gibt es freilich

nicht. Ähnlich wie die Wurmlöcher

würde auch ein Warp-Antrieb „exotische

Materie“ mit negativer Energiedichte benötigen

– und auch dann wäre nicht klar,

ob eine Warp-Blase stabil wäre und zu

Reisen benutzt werden könnte.

Das Gödel-Universum

(rein hypothetisch)

Der große Mathematiker und Logiker

Kurt Gödel war ein guter Freund Einsteins.

Beide arbeiteten an der Universität

Princeton. Einstein soll sogar behauptet

haben, er käme nur noch ans Institut,

um mit Gödel nach Hause gehen zu dürfen.

Gödel galt als schrullig, aber genial.

1949 fand er eine sehr merkwürdige Lösung

der Einstein’schen Feldgleichungen:

Er stellte fest, dass die Relativitätstheorie

ein rotierendes Universum erlaubt, in

dem Zeitreisen möglich sind.

In einem Universum, wie Gödel es beschrieb,

lässt sich die Zukunft nicht von

GÖDEL UND EINSTEIN

Einstein war zweifellos

geselliger als der notorisch

schrullige Gödel. Trotzdem

verstanden sich die beiden

prächtig.

der Vergangenheit unterscheiden. Es gibt

dort sogenannte „geschlossene zeitartige

Kurven“ – Bahnen, auf denen man

sich durch Raum und Zeit bewegt, um

dann in der eigenen Vergangenheit anzukommen,

sodass dieselbe Reise wieder

von vorne beginnt. Wenn man sich auf

einer solchen Zeitschleife befindet, kann

man nicht sagen, ob ein bestimmtes Ereignis

in der Vergangenheit oder in der

Zukunft stattfindet. Beides ist wahr.

Niemand glaubt tatsächlich, dass wir

in einem solchen Gödel-Universum leben.

Es ist bloß eine mathematische

Möglichkeit. Aber es ist ein gutes Beispiel

dafür, wie verrückt und kontraintuitiv

die Physik manchmal sein kann. Science-Fiction-Autoren

müssen sich schon

ordentlich anstrengen, um ähnlich kreative

Ideen hervorzubringen.

Raumenergie

und die Kosmolo gische

Konstante

(vorhanden, aber mysteriös)

Wenn alle Massen im Universum einander

gegenseitig anziehen, sollte das Universum

dann nicht kollabieren, bis sich

alle Sterne und Planeten zu einem einzigen

kosmischen Knödel vereint haben?

Oder vielleicht streben alle Himmelskörper

auseinander, wie Bruchstücke nach

einer Explosion, sodass sie der Kraft der

Gravitation entkommen? Beide Gedanken

gefielen Einstein nicht, denn zu seiner

Zeit galt das Universum als statisch

und ewig gleichbleibend. Ein solches

Universum erlaubten die Gleichungen

der Relativitätstheorie allerdings nicht.

Einstein führte daher noch eine zusätzliche

Größe in seinen Gleichungen ein –

die kosmologische Konstante. Sie kann

die Gravitationskräfte im Universum ausbalancieren,

sodass ein statisches Weltall

möglich wird.

Bald darauf erkannte der Astronom

Edwin Hubble jedoch, dass unser Universum

keineswegs statisch ist, sondern

sich unablässig ausdehnt. Damit schien

die kosmologische Konstante nutzlos geworden

zu sein. Einstein bezeichnete sie

als „größte Eselei seines Lebens“.

Heute sieht es so aus, als hätte Einstein

doch recht gehabt. Die kosmologische

Konstante lässt sich als Energiedichte

des Vakuums interpretieren. Die Vorstellung,

dass selbst das Vakuum, der

völlig leere Raum, Energie haben könnte,

mag seltsam klingen, doch die Idee solcher

„Vakuumenergien“ kennt man auch

aus der Quantenphysik. Wenn man allerdings

versucht, aus der Quantentheorie

einen Wert für die kosmologische Konstante

herzuleiten, dann erhält man ein

Ergebnis, das zu den astronomischen Beobachtungen

ganz und gar nicht passt.

Wie man den Wert der Kosmologischen

Konstante ausrechnen kann und wie sie

sich insgesamt in das Gebäude der Physik

einfügt, ist völlig unklar. Messungen

aus dem Jahr 1998 zeigen allerdings, dass

sich das Universum immer schneller

ausdehnt und es auf jeden Fall einen

Mechanismus im Universum gibt, der

einer positiven Kosmologischen Konstante

entspricht.


30. September 2015 • profilwissen 3

47


TITEL A LBERT EINSTEIN

Ewige Wahrheit

Reinhard Breuer über die Allgemeine

Relativitätstheorie, die einen vielleicht

einzigartigen Geniestreich in der Geschichte

der Wissenschaft darstellt.

Manche Geniestreiche faszinieren für eine Saison,

andere ergreifen Menschen für einige Jahre.

Aber gleich für ein ganzes Jahrhundert? Das ist

so selten und herausragend, dass es schon kulturell eine

Sonderbetrachtung wert wäre. Als Albert Einstein im

Herbst 1915 seine Theorie der Gravitation vorstellte, war

das Aufsehen unter Kollegen sogleich groß. Auch nach

100 Jahren wird sie von Physikern und Astronomen weiterhin

nach Strich und Faden getestet – und hat allen

Überprüfungen standgehalten.

Schon bald nach der Veröffentlichung wurden auch

die Medien auf das Ereignis aufmerksam. Schnell verbreitete

sich die Meinung, dass höchstens drei Menschen auf

der Welt diese neue Theorie verstünden.

Als dies dem britischen Theoretiker Sir Arthur Eddington

vorgehalten wurde, soll er geantwortet haben: „Kann

schon sein, aber wer sind die anderen zwei?“ Das war sicher

kokett, denn es gab durchaus hochkarätige Forscher,

denen sowohl die Mathematik als auch die Tragweite von

Einsteins komplizierten „Feldgleichungen“ sofort klar war.

Es sind dies zehn Gleichungen für zehn Komponenten

des Schwerefeldes, die auf raffinierte Weise miteinander

„nichtlinear“ verkoppelt sind. Exakte Lösungen sind deshalb

nur in Ausnahmefällen zu ermitteln, eine harte Nuss

für Mathematiker.

Die revolutionäre Idee Einsteins war es, die Gravitation

als Krümmung von Raum und Zeit zu begreifen.

Schwerkraft als Geometrie einer Landschaft: Die Objekte

bewegen sich wie Murmeln in einer hügeligen Fläche, deren

Täler die Orte der Anziehung markieren: Die Geometrie

sagt der Materie, wie sie sich bewegen soll, und die Materie

diktiert der Geometrie, wie sie sich zu krümmen hat.

Damit stellte Albert Einstein den bis dahin üblichen

Kraftbegriff von Isaac Newton auf den Kopf. Dessen legendärer

Apfel wird beim „freien Fall“ durch die Schwerkraft

der Erde vom Baum zu Boden gezerrt. In Einsteins

Deutung bewegt sich der Apfel kräftefrei vom Ast zu Boden.

Erst nach der Landung des Apfels im Gras beginnt

das Drama: Die starre Erdoberfläche hindert den Apfel

am kräftefreien Weiterfallen – und verleiht ihm so sein

Gewicht. Doch der Revolutionär Einstein behielt auch

ein konservatives Element: Newtons Gravitationsgesetz.

Dieses war durch die neue Theorie nicht gänzlich ausgehebelt,

sondern nur für bestimmte Bereiche verallgemeinert.

Für schwache Gravitationsfelder und kleine Geschwindigkeiten

konnte Einstein die Vorgängertheorie

von 1666 elegant wieder rekonstruieren.

Bei der Suche nach exakten Lösungen reagierte der

Astronom Karl Schwarzschild als Allererster. Als Soldat

im Russlandfeldzug des Ersten Weltkrieges und noch im

Krankenhaus bis kurz vor seinem Tod im Mai 1916 berechnete

der Direktor des Astrophysikalischen Observatoriums

in Potsdam das Schwerefeld einer statischen Kugel.

Es war dies die erste exakte Lösung der neuen Theorie.

Deren fundamentale Bedeutung für die Schwarzen

Löcher, zumal der darin enthaltene „Schwarzschild-Radius“,

sollte sich erst Jahrzehnte später herausstellen.

Bei Analyse der komplizierten Theorie hatte Schwarzschild

damit im Januar 1916 sogar den Erfinder Einstein

selbst überholt – gerade zwei Monate nach der Veröffentlichung.

Aber Einstein gelang bald darauf noch ein weiterer

Paukenschlag. Eine Konsequenz seiner Theorie sei,

schrieb er 1916, dass es Gravitationswellen geben müsse,

die sich – genau wie elektromagnetische Wellen – mit

Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Gravitationswellen seien

winzige Schwingungen der gekrümmten Raumzeit.

Beobachtungen seien aber wohl aussichtslos, die Effekte

einfach zu schwach.

Zwei konkrete Vorhersagen hatte Einstein 1916 als Tests

seiner Theorie abgeleitet: die Ablenkung des Sternenlichts

an der Sonne sowie die Periheldrehung des Planeten

Merkur. Der erste Effekt belegt, dass Schwerefelder

wie eine Linse wirken können: Der Gravitationslinseneffekt

zählt heute zu den wichtigsten astronomischen

Methoden, um die unsichtbare Dunkle Materie im All

aufzuspüren. Der einfachste Test war seinerzeit die Lichtablenkung

an der Sonne. 1919 organisierte Sir Arthur

Eddington eine Expedition zu einer Sonnenfinsternis

nach Principe, einer Insel vor der Westküste Afrikas,

sowie nach Sobral in Brasilien. Nach seiner Rückkehr

verkündete der Forscher im November 1919, die Lichtablenkung

sei exakt wie von der Relativitätstheorie vorhergesagt

beobachtet worden. Ein Triumph für die

junge Theorie und für Einstein, die Medien überschlugen

sich. Erst viel später kam heraus, dass das Wetter vor

Ort schlecht und die gemessenen Daten keineswegs

so eindeutig gewesen waren wie behauptet. Doch da gab

es bereits neuere Tests – und Einstein war längst eine

Legende.

Die Perihelverschiebung des Merkur besagt, dass der

innerste Planet sich nicht entlang einer raumfesten Ellipse

um die Sonne bewegt, sondern entlang einer feingefächerten

Rosette. Es ist dies ein winziger Effekt, der

schon gemäß Newtons Theorie auftritt: Alle 225.000 Jahre

beziehungsweise alle 930.000 Umläufe vollendet die

Rosettenbahn einen 360-Grad-Umlauf. Doch Newton erklärte

stets nur einen Teil der Beobachtungen. Mysteriös

blieb ein Überschuss von 43 Bogensekunden – pro Jahrhundert!

Einsteins Relativitätstheorie erklärte diese Diskrepanz

jedoch ziemlich genau.

48 profilwissen 3 • 30. September 2015


Kosmologie stand gleichfalls auf der Agenda. Einstein

suchte mit seiner Theorie nach einem kosmologischen Modell,

das – entsprechend dem Weltbild seiner Zeit – so einfach

wie möglich, mit gleichmäßig verteilter Materie, aber

vor allem statisch sein sollte. Etwas anderes als ein unveränderliches,

ja ewiges Weltall war gar nicht vorstellbar. Dazu

führte er – neben der Gravitationskonstante G – 1917 eine

weitere Konstante namens „Lambda“ ein, die er kosmologische

Konstante nannte. Doch 1922 und 1924 fand in Sankt

Petersburg der russische Physiker Alexander Friedmann

kosmologische Lösungen, die bis heute unser Bild vom

Weltall prägen: offene und geschlossene Modelluniversen,

die aber expandierten – ein herber Bruch mit der Tradition.

Friedmann verzichtete dabei auf jede kosmologische

Konstante. Das Universum dehnt sich demnach also aus.

Die erste Publikation muss Einstein überrascht und

misstrauisch gestimmt haben. „Verdächtig“ sei Friedmanns

Resultat, unverträglich mit seinen „Feldgleichungen“.

Doch bald bemerkte Einstein seinen Irrtum: „Mein

Einwand beruhte“, korrigierte er sich öffentlich in einer

Notiz, „auf einem Rechenfehler. Ich halte Herrn Friedmanns

Resultate für richtig und aufklärend.“ Friedmanns

Modelle sind bis heute Kern des aktuellen kosmologischen

Standardmodells.

Als 1929 dann Edwin Hubble die „Flucht“ der Galaxien

entdeckte, ein durch die kosmische Expansion verursachter

Effekt, bildeten diese Modelle die Referenz – und

schließlich auch die Grundlagen für die Theorie des Urknalls.

Nach dieser Vorstellung ging die Welt einst aus einem

extrem heißen und dichten Anfangszustand hervor.

Die aktuellen Messungen besagen, dass dies just vor 13,7

Milliarden Jahren geschah.

Auch wenn Albert Einstein seine Zusatzkonstante bald

wieder verwarf, lässt sich aus heutiger Sicht konstatieren:

Zum einen gehören nach mathematischer Bauart

zur Relativitätstheorie eben zwei Konstanten (G und Lambda),

und nicht nur eine (G). Zum anderen feiert Lambda

längst eine Art Comeback, seit Astronomen beobachten,

dass sich das Universum derzeit beschleunigt. Diese

kosmische Wiederbeschleunigung, die unter dem Begriff

„Dunkle Energie“ läuft, könnte in der Energie des leeren

Raums begründet sein, für welche die kosmologische

Konstante ebenso steht. Auch dieses Thema ist aktuelle

Forschung und eines der größten Rätsel der Kosmologie.

Es sollte eine Weile dauern, bis Astronomen Karl

Schwarzschilds exakte Lösung in ihrer ganzen Tragweite

verstanden. In den 1930er-Jahren begannen sie darüber

nachzudenken, was mit schweren Sternen am Ende

ihrer Lebensdauer passierte. Im Jahr 1939 war es J. Robert

Oppenheimer, amerikanischer Physiker und wenig

später Manager des Manhattan-Projekts zum Bau der

amerikanischen Atombombe, der mit seinem Studenten

Hartland Snyder berechnete, dass ab einer bestimmten

Masse ausgebrannte Sterne unaufhaltsam in sich zusammenstürzten

sollten – ein erster theoretischer Hinweis

auf kompakte Objekte im All.

Erst in den 1960er-Jahren prägte der Princeton-Physiker

John Wheeler dafür den Begriff „Schwarzes Loch“.

Als etwa ein Jahrzehnt später das erste derartige Gebilde

als Teil eines Doppelsterns entdeckt wurde (Cygnus X-1)

und wenig später das große Schwarze Loch im Zentrum

unserer Milchstraße – da gerieten diese exotischen Objekte

ins Zentrum der Astrophysik. Heute sind sie beinahe

Forscheralltag. Wie merkwürdig sie gleichwohl sind,

hatte aber schon Oppenheimer verstanden: „Der Stern

schließt sich von jeder Kommunikation mit fernen Beobachtern

ab, nur sein Gravitationsfeld bleibt übrig.“

„Das sind die größten Leistungen der Allgemeinen Relativitätstheorie“,

kommentiert Gerhard Börner vom

Max-Planck-Institut für Astrophysik, „die kosmologischen

Modelle, Schwarze Löcher und Gravitationswellen – alles

Dinge, die in der Newton’schen Theorie nicht vorkommen.“

Der Münchner Astrophysiker gerät ins Schwärmen:

Viele moderne Tests seien in den letzten Jahrzehnten aufgekommen,

etwa mit Satelliten im Sonnensystem oder

mit Doppelpulsaren in der Milchstraße. Die Allgemeine

Relativitätstheorie (ART) habe alle Widerlegungsversuche

bravourös überstanden. Immer wenn man an der

Theorie etwas abändere, kommt heraus, dass nur der Einstein-Wert

gilt plus eine winzige obere Grenze für eine

mögliche Abweichung. „Doch niemals gab es einen Hinweis,

dass da wirklich etwas Neues sein könnte. Das ist

ganz toll, eigentlich unglaublich.“

Gibt es Grenzen für diese Erfolgsstory? Natürlich: Sie

liegen im Wesen jeder „klassischen“ Theorie, die also

nicht den Gesetzen der Quantenphysik genügt. „Jede klassische

Beschreibung der Natur ist irgendwo am Ende,

auch die ART“, sagt Börner. Das zeigte sich bereits deutlich

in den 1960er-Jahren, als es den britischen Theoretikern

Stephen Hawking und Roger Penrose gelang, die

Grenzen der ART mathematisch zu beweisen. Unweigerlich

würden, so errechneten sie, sogenannte Singularitäten

auftreten, vor allem im Urknall oder im Zentrum von

Schwarzen Löchern.

Wo Druck, Dichte und Temperaturen rein mathematisch

über alle Grenzen schier ins Unendliche schießen,

muss die Physik passen. Denn die kennt schließlich nur

endliche Zustände. Unendliches ist ihr zur Beschreibung

der Wirklichkeit ein Gräuel. Der Münchner Theoretiker

Gerhard Börner sieht das positiv: „Es ist doch großartig,

dass hier eine klassische Theorie die Grenzen ihrer eigenen

Gültigkeit beschreibt. Das ist sehr ungewöhnlich.“

Doch eine Erweiterung der ART zu einer Theorie der

„Quantengravitation“ ist nicht wirklich in Sicht. Allenfalls

Ansätze gibt es, trotz erheblicher Anstrengungen seit vielen

Jahrzehnten. „Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie

ist schon eine ziemlich raffinierte Konstruktion, wenn

sie sich einer Quantenformulierung so widersetzt.“

Eines ist jedenfalls sicher: Einstein hat den Forschern

mit seiner Theorie genügend Arbeit auch für ein weiteres

Jahrhundert hinterlassen.


REINHARD BREUER

ist studierter Astrophysiker und Wissenschaftsjournalist.

Er forschte unter anderem am

Max-Planck-Institut für Astrophysik in München.

Zwölf Jahre war er Chefredakteur von

„Spektrum der Wissenschaft“.

30. September 2015 • profilwissen 3

49


KURZERHAND

REDAKTION: ULRIKE MOSER

WWW.SPLASHNEWS.COM/CORBIS; SCIENCE PHOTO LIBRARY/PICTUREDESK.COM; MICHAEL MUNICH/WIKIMEDIA COMMONS

SARAH MCCAFFREY, MUSEUM VICTORIA ; BRYAN LESSARD/REX FEATURES/PICTUREDESK.COM; SPLASH/ELLEN MILLER/SPLASH NEWS/CORBIS

GIB MIR

TIERNAMEN!

Etwa zwei Millionen Tier- und Pflanzenarten weltweit

sind beschrieben. Die Zahl der noch unbekannten

Lebewesen ist aber wohl um ein Vielfaches

größer. Zu ihren Namen kommen die neuen

Arten meist über ein simples System: Man benutzt

eine lateinisierte Variante des Fundorts, optischer

Merkmale oder des Namens des Entdeckers. Mitunter

stecken aber auch ganz andere Geschichten

hinter der Benennung.

Hyloscirtus princecharlesi:

der Froschkönig

Prinz Charles stand Pate für den Hyloscirtus

princecharlesi. 2012 wurde der sieben Zentimeter

kleine schwarze Frosch mit den orangen

Punkten im Regenwald Ecuadors entdeckt

und nach dem britischen Thronfolger

benannt, der sich bereits seit Jahren für die

Erhaltung des Lebensraumes bedrohter Amphibien

im Regenwald einsetzt.

Denhama aussa:

Dialektbestimmung

Dem österreichischen Zoologen Franz Werner

entfuhr 1912 ein Freudenschrei, als er

endlich die im Süden und Westen Australiens

beheimatete Stabheuschrecke bestimmt

hatte. „Den hamma aussa“, rief er begeistert,

und genau so wurde das Insekt auch benannt:

Denhama aussa. Allerdings könnte

auch der Fundort eine Rolle gespielt haben:

das Städtchen Denham in Westaustralien.

50 profilwissen 3 • 30. September 2015


Agathidium

bushi: die Rache

der Forscher

Wenig schmeichelhaft ist die

Benennung der Schwammkugelkäfer

nach dem amerikanischen

Ex-Präsidenten George

W. Bush, seinem Vizepräsidenten

und Verteidigungsminister.

Agathidium bushi, A. cheneyi

und A. rumsfeldi leben in den

USA, finden sich in verrottendem

Holz und ernähren sich

von Schleimpilzen und Bakterien.

Beschrieben wurden sie

von den britischen Forschern

Quentin Wheeler und Kelly

Miller. Sie beteuerten, die Namen

wären eine Auszeich-

nung, gemunkelt wird allerdings,

dass es sich dabei um

eine kleine Rache für verschlechterte

Forschungsbedingungen

handeln soll.

Anophthalmus

hitleri:

brauner Räuber

Der Höhlenkäfer Anophthalmus

hitleri ist braun, klein

und lebt räuberisch. Der zur

Gruppe der Laufkäfer gehörende

A. hitleri ist aufgrund

seines Namens bei Sammlern

einschlägiger Devotionalien

äußerst beliebt, viele

Museen weigern sich allerdings,

den fünf Millimeter

kleinen Krabbler auszustellen.

Der in Slowenien heimische

Käfer steht kurz vor der

Ausrottung, auch weil er

trotz Verbots gefangen wird.

Scaptia beyonceae:

das Fliegengewicht

Scaptia beyonceae misst zwar gerade

einmal neun Millimeter, ist aber mit einem

ähnlich ausladendem Hinterteil

bestückt wie die Sängerin Beyonce

Knowles. Kein Wunder, dass der australische

Insektenforscher Bryan Lessard

das Insekt nach Beyonce benannte – ist

er doch auch ein glühender Fan. Weitere

Gemeinsamkeiten: Die Diva hüllt

sich mit Vorliebe in funkelnde Bühnenoutfits,

und auch die Fliege verfügt

über eine glänzende Kehrseite.

Jaggermeryx naida:

dicke Lippe

Rolling-Stones-Sänger Mick Jagger ist

nicht nur für seine Musik, sondern auch

für seinen Schmollmund bekannt. Für

die Anthropologin Ellen Miller von der

US-Universität Wake Forest Grund ge-

nug, den 19 Millionen Jahre alten Fund

einer afrikanischen Wassernymphe

nach dem Star zu

benennen. Bei Jaggermeryx

naida handelt es

sich um eine Mischung aus

Wildschwein und Flusspferd,

das aufgrund seiner

Kieferknochenausprägung

über besonders sinnliche

Lippen verfügte. Die Diskussion

des Forscherteams

über den passenden

Namen entschied

Jagger allerdings nur

knapp für sich. Angelina

Jolie war als Namensgeberin

ebenfalls im Gespräch.

30. September 2015 • profilwissen 3

51


W

KURZERHAND

Wozu denn das?

Jedes Jahr werden Tausende wissenschaftliche Studien in Fachzeitschriften publiziert.

Viele davon bringen die Forschung tatsächlich weiter,

bei anderen zweifelt man ein wenig am Ausmaß des Erkenntnisgewinns.

FABIO PETRONI/CORBIS

THE WASHINGTON POST

PEO QUICK/MATTON COLLECTION/CORBIS

CORBIS

Waschen hilft

Die Mediziner Ellen Kleist aus Grönland und Harald Moi aus Oslo forschten

über die „Übertragung von Gonhorrhoe durch Gummipuppen“. Auslöser

dafür war die Infektion eines Schiffskapitäns, der sich während

seines Aufenthalts auf See mit der Geschlechtskrankheit angesteckt hatte.

Auf dem Schiff kam es allerdings zu keinem sexuellen Kontakt mit

anderen Besatzungsmitgliedern. Wie sich herausstellte, hatte er sich die

Krankheit beim Verkehr mit der Gummipuppe eines infizierten Besatzungskollegen

zugezogen, der die Puppe nicht gereinigt hatte. Fazit der

Studie: immer gründlich waschen.

Warum Schwangere nicht umkippen

Das ungewohnte Gewicht eines Schwangerschaftsbauches kann Anlass

für Studien sein. Denn eigentlich müsste der schwere Bauch ein nach

vorne gerichtetes Drehmoment erzeugen, was wiederum zum Kippen

führen würde. Doch Überraschung: Hochschwangere können dennoch

die Balance halten. Grund dafür ist die besonders kurvenförmig ausgeprägte

Wirbelsäule im unteren Rücken, die dies ausgleicht. Das berechneten

die US-Physiker Katherine K. Whitcome, Daniel E. Lieberman und

Liza J. Shapiro.

Schwertschlucker haben Halsweh

Für eine Untersuchung des Berufsverbandes Sword Swallowers Association

International (SSAI), die im „British Medical Journal“ veröffentlicht

wurde, kamen die Studienleiter Brian Witcomb und Dan Mey zum

Schluss, dass berufsmäßige Schwertschlucker regelmäßig unter Halsweh

litten. Das hatten 19 der 48 Befragten aus 16 Ländern angegeben.

