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14 Bibliotheken, 0 Leser, 0 Gruppen, 1 Rezension

hubble edwin, alpher bethe gamow, kosmologie, theorie für alles, wilson robert

Die ersten drei Minuten

Steven Weinberg , Friedrich Griese
Flexibler Einband: 200 Seiten
Erschienen bei Piper, 01.01.1997
ISBN 9783492224789
Genre: Sachbücher

Rezension:

Wie kommt ein Teilchenphysiker dazu, über den Beginn des Universums zu schreiben? - Steven Weinberg erhielt seinen Nobelpreis zusammen mit Abdus Salam und Sheldon Glashow für die Vereinheitlichung der elektromagnetischen Kraft, der starken und der schwachen Kernkraft. Die Weinberg-Salam-Glashow Theorie hat die Teilchenphysik revolutioniert. Mit dieser Arbeit befasst sich das vorliegende Buch aber kaum. Es befasst sich mit der Entstehung des Universums. Wie kommt Weinberg dazu, über den Urknall zu schreiben?

Die Elementarteilchen, mit denen sich die Weinberg-Salam-Glashow Theorie befasst, entstanden in den ersten drei Minuten des Universums, als dieses extrem heiss war. Bei solchen Temperaturen, wenn sich Materieteilchen fast mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, sehen die Kräfte praktisch gleich aus. Sie sind dann zu einer einzigen Kraft vereinheitlicht. Die Teilchenphysik sagt also nicht nur vorher, wie die Teilchen heute aussehen, sondern sie sagt auch, unter welchen Bedingungen welche Sorten von Teilchen entstehen. Wir können diese Vorhersagen in grossen Teilchenbeschleunigern überprüfen. Wir können aber auch das sehr frühe Universum anschauen und überlegen, welche Teilchen unter diesen Bedingungen entstanden sein müssen. Diese Teilchen sollten ja heute noch beobachtbar sein, sofern sie nicht wieder zerfallen sind.

Steven Weinberg erklärt allgemein verständlich, aber ohne unzulässige Vereinfachungen, wie die Physiker zu den Behauptungen gekommen, die noch heute das Standardmodell der Kosmologie bilden. Jede heute seriös diskutierte Theorie des Universums basiert auf diesen Überlegungen. Für alle, die sich mit Kosmologie befassen wollen, ist dieses Buch daher auch heute noch ein idealer Einstieg. Eine gute Ergänzung dazu ist das Buch ‚Ein Universum aus Nicht’ von Lawrence Krauss, in dem die aktuellen Beobachtungsdaten aufgeführt sind, die zeigen, dass das von Weinberg geschilderte Standardmodell sich in geradezu überwältigender Weise bestätigt hat.

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Tags: alpher bethe gamow, alpher ralph, astronomie, bethe hans, expansion des universums, gamow george, hintergrundstrahlung, hubble edwin, kosmologie, physik, schöpfung, teilchenphysik, theorie für alles, universum, vereinheitlichende theorie, wilson robert   (16)
 

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glaubensfreiheit, bibel, christentum, religion, freidenker

Der Gotteswahn

Richard Dawkins
E-Buch Text: 593 Seiten
Erschienen bei Ullstein eBooks, 12.08.2011
ISBN 9783843701747
Genre: Sonstiges

Rezension:

‚Der Gotteswahn’ stand während Wochen auf verschiedenen Bestsellerlisten und das zu Recht. Es ist ein aggressives, provokatives Buch von einem militanten Atheisten (so nennt Richard Dawkins sich selber). Dawkins schreibt mit bissigem, scharfem Humor und er hinterlässt Verletzte, und zwar nicht nur solche, die es verdient hätten. Kann ein solches Buch ‚zu Recht’ auf den Bestsellerlisten stehen?

Die Neuen Atheisten, zu deren Kern ‚the four horsemen’ Richard Dawkins, Daniel Dennett, Christopher Hitchens und Sam Harris zählen, sehen sich als Gegenbewegung des religiösen Fundamentalismus. Sie lehnen auch die gemässigte Religion ab, weil diese dem irrationalen Glauben den Weg bereite. Religion und Naturwissenschaften seien unvereinbar, weil erstere auf blindem Glauben beruhe, während die Naturwissenschaften auf der konsequenten Forderung nach Evidenz basieren. Der blinde Glaube ermögliche Terroranschläge, Inquisition, Religionskriege und Hexenverbrennungen. Die Aufklärung als Gegenbewegung zum blinden Glauben habe uns dagegen Menschenrechte, Demokratie, Humanität und wissenschaftlichen Fortschritt gebracht, man denke nur an die moderne Medizin!

Auch als Atheist muss man dieser Analyse nicht zustimmen. Aber es ist wohl an der Zeit, genauer hinzuhören. Die Situation der Atheisten ist nämlich tatsächlich bemerkenswert. Einerseits sind die allermeisten Naturwissenschaftler Atheisten oder Agnostiker oder haben zumindest eine völlig andere Vorstellung von Gott, als die Durchschnittsbevölkerung. Gleichzeitig werden Atheisten in vielen Ländern diskriminiert. Das geht bis zur Todesstrafe in manchen arabischen Ländern. Aber auch in den sogenannt freien, säkularen USA werden Atheisten in manchen Staaten nicht als Zeugen zugelassen und bekennende Atheisten haben keine reelle Chance, in ein öffentliches Amt gewählt zu werden. Da müssen doch zumindest die Fragen erlaubt sein: Wie kommt es, dass in einer Gesellschaft, die bis in die hintersten Winkel auf Technologie und Naturwissenschaften basiert, Naturwissenschaftler ihr Weltbild verheimlichen müssen? Wie kann es sein, dass Menschen, die das Weltbild der Naturwissenschaftler teilen, in Wahlkämpfen massiv schlechtere Chancen haben?

Ist das gut, wenn unsere klügsten Köpfe ihr Weltbild verheimlichen müssen? - Bereits im 19. Jahrhundert konnte John Stuart Mill zu recht sagen: „Die Welt wäre erstaunt, wenn sie wüsste, welch grosser Anteil ihrer hellsten Zierde, derer, die selbst nach volkstümlichen Einschätzungen von Weisheit und Tugend am angesehendsten sind, der Religion ganz und gar skeptisch gegenüberstehen.“

Insbesondere bestreitet Dawkins, dass wir vor dummen Aussagen einen besonderen Respekt haben müssen, nur weil sie religiös sind. Er zeigt an einer Reihe von Beispielen aus der Bibel, wie grausam deren moralische Grundhaltung ist. Dabei ist sich Dawkins bewusst, dass viele Christen diese Geschichten nicht wörtlich, sondern symbolisch verstehen. Er gibt auch zu, dass es durchaus wertvolle Textstellen in der Bibel gibt. Daraus schliesst er aber, dass wir unsere Moral eben nicht aus der Bibel beziehen. Wir haben bereits ohne Religion ein Wissen über Gut und Böse. Und genau dieses Wissen verwenden gemässigte Gläubige, um geeignete Bibelstellen auszuwählen und andere weg zu lassen.

Nur wenige Gläubige werden z. B. die Geschichte vom Sündenfall wörtlich nehmen. Adam und Eva sind symbolisch zu verstehen. Die Kreuzigung aber ist für einigermassen gläubige Christen die Sühne der Erbsünde. Das bedeutet, wie Dawkins erklärt: „Um sich selbst zu beeindrucken, musste Jesus also gefoltert und hingerichtet werden, als stellvertretende Bestrafung für eine symbolische Sünde, begangen von einer Person, die gar nicht existiert hat?“

Ob es nötig oder schädlich ist, solch eine Ansicht als ‚dumm’ zu verspotten, mag jeder für sich entscheiden. Aber wenn die christliche Kirche derart verquere Ansichten über Schuld und Sühne hat, müssen wir dann ausgerechnet dieser Kirche in jeder Ethikkommission einen speziellen Platz reservieren? - Während gleichzeitig die Naturwissenschaftler mit ihrer Meinung zurück halten müssen, um dies noch einmal zu erwähnen!

Ist aber der Titel ‚Gotteswahn’ berechtigt? – Dawkins zitiert den Neurologen Sam Harris: „Für Menschen, die viele Überzeugungen ohne rationale Rechtfertigung haben, gibt es verschiedene Bezeichnungen. Sind ihre Überzeugungen sehr weit verbreitet, nennen wir sie ‚religiös’; ansonsten sagt man gern, sie seien ‚verrückt’, ‚psychotisch’ oder ‚wahnsinnig’. ...
Also sind religiöse Menschen zwar nicht generell geistesgestört, aber ihre Kernüberzeugungen sind es durchaus.“


Man spürt die Empörung, man spürt aber immer auch, dass die Empörung gar nicht so übel begründet ist. Wer sich ernsthaft für eine humanere Welt einsetzen will, sei dies nun mit oder ohne Religion, der muss sich solchen Fragen stellen. Richard Dawkins stellt solche Fragen mit ätzender Schärfe. Dafür gebührt ihm Dank.

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Tags: agnostizismus, atheismus, bibel, christentum, freidenker, glauben, glaubensfreiheit, gott, religion, skeptiker, wissenschaft   (11)
 

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behinderung, partnerwahl, sexuelle evolution, natur, tierbeobachtung

Signale der Verständigung: Das Handicap-Prinzip

Amotz Zahavi , Avishag Zahavi
Fester Einband: 431 Seiten
Erschienen bei Insel Verlag, 19.10.1998
ISBN 9783458169277
Genre: Sonstiges

Rezension:

„Wenn ich die Federn im Schwanz eines Pfaus sehe, wird mir übel,“ schrieb Charles Darwin ein Jahr, nachdem er sein Buch über die Entstehung der Arten veröffentlicht hatte. Wie können sich so unpraktische, hemmende Federn, mit denen der Vogel kaum fliegen kann, in der Evolution durchsetzen? – Elf Jahre später erklärte er das Pfauenrad mit der sexuellen Selektion: Pfauen-Weibchen mögen imposante Räder.

Diese Erklärung ist unbefriedigend. Denn weshalb sollten Pfauen-Weibchen so etwas Unpraktisches und Gefährliches mögen? Die langen Federn würden ja an die eigenen Nachkommen vererbt und auch die Nachkommen beim Fliegen behindern.

Das Handicap-Prinzip komplettiert Darwins Idee. Weibchen lieben das Rad, gerade weil es eine Behinderung ist. Nur ein top-fitter Pfau kann es sich leisten, so lange Federn zu haben. Wir kennen das Phänomen aus dem Zirkus: Der Seiltänzer geht nicht einfach über das Seil. Nein, er verbindet sich die Augen und geht rückwärts.

Die Zahavis führen das Handicap-Prinzip an unzähligen Beispielen vor. Dadurch lernt man erstens ungeheuer viel über verschiedene Tierarten. Man kriegt zweitens ein Auge dafür, z. B. beim nächsten Zoobesuch selbst weitere Beispiele zu entdecken. Und drittens lernt man sehr unterhaltsam die Denkweise der Evolutionsbiologen.

Wenn sich Wölfe einer Herde von Gazellen nähern, gehen einzelne Gazellen den Wölfen entgegen und springen senkrecht hoch in die Luft. Wie kommen sie dazu, sich so unnötig einer Gefahr auszusetzen? – Solche Sprünge, dazu noch in der Nähe der Wölfe, kann sich nur eine kräftige Gazelle leisten, die sich sicher ist, bei einer Verfolgungsjagd zu entkommen. Wölfe sehen den Sprüngen an, wie fit die Gazelle ist. Weder die Gazelle noch die Wölfe haben Interesse an einer unnötigen kräfteraubenden Verfolgungsjagd. Die Wölfe werden sich also ein schwächeres Opfer aussuchen.

Viele Schmetterlinge und Motten sind giftig, weil sie giftige Pflanzen fressen. Bei den Männchen ist das Gift ein Pheromen, das beweist, dass das Männchen so kräftig ist, dass es sehr viele giftige Pflanzen verträgt. Der Rosapelikan hat in der Paarungszeit einen Wulst zwischen seinen Augen, der ihm die Sicht auf Fische versperrt, die in seiner Schnabelnähe durchschwimmen. Er beweist damit, dass er ein so geschickter Fischer ist, dass er trotz dieser Behinderung genug Fische fängt. Sehr ähnlich beweisen Party-Gänger in der Disco mit einer Sonnenbrille ihre besondere Coolness.

Wer solche Beispiele mag und mehr über die Tierwelt und auch über die menschliche Angeberei erfahren will, findet in Zahavis Buch eine wahre Fundgrube.

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Tags: altruismus, angeberei, behinderung, charles darwin, evolution, graudrosslinge, handicap prinzip, natur, partnerwahl, prestige, schönheit, selektion, sexuelle evolution, tierbeobachtung, vögel   (15)
 

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gott, atheismus, religion, wissenschaft, religionskritik

Der Gotteswahn

Richard Dawkins ,
Audio CD
Erschienen bei Hörbuch Hamburg, 08.02.2008
ISBN 9783899034974
Genre: Sachbücher

Rezension:


Ich sehe gerade, dass dies hier die CD betrifft. Ich habe nur das Buch gelesen. Die folgende Rezension betrifft eigentlich das Buch, hilft aber vielleicht doch.

‚Der Gotteswahn’ stand während Wochen auf verschiedenen Bestsellerlisten und das zu Recht. Es ist ein aggressives, provokatives Buch von einem militanten Atheisten (so nennt Richard Dawkins sich selber). Dawkins schreibt mit bissigem, scharfem Humor und er hinterlässt Verletzte, und zwar nicht nur solche, die es verdient hätten. Kann ein solches Buch ‚zu Recht’ auf den Bestsellerlisten stehen?

Die Neuen Atheisten, zu deren Kern ‚the four horsemen’ Richard Dawkins, Daniel Dennett, Christopher Hitchens und Sam Harris zählen, sehen sich als Gegenbewegung des religiösen Fundamentalismus. Sie lehnen auch die gemässigte Religion ab, weil diese dem irrationalen Glauben den Weg bereite. Religion und Naturwissenschaften seien unvereinbar, weil erstere auf blindem Glauben beruhe, während die Naturwissenschaften auf der konsequenten Forderung nach Evidenz basieren. Der blinde Glaube ermögliche Terroranschläge, Inquisition, Religionskriege und Hexenverbrennungen. Die Aufklärung als Gegenbewegung zum blinden Glauben habe uns dagegen Menschenrechte, Demokratie, Humanität und wissenschaftlichen Fortschritt gebracht, man denke nur an die moderne Medizin!

Auch als Atheist muss man dieser Analyse nicht zustimmen. Aber es ist wohl an der Zeit, genauer hinzuhören. Die Situation der Atheisten ist nämlich tatsächlich bemerkenswert. Einerseits sind die allermeisten Naturwissenschaftler Atheisten oder Agnostiker oder haben zumindest eine völlig andere Vorstellung von Gott, als die Durchschnittsbevölkerung. Gleichzeitig werden Atheisten in vielen Ländern diskriminiert. Das geht bis zur Todesstrafe in manchen arabischen Ländern. Aber auch in den sogenannt freien, säkularen USA werden Atheisten in manchen Staaten nicht als Zeugen zugelassen und bekennende Atheisten haben keine reelle Chance, in ein öffentliches Amt gewählt zu werden. Da müssen doch zumindest die Fragen erlaubt sein: Wie kommt es, dass in einer Gesellschaft, die bis in die hintersten Winkel auf Technologie und Naturwissenschaften basiert, Naturwissenschaftler ihr Weltbild verheimlichen müssen? Wie kann es sein, dass Menschen, die das Weltbild der Naturwissenschaftler teilen, in Wahlkämpfen massiv schlechtere Chancen haben?

Ist das gut, wenn unsere klügsten Köpfe ihr Weltbild verheimlichen müssen? - Bereits im 19. Jahrhundert konnte John Stuart Mill zu recht sagen: „Die Welt wäre erstaunt, wenn sie wüsste, welch grosser Anteil ihrer hellsten Zierde, derer, die selbst nach volkstümlichen Einschätzungen von Weisheit und Tugend am angesehendsten sind, der Religion ganz und gar skeptisch gegenüberstehen.“

Insbesondere bestreitet Dawkins, dass wir vor dummen Aussagen einen besonderen Respekt haben müssen, nur weil sie religiös sind. Er zeigt an einer Reihe von Beispielen aus der Bibel, wie grausam deren moralische Grundhaltung ist. Dabei ist sich Dawkins bewusst, dass viele Christen diese Geschichten nicht wörtlich, sondern symbolisch verstehen. Er gibt auch zu, dass es durchaus wertvolle Textstellen in der Bibel gibt. Daraus schliesst er aber, dass wir unsere Moral eben nicht aus der Bibel beziehen. Wir haben bereits ohne Religion ein Wissen über Gut und Böse. Und genau dieses Wissen verwenden gemässigte Gläubige, um geeignete Bibelstellen auszuwählen und andere weg zu lassen.

Nur wenige Gläubige werden z. B. die Geschichte vom Sündenfall wörtlich nehmen. Adam und Eva sind symbolisch zu verstehen. Die Kreuzigung aber ist für einigermassen gläubige Christen die Sühne der Erbsünde. Das bedeutet, wie Dawkins erklärt: „Um sich selbst zu beeindrucken, musste Jesus also gefoltert und hingerichtet werden, als stellvertretende Bestrafung für eine symbolische Sünde, begangen von einer Person, die gar nicht existiert hat?“

Ob es nötig oder schädlich ist, solch eine Ansicht als ‚dumm’ zu verspotten, mag jeder für sich entscheiden. Aber wenn die christliche Kirche derart verquere Ansichten über Schuld und Sühne hat, müssen wir dann ausgerechnet dieser Kirche in jeder Ethikkommission einen speziellen Platz reservieren? - Während gleichzeitig die Naturwissenschaftler mit ihrer Meinung zurück halten müssen, um dies noch einmal zu erwähnen!

Ist aber der Titel ‚Gotteswahn’ berechtigt? – Dawkins zitiert den Neurologen Sam Harris: „Für Menschen, die viele Überzeugungen ohne rationale Rechtfertigung haben, gibt es verschiedene Bezeichnungen. Sind ihre Überzeugungen sehr weit verbreitet, nennen wir sie ‚religiös’; ansonsten sagt man gern, sie seien ‚verrückt’, ‚psychotisch’ oder ‚wahnsinnig’. ...
Also sind religiöse Menschen zwar nicht generell geistesgestört, aber ihre Kernüberzeugungen sind es durchaus.“

Man spürt die Empörung, man spürt aber immer auch, dass die Empörung gar nicht so übel begründet ist. Wer sich ernsthaft für eine humanere Welt einsetzen will, sei dies nun mit oder ohne Religion, der muss sich solchen Fragen stellen. Richard Dawkins stellt solche Fragen mit ätzender Schärfe. Dafür gebührt ihm Dank.

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Tags: aufklärung, bibel, christentum, freidenker, glauben, gott, humanismus, kultur, religion, respekt, skeptizismus, vernunft, wahn, wahnsinn, wissenschaft   (15)
 

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denken, roboter, sprache, psychologie, seele

Bauplan für eine Seele

Dietrich Dörner
Flexibler Einband: 831 Seiten
Erschienen bei Rowohlt Taschenbuch, 01.10.2001
ISBN 9783499611933
Genre: Sachbücher

Rezension:

Die Idee ist einfach und stammt bereits vom Vater des Computers, von Alan Turing: Wenn eine geistige oder seelische Eigenschaft eine beobachtbare Auswirkung hat, ist diese Eigenschaft programmierbar.

Da werden nun viele Leute widersprechen und meiner Erfahrung nach widersprechen auch Leute, die es eigentlich besser wissen müssen. Deshalb ist es sehr verdienstvoll, dass Dietrich Dörner im Detail darlegt, wie man ein sehr kompliziertes Lebewesen wie den Menschen programmieren könnte. Und bevor nun lautstarker Protest sich erhebt, welche komplizierte Eigenschaft sich ganz bestimmt nicht programmieren lasse, schauen wir doch mal hin, was Dörner denn tut.

Der Trick besteht darin, eben nicht mit der kompliziertesten Eigenschaft zu beginnen, die ‚ganz sicher nicht programmierbar ist’. Dörner beginnt mit einem ganz einfachen Regelkreis, z. B. einem Kühlschrank, der kühlt, bis ein eingebautes Thermometer unter eine gewisse Temperatur fällt, dann stellt die Kühlung ab, bis es wieder zu warm ist. Der Regelkreis hat die Aufgabe, einen bestimmten Sollwert zu erreichen und zu erhalten.

Kompliziertere Aufgaben lassen sich mit sogenannten Kaskadenregelungen lösen, bei denen verschiedene Steuervariablen nacheinander eingeschaltet werden. Eine solche Regelung kann leicht mit Lernprozessen kombiniert werden. Die Kaskade darf dazu nicht eine starre Reihenfolge haben, sondern die Reihenfolge wird ab und zu zufällig geändert. Wenn sich aber mit einer bestimmten Reihenfolge der Sollwert sehr rasch und präzise erreichen lässt, ‚merkt’ sich die Maschine diese Reihenfolge und weicht danach weniger stark davon ab.

Nun kann der Sollwert immer komplizierter gemacht werden, indem verschiedene Sensoren hinzugefügt werden, z. B. auch Schmerzsensoren. Die Maschine würde den Schmerz natürlich nicht erleben. Aber sie würde alles tun, um ihn zu vermeiden.

Auf dieser Stufe orientiert sich Dörner an Neuronen. Man kann ja einiges von der Natur lernen, wenn man ein Gehirn nachbauen will. Neuronen machen eigentlich nichts, was man nicht mit einer Maschine simulieren könnte. Dass sie untereinander feiner verknüpft sind, als wir dies schaffen würden, ist ein technisches Detail. Dörner geht es immer nur um die Frage, ob es grundsätzlich einen Grund zur Annahme gibt, Neuronen können nicht nachgebaut werden. Wie schwierig die Konstruktion in der Praxis wäre, interessiert ihn nicht.

Am Beispiel der Grabwespe zeigt er, dass raffiniert erscheinendes Verhalten auch das Resultat einer sehr einfachen Kette von Reflexen sein kann. Natürlich kann auch so eine Kette von Reflexen durchaus programmiert werden. Es dauert nicht lange, bis man Dörners Vorgehensweise verstanden hat. Auf jeder Stufe überlegt er, welche Fähigkeit seine Maschine ein bisschen intelligenter machen würde. Woran würden wir sehen, dass eine Maschine ein bisschen intelligenter ist als die, die wir schon haben? – Dazu scheut er sich nicht, in der Natur zu schauen, was für Verhaltensweisen denn Tiere zeigen. Manchmal wissen wir sogar schon, wie diese Verhaltensweisen in der Natur verwirklicht werden. Wenn der Schritt klein genug ist, ist es nicht schwierig, ihn zu programmieren. Ist der Schritt zu gross, muss ich ihn in noch kleinere Schritte zerlegen.

Natürlich sind enorm viele Schritte nötig, um von einem Kühlschrank zu menschlichem Verhalten zu kommen. Aber das macht Dörners Buch nur dicker, nicht schwieriger zu verstehen.

Es ist verdienstvoll, dass der Autor sich die Mühe gemacht hat, alle die unzähligen kleinen Schritte so sorgfältig auszuformulieren. Hätte er es nicht getan, so würde bestimmt jemand kommen und behaupten, bei irgendeinem der übersprungenen Schritte würde das nicht gehen. Nun kann man nachlesen, wie es geht. Sehr spannend ist das aber nicht, weil man sehr bald die Schritte auch selber nachvollziehen kann.

Spannend wird es erst wieder auf Seite 563, wenn Dörner auf die Gefühle zu sprechen kommt. Natürlich sollten diese Gefühle mehr sein, als das ‚Gefühl’ des Kühlschranks, der zu warm ist, und der nun wieder kühlt, um den Sollwert zu erreichen. Damit wir von Gefühlen sprechen können, müssten wir über das Modell der Sollwerte hinaus kommen. Wenn mir zu heiss ist, fühle ich, dass mir zu heiss ist. Dieses Gefühl ist doch mehr als die Reaktion auf einen Sollwert.

Dieses Kapitel scheint mir unbefriedigend. Wieder orientiert sich Dörner an der Natur und befragt die Psychologen, was denn ein Gefühl sei. Nur findet er diesmal keine brauchbare Antwort. Was meiner Ansicht daran liegt, dass er die falsche Frage stellt. Die richtige Frage wäre: Wozu ist ein Gefühl in der Evolution gut? Was ist der Vorteil, wenn ich auf Hitze nicht nur reagiere, indem ich z. B. ins kühle Wasser springe, sondern wenn ich die Hitze tatsächlich spüre und als unerträglich empfinde?

Der Punkt, der in Dörners Argumentation fehlt ist: Gefühle machen mich vertrauenswürdiger, weil sie meinen Handlungsspielraum einschränken. Das klingt paradox. Aber viele unserer Beziehungen hängen von Vertrauen ab, egal ob es nun um Liebes- oder um Geschäftsbeziehungen geht. Über all diesen Beziehungen hängt als Damoklesschwert die Frage: Wird mich der Partner über den Tisch ziehen, wenn er ein besseres Geschäft machen oder eine günstigere Partnerschaft eingehen könnte? – Wenn meine Frau mich wirklich liebt, wird sie mich nicht für einen anderen verlassen. Wenn ich weiss, dass der Geschäftspartner ein schlechtes Gefühl hat, wenn er mich hintergeht, kann ich viel eher vertrauen. Selbst eine Drohung ist überzeugender, wenn der Terrorist offensichtlich so wütend ist, dass er sogar sich selbst schädigen würde, um sie wahr zu machen. Gerade weil Terroristen irrational handeln, sind sie glaubwürdig.

Woran aber sieht man, dass ein Gefühl wirklich echt gefühlt ist? – Echt ist ein Gefühl, wenn es so teuer ist, dass es sich nicht lohnt, das Gefühl zu simulieren. Theoretisch könnte ein guter Schauspieler das Gefühl nachahmen. Aber niemand würde dies tun, weil es zu viel kostet. Diesen Gedanken erkläre ich im Detail in meinem Buch ‚Das Universum, das Ich und der liebe Gott’. Ich denke, bewusste Gefühle treten nur bei Lebewesen auf, die in sozialen Gesellschaften leben.

Das bewusste Denken hängt nach Dörner mit der Sprache zusammen. „Die Fähigkeit zum Sprechen bedeutet folglich, dass Psi (so nennt der Autor die Maschine) nicht nur in der Lage ist, sich zu unterhalten, sondern zugleich auch ein Werkzeug zur eigenständigen Umwandlung seiner Gedächtnisstrukturen gewinnt...“ Dadurch, dass die Maschine Selbstgespräche führen und sich selber Fragen stellen kann, wird ihr Denken effizienter. Wenn die Maschine sich Fragen über sich selbst stellt, tritt nach Dörner als Nebenprodukt das Bewusstsein auf.

Auch hier vermisse ich einen Verweis auf unsere soziale Natur. Menschen können sehr komplexe Gedanken nonverbal denken. Oft erfordert es zusätzliche Anstrengung, das Resultat des Denkens in Sprache zu fassen. Dies habe ich bereits an anderer Stelle ausgeführt: https://www.lovelybooks.de/autor/Gerhard-Roth/Aus-Sicht-des-Gehirns-143966510-w/rezension/1486344740/

Meiner Ansicht nach hat das Bewusstsein –wie die Gefühle- einen weiteren wichtigen Effekt: Wenn ich Beziehungen eingehe oder Verträge abschliesse, will ich dies nicht mit einer kalt berechnenden Maschine tun. Ich will, dass mein Gesprächspartner sich verantwortlich fühlt und sich echt schlecht fühlt, wenn er mein Vertrauen bricht. Dies geht am besten, wenn er sich tatsächlich verantwortlich fühlt. Der entscheidende Punkt ist: Auch die Gefühle und das Bewusstsein haben einen von aussen beobachtbaren Effekt. Das bedeutet nach Alan Turing, dass wir sie programmieren können.

Dietrich Dörner hat eine schöne Arbeit geschrieben und den Beweis geführt, dass der menschliche Geist zumindest über weite Strecken programmierbar ist. Die Seele ist ein Produkt des Körpers. Den Beweis dazu muss nicht jeder lesen. Aber die, die es lauthals abstreiten, schon.

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Tags: bewusstsein, computer, denken, gehirn, künstliche intelligenz, maschine, roboter, seele, sprache, wahrnehmung   (10)
 

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freier wille, bewusstsein, neuropsychologie, hemineglect, patientenverfügung

Die Natur des Bewusstseins

Reinhard Werth
Flexibler Einband: 233 Seiten
Erschienen bei C.H.Beck, 20.10.2010
ISBN 9783406605949
Genre: Sachbücher

Rezension:

Werth startet mit der originellen Feststellung Wittgensteins, dass auch subjektive Empfindungen, wie etwa der Schmerz, den Wissenschaften zugänglich sind. Denn würde das Wort ‚Schmerz’ etwas rein Subjektives bezeichnen, so würde es im Gespräch zu Verwirrung führen, weil ja keiner wissen könnte, was der andere darunter versteht. Das Bewusstsein und die subjektiven Erlebnisse, die den Inhalt des Bewusstseins bilden, sind also nicht rein privat, sondern anderen Personen zugänglich.

So findet der Leser eine ganze Reihe kluger Bemerkungen und Erklärungen, die irgendwie mit dem Bewusstsein, mit der Wahrnehmung oder mit dem Willen zu tun haben. Aber die Gesamtaussage ist mir jedenfalls nicht wirklich klar geworden. Dabei sind die einzelnen Abschnitte durchaus empfehlenswert.

Empfehlenswert für alle Lehrpersonen ist der lange Abschnitt über die Aufmerksamkeit. Während Aufmerksamkeitsstörungen unter Psychologen und Pädagogen alltäglich diskutiert werden, ist auch in die Fachliteratur bemerkenswert vage, was Aufmerksamkeit eigentlich ist. Reinhard Werth, der sich schon in seinem Buch ‚Legasthenie und andere Lesestörungen’ mit dem Lernen befasst hat, macht auch hier verständlich, was bei gewissen Lernschwierigkeiten passiert und wie man allenfalls dagegen ankämpfen kann.

Aufschlussreich ist z. B. eine Bemerkung zum Bogenschiessen: Das Hauptproblem beim Bogenschiessen ist, dass der Schütze seine Aufmerksamkeit nicht gleichzeitig auf das Ziel und auf das Loslassen des Pfeiles richten kann. Selbst so einfache Bewegungen, wie einen Pfeil loszulassen, erfordert die volle, ungeteilte Aufmerksamkeit. Der Schütze bemerkt dies selber nicht, aber während er den Pfeil loslässt, wird er kurzzeitig blind für das Ziel. Dies ist einer der Hauptgründe, weshalb Pfeile daneben gehen. Wenn nun also Schüler behaupten, sie können problemlos neben den Hausaufgaben Musik hören, chatten und einen Fernseher laufen lassen, dann kann man sich nun vorstellen, wie falsch diese Schüler liegen.

Empfehlenswert für Richter und Anwälte sind die Ausführungen zur Frage des freien Willens im Zusammenhang mit dem Strafrecht. Werth zitiert mehrere Paragrafen des deutschen Strafrechts, das aber in anderen europäischen Ländern ähnlich sein dürfte. Insbesondere ist nach dem deutschen Strafrecht nur vorsätzliches Handeln strafbar, sofern nicht das Gesetz bei fahrlässigem Handeln ausdrücklich mit Strafe droht. Ob ein Täter vorsätzlich oder aus dem Affekt gehandelt hat, muss nicht selten von Gerichtsgutachtern beurteilt werden.

Der Autor selber hat z. B. in Experimenten festgestellt, dass eine unvorbereitete Person rund 532 bis 847 Millisekunden benötigt, um seinen Körper vor einem überraschenden Messerstich 50 cm zurück zu ziehen. Wenn also z. B. ein Polizist, der überraschend von einem Verbrecher mit einer Waffe angegriffen wird, innerhalb von etwa 200 Millisekunden auf den Verbrecher schiesst, dann könne dies keine Willensentscheidung sein. Ausser „dass der Polizist sich bereits lange im Voraus dafür entschieden hat, in einer solchen Situation so zu schiessen (da er die oben beschriebenen Zeitverhältnisse kennt) und diese Reaktion so eingeübt hat, dass sie zu einem vorprogrammierten Reflex wurde.“

Nun scheint mir das eher der Normalfall oder zumindest der wünschenswerte Fall zu sein, dass ein Polizist, der mit einer geladenen Waffe unterwegs ist, sich vorher schon einmal überlegt hat, wie er in verschiedenen denkbaren Situationen reagieren würde. Als langjähriger Badmintonspieler weiss ich auch, dass man eine Reaktion nicht sehr lange vorprogrammieren muss. Es reicht durchaus, während des Spiels zu entscheiden, den nächsten Smash in die rechte hintere Ecke abzuwehren. Bei der konkreten Ausführung habe ich dann auch nicht mehr Zeit als besagter Polizist. Das ist aber auch nicht nötig, weil ich den Schlag schon vorher geplant habe.

Das Thema freier Wille und Strafrecht regt natürlich zu weiteren Diskussionen an. Was soll denn das Ziel einer Strafe sein? – Geht es darum, sich an den Bösewichten zu rächen? Oder wäre es nicht sinnvoller, den zukünftigen Schaden zu minimieren? - Wenn immer mal wieder Äste von einem Baum fallen und Spaziergänger invalide schlagen, frage ich nicht danach, ob der Baum das bewusst macht oder nicht.

Die von Reinhard Werth zusammen gestellten Überlegungen sind also wohl sicher nicht abschliessend. Aber sie sind eine gute Grundlage für den wichtigen Dialog zwischen Strafrechtlern und Gehirnforschern.

Bemerkenswert deutlich ist in diesem Zusammenhang Werths Fazit, wenn es um Wiederholungstäter geht: „Die häufig geübte Praxis, Wiederholungstäter fortwährend mit Bewährungsstrafen oder kurzen Gefängnisstrafen zu belegen und ihnen unermüdlich psychotherapeutische oder sozialtherapeutische Massnahmen angedeihen zu lassen, kann nur als Unkenntnis oder vorsätzliches Ignorieren psychobiologischer Erkenntnisse gewertet werden.“

Empfehlenswert ist das Buch auch für alle, die mit Patientenverfügungen und insbesondere mit Sterbehilfe zu tun haben. Denn die Frage nach der Willensfreiheit stellt sich natürlich auch bei Patientenverfügungen.

Ein weiteres Gebiet, das wohl einige Leser interessiert, ist die Frage, ob Tiere ein Bewusstsein haben. Auch dazu findet man einige interessante Fakten, obwohl das Buch in dieser Frage nicht sehr in die Tiefe geht.

Man kann nicht behaupten, Reinhard Werth habe das Bewusstsein in diesem Buch erklärt. Er hat einige interessante Aspekte dazu aufgezeigt. Aber auch wenn sicher noch einige Diskussionspunkte offen sind, hat er zur Frage, ob es eine unsterbliche Seele gibt eine klare Antwort, der wohl die meisten Gehirnforscher zustimmen würden:
 „Aus allen wissenschaftlich fundierten Erkenntnissen folgt unzweifelhaft, dass ohne Hirnfunktion keine unserer Fähigkeiten, Empfindungen, Erfahrungen und nichts, was unser Bewusstsein sonst ausmacht, existieren kann.“

Auch zu dieser Behauptungen findet man eine gute aber gewiss nicht ganz abschliessende Begründung in diesem Buch.

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Tags: aufmerksamkeit, bewusstsein, blindsehen, freier wille, gehirn, gehirnforschung, grosshirn, hemineglect, legasthenie, lernen, lesestörun, patientenverfügung, seele, sehen, sehrinde, strafe, strafrecht, tod, unbewusst, wahrnehmung   (20)
 

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seele, täuschung, gespenst, parapsychologie, dämon

Drachen, Doppelgänger und Dämonen

Oliver Sacks , Hainer Kober , ZERO Werbeagentur , any.way
Flexibler Einband: 352 Seiten
Erschienen bei ROWOHLT Taschenbuch, 02.06.2014
ISBN 9783499629723
Genre: Sachbücher

Rezension:

Mit etwa fünf Jahren hatte ich als Nebenwirkung eines Hustensirups Halluzinationen. Ich sah verschiedene leuchtende unheimliche Tiere. Seither bin ich misstrauisch, wenn jemand sagt, er glaube nur, was er gesehen hat. Mir scheint, dies ist die entscheidende Frage der Erkenntnistheorie: Woran erkenne ich, wie weit meine Sinneseindrücke einer Wirklichkeit entsprechen?

Deshalb scheint mir fundamental, möglichst genau zu wissen, welches Ausmass Täuschungen annehmen können. In dieser Frage sind Oliver Sacks’ Bücher eine ideale Lektüre. Im hier vorgestellten Werk, ‚Drachen, Doppelgänger und Dämonen’ schildert er eine ganze Reihe eigenartiger Halluzinationen. Wie auch in anderen Büchern geht er dabei kaum auf die neurologischen Hintergründe ein. Halluzinationen können auch bei gesunden Menschen können sporadisch auftreten, sei das durch Übermüdung, Alkohol- oder Drogeneinfluss oder im Zusammenhang mit einem Migräneanfall. Weitere Auslöser sind Höhenkrankheit, Sauerstoffmangel, Halbschlaf, Medikamente, abgesetzte Medikamente oder Drogen, Dehydrierung, grosse Trauer, Epilepsie oder Schizophrenie.

Was der Betroffene an Halluzinationen erleben kann, sprengt die Vorstellungskraft des nicht Betroffenen. Alles, was Sie in Gruselfilmen je gesehen haben, scheint sich hier tatsächlich abzuspielen. Z. B.:

• Eine Stimme kommandiert Sie herum.
• Musik spielt wunderschön.
• Beliebige Farbeffekte und Muster tauchen auf.
• Jemand atmet direkt neben Ihnen.
• Riesige Spinnen, Mäuse, Würmer oder anderes Ungeziefer krabbeln durchs Zimmer.
• Die Figuren eines Films oder eines Gemäldes klettern plötzlich aus dem Fernseher oder aus dem Bild und rennen im Zimmer umher.
• Sie schrumpfen plötzlich zum Zwerg, so dass Sie sich hinter einem Lippenstift verstecken können.
• Sie wachsen riesenhaft gross und sehen andere Menschen winzig klein.
• Die ganze Welt wirkt plötzlich fremd. Sie erkennen Ihre eigene Mutter nicht mehr, obwohl Sie wissen, dass diese genau so aussieht.
• Alles wirkt plötzlich bekannt und vertraut, obwohl es neu ist. Sie sind überzeugt, alles schon einmal erlebt zu haben.
• Der freundliche Verkäufer verwandelt sich unversehens in ein Gruselmonster und Würmer kriechen aus seinem Gesicht.
• Im Türrahmen hängen vermodernde Leichen.
• Sie schweben durchs Zimmer.
• Ihre Beine oder die eines Anderen sind plötzlich verkürzt oder ungleich lang.
• Sie sehen plötzlich alles ganz hell und klar, erleben ein überirdisches Glücksgefühl und wissen, dass Gott zu Ihnen spricht.
• Sie lesen ein Buch und lesen da Dinge, an die Sie sich später erinnern, aber nie mehr finden können.
• Ein Alltagsgegenstand vervielfältigt sich und steht in mehreren Kopien vor Ihnen.
• Eine Person geht in gleichen Zeitabständen auf genau die gleiche Weise immer wieder an Ihnen vorbei.

Viele dieser Erlebnisse werden problemlos als Halluzination erkannt, andere erscheinen völlig real. Welche real erscheinen und welche nicht, ist kaum davon abhängig, wie verrückt die Erlebnisse sind. Jeder gesunde Menschenverstand und jede Logik, was möglich ist und was nicht, kann ausgeschaltet werden. Denn gesunder Menschenverstand und Logik, die schliesslich vom Gehirn produziert werden, können natürlich auch durch eine Gehirnstörung ausser Kraft gesetzt werden. Das Beispiel des Anton-Syndroms mag dies erleuchten: Patienten mit dem Antonsyndrom sind völlig blind, bemerken dies aber nicht. Werden sie aufgefordert, ein Zimmer zu beschreiben, kommen sie dieser Aufforderung nach und erzählen voller Überzeugung viele Details über das Zimmer. Allein, das Zimmer sieht völlig anders aus. Wenn sie im Zimmer umher gehen und dabei gegen Möbel stossen, fällt ihnen keineswegs auf, dass sie diese ja gar nicht sehen, sondern sie erklären z. B., die Möbel seien verschoben worden. Ansonsten sind Anton-Patienten aber voll zurechnungsfähig.