Größtes Verletzungsrisiko birgt übrigens ein trockener Hals bei Nervosität.

Voll oder leer?

Den Ig-Nobelpreis in der Kategorie „Frieden“ erhielten Stephan Bollinger,

Steffen Ross, Lars Oesterhelweg, Michael Thali und Beat Kneubuehl

für ihre experimentelle Untersuchung, die nachweisen sollte, ob es besser

ist, eine volle oder leere Bierflasche auf den Kopf geschlagen zu bekommen.

Wertvoller Hinweis für die nächste Schlägerei: ein Schädeltrauma

bekommt man von beiden. Voll ist aber besser, denn die Flasche

bricht leichter.

52 profilwissen 3 • 30. September 2015


Totengedenken

70 Millionen Tote forderte der Zweite Weltkrieg. Zu hoch und zu unbegreiflich

ist die schiere Zahl an Kriegsopfern. Der amerikanische Filmemacher

Neill Halloran versuchte dennoch, das Ausmaß der Verheerung begreifbar zu

machen, und schuf eine beeindruckende 18 Minuten lange interaktive Datenvisualisierung.

Diese zeigt, welches Land wie viele Opfer zu beklagen hatte

und wie viele Menschen im Zweiten Weltkrieg verglichen mit anderen Kriegen

und Konflikten ihr Leben lassen mussten. Ein Männchen symbolisiert dabei

1000 Zivilisten und Soldaten. Minutenlang stapeln sich die Figuren wie in

einem Massengrab übereinander, ergeben Säulen, die bald darauf von weiteren

Säulen übertrumpft werden, und bilden damit auf neilhalloran.com eindrücklich

die Grauen des Krieges ab. Hier einige der erschreckenden Ziffern:

Getötete Soldaten wurden im Schnitt nur 23 Jahre alt. Ein visualisierter

Soldat steht für 1000 Gefallene und mehr als 1000 Verwundete.

In Polen starben mehr als 200.000 Soldaten, während es auf Seiten der

Deutschen bei der Invasion Polens 16.000 waren.

Rund sechs Millionen Juden starben durch den Holocaust. Je nach

Schätzung wurden zwischen 130.000 und 500.000 Roma und Sinti getötet.

250.000 Behinderte, Homosexuelle und überzeugte Katholiken mussten

ihr Leben lassen.

In nur sechs Jahren forderte kein Krieg mehr Opfer als der Zweite Weltkrieg.

Das macht das 20. Jahrhundert zu einem der kriegerischsten seit dem

Zerfall des römischen Reiches.

Forscher-

Rendezvous

Speed Dating, die Bekanntschaft

mit möglichst vielen

potenziellen Partnern an einem

Abend, hat zuletzt aufgrund vieler

Single-Plattformen im Netz an

Attraktivität eingebüßt. Doch nun

entdeckt die Wissenschaft das

schnelle Abchecken für sich.

Auch dabei sollen sich Pärchen

finden – allerdings aus Wirtschaft

und Wissenschaft, um miteinander

Projekte auszuhecken. In Graz

findet am 29. September der

„Partnering Day“ des Wissenstransferzentrums

Süd statt – eines

Zusammenschlusses der fünf steirischen

Universitäten und der Alpe-Adria-Universität

Klagenfurt.

Dabei können Forscher aus unterschiedlichen

Disziplinen ihre

Innovationen technologieaffinen

Unternehmen vorstellen, während

diese über ihren Bedarf sprechen

können. www.b2match.eu/

partneringday2015

TGM

Energie!

Eine Ladestation für Elektro-Fahrräder

entwickelten fünf Schüler der Wiener

HTL gemeinsam mit dem niederösterreichischen

Steuerungsunternehmen

Kostad. Ein Gespräch mit Firmenchef

Günter Köstenberger während eines Ferialpraktikums

brachte sie

auf die Idee, die noch während

der Sommerferien vergangenes

Jahr zum Maturaprojekt

reifte. Ein Jahr lang

arbeiteten Paul Bruner, Anniko

Hammerl, Oliver Kremnitzer,

Gabor Princz und Lukas

Reinwald an ihrem Projekt.

Das Besondere daran:

Im Gegensatz zu herkömmlichen

Ladestationen bezieht

das „Solar Schwammerl“, wie

es aufgrund seiner Form genannt

wird, 70 Prozent seiner

Energie aus Sonnenenergie.

Möglich machen

das sechs Solarpaneele auf

dem Dach der Ladestation.

Eine Batterie im Inneren

SOLARSCHWAMMERL

Schüler entwickelten eine

E-Bike-Ladestation.

sorgt für die Speicherung der Energie.

Zusätzlich gibt es auch Anschluss ans

Stromnetz, sodass jederzeit bis zu sechs

Fahrräder gleichzeitig aufgeladen werden

können. „Eine besondere Herausforderung

war es, Funktionalität und Design

zu vereinen“, sagt Projektbetreuer

Walter Lang.

Geplant waren ursprünglich

runde Paneele, aus

ökonomischen Gründen

kamen allerdings doch

rechteckige zum Zug. Diese

lassen sich – etwa bei Wartungsarbeiten

– schnell

montieren oder demontieren

und wie ein Schirm falten.

Während die Schüler

das Steuerungssystem entwickelten,

steuert Kostad

die Software bei. Kommendes

Jahr soll das erste Solar-Schwammerl

in einer

niederösterreichischen Gemeinde

zur Energiequelle

werden.

30. September 2015 • profilwissen 3

53


KURZERHAND

Hitzewellen

Der heurige Juli gilt im Hinblick auf die hohen

Temperaturen als ziemlich rekordverdächtig

– und war angeblich doch nur ein Vorbote

der Klimaveränderungen bis zum Ende des

Jahrhunderts. Wissenschafter der US-Raumfahrtbehörde

NASA werteten die Daten von 21

Klimamodellen aus, um eine Prognose bis zum

Ende des 21. Jahrhunderts erstellen zu können.

Am deutlichsten steigen demnach die Temperaturen

auf der Nordhalbkugel. Schneebedeckte

Regionen in Amerika, etwa die Rocky Mountains,

sind als Erste betroffen. Die Schneeschmelze

führt dazu, dass der Kühleffekt für die

ganze Region verlorengeht. In Österreich macht

sich das bereits seit Jahren mit dem Rückgang

der Gletscher bemerkbar.

Auch in der Arktis wird es wärmer, das Eis

taut und erwärmt das Meerwasser. Das führt

wiederum zum Schmelzen der Eisberge. Im Pazifischen

Ozean dehnen sich warme Zonen von

Südamerika bis Indonesien weiter aus und sorgen

für größere Niederschlagsmengen. Mit drastischen

Folgen: Die indischen Monsunregen verschlimmern

sich dem Prognosemodell zufolge,

und auch für die Sahara und Ostafrika werden

doppelt so hohe Regenmengen wie bisher erwartet.

Im Mittelmeerraum nimmt hingegen die

Dürre zu. Hier dürfte es um 40 Prozent weniger

als bisher regnen.

WETTERKAPRIOLEN

Im Jahr 2099 wird es auf der Nordhalbkugel noch heißer

max. Lufttemperatur

21. Juni 2014

Schöner stucken

Demnächst startet das Uni-Semester, und Tausende Studenten

strömen an die Hochschulen. Wo es sich besonders schön

studieren lässt, haben Jean Serroy und Guillaume de Laubier

fotografisch in ihrem Buch „Die schönsten Universitäten der

Welt“ festgehalten. (bei Knesebeck, 49,95 Euro,

Erscheinungstermin 12. Oktober).

Die Älteste

Bereits im Jahr 1088 wurde die damals

auf Römisches Recht spezialisierte Universität

im italienischen Bologna gegründet.

1158 erhielt sie von Kaiser Friedrich

I. Barbarossa das Scholarenprivileg

und erweiterte die Lehrgebiete sukzessive.

Rhetorik, Mathematik, Anatomie und

Physik konnten ebenso studiert werden wie Orientalische Sprachen

und Philosophie. Bologna rühmt sich mit der Biologin Laura Bassi

auch der ersten weiblichen Lehrenden. Seit dem 16. Jahrhundert residiert

die Universität in den prächtigen Räumlichkeiten des Palazzo

Poggi. Heute studieren mehr als 100.000 Studenten in der oberitalienischen

Stadt.

Ewige Rivalität

In England liefern sich die prestigeträchtigen

Universitäten Cambridge und

Oxford nicht nur beim Ruderwettbewerb

über die Themse ein jährliches Duell.

Oxford war die erste Uni des Landes.

Cambridge wurde im 13. Jahrhundert

gegründet, als Hochschullehrer nach Auseinandersetzungen

Oxford verließen. Heute umfasst die Hochschule

Cambridge 31 Colleges – selbstverwaltete Wohn- und Lernorte und

Refektorien, wo Lehrende und Studierende gemeinsam essen. Prächtige

Fassaden, englischer Rasen, ein markanter Uhrturm und schlanke

Treppentürme sind Musterbeispiele englischer Spätgotik.

21. Juni 2099

max. Lufttemperatur

NASA (2)

Tradition und Moderne

Noch recht jung ist die Amerikanische

Universität in Beirut im Libanon. Sie

wurde 1886 vom amerikanischen Missionar

Daniel Bliss auf einem Hügel am

Meer gegründet und befindet sich im

quirligen Stadtviertel Hamra. Das Hauptgebäude,

das durch ein Attentat 1991 teilweise

zerstört wurde, gemahnt an den Kolonialstil. Mit seinen schlanken

Spitzbögen wurde auch dem arabischen Baustil Rechnung getragen.

Zahlreiche Neubauten, etwa von Architektin Zaha Hadid, sind

seitdem dazugekommen. Während sie auf gewagte Geometrie setzt,

wählten andere Architekten für die Suliman S. Olayan School of Business

filigrane Elemente und zitieren die libanesische Bautradition.

GUILLAUME DE LAUBIER/KNESEBECK VERLAG (3)

54 profilwissen 3 • 30. September 2015


FLORIAN AIGNER SIMPSON/REX FEATURES/PICTUREDESK.COM

KREATIVSTES GEMÄLDE

Edvard Munchs „Der Schrei“

ist besonders innovativ.

Im Auge des

Betrachters

War der Surrealist Salvador Dalí kreativer oder

doch der Renaissancekünstler Leonardo da

Vinci? Wie innovativ waren die Bilder Albrecht Dürers?

Und war Roy Lichtenstein oder Andy Warhol

der Wegbereiter der Pop-Art? Fragen, über die sich

Kunsthistoriker trefflich streiten können. Die Computerwissenschafter

Babak Saleh und Ahmed Elgammal

von der Rutgers University in New Jersey

entwickelten einen Algorithmus, der die kreativsten

Köpfe der Malerei objektiv bestimmen soll.

Dafür wurden 62.000 Malereien der bildenden

Kunst gescannt, ihr visueller Inhalt vom Programm

analysiert, eingeordnet, und es wurde eine Merkmalliste

für jedes Gemälde erstellt. Am Rechner entstanden

Verbindungen zwischen ähnlichen Bildern

aus früheren und späteren Epochen. Das erlaubte es

dem Algorithmus, jene stilbildenden Elemente wie

Farbe und Struktur, aber auch Gehbewegungen

oder die Darstellung einfacher Objekte herauszufiltern,

die sich nachträglich als wegweisend erwiesen.

Als eines der kreativsten Gemälde entpuppte sich

„Der Schrei“ vom norwegischen Maler Edvard

Munch. Dalí wiederum schlägt Monet, Dürer schneidet

nicht besonders ab und Lichtenstein hat gegenüber

Warhol die Nase vorn.

Aigners Quantenwelt

Florian Aigner ist Quantenphysiker an der Technischen

Universität Wien, Wissenschaftspublizist – und

Zeichner mit einer Vorliebe für Szenen, die mit leicht

ironischer Sympathie den Alltag des Forschers aufs

Korn nehmen. Natürlich handelt es sich gerne um

Anspielungen von Experten für Experten. Um dem

Genre treu zu bleiben, drucken wir den englischen

Originaltext. Weitere Cartoons: quantumtomato.com

E-MAIL VOM ENDE DER WELT

Angela Stöger-Horwath und

Anton Baotic, Kognitionsbiologen von

der Universität Wien, erforschen im Rahmen

eines FWF-Projekts im südafrikanischen

Addo Elephant National Park die Lautkommunikation

von Elefanten.

ir spüren Elefantenbullen auf und studieren,

„Wwelche phänotypischen Informationen Elefanten

mit ihrer Stimme weitergeben. Über die Kommunikation

der Tiere weiß man bislang noch sehr

wenig. Wir wollen herausfinden, welche Funktion

einzelne Laute haben und welche Informationen

diese transportieren. So lassen sich aus den Ultraschalllauten

der Tiere auch Hinweise über die Größe,

das Alter, die Individualität und den hormonellen

Zustand der Dickhäuter herauslesen. Mittels eines

überdimensionalen Lautsprechers, der auf der Ladefläche

eines Geländewagens befestigt ist, werden die

Bullen mit Weibchenlauten beschallt. Dank eines

speziell für diese Forschungszwecke gefertigten Subwoofers

lassen sich auch besonders tiefe Ultraschalllaute

abspielen. Die akustische Reaktion der Elefanten

wird aufgezeichnet, ihr Verhalten registriert.

Der Tag beginnt schon früh. Die Hütten, in denen

wir übernachten, sind gleichzeitig unser Arbeitsplatz.

Hier werden die Daten vom Vortag gesichert, Audiound

Videofiles kontrolliert, Protokolle geschrieben

und neue Stimuli für den Subwoofer vorbereitet und

getestet. Danach sind wir mit drei Autos im Nationalpark

unterwegs. Mein Mann Simon Stöger, Elefantenpfleger

im Tiergarten Schönbrunn, sucht geeignete

Bullen und verständigt Anton Baotic und

mich in den Beobachter- und Lautsprecherautos. Die

Fahrzeuge postieren wir versteckt und warten, bis

der Bulle sich nähert. Dann wird seine akustische

Reaktion auf die Beschallung aufgenommen und

sein Verhalten protokolliert. Währenddessen ist Simon

bereits wieder auf der Suche nach dem nächsten

Tier. Unterwegs sind wir bis sieben Uhr am

Abend. Angst vor den manchmal aggressiven Tieren

haben wir nicht, denn bis jetzt gerieten wir noch nie

in eine gefährliche Situation.“

Mehr Infos unter medienportal.univie.ac.at/elefanten

UNIVERSITÄT WIEN

30. September 2015 • profilwissen 3

55


R ESSOURCENKNAPPHEIT

Von Hubertus Breuer

DER GROSSE DURST

Am Strand von Carlsbad, nördlich

der kalifornischen Stadt San Diego,

verstellt eine neu errichtete

Entsalzungsanlage den Blick auf die in

der Sonne glänzenden Weiten des Pazifiks

– es ist die größte in der westlichen

Hemisphäre. Ab Herbst 2015 soll das

Werk mit hausgroßen Wassertanks, Zuund

Ablaufkanälen, Hunderten Rohren

und Filteranlagen täglich fast 400.000

Kubikmeter Meerwasser aus einer benachbarten

Lagune pumpen, um es in

über 200.000 Kubikmeter Trinkwasser zu

verwandeln. Sieben Prozent des Bedarfs

will die Region damit decken.

Planung und Bau der Anlage haben

14 Jahre in Anspruch genommen. Die

Fertigstellung kommt keinen Augenblick

zu früh. Denn Kalifornien, vor allem der

Süden, erlebt seit 2011 die schwerste Dürre

seit Beginn meteorologischer Messungen,

nach jüngsten Baumringstudien gar

seit über 1200 Jahren. Der kalifornische

Gouverneur Jerry Brown hat Anfang April

Notfallvorschriften erlassen, wonach

der ohnehin schon reduzierte Wasserverbrauch

der Städte und Gemeinden um

weitere 25 Prozent sinken muss. Und es

ist fraglich, ob selbst das reicht. Denn in

Zukunft drohen dem Sonnenstaat nach

Modellrechnungen von Benjamin Cook

vom NASA-Goddard Space Institute for

Space Studies noch heißere und trockenere

Dürren, die nicht nur Jahre, sondern

Jahrzehnte dauern.

In seiner Not ist der wohlhabende

Sonnenstaat nicht allein. Rund 700 Millionen

Menschen leiden weltweit an

chronischem Wassermangel, eine Zahl,

die innerhalb der kommenden zehn Jahre

auf 1,8 Milliarden steigen dürfte. „An

vielen Orten haben wir das Limit natürlicher

Wasserressourcen längst erreicht“,

sagt John Lienhard, Direktor des Center

for Clean Water Energy und Clean Energy

am Massachusetts Institute of Technology

(MIT) in Boston. „Hinzu kommt

der Klimawandel, der an vielen Orten zu

heißeren und trockeneren Zuständen

führt, was die Wasservorräte weiter gefährdet.“

Die globalen Folgen sind furchteinflößend.

Wasser wird in vielen Regionen ein

knappes Gut, das wohl Spannungen,

Konflikte und Kriege verschärft. So erlebt

GENE BLEVINS/LA DAILYNEWS/ZUMAPRESS

Ob Kalifornien, Israel, Spanien oder Saudi-

Arabien: Weltweit wird in vielen Regionen das

Wasser knapp. Sogar Österreich bescherte das

Jahr 2015 einen Rekordsommer mit enormer

Hitze und Trockenheit. Forscher tüfteln nun an

findigen Technologien, um notorischem

Wassermangel Herr zu werden: mit Entsalzung,

Verdunstungssperren oder künstlicher

Wolkenbildung.

TATSÄCHLICH EIN WASSERSPEICHER

Das Bild zeigt ein Wasserreservoir, dessen Oberfläche

über und über von hohlen Bällen bedeckt ist. Die

Bälle schwimmen an der Oberfläche, bilden eine fast

geschlossene Decke und verhindern dadurch, dass

allzu viel Wasser verdunsten kann.

56

profilwissen 3 • 30. September 2015


Brasilien die größte Wasserkrise seiner

Geschichte. In der Millionenstadt São

Paulo kam es mehrfach zu Protesten, weil

in vielen Vierteln tagelang kein Wasser

fließt. Die Bewohner müssen sich stattdessen

mit Tankwagen behelfen. Denn

das aus vier Stauseen bestehende Cantareira-Reservoir,

das die Metropole versorgt,

ist fast leer gepumpt. Der Wassermangel

verschärft auch andernorts Konflikte.

So begann der Aufstand gegen den

syrischen Präsidenten Bashar al-Assad,

als Jugendliche in der südsyrischen Stadt

Daraa Protestgrafitti gegen die korrupte

Trinkwasserverteilung der Regierung an

Wände sprühten.

Auch in der Helmand-Provinz, einst

Kornkammer Afghanistans, heizt der

Wassermangel Konflikte an. Bewässerten

dort seit den 1950er-Jahren von US-Ingenieuren

gebaute Kanäle und Dämme

den fruchtbaren Boden, liegt dieses Bewässerungssystem

inzwischen weitgehend

in Trümmern. Dürren kommen

hinzu. Heute ist deshalb nur noch die

Hälfte des Farmlandes kultivierbar. Auf

dem bauen Farmer verstärkt Schlafmohn

für Heroin an – und die Taliban verdienen

mit. Auch der seit Jahrzehnten währende

Streit zwischen Indien und Pakistan

um die Kaschmir-Region dreht sich

nicht zuletzt um den Oberlauf des Indus,

von dem die pakistanische Landwirtschaft

mehr und mehr abhängig ist.

Auch Mittel- und Südeuropa hat die

Hitzewelle des Sommers 2015 kräftig zugesetzt.

Die Niederschlagsmengen sanken

auf ein Minimum, Flüsse führten so

wenig Wasser wie seit Jahrzehnten nicht.

Der Boden in Mitteldeutschland trocknete

stärker als in den vergangenen 50

Jahren aus. Österreich machte der zweitwärmste

Sommer seit dem Jahr 1767

ebenfalls zu schaffen. So wird die Landwirtschaft

vor allem in Süd- und Südostösterreich

Dürreschäden in Millionenhöhe

zu verzeichnen haben. Der Mittelmeerraum

hatte ebenso zu leiden: In

Spanien lag die Temperatur in diesem

Sommer an deutlich mehr als 40 Tagen

empfindlich über 30 Grad Celsius, ein Rekord,

der selbst den Hitzesommer 2003

übertraf.

Weltweit suchen Länder nach neuen

Wegen, der Trockenheit Herr zu werden.

Eine klassische Antwort sind große Infrastrukturprojekte.

So erschloss Kalifornien

zu Beginn des 20. Jahrhunderts mit

einem raffinierten Netzwerk von Tunnels,

Staudämmen, Reservoirs, Wasserkraftwerken

und Aquädukten jene Wasserversorgung,

die erst erlaubte, großzügig

Golfplätze, Rasen und Obstplantagen,

Weinberge und Gemüsefelder anzulegen.

Heute will die Regierung in Sacramento

mit einem Großprojekt an die Epoche

großer Wasserarchitektur anschließen.

Der Plan sieht vor, Wasser aus dem Norden

Kaliforniens Richtung Süden zu

transportieren. Doch liegt da das Sacramento-San

Joaquin River Delta dazwischen.

Die von Gouverneur Brown anvisierte

Lösung besteht darin, zwei fast 50

Kilometer lange, 15 Milliarden Dollar teure

Tunnel unter dem Flussdelta hindurchzubohren.

Umweltschützer laufen

gegen den Plan seit Jahren Sturm, grünes

Licht gibt es für das Vorhaben bislang

nicht. Um Widerstand in der Bevölkerung

macht sich in China hingegen niemand

große Sorgen. Dort treiben die

Machthaber in Peking seit 2002 den Bau

des Süd-Nord-Wassertransferprojekts vo-

Extremsituationen

Wie der Klimawandel rund um den

Globus Dürreperioden vorantreibt.

Egal ob in der afrikanischen Sahelzone,

im Südwesten der USA, in

Australien, im Nahen Osten oder auch

in Südeuropa – viele Orte der Welt sind

von Dürren betroffen. Sie führen zu

Ernteausfällen, Waldbränden, in den

Bergen zu schwindenden Schneedecken

und verknappen das Trinkwasser.

Und sie haben viele Ursachen. So lässt

das alle paar Jahre erscheinende Wetterphänomen

La Niña – das meist im

Anschluss an ein El-Niño-Ereignis auftritt

– den Pazifik um den Äquator abkühlen,

wodurch in Kalifornien Niederschläge

noch rarer werden. Vor allem

aber verschärft der Klimawandel die Situation.

Nach einer Studie der Stanford

University steigt dadurch in Kalifornien

die Zahl wärmerer und trockener Jahre.

Der Klimawandel wirkt sich freilich

rund um den Globus aus. Niederschlagsreiche

Regionen bekommen

noch mehr Schnee oder Regen, trockene

Gegenden weniger – wo die Temperaturen

steigen, nimmt die Verdunstung

zu und damit die Gefahr, dass die

Böden stärker austrocknen und in regenarmen

Jahren Dürre Einzug hält.

Wie eine im April 2015 publizierte Studie

der ETH Zürich nahelegt, steigt auch

das Risiko extremer Wetterereignisse,

inklusive Megadürren. Die realen Folgen

sind dabei nicht nur in Kalifornien,

in der Sahelzone und Südeuropa sichtbar.

Wie jüngste NASA-Satellitendaten

belegen, ist weltweit ein Drittel der

größten Grundwasservorkommen übernutzt:

Es wird mehr Wasser entnommen

als zugeführt. Betroffen sind unter

anderem der arabische Grundwasserleiter,

der Millionen Menschen mit Wasser

versorgt, das Indus-Becken unter Nordwestindien,

das Marzuk-Djado-Becken

unter Nordafrika und, wenig überraschend,

das Aquifersystem unter dem

Central Valley in Kalifornien.

30. September 2015 • profilwissen 3 57


RESSOURCENKNAPPHEIT

1. ABPUMPEN VON

MEERWASSER

Über ein Leitungssystem

werden gewaltige Mengen

Salzwasser in die Anlage

gepumpt – bis zu 400.000

Liter pro Tag.

Meerwasser

Vom Meer

bis zum Glas

ran. Talsperren, Tunnels und drei Kanäle

sollen Wasser des Jangtse-Flusses vom

Süden des Landes in den regenarmen

Norden transportieren. Aufgrund des

Baus wurden mehr als 300.000 Menschen

umgesiedelt.

Doch wenn es keine großen Wassermassen

gibt, die sich verteilen ließen, helfen

solche Megaprojekte aus Beton und

Stahl auch nicht weiter. Ingenieure müssen

andere Lösungen finden. Reiche Länder

wie die USA, Saudi-Arabien oder Israel

können innovative Technologien einsetzen,

seien es Entsalzungsanlagen,

Abwasserrecycling und ungewöhnliche

Methoden wie jene, Wasser aus der Luft

zu gewinnen oder Wolken abregnen zu

lassen. Als Israel zwischen 2005 und 2011

die gravierendste Dürre seiner jungen Geschichte

erlebte, drohten die natürlichen

Wasserreserven des Landes – der See Genezareth

im Norden und die Grundwasserreservoirs

in den Berg- und Küstenregionen

– ausgelaugt zu werden. Israelis

wurden von den Behörden angehalten,

ihre Duschzeiten um im Schnitt zwei Minuten

zu reduzieren. Das Waschen eines

Autos mit Wasserschlauch war verboten.

Und wer es sich leisten konnte, Rasen

trotz hoher Wasserpreise zu haben, durfte

seinen grünen Luxus nur nachts sprengen.

Inzwischen ist in Israel freilich eine

andere Wirklichkeit eingekehrt: Wasser

gibt es dort heute genug.

Wie ist das möglich? Gut die Hälfte des

Wasserbedarfs Israels wird inzwischen

durch moderne Entsalzungsanlagen und

Abwasserrecycling gewonnen. Vier Entsalzungsanlagen

gingen innerhalb der vergangenen

zehn Jahre in Betrieb. Eine

fünfte wird in wenigen Monaten bereit

sein. Das Meerwasser wird dabei erst in

Betontanks von Schmutzpartikeln und

groben Verunreinigungen befreit. Dann

läuft es unter Hochdruck durch Glasfaserrohre

mit Membranen, die nur Wassermoleküle

durchlassen. Zurück bleibt

eine salzige Brühe, die ins Meer zurückgepumpt

wird. Zusammen produzieren

die israelischen Anlagen fast 500 Millionen

Kubikmeter Trinkwasser pro Jahr. Bis

2020 sollen die Menge auf rund 760 Millionen

Kubikmeter steigen.

Kein Wunder also, dass einem kurz vor

der Einweihung stehenden Projekt wie

der Carlsbader Entsalzungsanlage in Kalifornien

viel Aufmerksamkeit zuteil wird.

Sonst gibt es in Kalifornien vorerst allerdings

keine Pläne, weitere Anlagen zu

bauen. Allein Santa Barbara, an der Küste

zwischen Los Angeles und San Francisco

gelegen, überlegt, eine Anfang der

1990er-Jahre gebaute, aber nie genutzte

Anlage zu modernisieren. Der Stromverbrauch

für den Betrieb dieser Anlage soll

mithilfe verbesserter Technologie gesenkt

werden: Der amerikanische Rüstungskonzern

Lockheed Martin entwickelt aus Graphen

ein neues Filtermaterial namens

„Perforene“, womit sich das Meerwasser

mit deutlich geringerem Energieaufwand

entsalzen lassen wird. Wenn Geld keine

so große Rolle spielt, ist der Gestaltungsspielraum

natürlich größer: Im notorisch

wasserknappen Saudi-Arabien am Persischen

Golf läuft seit 2014 die Ras-al-

Khair-Entsalzungsanlage, die größte und

mit 6,4 Milliarden Euro teuerste der Welt.

Täglich erzeugt sie rund eine Million Kubikmeter

Trinkwasser.

Aber Kosten sind nicht das einzige

Problem. Die zurückgepumpte Salzlauge

wirkt sich zwangsläufig auf das

Ökosystem aus. Forscher wie die Meeresbiologin

Carol Reeb von der Stanford

University mahnen zur Vorsicht, alte

Fehler nicht blind zu wiederholen. So

hätten die Dämme, Aquädukte und

Brunnen, die der Sonnenstaat im 20.

Jahrhundert baute, dazu geführt, dass in

kalifornischen Binnengewässern 83 Prozent

aller Fischarten inzwischen vom

Aussterben bedroht oder bereits verschwunden

sind. „Wenn wir neue Technologien

einsetzen, dürfen wir nicht die

Folgen früherer Entscheidungen vergessen.

Denselben Fehler sollten wir nicht

zwei Mal machen.“

SO FUNKTIONIEREN DIE FILTER

Meerwasser wird durch Lagen

superfeiner Membranen gepresst. Salz

und Verunreinigungen können die

Poren nicht durchdringen.

Doch Entsalzung von Meerwasser ist

nicht die einzige neue Quelle, die sich erschließen

lässt – auch Abwasserrecycling

wird in dürregeplagten Staaten verstärkt

vorangetrieben. Israel klärt 86 Prozent

seines häuslichen Abwassers und setzt

es in der Landwirtschaft ein, die so mehr

als die Hälfte ihres Bedarfs deckt – damit

ist das kleine Land weltweit führend. So

weit ist Kalifornien noch nicht, aber in

der Stadt Fountain Valley in Orange

County südlich von Los Angeles fließt

das Schmutzwasser immerhin nach dem

Klärwerk in eine besondere Aufbereitungsanlage.

Die produziert seit 2008

dank Mikrofilterung und Behandlung

mit UV-Licht genug Trinkwasser, um

rund zwei Millionen Menschen zu versorgen.

Dennoch wird es nicht direkt in

die Wasserleitungen, sondern erst ins

Grundwasser gepumpt. Das hilft, die lokalen

Vorräte im Untergrund zu erneuern,

und vermeidet den Eindruck, Wasser

trinken zu müssen, das erst kürzlich

eine Toilette hinabrauschte.

Aber auch ungewöhnlichere Methoden

kommen inzwischen in Betracht. Ein

klassisches Problem in Speicherseen ist

Verdunstung. So verliert der Nassersee,

ein für Ägypten wichtiger Stausee, jährlich

geschätzt zehn Milliarden Kubikmeter

der wertvollen Flüssigkeit. Eine mögliche

Lösung ist, mit Chemikalien einen

hauchdünnen Schutzfilm auf der Wasseroberfläche

auszubringen, um die Verdunstung

zu reduzieren. In den USA werden

solche auf Kokosnuss- oder Palmöl

basierenden Chemikalienmixturen be-

Meerwasser

Salze

Membrane

2. VORBEHANDLUNG

Das Wasser wird über

ein Filtersystem von

Sedimenten und von

Kranheitserregern wie

Viren und Bakterien

gereinigt.

Frisches

Wasser

Seewasser

3. ENTSALZUNG

Nun wird das

Salzwasser durch ein

System spezieller

Membranen gepumpt.

Dadurch werden mehr

als 99 Prozent des

Salzes entfernt.

Salzwasser

58 profilwissen 3 • 30. September 2015


6. VERTRIEB

Nun kann das aufbereitete

Wasser gelagert und über

das kommunale Wassernetz

verfügbar gemacht werden.

ENTSALZUNGSANLAGE CARLSBAD BEI SAN DIEGO

Die gewaltige Entsalzungsanlage soll noch im Herbst

dieses Jahres in Betrieb gehen und täglich 400.000

Liter Meerwasser abpumpen. In dem Werk sollen

daraus 200.000 Liter Trinkwasser werden, was sieben

Prozent des Bedarfs der Region decken würde.

Frisches-

Wasser

Lagerung

5. NACHBEHANDLUNG

Nun kommen noch Zusätze wie Chlor und

bestimmte Mineralien ins Wasser, bevor es

zum Verbrauch geeignet ist.

4. ABWÄSSER

Die extrem salzhaltigen Rückstände werden

mit Schmutz- und anderem Meerwasser

vermischt, bevor sie zurück ins Meer

gepumpt werden können.

PATRICK T. FALLON/BLOOMBERG/GETTY IMAGES

reits auf Teichen oder in Schwimmbecken

eingesetzt.

Bei größeren Gewässern besteht jedoch

die Gefahr, dass der Schutzfilm

durch Wind und Wellenbewegung reißt.

Das Problem glaubt der am Massachusetts

Institute of Technology (MIT) forschende

Verdunstungsexperte Moshe

Alamaro gelöst zu haben. Wird der dünne

Film vom Wind an eine Seite eines

Reservoirs getrieben, soll er dort abgesaugt

und auf der anderen Seite wieder

aufgesprüht werden. Mit seinem Betrieb

More Aqua will er die Methode jetzt versilbern.

Sein Geschäftsmodell: Er darf

Wasser, das er vor der Verdunstung bewahrt,

auf dem freien Markt selbst anbieten.

Doch im großen Stil konnte die

Technologie ihr Potenzial bis heute nicht

unter Beweis stellen.

Die Stadtverwaltung von Los Angeles

hingegen nutzt bereits eine andere unkonventionelle

Methode – tiefschwarze

baseballgroße Bälle, die sie seit 2008 in

Wasserreservoirs kippt. Und nicht zu

knapp: Insgesamt sollen bereits 96 Millionen

im Einsatz sein. Die vorerst letzten

20.000 Stück wanderten Anfang August

in das Los Angeles Reservoir. Weil

die Bälle hohl sind, treiben sie an der

Wasseroberfläche und reduzieren so die

Verdunstungsmenge. Doch das ist nicht

das eigentliche Ziel der Maßnahme. Es

geht vielmehr darum, die Bildung eines

krebsbildenden Stoffes – Bromat – zu

verhindern. Der entsteht, wenn Sonnenlicht,

das gegen Algenwachstum beigegebene

Chlor und das im Grundwasser

natürlich vorkommende Brom miteinander

reagieren.

Eine weitere Wasserquelle liegt buchstäblich

in der Luft: die Gewinnung von

kostbarem Nass aus Luftfeuchtigkeit. Firmen

setzen solch „atmosphärische Wassergeneratoren“

an Orten ein, an denen

sich eine sichere Wasserversorgung nicht

ohne Weiteres etablieren lässt, etwa auf

Ölfeldern, bei Gasbohrungen oder in Katastrophengebieten.

Dabei nutzt eine bis

2014 vom deutschen Fraunhofer-Institut

für Grenzflächen und Bioverfahrenstechnik,

der Universität Stuttgart und Industriepartnern

entwickelte Methode Salzlösungen,

die Luftfeuchtigkeit in einem

ersten Schritt absorbieren. Die Salzlösung

wird dann destilliert und so Trinkwasser

gewonnen. Eine weitere Technik kühlt

die Luft weit genug ab, um die in ihr enthaltene

Feuchte kondensieren zu lassen,

eine andere schickt sie durch poröses

Material, an dessen Oberfläche sich das

Wasser niederschlägt. Doch im großen

Maßstab spielen diese – bis lastwagengroßen

– Geräte vorerst keine Rolle. Die

produzierten Mengen sind zu klein, und

mitunter ist die Luft schlicht zu trocken.

Anders sieht es mit dem Abernten von

Wolken aus. Viele Staaten im Landesinneren

und Südwesten der USA lassen seit

Jahrzehnten Propellermaschinen Wolken

mit Silberiodid besprühen. Der

Schauer soll Regenkeime für eine beschleunigte

Kondensation des Wasserdampfes

liefern. Stritten über die Jahre

Experten immer, wie effizient diese Methode

sei, kam die bislang umfangreichste,

im Winter 2014 abgeschlossene Studie

im US-Bundesstaat Wyoming zu dem

Ergebnis, dass „Wolkenimpfen“ fünf bis

15 Prozent mehr Schüttgut vom Himmel

erzeugt. Kalifornien setzt die Technik ein,

um den Schneefall in Bergregionen und

damit die Frühjahrsschmelze zu vergrößern.

Länder wie China, die Vereinigten

Arabischen Emirate und Australien sprühen

ebenfalls Kondensationskeime aus

Flugzeugen in Wolken, um den Niederschlag

zu fördern. Freilich: Sind keine

Wolken am Himmel, lassen sich die per

Flugzeug auch nicht herbeizerren.

Doch wo es einen hohen Wasserkonsum

gibt – wie in Kalifornien und anderen

Industriestaaten –, bleibt die vorerst

wirksamste Waffe, einfach weniger zu

verbrauchen. In Kalifornien funktioniert

das mitunter – moralisch etwas fragwürdig

– mit sozialem Druck. Eine App namens

VizSafe erlaubt es, Fotos von Wasserverschwendung

mit Ortsangabe anonym

zu posten. Doch braucht es oftmals

gar keinen Pranger. Die kalifornische

Landwirtschaft findet sich ohnehin

längst im Fadenkreuz der Kritik. So ist

der Bundesstaat der weltgrößte Lieferant

für Mandeln – und inzwischen weiß in

Kalifornien jedes Kind, dass pro Nuss

rund vier Liter Wasser draufgehen. Das

erklärt, warum die Landwirtschaft dort

80 Prozent des Wassers verbraucht. Kalifornische

Wasserkontrolleure versuchen

massiv, Farmer in die Schranken zu

weisen. Doch vorerst hat das nur bewirkt,

dass vor allem vor Gericht um Wasserrechte

prozessiert wird.


30. September 2015 • profilwissen 3

59


WER HAT’S ERFUNDEN?

E NTDECKUNGEN UND IHRE G E S CHICHTE

R EDAKTION: ULRIKE MOS ER

App

Summly

Wir Wunderkinder

Sie knackten als Volksschüler die kniffligsten Mathematikrätsel

und übersprangen ganze Schulklassen:

Bei manchen großen Wissenschaftern brach sich

das Genie schon in jüngsten Jahren Bahn.

Der Frühstarter

Nicholas D’Aloisio-Montillo ist

mit seinen 19 Jahren bereits Millionär. Zu

verdanken hat dies der britische Computerwissenschafter

der App „Summly“, die

er im Alter von 15 Jahren programmierte.

Mit dieser lassen

sich lange Online-Texte knapp

und kompakt zusammenfassen.

Letztlich verkaufte D’Aloisio

seine Entwicklung um mehr

als 23 Millionen Euro an den

Technologiekonzern Yahoo.

Seine Eltern erkannten das

Potenzial ihres hochbegabten

Sohnes früh und schickten ihn

an die renommierte Londoner

King’s College School. Nebenbei brachte er

sich mithilfe von Online-Videos das Programmieren

bei. Als Zehnjähriger nervte

er seine Eltern, bis sie ihm ein MacBook

schenkten. Für D’Aloisio die Initialzündung,

um gänzlich in die digitale Welt abzutauchen.

Zwei Jahre später kreierte er seine

erste App „Finger Mill“. Der Erfolg bestärkte

ihn, sodass er von da an in den Sommerferien

neue Anwendungen programmierte.

Im Sommer 2011 gelang ihm der

Durchbruch mit „TrimIt“. Die hohen Downloadzahlen

machten den Hongkonger Unternehmer

und Multimilliardär Li Kashing

auf den Nerd aufmerksam. Er investierte

300.000 Dollar in die Optimierung der App

durch D’Aloisio gemeinsam mit Experten

vom Stanford Research Lab. Der Teen nahm

ein Jahr Auszeit von der Schule und werkte

im Silicon Valley an der Weiterentwicklung.

An seinem 17. Geburtstag lancierte er

„Summly“ und verkaufte die App an Yahoo.

Im Sommer 2014 maturierte er, während

er schon als Product Manager für Yahoo

News Digest werkte. Nebenbei studiert

Nick D’Aloisio nun an der britischen

Elite-Universität Oxford.

Die erste Professorin

Die 1711 in Bologna

geborene

Laura Maria

Caterina

Bassi parlierte

bereits mit

zwölf Jahren

im elterlichen

Salon fließend

auf Latein und

Französisch.

Das beeindruckte

den Medizinprofessor Caetano Tacconi

derart, dass er ihr Privatunterricht

in Logik, Physik und Metaphysik erteilte.

1732 sollte sie ihr Talent in einem

öffentlichen Disput mit drei Wissenschaftern

und vier Geistlichen unter

Beweis stellen. Stundenlang diskutierte

sie mit ihnen auf Latein Fragen der

Moralphilosophie und Metayphysik.

Grund genug, ihr die Doktorwürde

zu verleihen.

Kurze Zeit später folgte der nächste

Disput über naturphilosophische Betrachtungen

des Wassers, der Bassi den

Lehrstuhl für Naturphilosophie einbrachte.

Damit wurde sie die erste Professorin

Europas. 1738 heiratete sie den Mediziner

und Philosophen Guiseppe Verati

und bekam mit ihm acht Kinder. Dennoch

unterbrach sie ihre wissenschaftliche

Laufbahn nicht. Papst Benedikt

XIV. nahm sie in den Kreis der 24 Elite-

Forscher an der Bologneser Akademie

auf. Von der Philosophie wandte sie sich

der Mathematik und den Naturwissenschaften

zu. Zusätzlich entwickelte sie

ein Verfahren, um die ideale Größe und

Position von Rohröffnungen unter Wasser

berechnen zu können, und forschte

auf dem noch jungen Gebiet der Elektrizität.

1778 starb Bassi an Herzversagen.

Das Universalgenie

„Beim Erwachen hatte ich schon

so viele Einfälle, dass der Tag

nicht ausreichte, um sie niederzuschreiben“,

notierte Gottfried

Wilhelm Leibnitz,

der deutsche Universalgelehrte.

Schon früh galt der 1646 geborene

Leibnitz als Wunderkind. 1652

starb sein Vater, zwei Jahre später

seine Mutter. Mit acht Jahren

brachte sich der wissensdurstige

Spross selbst Latein und Altgriechisch

bei, und mit 15 Jahren studierte

er Jus. Bereits drei Jahre

später hatte er den Magistertitel

in der Tasche. Doch die Universität

Leipzig versagte ihm aus Altersgründen

das Doktorratsstudium.

Kurzerhand wich er nach Altendorf

bei Nürnberg aus, wo ihm

direkt im Anschluss an die Promotion

eine Professur angeboten

wurde. Weil er an der Universität

um seine Autonomie und Einschränkungen

bei der Forschung

fürchtete, lehnte er jedoch ab.

Stattdessen machte er sich als

Bibliothekar, Wissenschafter und

politischer Berater verdient. Er

wirkte unter Zar Peter I. in Russland,

an den Höfen von Mainz,

Wien und Hannover. Georg Ludwig

von Hannover verhalf er mit

seinen diplomatischen Winkelzügen

sogar zur britischen Königskrone.

Gemeinsam mit Sophie

VISIONÄR

Gottfried Wilhelm Leibnitz

begründete das binäre

Zahlensystem – die Basis

für die Entwicklung

der Digitaltechnik.

60

profilwissen 3 • 30. September 2015


MATHEMATISCHES TALENT

Schon in der Volksschule entdeckte Gauß

die antike Summenformel.

Der Teilchenbändiger

Charlotte, Königin von Preußen,

gründete er die Königlich-Preußische

Societät der Wissenschaften.

Sie war die erste wissenschaftliche

Akademie, die Geistes- und

Naturwissenschaften vereinte.

Leibnitz gelang so eine Neuorganisation

der Wissenschaften. Dem

Universalgenie verdanken wir die

Entwicklung des dualen Zahlensystems:

der Basis der Computertechnologie.

Die Infinitesimalrechnung

entwickelte er ebenso

wie ein Gerät zur Bestimmung

der Windgeschwindigkeit, Pläne

für ein U-Boot, Beweise für das

Unbewusste des Menschen und

Theorien für die Sprachwissenschaften.

Leibnitz verstarb 1716.

ROBYN BECK/AFP/GETTY IMAGES; SHEILA TERRY / SCIENCE PHOTO LIBRARY / PICTUREDESK.COM; AKG-IMAGES / PICTUREDESK.COM (2); CORBIS.

Der Zahlenmagier

Er habe eher rechnen als sprechen

gelernt, erzählte der 1777 in eine arme

Braunschweiger Familie geborene Mathematiker

Carl-Friedrich Gauß.

Bereits als Dreijähriger soll er seinen

Vater bei Lohnabrechnungen korrigiert

haben. Seine mathematische Hochbegabung

fiel spätestens in der Volksschule

auf, wo sein Lehrer seinen Zöglingen die

Aufgabe stellte, alle Zahlen von 1 bis 100

zu addieren. Während sich seine Mitschüler

quälten, hatte der Neunjährige

das Ergebnis in Sekundenschnelle parat,

indem er unwissentlich die antike Summenformel

s = n(n+1)/2 anwandte. Sein

Talent sprach sich schnell herum, sodass

der Herzog von Braunschweig den nunmehr

14-Jährigen unter seine Fittiche

nahm und seine Ausbildung finanzierte.

Drei Jahre lang konnte er am Collegium

Carolinum studieren.

1795 wechselte er an die Universität

Göttingen, wo ihm eine mathematische

Sensation gelang: Er bewies die Konstruierbarkeit

der regelmäßigen Siebzehnecke

mit Zirkel und Lineal. Nach

der Promotion lehnte er aus Loyalität

dem Herzog gegenüber ein Angebot der

St. Petersburger Akademie der Wissenschaften

ab und blieb in Braunschweig,

da ihm die Leitung einer neuen Sternwarte

versprochen worden war. Währenddessen

arbeitete Gauß an seinem

Werk „Disquisitiones Arithmeticae”. Nach

der Fertigstellung wandte er sich der

Astronomie zu. Als sein Förderer verstarb,

wurde er Professor in Göttingen

und leitete die dortige Sternwarte.

Neben seiner Lehrtätigkeit fand er die

nach ihm benannte Gauß’sche Glockenkurve,

entwickelte die Zahlentheorie

weiter und machte es mit einer indirekten

Methode der Bahnbestimmung und

seiner Ausgleichsrechnung der Methode

der kleinsten Quadrate möglich, den

Zwergplaneten Ceres (wieder) zu entdecken.

Gauß starb 1855 in Göttingen.

Er übersprang drei Schulklassen und

studierte mit 14 Jahren an der Universität

Yale. Die Hochbegabung des Physikers

Murray Gell-Mann fiel früh auf.

1929 wurde er in New York in eine Familie

österreichischer Auswanderer geboren.

Sein Vater war Mathematik- und Physikautodidakt

und hielt seine Familie als

Geschäftsmann über Wasser. Bereits mit

drei Jahren konnte Gell-Mann fließend

lesen und große Zahlen im Kopf multip

lizieren. Obwohl er in Physik die schlechtesten

Noten hatte, inskribierte er aus Interesse

an Quantenphysik und Relativitätstheorie

in dem Fach. Im Alter von 21

Jahren promovierte er am Massachusetts

Institute of Technology. Im Anschluss holte

ihn Robert Oppenheimer in sein Team.

1952 folgte der Wechsel zu Enrico Fermi

an die Universität von Chicago, wo er sich

mit Elementarteilchen beschäftigte.

„Physik war das

einzige Schulfach,

in dem ich wirklich

schlecht war.“

Die Wissenschaft zerbrach sich vor allem

über die sogenannten V-Teilchen den Kopf.

Gell-Mann entwickelte die Quantenzahl

„Strangeness“, mit der sich Ungereimtheiten

bereinigen ließen. Das festigte mit 26 Jahren

seinen Ruf als hervorragender Physiker,

und ihm wurden Professuren an Elite-

Unis angetragen. Gell-Mann entschied

sich wegen einer Zusammenarbeit mit

dem Physiker Richard Feynman für das

Cali fornia Institute of Technology. Wenig

später entdeckte er einen Weg, Elementarteilchen

in Achtergruppen anzuordnen.

Ihre Ordnung ließ sich erklären, wenn

sub atomare Partikel eine Struktur hatten.

Das Proton setzt sich beispielsweise aus

drei Bausteinen zusammen, die Gell-Mann

Quarks nannte. Der Begriff stammte aus

James Joyces Buch „Finnegan’s Wake“,

das Gell-Mann bereits als Zehnjähriger

verschlungen hatte. 1969, mit gerade einmal

40 Jahren, erhielt er den Nobelpreis

für seine Entdeckung zur Ordnung der

Elementarteilchen und ihrer Wechselwirkung.

30. September 2015 • profilwissen 3

61


SATELLITENTECHNIK

POLYSAT.CALPOLY.EDU

EXOCUBE

Betreiber: California

Polytechnic State

University (USA)

Start: 31. Jänner 2015

Gewicht: 4 kg

Mission: Untersuchung

der äußersten

Atmosphäre der Erde

Mini-

Missionen

Unter Satelliten stellt man sich Kolosse voller modernster

Technologie vor, die in enormer Höhe durchs All gleiten.

Doch nun setzt sich eine ganz neue Generation von

Flugkörpern durch: Sie sind winzig, wendig – und sogar für

Schulen und Privatorganisationen leistbar. Österreichische

Unis haben bereits die ersten dieser CubeSats gestartet.

Von Florian Freistetter

Am 30. Mai 2015 hatten die Mitarbeiter

der Planetary Society

Grund zum Jubel. Ihr Satellit

„LightSail“ kommunizierte wieder mit der

Erde. Zuvor war er tagelang stumm geblieben.