Da erhebt sich doch die Frage, ob wir nicht alle –oder auch nur ich?- auf ähnliche Weise grosse Teile der Welt nicht wahrnehmen, ohne es überhaupt zu bemerken. Was können wir tun, um diese Gefahr zu minimieren? – Das scheinen mir die bedeutsamen Fragen der Erkenntnistheorie. Es erstaunt mich immer wieder, wenn ich Leute treffe, die sich ‚Erkenntnistheoretiker’ nennen, dann aber feststelle, dass sie nur gerade Kant gelesen, aber nie über derartige Fragen nachgedacht haben.

Wer sich dafür interessieren, wie Wissen begründet werden kann, findet bei Oliver Sacks einige Warnlampen, die er beachten sollte. Wer eine Theorie des menschlichen Bewusstseins oder der Seele begründen will, findet einige unerwartete Phänomene, die durch so eine Theorie erklärt werden sollten. Wer aus eigener Erfahrung oder aus ihrem Umfeld ähnliche Phänomene kennt, findet Leidensgenossen und Verständnis. Wer gesund ist, aber sich auf mögliche zukünftige Halluzinationen vorbereiten will, findet Anschauungsmaterial. Falls Sie morgen beim Aufwachen feststellen, dass sie von einer Riesenschlange umschlungen werden, schlafen Sie getrost noch eine Runde. Sofern Sie in Deutschland und nicht in der Nähe eines Zoos wohnen, haben Sie gute Chancen, dass dies reine Einbildung ist. Und sonst ist’s eh zu spät.

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Tags: alkohol, anton syndrom, dämon, drogen, flash back, gehirn, gehirnforschung, gehirnstörung, geist, gespenst, halluzination, hemineglect, out-of-body, parapsychologie, realität, schizophrenie, seele, täuschung, wahn   (19)
 

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lernen, gehirn, medien, demenz, internet

Digitale Demenz

Manfred Spitzer
Fester Einband: 368 Seiten
Erschienen bei Droemer, 03.08.2012
ISBN 9783426276037
Genre: Sachbücher

Rezension:

Wir leben in der Zeit der Digitalisierung. Damit müssen sich Schule und Erzieher auseinander setzen. Die Frage ist: Was brauchen Kinder und Jugendliche heute? – Die Antworten des Bildungsforschers, Neurologen und Psychiaters Manfred Spitzer ist klar. Und sie steht diametral entgegen zu dem, was in der Schule tatsächlich passiert und was unbedarfte Politiker fordern. In den USA und in Deutschland verbrachten Neuntklässler 2009 7,5 Stunden täglich mit digitalen Medien, mehr Zeit als mit Schlafen. Tendenz steigend. Das Nutzen von Handys und MP3-Playern ist dabei noch nicht mitberücksichtigt.

Aus Sicht der Gehirnentwicklung ist offensichtlich, dass digitale Medien für die Entwicklung des Kindes verheerend sind. Beim Lernen bildet das Gehirn Netzwerke aus. Angenommen, ein Baby hört einen Ball hüpfen. Es wendet reflexartig den Kopf so, dass es den Ball sehen kann. Es hat ein Erfolgserlebnis, weil es den Ball tatsächlich da sieht. Es verknüpft Körperbewegung, Klang und Bild des Balles mit diesem Erfolgserlebnis. Es beobachtet, wie der Ball immer kleinere Sprünge macht, schliesslich rollt. Es streckt den Arm aus, ergreift den Ball, spürt den runden Ball aus Gummi, hat ein weiteres Erfolgserlebnis, führt den Ball zum Mund, schmeckt den Geschmack des Gummis. So hat es nach einer kurzen Sequenz ein Netzwerk aus Bild, Klang, Gefühl und Geschmack eines Balles, von verschiedenen erfolgreichen Körperbewegungen. Auf diesem Netzwerk kann es aufbauen.

Was geschieht, wenn das gleiche Kind, den hüpfenden Ball am Fernsehen sieht? – Das Kind hört den Ball hüpfen und wendet den Kopf – zum Lautsprecher. Der Lautsprecher hüpft nicht. Am Bildschirm sieht das Baby zwar den hüpfenden Ball. Dieser hüpft aber am Ort, während sich eigenartigerweise der Hintergrund bewegt. Könnte der Hintergrund mit dem Hüpfgeräusch zusammen hängen? - Das Baby ist frustriert, weil dies keinen Sinn ergibt. Eine Körperbewegung führt nicht zu einem Erfolg, weil der Bildschirm am Ort bleibt. Der Ball im Fernsehen fühlt sich nicht nach Ball an, man kann ihn nicht in den Mund nehmen und da ist auch kein Gummigeschmack. Der Ball im Bildschirm ist gar kein Ball. Nichts passt zusammen. Es bleibt der Frust.

Tragischer Weise ist es nun keineswegs so, dass das Fernsehkind einfach ein bisschen langsamer oder ein bisschen später lernt. Vielmehr sind gewisse Lernschritte überhaupt nur noch sehr eingeschränkt möglich. Das liegt daran, dass für gewisse Lernbereiche nur während beschränkter Zeit ein ‚Lernfenster’ offen steht. Bei kleinen Kindern verbinden sich Neuronen-Gruppen rasch und über grössere Distanzen. Wenn also ein Kind einen realen Ball sieht, werden Seh-, Hör-, Tast-, Bewegungs- und Geschmackssinn auf sinnvolle Weise miteinander verbunden. Bereits im Alter von etwa drei Jahren müssen diese Verknüpfungen abgeschlossen sein. Denn danach lernt das Gehirn viel langsamer, dafür präziser. Es geht dann um die Feinmotorik, den Ball sehr präzise im genau richtigen Moment zu fassen u. s. w. Die ‚Autobahnen’ zwischen den Gehirnarealen müssen dann bereits stehen.

Ausserdem werden abstraktere Lerninhalte auf den konkreten aufgebaut. Z. B. hilft ein gutes Körpergefühl beim Erlernen von Mathematik. Wer sein Kind optimal auf die Mathematik vorbereiten will, lässt es basteln und schaut, dass es viel draussen herum rennt, wo es Erfahrungen mit Bewegungen im Raum machen kann. Dies ist bekannt. Wie Satire hört sich aber die oft gehörte Schlussfolgerung an: Kinder sollen ihre Körperkoordination schulen, indem sie Computerspiele spielen. Kann irgendjemand irgendeine Sportart nennen bei der noch weniger Körperkoordination nötig ist als bei einem Computerspiel? – Vielleicht abgesehen von Schach?

Bei älteren Kindern ist augenfällig, wie gerne sie am Computer sind, ob sie nun dort spielen, chatten, einen Film schauen oder sogar Aufgaben für die Schule lösen. Wenn Kinder etwas besonders gerne tun, ist dies oft ein Zeichen dafür, dass die Kinder dabei etwas lernen. Deshalb liegt der Gedanke nahe, dass Kinder am Computer oder am Fernsehen etwas lernen. Wäre es nicht denkbar, dass die richtigen Lernprogramme ein sehr effizientes Lernen ermöglichen?

Da das Gehirn wie oben dargestellt durch das bilden von Netzwerken lernt, durch Verknüpfung möglichst unterschiedlicher Gehirnbereiche, scheint diese Hoffnung ziemlich gewagt. Denn ein Computer regt nun mal nur ganz wenige Sinne nur sehr eingeschränkt an. Manfred Spitzer analysiert anhand einiger besonders gelobter Computerspiele, was nun die Gehirnleistung bei diesen Spielen ist. Sie ist so erbärmlich, dass selbst das fantasieloseste Wörterlernen mit Karteikarten dem Computerlernen zumindest ebenbürtig ist. Wenn Schüler den Computer bevorzugen, dann deshalb, weil dessen Lernprogramme durch originelle Gags vom eigentlichen Lernstoff ablenken.

Die Beliebtheit von Computerspielen und Lernprogrammen beruht nicht zuletzt auf der Optimierung der Motivationsspritzen. Ein Spieler kriegt in regelmässigem Abstand kleine und grössere Belohnungen. Dies hat zunächst einmal den begrüssenswerten Effekt, den Spieler, der im Idealfall ein Lernender ist, bei der Stange zu halten. Tatsächlich legen Computerspieler ein ja geradezu sagenhaftes Durchhaltevermögen an den Tag und in die Nacht. Was könnte die Schule erreichen, wenn Schüler mit so viel Eifer lernen würden!

Aber ist das tatsächlich Durchhaltevermögen? – Durchhaltevermögen bedeutet, eine Last in Kauf zu nehmen, um sich einen späteren, grösseren Gewinn zu verdienen. Computerspiele leisten gerade das Gegenteil: Mit perfekter Optimierung erhalten die Spieler immer genau dann die Belohnungen, wenn die Gefahr auftaucht, dass sie abspringen könnten. Gerade die Perfektion des Belohnungssystems verhindert, dass der Spieler wahres Durchhaltevermögen trainieren könnte. Wenn –wie es bei Alltagsproblemen immer der Fall ist- die Belohnung nicht bereits nach den ersten Schritten erreichbar ist, wenn zum ersten Mal richtiges Durchhaltevermögen verlangt wird, sind Computerspieler nicht darauf vorbereitet.

Da das Durchhaltevermögen neben der Intelligenz für den Lernerfolg die wichtigste Persönlichkeitseigenschaft ist und da das Durchhaltevermögen bei Computerspielen systematisch geschwächt wird, leuchtet sofort ein, dass Kinder, die oft am Computer spielen, in der Schule schlechtere Leistungen zeigen als andere. Die für mich erstaunlichste Erkenntnis ist aber, dass ‚digitale Kinder’ selbst in dem Bereich, den sie am meisten üben, schlechter abschneiden als Kinder ohne Computer. Man würde denken, wenn ein Kind ständig mehrere Dinge gleichzeitig tut, Fernsehen schauen, einen Chat im Internet verfolgen, mit einem Freund telefonieren und dazu Musik hören und ein Computerspiel spielen, dann kriege das Kind Übung darin, mehrere Dinge gleichzeitig im Auge zu behalten oder zumindest die Aufmerksamkeit schnell von einer Tätigkeit zur anderen zu wechseln. Tatsächlich verlernen solche multitaskenden Kinder aber so gründlich, ihre Aufmerksamkeit zu fokussieren, dass sie am Ende selbst beim Multitasking schlechter abschneiden als Kinder, die das kaum machen.

Manfred Spitzer ist eine wichtige Stimme zur Herausforderung der Digitalisierung, gerade weil er dezidiert eine andere Meinung vertritt als der Mainstream. Schon bei einem minimalen Grundlagenwissen über die Gehirnentwicklung, hören sich aber viele Schlagworte des Mainstreams wie Realsatire an. Wir müssen die Herausforderung der Digitalisierung mutig, mit Energie, aber auch mit Rückgrat anpacken. Digitale Medien sind heute so allgegenwärtig, dass unsere Kinder kaum mehr die Grundlagen der realen Welt lernen können, um als Erwachsene sinnvoll mit digitalen Medien umzugehen. Die Herausforderung besteht also darin, den Kindern und Jugendlichen trotz allgegenwärtigen digitalen Medien so viele Kontakte mit der realen Welt zu ermöglichen, dass sie die virtuelle Realität irgendwann positiv nutzen können.

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Tags: baby, computer, computerspiele, demenz, digitales zeitalter, entwicklungspsychologie, erziehung, fernsehen, gehirn, gehirnentwicklung, internet, jugendliche, kind, lernen, schule, sucht   (16)
 

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ich, angebore, intelligenz, sigmund freud, seele

Aus Sicht des Gehirns

Gerhard Roth
Flexibler Einband: 243 Seiten
Erschienen bei Suhrkamp, 19.03.2009
ISBN 9783518295151
Genre: Sachbücher

Rezension:

Als Einstieg in die Gehirnforschung gehört dieses Buch von Gerhard Roth zu den empfehlenswertesten. Gerhard Roth beleuchtet einige Erkenntnisse aus der Gehirnforschung, die geeignet sind, unser Selbstbild zu erschüttern, mehr noch vielleicht als die Erkenntnisse der modernen Physik oder die Evolutionstheorie. Während in der Allgemeinheit die Idee des Urknalls und die Evolutionstheorie durchaus bekannt sind und diskutiert werden, scheinen die philosophischen Erkenntnisse der Gehirnforschung weitgehend an der Allgemeinheit vorüber gezogen zu sein und kaum Einfluss auf unser Weltbild zu haben.

Bedeutsam scheint mir z. B.: Es gibt kaum noch Gehirnforscher, die an eine vom Körper unabhängige Seele glauben. Diese Tatsache ist aber unter Laien kaum bekannt, geschweige denn die Gründe dafür. Sie liegen keineswegs nur darin, dass die Forscher keine Seele finden, wenn sie das Gehirn betrachten. Vielmehr wird immer klarer, wie das Gehirn Sinnesreize verarbeitet und speichert. Und auch wenn wir nicht beweisen können, dass es keine unsterbliche Seele gibt, ist doch völlig klar, dass diese Seele die Arbeit des Gehirns eigentlich nur stören kann. Wenn wir eine unsterbliche Seele haben, die auch losgelöst vom Körper sieht, denkt und sich erinnert, wozu brauchen wir dann noch ein energiefressendes Gehirn das die gleiche Arbeit noch einmal macht?
Es ist praktisch unmöglich, eine Theorie des Denkens und des Bewusstseins aufzustellen, in der eine unsterbliche Seele auch nur einigermassen eine sinnvolle Bedeutung hat. Deshalb gibt es keine solche Theorie. Bemerkenswert scheint mir das deshalb, weil eine unsterbliche Seele im Weltbild vieler Menschen eine ganz zentrale Rolle spielt.

Wer sein Weltbild mit den Erkenntnissen der Wissenschaft in Übereinstimmung bringen will, muss sich deshalb mit Gehirnforschung befassen. Als erster Schritt dazu eignet sich das Buch von Gerhard Roth. Es gibt einen schönen Einblick in verschiedene Aspekte der Gehirnforschung, ohne allzu sehr in die Details zu gehen. Roth erklärt das Nötigste über den Aufbau des Gehirns. Er zeigt an Hand einiger Gehirnstörungen, dass Denken anders funktioniert, als wir uns dies gemeinhin vorstellen. Viele der kniffligen Probleme, die das Gehirn alltäglich löst, sind uns gar nicht bewusst. Erst wenn etwas nicht mehr funktioniert oder wenn wir einen Roboter auf diese Aufgabe programmieren wollen, wird uns bewusst, was das Gehirn hier leistet. Deshalb ist die Betrachtung von Gehirnstörungen sehr erhellend.

Wie z. B. merkt das Gehirn, welcher Körper und welche Körperteile zum Ich gehören und welche nicht, wo das Ich jetzt gerade ist, wer ich bin? – Alle diese Probleme scheinen einfach zu lösen. Es gibt aber Menschen, bei denen dies nicht mehr funktioniert, die z. B. ihr eigenes Bein für ein fremdes halten, die sich selber an zwei Orten sehen oder glauben, ein anderer zu sein.

Auch andere, oft diskutierte Fragen, etwa, ob Tiere bewusst denken oder ob wir einen freien Willen haben, wie viel Erziehung ausmacht, wie wir besser lernen können, wie das Bewusstsein zu Stande kommt oder welche Gewaltverbrecher therapierbar sind, erscheinen durch die Gehirnforschung in einem neuen Licht. Zu all diesen Themen offeriert Roth einige bemerkenswerte Erkenntnisse, ohne die Themen tot zu schlagen. In der Frage, was das Ich ist, zeigt er, dass dieses Ich eine ganze Reihe verschiedener Aufgaben erfüllt. Roth unterscheidet demzufolge eine ganze Reihe verschiedener Arten von Ich.

Für die oft als unwissenschaftlich geschmähte Psychoanalyse Sigmund Freuds findet er einige freundliche Worte, die ich bedauerlicherweise fast nicht mehr finde, weil zumindest meine Ausgabe des Buches keinen Index hat. Hier: Freuds Ansichten wurden von der Gehirnforschung insbesondere in drei Punkten bestätigt. 1. Das Unbewusste, das Es, hat mehr Einfluss auf das Bewusste, das Ich, als umgekehrt. 2. Das Unbewusste entsteht zeitlich vor den verschiedenen Bewusstseinszuständen und legt die Grundstrukturen der Persönlichkeit fest. 3. Das bewusste Ich hat wenig bis keine Einsichten in das, was seinen Wünschen, Plänen und Handlungen tatsächlich zugrunde liegt. Das Ich legt sich Erklärungen darüber zurecht, diese haben aber häufig wenig mit den eigentlich bestimmenden Geschehnissen zu tun.

Dabei scheut sich der Neurologe Gerhard Roth nicht, klare Worte zu verwenden, wenn er mit gewissen Aussagen nicht einverstanden ist. Und wenn er zum Schluss seines Buches eine Reihe von Philosophen kritisiert, so ist diese Kritik zumindest nicht aus der Luft gegriffen.

Lediglich in zwei Aussagen würde ich klar widersprechen. S. 64: „Denken ist zwar auch nichtsprachlich möglich, aber es besteht kein Zweifel, dass sprachliches Denken nichtsprachlichem stark überlegen ist.“ Und S. 95: „Wichtig ist aber die Tatsache, dass solch unbewusstes, implizites Lernen nicht bei komplizierten Sachverhalten funktioniert.“
Das wird zwar von vielen Experten oft und gerne behauptet, ist aber völlig falsch. Als Lehrer sehe ich das regelmässig, wenn einer der Spitzenschüler den anderen erklären soll, wie er eine Mathe- oder Physikaufgabe gelöst hat. Die eigenen völlig korrekten Überlegungen in eine einigermassen verständliche Sprache zu fassen, das schaffen nur die allerwenigsten. Auch Topwissenschaftler haben ihre grössten Ideen sehr oft in nichtsprachlichem Denken, indem sie z. B. die Dinge bildlich vor sich sehen. Mehrere grosse Entdeckungen wurden sogar geträumt, z. B. entdeckte Kekulé den Benzolring im Traum, Paul McCartey hörte das Lied „Yesterday“ in allen Details im Traum. Elias Howe, der die erste Nähmaschine erfand, träumte seine entscheidende Idee. Albert Szent-Györgyi, der das Vitamin C entdeckte, benutzte das unbewusste Denken gezielt, um Probleme zu lösen. Wenn er bei einer Frage nicht weiter kam, aber genügend darüber nachgedacht hatte, legte er sich schlafen. Er erklärte: „Da ich das Problem nicht lösen kann, lasse ich es in mein Unterbewusstsein absinken. Dort verweilt es unterschiedlich lange. Irgendwann wird die Lösung unverhofft an mein bewusstes Denken übermittelt.“ – Ich selber mache das übrigens selber genauso.

Wir brauchen die Sprache nicht zum Denken, auch nicht für sehr komplexe Gedanken. Wir brauchen die Sprache, um komplexe Gedanken anderen Menschen zu erklären. Und weil komplexe Gedanken meist erst dadurch wertvoll werden, dass wir sie erklären können, - und nur deshalb - treten komplexe Gedanken meist im Zusammenhang mit Sprache auf.

Die falsche Vorstellung, Denken basiere vor allem auf Sprache, führt nicht selten zu einer grotesken Didaktik. So wurde ich z. B. von Sportlehrern aufgefordert, eine schwierige Bewegung in Worten präzise zu beschreiben, in der Hoffnung, ich könne die Bewegung danach besser ausführen. Eine Bewegung beschreiben ist sicher ein gutes Sprachtraining. Aber eine Bewegung lernen kann man so bestimmt nicht. Sie können problemlos ohne Worte durch Vorzeigen jemandem zeigen, wie man einen Papierflieger faltet. Aber versuchen Sie das mal am Telefon, - ohne Kamera!

Diese kleine Kritik tut aber dem ausserordentlich positiven Gesamteindruck keinen Abbruch. Es ist ein hervorragendes Buch, das ich jedem heiss empfehle!

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Tags: angebore, bewusstsein, freier wille, gehirn, gehirnforschung, hebbsche regel, ich, intelligenz, mensch, neurologie, neuron, seele, sigmund freud, tierische intelligenz, wahrnehmung   (15)
 

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denken, linsenauge, biologie, sehen, seele

Der Geist fiel nicht vom Himmel : d. Evolution unseres Bewusstseins.