Der Bordcomputer war abgestürzt,

und es gab keine Möglichkeit, ihn

neu zu starten. Erst die zufällige Kollision

eines Teilchens der kosmischen Strahlung

mit der Elektronik des Rechners

schaffte, was die Ingenieure nicht zuwege

bringen konnten: Der Computer wurde

rebootet und der Satellit nahm seine

Arbeit wieder auf. Das klingt unwahrscheinlicher,

als es ist. Denn LightSail gehört

zu einer speziellen Gruppe von Satelliten:

den CubeSats. Und bei denen

kommt solch ein kosmischer Neustart

immer wieder vor.

Der erste Satellit, den die Menschheit

in eine Umlaufbahn um die Erde schickte,

war vergleichsweise klein. Sputnik 1

hatte einen Durchmesser von 58 Zentimetern

und wog knapp 84 Kilogramm.

Dann wurden die Raumfahrzeuge aber

schnell immer komplexer und größer. Der

im April 2012 ausgefallene europäische

Erdbeobachtungssatellit Envisat brachte

mit einer Masse von mehr als acht Tonnen

schon das Hundertfache von Sputnik

auf die Waage und war mit 25 Metern

so lang wie ein Autobus. Aber zu diesem

Zeitpunkt hatte sich der Trend beim Bau

von Satelliten bereits wieder umgekehrt.

Statt immer größere Geräte zu bauen,

setzte man auf Miniaturisierung.

Im Jahr 1999 schlugen die amerikanischen

Wissenschafter Jordi Puig-Suari

und Bob Twiggs ein neues Design vor,

das es Studenten ermöglichen sollte,

selbst einen Satelliten zu konstruieren,

dessen Fähigkeiten etwa denen von

Sputnik 1 entsprechen sollten. 2003 flog

der erste sogenannte „CubeSat“ ins All.

Mittlerweile hat sich das Projekt von damals

zu einem internationalen Standard

entwickelt. Ein CubeSat ist ein Würfel

mit einer Seitenlänge von zehn Zentimetern,

der nicht mehr als ein Kilo wiegt.

Wie Bausteine können mehrere davon

zu größeren Einheiten kombiniert werden.

Der LightSail-Satellit der Planetary

Society ist ein 3U-CubeSat, besteht also

aus drei aneinandergereihten Zehn-Zentimter-Würfeln

(„Units“).

Die standardisierten und kleinen Ausmaße

bringen einige Vorzüge mit sich:

„Die Entwicklungskosten eines CubeSats

sind im Vergleich zu einem großen Satelliten

sehr viel geringer, auch die Entwicklungsdauer

ist kürzer“, sagt Micha-

62

profilwissen 3 • 30. September 2015


FUNCUBE-1

Betreiber: Amateurfunksatellitenvereinigung

UK

(Großbritannien)

Start: 21. November 2013

Gewicht: 1 kg

Mission: Ermöglicht Schülern

die Durchführung von

Experimenten im Weltall

CUBESATLAB.ORG

FUNCUBE.ORG.UK

VERMONT

LUNAR CUBE

Betreiber: Vermont

Technical College (USA)

Start: 20. November 2013

Gewicht: 1 kg

Mission: Erprobung von

Technologie für den Bau

eines CubeSats, der den

Mond umkreisen kann

Best of klein

Eine Auswahl internationaler

CubeSats, ihre Basisdaten

und wie ihre Mission lautet.

el Taraba, beim Österreichischen Weltraumforum

(ÖWF) Teamleiter des

Projekts Pegasus. „Das hat den Vorteil,

dass man neue Technologien viel schneller

ins All bringt, Forschungsprojekte in

kürzerer Zeit durchführen kann, schnelleres

Feedback aus dem All bekommt

und schon kurze Zeit später ein Nachfolgeprojekt

ins Leben rufen kann.“

Gemeinsam mit der Technischen Universität

Wien und der Fachhochschule

Wiener Neustadt arbeitet das ÖWF seit

2013 daran, im Rahmen einer internationalen

Kollaboration einen zehn mal

zehn mal 20 Zentimeter großen Minisatelliten

zu bauen. Pegasus soll im Jahr

2016 ins All fliegen und dort die Thermosphäre

erforschen – den Bereich der

Lufthülle unseres Planeten, der zwischen

80 und 500 Kilometer über dem Erdboden

liegt. Taraba sieht den Nutzen der

CubeSats aber nicht nur in der

Forschung, sondern auch bei der

Ausbildung des akademischen Nachwuchses:

„Die Schüler und Studenten

können direkt an angewandter Forschung

ihre Ausbildung absolvieren, wobei

gerade der Bereich Weltraum hervorragend

dazu geeignet ist, weil Weltraumforschung

fast alle Bereiche abdeckt.“

Jonis Kiesbye kann das nur bestätigen.

Er ist einer der studentischen Leiter

beim „MOVE-II“-Projekt der TU München

und sieht in der konkreten Arbeit beim

Bau des Satelliten einen guten Ausgleich

zur passiven Teilnahme an Vorlesungen:

„Der Lernerfolg eines CubeSat-Projekts ist

enorm: Man durchläuft alle Entwicklungsphasen

eines Satelliten. Man muss

sich schwierigen Bedingungen stellen

und zusammen mit vielen Leuten ein

komplexes Gerät zum Funktionieren

NASA/AMES

GENESAT-1

Betreiber: NASA (USA)

Start: 16. Dezember 2006

Gewicht: 5 kg

Mission: Untersuchung des

Verhaltens von Bakterienkulturen

im Weltall

30. September 2015 • profilwissen 3

63


SATELLITENTECHNIK

NASA/ARC/CHRISTOPHER BEASLEY

PHARMASAT-1

Betreiber: NASA (USA)

Start: 19. Mai 2009

Gewicht: 5 kg

Mission: Untersuchung

des Verhaltens

von Arzneimitteln in

Schwerelosigkeit

TU DELFT

DELFI-C3

Betreiber: Technische

Universität Delft

(Niederlande)

Start: 28. April 2008

Gewicht: 2,2 kg

Mission: Erprobung

verschiedener Typen

von Solarzellen

„Wenn es nicht klappt,

baut das nächste

Team eben etwas

Besseres.“

bringen.“ In München hat man

schon 2013 einen ersten CubeSat unter

studentischer Beteiligung ins Weltall

geschickt. „First-MOVE“ sollte neuartige

Solarzellen testen. Beim Nachfolgerprojekt

„MOVE-II“ will man nun einen

neuen Ausklappmechanismus für Solarpaneele

ausprobieren.

Gerade für solche Tests neuer Technologien

sind CubeSats ideal. Bei den teuren

und komplexen konventionellen

Weltraummissionen kann man es sich

kaum leisten, neue Methoden zu prüfen.

Wenn man Millionen für den Bau eines

großen Satelliten ausgibt, an dem oft

Jahrzehnte geplant und gebaut wird,

möchte man den Erfolg der Mission verständlicherweise

nicht vom Funktionieren

ungetesteter Technologien abhängig

machen. Ein typischer Satellit arbeitet

daher selten am neuesten Stand der

Technik, sondern verwendet Bauteile, die

schon älter, dafür aber verlässlich sind.

Einen CubeSat zu bauen und ins All

zu bringen, geht dagegen relativ schnell.

Die Kosten für die Konstruktion und den

Start liegen meist im Bereich von

100.000 Dollar und können auch von

kleinen Teams und Universitäten aufgebracht

werden. Die Basiskomponenten

müssen nicht extra entwickelt werden,

man kann Elektronik aus Massenproduktion

einsetzten. Und dank ihrer geringen

Größe brauchen sie wenig Platz in den

Raketen. Im Idealfall lässt sich gleich ein

ganzer Schwarm von CubeSats ins All

bringen, die verschiedenste Missionen

verfolgen und unterschiedliche neue

Technologien testen. Fehlschläge sind bei

CubeSats nicht ganz so dramatisch wie

bei den großen konventionellen Missionen,

meint Kiesbye: „Wenn es nicht

64 profilwissen 3 • 30. September 2015


NASA/JPL

EXA.EC

UNIVERSITY OF TARTU

MARS CUBE ONE

Betreiber:

JPL/NASA (USA)

Start: März 2016

Mission: Begleitung

der Mars-Mission

I nSight; Beobachtung

der Landung von

I nSight aus einer

Mars-Umlaufbahn;

Kommunikation

mit der Erde

NEE-01 PEGASO

Betreiber: Agencia Espacial

Civil Ecuatoriana (Ecuador)

Start: 26. April 2013

Gewicht: 1,3 kg

Mission: Erdbeobachtung

und Suche nach Asteroiden.

Erster Satellit Ecuadors

SOUTHERNSTARS.COM

SKYCUBE

Betreiber: Privat, finanziert

durch Crowdfunding

Start: 9. Jänner 2014

Gewicht: 1,3 kg

Mission: Versenden von

Funkbotschaften aus dem

All, Freisetzung eines

Ballons im Weltall

ESTCUBE-1

Betreiber: Universität

Tartu (Estland)

Start: 7. Mai 2013

Gewicht: 1 kg

Mission: Erprobung eines

elektrischen Sonnensegels

klappt, baut das nächste Team halt etwas

Besseres.“

Auf jeden Fall geklappt hat der Start

der ersten beiden österreichischen Satelliten

UniBrite-1 und TUGsat-1, die am 25.

Februar 2013 ins All flogen. Beide sind

CubeSat-Würfel mit einer Seitenlänge

von 20 Zentimetern und sollen die Helligkeit

von Sternen messen, um dadurch

mehr über ihren inneren Aufbau und

ihre Entwicklung zu lernen. „Ich empfand

es hoch an der Zeit, dass auch in Österreich

ein Weltraumprojekt komplett

von der ersten Schraube bis zur wissenschaftlichen

Publikation geplant und

durchgeführt wird, inklusive der weltraumrechtlichen

Verantwortung vor der

Staatengemeinschaft“, sagte Professor

Werner Weiß von der Universität Wien,

als er gemeinsam mit Professor Otto Koudelka

von der TU Graz im Jahr 2014 den

Polarstern-Preis des Österreichischen

Weltraumforums erhielt. Die beiden Wissenschafter

leiteten die jeweiligen Teams,

die beide Satelliten bauten und sich um

die wissenschaftliche Auswertung der

Daten kümmerten.

Durch diese erfolgreichen Missionen

wurde Österreich erstmals zu einem sogenannten

„Startstaat“ und nahm damit

ganz neue völkerrechtliche Pflichten auf

sich, die in einem eigenen Bundesgesetz

über die Genehmigung von Weltraumaktivitäten

und die Einrichtung eines Weltraumregisters

umgesetzt wurden. Würde

einer der Satelliten auf die Erde fallen

und Schaden anrichten, wäre Österreich

im Rahmen der „Weltraumhaftung“ dafür

verantwortlich. Damit ist aber bei den

kleinen CubeSats nicht zu rechnen. Sie

fliegen normalerweise nur in niedrigen

Umlaufbahnen und werden durch die

Restatmosphäre der Erde schnell abgebremst,

bis sie in den dichteren Bereichen

der Lufthülle verglühen.

Noch aber sind die beiden österreichischen

Satelliten aktiv und liefern Daten,

von denen Wissenschafter und Studenten

gleichermaßen profitieren, sagt Werner

Weiß: „Für die Studierenden ergibt sich

aus ihrer Mitarbeit ein Lernpotenzial, das

weit über den regulären Studienplan

hinausgeht. Magisterarbeiten, Dissertationen,

wissenschaftliche Publikationen

sowie Beiträge bei Konferenzen belegen

die hohe Qualität dieser Teamarbeit.“

Natürlich haben die Minisatelliten

auch Nachteile. Ihre Größe macht es so

gut wie unmöglich, Triebwerke zur Korrektur

ihrer Umlaufbahn einzubauen.

Die ihnen zur Verfügung stehende Energie

ist im Vergleich zu konventionellen

Satelliten sehr gering und beträgt meis-

30. September 2015 • profilwissen 3

65


SATELLITENTECHNIK

Der Größenvergleich

Die Dimensionen von Satelliten diverser

Generationen zeigen den wiederkehrenden

Trend zur Miniaturisierung.

ESA

UNIVERSITÄT WIEN

NASAX

Envisat (2002)

Masse: 8211 kg

Größe: 25 x 10 x 7 m

Höhe Umlaufbahn: 767 km

Sputnik 1 (1957)

Gewicht: 84 kg

Größe: 58 cm Durchmesser

Höhe Umlaufbahn:

maximal 939 km

UniBrite-1 (2013)

Masse: 7 kg

Größe: 20 x 20 x 20 cm

Höhe Umlaufbahn: 790 km

tens nur wenige Watt. Das macht sie für

Langzeitmissionen ungeeignet, genau wie

ihre geringe Lebensdauer. Ein kleiner Cube-

Sat lässt sich zudem nur schlecht gegenüber

der im All existierenden kosmischen

Strahlung abschirmen. Dieser von

der Sonne und anderen Sternen stammende

Strom an geladenen Teilchen

kann die Elektronik an Bord daher innerhalb

kurzer Zeit zerstören respektive unbrauchbar

machen. Oder aber, wie beim

LightSail-Satellit, wieder in Gang setzen.

LightSail demonstriert auch, wohin

sich die CubeSats in Zukunft entwickeln

können. Dieser kleine Satellit wurde

nicht von nationalen Raumfahrtbehörden

oder Universitäten gestartet, sondern

von der privat organisierten Planetary

Society, die Bau und Start durch Spenden

aus der Öffentlichkeit finanzierte.

Zweck der Mission ist der Test eines neuen

Antriebssystems: Statt klassischer

Triebwerke soll der Satellit mit einem

Sonnensegel durchs Weltall fliegen. Der

kleine CubeSat enthielt eine dünne Folie,

die im Weltraum zu einer Fläche von

32 Quadratmetern entfaltet werden kann.

Sie reflektiert das Licht der Sonne, und

die dabei übertragene Kraft wirkt wie der

Wind auf das Segel eines Schiffs. Die aktuelle

LightSail-Mission sollte vorerst nur

zeigen, dass die Technik der Entfaltung

in der Realität funktioniert. Zwei Nachfolgeprojekte

werden dann tatsächlich

mit dem Sonnensegel durch den Weltraum

manövrieren.

Der Technologietest von LightSail, der

trotz der Computerprobleme am Ende erfolgreich

war, hat eindrucksvoll gezeigt,

wozu CubeSats in der Lage sind. Die Entwicklung

von Weltraumtechnik steht

nicht mehr nur großen Behörden wie

NASA oder ESA offen, sondern allen: Von

kleinen Ländern wie Österreich über

Universitäten, Schulen bis zu privaten

Organisationen. Die private Bastelei an

Satelliten wird in Zukunft zunehmen,

meint Michael Taraba vom Österreichischen

Weltraumforum: „Viele kleine Firmen

bieten Bausätze an, mit denen man

auf dem Küchentisch einen echten funktionsfähigen,

weltraumtauglichen Satelliten

zusammenbauen kann.“

Und Jonas Kiesbye von der TU München

prognostiziert eine immer weitere

Miniaturisierung. Ganze Schwärme winziger,

nur wenige Gramm schwerer „Femtosatelliten“

könnte mithilfe der Magnetfelder

von Erde, Sonne oder anderer Planeten

manövrieren und sich zu

verschiedensten Strukturen zusammenfinden:

„Als Schwarm können solche Satelliten

ein leistungsstarkes Antennenarray

oder einen hochsensiblen Sensor

bilden“, so Kiesbye. Bis es aber so weit ist,

wird noch einiges an Forschungsarbeit

notwendig sein, und viele neue Technologien

werden mit den CubeSats getestet

werden müssen. Das sieht auch Michael

Taraba so. Seine Antwortet auf die Frage,

welcher CubeSat unbedingt noch gebaut

werden muss: „Der nächste.“


66 profilwissen 3 • 30. September 2015


DAS SCHRÄGE EXPERIMENT

REDAKTION: ANNA GOLDENBERG

ANTONIO GUILLEM/SHUTTERSTOCK

Ein

Marathon

im

Gedankenlesen

Etwas über zwei Stunden brauchen die schnellsten Läufer

der Welt, um den 42,2 Kilometer langen Marathon

zu bewältigen. Gut trainierte Amateurathleten sind

mindestens vier Stunden auf den Beinen. Das ist ganz schön

viel Zeit, um über alles Mögliche nachzudenken. Aber worüber

genau eigentlich – das eigene Tempo, das Wetter oder

den Sinn des Lebens?

Ein Team amerikanischer Sportpsychologen ging dieser

Frage mit gewiefter Methodik auf den Grund. Sie rekrutierten

zehn Menschen, die im vergangenen Jahr zumindest

einen Marathon gelaufen waren und nun weiter regelmäßig

trainierten, und statteten diese mit einem tragbaren Aufnahmegerät

aus. Zunächst übten die Personen auf dem Laufband:

Den Teilnehmern wurden einfache Denkaufgaben wie

Anagramme gegeben, und sie wurden gebeten, alle ihre Gedankengänge

beim Lösen der Aufgabe laut auszusprechen.

„Thinking Aloud Test“ heißt diese Methode. Sie wird oft angewandt,

um neue Produkte zu testen und zu verstehen,

wie Benutzer damit umgehen. Das Prinzip hat den Vorteil,

dass es Gedankengänge in Echtzeit einfangen kann. Die Forscher

müssen sich also nicht auf die möglicherweise ungenauen

Erinnerungen der Menschen verlassen.

Im konkreten Fall trug man den Teilnehmern anschließend

auf, innerhalb der nächsten Woche einen mindestens

elf Kilometer langen Lauf durchzuführen, dabei das Aufnahmegerät

mitzunehmen und alles, was ihnen beim Joggen

durch den Kopf ging, laut auszusprechen. So sammelten

die Forscher mehr als 18 Stunden Tonmaterial, das sie

anschließend analysierten, indem sie die Inhalte in Themen

und Unterthemen unterteilten.

Die Ergebnisse zeigten, dass Langstreckenläufer die meisten

Gedanken (72 Prozent) dem Thema Laufen widmeten.

Welche Abschnitte der Gesamtstrecke man schon zurückgelegt

hat und wie man die eigene Geschwindigkeit an die

noch zu bewältigende Entfernung anpassen soll, forderte

die Hirnzellen der Läufer am meisten. An zweiter Stelle standen

Gedankengänge, die mit der Bewältigung von Schmerzen

zu tun haben und Einblick in verschiedene Selbstmotivationsstrategien

gewähren – etwa das Setzen von kleinen

Zielen oder positiver Selbstzuspruch. Zu nur 28 Prozent

kommentierten die Läufer ihre Umwelt: das Wetter, die

Landschaft oder Begegnungen mit anderen Sportlern. Immerhin:

Die meisten Teilnehmer fanden ihre Umgebung

schön.

Die Ergebnisse sind nicht nur für Marathonläufer und

Sportpsychologen interessant, die verstehen wollen, mit welchen

kognitiven Strategien man sportliche Leistungen verbessern

kann. Sie werfen auch die grundsätzliche Frage auf,

wie gut Gedankengänge überhaupt aufzeichnet und quasi

konserviert werden können – und wo eventuell Verzerrungen

der Daten drohen: So wäre es möglich, dass die Läufer

jene Gedanken eher artikulierten, die etwas mit dem Laufen

zu tun hatten, weil sie dachten, dass dies von ihnen erwartet

wurde.


30. September 2015 • profilwissen 3

67


Ihre Geburt war so selten wie

atemberaubend: Begleitet von

dampfenden Rauchschwaden,

orange leuchtenden Lavafetzen

und einem dunklen Regen aus Asche

und Steinen tauchte Niijima, auf japanisch

„neue Insel“, im November 2013

aus dem Pazifik. Zunächst maß sie 5,6

Hektar, ihr schwarzes Gestein ragte 25

Meter aus dem Meer. Doch der Vulkan

unter Niijima grollte weiter. Er

türmte noch mehr Lavamassen auf,

bis sie im April 2014 die unbewohnte

Nachbarinsel Nishinoshima schluckten

(Foto). Seit Ende des Vorjahres

misst das nun Nishinoshima genannte

Eiland 2,3 Quadratkilometer und

Wer sind

die ersten

Eroberer?

Vor Japan ist 2013 eine

neue Insel entstanden.

Noch speit der

Unterseevulkan Lava,

doch schon betreten

die ersten Lebewesen den

Boden von Nishinoshima.

Biologen liegen

bereits auf der Lauer,

um die ersten Siedler

zu identifizieren.

erhebt sich 110 Meter übers Wasser.

Noch gleicht die Insel 1000 Kilometer

südlich von Tokio mit ihrem rauchenden

Schlot eher dem Schattenreich

Mordor aus dem „Herrn der

Ringe“ als einer schmucken Perle im

Nordpazifik. Doch genau das könnte

Nishinoshima einmal werden. Sie ist

eine Sensation für Biologen, welche

ihre Besiedlung nun Samenkorn für

Samenkorn beobachten wollen.

Normalerweise verschwinden neu

entstandene Inseln schnell wieder in

den Fluten. Wie zum Beispiel das erst

vergangenen Jänner von einem Unterseevulkan

in die Südsee gespiene

Eiland ohne Namen, dessen Taufe

68

profilwissen 3 • 30. September 2015


NOCH FRAGEN?

U NGELÖ STE R Ä TSEL DER WISSENSC HAFT | REDAKTIO N : FRANZISKA DZUGAN

NEUE INSEL NISHINOSHIMA (oben)

Die Lavamassen schluckten 2014 das Nachbareiland.

GETTY IMAGES (2)

sich König Tupou VI., Oberhaupt des

Inselstaats Tonga, wohl sparen wird.

Zu brüchig ist der Boden aus losem

Schutt und Asche, um den Wellen

ohne Nachschub aus Magma lange

zu trotzen. 2011 hatte ein Unterseevulkan

vor der Kanareninsel El Hierro

Hoffnung auf Landgewinn gemacht,

seine glühende Lava aber schließlich

nur bis 90 Meter unter die Wasseroberfläche

gespien.

Für Nishinoshima sieht die Zukunft

ungleich besser aus. Ihr Untergrund

besteht aus festem Lavagestein

und wird dem Meer die nächsten

Jahrzehnte trotzen – ebenso wie die

Insel Surtsey vor der isländischen

Küste. Die Unesco hat das 1963 entstandene

Eiland sofort zum Naturschutzgebiet

erklärt, bis heute dürfen

es nur Wissenschafter betreten. Auf

Surtsey konnten Biologen erstmals

beobachten, wie die Kolonialisierung

des blanken Felsen durch Flora und

Fauna vonstatten ging. Die Bedingungen

waren denkbar schlecht: Über die

30 Kilometer vor Island liegende, 14

Quadratkilometer große Insel fegen

den Großteil des Jahres starke Stürme.

Trotzdem wanderten bereits im

ersten Jahr Insekten ein, die vermutlich

der Wind vom Festland mitgebracht

hatte. Moose, Pilze und Flechten

folgten, und Möwen nutzten die

Insel als Rastplatz. In Gefieder und

Kot brachten sie die Samen des Meersenfs

und des Strandhafers mit, die

im Vogeldung bald darauf Wurzeln

schlugen. Die Unesco zählt inzwischen

knapp 200 Pflanzen, 89 Vogelarten

und 335 wirbellose Tiere wie Insekten

oder Spinnen auf der Insel

Surtsey.

Noch ist der Vulkan auf Nishinoshima

aktiv. Die Biologen können die

Insel nur aus der Luft beobachten.

Die ersten Pioniere haben sie bereits

ausgemacht: Manch hartgesottenes

Vogelpärchen, einst auf der verschluckten

Insel ansässig, nistet

schon wieder auf Nishinoshima.

30. September 2015 • profilwissen 3 69


WUN DERTIER E

Kraken sind so clever und flexibel, dass sie Robotiker, Neurowissenschafter und Militärs gleichermaßen faszinieren

JURGEN FREUND/NATURE PICTURE LIBRARY/CORBIS

70

profilwissen 3 • 30. September 2015


Die Weisen der Meere

. Manche Forscher glauben gar, dass diese Tiere eines Tages die Weltherrschaft übernehmen könnten.

GROSSFLOSSEN-RIFFKALMAR

Farben und Körperhaltung dienen nicht nur der

Tarnung, sondern auch dem Ausdruck von Emotion

30. September 2015 • profilwissen 3

71


WUN DERTIER E

Von Till Hein

Ein bräunlich-grüner Krake schlingt

drei Arme um ein Marmeladeglas.

Er spannt die Muskeln an, ein Ruck

– und der Drehverschluss ist offen. Gierig

futtert der Oktopus die Krabben aus dem

Glas. „Geschickte Viecher, gell?“, fragt Michael

Kuba, Tintenfischexperte am

Max-Planck-Institut für Hirnforschung

in Frankfurt am Main. „Und ziemlich clever.“

Kraken finden sich in Labyrinthen

zurecht, erzählt er. Sie lernen schnell.

„Und sie können sich menschliche Gesichter

merken.“

Tintenfische, zu denen neben den

achtarmigen Kraken auch die Sepien und

Kalmare mit zehn Armen gehören, sind

nicht mit Fischen, sondern mit Schnecken

und Muscheln eng verwandt. „Wie

alle Weichtiere wurden sie lange hoffnungslos

unterschätzt“, sagt Kuba. Erst in

jüngster Zeit entdecken Wissenschafter

das Potenzial dieser Meeresbewohner:

Roboterforscher lassen sich von ihren

Greifarmen inspirieren. Ihre kräftigen

Nervenfasern begeistern Neurowissenschafter.

Ihre Tarnungsmethoden inspirieren

Militärtechniker. Nach einer Rundfunksendung

über Tintenfische schrieb

eine Hörerin unlängst auf der Website

von Deutschlandradio, sie werde nie

mehr Calamares essen. „Es käme mir wie

Kannibalismus vor.“ Den Kraken trauen

Experten am meisten zu: Sie sind flexibel,

haben ein gutes Gedächtnis und benutzen

wahrscheinlich Werkzeuge. Manche

Biologen glauben gar, dass diese

„Weisen der Meere“ eines Tages das Festland

erobern und den Homo sapiens als

dominierende Spezies ablösen könnten.

Tintenfische bevölkern alle Ozeane

unseres Planeten. Sie gehören zu den ältesten

Tiergruppen auf der Erde. Schon

vor mehr als 500 Millionen Jahren lebten

sie sowohl in den Weiten der Tiefsee

als auch in den flachen Küstenregionen.

Insgesamt sind rund 900 Arten bekannt.

Doch wie intelligent und zielstrebig sind

diese glitschigen Weichtiere, die bei Gefahr

Tinte versprühen und in der Dunkelheit

fliehen, wirklich?

„Fest steht, dass Kraken leidenschaftliche

Spieler sind“, sagt Kuba, Mitte 40,

groß, korpulent, Dreitagesbart, runde

Brille, und bewegt seine Finger selbst

schon wie tatendurstige Oktopusarme.

Lange glaubte die Wissenschaft, dass ausschließlich

Säugetiere zocken. Dabei albern

auch Tintenfische mit Spielsachen

ALEX MUSTARD/NATURE PICTURE LIBRARY/CORBIS

herum. Mittelmeerkraken (Octopus vulgaris)

reichen zum Beispiel gerne Legosteine

von einem Arm zum nächsten

weiter. „Es geht dabei um Fitness für Körper

und Geist“, sagt der Forscher, „und

darum, Langeweile zu vermeiden.“ Unterforderung

tut Kraken nämlich – ähnlich

wie hochbegabten Schulkindern in

der Welt des Homo sapiens – gar nicht

gut. Im Aquarium sollte man ihnen Geschicklichkeitsaufgaben

stellen, sonst

fressen sie bald nicht mehr. Chronische

Langeweile kann sie so frustrieren, dass

sie sich selbst Arme abbeißen.

Kraken sind bärenstark. In Experimenten

hob ein 2,5 Kilogramm schwerer

Oktopus mehr als das Siebenfache

seines Körpergewichts. Seit Homers Zeiten

beleben solche Tiere denn auch als

Meeresungeheuer, die ganze Schiffe in

die Tiefe reißen, Mythen und Sagen. Der

Kolosskalmar, das größte Weichtier der

Welt, ist zwar für Seeleute keine Gefahr,

aber bis zu zehn Meter lang und 500 Kilogramm

schwer. Seine Augen sind größer

als Fußbälle, sein Penis misst einen

Meter. Und es ist gut möglich, dass sich

irgendwo in der Tiefsee noch weit größere

Krakenarten verbergen. Denn Tintenfische

sind Meister der Tarnung.

Im Aquarientrakt des Frankfurter

Hirnforschungsinstituts untersucht Kuba

derzeit, wie genau sich Sepien an ihre

Umgebung anpassen können. Bis zu tausendmal

am Tag verändern sie in freier

Natur die Farben und Muster auf ihrem

Körper, um sich vor Fressfeinden zu verbergen,

erzählt Kuba und deutet auf zwei

graue Exemplare, die vor einem gleichfarbigen

Felsen im Becken kaum zu sehen

sind. Halten sie sich hingegen bei einem

Schachbrett auf, erzeugen Sepien

ein schachbrettartiges Muster. Spezielle

Pigmentzellen in der Haut, die Chromatophoren,

deren Färbung durch Muskelbewegungen

variiert werden kann, ermöglichen

die flexible Tarnung. Und

manche Tintenfischarten imitieren nicht

nur Farben und Musterung, sondern

auch die Oberflächenstruktur ihrer Umgebung.

Für dieses System interessiert

sich inzwischen sogar das Pentagon.

Nordamerikanische Militärtechniker

wollen es elektronisch nachbauen und

in Panzerfahrzeuge integrieren.

Die Großflossen-Riffkalmare in einem

KRAKE IN EINER KOKOSNUSS

Das Verstecken in eingesammelten Kokosnüssen deuten manche Forscher als Zeichen von Bewusstsein.

72 profilwissen 3 • 30. September 2015


CORBIS (2)

KARIBISCHER

RIFFKALMAR (li.)

Können sie vielleicht

ganze Sätze bauen?

MIMIKRY-KRAKEN

Imitieren als perfekte

Schauspieler

Flundern, Feuerfische

und Seeschlangen.

Becken scheinen nicht begeistert über

unseren Besuch. Wie Stacheln recken sie

ihre Tentakel nach oben, und auf ihrem

Körper prangen gelbe Warnstreifen. „Sie

drohen uns“, sagt Kuba. Farbenspiel und

Körperhaltung dienen bei Tintenfischen

nicht nur der Tarnung, sondern auch

dem Ausdruck von Emotionen. Werden

etwa Mittelmeerkraken aggressiv, zeichnen

sich um ihre Augen schwarze Wutbalken

ab. Bei Karibischen Riffkalmaren

stießen Forscher gar auf ein komplexes

Zeichensystem, mit dessen Hilfe die Tiere

untereinander kommunizieren. Manche

Experten glauben, dabei eine Art

Satzbau feststellen zu können: ein Phänomen,

das sonst ausschließlich aus der

menschlichen Sprache und dem Gesang

einiger Vogelarten bekannt ist.

Den kürzlich verstorbenen amerikanischen

Meeresbiologen Roland Anderson

aus Seattle, der über Jahrzehnte Verhaltens-

und Intelligenzforschung mit

Tieren betrieb, hätte

das nicht gewundert.

„Kraken sind

zwar nicht so intelligent

wie Papageien“,

sagte der Experte

im profil-wissen-Gespräch

kurz vor seinem

Tod. „Aber sie

sind mit Sicherheit

schlauer als viele andere

Vögel.“ Dass Oktopoden

zumindest

erstklassige Schüler

sind, stellte er selbst

mehrfach fest: In einem

Experiment

warf Anderson Pazifischen

Riesenkraken

(Enteroctopus dofleini)

Futter in einer

Pillendose mit Kindersicherung,

bei der

man zum Öffnen

gleichzeitig drücken

und drehen muss,

ins Becken. Die Tiere

beschäftigten sich so

lange mit der Dose,

bis sie den Trick heraushatten.

Anderson wies auch nach, dass sich

Kraken menschliche Gesichter merken

können. In einem Experiment kümmerten

sich zwei Personen abwechselnd um

die Kraken im Seattle Aquarium. Einer

der Wärter fütterte sie, der andere

piesackte sie mit einem Stock. Schon

nach wenigen Tagen reagierten die Tiere

unterschiedlich auf die beiden Männer,

auch wenn sie weder Stock noch

Futter dabei hatten. „Näherte sich ihr

Wohltäter, schwammen sie an die Oberfläche

oder hoben ihre Arme, weil sie etwas

zu fressen erwarteten“, berichtete

Anderson. Kam hingegen ihr Feind, so

bildeten sich um ihre Augen dunkle Wutbalken

und sie spritzten Wasser gegen

ihn. Anschließen zogen sich die Kraken

in die hinterste Ecke des Aquariums zurück

und zeigten ihre Saugnäpfe: eine typische

Verteidigungshaltung. Einer der

Oktopoden erwies sich laut Anderson als

besonders nachtragend: Zwei Wochen

nach Abschluss des Experiments mied er

seinen ehemaligen Peiniger immer noch.

„Das große Gehirn der Kraken ermöglicht

erstaunliche Lern- und Gedächtnisleistungen“,

sagt auch der Tintenfischforscher

Volker Miske von der Universität

Greifswald. Es besitzt etwa sogenannte

Vertikal- und Subfrontallappen, die ausschließlich

der Informationsspeicherung

dienen. „Die anatomischen Voraussetzungen

für Intelligenz sind also zweifelsohne

gegeben.“ Die Besonderheit: Kraken

haben nicht nur ein Denkorgan wie

der Homo sapiens – sondern deren neun.

„Genauer betrachtet handelt es sich bei

acht der neun Hirne um Ganglienknoten“,

präzisiert Michael Kuba. Diese untergeordneten

Steuerungsapparate befinden

sich in den Armen und sind für einfache

Bewegungsabläufe autonom

verantwortlich. Erst wenn die Anforderungen

komplexer werden, übernimmt

das Haupthirn.

Doch haben Tintenfische ein Bewusstsein,

ähnlich dem Menschen? Australische

Verhaltensforscher beobachteten,

wie Kraken auf dem schlammigen Meeresgrund

vor der indonesischen Insel Su-

lawesi halbe Kokosnussschalen einsammelten,

diese wie ein Zelt mitschleppten

und schließlich als Versteck nutzten. Der

Lebensraum jener Oktopoden bietet

sonst kaum Möglichkeiten, sich zu verbergen.

„Kraken haben eine Vorstellung

davon, wie sie sich im Raum bewegen,

und können je nach Erfahrungen und

aktueller Situation Entscheidungen treffen“,

interpretiert die renommierte kanadische

Tintenfischexpertin Jennifer Mather

die Beobachtungen. Das sei letztlich,

was Psychologen unter „Bewusstsein“

verstehen.

Kuba ist da vorsichtiger: Oktopoden

würden gerne Dinge „einfach so“ mitnehmen,

sagt er. „Jeder zweite Krake trägt

bei uns einen Stein mit sich herum.“ Die

Gründe seien eher Neugierde und

Spieltrieb. Volker Miske hingegen, der

neben seiner wissenschaftlichen Arbeit

auch Forschungstaucher und Unterwasserfilmer

ist, vertritt die Meinung, dass

Kraken sehr wohl zu vorausschauendem,

also planendem Handeln fähig sind. „Folgendes

Beispiel legt das nahe“, sagt er:

„Ein Exemplar eines Gewöhnlichen Kraken

trug kurz nacheinander kleine Steine

vor seiner Höhle zusammen, schichtete

diese offenbar gezielt auf, riegelte damit

den Eingang der neu errichteten

Burg ab, um bald darauf gut geschützt

einzuschlafen.“

Ob Oktopoden Werkzeuge gebrauchen,

wie Menschen und Schimpansen,

ist unter Fachleuten ebenfalls umstritten.

Wird etwa im Stuttgarter Zoo Wilhelma

das Tintenfischbecken sauber gemacht,

kommt schon mal ein Oktopus angeflitzt

und schnappt sich den Schrubber, um

sich damit die Zeit zu vertreiben. Sie verwenden

Werkzeug aber nicht nur zum

Spaß, betont Miske: insbesondere das

Werkzeug Wasser. „Einen Wasserstrahl,

den sie mithilfe einer körpereigenen Drüse

erzeugen, benutzen sie zum Reinigen

oder Erweitern ihrer Höhlen“, berichtet

der Forscher. „Sie sammeln Sand und

Steinchen zusammen, bewegen sich zum

Höhleneingang. Dann öffnen sie die

Arme und pusten das Ganze mit einem

kräftigen Wasserstrahl davon.“

30. September 2015 • profilwissen 3

73


W UNDERTIERE

MICHAEL KUBA (2)

SPIEL MIT

LEGOSTEINEN

Kraken sind immer

bestrebt, Langeweile

zu vermeiden.

Krake Paul

Sollte das Wundertier

wirklich Fußballergebnisse

vorhergesagt

haben?

KRAKENFORSCHER

MICHAEL KUBA

„Kraken sind

leidenschaftliche

Spieler.“

Wie clever und geschickt Kraken sind,

belegen auch Kubas Experimente mit

Röhrenlabyrinthen. Mit ihren Saugnäpfen

ertasten die Tiere die Unterschiede

der Gänge und lernen schnell, dass nur

die Plexiglasröhren mit breiten Rillen

Futter enthalten – um dann die Köder

mit einer gezielten Armbewegung herauszufischen.

Im Jahr 2009 hat die Europäische Union

ein Oktopus-Roboterprojekt ins Leben

gerufen: eine internationale

Kooperation von

Verhaltensforschern

und Ingenieuren, die

sich von diesen Tintenfischen

inspirieren lassen

sollen. „Soft bodied

robotics“ lautet das

Zauberwort, „Weichkörper-

Robotik“, angelehnt

an Körperbau

und Motorik von Oktopoden. Weltweit

tüfteln Forscherteams an elektronischen

Helfern für die Kranken- und Altenpflege.

Doch die stahlharten Klauen herkömmlicher

Roboter sind ein Sicherheitsrisiko.

Eine sanftere Greifmethode

mit gummi artigen Extremitäten wäre

eine gute Alternative für die Patienten –

und viele Hoffnungen ruhen auf dem

Krakenprinzip.

Michael Kuba selbst interessieren zunehmend

neurobiologische Fragen. Aufgrund

ihrer dicken Nervenfasern seien

Tintenfische etwa ideale Studienobjekte

für die Übertragung von Nervenimpulsen

zum Gehirn. Und an Kraken lasse

ROLAND WEIHRAUCH/DPA

Kraken-Müllabfuhr

Schweizer Ingenieure arbeiten an einem

fliegenden Putzroboter mit Tintenfischarmen,

der Müll aus dem All schaffen soll.

VOLKER MISKE

VOLKER MISKE

Der Forscher glaubt,

dass Kraken zu

planendem Handeln

imstande sind.

Allein im niedrigen Orbit

rasen mehr als drei Millionen

Kilo Müll um die Erde:

ausgediente Raketenteile, Explosionstrümmer,

havarierte

Satelliten. 16.000 Brocken mit

einem Durchmesser von mindestens

zehn Zentimetern, die

mit einer Geschwindigkeit von

bis zu 28.000 Stundenkilometern

durchs All schießen und

74 profilwissen 3 • 30. September 2015


sich ergründen, wie sich Schlaf – auch

beim Menschen – auf die Gedächtnisleistung

auswirke, hofft der Forscher. Selbst

was das Seelenleben betrifft, scheint es

zwischen Krake und Homo sapiens Parallelen

zu geben: Roland Anderson ließ

im Seattle-Aquarium 44 Kraken (Rote

Oktopoden) einen Persönlichkeitstest absolvieren,

bei dem sie unter anderem in

einer Stresssituation Geschicklichkeitsaufgaben

lösen sollten. „Es zeigte sich,

dass einige Individuen regelrecht unter

Verfolgungswahn leiden, andere sehr

passiv sind und wieder andere aggressiv“,

erzählte der Meeresbiologe.

Der französische Organisationsforscher

Christophe Haag behauptet gar, dass Tintenfische

dem Menschen überlegen sind

und metaphysische Kräfte haben. Der

„Krake Paul“ aus dem Sea Life Center in

Oberhausen wurde während der Fußballweltmeisterschaft

2010 weltberühmt, als

er die Ergebnisse aller Deutschland-Spiele

sowie des Finales Spanien : Niederlande

richtig „voraussagte“. Das Tier musste

jeweils entscheiden, aus welcher von zwei

mit Landesflaggen der Mannschaften geschmückten

Futterbehälter es zuerst eine

Miesmuschel fischte – und wählte stets

den Topf mit der Flagge der späteren Siegermannschaft.

Zumindest Haag gibt sich überzeugt,

dass der Mensch von Kraken wie Paul

lernen könne, wie man richtige Entscheidungen

trifft. In seinem Buch „La Poulpe

Attitude“ („Die Kraken-Attitüde“)

führt er aus, dass Oktopoden über einen

ausgeprägten Sechsten Sinn verfügen,

der dem „Bauchgefühl“ beim Menschen

ähnle und zu besseren Ergebnissen führe

als der reine Intellekt. Kuba winkt ab.

„Das mit der Tintenfisch-Wahrsagerei ist

ein totaler Schmarren“, sagt der Forscher.

„Tierparks in Deutschland und der ganzen

Welt haben damals, vor der Fußball-WM

2010, aus Jux Dutzende Tierarten

nach diesem Prinzip tippen lassen.

Und bei einem Kraken passten die Ergebnisse

halt zufällig zum späteren Verlauf

des Turniers.“

Wenn auch wohl keine wahren Propheten,

so sind manche Kraken unbestritten

geniale Schauspieler. Die größten

Stars unter den Mimen des Meeres,

die Mimikry-Kraken (mimic octopuses),

scheinen allerdings äußerst selten zu sein.

2001 haben Wissenschafter vor den Küsten

Malaysias und Indonesiens erstmals

Exemplare dieser Art beobachtet. Innerhalb

weniger Minuten können sich Mimikry-Kraken

in unterschiedlichste Meeresbewohner

verwandeln und deren Verhalten

nachahmen: von der Flunder über

den Feuerfisch bis hin zur Seeschlange.

In Gefangenschaft aber scheinen sie keine

Lust zum Theaterspielen zu haben

und verkriechen sich lieber im Sandboden.

Die Tiere spulen offenbar nicht einfach

nur ein genetisch festgeschriebenes

Repertoire ab, sondern reagieren auf die

konkreten Anforderungen, die ihre Umwelt

an sie stellt.

Kraken sind smart, obwohl sie nur

wenig Zeit zum Lernen haben. Denn in

der Regel werden sie nicht älter als drei

Jahre. Dennoch gehen vereinzelte Biolo-

gen davon aus, dass Tintenfische in ferner

Zukunft das Land erobern könnten.

„Meines Erachtens liegt das durchaus im

Bereich des Möglichen“, sagt Volker Miske

von der Universität Greifswald. Denn

der Übergang vom Wasser- zum Landleben

sei in der Vergangenheit von ganz

unterschiedlichen Tiergruppen mehrfach

vollzogen worden.

Bereits heute halten sich manche Kraken

auf Beutesuche zeitweise außerhalb

des Wassers auf – wenn sie etwa von einem

Gezeitentümpel zum nächsten gelangen

wollen. Tintenfische tragen allerdings

ein für die Atmung relevantes Handicap

mit sich herum. Ihr Blutfarbstoff,

das Hämocyanin, enthält als Zentralatom

Kupfer und bindet Sauerstoff in geringerem

Maße als der Farbstoff des menschlichen

Blutes (Hämoglobin) mit Eisen als

Zentralatom.

„Die Tintenfische konnten diesen

Nachteil jedoch durch Optimierung ihres

Blutgefäßsystems kompensieren“, betont

der Wissenschafter. „Neben dem

Hauptherzen haben sie zwei weitere an

den Kiemen entwickelt.“ Es lasse sich nur

spekulieren, wie dieses Hochleistungssystem

für das Landleben weiter verbessert

werden könnte. Eine Mutation etwa,

die das Kupfer gegen Eisen eintauscht, sei

„zwar unwahrscheinlich, aber nicht ausgeschlossen“,

sagt Miske. „Ich denke, dass

Kraken zu den Tiergruppen gehören werden,

die eines fernen Tages auf diesem

Planeten eine dominierende Rolle spielen

könnten. Reine Spekulation, wohlgemerkt.“

n

locker die Scheiben von

entwickelt einen Weltraumputzroboter.

Geplant ist ein

längliches Gehäuse aus Aluminium

mit Ionenstrahlantrieb,

einem Kameraauge

und weichen Greifern.

Weltraumschrott rotiert

meist rasend schnell um die

eigene Achse. Schnappt eine

klassische Roboterhand aus

Metall und Kunststoff danach,

kommt es zu einem harten

Aufprall – und der Brocken

entgleitet meist wieder. Daher

forschen die Schweizer

an einer Alternative. Gass

spreizt seine langen Arme

und bewegt die Finger, als

wolle er einen Oktopus mimen.

Sein Team experimentiert

mit biegsamen Greifern

aus Gummi, die sich, mit

Elektroden gespickt, durch

Stromstöße bewegen lassen.

Vier solche Grabscher sollen

gemeinsam nach Weltraumschrott

schnappen und diesen

einschnüren – wie Tintenfischarme,

wenn sie ein

Marmeladeglas öffnen.

Der Putzroboter ist als Kamikazeflieger

konzipiert: Einen

ausgedienten Satelliten

an sich gepresst, wird er sich

selbst mit in den Tod stürzen

– und verglühen. Doch Gass

träumt von Folgemodellen,

die im All Schrottteile aufklauben,

in einen Müllcontainer

füllen und diesen

schließlich mit ihren kräftigen,

hochflexiblen Krakenarmen

aus sicherer Entfernung

in die Atmosphäre schleudern

und verglühen lassen.

Raumfähren zerschmettern.

Auch die rund 800 aktiven

Satelliten, die Daten für Klimaschutz,

Telekommunikation,

Tsunami-Frühwarnung

und Navigation zur Erde funken,

gefährdet der kosmische

Kugelhagel.

Volker Gass, der das Swiss

Space Center (SSC) an der

Eidgenössischen Technischen

Hochschule (ETH) Lausanne

leitet, hat dem Müll den

Kampf angesagt. Sein Team

30. September 2015 • profilwissen 3

75


PAPIERKRAM

REDAKTION: PETRA PAUMKIRCHNER

ieses Buch ist ein Meisterwerk“, sag-

der Mathematikprofessor Hans

„Dte

Hahn an der Universität Wien zu seinem

Studenten Karl Menger, als dieser ihm in

den 1920er-Jahren den Erstdruck seines

Buches „Dimensionstheorie“ zeigte. So beginnt

das jüngste Buch „Die Mathematik

des Daseins“ des österreichischen Mathematikers

Rudolf Taschner. Ob der Autor

damit keckerweise einen versteckten

Hinweis auf sein eigenes Buch geben

wollte, wissen wir nicht. Er hätte durchaus

Grund gehabt, sich dieses Eigenlob

zu gestatten. Der Leser wird auf eine faszinierende

Reise durch die mathematischen

Grundlagen der Spieltheorie entführt.

Taschner beherrscht die Kunst,

hochkomplexe mathematische Probleme

wie Dimensionen, Kurven, Wahrscheinlichkeiten,

Gesellschaftsspiele oder

das Gefangenendilemma in amüsanten

Anekdoten verpackt und gleichsam en

passant zu erklären, als wären sie das

Selbstverständlichste der Welt.

Taschners Buch ist nicht nur ein Buch

über mathematische Phänomene, es bietet

dem Leser zugleich spannend formulierte

biografische Skizzen der wichtigsten

Akteure der Spieltheorie zwischen

dem 16. Jahrhundert und heute. Alles in

allem ein vergnüglich zu lesender Text,

der die als sperrig und abgehoben geltende

Mathematik als eine allseits verständliche,

im Alltag äußerst nützliche

Wissenschaft präsentiert, deren Verständnis

nicht zuletzt Spielern einen Vorteil

verschaffen kann.

Formeln,

Fische,

Fortpflanzung

Einige Neuerscheinungen

des Herbstes spüren

faszinierenden Phänomenen

der Naturwissenschaft nach.

Rudolf Taschner:

Die Mathematik des Daseins

Hanser, 256 Seiten,

EUR 22,60

Kurt Fischer:

Relativitätstheorie

in einfachen Worten

Springer, 180 Seiten,

EUR 25,69

Ewald Weber:

Der Fisch, der lieber

eine Alge wäre

C. H. Beck, 245 Seiten,

EUR 19,95

Axel Meyer:

Adams Apfel und Evas Erbe

C. Bertelsmann,

409 Seiten,

EUR 20,60

In

„Relativitätstheorie in einfachen

Worten“ des Physikprofessors Kurt

Fischer wird – der Titel verrät es schon –

auf höhere Mathematik zur Erklärung

von Einsteins Theorie und der zugrunde

liegenden physikalischen Phänomene

verzichtet. Gerade die mathematischen

Formeln lassen einige Bücher über die

Relativitätstheorie sperrig und ermüdend

wirken. Fischer ist es gelungen, die Mathematik

auf ein Minimum zu reduzieren,

ohne dem Leser die wissenschaftliche

Unterfütterung zu unterschlagen. Die

Sätze sind kurz gehalten, alle Vorgänge

sind anhand von gut durchdachten Beispielen

präzise, wenn auch etwas spröde

und trocken erklärt, sodass dem Laien

die Relativitätstheorie einleuchtet, auch

wenn manchmal ein paar Details weniger

einer inhaltlichen Überladung entgegengewirkt

hätten. Der Leser fühlt sich

vom Autor ernst genommen. Auf das Wesentliche

konzentrierte Grafiken und

Schemazeichnungen unterstützen das

Verständnis, sodass sich am Ende dem

Leser eine der komplexesten physikalischen

Theorien in Wort und Bild erschließt.