Hoimar von Ditfurth
Fester Einband
Erschienen bei Frankfurt am Main, Wien, Zürich : Büchergilde Gutenberg, 01.01.1979
ISBN B002EPMW82
Genre: Sonstiges

Rezension:

‚Der Geist fiel nicht vom Himmel’ von Hoimar von Ditfurth war lange Zeit mein Lieblingsbuch. Wer verstehen will, was ein Mensch ist, muss dieses Buch gelesen haben. Ich kenne kein anderes Buch, in dem die Evolution so klar und überzeugend erklärt wird.

Ein Argument, das Kreationisten immer wieder gegen die Evolutionstheorie anführen, lautet: Die Evolutionstheorie kann allenfalls erklären, wie ein Giraffenhals länger wurde. Aber sie kann unmöglich erklären, wie so komplizierte Organe wie das Linsenauge entstehen konnten. Bemerkenswerterweise war es Darwin selbst, der darauf aufmerksam machte, dass es schwierig ist, komplizierte Organe wie etwa das Linsenauge mit der Evolutionstheorie zu erklären. Bereits Darwin konnte sich eine Erklärung des Linsenauges aber durchaus vorstellen und er erklärte auch, welche Bedingungen eine Erklärung erfüllen muss.

Erstens kann die Evolution nämlich nicht schlagartig grundsätzlich neue Eigenschaften hervorbringen. Sie kann nur kleine Schritte tun. Und zweitens muss jeder dieser kleinen Schritte einen Vorteil bringen oder zumindest nicht stören, denn ein Schritt der einen Nachteil bringt, in der Evolution sehr unwahrscheinlich.

Die Frage ist also: Gibt es von einfachen Einzellern bis zu höheren Lebewesen mit Linsenaugen einen Weg, auf dem jeder kleine Schritt einen Vorteil bringt? – Darwin kannte diesen Weg nicht. Ditfurth aber kennt einen und er beschreibt ihn im Detail. Er beschreibt die wichtigsten Schlüsselstellen und zeigt, dass es auch heute noch Lebewesen gibt, welche gerade an diesen Schlüsselstellen stehen. So schildert er die Entwicklung des Linsenauges beginnend mit Euglena, einem Einzeller, der Licht braucht um zu überleben. Euglena sieht nichts. Solange kein Licht auf Euglena fällt, wackelt der Einzeller ziemlich zufällig umher. Wenn aber Licht von vorne auf den Einzeller trifft, schlägt dessen Geissel so, dass dieser Richtung Licht schwimmt.

Für Euglena-artige Urwesen ist es ein Vorteil, wenn sich bei der Zellteilung die Zellen nicht sogleich trennen. Denn ein grösserer Klumpen von Zellen wird weniger gefressen und kann sich ausserdem schneller bewegen, wenn die Geisseln koordiniert schlagen. Für Mehrzeller ist es ein Vorteil, wenn die lichtempfindlichen Zellen nicht gleichmässig über die ganze Körperoberfläche verteilt sind, sondern sich wie beim Strudelwurm an nur zwei Stellen konzentrieren. Wenn aber alle empfindlichen Stellen versammelt sind, ist es gut, wenn sie in einer Vertiefung liegen und so ein bisschen geschützt sind. Die Napfschnecke hat solche schützenden Vertiefungen. Und dies führt, ohne dass es das Ziel war, zu einem völlig neuen Effekt: Die Napfschnecke kann Bewegungen sehen. Dies ist natürlich ein Vorteil, wenn man auf einen Angriff reagieren will. Jede Mutation, die diesen Vorteil weiter ausbaut und die Vertiefung tiefer macht, setzt sich in der Evolution durch. Dies führt nach vielen kleinen Schritten zu einem Auge, wie es der Nautilus hat: Ein Lochauge, das wie eine Lochkamera ein vollständiges Bild der Umwelt in sich trägt. Das Bild im Nautilus Auge ist aber stets unscharf, weil das Auge keine Linse hat. Wie kann sich in der Evolution ohne Erfinder eine Linse bilden? – Das Nautilus-Auge hat noch einen zweiten Fehler: Das Loch kann verstopfen und dann sieht der Nautilus gar nichts mehr. Es ist ein Vorteil, wenn das Loch mit einer durchsichtigen Gelatine gefüllt ist, je mehr desto besser. So füllt sich das Lochauge nach und nach. Die Gelatine muss natürlich mit einer durchsichtigen Haut überzogen sein, und je mehr diese Haut die Form einer Linse annimmt, desto schärfer wird das Bild.

So kann also in vielen kleinen Schritten ein Linsenauge entstehen, ohne dass ein Designer dieses geplant hätte. Und wir können unseren Augen sogar noch ansehen, dass es so entstanden ist. Denn unsere Sehzellen haben tatsächlich noch den Ansatz einer Geissel und die Nervenbahnen gehen von den Sehzellen aus nach vorne weg, wie der elektrische Impuls bei den Geisseltierchen nach vorne weg geht. Das bedeutet, dass das Licht an einer Reihe von nicht sehr durchsichtigen Nervenbahnen vorbei muss, um zur Netzhaut zu kommen. Welcher Designer würde bei einem Fotoapparat die elektrischen Leitungen vor die Kamera hängen?

Ein Linsenauge enthält nun zwar ein scharfes Abbild von der Umwelt, aber es sieht noch gar nichts. Nützlich wird das Auge erst, wenn das Bild zu einer Reaktion führt. Gleichzeitig mit dem Auge entwickelt sich also ein Rechenzentrum, das passende Reaktionen auslöst. Das Wichtigste, was dieses Rechenzentrum tut, ist, alle unwichtigen Informationen auszusortieren. Wir haben deshalb eine völlig falsche Vorstellung davon, wie ein einfaches Tier die Welt sieht. Einfache Tiere haben nämlich keineswegs ein vollständiges Bild von der Welt. Vielmehr tauchen nur gerade diejenigen Dinge auf, die unmittelbar eine Reaktion erfordern. Gut erforscht ist das beim Froschauge: Ein grösser werdender schwarzer Schatten löst eine Fluchtreaktion aus. Der Frosch springt dann in Richtung einer waagrechten Linie, weil waagrechte Linien in der Froschwelt Wasser bedeuten. Ein kleiner dunkler Punkt, der sich in bestimmter Weise bewegt, lässt den Frosch die Zunge ausfahren. Kleine dunkle Punkte, die sich bewegen, sind in der Froschwelt Fliegen.

Diese primitiven Reiz-Reaktionsmuster werden durch das Stammhirn gesteuert, das für die lebensnotwendigen Funktionen zuständig ist. Wertvoll wäre aber natürlich, wenn eine Reaktion auch an die aktuellen Bedürfnisse des Tieres angepasst wäre. Es braucht also ein weiteres Gehirn, das sogenannte Zwischenhirn, welches nicht nur die von aussen kommenden Reize verarbeitet, sondern auch den inneren Zustand des Tieres berücksichtigt und eine Reaktion auslöst, die unter Berücksichtigung aller Reize angemessen ist. Der gleiche Input kann nun dank des Zwischenhirns je nach Zustand des Tieres unterschiedliche Reaktionen auslösen. So wird z. B. ein hungerndes Tier eher eine Gefahr in Kauf nehmen, um an Nahrung zu kommen.

Beeindruckend und für mich beim Lesen überraschend war die Erkenntnis, dass die meisten Tiere wie etwa Frösche oder Hühner keineswegs ein vollständiges Bild der Welt haben. Die Haupttätigkeit ihrer Gehirne besteht im Gegenteil darin, alle Reize auszusortieren, die nicht unmittelbar eine Reaktion erfordern. Diese Tiere haben ein komplettes Verhaltensprogramm angeboren, das sich im Lauf der Evolution über Jahrmillionen bewährt hat. Sie müssen und können praktisch nichts mehr lernen. Und diese Lernunfähigkeit ist ein Vorteil. Denn lernen ist immer mit Gefahren verbunden.

Das Lernen, das uns Menschen so wertvoll erscheint, wird in der Tierwelt nach Möglichkeit vermieden. Unbekannte Pflanzen oder Tiere fressen kann zu Vergiftungen führen, ein Huhn, das lernen will, wie Füchse so sind, wird gefressen. Deshalb lernen Tiere meist nur sehr gezielt in ganz bestimmten Bereichen. Nur ganz wenige höhere Tiere schaffen sich ein vollständiges Weltbild und eigentlich nur der Mensch lernt auf allen nur möglichen Gebieten. Dabei sind die primitiven Reiz-Reaktionsmuster durchaus auch bei uns Menschen noch aktiv. Sie erlauben es, sehr schnell auf eine Gefahr zu reagieren. Aber das Grosshirn kann die Reaktionen moderieren oder gar ausschalten.

Ganz zum menschlichen Selbst-Bewusstsein kommt Ditfurth zwar nicht. Dazu müsste er wohl noch die Frage beantworten, wozu das Selbst-Bewusstsein eigentlich gut ist. Dennoch ist das ein einzigartiges Buch, das beste, das Ditfurth geschrieben hat, wohl das beste Buch überhaupt zum Thema Evolution.

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Tags: auge, biologie, charles darwin, denken, evolution, gehirn, geist, grosshirn, linsenauge, mensch, seele, sehen, sinnesorgane, stammhirn, wahrnehmung, zwischenhirn   (16)
 

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denken, musik, künstliche inelligenz, takt, seele

Die Symphonie des Denkens

William H. Calvin
Flexibler Einband
Erschienen bei DTV
ISBN 9783423304672
Genre: Sachbücher

Rezension:

Der Neurologe, Psychiater und Verhaltensforscher William Calvin führt uns bei einem wundervollen Spaziergang zu einem vertieften Verständnis, was Bewusstsein ist und wie es zu Stande kommt. Er präsentiert dazu eine angenehme Mischung aus Grundwissen über den Gehirnaufbau, die Evolution und künstliche Intelligenz, aufgelockert durch Anekdoten, viele kluge Zitate und verblüffende Resultate aus der Forschung. Nie hat man das Gefühl, ein Lehrbuch zu lesen, stets lernt man Neues dazu.

Am Beispiel des Sehsinns diskutiert Calvin ausführlich, wie Neuronen geschaltet sind und wie durch diese Schaltung bereits auf sehr früher Stufe die Wahrnehmung vorbereitet wird. Intuitiv würden wir vielleicht denken, das Bild der Netzhaut werde ins Gehirn weiter geleitet und dort sozusagen auf eine Leinwand projiziert, wo die Seele dieses Bild anschaut. Tatsächlich aber wird ein Bild bereits in einer sehr frühen Phase in Bedeutungseinheiten zerlegt. Gewisse Neuronen reagieren nur auf kleine Punkte, andere auf nur auf horizontale Linien, wieder andere auf Linien, die unter einem gewissen Winkel zur Horizontalen stehen u. s. w.


 Sehen bedeutet aber im Ursprung gleichzeitig interpretieren und reagieren. Bei Froschaugen ist dieser Zusammenhang noch sehr gut nachvollziehbar. Da sind die Bedeutungseinheiten (Punkte, Linien, Flächen, Bewegung) sehr direkt mit Reaktionsmustern verbunden. Ein grösser werdender dunkler Fleck, bedeutet 'Fressfeind' und sein Auftauchen bewirkt, dass der Frosch in eine waagrechte Linie hineinspringt, was in der Froschwelt meist eine gute Lösung ist, weil eine waagrechte Linie in der Froschwelt meist eine Wasseroberfläche ist. Ein kleiner sich bewegender Fleck bedeutet 'Fliege' und führt dazu, dass der Frosch die Zunge in diese Richtung ausfährt. Dazu muss der Frosch nichts über die Welt wissen und nichts verstehen. Es reicht, wenn er diese Punkte und Linien sieht und wenn sein Körper entsprechend reagiert. Alle restliche Information auf seiner Netzhaut wird unterdrückt.

Wie daraus am Ende die bewusste Wahrnehmung eines Bildes wird, ist bei Calvin nicht ohne weiteres ersichtlich. Calvin liefert aber eine ganze Reihe wichtiger Eckpunkte, die zu berücksichtigen sind, wenn man sich darüber Gedanken macht, was Bewusstsein ist. Z. B. ist wohl bereits die obige kurze Feststellung über das Froschauge nicht ohne weiteres mit der Vorstellung einer vom Körper unabhängigen Seele zu vereinen. Wenn es für das Sehen nötig ist, dass das Netzhautbild durch Neuronen zerlegt wird, wie soll dann eine Seele sehen können, wenn nach dem Tod keine Neuronen mehr da sind? Wenn diese Zerlegung aber nicht nötig ist und wenn die Seele auch ohne Neuronen sehen kann, wozu verschwendet das Gehirn dann so viel Energie für diese? – Calvin geht nicht auf solche Überlegungen ein. Aber ein aufmerksamer Leser findet reichhaltiges Beobachtungsmaterial, an dem er seine eigene Vorstellung vom Bewusstsein und von der Seeler austesten kann.

Darüber hinaus hat Calvin einige sehr originelle Ideen, von denen man sonst nirgends liest. Insbesondere zur Frage, wie das menschliche Gehirn überhaupt zu seinen überragenden Fähigkeiten kam, die uns von allen anderen Tieren ganz klar unterscheiden. Er stellt nämlich fest, dass eine extrem hohe Zahl an Neuronen nötig ist, um z. B. einen Stein gezielt zu werfen. Laien glauben, auch Affen können auf einige Distanz ein Ziel treffen. Tatsächlich werfen Affen zwar durchaus Gegenstände in der Gegend herum. Zielen können sie aber nicht, auch wenn sie vielleicht einmal durch Zufall treffen. Calvin rechnet vor, weshalb das so ist. Angenommen, ein Schütze treffe auf drei Meter einigermassen zuverlässig. Um auf sechs Meter (doppelt so weit) dieselbe Trefferquote zu erreichen, bräuchte er 64mal, nämlich 2 hoch 6 Mal (!) so viele Gehirnzellen, die diesen Wurf planen und so präzise ausführen. Um auf neun Meter (dreifache Distanz) zu treffen, müsste er sogar 729mal, nämlich 3 hoch 6 Mal, so viele Zellen einsetzen.

Für Urmenschen, die auf der Steppe lebten und nicht mehr ohne weiteres auf Bäume fliehen konnten, war es entscheidend, dass sie Raubtiere mit gezielten Steinwürfen verscheuchen konnten. Wenn sich aber die nötigen Gehirnstrukturen einmal ausgebildet haben, dass gezielte Steinwürfe geplant und durchgeführt werden können, kann man die gleichen Gehirnstrukturen auch benützen, um andere Abläufe zu planen, die eine sehr präzise zeitliche Abfolge verlangen. Dies ist genau die Struktur, die es zum Sprechen braucht. Oder zum Singen. Musizieren wäre ein Nebeneffekt des Steinewerfens. Menschen singen, weil sie es können. Sie können es, weil es in der Evolution ein Vorteil war, präzise Steine werfen zu können. Diese Überlegung inspirierte Calvin zum Titel ‚Symphonie des Denkens’.

Es ist nicht das erste Buch, das ich empfehlen würde, um mehr über das Gehirn zu erfahren. Dazu fehlen wichtige Themen, etwa die Gehirn aufgebaut ist und wie die verschiedenen Areale miteinander kommunizieren. Aber wer schon einiges über das Gehirn gelesen hat und noch weitere Aspekte hinzulernen möchte, wird bei Calvin inspirierende Ideen finden. Ein sehr wertvolles Buch!

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Tags: auge, bewusstsei, denken, evolution, gehirn, gehirnforschung, geist, künstliche inelligenz, mensch, musik, neuron, seele, sehe, takt, urgeschichte, werfen   (16)
 

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biologie, 2. hauptsatz, teleologie, göttliches design, molekularbiologie

Zufall und Notwendigkeit

Jacques Monod
Flexibler Einband
Erschienen bei Piper
ISBN 9783492222907
Genre: Sachbücher

Rezension:

Gleich im ersten Kapitel bin ich uneins mit Monod. Er behauptet da: „Der Grundpfeiler der wissenschaftlichen Methode ist das Postulat der Objektivität der Natur. Das bedeutet die systematische Absage an jede Erwägung, es könne zu einer „wahren“ Erkenntnis führen, wenn man die Erscheinungen durch eine Endursache, d. h. durch ein „Projekt“, deutet.“ – Konkret bedeutet dies, die Wissenschaften setzten zum Vornherein voraus, dass es keinen Gott gibt, der ein Ziel verfolge. Das ist Unsinn! Es wäre durchaus denkbar, dass Wissenschaftler einen Gott entdecken und dazu beitragen, dessen Gedanken und Ziele besser zu verstehen. Für viele Wissenschaftler vergangener Jahrhunderte war gerade das die Motivation, die Natur zu erforschen. Es wäre im Gegenteil unwissenschaftlich, einen Gott zum Vornherein auszuschliessen.

Natürlich, da hat Monod recht, haben die Wissenschaften bisher gezeigt, dass wir zumindest sehr viele ganz wichtige Fragen klären können, ohne ein Ziel, einen Plan oder ein Design dahinter zu vermuten. Und es ist durchaus begrüssenswert, wenn Monod speziell diesen Punkt betont, dass in der Natur bisher nirgends ein Ziel oder ein Design sichtbar wurde. Aber dass wir die Vielfalt der Arten ohne göttliches Design erklären können, ist eine Erfahrungstatsache, nicht eine Voraussetzung.

Tatsächlich können wir auch sehr komplizierte Organe erklären, ohne dahinter ein Design oder ein göttliches Ziel zu sehen. Dies ist aber keine neue philosophische Erkenntnis, da es bereits von Darwin am Beispiel des Linsenauges vorgeführt wurde. Ausserdem scheint mir Monod übers Ziel hinauszuschiessen, wenn er Lamarcks Theorie mit Teleologie, also quasi mit göttlichem Design, in einen Topf wirft. In Monods Worten:
„Lamarck war der Ansicht, dass die Anspannung bei den Bemühungen, die ein Tier entwickelt, um ‚im Leben Erfolg zu haben’, gewissermassen auf sein Erbgut zurückwirkt, sich ihm eingliedert und unmittelbar die Nachkommenschaft formt.“... „Diese Hypothese ist heute natürlich unannehmbar, ...“

Darwin hat bewiesen, dass es Lamarcks Mechanismus zur Erklärung nicht braucht. Aber Darwins Erfolg schliesst nicht aus, dass auch der von Lamarck propagierte Mechanismus in gewissen Fällen vorkommt. Vor 22 Jahren notierte ich deshalb an den Seitenrand: „? Evtl. über Hormone im Mutterleib: Eine Mutter, die oft zu aggressivem Verhalten gezwungen wird, kriegt Kinder, die aggressiver sind?“ – Seit der Jahrhundertwende ist die sogenannte Epigenetik zu einem zentralen Thema der Genetik geworden. Sie zeigt, dass die Lebensumstände die Gene verändern und dass diese Veränderung sogar an Enkel weitervererbt werden kann. Dies kommt aber Lamarcks Vorstellung zumindest sehr nahe. Mir scheint, das Buch wird den Erwartungen nicht gerecht, die der Untertitel ‚Philosophische Fragen der modernen Biologie’ weckt. Da hätte ich wesentlich mehr philosophischen Weitblick erwartet, wie ich ihn z. B. bei Erwin Schrödingers Buch 'Was ist Leben?' finde.

In anderen Kapiteln zeigt der Nobelpreisträger Jacques Monod aber seine Grösse. Bei der Betrachtung von Lebewesen drängt sich sehr bald die Frage auf, wie diese so geordnet sein können. In der Physik gilt der 2. Hauptsatz der Thermodynamik, nach dem die Unordnung immer zunehmen muss. Wie also können Lebewesen eine solche Komplexität und Ordnung erreichen? – Viele schlossen daraus, Lebewesen folgen zumindest in diesem Punkt nicht der Physik, es müsse noch eine zusätzliche Lebenskraft geben. Hier zeigt der Biochemiker Monod seine Meisterschaft und erklärt ausführlich, dass die Biologie sehr wohl mit dem 2. Hauptsatz in Übereinstimmung ist.

Andere Kapitel, etwa zur molekularen Ontogonese und über Mutationen waren sicher zur Zeit der Abfassung vom biologischen Standpunkt her auf höchstem Niveau, gehören sie doch zur Kernkompetenz des Autors. Allerdings haben sich diese Gebiete seither weiter entwickelt und die Ausführungen sind wohl vor allem von historischem Interessen.

Mit wieder anderen Bemerkungen erscheint mir der Autor sehr fremd, etwa wenn er von der „Angst“ schreibt, „die uns zwingt, den Sinn des Daseins zu erforschen.“ Bei den mir bekannten Wissenschaftlern erlebe ich Begeisterung für die Forschung, Leidenschaft und einen Forschungstrieb, der allenfalls bis zur Sucht ausarten kann. Aber Angst scheint mir für einen Top-Forscher eine sehr ungewöhnliche Motivation.

Ausserdem scheint mir die Sprache unnötig umständlich und trocken, was an der Übersetzung liegen mag. Einem Laien würde ich das Buch nicht als Einstieg in die Evolutionstheorie empfehlen. Dazu eignet sich Hoimar von Dithfurt, ‚Der Geist fiel nicht vom Himmel’ oder auch mein Buch ‚Das Universum, das Ich und der liebe Gott’ besser. Für Biologie-Studenten ist das Buch durchaus lesenswert. Es ist auch sehr rasch gelesen.

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Tags: 2. hauptsatz, biologie, evolution, gott, göttliches design, leben, molekularbiologie, mutation, religion, selektion, teleologie, thermodynamik, zufall   (13)
 

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kriminalität, statistik, vernunft, leviathan, geschichte

Gewalt

Steven Pinker , Sebastian Vogel
Flexibler Einband: 1.216 Seiten
Erschienen bei FISCHER Taschenbuch, 16.05.2013
ISBN 9783596192298
Genre: Sachbücher

Rezension:

Dieses Buch hat mir richtig gut getan! – Die Menschheit wurde über die Jahrhunderte und Jahrtausende immer friedlicher. Wir leben in der friedlichsten Zeit seit Menschengedenken. Diese Behauptung hat mich überrascht. Aber sie ist wohl begründet. In allen Bereichen unseres Lebens hat die Gewalt abgenommen: Nie gab es so wenige Kriege, nie gab es –im Verhältnis zur Bevölkerung- so wenige Kriegsopfer, nie so wenige Gewaltdelikte, nie so wenig Gewalt gegen Frauen und Kinder. In Pinkers Worten: „Der Rückgang der Gewalt dürfte die bedeutsamste und am wenigsten gewürdigte Entwicklung in der Geschichte unserer Spezies sein.“

Da schüttelt wohl manch ein Leser verwundert den Kopf. Aber schauen wir doch einige Beispiele an:
- Kleinkriminelle werden bei uns nicht mehr gekreuzigt.
- Katzenverbrennen ist keine Volksbelustigung mehr.
- Wir gehen mit unseren Kindern nicht mehr ins Amphitheater um mit ihnen beim blutigen Völkermord zuzuschauen.
- Der Kasperle im Kasperletheater bringt keine Babys mehr um.
- An unseren Strassenrändern stehen keine Galgen mit erhängten Dieben.
- Wir verbrennen keine Hexen mehr.
- Wir müssen nicht unseren Onkel ermorden, um Gemeindepräsident zu werden.
- Wir machen kein tödliches Duell, wenn der Nachbar sagt, mein Hund werde alt.
- Kriege bestehen nicht mehr darin, so viele Untertanen des Feindes wie möglich umzubringen und deren Ernte und Gebäude zu zerstören, um dem feindlichen Ritter die Einnahmequelle zu rauben.

Pinker belegt seine These aber nicht nur mit Einzelbeispielen, sondern auch mit einer ganzen Reihe sorgfältig ausgewerteter Statistiken. Dabei stellt sich die Frage, welche Zahlen relevant sind. Ist es schlimmer, wenn in einem Krieg 5'000 von 10'000 Menschen getötet werden, oder ist es schlimmer, wenn 50'000 von einer Million sterben? Als Soldat habe ich im zweiten Fall wesentlich bessere Überlebenschancen und das ist wohl, was mich in diesem Moment interessiert. Deshalb vergleicht Steven Pinker jeweils nicht die absoluten Zahlen (5'000 gegen 50'000), sondern die prozentualen Anteile (50% gegen 5%).

Was sagen also die Statistiken? – Eine Auswahl aus den reichen Daten:
- Unter den prähistorischen Leichen finden wir praktisch keine, die nicht Spuren von Gewalt trägt.
- Zwischen 14'000 und 1770 v.u.Z., bevor staatlich organisierte Gesellschaften entstanden, starben im Durchschnitt 15% der Menschen einen gewaltsamen Tod
- In Jäger- und Sammlergemeinschaften blieb der Anteil gewaltsamer Todesfälle bis in die jüngste Zeit auf diesem hohen Niveau.
- Bei vorstaatlichen Gesellschaften, in denen teils gejagt und gesammelt und teils Ackerbau betrieben wird, ist die Gewaltrate am höchsten: Im Durchschnitt sterben da 24,4% an Gewalt.
- Durch die Gründung von Staaten sank die Gewalt auf einen Drittel bis einen Fünftel: Nur noch 5% der Menschen wurden von anderen Menschen getötet.
- Seither ist die Gewaltquote stetig, mit einigen Rückschlägen, weiter gesunken. Die blutigsten Jahrhunderte Europas seit der Gründung moderner Staaten waren die Religionskriege im 17. Jh., als 2% der Bevölkerung durch Gewalt starben, und die zwei Weltkriege, in denen es 3% waren.
- Heute sind die Anteile der Kriegsopfer weltweit bei etwa 0,03%. Wenn man für die USA auch die Zivilpersonen dazu zählt, die durch eigene Landsleute umgebracht werden, kommt man auf 0,8%. In anderen westlichen Staaten sind es noch weniger.
- Die Morde in verschiedenen Gegenden von England vom 13. bis zum 20. Jahrhundert sind um den Faktor 10, 50 und in manchen Fällen um 100 zurückgegangen – zum Beispiel von 110 Morden pro 100'000 Einwohner pro Jahr im Oxford des 14. Jahrhunderts auf weniger als einen Mord pro 100'000 Einwohner Mitte des 20. Jahrhunderts in London.

Pinkers Botschaft ist aber natürlich nicht, dass wir uns nun beruhigt zurücklehnen sollten. Die heutige Gewalt wird nicht dadurch besser, dass es früher noch viel schlimmer war. Vielmehr analysiert er die Ursachen für die Gewalt und für die Verbesserungen und untersucht wie Kriege geschlichtet werden können. Als „fünf innere Engel“, die uns dabei helfen, ortet er:
1. Den Leviathan (vor Pinker kannte ich nicht einmal diesen Ausdruck): Eine solide Gesetzgebung und eine Polizei, von denen sich die breite Bevölkerung und auch die Minderheiten vertreten fühlen. Gar nicht gut zu sprechen ist Pinker dagegen auf die Kultur der 60er Jahre, in der die Forderung nach Ruhe und Ordnung als spiessbürgerlich verhöhnt wurde, was zu wesentlich mehr Gewalt führte.
2. Sanfter Handel: Kein vernünftiger Geschäftsmann wird seine Handelspartner und Kunden bekriegen.
3. Verweiblichung: Frauen sind friedlicher als Männer. Durch die Frauenbewegung wurde unsere Welt friedlicher.
4. Der sich erweiternde Kreis: Durch den internationalen Handel und den kulturellen Austausch sinkt die Bereitschaft, andere Völker zu bekriegen.
5. Rolltreppe der Vernunft: Menschen sind im Laufe der Zeit im Sinne der Aufklärung immer vernünftiger geworden. Pinker zeigt an einer Reihe von Hinweisen, dass Lesen (auch Romane), wissenschaftliches Denken und Allgemeinbildung friedfertig macht. Er sieht dabei einen Rolltreppen-Effekt: ist einmal ein erster Schritt in Richtung Vernunft getan, läuft die Entwicklung von alleine in diese Richtung weiter, sofern sie nicht durch eine massive Katastrophe rückgängig gemacht wird.

Es ist ein ausserordentliches, ein wichtiges Buch, weil es Dinge sagt, die sonst nicht gesagt werden. Ob man sich für die über 1000 Seiten Zeit nehmen will, ist eine andere Frage. Sicher wäre auch das ein Schritt zu mehr Friedfertigkeit.

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Tags: aufklärung, feminismus, frieden, gehirnforschung, geschichte, gesetz, gewalt, handel, krieg, kriminalität, kultur, leviathan, menschheit, mord, polizei, rechtsprechung, religion, statistik, tod, verbrechen, vernunft   (21)
 

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genetik, naturwissenschaft, dna, dns, doppelhelix

Die Doppel-Helix

James D. Watson , Wilma Fritsch , Albrecht Fölsing , Albrecht Fölsing
Flexibler Einband: 224 Seiten
Erschienen bei ROWOHLT Taschenbuch, 01.09.1997
ISBN 9783499602559
Genre: Sachbücher

Rezension:

Eigentlich wünschte ich mir mehr solche Bücher. Dennoch gebe ich nur drei Sterne. Das verlangt nach einer Erklärung.

James Watson beschreibt die Entdeckung der DNA-Doppelhelix, das „wahrscheinlich grösste Ereignis in der Biologie seit Darwins Buch“. Die Protagonisten sind im Wesentlichen Maurice Wilkins, Rosalind Franklin, Linus Pauling, Francis Crick und James Watson selbst, die sich ein Wettrennen um den Nobelpreis für diese Jahrhundert-Entdeckung liefern, das Watson und Crick schliesslich gewannen.

Es ist spannend nachzuvollziehen, wie Theorie, intuitive Eingebung und präzise Beobachtung sich gegenseitig befruchten, und zu sehen, wie sich das Bild der Doppelhelix Puzzlestück für Puzzlestück zusammensetzt.

Der Physiker Francis Crick hatte sich bereits 1946, inspiriert von Schrödingers Buch ‚Was ist Leben?’ der Biologie zugewandt. Zusammen mit dem erst 25-jährigen James Watson, über den Crick allenfalls in einem Buch unter dem Titel „die lockere Schraube“ berichten würde, bildeten die zwei ein Aussenseiter-Team im Rennen um die Entdeckung der DNS-Struktur. Von Biologen mal als ‚geniale Dilettanten’ mal als ‚wissenschaftliche Clowns’ bezeichnet, schlugen sie einen von Biologen belächelten Weg ein: Sie versuchten ‚wie Kinder im Kindergarten’, das Riesenmolekül aus Metallbausteinen zusammen zu setzen. Diese Methode verwendete zwar auch der begnadete Chemiker Linus Pauling. Die Biologen meinten aber, Biologie sei viel zu kompliziert, als dass man mit chemischen Methoden etwas ausrichten könnte.

Ausserordentlich überrascht hat mich, dass Watson und Crick die für mich naheliegendste Frage praktisch nicht gestellt haben: Wie muss ein Molekül aufgebaut sein, damit es sich selbst replizieren kann?

Diese Frage hätte sich meiner Ansicht nach aufgedrängt, wie im Laufe des Buches immer deutlicher wird. Seit nahezu 30 Jahren spukte die Idee in den Kreisen der theoretisch interessierten Genetiker, die Verdoppelung der Gene beruhe auf abwechselnder Bildung komplementärer Oberflächen. Dass die DNS dabei das entscheidende Molekül war, war die Grundannahme, die Crick und Watson überhaupt in dieses Gebiet geführt hatte. Weshalb also nicht nach solchen komplementären Oberflächen suchen?

Von Anfang an vermuteten Crick und Watson, dass die DNS aus zwei oder drei Polynukleotidketten zusammengesetzt ist, also Ketten von vielen Nukleotiden. Das Rückgrat schien eine spiralförmige Zucker-Phosphat-Kette zu sein. Ihr Fehler war, dass sie lange Zeit dachten, das Rückgrat müsse im Zentrum des Moleküls liegen. An diesem Rückgrat sollten vier Arten von Nukleotiden aufgereiht sein, denn nur diese vier Arten wurden in der DNS gefunden. 1952 erfuhr Watson dann von der Schlüssel-Entdeckung des österreichisch-stämmigen Biologen Erwin Chargaff, bei der doch alle Alarmglocken hätten läuten sollen: Bei allen DNS-Präparaten entsprach die Anzahl der Adenin-Moleküle ziemlich genau der Zahl der Thymin-Moleküle, während die Anzahl der Guanin-Moleküle der Zahl der Cytosin-Moleküle sehr nahe kam. Es scheint mir nachträglich schwer nachvollziehbar, weshalb da nicht sogleich die Idee aufkam, dass diese Moleküle die komplementären Oberflächen bilden. Weshalb sonst hätten sie immer paarweise auftreten sollen?

Aber offensichtlich spielte die Frage nach der Replikationsfähigkeit bei der Entdeckung der DNS kaum eine Rolle. Selbst nachdem die Doppelhelix entdeckt war, zweifelte Watson noch, ob sie damit auch den Kopiermechanismus kannten. Fast gegen Watsons Willen fügte Crick dem Paper die berühmten Worte hinzu: „Es ist unserer Aufmerksamkeit nicht entgangen, dass die spezifische Paarbildung, die wir postuliert haben, unmittelbar einen möglichen Kopiermechanismus für das genetische Material nahelegt.“

So schön der Einblick in die Gedankengänge eines Genies ist, so störend scheint mir, wie Watson über seine Mitmenschen berichtet. Stossend ist vor allem, wie er Vermutungen darüber anstellt, was andere wohl gedacht haben. Wie er verschiedenen Leuten schäbige und verwerfliche Motive zuschreibt, die wohl seiner eigenen Denkweise entsprechen. Und wie er diese Vermutungen dem Leser als Tatsachen präsentiert. Speziell unfair behandelt er dabei Rosalind Franklin, eine attraktive Frau und brillante Forscherin, die anders als die anderen Frauen in Watsons Umkreis auch ohne Make-up und tiefem Ausschnitt Respekt einforderte, nämlich als Wissenschaflterin.

Zumindest gibt das Buch einen unschönen Einblick, wie Frauen damals wohl an vielen wissenschaftlichen Instituten behandelt wurden. Obwohl Franklin als erfahrene Kristallographin angestellt war und obwohl sie dieses Gebiet offensichtlich wesentlich besser beherrschte als Willkins, nennt Watson sie Wilkins’ ‚Assistentin’. Stets steht der Gedanke über Franklins körperlichen Vorzüge oder Mängel als Schleier vor ihrer wissenschaftlichen Leistung, etwa wenn Watson über ihren Vortrag berichtet, in dem sie für Watson und Crick entscheidende neue Fakten erklärte, während Watson sich „überlegte, wie sie wohl aussehen würde, wenn sie ihre Brille abnähme und irgend etwas Neues mit ihrem Haar versucht.“

Als Frau musste sie in einem anderen, schäbigeren Speisesaal essen als die Männer. Vor allem aber galt gegenüber Frauen offensichtlich ein ganz anderer Fairness-Codex, als gegenüber Männern. So hielten sich Watson und Crick ‚aus Fairness’ anfangs zurück, über die DNS zu forschen, weil dies Maurice Wilkins Gebiet sei. Gegenüber der Forscherin hatten die Männer aber keinerlei Skrupel. Wilkins stahl heimlich von Rosalind Franklin angefertigte Röntgenaufnahmen der DNS und reichte diese Aufnahmen ohne ihr Wissen oder ihre Zustimmung an Watson und Crick weiter. Ohne die Entwendung dieser Aufnahmen wäre die Entdeckung der Doppelhelix wohl einiges später gelungen, womöglich auch nicht durch Watson und Crick, sondern durch Linus Pauling oder durch Rosalind Franklin.

Immerhin ergänzt Watson seinen Bericht durch einen Epilog, in dem er einige freundliche Worte für Rosalind Franklin findet und sie auch als Forscherin würdigt. Traurigerweise schrieb er diese Worte erst, nachdem Rosalind Franklin im Alter von nur 37 Jahren an einer unheilbaren Krankheit gestorben war. Obwohl Watson in diesem Epilog eingesteht, dass sich seine „ersten (in diesem Buch festgehaltenen) Eindrücke von ihr – sowohl in persönlicher als auch in wissenschaftlicher Hinsicht – weitgehend als falsch erwiesen haben“, fiel ihm nicht ein, die Schilderungen zu korrigieren. So verdüstert Watsons negative und falsche Schilderung bis heute das Bild dieser brillanten Wissenschaftlerin.

Das Beispiel Franklin ist keineswegs das einzige Entgleisung an Respektlosigkeit, die Watson sich leistet. Francis Crick war über die Darstellung so erzürnt, dass der universitätseigene Verlag von Harward die Publikation ablehnte, sogar, nachdem Watson seine Darstellung überarbeitete. Watson entschuldigt diese Respektlosigkeiten im Vorwort mit der Bemerkung, dies zeige, „wie ich damals – von 1951 bis 1953 – die Ideen, die Leute und mich selber gesehen habe.“ - Das ist keine vorbildliche Art, über seine Mitmenschen zu schreiben. Mehr als drei Sterne verdient das nicht.

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Tags: biologie, crick francis, dna, dns, doppelhelix, franklin rosalind, genetik, molekularbiologie, naturwissenschaft, pauling linus, vererbungslehre, wissenschaftsgeschichte   (12)
 

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physik, biologie, dns, gendefekt, gen

Was ist Leben?

Erwin Schrödinger , L. Mazurcak , E P Fischer
Flexibler Einband: 160 Seiten
Erschienen bei Piper, 01.10.1989
ISBN 9783492211345
Genre: Sachbücher

Rezension:

Gibt es einen Grund, heute noch ein über 70-jähriges Buch über das Leben zu lesen, dazu noch geschrieben von einem Physiker? - Ernst Peter Fischer nennt in der Einführung zur 6. Auflage, mehr als vierzig Jahre nach der Ersterscheinung einen: Die moderne Biologie ist nicht das Werk von Biologen. Achten Sie darauf, dass Sie die Ausgabe mit dieser ausgezeichneten Einführung erwischen! Fischer nennt den Mediziner Salvador Luria und den Physiker Max Delbrück, die nachwiesen, dass Bakterien aufgrund einer spontanen Mutation resistent geworden waren. Ausserdem Lurias Schüler James Watson, der zusammen mit dem Physiker Francis Crick die DNA-Doppelhelix entdeckte.

Es ist kein Zufall, dass Physiker plötzlich biologische Phänomene entdeckten, welche die Biologen nicht kannten. Die moderne Physik, nämlich Boltzmanns auf Atombewegungen aufbauende Thermodynamik und die Quantentheorie führten zu einer grundsätzlich neuen Sichtweise auf die Materie. Schrödingers Werk ist die erste Arbeit, die konsequent ausleuchtet, was diese neue Sichtweise für Lebewesen bedeutet. Insbesondere stellt Schrödinger die Frage, ob sich Leben auf die Physik und die Biologie reduzieren lässt.

Schrödinger behauptet keineswegs, er könne diese Frage beantworten. Auch die Frage, was Leben ist, beantwortet er natürlich nicht. Aber das Buch befasst sich mit diesen Fragen und es offenbart eine völlig neue Sicht, die auch heute noch für Laien erstaunlich ist. Mir wurde das Buch in einer Biologie-Vorlesung empfohlen als eines von zehn Büchern, die jeder Biologe gelesen haben sollte. Ich hatte es damals allerdings schon gelesen.

Was hat denn die moderne Physik zum Thema Leben zu melden? – Zum ersten gibt es in der Thermodynamik eine Grösse, die sogenannte Entropie, die etwa als Mass für die Unordnung eines Systems beschrieben werden kann. Diese Entropie nimmt in abgeschlossenen Systemen immer zu. Bei Lebewesen nimmt sie aber ab. Bedeutet dies, dass in Lebewesen eine Kraft aktiv ist, die es in der sonstigen Physik nicht gibt? – Prigogine und Stengers zeigten 1980, dass auch bei Lebewesen die Entropie zunimmt, wenn man nicht nur das Lebewesen, sondern auch seine Umgebung betrachtet. Davon wusste Schrödinger 1943 natürlich nichts. Trotzdem stellte er bereits damals die richtigen Fragen mit ausserordentlicher Klarheit.

Dies ist ein Charakteristikum von Schrödingers Buch: Die Treffsicherheit und Weitsicht, mit der er bedeutsame Fragen erkennt. Und dies ist auch der Grund, weshalb es heute noch Biologie-Studenten empfohlen wird: Nicht weil es etwas erklärt, sondern weil es grundsätzliche Fragen stellt, die zu einem besseren Verständnis des Lebens führen.