Damit bereichert der Springer

Spectrum Verlag, der vor allem als Fachmedienverlag

bekannt ist, sein Sachbuchsegment.

Robert Pogue Harrison:

Ewige Jugend.

288 Seiten,

EUR 25,60

CORBIS (2)

76

profilwissen 3 • 30. September 2015


Jungbrunnen-

Holzschnitt

Während möglichst immer -

währende Jugendlichkeit

ein ständiges Thema unserer

Gesellschaft ist, wird über

das Alter weniger gern

gesprochen. Ein neues

Sachbuch widmet sich jetzt

einer überfälligen Kulturgeschichte

des Alterns.

Der deutsche Biologe Ewald Weber

nimmt in seinem neuesten Buch

„Der Fisch, der lieber eine Alge wäre“ den

Leser mit auf eine faszinierende Reise

durch die vielfältigen Wechselbeziehungen

zwischen Pflanzen und Tieren. Neben

den gängigen Beispielen der Seeanemone

und des Anemonenfisches oder

der Schnabelanpassung der Kolibris erzählt

der Autor von den erstaunlichsten

Kuriositäten – zum Beispiel von der sogenannten

Verdauungsverbreitung von

Pflanzensamen durch Fische, von Riesenfrüchten

in Nordamerika, deren Verbreiter

mittlerweile ausgestorben sind, von

unterschiedlichen chemischen Waffen

von Pflanzen gegen Tierbefall und von

Pflanzen, die einander gegenseitig warnen.

Eine Lektüre, die sich definitiv lohnt.

Wenn Sie schon immer wissen wollten,

wie viele Neandertalergene Sie

besitzen oder ob Sie mehr süd- oder osteuropäisch

sind, sollten Sie wie der Genomforscher

Axel Meyer einen Gentest

machen lassen. Wer wir sind, erfahren

wir – davon ist Meyer überzeugt – hauptsächlich

durch unsere Gene. Im Zusammenhang

damit ist die Frage, ob wir als

Bub oder Mädchen zur Welt kommen,

untrennbar verbunden. Unser Geschlecht

ist Programm. Es hat auf unterschiedlichste

Lebensbereiche Auswirkungen:

auf die Fortpflanzung, unsere Lebensformen,

unser Miteinander, auf unsere Einstellung

zur Treue, auf Schönheitsideale,

das Denken und vieles mehr. Genau diesen

Themenfeldern widmet Meyer sein

Buch „Adams Apfel und Evas Erbe“. Ob

und inwiefern das Geschlecht einen Unterschied

macht, präsentiert der Autor

anhand neuester Forschungsergebnisse

im Spannungsfeld von Biologie, Genetik

und Evolution. Ein spannend zu lesendes

Buch, bei dem man sich selber dabei

ertappt, wie typisch manche Eigenschaften

für das eigene Geschlecht sind.

Die Welt gehört der Jugend, so scheint

es. Schnell beschleicht einen heute

das Gefühl, das Alter sei schlicht unschick,

wenn man den Jugendwahn der

Gesellschaft beobachtet: Um möglichst

lange ein vermeintlich akzeptierter Teil

der Gesellschaft zu sein, müsse man alles

daransetzen, jugendlich zu wirken –

mit natürlichen wie auch künstlichen

Methoden. Robert Pogue Harrison widmet

sein Buch „Ewige Jugend“ hingegen

dem Alter, das zumeist weniger gern thematisiert

wird. Dabei geht es nicht um

das Altern im biologischen Sinne, sondern

um eine Kulturgeschichte des Alterns.

Der Autor vollführt dabei einen

weiten Bogen vom Anfang der Menschheitsgeschichte

bis in die Gegenwart. Philosophen,

Politiker und Literaten kommen

zu Wort. Auch Gedichte werden zitiert,

die sich mit dem Alter beschäftigen,

sodass eine vielfältige Sichtweise entsteht.

Ein gelungener Parcours durch die

Geschichte, der vergnügliche Lesestunden

garantiert.


30. September 2015 • profilwissen 3 77


POLEMIK

Der verzauberte

EXPA / PICTUREDESK.COM

Einst wurden natürliche Lebensmittel

mit „verderblich“ gleichgesetzt. Heute

gelten sie als höchstes Gut und werden

nahezu kultisch verehrt. Das ist extrem

naiv, findet Werner Pleschberger.

IDEALISIERTES KLISCHEEBILD

Eine einzige falsche Vorstellung, eine

Blickverstellung, die selbst für einen

durchschnittlich intelligenten Käufer

einigermaßen blödsinnig daherkommt.

78

Konsument

I

n den USA sind heute rund 320.000 verschiedene Nahrungsmittel

und Getränke auf dem Markt, von denen

ein großer Supermarkt etwa 40.000 Produkte anbietet.

Wollte ein Konsument eine einigermaßen reflektierte

Kaufentscheidung treffen, er würde schnell in Ratlosigkeit

verfallen. Er trifft Kaufentscheidungen stets unter

hoher informationeller Unsicherheit. Er kann konventionelle

Milch kaufen, aber auch solche mit Extraproteinen,

differenziertem Fettgehalt, Extra-Kalzium, Aromen

oder ohne Laktose. Unterschiedlich bepreist stehen die

Produkte im Regal (gleich neben der Sojamilch).

Um viele unserer Lebensmittel wurde eine differenzierte

„Ernährungsfassade“ konstruiert, die deren Verpackungen

komprimiert kommunizieren und die Marketingstrategen

gezielt forcieren. Paradoxerweise hat dies die Konfusion

der Konsumenten – was sie eigentlich essen und mit

welchen gesundheitlichen Folgen – nicht gemildert, sondern

erhöht, wie die US-Forscherin Marion Nestle betont.

Der heutige Konsument ist in der typischen Situation

des Patienten beim Arzt: Er weiß nicht genau, was sein

Problem ist, ob er eine Behandlung überhaupt braucht

und was die ihm vorgeschriebene Therapie eigentlich

bringen wird. Er vertraut alternativ- und hilflos darauf,

dass die vielen Informationen auf den Verpackungen gewöhnlicher

Lebensmittel wahr sind, was er aber nie überprüfen

kann. Im Alltag herrscht eine „Informationsasymmetrie“,

wonach der Konsument deutlich weniger weiß

als der Anbieter des Produkts. Für Letzteren ist die Inforprofilwissen

3 • 30. September 2015


mationsasymmetrie ein struktureller Anreiz für Behauptungen,

Irreführung oder Missbrauch, und umso mehr

irrlichtert der Konsument hinsichtlich seiner Erwartungen

und Vermutungen zum gekauften Produkt.

Die neue Religion

Zum Informationsproblem tritt die Überfrachtung von

Lebensmitteln mit allen möglichen Bedeutungen, sei

es auf der Verpackung oder in der Werbung. Ein Lebensmittel

ist bio, authentisch, umweltfreundlich, traditionell,

fair, hausgemacht. Eine simple Joghurtbutter ist „streichfähig“

(was immerhin eine noch überprüfbare Eigenschaft

wäre), sie stammt von „Bergbauern“, „aus dem Mühlviertel

und dem Ötscherland“. Auf vielen Verpackungen prangen

Labels („Zurück zum Ursprung“, „Natur pur“, „Ein gutes

Stück Heimat“), die reine Selbstbehauptungen der Produzenten

oder Vermarkter und zumeist weder bindend

noch transparent sind. Auf der Verpackung eines gewöhnlichen

Schnittkäses können sich ohne Weiteres sieben

Siegel finden. Dieser Trend hat sowohl konventionell als

auch organisch hergestellte Lebensmittel erfasst.

Eine übergreifende Botschaft des Marketings lautet:

Das Lebensmittel ist „natürlich“. Bis Ende des 19. Jahrhunderts

wurde ein natürliches Produkt mit verderblich,

danach verwissenschaftlicht mit kontaminiert oder toxisch

in Verbindung gebracht. Heute scheint uns ein natürliches

Lebensmittel vorteilhaft. Für den amerikanischen

Konsumpsychologen Paul Rozin ist die neue Präferenz

der Konsumenten für natürliche Lebensmittel ein

verselbstständigter Glaube an das Gute, vergleichbar dem

Glauben an Gott, über den man bekanntlich nicht diskutieren

kann. Die Bild- und Farbsymbolik der Verpackung

einer gewöhnlichen Frischmilch bettet das Produkt in

die natürliche Welt ein und gibt ihm eine umfassende

ökologische und soziale Bedeutung, welche die simple

materielle Seite des Lebensmittels verdrängt.

Die Verpackung zeigt etwa eine harmonisch geformte,

ökologisch intakte Landschaft, in der sich glückliche Kühe

tummeln. Ein anderer Karton führt uns fröhliche Hühner

vor Augen, die sicher „die wertvollsten Eier legen“

oder „mehr Qualität“ versprechen, weil sie einen unbegrenzten

Wiesenauslauf erleben. Die Idealisierung der Natur

korreliert mit der glücklichen bäuerlichen Familie,

die irgendwo draußen fernab einer Stadt in Einheit mit

der Natur zu leben und zu produzieren scheint. Das alles

zusammen soll uns an den „ursprünglichen Status“ erinnern,

der unserer urbanisierten und industrialisierten

Welt vorausging und ihr nunmehr als Spiegel des guten

Lebens vorgehalten wird.

Eine einzige falsche Vorstellung, eine Blickverstellung,

die selbst für einen durchschnittlich intelligenten Käufer

einigermaßen blödsinnig daherkommt, die eine Phäakenwelt

abbildet, die keiner simplen Plausibilitätsprüfung

standhält. In der realen, industrialisierten Herstellungs-

und Verarbeitungskette mit Hochleistungskühen

30. September 2015 • profilwissen 3 79


POLEMIK

produzieren immer weniger agrarische Betriebe einen

steigenden Ausstoß an Rohmilch. Im modernen Kuhstall

kümmert sich der Roboter um die Kühe, der Mensch ist

ihr Supervisor. Milch und deren viele Derivate sind Ergebnis

eines industriellen Herstellungsprozesses.

Natürlich fett

Globalen Nielsen-Umfragen zufolge ist für mehr als

die Hälfte der Konsumenten das „Natürliche“ am Lebensmittel

ein wichtiger Faktor in der Kaufentscheidung.

Laut AMA-Milchmarketing assoziieren viele österreichische

Konsumenten Milch mit Natur und Naturprodukt.

Konsumenten neigen dazu, ein natürliches Lebensmittel

als gesundes Lebensmittel zu betrachten. Einer experimentellen

Studie zufolge glauben viele Menschen, ein

Bio-Plätzchen sei gesünder und könne daher häufiger gegessen

werden als ein konventionelles Produkt. Selbst

bei identischen Ernährungsangaben auf beiden Produkten

bleiben sie bei dieser Ansicht. Forscher vermuten inzwischen,

natürliche Lebensmittel seien unter Umständen

ein Türöffner zu mehr Fettleibigkeit, weil sie ein Anreiz

sein können, mehr davon zu konsumieren.

Das Problem ist, dass „natürlich“ fast alles oder nichts

bedeutet. Weder ist der Begriff definiert noch zertifiziert.

Der US-Konzern General Mills vermarktete bis vor Kurzem

viele Produkte bildstark mit der Behauptung „100% natural“,

obwohl die Produkte künstliche Süßstoffe enthielten.

Kaum Hilfestellung leistet die Lebensmittelwissenschaft,

die wenig Anstalten macht, überzeugend zu definieren,

was in wissenschaftlicher Hinsicht ein natürliches Lebensmittel

wäre. Einige nationale Empfehlungen definieren

immerhin ein natürliches Lebensmittel als eines, das keine

künstlichen Zusätze enthält, dem keine Bestandteile

entnommen wurden und dessen biologischer, physikalischer

und chemischer Zustand im Zuge einer Transformation

nicht wesentlich verändert wurde. Strittig bleibt

das Merkmal „nicht wesentlich verändert“. Einigermaßen

strikt interpretiert wäre die erwähnte natürliche Joghurtbutter

kein natürliches Produkt, weil das Rohmaterial

Milch wesentlich verändert wurde.

Seid Patrioten!

In Österreich sind aktuell gerade 15 Lebensmittel geografisch

geschützt und können mit ihrer regionalen Herkunft

vermarktet werden (etwa die „Wachauer Marille“).

Das Lebensmittelmarketing ist jedoch keineswegs verlegen

und verortet viele Lebensmittel freihändig und im

rechtlichen Freiraum als regional oder lokal. Der Konsument

kann „steirisches Roggenmischbrot“, „100 % österreichisches

Mehl“ oder „Äpfel aus Österreich“ kaufen. Bei

der territorialen Verortung ist heute schier alles an Behauptungen

möglich und erlaubt, mit Ausnahme der

schwer beweisbaren vorsätzlichen Täuschung.

Der Konsument bringt die Informationen in Zusammenhang

mit Natur, Umweltfreundlichkeit, Verlässlichkeit,

Sicherheit und ethischer Produktion. Befragte in fünf

verschiedenen europäischen Ländern meinten mehrheitlich,

Hühnerfleisch aus dem jeweils eigenen Land sei sicherer

als importiertes. Ein in der EU produziertes Huhn

wird schwächer bewertet. Für jeden zweiten italienischen

Konsumenten ist die Qualität des italienischen Produktes

per se besser als ein vergleichbares Importgut. Irische

Konsumenten gerieren sich bei Rindfleisch oder Milchprodukten

strikt national-loyal. Irische Produkte scheinen

ihnen qualitätsvoller, auch weil sie vermuten, sie

stammen von kleinen regionalen Produzenten, die traditionell

„irisch“ produzieren würden. Mit der territorialen

Verortung bedient das Lebensmittelmarketing diffuse

historische und kulturelle Motive, was sich zum ökonomischen

Patriotismus übersteigern kann.

Attribute wie „natürlich“ oder „regional“ suggerieren,

dass ein gewöhnliches Lebensmittel mehr ist, als es ist.

Im Hintergrund steht die implizite Behauptung, der Konsument

sei für die Verschmutzung der Umwelt und den

exzessiven Verbrauch der Ressourcen verantwortlich. Für

ihn sei es schleunigst Zeit, die Natur um Vergebung zu

bitten und aktive Buße zu tun, was ihm die erneute Annäherung

an die ursprüngliche, bessere Form des Lebens

erlauben werde. Folgt der Konsument der Botschaft des

Marketings, hält er vor allem den auf Wachstum ausgerichteten

Produktivismus der Agrar- und Lebensmittelwirtschaft

im Laufen. Die Botschaft lautet: Iss natürliche

und regionale Produkte in einer Iss-mehr-Welt, weil es

gesund, moralisch oder patriotisch ist. Die Logik eines

„Iss weniger“ hat im Marketing keinen Platz.

Wären den Konsumenten prozessorientierte Einblicke

erlaubt – die hochindustrielle Logik des gesamten Lebensmittelsektors

wäre wahrscheinlich infrage gestellt. Unbesehen

meinen viele Menschen, natürliche Lebensmittel

kämen aus der Natur, seien kaum be- und weiterverarbeitet

und weithin unberührt von industriellen Interessen.

Und dafür sind sie gerne bereit, einen Preisaufschlag

zu bezahlen, weil das Angebot mit ihren naiven Erwartungen

konform erscheint. Kein Konsument denkt heute,

ein niedriger Preis signalisiere ein natürliches Produkt.

Vielmehr verbindet er damit ein globalisiertes konventionelles

Massenprodukt mit bedenklichen Eigenschaften.

Der Konsument kann sich letztlich an eine einfache

Faustregel halten: Je mehr Behauptungen die Verpackung

eines Lebensmittels kommuniziert, desto weniger ist in

der Verpackung drin.


CLAUDIA SCHANZA

WERNER PLESCHBERGER

ist außerordentlicher Universitäts -

professor am Institut für Wald-,

Umwelt- und Ressourcenpolitik

der Universität für Bodenkultur in Wien.

80 profilwissen 3 • 30. September 2015


LOGIKRÄTSEL

R EDAKTION: PHIL I PP H ÜBNER ANNA GOL DENBERG

2 4 4 4 2 2

Rohre

Verbinden Sie alle Rohrverteiler so miteinander, dass

ein geschlossenes Rohrsystem entsteht und von jedem

Rohrverbinder genau so viele Rohre wegführen, wie

die Zahl in seinem Inneren angibt. Rohre dürfen auch

diagonal verlaufen, einander aber niemals kreuzen.

1 6 2 6 7 3

2 4 6 5 2 2

2 6 7 2 2 3

R

F L P

I

O

2 6 2 2 5 3

2 2 2 3 3 2

R

L

P I

F

Arukone

Verbinden Sie die Buchstabenpaare mit einer durchgehenden

Linie entlang des Rasters. Die Linien dürfen

einander weder kreuzen noch an einer Ecke berühren.

(Die Buchstaben ergeben das Wort „profil“.)

5

O

4 5

Squiggly

Füllen Sie die leeren Felder so aus, dass in jeder Zeile,

in jeder Spalte und in jedem Bereich verbundener,

gleichfarbiger Kreise jede Ziffer von 1 bis 7 genau

ein Mal vorkommt.

7 5

3 4

3 2

2

3

3

3

4

4

4

2

3

3

5

8

5 8 1 9 1 7 5 2 1 5

Weinkeller

In diesem Weinkeller hängen einige Flaschen an der

Wand, die verschieden viel Wein enthalten. Die Zahlen

am Rand geben an, wie viele Flaschenteile in dieser

Reihe beziehungsweise Spalte insgesamt Wein enthalten.

Füllen Sie alle Flaschen bis zur richtigen Höhe.

1 7

2

AUFLÖSUNG: Seite 93

30. September 2015 • profilwissen 3

81


HEUTE BASTELN WIR …

WISSENSC HAFT AM K ÜCHENTISC H VON W ERNER GRUBER

… einen Blutmond

Wie eine Mondfinsternis beweisen kann, dass die Erde eine Kugel ist. Und wie man

Der Hintergrund

Das jüngste dieser seltenen Ereignisse

trägt das Datum 27. September

2015. In der Nacht zum 28. September

verfärbte sich der Mond tiefrot. Die Erde

schob sich zwischen Sonne und Mond,

es kam zu einer Mondfinsternis. Nun

würde man erwarten, dass eine solche

öfter auftritt – etwa einmal im Monat.

Tatsächlich gibt es dieses Geschehen

aber nur alle paar Jahre.

Der Mond umkreist die Erde. Wichtig

ist aber zu erwähnen, dass er sich nicht

auf derselben Ebene wie die Sonne um

die Erde dreht. Es gibt eine Ebene, auf

der sich die Sonne und die Planeten befinden.

Die Erde ist dabei gekippt gegenüber

der Sonnenbahn, weshalb wir Jahreszeiten

haben. Die Mondbahn hingegen

befindet sich nicht auf der Sonne-Planeten-Ebene.

Stellen wir uns eine

Ebene vor, die durch den Äquator der

Erde verläuft. So bewegt sich der Mond

ungefähr (um 5 Grad verschoben) um

diese Äquatorebene, und da die Erde

wiederum um 23,5 Grad gekippt ist, bedeutet

dies, dass nur selten die Erde

zwischen Mond und Sonne steht.

Durch die Mondfinsternisse haben

wir zum Beispiel auch erkannt, dass die

Erde eine Kugel ist. Aristoteles sah sich

einige Aufzeichnungen über Mondfinsternisse

an, und ihm fiel etwas auf:

Schiebt sich die Erde zwischen Sonne

und Mond, verursacht sie einen Schatten

auf dem Mond. Bevor der Mond

vollständig vom Erdschatten bedeckt ist,

sehen wir nur einen Teil dieses Erdschattens

auf unserem Trabanten. Und

dieser Teil ist immer gekrümmt. Egal

welche Mondfinsternis wir betrachten,

die Krümmung ist immer gleich stark,

egal von wo sich die Erde zwischen Sonne

und Mond hineinschiebt. Aristoteles

hat messerscharf daraus geschlossen,

dass die Erde eine Kugel sein müsse.

Wäre die Erde eine Scheibe, würde die

Krümmung unterschiedlich stark ausfallen

– abhängig von der Tageszeit der

Mondfinsternis. Die Menschheit weiß also

seit Aristoteles, dass die Erde eine Kugel

ist. Die Idee der Scheibe ist eher jungen

Ursprungs und geht auf die Falschinformation

eines Historikers zurück.

Aber warum kann sich der Mond ins

Rötliche verfärben? Dies hat mit Morgenrot

und Himmelblau zu tun. Unsere

Atmosphäre besteht aus Stickstoff. Diese

Moleküle besitzen eine interessante Eigenschaft.

Leuchtet man mit weißem

Licht darauf, wird vor allem das blaue

VORBEREITUNG …

Zunächst das

Aquarium mit Wasser

befüllen, dann ein

paar Tropfen Milch

hineinträufeln und

diese gut verrühren.

Die Fetttröpfchen der

Milch übernehmen

im Experiment die

Rolle der

Stickstoffmoleküle in

der Atmosphäre.

82

profilwissen 3 • 30. September 2015


WERNER GRUBER

Werner Gruber ist Neurophysiker, Lektor am Institut für Experimentalphysik

der Universität Wien, Leiter der astronomischen Einrichtungen

der Wiener Volkshochschulen und Mitglied der „Science Busters“,

der schärfsten Wissenschafts-Boygroup der Milchstraße.

Morgen- und Abendrot zu Hause erzeugt.

Licht nach rechts und links abgelenkt.

Das rote Licht geht einfach durch die

Moleküle hindurch.

Schauen wir Richtung Sonne, erscheint

dieser Himmelsausschnitt gelblich.

Je weiter sich der Blick von der

Sonne weg und zum Horizont hin bewegt,

umso bläulicher wird der Himmel.

Das bedeutet, dass am Horizont mehr

Moleküle mehr blaues Licht in unser

Auge schicken können. Was passiert mit

dem roten Licht? Es fällt auf den Erdboden,

und wir bemerken es in der Regel

gar nicht, außer wir stehen sehr früh auf

oder erleben einen tollen Abend. Beim

Morgen- oder Abendrot steht die Sonne

ganz knapp über dem Horizont. Das

heißt, wir sehen die Strahlen der Sonne

direkt – interessanterweise sind die

Strahlen aber nun nicht so intensiv wie

in der Mittagszeit. Der Grund: Sie werden

durch die Atmosphäre mit den vielen

Stickstoffmolekülen abgeschwächt.

Das blaue Licht ist „herausgefiltert“, und

übrig bleibt das rote. Genau das können

wir dann sehen!

Was passiert mit dem restlichen roten

Licht, das nicht von unseren Augen aufgefangen

wird? Es wandert durch die Atmosphäre

hinaus in den Weltraum.

Wenn alles passt, steht dort der Mond

und wird dann rötlich angeleuchtet.

Das Ganze kann man auch leicht

nachbauen. Wir benötigen:

Ein Goldfischglas

oder ein kleines Aquarium

Eine starke Taschenlampe

Wasser

Ein paar Tropfen Milch

Das Experiment

Füllen Sie das Aquarium mit

Wasser, und schicken Sie das

Licht der Taschenlampe durch

das Wasser. Geben sie nun einen

Tropfen Milch ins Wasser und

verrühren sie diesen. Was passiert

mit dem Lichtstrahl? Erscheint er

noch gelb, geben Sie noch weitere

Milchtropfen hinzu, bis der

Lichtstrahl leicht rötlich erscheint.

Vorsichtig, Tropfen für

Tropfen, und immer wieder umrühren!

Die einzelnen Fetttröpfchen

in der Milch verhalten sich

wie die Stickstoffmoleküle. Sieht

man sich das Wasser in der Nähe

der Lampe an, erkennt man dort

einen bläulichen Schimmer –

und am anderen Ende einen

leicht rötlichen Lichtstrahl.

… UND VERSUCH

Nun wird das

Aquarium mithilfe

einer Taschenlampe

angeleuchtet. Am

hinteren Ende

befindet sich unser

Mondmodell. Sind

genügend Fetttropfen

im Wasser verrührt,

erkennt man im

hinteren Breich einen

rötlichen Schimmer.