Eine weitere solche Frage ist, weshalb Lebewesen aus so unvorstellbar vielen Atomen zusammengesetzt sind. Wären nicht auch viel kleinere Lebewesen denkbar? – Die Diskussion dieser Frage wird einem Laien wohl technisch und buchstäblich Lebens-fern erscheinen. Sie beinhaltet aber wieder einige Kernüberlegungen zur modernen Biologie. Schrödinger stellt nämlich fest, dass ein Lebewesen Moleküle enthalten muss, die erstens die gesamte Information über den Aufbau des Lebewesens in sich tragen und die sich zweitens selbst replizieren können. Und drittens müssen die gleichen oder andere Moleküle den vorgeschriebenen Aufbau auch selbst initiieren und steuern können. Schrödinger überlegt sich also, welche Eigenschaften so ein Molekül haben muss, damit es diese Aufgaben erfüllen kann. Er berechnet die Grösse, die ein Gen dazu haben muss. Es darf nämlich nicht zu klein sein, weil es sonst nicht stabil wäre und es darf auch nicht zu gross sein, weil es in grossen Genen zu viele Mutationen geben würde, die in der Mehrheit tödlich wären.

Von dieser Art sind also Schrödingers Überlegungen. Das Buch ist viel mehr als ein historisches Dokument. Es ist ein ausgezeichneter Einstieg in die Molekularbiologie, weil es Ideen schult, auf die ein Laie wohl nicht von sich aus kommen würde.

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Tags: biologie, dna, dns, entropie, erbsubstanz, fortpflanzun, gen, gendefekt, information, leben, lebewesen, molekularbiologie, mutation, physik, quantenphysik, replikation, thermodynamik   (17)
 

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kraft, speicherring lep, teilchenphysik, quantenchromodynamik, starke kernkraft

Teilchen, Felder und Symmetrien


Flexibler Einband: 238 Seiten
Erschienen bei Spektrum Akademischer Verlag
ISBN 9783860251423
Genre: Sachbücher

Rezension:

Symmetrie ist wohl der bedeutendste Begriff der Physik. Physiker meinen damit viel mehr als die Symmetrien in der Geometrie oder in der Kunst. Symmetrie bedeutet, dass etwas erhalten bleibt, wenn etwas anderes ändert. So sind z. B. die Naturgesetze symmetrisch in Raum und Zeit. D.h., sie gelten unabhängig davon, wo oder wann ich ein Experiment mache. Der Definition gemäss hängen Symmetrien immer mit Erhaltungssätzen zusammen. So führt z. B. die Symmetrie bezüglich Verschiebungen in der Zeit zur Energieerhaltung. Die Impulserhaltung ist eine Konsequenz aus der Symmetrie bezüglich Verschiebungen im Raum.

Eine Symmetrie erkennen bedeutet, ein Muster erkennen. Das bedeutet: Wenn ich ein Teil des Musters kenne, kann ich dieses Muster fortsetzen. Wenn ich einen kleinen Teil kenne, kenne ich alles oder zumindest sehr viel mehr, als ich tatsächlich gesehen habe. Deshalb sind Physiker verrückt nach Symmetrien. Es ist bedauerlich, dass in Schulbüchern meist nur gerade die einfachsten Symmetrien der Geometrie als Symmetrien thematisiert werden.

Die Zeitschrift ‚Spektrum der Wissenschaften’, aus dem die Beiträge dieses Sammelbandes stammen, erscheint monatlich und richtet sich an naturwissenschaftlich interessierte Leser aller Fachgebiete. Die Artikel sind auf hohem Niveau, nicht selten von Nobelpreisträgern verfasst, aber allgemein verständlich. Die Klarheit und Aussagekraft der grafischen Gestaltung sucht Seinesgleichen. Viele Artikel stammen aus dem ‚Scientific American’. Ich habe das ‚Spektrum der Wissenschaft’ seit etwa 30 Jahren abonniert und finde fast in jedem Heft 2-4 Artikel, die mich interessieren.

Nun also zu diesem Sammelband, der unter anderem Beiträge der Nobelpreisträgern Steven Weinberg, Sheldon Lee Glashow, Kenneth G. Wilson und Gerard ’t Hooft enthält. Was haben Teilchen, Felder und Symmetrien miteinander zu tun?

Wenn man die Quanten- und die Relativitätstheorie verbinden will, zeigt sich, dass Teilchen nicht mehr genau gezählt werden können. Teilchen können entstehen und vergehen und wie die Energie und der Impuls unterliegt auch die Teilchenzahl der Unbestimmtheitsrelation. Ausserdem muss man den Begriff des Teilchens durch den des Feldes ersetzen. Steven Weinberg erklärt das so:
„Wenn man einem Teilchen einen Stoss versetzt, so können sich die Kräfte auf ein benachbartes Teilchen (...) nicht im selben Moment ändern, denn nach der Relativitätstheorie kann kein Signal schneller sein als Licht: die endliche Lichtgeschwindigkeit bedingt also prinzipiell eine Verzögerung der Kraftwirkung. Damit die Erhaltungssätze für Energie und Impuls gleichwohl in jedem Augenblick gültig bleiben, nehmen wir an, dass das gestossene Teilchen ein Feld hervorruft, das Energie und Impuls durch den umgebenden Raum transportiert und schliesslich etwa davon auf das benachbarte Teilchen überträgt.“

Kräfte zwischen Teilchen werden also durch Felder übertragen. Wie geht das? Physiker unterscheiden Felder, die einer globalen Symmetrie gehorchen von solchen, für die eine lokale Symmetrie gilt. Ein Feld mit globaler Symmetrie ändert sich nicht, wenn es überall im Raum auf die gleiche Weise verändert wird. Ein Feld mit lokaler Symmetrie kann sogar nur an einzelnen Orten (lokal) verändert werden, ohne dass sich die Physik ändert. Veranschaulichen kann man das an einem Ballon. Wird ein Ballon um seine Achse gedreht, so ändert sich an seinem Aussehen nichts. Der Ballon ist global symmetrisch. Wird aber nur an einem Teil der Oberfläche gezogen, so verzerrt sich die Oberfläche und die Physik ändert sich, so dass die Theorie nicht mehr stimmt. Der Ballon ist also nicht lokal symmetrisch. Man kann aber eine lokale Symmetrie herstellen, indem man gleichzeitig mit der Verzerrung eine Kraft in die Theorie einführt. Kräfte werden also dadurch beschrieben, dass man versucht, Theorien zu finden, die einer lokalen Symmetrie gehorchen.

Übrigens können die Teilchen nicht völlig beliebig sein. Es gibt eine begrenzte Zahl von Eigenschaften, die ein Teilchen haben kann oder nicht, z. B. Ladung, Spin oder Charm. Nach diesen Eigenschaften lassen sich die Teilchen zu Gruppen ordnen, die eine Symmetrie zeigen. Dank diesen Symmetrien konnten die Physiker die Eigenschaften von Teilchen vorhersagen, die noch nie beobachtet worden waren. Wenn neue Teilchen gefunden werden, dann oft deshalb, weil man gezielt nach diesen Teilchen suchen konnte. Z. B. werden die Eigenschaften des Higgs-Teilchens in diesem Band besprochen, obwohl das Teilchen bei der Herausgabe noch gar nie beobachtet worden war. Das ist ja genau das, was Symmetrien so wertvoll macht: Dank ihnen können wir Dinge wissen, die wir noch nie beobachten konnten.

So werden also im vorliegenden Sammelband die verschiedenen Teilchensorten vorgestellt und die Kräfte und Symmetrien, mit denen sie zusammen hängen. In der zweiten Auflage sind einige Artikel der ersten Auflage ersetzt worden: Nur in der ersten Auflage finden sich Artikel mit den Titeln ‚Gluonenbälle’, ‚Wie elementar sind Quarks und Leptonen?’ und ‚Die Suche nach den magnetischen Monopolen’. An deren Stelle wurden Artikel mit dem Titeln ‚Suche nach exotischen Teilchen’, ‚Europas Speicherring LEP’, ‚Das Tevatron’, ‚Computergrafik für Teilchenkollisionen’ und ‚Teilchen-Metaphysik’ hinzugefügt.

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Tags: beschleuniger, elektromagnetische kraft, felder, gravitation, iso-spin, kraft, qcd, qed, quantenchromodynamik, quantenelektrodynamik, schwache kernkraft, speicherring lep, spin, starke kernkraft, symmetrie, symmetriebrechung, teilchen, teilchenphysik, tevatron   (19)
 

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kosmologie, quanten, loop-theorie, stringtheorie, urknall

Der Quantenkosmos

Claus Kiefer
Fester Einband: 342 Seiten
Erschienen bei Fischer, S, 05.11.2008
ISBN 9783100395061
Genre: Sachbücher

Rezension:

Zunächst einmal mag es einen Laien erstaunen, dass im Titel Quanten, also die kleinsten Teilchen, mit dem Kosmos, also dem ganz Grossen, in einem Wort verbunden werden. Tatsächlich verbinden sich in der Kosmologie zwei scheinbar völlig unterschiedliche Teilgebiete: Die Frage nach der Dynamik des Universums, die durch die allgemeine Relativitätstheorie beschrieben wird, und die Teilchenphysik, in der Quanteneffekte eine grosse Rolle spielen. Von der Expansion des frühen Universums hängt ab, welche Teilchen in der heissen Frühzeit entstehen konnten. Immer mehr zeigt sich aber, dass es wohl Quantenverschränkungen sind, welche die Raumzeit zusammen halten. Dies sind also die Themen, über die sich Kiefer auslässt. Sein Kerngebiet ist die Frage, wie Zeit entsteht. Über den Begriff der inneren Zeit in der kanonischen Quantentheorie der Gravitation hat er promoviert.

Auf den ersten 60 S. schildert Kiefer unter dem Titel ‚Raum, Zeit, Relativitätstheorie’ die Entwicklung der Gravitationstheorie von den alten Griechen über Kepler, Galilei und Newton bis zu Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie. Auf weiteren 60 S. erklärt er die Grundbegriffe der Quantentheorie. Dabei pflückt er eine ganze Reihe bemerkenswerter Phänomene heraus, erwähnt z. B., dass die Teilchenzahl in einem Laser nicht eindeutig definiert ist oder dass heute Interferenzexperimente mit Riesenmolekülen durchgeführt werden, ja dass sogar über Interferenzexperimente mit Viren spekuliert wird. Er zeigt auch, was ich bei Audretsch, ‚Verschränkte Welt’ vermisst habe, nämlich wie die berühmte Hawking-Strahlung entsteht: Zwei verschränkte Teilchen werden durch einen Horizont, etwa am Rand eines schwarzen Lochs, getrennt. Dadurch wird das eine Teilchen real und kann als Hawking-Strahlung entweichen.

Ausführlich schildert Kiefer auch die Dekohärenztheorie. Diese erklärt, weshalb wir im Alltag keine überlagerte Zustände beobachten, obwohl sie gemäss Quantentheorie allgegenwärtig sind. Eigentlich ist die Dekohärenztheorie nur die konsequente Anwendung der in der Quantentheorie üblichen Rechenmethoden. Die philosophische Konsequenz dieser Theorie ist aber brisant: Entweder muss die Quatentheorie durch einen zusätzlich, bisher nicht beobachteten Kollaps der Wellenfunktion ergänzt werden. Dann würden die Superpositionen, irgendwann aus der Beschreibung verschwinden, was theoretisch beobachtbar wäre. Oder die Quantentheorie beschreibt die Welt, wie sie tatsächlich ist, und die Superpositionen bleiben tatsächlich. Wir sehen sie nur nicht, aus Gründen, die die Dekohärenztheorie im Detail erklärt. Dies ist die sogenannte Everett- oder Viele-Welten Interpretation. Auf wenigen Seiten beschreibt Kiefer die Grundhaltung der Begründer der Quantentheorie in der Interpreationsfrage.

Das kürzere dritte Kapitel widmet sich dem dritten grossen Bereich, der in der Kosmologie eine Rolle spielt: Der Thermodynamik, insbesondere dem Begriff der Entropie und der Frage, ob mit diesem Begriff der Zeitpfeil erklärt werden kann. Die Entropie nimmt stets zu, was z. B. zur Folge hat, dass heisser Kaffee in einem kühleren Zimmer stets abkühlt. Reicht dies, um den Begriff der Zeit zu erklären? Zukunft wäre einfach da, wo der Kaffee kalt ist, Vergangenheit da, wo er warm war. Allerdings stellt sich bei dieser Erklärung sogleich eine neue Frage: Weshalb war der Kaffee am Anfang warm, wenn es im Zimmer kalt ist? Natürlich, jemand hat ihn aufgewärmt. Aber dazu hat dieser jemand eine Energiequelle gebraucht, z. B. eine heisse Sonne in einem kalten Universum. Weshalb gibt es heisse Dinge in einem kalten Universum?

Die Antwort darauf könnte mit der Expansion des Universums zusammen hängen. Dieser vierte Teil ist sehr ausführlich und gelungen. Kiefer erklärt, woran man die verschiedenen kosmologischen Modelle durch Beobachtung unterscheiden könnte und welche Beobachtungen gemacht werden. Er stellt fest: „Realistische Alternativen zur Inflation sind zur Zeit nicht in Sicht.“ In ‚Spektrum der Wissenschaft’ vom Juni 2017 äusserten allerdings Anna Ijjas, Paul J. Steinhardt und Abraham Loeb Kritik am Inflationsmodell, weil es den Beobachtungen widerspreche. Meines Wissens teilen aber die meisten Kosmologen Kiefers Ansicht.

Der fünfte Teil befasst sich schliesslich mit dem viel diskutierten Rätsel der Kosmologie, wie die zwei grossen Theorien, die Quantentheorie und die Relativitätstheorie, zusammen geführt werden können. Die Frage drängt sich schon beim Begriff der Zeit auf. Während die Quantenmechanik Newtons absoluten Zeitbegriff übernommen hat, ist in der Relativitätstheorie die Zeit dynamisch. Während die Quantenphysik sich auf der vorgegebenen Bühne Raumzeit abspielt, beschreibt die allgemeine Relativitätstheorie die Dynamik der Bühne selbst.

Kiefer schildert die Problematik, dass nämlich die Kombination der zwei Theorien zu Unendlichkeiten führt. Und er stellt auch die wichtigsten Lösungsansätze vor, die Schleifen-Quantengravitation (Loop-Theorie) und die String-Theorie.

Der sechste Teil widmet sich der Klärung des Zeitbegriffs, – also Kiefers Fachgebiet. Allerding kann der Autor hierzu nicht mehr als eine vage Ahnung vermitteln, in welche Richtung die Überlegungen gehen. Wenn er schreibt: „Der entscheidende Punkt ist nun, dass die Wheeler-DeWitt Gleichung in bezug auf die „innere“ Zeit (im wesentlichen die Grösse des Universums, siehe Kapitel 5) asymmetrisch ist.“ Und dann weiter diese Asymmetrie diskutiert, dann müsste ich die Gleichungen vor mir sehen, um etwas damit anfangen zu können. Sie aber hinzuschreiben, vermeidet Kiefer aus verständlichen Gründen.

Insgesamt würde ich’s so sagen: Claus Kiefer ist ein spannender Autor, was im Buch immer mal wieder aufblitzt. Um das Buch aber zu einem wirklich grossen Werk zu machen, hätte er einen aufsässigen Lektor gebraucht, der die spannenden Themen aus ihm rauslockt. So ist das Buch zu einer recht schönen Lektüre geworden, der aber eine charakteristische, bewegende Aussage fehlt.

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Tags: dekohärenz theorie, expansion des universums, inflationstheorie, kosmologie, kosmologische modelle, loop-theorie, physik, quanten, stringtheorie, universum, urknall   (11)
 

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urknall, kosmologie, schöpfung, entstehung des universums, teichlenphysik

Ein Universum aus Nichts

Lawrence M. Krauss , Helmut Reuter
Fester Einband: 256 Seiten
Erschienen bei Knaus, 18.03.2013
ISBN 9783813504682
Genre: Sachbücher

Rezension:

Lawrence Krauss erklärt in diesem Buch, wie unser Universum aus dem Nichts entstanden ist. Tut er das? – Zumindest wurde er heftig kritisiert für diese Behauptung, und zwar auch von Leuten, die durchaus verstanden haben, was er schreibt.

Krauss erklärt, wie ein Universum als eine Quantenfluktuation entstehen kann, selbst wenn es davor weder Raum, noch Zeit, noch Materie gibt. Raum, Zeit und Materie entstehen von selbst, ohne die Einwirkung eines Gottes. Sie entstehen zwangsläufig als Vakuumfluktuation. Krauss schreibt dies als unbestrittener Experte, der selbst genau auf diesem Gebiet zu den absoluten Experten zählt.

Im Kern basiert die moderne Kosmologie auf der Feststellung, dass die heute in der Welt beobachtbaren Elementarteilchen sehr eng mit der Dynamik des frühen Universums zusammen hängen. Kurz nach dem Urknall, als das Universum sehr klein war, war es unvorstellbar heiss. Als es sich ausdehnte, kühlte es ab, wie Gas abkühlt, wenn wir es aus einer Gasflasche ausströmen lassen. Wenn wir aber zurück rechnen, wie das Universum früher ausgesehen haben muss, dann finden wir einen Moment, an dem es so heiss war, dass aus der Wärmestrahlung Teilchen entstanden sein müssen. Von Experimenten in Teilchenbeschleunigern wissen wir sogar sehr genau, welche Teilchen bei welcher Temperatur entstehen.

Dies ist die Spielwiese der Kosmologen. Sie suchen ein Modell für die Expansion des Universums so, dass gerade diejenigen Teilchen entstanden wären, die wir tatsächlich beobachten. Genau auf diesem Gebiet gehört Krauss zur Weltspitze. Er zeigt anhand aktueller Messungen, dass die heute sichtbare Teilchenverteilung exakt dem Standardmodell der Kosmologie entspricht. Er beweist, dass es den Urknall gegeben hat. Allerdings scheint mir, andere Autoren haben die kosmologischen Modelle, also die Expansion des Universums verständlicher und korrekter erklärt, z. B. Edward Harrison, ‚Kosmologie’ oder Claus Kiefer, ‚Der Quantenkosmos’.

Krauss zählt zum engeren Kreis der ‚neuen Atheisten’, die mit der militanten Schlagkraft ihrer Bücher gegen den religiösen Fundamentalismus ankämpfen. Richard Dawkins nennt ihn auf dem Cover des Buches den ‚Darwin der Kosmologie’, was suggerieren soll, dass es nun dank Krauss auch für die Entstehung des Universums keinen Schöpfungsakt mehr braucht.

Aus dieser kämpferischen Haltung bezieht das Buch seinen Reiz. Es amüsiert, wenn Gläubige gereizt werden. Etwa mit solchen Bemerkungen: „Tatsächlich habe ich mehrere Theologen aufgefordert, anhand von Beweisen das Postulat zu widerlegen, wonach die Theologie zumindest in den letzten 500 Jahren – seit den Anfängen der Naturwissenschaften – nichts zum Wissen beigetragen hat. Bis heute hat noch keiner ein Gegenbeispiel vorgelegt. Das Beste, das ich je erhielt, war die Frage: „Was meinen Sie mit Wissen?““

Gläubige wird Krauss kaum überzeugen können. Argumente haben gegen den Glauben noch immer verloren, und die meisten Argumente, die Krauss anführt, sind schon vor Jahrhunderten gescheitert. Lustig ist z. B., wenn er ausgerechnet Newtons Gravitationsgesetz als Beweis nennt, dass es keine Engel braucht, um die Erde auf ihrem Weg zu halten. Denn Newton selber meinte, die Planeten hielten sich deshalb an die Gravitationsgesetze, weil Engel sie genau auf diesen Bahnen hielten. Newton, der mit Prismen das Farbenspektrum im Sonnenlicht untersucht und beschrieben hatte, klagte darüber, dass manche seiner Zeitgenossen die Romantik des Regenbogens zerstört und die Engel obsolet gemacht hätten. So werden sich auch heutige Gläubige durch die Argumente dieses Buches nicht von ihrer Meinung abbringen lassen.

Krauss belegt in seinem Buch ausführlich, dass das Urknall Modell durch die Beobachtungen bestätigt, ja bewiesen werde. Aber das Urknall Modell wurde von einem katholischen Priester entdeckt, nämlich von Georges Lemaître. Die grossen Meister der Relativitätstheorie und der Astronomie, Albert Einstein, Arthur Eddington und Fred Hoyle, lehnten die Idee von einem Beginn des Universums vehement ab, weil sie zu katholisch und zu religiös sei. David Bohm nannte die Urheber der Urknalltheorie „praktisch Verräter an der Wissenschaft“, die „wissenschaftliche Fakten unterschlagen, um zu Schlussfolgerungen zu gelangen, die der katholischen Kirche genehm sind“. - Dass es einen Urknall gab, hindert niemand daran, an einen Gott zu glauben.

Was Krauss zeigt, ist folgendes (seine Worte, denen ich zustimme): „Sobald wir aber zulassen, dass Quantenmechanik und Allgemeine Relativitätstheorie sich verbinden, können wir diese Argumentation auf den Fall ausdehnen, dass der Raum selbst in die Existenz gezwungen wird.“

Natürlich drängt sich da für den Gläubigen die Frage auf: „Wer hat denn dafür gesorgt, dass die Quanten und die Relativitätstheorie gelten? Hat Gott die Welt nicht wunderbar eingerichtet?“

In seinem kämpferischen Eifer diskutiert Krauss am Problem vorbei. Wenn wir erklären wollen, wie das Universum aus dem Nichts entstanden ist, müssen wir uns mit dem unendlichen Regress befassen. Egal, ob wir an den Urknall oder an Gott glauben, immer bleiben Fragen offen: „Woher kommen die Naturgesetze?“ Oder: „Wer hat Gott geschaffen?“

Der unendliche Regress ist aber nicht ein Problem der Physik, sondern ein Problem der Logik. Wir müssen uns fragen, wie eine Erklärung aussehen muss, die nicht in einen unendlichen Regress führt. Ich denke, so eine Erklärung ist möglich, und ich zeige in meinem Buch ‚Das Universum, das Ich und der liebe Gott’, wie diese Erklärung aussehen könnte. Wenn dies gelingt, wird der entscheidende Durchbruch dazu aber nicht in der Physik kommen, sondern in der Mathematik.

Insgesamt hält das Buch nicht, was es verspricht. Wäre es nicht so gross angekündigt worden, wäre ich milder. So aber will ich mit meinen drei Sternen einen falschen Eindruck zurechtrücken. Bei aller Sympathie für die Anliegen des Autors und auf die Gefahr hin, eine Reihe guter Freunde aus der Freidenker Bewegung zu verärgern: Da fehlt noch ein Schlüsselstück, um das Buch mit Darwins Werk vergleichbar zu machen.

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Tags: entstehung des universums, gott, inflation, kosmologie, physik, religion, schöpfung, teichlenphysik, urknall   (9)
 

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raumzeit, äther, uhr, einstein albert, allgemeine relativitätstheorie

Relativitätstheorie anschaulich dargestellt

Lewis C. Epstein
Fester Einband: 246 Seiten
Erschienen bei Birkhäuser
ISBN 9783764322021
Genre: Sachbücher

Rezension:

„Ein Juwel unter den Büchern zur Relativitätstheorie“ steht auf dem Cover. Und das ist vollkommen richtig. Die spezielle Relativitätstheorie, die von den Bewegungen im flachen Raum handelt, wird von vielen Autoren allgemeinverständlich dargestellt. Die allgemeine Relativitätstheorie dagegen, welche erklärt, wie durch die Krümmung der Raumzeit die Gravitationskraft entsteht, die scheint für den Laien unerreichbar. Weshalb Dinge zwar in ein schwarzes Loch hineinfallen, aber nicht wieder hinaus kommen können, das habe ich in keinem populärwissenschaftlichen Buch lesen können. - Ausser bei Epstein. Selbst in einer Astronomievorlesung, die ich vor 30 Jahren besuchte, wurde es falsch erklärt.

Für skeptische Physiker ein Hinweis, wie Epstein die scheinbar unmögliche Erklärung schafft (Laien mögen diesen Abschnitt überspringen, das Buch ist viel einfacher): Epstein geht nicht von den üblichen Minkowski-Diagrammen aus, sondern er stellt die Eigenzeit einer Uhr dem Ort gegenüber. Dadurch wird die Metrik euklidisch, es wird also im Linienelement das Quadrat der Zeiteinheit nicht subtrahiert, sondern addiert. In den von Epstein verwendeten Diagrammen bewegen sich alle Objekte mit Lichtgeschwindigkeit c durch die Raumzeit. Dinge, die im Raum ruhen, fliegen mit c durch die Zeit. Je schneller sich etwas durch den Raum bewegt, desto langsamer vergeht die Eigenzeit. Epstein zeigt im Anhang, wie seine Diagramme in Minkowski-Diagramme umgerechnet werden können. Und er zeigt auch den Haken an seinen Diagrammen: Man kann in ihnen nur nach mühsamer Konstruktion erkennen, ob zwei Objekte zusammen stossen oder nicht.

Bereits in der Volksschule lernt man Orts-Zeit Diagramme zu zeichnen, und damit besitzt jeder bereits die Grundlage zu Epsteins Erklärung. Der entscheidende Punkt in der allgemeinen Relativitätstheorie ist, dass die Zeit nicht überall gleich schnell läuft: Unten in einem Gravitationsfeld läuft sie langsamer, oben schneller. Wie muss man ein Orts-Zeit Diagramm abändern, wenn die Zeit unten langsamer läuft? – Nun man zeichnet die Zeitachse unten gestreckt. Und wenn man nach Epsteins Anweisungen ein solches gekrümmtes Diagramm auf ein Papier zeichnet und das Papier nach Anweisung krümmt, sieht man wie durch ein Wunder, wie der eingezeichnete Ball nach unten fällt, bzw., wenn er zuerst nach oben geworfen wird, wie er eine parabelförmige Flugbahn beschreibt.

Weiter wird auch anschaulich klar, wie schwarze Löcher funktionieren und weshalb da wirklich nichts mehr raus kommt. Epsteins Idee funktioniert sogar so gut, dass man selbst Dinge korrekt versteht, die sonst regelmässig falsch geschildert werden: Die Gravitationskraft kommt nicht in erster Linie durch die Raumkrümmung zustande, sondern vor allem durch die Verlangsamung der Zeit. Gleichzeitig erkennt man an den Diagrammen aber auch, dass die Raumkrümmung bei hohen Geschwindigkeiten sehr wohl eine Rolle spielt. Dies hat bekanntlich sogar Albert Einstein übersehen, als er die Ablenkung des Lichtes an der Sonne berechnete.

Mit Epsteins Methode ist es tatsächlich möglich, Schülern der Volksschule zu erklären, weshalb die Verlangsamung der Zeit zur Gravitation führt. Auch als ich mich später intensiver mit gekrümmten Räumen und mit Differentialgeometrie befasste, führte diese Darstellung nicht zu Irrtümern. Im Gegenteil konnte ich mehrmals intuitiv Resultate vorhersehen, die andere erst nach mühsamer und sehr abstrakter Rechnung erhielten – oder eben nicht, wenn sie falsch rechneten.

Lustig ist übrigens ein längeres Zitat aus einem alten Lehrbuch: Hier wird über ‚Ätheratome’ spekuliert, die mit Rauchwirbeln verglichen werden, wie Helmholtz sie beschrieb.

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Tags: allgemeine relativitätstheorie, äther, einstein albert, geodäte, lichtgeschwindigkeit, physik, raumkrümmung, raumzeit, relativitätstheorie, spezielle relativitätstheorie, uhr, zeit   (12)
 

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physik, licht, quantenelektrodynamik, quanten, richard feynman

QED

Richard P Feynman
Flexibler Einband
Erschienen bei Piper, 01.10.2011
ISBN 9783492215626
Genre: Sachbücher

Rezension:

Als Richard Feynman am 15. Februar 1988 in Pasadena starb, entrollten die Studenten am höchsten Universitätsgebäude ein weithin sichtbares Transparent mit der Aufschrift: „We love you, Dick!“

Das ist kein Zufall. Denn Feynman war nicht nur einer der genialsten Physiker aller Zeiten – einer meiner Professoren meinte: der genialste überhaupt -, sondern er war ein begnadeter Lehrer, mit einer ansteckenden Begeisterung für die Physik. Und ungeheuer unterhaltsam, wie nicht zuletzt seine Anekdoten-Sammlungen ‚Sie belieben wohl zu scherzen, Mr. Feynman’ und ‚ Kümmert Sie, was andere Leute denken?’ beweisen.

Zur Quantenelektrodynamik (QED) hat Feynman selbst entscheidend beigetragen, man könnte fast sagen, diese Theorie sei nur durch Feynman überhaupt verständlich geworden. Soweit sie überhaupt verständlich ist. Denn wie Feynman selbst erklärte: "Wer sagt, er versteht die Quantenphysik, der hat sie nicht wirklich verstanden."

Quanten – und alle Materie und auch das Licht bestehen aus Quanten – benehmen sich unvorstellbar seltsam. Wenn ein Quant von A nach B fliegt, fliegt es nicht auf direktem Weg da hin. Auch nicht auf indirektem Weg. Ein Quant geht alle möglichen Wege! Zumindest müssen wir in der Rechnung alle möglichen Wege berücksichtigen, wenn wir die Geschehnisse richtig vorher sagen wollen. Dies ist die Idee der von Feynman entdeckten Pfadintegral Methode: Jedes Teilchen geht alle überhaupt möglichen Wege und zwar nicht nur durch den Raum, sondern auch durch die Zeit! – In manchen Fällen spielt es tatsächlich eine Rolle, dass ein Teilchen auch ‚in der Zeit rückwärts’ gehen kann. Wenn wir aber alle diese z. T. völlig verrückten Wege berücksichtigen, dann erreichen wir eine fantastische Genauigkeit in der Vorhersage. Die QED hat sich in allen nur denkbaren Experimenten bewährt und ihre Vorhersagen sind präziser als die irgendeiner anderen Theorie. (Wobei manche Astrophysiker diese Auszeichnung für die allgemeine Relativitätstheorie proklamieren).

So kompliziert das alles klingt, Feynman schafft es, seine Idee allgemein verständlich zu erklären. Sein Werk besteht nämlich aus zwei Teilen: Er entdeckte erstens, wie die möglichen Wege in Teilstücke zerlegt werden kann. Und zweitens fand er zu jedem möglichen Teilstück einen mathematischen Term und er zeigte, wie diese Terme summiert werden müssen. In QED schildert er nur den anschaulichen Teil, diesen aber an einer ganzen Reihe interessanter Beispiele.

Jedem Wegstück ordnet er einen Pfeil zu, eine sogenannte Amplituden. Im Lauf der Zeit rotieren die Pfeile, was insgesamt zu einer Welle durch die Raumzeit führt. Mit solchen rotierenden Pfeilen erklärt Feynman in Kapitel 2 auf brillante Weise das Hamiltonsche Prinzip der kleinsten Wirkung, wobei er diesen Begriff nicht verwendet. Dieses Prinzip stellt fest, dass Licht jeweils den kürzesten Weg von A nach B wählt. Dadurch, dass wir alle Wege berücksichtigen, erhalten wir also im Normalfall das Resultat, dass das Teilchen den kürzesten Weg zu gehen scheint.

Ausführlich erklärt Feynman auch die von ihm erfundenen Feynman Diagramme. Natürlich reicht Feynmans Erklärung bei weitem nicht für ein Physikstudium. Wie bereits erwähnt arbeitet er in diesem Buch völlig ohne Formeln. Wer aber –wie ich- gerne die Grundidee einer Theorie kennt, bevor er sich in die Mathematik stürzt, findet mit diesem Buch eine wahre Perle.

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Tags: amplitude, feynman richard, interferenz, licht, pfadintegralmethode, physik, quanten, quantentheorie, superpositionsprinzip, welcher weg information   (10)
 

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Wei E Zwerge - Schwarze Locher

Roman U. Sexl , Hannelore Sexl , Roman Sexl
Flexibler Einband: 155 Seiten
Erschienen bei Springer Verlag, 23.01.2001
ISBN 9783540415343
Genre: Sachbücher

Rezension:

Während die spezielle Relativitätstheorie mathematisch überraschend einfach zu handhaben ist, bringt die allgemeine Relativitätstheorie selbst die meisten Physiker an die ihre Grenzen. Während die spezielle Relativitätstheorie schon der Satz von Pythagoras reicht, um die wichtigsten Formeln herzuleiten, spielt sich die allgemeine Relativitätstheorie im gekrümmten Raum ab, wo der Satz von Pythagoras abgeändert werden muss, und zwar in allen Richtungen der Raumzeit auf unterschiedliche Weise.

Da mag es den Neuling beruhigen, dass die Autoren die Krümmung der Raumzeit nur am Rande erwähnen und das Rechnen mit der gekrümmten Geometrie gar nicht erst beginnen. Stattdessen verwenden sie eine Newtonsche Annäherung an die Relativitätstheorie, in der zusätzlich zur Newtonschen Physik postuliert wird, es könne kein Objekt schneller sein als das Licht im Vakuum.

Damit kann man tatsächlich einige überraschende Erkenntnisse herleiten. Wenn z. B. ein Lichtstrahl in einem Gravitationsfeld ‚hinunter fällt’ nimmt seine Energie und daher auch seine Frequenz zu. Daraus leiten die Autoren korrekt her, dass Uhren weiter unten langsamer laufen als oben. Mit ähnlichen Argumenten berechnen sie auch die Lichtablenkung an grossen Massen (bis auf den Faktor 2, um den sich schon Einstein getäuscht hat), die Perihelverschiebung, die Einstein überzeugte, dass er richtig liegt und einige weitere Effekte in der Nähe grosser Massen.

Die Sexls berechnen die Entwicklungen verschiedener Sternentypen: Weisse Zwerge, Neutronensterne, Pulsare und schwarze Löcher. Zwar kann man mit der Newtonschen Näherung nicht verstehen, weshalb nichts aus einem schwarzen Loch entweichen kann. Aber man kriegt doch einen gewissen Eindruck davon, dass hier etwas bisher Unbekanntes passieren muss. Die Autoren geben dazu einige Beispiele von rotierenden schwarzen Löchern, erklären die berühmte Hawking Strahlung und die unterdessen auch experimentell nachgewiesenen Gravitationswellen. Spannend sind auch die abschliessenden zwei Kapitel zu Dynamik und Geometrie des Kosmos.

Wie alle Bücher von Roman Sexl didaktisch hervorragend und sehr sorgfältig geschrieben. Ideal als erster Kontakt mit der allgemeinen Relativitätstheorie. Die Autoren holen wohl alles heraus, was es zum Thema allgemeine Relativität und Kosmologie zu sagen gibt, - solange man sich nicht auf die gekrümmte Geometrie einlassen will. Einige einfache mathematische Techniken, wie sie etwa auf Matura- / Abiturniveau vorkommen werden vorausgesetzt. Im Anschluss an jedes Kapitel sind einige Übungsaufgaben.

Achtung: Das Buch ‚Gravitation und Kosmologie’ von Roman Sexl und Helmuth Urbantke ist zwei bis drei gewaltige Stufen anspruchsvoller und nur noch für Vollprofis verständlich.

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Tags: allgemeine relativitätstheorie, einstein albert, gravitation, kosmologie, neutronenstern, physik, raumzeit, relativitätstheorie, schwarzes loch, uhr, universum, urknall, weisse zwerge, zeit, zeitdilatation   (15)
 

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raumzeit, längenkontraktio, uhr, einstein albert, relativitätstheorie

Raum, Zeit, Relativität

Roman U. Sexl , Herbert K. Schmidt
Flexibler Einband: 205 Seiten
Erschienen bei Vieweg+Teubner
ISBN 9783540415497
Genre: Sachbücher

Rezension:

Wer Einsteins spezielle Relativitätstheorie verstehen möchte, ist mit diesem Buch gut beraten. Eine Alternative ist allenfalls ‚Eine Einführung in die Physik 3. Materie in Raum und Zeit’, von Sexl, Raab und Streeruwitz. Wie alle Bücher, an denen Sexl beteiligt ist, ist auch dieses didaktisch hervorragend und sehr sorgfältig geschrieben.

Die spezielle Relativitätstheorie handelt von Bewegungen in der flachen Raumzeit, im Gegensatz zur allgemeinen Relativitätstheorie, in welcher die Gravitationskraft mit einer Krümmung der Raumzeit erklärt wird. Die Mathematik, die für die spezielle Relativitätstheorie nötig ist, ist bemerkenswert einfach. Um die wichtigsten Formeln herzuleiten, muss man nur gerade den Satz von Pythagoras kennen.

Die Schlussfolgerungen daraus sind aber so erschütternd, dass man selbst die einfachsten Rechnungen kaum glauben kann. Ich habe damals die gleichen paar Rechnungen eine Woche lang immer wieder durchgerechnet, bis ich von den Formeln überzeugt war. Die Formeln sagen:

dass der gleiche Massstab für verschiedene Beobachter unterschiedlich lang sein kann,
dass die Zeit nicht für alle Beobachter gleich schnell läuft,
dass ‚gleichzeitig’ nicht für alle Beobachter das gleiche bedeutet,
dass die träge Masse grösser ist, wenn ein Körper bewegt ist,
dass Geschwindigkeitsvektoren auf eine völlig neuartige Art addiert werden müssen, weil bei der Addition nie etwas Grösseres als die Lichtgeschwindigkeit herauskommen darf.

Es scheint paradoxe Situationen zu geben, etwa wenn von zwei Beobachtern beide sagen, die Zeit des anderen laufe langsam. Aber beide haben Recht. Schliesslich ist auch Einsteins berühmte Formel E=mc^2 eine Folge der speziellen Relativitätstheorie. Auch sie wird im Buch erklärt. Ein weiteres Phänomen der speziellen Relativitätstheorie ist die elektromagnetische Kraft.

Besonders aufschlussreich finde ich das Kapitel 9 zur Kausalität, in dem gezeigt wird, weshalb sich nichts mit mehr als Lichtgeschwindigkeit bewegen kann. Wäre nämlich irgend ein Objekt schneller als das Licht im Vakuum, dann könnte man eine Zeitmaschine bauen, was zu Paradoxien führen würde. Ein Zeitreisender könnte dann nämlich seinen eigenen Grossvater im Kindesalter töten und er könnte damit seine eigene Geburt verhindern. Da dies offensichtlich widersinnig ist, kann wohl nichts schneller sein als das Licht.

Schön ist auch die Einführung, weshalb es überhaupt eine neue Theorie brauchte: Die von James Clerk Maxwell zusammengestellten Formeln zum Elektromagnetismus sind in Newtons Weltbild unsinnig. Denn man kann mit ihnen die Geschwindigkeit von elektromagnetischen Wellen berechnen, aber nirgends steht, relativ zu was diese Geschwindigkeit gemessen wird. Elektromagnetische Wellen haben immer die gleiche Geschwindigkeit, auch wenn du ihnen entgegeneilst oder wenn die Lampe zu dir hin bewegt wird. Dies widerspricht dem gesunden Menschenverstand grundsätzlich, wird aber von Experimenten so bestätigt. Es ist lobenswert, dass die Autoren nicht nur das Michelson-Morley Experiment schildern, sondern aufzeigen, dass auch eine Reihe von anderen Experimenten nach einer neuen Theorie verlangten.

Das Buch ist als Lehrbuch konzipiert. Nach jedem Kapitel stehen einige Übungsaufgaben, zu denen am Ende des Buches auch Lösungen zu finden sind.

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Tags: einstein albert, längenkontraktion, licht, lichtgeschwindigkeit, lorentz-transformationen, massstabsverkürzung, minkowski diagramm, raumzeit, relativitätstheorie, spezielle relativität, uhr, zeit, zeitdilatation   (13)
 

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allgemeine relativitätstheorie, raum-zeit, einsteinsche interpretation, zeit, zwillingsparadoxie
Rezension:


Gleich zu Beginn: Zumindest die spezielle Relativitätstheorie sollte man bereits ziemlich gut kennen. Dann macht das Buch aber so richtig Spass!

Die wichtigste Gleichung der speziellen Relativitätstheorie ist nicht Einsteins E=mc^2, sondern die sogenannten Lorentz-Transformationen, mit welchen berechnet werden kann, wie die Koordinaten eines ruhenden Systems in ein relativ dazu bewegtes System umgerechnet werden können. Einsteins Beitrag war seine höchst erstaunliche, aber konsistente Interpretation dieser von Hendrik Antoon Lorentz gefundenen Gleichungen. Er schloss nämlich:

dass der gleiche Massstab für verschiedene Beobachter unterschiedlich lang sein kann,
dass die Zeit nicht für alle Beobachter gleich schnell läuft,
dass ‚gleichzeitig’ nicht für alle Beobachter das Gleiche bedeutet,
dass die träge Masse grösser ist, wenn ein Körper bewegt ist.