Wir haben zu Hause

einen „Blutmond“

hergestellt.

PHILIPP HORAK (3)

30. September 2015 • profilwissen 3 83


B ILOLOGIE

Von Heike Wipperfürth

Michael Doyle hat nur ein Ziel vor Augen: töten. Der

Amerikaner leitet das Moskitokontrollzentrum der

Florida Keys und hat sich auf die Ausrottung der Stechmückenart

Aedes aegypti spezialisiert, auch Gelbfiebermücke

oder Ägyptische Tigermücke genannt. Das kleine Insekt

infiziert Millionen von Menschen mit gefährlichen

Krankheitserregern wie Chikungunya, West-Nil-Fieber

und Dengue.

Doyle greift auf Insektizide, Moskitofallen und demnächst

auch auf Killermoskitos zurück – gentechnisch

veränderte Aedes-aegypti-Männchen aus dem Biotechunternehmen

Oxitec in Großbritannien. Er plant, einen

Schwarm von OX513A, so heißen die Männchen, so

schnell wie möglich freizulassen. Mit dieser Strategie will

er die weiblichen Mücken bekämpfen: Denn nur sie

geben beim Blutsaugen Krankheiten weiter. Vor sechs

Jahren verursachte diese Mückenart den ersten Dengue-Ausbruch

in Florida seit fast 80 Jahren. Und in der

Karibik wütete im Vorjahr eine Chikungunya-Epidemie,

an der bis Jänner 2015 mehr als eine Million Menschen

erkrankten.

Auf ihre Rolle als Vernichter der eigenen Art trimmt

Oxitec die Männchen ab ihrer Kindheit: Per Mikroinjektion

pflanzen ihnen die Forscher schon im Eistadium ein

tödliches Gen ein. Werden sie als erwachsene Männchen

freigelassen und paaren sich mit den wilden Mückenweibchen,

geben sie das Todesgen an ihre Nachfahren

weiter, die schon im Larvenalter sterben. So einfach ist

das, behauptet Doyle.

Bis es zur Artenvernichtung kommt, muss er sich allerdings

noch ein wenig gedulden: Die US-Lebensmittelund

Arzneimittelbehörde Food & Drug Administration

in Washington prüft den Antrag schon seit zwei Jahren,

hat die Zulassung für das Projekt aber noch nicht erteilt.

Kein Wunder, dass sie sich so lange Zeit nimmt: Noch nie

zuvor wurden transgene Moskitos in den USA freigesetzt.

Kritiker hoffen ohnehin, dass es nicht so weit kommt.

„Eine Reduktion der Aedes-aegypti-Population könnte zur

Folge haben, dass andere gefährliche Schädlinge wie die

asiatische Tigermücke in die Gegend eindringen, um sich

auszubreiten“, warnt zum Beispiel Eric Hoffman von der

Umweltschutzorganisation Friends of the Earth.

Ob Teufelszeug oder Wundermittel – Oxitecs Killermännchen

sind Teil einer schnell wachsenden Zahl von

Designermücken, die in Laboratorien weltweit produziert

werden, um die Menschheit von gefährlichen Infektionskrankheiten

zu befreien. Schon ist ein wahrer Wettkampf

um die Neuentwicklung von Mücken entbrannt: Nicht

nur als Vernichter der eigenen Art sollen solche Mücken

demnächst eingesetzt werden. Forscher versuchen auch,

Insekten so zu verändern, dass sie als Krankheitsüberträger

ausgeschaltet, aber nicht umgebracht werden. Einige

Wissenschafter denken sogar daran, gleich mehrere Genveränderungen

bei ganzen Generationen von Mücken

vorzunehmen – und die Veränderungen dann wieder zurückzunehmen,

falls sie ihnen nicht gefallen. >

Virusinfektionen wie das Denguefieber lösen immer wieder Epidemien aus, auch

Mücken gentechnisch so verändern, dass sie keine Krankheiten mehr übertragen könn

profilwissen 3 • 30. September 2015


ieren.

Die Tsetse-Fliege überträgt die Schlafkrankheit auf den Menschen. Sterilisie

rte Männchen sollen die Population reduz

in west lichen Ländern. Nun verfolgen Forscher einen heiklen Plan: Sie wollen

en – oder gleich ganz aussterben. Doch wie riskant sind die Eingriffe ins Erbgut?

30. September 2015 • profilwissen 3

SCIENCE PICTURE COMPANY/CORBIS


BIOLOGIE

Was die Forscher antreibt, ist vor allem die Angst vor

zwei potenziell gefährlichen Kreaturen: vor Aedes aegypti

und vor der Stechmückenart Anopheles, die die Malariaparasiten

Plasmodien überträgt: Pro Jahr stecken die

beiden Arten weltweit eine halbe Milliarde Menschen mit

Malaria und Denguefieber an. Malaria fordert jährlich eine

halbe Million Menschenleben, Dengue 300.000, Tendenz

steigend. Denn Blutsauger wie Aegis aegypti leben nicht

nur in fernen Ländern wie Thailand, Indien, Brasilien, Japan,

den USA und der Karibik, sondern wurden auch

schon in mehreren Ländern Europas entdeckt, weshalb

Experten bereits vor neuen Seuchen auf dem Kontinent

warnen (siehe Kasten).

Insektizide machen den Mücken, die häufig in Containerschiffen

und Flugzeugfrachträumen um die Welt

reisen, immer weniger aus. Und ein wirksamer Impfstoff

gegen Krankheiten wie Malaria und Dengue fehlt bis heute.

Forscher, die das Basteln mit Genen fasziniert, hoffen

auf die Designermücken als Ausweg aus der Krise – die

Zweifel der Kritiker teilen sie nicht. „Menschen weltweit

kritisieren unsere Produkte. Sie sehen die drastische Notlage

der Menschen nicht, denen wir helfen können“, ärgert

sich Tom Miller, Entomologe an der Universität von

Kalifornien in Riverside und einer der Urväter der Insektenforschung

mit genetisch modifizierten Organismen.

Endlich können Moskitos vernichtet werden, ohne

schädliche Pestizide zu versprühen, meint auch Hadyn

Parry, der Leiter von Oxitec. „Weder unsere Mücken

noch ihre Nachkommen überleben in der freien Natur.

Sie verschwinden einfach spurlos“, sagt er und erklärt weitere

Details seines Prinzips: Im Labor mischen Forscher

den Männchen das Antibiotikum Tetrazyklin ins Zuckerwasser

– als Mittel gegen das Todesgen. Weil sie allerdings

nach ihrer Freilassung dieses Medikament nicht mehr bekommen,

geht ihr Leben nach der Paarung schnell zu

Ende. Oxitec konnte die Wirksamkeit

der OX513A-Mücken mehrmals unter

Beweis stellen: Bei kontrollierten

Freilandversuchen in Ländern wie

Brasilien, Malaysia und auf den Cayman-Inseln

gelang es dem Unternehmen,

eine Reduktion der wilden Aedes-aegypti-Population

um durchschnittlich

90 Prozent zu erreichen.

Es ist nicht das erste Mal, dass Wissenschafter

den Sex Drive der Insekten

zur Artenvernichtung benutzen.

Eingeführt wurde diese Methode vor

50 Jahren zur Bekämpfung der

Schraubenwurmfliege, deren Larven

sich in die Wunden von Kühen in den

amerikanischen Südstaaten fraßen.

Initiator der ungewöhnlichen Aktion

war Edward Knipling, der Chef der

Abteilung für Insektenforschung im

US-Landwirtschaftsministerium. Er

setzte eine neue Art der Schädlichkeitsbekämpfung

durch, die sich von

allen anderen Methoden radikal unterschied:

Statt so viele Schädlinge

Die Gelbfiebermücke

(Aedes aegypti)

infiziert Millionen von

Menschen mit

West-Nil-Fieber,

Chikungunya und

Dengue.

GEORGE CHURCH (oben),

HADYN PARRY

Harvardprofessor Church

will eine weltweite

Diskussion über

gentechnisch veränderte

Insekten, Oxitec-Chef Parry

bekämpft Gelbfiebermücken

mit Killermoskitos.

86 profilwissen 3 • 30. September 2015


CADU ROLIM/FOTOARENA/CORBIS; RICK FRIEDMAN/CORBIS; RICHARD SAKER/THE GUARDIAN

wie möglich mit Insektiziden zu vergiften,

ließ er Millionen von Fliegen in Fabriken

züchten. Nachdem die Männchen

im Labor durch radioaktive Bestrahlung

unfruchtbar gemacht worden waren,

wurden ganze Schwärme aus Flugzeugen

in befallenen Gebieten ausgesetzt.

Bald paarten sie sich mit den Weibchen,

die unfruchtbare Eier legten. Nach einem

Jahr waren die Parasiten ausgestorben.

Die Methode, auch Sterile Insektentechnik

(SIT) genannt, wirkt nicht nur

gegen die Schraubenwurmfliege. Unter

anderem soll auch die Tsetse-Fliege, die

Menschen mit der Schlafkrankheit ansteckt

und Rinder tötet, mit ihrer Hilfe

ausgerottet werden. Im Labor der Inter-

nationalen tur in Seibersdorf bei

Atomenergie-Agen-

Wien,

Mücken

auf Reisen

Die Abwehr tropischer

Krankheitserreger gewinnt

allmählich auch in Europa

an Bedeutung.

das viele SIT-Programme

unterstützt, werden unter anderem

Millionen von Tsetse-Männchen

sterilisiert, damit sie als biologische Waffe

in betroffenen Ländern wie Senegal

eingesetzt werden können.

Bei Mücken funktioniert Radioaktivität

nicht. Denn die Strahlung schwächt

die Männchen so sehr, dass sie im Balzkampf

ihren wilden Konkurrenten unterliegen.

Ein Problem, das bei der genetischen

Veränderung nicht auftritt: Die

Mückenmännchen bleiben so fit, dass

es schnell zu Nachwuchs kommt. Genau

diese Tatsache will Oxitec möglichst

rasch beweisen. Es wäre ein Erfolg, den

die Firma dringend benötigt: Denn die

Konkurrenz ist ihr dicht auf den Fersen.

So hat auch die internationale Forschungsgruppe „Eliminate

Dengue“ bereits erste Feldversuche hinter sich gebracht.

Und zwar mit großem Erfolg. Doch anders als das

britische Biotechunternehmen konzentriert sich die Kooperation

von acht Forschern aus fünf Ländern nicht auf

gentechnische Veränderungen. Sie interessiert sich für etwas

ganz anderes: für die Bakterie Wolbachia, einen Mikroorganismus,

der in zwei Dritteln aller Insekten vorkommt,

nicht aber in der Gelbfiebermücke.

Das soll sich jetzt ändern. Denn als Scott O’Neill, der

Leiter des Teams, Gelbfiebermücken zum ersten Mal mit

der Bakterie infizierte, machte der Dekan der wissenschaftlichen

Abteilung der Monash Universität in Melbourne,

Australien, gleich zwei Entdeckungen: Er fand

heraus, dass Wolbachia auf unbekannte Weise die Entwicklung

von Dengue in der Aedes-aegypti-Mücke

hemmt. Und er erkannte, dass die Bakterie ihre Träger so

verändert, dass sie auch mit wilden Mücken nur Nachkommen

hervorbringen, die Wolbachia in sich tragen.

Feldversuche haben dies inzwischen bestätigt: Nachdem

bakteriell infizierte Aegis-aegypti-Mücken drei Monate

lang wöchentlich in isolierten Arealen in Indonesien, Brasilien,

Kolumbien und Vietnam ausgesetzt

wurden, stellte sich heraus,

dass 90 Prozent der wilden Mücken

in den Versuchsgegenden mit Wolbachia

infiziert waren – und kein Dengue-Fieber

mehr auf Menschen übertragen

konnten.

Erste Hoffnungsschimmer gibt es

auch bei der Bekämpfung von Malaria.

Der Molekularbiologe Anthony

James an der Universität von Kalifornien

in Irvine verfolgt ebenfalls den

Ansatz, die Krankheitsüberträger nicht

zu töten: Unter seiner Aufsicht wird

die Malariamücke Anopheles stephensi

in einen harmlosen Zweiflügler umgewandelt.

Sie soll gegen den Parasiten

Plasmodium falciparum resistent

werden, der die Krankheit auf Menschen

überträgt. Die Erforschung von

Mäusen, die gegen Malaria immun

sind, weil sie Antikörper gegen den Erreger

entwickeln, brachte James und

seine Kollegen auf die richtige Spur:

Sie entwickelten ein synthetisches

Gen, das dem der Mäuse entsprach,

und pflanzten es den Anopheles-Mücken

ein. Das Resultat: Die Tierchen

wurden malariaresistent und sind völlig

gesund.

George Church, ein Genompionier

an der Harvard Universität, ruft angesichts

solcher Möglichkeiten zu einer

weltweiten öffentlichen Diskussion

über die neuen gentechnischen Entwicklungen

gegen Schadinsekten auf.

Dabei geht es auch um die Frage, ob

es überhaupt im Interesse der Gesellschaft

ist, Moskitos Gene einzupflanzen, die sie vor Dengue

und Malaria schützen. Oder sie weniger resistent gegen

Insektizide zu machen, sodass nicht so viel Gift versprüht

werden muss, das auch Menschen, Tiere und Pflanzen

gefährdet.

Zudem überlegt Church, wie mit vielleicht noch viel

brisanteren Technologien umzugehen wäre, die wohl auf

uns zukommen. Diese, schreiben Church und seine Kollegen

im Wissenschaftsmagazin „Scientific American“,

würden Wissenschaftern schon bald erlauben, gleich mehrere

neue Eigenschaften in freilebende Organismen wie

Stechmücken einzubringen – und sie so schnell und kostengünstig

wie möglich in der gesamten Population zu

verbreiten. Es sei demnächst durchaus möglich, ganze Arten

zu vernichten oder zu verändern – und die Veränderungen

durch weitere Erbgutveränderungen auch wieder

zurückzunehmen.

Daher, sagt Church, müsse sich die Gesellschaft über

die Risiken und Chancen im Klaren sein. „Nur durch eine

offene und informierte öffentliche Diskussion kann unsere

Gesellschaft am besten entscheiden, wie wir mit unserer

Umwelt am besten umgehen“, formuliert Church. ■

Gemeinhin gelten Virusinfektionen

wie Chikungunya

und Dengue als Tropenkrankheiten,

die in exotischen

Weltgegenden auftreten. Doch

immer öfter dringen die Überträger

auch in westliche Gefilde

vor – auch nach Europa und Österreich.

Nicht zuletzt der intensive

globale Warenverkehr sowie

steigende Temperaturen tragen

zur sukzessiven Verbreitung

von Stechmücken bei. In Madeira

kam es im Jahr 2012 zu einer

epidemischen Ausbreitung von

Dengue, zwei Jahre zuvor waren

Frankreich und Kroatien in geringerem

Ausmaß betroffen.

War Dengue bis vor 40 Jahren

in bloß neun Ländern weltweit

registriert worden, sind es heute

mehr als 100 Staaten. Zu Chikungunya-Ausbrüchen

wiederum

kam es bereits in Italien

und Südfrankreich. Und im Burgenland

wurde 2012 erstmals

die asiatische Tigermücke nachgewiesen

– sie kann beide

Virusinfektionen übertragen.

30. September 2015 • profilwissen 3

87


WENN FORSCHER PAUSE MACHEN

D IE HOBBY S DER WISSENSCHAFTER | REDAKTIO N : DORIS KLIMEK

Haltungsnoten

Beim Tanz trainiert der Wiener Informatiker

Rudolf Freund nicht nur Kondition und

Gleich gewichtssinn. Manch eine beim Sport

erworbene Kompetenz nützt ihm auch im Job.

Rudolf Freund hat eine wichtige Botschaft für seine Studenten:

„Bitte vergesst eure Hobbys nicht“, rät der Außerordentliche

Universitätsprofessor an der Fakultät für Informatik der Technischen

Universität Wien. Für Freund sind Hobbys neben Studium

und Beruf sehr wichtig. Die daraus gewonnene Freude und Beruhigung

hätte eine absolut positive Auswirkung auf den Alltag.

Er selbst begann im Alter von 16 Jahren zu tanzen – eigentlich

zu spät, wie er sagt, denn auch im Sporttanz ist der frühe Beginn

ausschlaggebend. Bis zum Ende des Studiums übte er dieses Hobby

durchgehend aus, und er empfiehlt seinen Studenten, auch weiterhin

unbedingt dranzubleiben, selbst wenn das Studium dadurch

etwas länger dauern sollte. Denn häufig kämen viele im Rahmen

eines Hobbys erworbene Kompetenzen auch dem Job zugute: „Die

Inszenierung beim Tanz, die trainierte, aufrechte Haltung und die

Aufmerksamkeit des Publikums – all das konnte ich in meiner Arbeitswelt

ebenso gut umsetzen“, meint Freund.

Seine Tätigkeit an der TU Wien ließ ihm phasenweise allerdings

keine Zeit für seinen Sport. Doch vor zehn Jahren zog es Freund

wieder auf das Tanzparkett zurück. „Nach vielen Jahren, die ich

sitzend vor dem Computer verbrachte, war der körperliche Verfall

bemerkbar“, erzählt der Informatiker.

„Auch hatte ich doch einiges

an Gewicht zugelegt, es war Zeit,

etwas dagegen zu unternehmen.“

Mit der Zeit kam die Beweglichkeit

wieder zurück. Trainiert wird nun

pro Woche drei bis vier Mal in verschiedenen

Tanzstudios. Mit einem

seiner Tanztrainer, berichtet Freund,

„diskutiere ich oft lange darüber,

welcher Muskel bei einer bestimmten Tanzstellung gespannt sein

muss. Tanzen fordert jeden Muskel im Körper und auch den Gleichgewichtssinn,

das ist nicht immer so einfach.“ Rudolf Freund und

seine Tanzpartnerin tanzen inzwischen auch bei Wettbewerben

für den St. Pöltner Tanzsportklub Elysee. Denn das Ziel ist durchaus,

sich mit anderen Tanzpaaren zu messen.

Fototermin im Tanzstudio Arthur Murray des Tanzsportklubs

UTSC Starlight im 5. Wiener Gemeindebezirk. Das große Parkett

eignet sich hervorragend für das Training. Schon zum dritten Mal

richtet Freund sich die rote Krawatte, denn auch die muss perfekt

sitzen. Ihm gefällt die Bühne, ein wenig Showmensch sei er ja doch,

sagt er.

Da und dort wird die Arm- und Fußstellung korrigiert wie auch

die Blickrichtung von Freund. Schließlich will, neben der körperlichen

Leistung, auch der emotionale Ausdruck zur Geltung kommen.

Der Informatiker hat, so scheint es, eindeutig den perfekten

Ausgleich gefunden.


REINER RIEDLER FÜR PROFIL WISSEN (2)

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profilwissen 3 • 30. September 2015


SHOWEINLAGE

Extra für den Fototermin engagierte Rudolf Freund das österreichische Tanzpaar

Kamila Sakowska und Virgiliu Bumbu (auf dem kleinen Foto links außen)

30. September 2015 • profilwissen 3 89


P UNTIGAM

Der

Zwergplanet

der Herzen

Martin Puntigam über Pluto,

den König des Kuipergürtels,

der zwar ein bisschen aussieht

wie ein Käse, aber vermutlich

nicht so riecht.

CORBIS

PLUTO UND CHARON, EINER SEINER FÜNF MONDE

Wer hätte damals ahnen können, als die Sonde „New Horizons“ einen

Kavaliersstart hinlegte, dass es am 14. Juli 2015, fast fünf Milliarden

Kilometer von der Erde entfernt, so aufregend werden könnte?

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profilwissen 3 • 30. September 2015


30. September 2015 • profilwissen 3 91


PUNTIGAM

Können Sie sich noch an den 19. Jänner 2006 erinnern?

Es war Donnerstag, das stimmt. Wie war das Wetter?

Hab ich mir gedacht. Ich sage es Ihnen. In Mitteleuropa

holte ein bis dahin stinknormaler Monat Schwung, um

mit einer tadellosen Kältewelle letztlich als zu kalt für die

Jahreszeit gewertet zu werden. In den USA, genauer Cape

Canaveral, war das Wetter auch nicht besonders in diesen

Tagen. Dienstag derart windig, dass an einen Raketenstart

nicht zu denken war. Mittwoch gab es dann Probleme

mit der Energieversorgung, sodass der Start erneut

verschoben werden musste, bis am 19. Jänner endlich alles

passte. Aber wer hätte damals ahnen können, als „New

Horizons“ einen Kavalierstart hingelegt hat, dass es am

14. Juli 2015, fast fünf Milliarden Kilometer von der Erde

entfernt, so aufregend werden würde?

Na ja, gar nicht so wenige. Denn noch jedes Mal, wenn

eine Sonde endlich persönlich vorbeigeschaut hat bei einem

Planeten, gab es spektakuläre Bilder. Der einzige

Schönheitsfehler am Verwandtenbesuch bei Pluto war ja

lediglich, dass der kleine Racker inzwischen seinen Rang

verloren hatte. Zwei von drei Kriterien, um als Planet zu

gelten, hatte er erfüllt, sie lauten bekanntlich: sich um

die Sonne bewegen, mehr oder weniger Kugelform besitzen

und die Umlaufbahn von anderen Himmelskörpern

freizuräumen. Die Punkte eins und drei sind quasi

selbsterklärend, aber wie bekommt man als Himmelskörper

Kugelform? Oder wie es präziser formuliert heißt:

Wie gelangt man ins hydrostatische Gleichgewicht?

Kommt drauf an. Worauf? Ob man Sterne fragt oder andere

Himmelskörper wie Planeten.

Womit wollen Sie beginnen? Keine Antwort ist auch

eine Antwort, beginnen wir einfach mit Sternen und betrachten

unsere Sonne. Die ist so schwer, dass sie eigentlich

lieber heute als morgen unter dem Druck ihrer

Schwerkraft in sich zusammenstürzen würde. Warum

macht sie es nicht? Immerhin vereinigt sie 99,9 Prozent

der gesamten Masse unseres Sonnensystems in sich, es

gibt also weit und breit niemanden, der ihr etwas vorschreiben

könnte. Gibt es doch, nämlich die Naturgesetze

und Grundkräfte im Universum. Sterne entstehen ja nach

gängiger Meinung und grob gesagt aus Gas- und Staubwolken.

Aufgrund der Gravitation werden sie allmählich

immer größer, bis letztlich eine nagelneue Sonne mehr

das Universum bevölkert. Wenn sich genug Masse versammelt

hat, beginnt im Inneren dieses Sterns die Kernfusion.

Damit heizen Sterne, und zwar ziemlich lange. Wir

Menschen würden das gerne auch so gut können, denn

dann hätten wir im Wesentlichen unsere Energieprobleme

gelöst, aber noch sind wir nicht so weit, und das ist

auch eine andere Geschichte. Vielleicht das nächste Mal.

Was passiert bei der Kernfusion innerhalb der Sonne?

Durch den Druck aufgrund der gewaltigen Masse werden

Wasserstoffkerne, also Protonen, gezwungen, miteinander

zu verschmelzen. Weil Protonen gleiche Ladungen

besitzen, wollen sie das zwar eigentlich vermeiden,

der äußere Druck der Schwerkraft macht ihnen aber ein

Angebot, das sie nicht ablehnen können, und nötigt sie

dazu. Wenn die Protonen einander zu nahe kommen,

dann verschmelzen sie in mehreren Schritten zu einem

Heliumkern.

Die Masse dieser Heliumkerne ist allerdings geringer

als die der an der Fusion beteiligten Wasserstoffkerne,

kann aber natürlich nicht einfach verschwinden, das untersagt

der Energieerhaltungssatz. Deshalb wird die in der

Masse enthaltene Energie in Strahlung umgewandelt und

drückt nach außen, in die entgegengesetzte Richtung zur

Schwerkraft, und so bleibt so ein Stern wie unsere Sonne

für viele Milliarden Jahre stabil. Stark vereinfacht gesagt.

Bei Planeten ist das überhaupt nicht so ähnlich, sondern

ganz anders. Das heißt, anfänglich eigentlich noch

nicht so sehr, denn auch Planeten entstehen im Wesentlichen

dadurch, dass Materie aufgrund der Schwerkraft

mit der Zeit verklebt und verklumpt. Dann aber trennen

sich die Wege. Denn wie das oft so ist, wenn man im Töpfern

noch wenig Routine besitzt, schaut der Himmelskörper

anfänglich dann noch irgendwie aus, und wenn er

nicht genug Masse ansammeln kann, bleibt das auch so.

Wie bei einem der vielen Kometen oder Asteroiden, die

unser Sonnensystem zu bieten hat. Wann wird ein Planet

rund? Wenn die Karriere voranschreitet und aufgrund

des dichten Zeitplans und der vielen Geschäftsessen der

Bewegungsmangel eine Freundschaftsanfrage stellt? Wäre

eine schöne Analogie, trifft aber nicht zu. Auch hier spielt

zwar die Schwerkraft eine tragende Rolle, diesmal arbeitet

sie aber im Innendienst. Materie will ja den energetisch

günstigsten Zustand einnehmen, und das ist der, an

dem sie dem Schwerezentrum am nächsten ist. Ich weiß,

das klingt nicht sofort verständlich, aber die folkloristische

Erklärung folgt auf dem Fuß.

Sagen wir, ein Himmelskörper ist einigermaßen rund,

hat aber an einer Stelle eine hohe, schmale Erhebung.

Dann zieht die Schwerkraft des ganzen Himmelskörpers

so lange an dieser Erhebung, bis sie zusammenfällt. Diesem

Effekt entgegen wirken die Kräfte zwischen den Atomen

der Materie selbst. Die wollen, dass die Erhebung

bleibt. Wenn die Schwerkraft allerdings insgesamt groß

genug ist, hat die Erhebung keine Chance, und der Himmelskörper

ist irgendwann wieder rund. Warum? Weil

das der energetisch günstigste Zustand für einen Himmelskörper

ist.

Man kann sich das so vorstellen wie einen Kindergarten

im Park. Die Kinder machen eine Zeitlang da und dort

dies und das, aber sobald jemand in der Mitte beginnt,

aus Luftballons Tiere zu kneten, ist die Anziehung groß

genug, und alle scharen sich im Kreis um ihn herum.

Warum gilt dann die Erde trotzdem als rund, obwohl

es viele und hohe Berge gibt? Na ja, zum einen gibt es die

nicht schon immer, und sie werden auch nicht immer

bestehen, und zum anderen ist selbst der Mount Everest

im Vergleich zum Erddurchmesser mini und die Erde also

näherungsweise ziemlich rund. Das gilt für steinerne

Himmelskörper, zumindest solange sie nicht glutflüssig

sind an der Oberfläche, denn dann käme wieder ein anderer

Mechanismus zum Tragen, nämlich, dass der Planet

wie ein Flüssigkeitstropfen rund ist, und wenn er irgendwann

erkaltet, dann passt die Form schon aus der

heißen Zeit einigermaßen, und es muss nicht mehr

grundsätzlich gerundet werden.

Kugelform hat Pluto bekanntlich zu bieten, aber das

Gedränge in seiner Umlaufbahn wurde ihm zum Ver-

92 profilwissen 3 • 30. September 2015


hängnis, weshalb „New Horizons“ nur noch einem Zwergplaneten

die Aufwartung machen konnte.

Seinen Namen hat Pluto, so geht die Legende, von einem

kleinen Mädchen bekommen, das in Griechischer Mythologie

bewandert und nicht nur von der Unterwelt, sondern

auch vom neu entdeckten Planeten begeistert war. Wenn

man genauer hinschaut, klingt das allerdings besser, als es

gewesen sein dürfte. Die gängigste Version lautet, dass Venetia

Burney 1930, im Jahr der Entdeckung des Planeten,

der damals noch Transneptun hieß und dessen Eintreffen

auf der Erde schon erwartet wurde, beim Frühstück mit

ihren Großeltern den Namen Pluto ins Spiel gebracht hat.

Und durch Vermittlung ihres Großvaters, der früher

Bibliothekar an der Universität Oxford war und von damals

ein paar Astronomen gekannt hat, unter anderem

Herbert Hall Turner, den Direktor der Sternwarte von Oxford,

einen Kapazunder auf seinem Gebiet, ist der Namensvorschlag

von England über den großen Teich an

die Lowell Sternwarte in den USA geschickt worden, und

so habe der damalige Planet seinen Namen bekommen.

Burney selber gab später zu Protokoll, dass sie halt Pluto

gesagt habe, weil der Name noch nicht belegt war, während

sie an den Unterweltgott speziell nicht gedacht habe.

Und es sei ihr darüber hinaus herzlich egal gewesen, was

mit dieser Anregung weiters passieren würde. Sie habe

das Gespräch danach schnell wieder vergessen, und als

Pluto 2006 zum Zwergplaneten degradiert worden sei,

wäre ihr das auch original wurscht gewesen, denn zwischen

1930 und 2006 hatte sie ein volles und ausgefülltes

Leben auf der Erde gelebt, und der Einfluss von

Pluto auf ihr Leben war, wie der auf die Leben der meisten

anderen Menschen, denkbar gering.

Und selbst das ist dem Vernehmen nach noch viel zu

romantisch überliefert und dürfte der berühmten Prämisse

aus dem Western „The Man who Shot Liberty

Valance“ folgen, die lautet: „When the legend becomes

fact, print the legend!“

Wie Joachim Wagner jüngst in einem Aufsatz für den

ScienceBlogs-Blog-Schreibwettbewerb 2015 darlegte, war

Pluto eigentlich der letzte noch freie Name für einen zusätzlichen

Planeten, nachdem es sich eingebürgert hatte,

neue Planeten mit Namen von Göttern zu versehen. Und

der Name Pluto war schon Jahre davor für den Planeten

reserviert, nachdem man aufgrund von Berechnungen

gewusst hatte, dass es da noch einen Himmelskörper hinter

Neptun geben muss.

So gering die Überraschung damals war, dass es Pluto

überhaupt gibt, so groß war diesmal immerhin das

Erstaunen, wie er aussieht. Denn der Zwergplanet der Herzen

zeigte sich von seiner roten Seite. Bislang galt der Mars

als roter Platzhirsch im Sonnensystem, nun hat er Konkurrenz

bekommen. Früher wurde Pluto nämlich in den

Medien immer bläulich dargestellt. Warum ist er aber tatsächlich

rot? Die rötliche Färbung verdankt er vermutlich

sogenannten Tholinen. Dabei handelt es sich um Kohlenwasserstoffmoleküle,

die entstehen, wenn die aus dem

Weltraum kommende kosmische Strahlung und das Ultraviolettlicht

der Sonne mit dem Methan in der Atmosphäre

von Pluto reagieren. Die so entstandenen Tholine

fallen dann aus der Atmosphäre auf die Oberfläche von

Pluto. Anders als Mars bekommt Pluto seine Röte somit

nicht durch Eisenoxid, also durch Rost, sondern Kohlenwasserstoff

überzieht den König des Kuipergürtels sanft mit

einer rötlichen Schmiere. Wenn Sie sich für Käse interessieren

und für Astronomie, können Sie Pluto mithin durchaus

als den L’Ami de Chambertin unseres Sonnensystems

bezeichnen. Oder den Epoisses hinter Neptun oder den

Quargel unter den Zwergplaneten. Je nach Vorliebe. ■

MONIKA SAULICH

MARTIN PUNTIGAM

ist Solokabarettist und Master of Ceremony der

„Science Busters“, deren neues Programm „Das Universum ist

eine Scheißgegend“ ab Ende September an zahlreichen

Spielorten Österreichs und Deutschlands läuft. Alle Termine

unter sciencebusters.at; Puntigams Solo „Supererde“

vom 1. bis 3. Oktober, Kabarett Niedermair, Wien.

Auflösung von Seite 81

Die profilwissen Logikrätsellösung

Rohre Arukone Squiggly Weinkeller

2 4 4 4 2 2

1 6 2 6 7 3

2 4 6 5 2 2

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30. September 2015 • profilwissen 3

93


KNAPPDANEBEN

DAS PECH DER PIONIERE | R EDAKTION: P ETRA P AUMKIRCHNER

Elektroden

Leicht verblendet

Theodore Maiman (1927–2007)

erzeugte als Erster einen Laserstrahl –

und war damals nicht mal selbst vom

Sinn der Erfindung überzeugt.

total reflektierender Spiegel

Rubin

Blitzlicht

teilweise

reflektierender

Spiegel

Der Laser ist zweifelsohne eine der größten Errungenschaften

der Physik des 20. Jahrhunderts. Ein Allrounder

unter den technischen Erfindungen, der sowohl im

Alltag als auch von Spezialisten unterschiedlichster Disziplinen

genutzt wird. Man denke an die Barcodeablesegeräte

in Supermärkten, an CD- und DVD-Player, Laserdrucker

und Laserpointer für Präsentationen. Aber auch

in Industrie und Technik kommt der Laser zum Einsatz:

in der Materialbearbeitung beim Schweißen, Spritzen, Beschriften,

Biegen, Bohren und Trimmen, als Messgerät für

Entfernungen, als Brandmelder, Laserkanone zur Raketenabwehr,

als Kommunikationsinstrument beim Militär

und nicht zuletzt in der Medizin, wo er als Laserskalpell,

zum Veröden, zur Messung des Blutstroms, in der Zahnheilkunde

und in der Augenheilkunde zum Verschweißen

einer sich ablösenden Netzhaut verwendet wird.

Seit seiner Erfindung vor 55 Jahren ist Laser aus unserem

Leben praktisch nicht mehr wegzudenken. Auszeichnungen

und Nobelpreise ehrten die Wissenschafter,

die der Laserentwicklung ihr Forscherleben widmeten.

Zwischen 1964 und 2005 wurden elf Nobelpreise an 21

Wissenschafter im Bereich der Laserforschung verliehen.

Theodore Maiman dagegen, der den ersten funktionsfähigen

Laser entwickelte, blieb die größte wissenschaftliche

Auszeichnung aus Stockholm trotz zweifacher Nominierung

versagt.

Maiman wurde 1927 in Los Angeles als Sohn des Elektrotechnikers

Abraham Maiman geboren. Schon der Vater

war ein wissenschaftlicher Tüftler, der unter anderem

das Stethoskop verbesserte. Diese Leidenschaft gab er an

seinen Sohn weiter, der an der University of Colorado Ingenieurswissenschaften

studierte. 1955 promovierte er

im Fach Physik, anschließend zog es ihn in die Forschung.

Beim Privatunternehmen Hughes Research Laboratories

in Malibu, das dem Milliardär Howard Hughes gehörte,

fand er eine Anstellung. Der damalige kalifornische Luftfahrthersteller

ist heute Teil von General Motors Corporation

und Boeing.

Maiman bekam dort die Aufgabe, den Maser weiterzuentwickeln,

um ihn in Flugzeugen einzusetzen. „Maser“

war die Abkürzung für Microwave Amplification by

Stimulated Emission of Radiation, also Mikrowellenverstärkung

durch stimulierte Emission von Strahlung.

Charles Townes, ein Forscher an der Columbia University,

war der Erste, der ein derartiges Gerät baute. Er stützte

sich dabei auf eine Arbeit von Albert Einstein, der die

Theorie der stimulierten Emission postuliert hatte.

Wird ein Atom mit Lichtteilchen, den Photonen, bestrahlt,

geht es von seinem Grundzustand in einen angeregten

Zustand über, es wird auf ein höheres Energieniveau

gehoben. Dieser Zustand währt aber nicht lange, sondern

das Atom fällt wieder in seinen ursprünglichen

Grundzustand zurück. Dabei gibt es – und das ist entscheidend

– ein Lichtteilchen, das dem Energieunterschied der

beiden Zustände entspricht, wieder ab. Einsteins Überlegung

war nun: Wenn das Atom im angeregten Zustand

erneut von einem Lichtteilchen getroffen wird, sendet es

ein weiteres Lichtteilchen aus. Diese beiden Teilchen können

nun weitere Atome anregen und so weiter. Schließlich

kommt es zu einer Verstärkung des Lichts.

Charles Townes verwendete für seinen Maser Mikrowellen.

1955, im Jahr von Maimans Promotion, präsen-

LICHTZEICHEN

Im Jahr 1961 präsentierte Maiman

seinen Laser auf einer internationalen

Fachtagung für Quantenelektronik in

Berkeley. Er entwickelte dafür keine

neuen Instrumente, sondern baute

seinen Laser aus Dingen, die es bereits

gab: aus einem Rubinkristall, aus einer

Metallhülse und einer Blitzlampe. Fertig

war der erste funktionstaugliche Laser.

94 profilwissen 3 • 30. September 2015


Laserstrahl

CHARLES TOWNES

Der Forscher der Columbia University

baute den ersten „Maser“. Der Begriff

steht für Microwave Amplification by

Stimulated Emission of Radiation. Es

war ein Vorläufer der Laser-Technologie.

THEODORE MAIMAN

Der wissenschaftliche Außenseiter

gewann 1960 den Wettlauf um die

Konstruktion des ersten Lasers.

ARTHUR SCHAWLOW

Der Schwager von Townes gehörte

einem Forscherteam an, das

darauf abzielte, einen Apparat zu

konstruieren, der mit Licht statt

mit Mikrowellen arbeitet.

tierten die russischen Forscher Alexander Prochorow und

Nikolai Basow außerdem ihre Version eines Masers. Townes

wollte es jedoch nicht beim Maser bewenden lassen.

Mehrere Forschergruppen begaben sich in ein Wettrennen,

um Ähnliches mit Licht statt mit Mikrowellen zu

entwickeln. Townes arbeitete mit seinem Schwager Arthur

Schawlow und seinem Studenten Gordon Gould zusammen.

Sie versuchten, das Licht zwischen zwei Spiegeln

hin und her zu reflektieren und somit die Anregung

zu verstärken. Gordon Gould wurde jedoch aus dem Projekt,

das das amerikanische Verteidigungsministerium

finanzierte, entlassen – sein Kontakt zu einer marxistischen

Vereinigung wurde ihm zum Verhängnis. Was von

Goulds Arbeit jedoch blieb, war ein Name: Er prägte die

Bezeichnung Laser für Light Amplification by Stimulated

Emission of Radiation, auf Deutsch Lichtverstärkung

durch stimulierte Emission von Strahlung.

Trotz intensiver Bemühungen verlor Townes’ Forschergruppe

den Wettstreit. Ein anderer war schneller: Theodore

Maiman, eigentlich ein Außenseiter. Er setzte auf

den Erkenntnissen von Townes und Schawlow auf und

konstruierte 1960 mit einfachen Mitteln den ersten funktionstauglichen

Laser mit Lichtstrahlen. Er selbst meinte

später, er habe ja bloß Dinge verwendet, die es damals

ohnehin schon gab: einen Rubinkristall, eine spiralförmige

Blitzlampe und eine reflektierende Metallhülse, die

als Spiegel diente. Mithilfe der Spiegel lenkte er den durch

die Lampe erzeugten Lichtstrahl immer wieder durch den

Rubinkristall, wodurch immer mehr Atome angeregt wurden,

sodass ein heller roter Lichtstrahl die Folge war.

Maimans Kollegen blieben skeptisch. Eine Veröffentlichung

seines Forschungserfolgs wurde vom Fachmagazin

„Physical Review Letters“ abgelehnt. Erst die Zeitschrift

„Nature“ publizierte seinen Artikel im August 1960. Allerdings

war nicht einmal Maiman selbst überzeugt, dass

seine Erfindung jemals zur praktischen Anwendung taugen

würde. „Jetzt haben wir eine Lösung, die nach ihrem

Problem sucht“, soll Maimans Kollege Irnee J. D’Haenens

nach dem geglückten Versuch, einen Laserstrahl durch

Lichtverstärkung herzustellen, gemeint haben.

1961 erhielten die drei Erfinder des Masers, Charles

Townes, Nikolai Basow und Alexander Prochorow, den

Nobelpreis. 1981 wurde Arthur Schawlow damit ausgezeichnet.

Maiman ging leer aus, obwohl er zwei Mal

nominiert war.

1962 verließ er die Hughes Research Laboratories und

gründete seine eigene Firma, um sich Themen der Optik

und der Weiterentwicklung von Lasern zu widmen. Im

Alter von 78 Jahren sollte er die Anwendung des Lasers

am eigenen Leib erleben. Er musste sich nämlich einer

Laseroperation unterziehen. Vielleicht war er nun erstaunt

über all die Möglichkeiten, die seine Erfindung bot

– und die er sich selbst einst so gar nicht hatte träumen

lassen.


EVERETT COLLECTION / PICTUREDESK.COM; ALFRED EISENSTAEDT/THE LIFE PICTURE COLLECTION/GETTY IMAGES; BETTMANN/CORBIS; SCIENCE PHOTO LIBRARY / PICTUREDESK.COM

30. September 2015 • profilwissen 3

95


STARETZSEITE

BALANCE AM SCHLUSS

HOME-MADE, CONTEMPORARY RUSSIAN FOLK ARTIFACTS; HOME-MADE EUROPE, CONTEMPORARY FOLK ARTIFACTS; VLADIMIR ARKHIPOV; PUBLISHED BY FUEL (4)

Inzwischen,

bei den Kleinsteins

Wenn die Vorgartengenialität Haken

schlägt, offenbart sich das Erhabene oft

im praktischen Gedanken.

KREATIVITÄT AUS MANGEL

Das Verkehrszeichen wird zur

Schneeschaufel umfunktioniert.

SELBSTGEBASTELTE

GITARRE

Altes wird mit

neuer Funktionsmagie

aufgeladen.

J edem seinen eigenen Relativitätssinn. Meinen Augenblick

der Erkenntnis fand ich beim Blättern in einem

Antiquariat. „Fräulein, kommen Sie doch unter den

Schirm, so werden Sie doch ganz nass im Regen!“ – „Ach,

das macht doch nichts. Das meiste fällt ohnehin daneben.“

Solche robusten Zugänge zur Anlassphilosophie können

das Herz erfreuen. Stille Genies des Alltags werden

selten entdeckt, noch seltener gewürdigt, und glaubwürdigerweise

streben sie auch nicht nach Ruhm und Anerkennung.

Ihnen steht der Sinn lediglich nach einer für

sie wirksamen Lösung eines Problems, und zwar möglichst

rasch, effizient und mit den spärlichen Mitteln, die

gerade zur Hand sind. Dann wird eben das Bügeleisen

umgedreht und zwischen Ziegelsteinen oder Blumentöpfen

eingekeilt, um auf der Gleitfläche eine Gulaschdose

zu erhitzen oder das Toastbrot mit Käse. Noch radikaler

und getrost als Russisch zu bezeichnen ist die Methode,

aus zwei an nackte 220-Volt-Pole geschlossenen Metallgabeln,

die an beiden Enden ins Frankfurter Würstchen

getrieben wurden, eine Art Induktionsherd zu bauen.

DTTAH. Don’t try this at home.

Umso wertvoller ist es im Wildwuchs der Privatideen,

wenn sich jemand daran macht, das Thema „Kreativität

aus Mangel“ zu sichten, zu sammeln, zu bearbeiten. Es ist

eine Sache, aus einer bartlosen Plastikzahnbürste über dem

Feuer einen Haken zu biegen, der an die Wand geschraubt

werden kann. Es bedarf aber auch eines

wendigen Geistes, um diesen Hakenschlag

der Genialität tatsächlich als solchen zu erkennen.

Man muss sich mit einiger Gewandtheit

bewegen können zwischen

Menschen, die aus einem Verkehrszeichen

eine Schneeschaufel, aus einem

Lockenwickler den Käfig für die Bienenkönigin

herstellen. Man muss

ein Auge haben auf die Sammelwürdigkeit

eines Wasserkochers

aus Stromkabel und Rasierklingen,

einer Vielspeichen-Radioantenne aus zwei Fahrradfelgen.

Vladimir Arkhipow, selber Künstler, hat es sich zur

Aufgabe gemacht, solche beseelten, des russischen Alltags

enthobenen Gegenstände zu suchen und zu erwerben.

Damit erwarb er natürlich auch jede Menge an Geschichten,

die vom Gegenstande untrennbar bleiben,

denn gerade das Anekdotenhafte der Erfindungen stellt

sie ja weit über ein serielles Industrieprodukt hinaus, das

wir achtlos in die Hand nehmen wie einen Kapselheber

und sofort wegwerfen, wenn es nicht mehr entspricht.

Die Poesie der mit Liebe, mit Hinwendung zum

Zweck, aber auch mit persönlicher Note versehenen Erfindungen

muss auch erst gehoben werden. Nicht jeder

entdeckt in einer Plastikschaum-Wurst mit

Schraubverschluss eine vorzeigenswürdige Thermoskanne.

Auch der Fußabstreifer aus Bierverschlusskapseln

erschließt sich erst dem fortgeschrittenen Betrachter.

Umso mehr, wenn er die Geschichte dahinter erfährt,

wie sie Aleksei Solomkin aus Vladimir erzählt:

„Ich habe einen Nachbarn. Sein Name ist Nikolai. So

ein gutmütiger und lustiger, wir trinken gerne ein Bier

miteinander. Na ja, und irgendwie ist es passiert, dass

wir sehr interessant trinken. Wir öffnen die Flaschen,

setzen uns auf die Außentreppe. Jeder auf seine eigene,

und mit einem Schnipser schicken wir die

Bierkapseln auf die Nachbarterritorien. Im

Laufe der Zeit hat sich von diesen Verschlüssen

eine beachtliche Zahl zusammengesammelt.

Das heißt, die Wiese vor seinem

und meinem Haus war mit ihnen

übersät. So, deswegen sind periodisch

Probleme mit meiner Frau entstanden.

Natürlich, sie mag das nicht,

dass das Territorium angeblich

versaut wird. Irgendwann, nach

einem erneuten Krach, begann

ich diese Kapseln aufzuheben.

September 2015 • profilwissen 3

97


STARETZSEITE

BALANCE AM SCHLUSS

BESEELTE

GEGENSTÄNDE

AUS DEM ALLTAG

Vladimir Arkhipow:

Home-Made.

Thames & Hudson,

303 Seiten.

Home-Made Europe.

Thames & Hudson,

272 Seiten

ÖSTERREICHISCHER

SKI-BOB

Fabriziert aus einem

alten Fahrrad.

FUSSABSTREIFER

AUS BIERKAPSELN

Dem Abfall knapp entronnen.

Ein paar Taschen habe ich damit vollgestopft.

Und so irgendwie ging ich um das

Haus und dachte nach, wo könnte ich sie

anbauen. Es war schade, die einfach wegzuschmeißen

… Nun, eingefallen ist mir

nichts, und so habe ich den Haufen in

den Schuppen gelegt. Und da, plötzlich,

ging mir irgendwie ein Licht auf: Bei

einem Bekannten habe ich gesehen …

diese Kapseln waren auf den Stufen

der Außentreppe angenagelt. Nun,

sie haben irgendwie eine Doppelfunktion

erfüllt: Sie verhindern das

Ausrutschen im Winter und halten

den Schmutz auf, wenn Dreckwetter

herrscht. Die Sache ist aber die,

dass meine Außentreppe aus Stein

ist, Bierkapseln lassen sich hier

nicht anschlagen. Ich habe nachgedacht,

nachgedacht, aber es ist

nichts weitergegangen. (…)

Aber dann ist mein Bruder gekommen.

Und einmal, so im Schuppen, fragt er: ,Weshalb

liegen da bei dir Bierkapseln herum?‘ Ich sage ihm, wie

das so ist, so und so. Er aber hat im Werk gearbeitet: ,Ich

helfe dir.‘ Na, und nach einer Woche hat er mir eine gelochte

Faserplatte gebracht. Ich musste nur noch an dem

vorhandenen Material, teils mit Schrauben, teils mit selbst

gemachten Nieten, diese Kapseln befestigen. So also, im

Prinzip, ist dieser Gegenstand aufgetaucht.“

Solche Geschichten gibt es zu jedem Gegenstand, den

Arkhipow auf Tournee schickt, zuletzt in die Rote Galerie

in Moskau. Zwei Bücher sind erschienen, voll mit Bildern

alter und neu entdeckter Artefakte und dazugehöriger

Geschichten. Ein österreichischer Ski-Bob ist auch dabei,

fabriziert aus einem alten Fahrrad, oder, sehr schön,

das Endstück eines Regenrinnenablaufs und dessen Umlenkung

mittels Gummistiefel und PET-Flasche.

Die Faszination „armer“ Gegenstände mag auch darin

liegen, dass sie, dem Abfall knapp entronnen, fast keinen

nominellen Wert mehr haben, aber, erweitert, zusammengeführt,

mit Halbzeug ergänzt oder einfach nur zweckentfremdet,

mit neuer Funktionsmagie aufgeladen werden.

Plötzlich sind sie Unikate, plötzlich betrachtet man

sie mit anderen Augen, und nicht selten sind Sammler

plötzlich bereit, einen neuen, nämlich künstlerischen

Wert darin zu entdecken und Geld dafür auszugeben. ■

DAVID STARETZ

ist Autojournalist unter anderem

für „autorevue“ und profil.

Er genießt das Privileg, sich

an den stillen Genialitäten des

Alltags erfreuen zu können.

98

profilwissen 3 • 30. September 2015

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