Jürgen Brandes beleuchtet in diesem Buch einen Punkt, der in fast allen üblichen Darstellungen der Relativitätstheorie übergangen wird: Dass nämlich Einsteins Interpretation keineswegs die einzige mögliche ist.

Einstein behauptete, alle Inertialsysteme seien „in Wirklichkeit“ gleichwertig. Ebenso gut hätte man aber auch sagen können: Alle Inertialsysteme „erscheinen“ als gleichwertig.

Die erste Interpretation ist die, die wir in den Lehrbüchern finden. Oft steht sogar explizit etwa dazu: Die Relativitätstheorie zeigt, dass es kein ausgezeichnetes (absolutes) Ruhesystem gibt. Dies ist die Einsteinsche Interpretation der Relativitätstheorie.

Das zeigt sie aber keineswegs. Sie zeigt nur, dass es kein absolutes Ruhesystem braucht. Wir können aber natürlich ein beliebiges Inertialsystem als Ruhesystem definieren. Z. B. würde sich das System, in dem die Sterne und Galaxien im Durchschnitt ruhen, als „absolutes Ruhesystem“ anbieten. Es ist klar, dass wir jede beliebige Bewegung in diesem Ruhesystem darstellen können. In manchen Fällen wird es zwar umständlich sein, alles umzurechnen, aber natürlich ist es möglich. Dies ist die Lorentzianische Interpretation der Relativitätstheorie.

Brandes zeigt zunächst einmal auf, dass beide Interpretationen konsistent sind. Ausführlicher behandelt Brandes dieses Thema in seinem mit anderen Autoren herausgegebenen Buch ‚Die Einsteinsche und Lorentzianische Interpretation der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie’.

Nach dieser Einführung in die Theorie bespricht Brandes eine ganze Reihe amüsanter Paradoxien, die sich wie Rätsel-Aufgaben lesen: Wo ist der Haken?

Z. B. werden bekanntlich bewegte Gegenstände verkürzt. Wenn also die Parklücke zu eng ist, kann ich dann das Auto dennoch sauber und ohne zu touchieren reinkriegen, wenn ich genügend schnell einparke?

Oder die Ehrenfest-Paradoxie: Wenn eine kreisrunde Scheibe rasch rotiert, erfährt der Umfang eine relativistische Verkürzung, während der Radius unbeeinträchtigt bleibt. Frage: Führt dies zu Spannungen, da die Kreisgleichung u=2r*pi nicht mehr erfüllt ist?
Bedeutende Physiker schlossen daraus, dass ein rotierender, absolut starrer Körper nicht abgebremst werden könnte.

Natürlich findet auch das berühmte Zwillings-Paradoxon seinen Platz. Je nach Bewegung kann es passieren, dass der eine Zwilling schneller altert. Was bei der Lösung in den meisten Lehrbüchern verschwiegen wird: Die allgemein akzeptierte Lösung führt zu (rechnerisch) negativen Eigenzeiten! Wenn also der eine Zwilling fortwährend ausrechnet, wie alt der andere gerade ist, kann es passieren, dass dieser andere gemäss Rechnung einige Zeit lang jünger wird. Dies hängt übrigens eng mit Horizonten zusammen, wie sie z. B. bei einem schwarzen Loch vorkommen.

Mehr als 70 Seiten befassen sich mit dem gekrümmten Raum der allgemeinen Relativitätstheorie. Tatsächlich ist die allgemeine Relativitätstheorie näher an der Lorentzianischen Interpretation, können wir doch die kosmische Hintergrundstrahlung verwenden, um ein absolutes Ruhesystem zu definieren. Zudem können wir den Radius des Universums als absolute Zeit interpretieren.

Auch wenn beide Interpretationen zur gleichen Physik führen, ist es wohl nicht schlecht, im Hinterkopf zu behalten, dass mehrere Sichtweisen möglich sind. Monatelang habe ich mir z. B. überlegt, ob die beiden Interpretationen beim Einstein-Podolsky-Rosen Experiment möglicherweise zu unterschiedlichen Resultaten führe. Aber egal, wie man sich zu den Interpretationen stellt: Es ist ein köstliches Buch mit herrlichen Denkübungen, um die Relativitätstheorie besser zu verstehen. Ich gebe nur vier Sterne, weil es nicht das erste Buch ist, das man lesen sollte. Es ist aber sicher ein gelungenes.

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Tags: allgemeine relativitätstheorie, einsteinsche interpretation, garagenparadoxon, lorentzianische interpretation, paradoxie, physik, raum-zeit, relativitätstheorie, spezielle relativitätstheorie, zeit, zwillingsparadoxie   (11)
 

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quantenphysik, bohr-einstein debatte, verschränkung, information, quantencomputer

Verschrankte Welt

Jürgen Audretsch , Jurgen Audretsch
Flexibler Einband: 222 Seiten
Erschienen bei Wiley-Vch Verlag Gmbh, 07.06.2002
ISBN 9783527403189
Genre: Sachbücher

Rezension:

Verschränkung ist einer der ganz fundamentalen Begriffe unseres Universums. Das kristallisierte sich in den letzten Jahren immer klarer heraus. Leonard Susskind erklärt etwa: „Die Raumzeit wird durch Verschränkung zusammen gehalten.“  Verschränkung ist also nicht nur ein exotisches Phänomen, an dem man sich belustigen kann. Vielmehr ist es möglicherweise der Kernbegriff, um den herum eine Theorie von Allem aufgebaut werden muss – in Kombination mit dem Begriff der Information, der eng mit ersterem zusammen hängt. So ist es sehr erfreulich, von einer Reihe kompetenter Autoren unter der Regie von Jürgen Audretsch über die Hintergründe dieser Begriffe lesen zu können.

Verschränkungen entstehen immer, wenn zwei oder mehr Quantenobjekte miteinander wechselwirken. Bei der Wechselwirkung bleiben verschiedene Grössen erhalten, etwa die Energie, der Impuls und der Spin. Nach der Wechselwirkung ist aber im allgemeinen nicht mehr klar, wie diese Grössen auf die beteiligten Teilchen verteilt sind. Wir können für diese Verteilung nur Wahrscheinlichkeiten angeben.  Nach der Heisenbergschen Unbestimmtheitsrelation beruhen diese Wahrscheinlichkeiten nicht auf unserem Unwissen, sondern sie sind unausweichlich. Schon bei einem einzelnen Teilchen ist nur entweder der Impuls oder der Aufenthaltsort exakt bestimmt.

Diese Behauptung führte zu einer berühmten Debatte zwischen Albert Einstein und Niels Bohr, die von Carsten Held im hier besprochenen Buch sehr erfrischend dargestellt wird. Einstein war überzeugt, dass es in der Natur keinen Zufall gibt. Denn nach der von ihm entwickelten Relativitätstheorie ist die Zeit eine Illusion, und ohne Zeit hat auch der Zufall keinen Platz. Deshalb betonte Einstein immer wieder: „Gott würfelt nicht!“ Um zu beweisen, dass die Quantentheorie unvollständig ist, konstruierte er zusammen mit Nathan Rosen und Boris Podolsky das Einstein-Podolsky-Rosen Gedankenexperiment, das den Höhepunkt der Quantenphilosophie bildet und die ganze Seltsamkeit der Verschränkungen zeigt. Es scheint bei diesem Experiment, als würden die zwei verschränkten Teilchen über weite Distanzen irgendwie verbunden bleiben und Information austauschen.

Diese seltsame Verschränkung und der ungewohnte Begriff der Quanten-Information werden in Quantencomputern ausgenützt. Dies ist das Thema der Kapitel 4 bis 7. Gleichzeitig kriegt der Leser in diesen Kapitel ein Gefühl dafür, was Quanten--Information ist, und wie sie sich von klassischer Information unterscheidet.

Das Hauptproblem bei Quantencomputern besteht darin, die Teilchen so von der Umwelt abzuschirmen, dass die Verschränkung erhalten bleibt. Denn bei der geringsten Wechselwirkung mit der Umgebung, breitet sich die Verschränkung aus. Wie dies genau vor sich geht, beschreibt die Dekohärenz-Theorie, die von Erich Joos in Kapitel 8 bemerkenswertem philosophischem Durchblick vorgestellt wird.

Joos zeigt auf, dass die Quantentheorie keineswegs in einen klassischen Grenzfall übergeht, wenn die Objekte grösser werden. Vielmehr gibt es im Formalismus der Quantentheorie keinen Grund, weshalb Schrödingers Trauma nicht wahr sein sollte, dass nämlich eine Katze gleichzeitig tot und lebendig sein kann. Theoretisch müsste sogar jede Katze gleichzeitig tot und lebendig sein und dieser Zustand ist theoretisch sogar experimentell nachweisbar. Das ist eine Kernaussage des offiziellen Formalismus der Quantentheorie, mit dem jeder Quantenphysiker heute täglich rechnet (mit dem Formalismus, nicht mit den lebendig-toten Katzen).

Die Dekohärenz-Theorie erklärt, weshalb ein solches Experiment in der Praxis völlig unmöglich ist. Wir müssten dazu sämtliche beteiligte Teilchen exakt ausmessen und miteinander verrechnen. Und diese sind sehr rasch über Millionen von Kilometern im Weltraum verteilt, wenn nur z. B. die lebende Katze mehr Wärmestrahlung abgibt, als die tote. Erich Joos rechnet vor, wie die Dekohärenz bei einem Staubkorn abläuft, und wie ein Gravitationsfeld zu Dekohärenz führt. Bereits sehr kleine Objekte sind mit der Umgebung durch so komplizierte Wechselwirkung verbunden, dass die Überlagerungen nicht mehr beobachtbar sind, obwohl sie nach der Dekohärenz-Theorie nach wie vor existieren.

Wie sieht es aber im Gehirn aus? – Der Beobachter spielt in der Quantentheorie eine besondere Rolle. Mehrere grosse Physiker haben sich deshalb überlegt, ob Quanteneffekte bei der Erklärung des Bewusstseins eine Rolle spielen. Bereits Wolfgang Pauli vermutete, dass eine Synchronizität wie bei verschränkten Teilchen im Gehirn eine Rolle spielt und dass durch solche Effekte gar telepathische Fähigkeiten möglich seien. Esoteriker saugen diese Vorlage wie Schwämme auf, und Quanten sind heute der Schlüsselbegriff für eine breite Palette von Humbug.

Sehr schön deshalb, dass Joos auch auf diese Ideen eingeht. Der Punkt ist: Im menschlichen Gehirn geschieht gerade das Gegenteil der Abschottung, wie wir sie im EPR Experiment haben. Im Einstein-Podolsky-Rosen Experiment und in Quantencomputern betreibt man grossen Aufwand, um die Dekohärenz zu verhindern. Nur deshalb können wir dort das nicht-klassische Verhalten der Quanten beobachten. Ein  EPR Teilchenpaar verhält sich nur solange synchron, wie es von der Umgebung völlig isoliert ist.

Im Gehirn dagegen sind Abertausende von Neuronen eng vernetzt. Wenn nur schon ein einzelnes Neuron einen elektrischen Impuls abgibt, sind unzählige Atome beteiligt. Es ist vollkommen undenkbar, dass in diesem Getümmel ein verschränkter Zustand so sauber erhalten bleibt, dass die Verschränkung beobachtbar wäre. Max Tegmark berechnete, dass ein überlagerter Zustand, bei dem ein Neuron gleichzeitig feuert und nicht feuert, nach etwa 0,000'000'000'000'000'000’01 Sekunden verschwindet. Joos notiert: „Das heisst, wir haben gar keine Chance, „seltsame“ Wahrnehmungen zu machen, da obige Superposition viel zu instabil ist."

Viele Physiker glauben, mit der Dekohärenz-Theorie seien die Interpretionsfragen der Quantenphysik gelöst. Joos zeigt auf, dass diese Probleme nur umso grösser werden, wenn wir grössere Objekte betrachten. Die Dekohärenz-Theorie erklärt, weshalb wir keine überlagerten Katzen sehen können. Sie geht aber klar davon aus, dass die Überlagerungen weiter bestehen. Die Dekohärenz-Theorie beweist, dass wir die Quantentheorie nicht ergänzen müssen. Wir können durchaus annehmen, die Quantentheorie sei vollständig. Das bedeutet aber, dass die Überlagerungen bestehen bleiben, obwohl wir sie nicht mehr beobachten können. Dies ist die sogenannte Viele-Welten Interpretation. Wer damit nicht zufrieden ist, muss der heutigen Beschreibung ein weiteres Element hinzufügen, das die nicht beobachtbaren Welten verschwinden lässt.

Im Abschlusskapitel diskutiert Michael Esfeld die philosophischen Herausforderungen, die sich durch die Quantentheorie stellen. Und auch er liegt wohl richtig, wenn er nicht die Frage nach dem Zufall in den Fokus rückt, der die Debatte zwischen Bohr und Einstein dominierte. Vielmehr stellt er fest, dass wir uns angewöhnt haben, Systeme in Teile zu zerlegen, während in der Quantenphysik Verschränkungen fundamental sind. Das Ziel muss sein, eine Naturphilosophie der Relationen zu entwickeln. Dies ist übrigens genau, was die Loop-Theorie macht.

Insgesamt ein inspirierendes Buch zu Aspekten der Quantenphysik, die andere Autoren etwas vernachlässigen. Die verwendete Mathematik ist überschaubar: Man sollte mit komplexen Zahlen umgehen können. Zustandvektoren und Dirac-Klammern (Bra-Kets) werden eingeführt. Vermisst habe ich lediglich ein Kapitel zur Thermodynamik an Horizonten, etwa zur Hawking-Strahlung, bei der Verschränkungen ebenfalls eine entscheidende Rolle spielt.

Für Vollblutphysiker empfehle ich von Jürgen Audretsch: ‚Verschränkte Systeme – Die Quantenphysik auf neuen Wegen’.   

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Tags: bellsche ungleichung, bohr-einstein debatte, dekohärenz, einstein-podolsky-rosen, information, quantencomputer, quantenphysik, quanten-zeno effekt, realität, shor algorithmus, verschränkung, viele-welten interpretation, welle-teilchen dualismus   (13)
 

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physik, stringtheorie, teilchenphysik, kosmologie, quanten

Das elegante Universum

Brian Greene , Hainer Kober
Flexibler Einband: 511 Seiten
Erschienen bei Goldmann Verlag, 12.12.2005
ISBN 9783442153749
Genre: Sachbücher

Rezension:

Brian Greene ist ein hervorragender Didaktiker. Wer sich eine grobe Vorstellung machen will, was Mathematiker sich zu 10-, 11- oder unendlich-dimensionalen Räumen überlegen, bei denen die Dimensionen so ineinander verschlungen und gekrümmt sind, dass man sie nicht mehr sieht, vieldimensionale Räume, in denen Fäden, die Strings, oder Tücher, die Brane, umher wabbeln, der ist mit diesem Buch hervorragend bedient. Die Frage ist: Wer will das?

Das Buch zeigt die Grundideen der String-Theorie, die mit lauter Werbetrommel lange Zeit als die grosse (nur leider noch nicht abgeschlossene) Lösung zum endgültigen Verständnis der Welt angepriesen wurde. Aber: Die String-Theorie hat bis heute noch keinerlei messbare Vorhersage gemacht. Sie ist sogar so konstruiert, dass sie grundsätzlich keine brauchbaren Vorhersagen machen kann. Denn ihre mathematischen Möglichkeiten sind so stark, dass sie praktisch alles vorhersagen kann, was man sich wünscht.

Anhänger der String-Theorie berufen sich auf Albert Einstein, der mit seiner allgemeinen Relativitätstheorie die Gravitationskraft erklärte, indem er annahm, Raum und Zeit seien zu einer 3+1 dimensionalen Raumzeit verbunden, und diese Raumzeit sei gekrümmt. Wenn die Teilchen und das Licht sich in dieser gekrümmten Raumzeit auf den geradest möglichen Linien bewegen, auf den sogenannten Geodäten, dann sieht es für uns so aus, als würden sie in Gravitationsfeldern abgelenkt.

Kaluza und Klein gelang es, mit einer zusätzlichen 5. Dimension auch die elektromagnetische Kraft in diese Beschreibung einzubinden. Allerdings sieht man der Kaluza-Klein Theorie an, dass diese 5. Dimension sozusagen dazu geklebt wurde. Die Hoffnung ist aber naheliegend, dass man mit weiteren Dimensionen auch die schwache und die starke Kernkraft auf diese Weise beschreiben kann. Das versucht die String-Theorie und zwar mit einem gewaltigen Aufwand an Mathematik. Man kann zeigten, dass eine Theorie, welche die bekannten Kräfte erklären kann, am ehesten 10 oder 11 Dimensionen haben müsste, andere Zahlen können praktisch ausgeschlossen werden. Wer das als Nicht-Mathematiker nachvollziehen will, dem ist Greenes Buch heiss zu empfehlen.

Wir müssen uns aber bewusst sein, dass dies ein völlig anderes Vorgehen ist, als Einsteins. Einstein startete nicht mit der Idee, zusätzliche Dimensionen oder eine gekrümmte Raumzeit einzuführen, sondern er startete von zwei experimentell gut begründeten Prinzipien:

1. Die Lichtgeschwindigkeit ist für alle Beobachter gleich.
2. Ein Beobachter in einen frei fallenden, nicht rotierenden Lift kann nicht feststellen, ob er in einem Gravitationsfeld hinunter fällt oder im leeren Weltall geradeaus fliegt oder still steht.

Wenn man diese zwei Prinzipien einhalten will, dann kommt man unweigerlich auf die allgemeine Relativitätstheorie.

Einstein hat also zuerst die Gravitation verstanden und dann nach einer geeigneten mathematischen Beschreibung dafür gesucht. Erst als er schon wusste, was die Mathematik beschreiben muss, fragte er seinen Freund, den Mathematiker Marcel Grossmann, wie man dies mathematisch korrekt tut.

Die String-Theoretiker gehen genau umgekehrt vor. Sie haben keine Ahnung, was da eigentlich geschieht, aber sie sehen, dass man mit gekrümmten Räumen, mit Strings und Branen praktisch alles beschreiben kann. So schrauben sie denn an der Zahl der Dimensionen und an einer ganzen Reihe von anderen Parametern und hoffen, dass irgendwann zufälligerweise eine brauchbare Theorie herauskommt.

Und weil es so viele Parameter gibt, an denen man schrauben kann, wäre das nicht einmal so erstaunlich, wenn irgendwann die bekannten Naturgesetze auf diese Weise beschrieben werden könnten. Der Punkt ist aber: Selbst wenn wir so eine Beschreibung hätten, hätten wir überhaupt noch nichts verstanden. Die Situation ist vergleichbar mit dem Unterschied zwischen einem Maler und einem Fotoapparat. Ein Maler wie etwa Picasso betrachtete jahrelang Tauben und fertigte Hunderte von Skizzen an, bis es ihm schliesslich gelang, mit ganz wenigen Strichen eine Taube zu zeichnen. Picasso wusste genau, was das Taubenhafte an seinem Bild ist. Er wusste haargenau, welche Wirkung es hat, wenn er seine Linien anders zieht. Ein Fotoapparat dagegen mag ein viel präziseres Bild von einer Taube machen und versteht doch nichts. Er speichert einfach Tausenden von Pixel und hat keine Ahnung, ob da eine Taube oder ein Berg auf dem Bild ist.

Die String-Theorie basiert auf dem Prinzip Fotoapparat. Damit lässt sich alles beschreiben, aber nichts erklären oder verstehen. Und die grösste Gefahr scheint mir, dass String-Theoretiker tatsächlich eine Theorie finden, welche die Naturgesetze korrekt beschreibt. Das wäre gar nicht so erstaunlich, denn mit genügend vielen Dimensionen und Krümmungen, mit kompliziert verknoteten Strings oder Branen kann man fast alles beschreiben. Wenn wir aber für ein Problem eine Lösung haben, ist es sehr schwierig, eine bessere Lösung zu finden. Wenn die String-Theoretiker mit der geballten Artillerie der 11-dimensionalen gekrümmten Geometrie die Probleme weg bomben, dann sehen wir die Probleme nicht mehr. Das heisst aber nicht, dass wir von der Lösung etwas verstanden haben.

Mich würde es nicht wundern, wenn die Strang-Theorie irgendwann die bekannten Naturgesetze simulieren könnte. Der Punkt ist aber: Selbst wenn wir so eine Beschreibung hätten, hätten wir überhaupt noch nichts verstanden. Die Situation ist vergleichbar mit dem Unterschied zwischen einem Maler und einem Fotoapparat. Ein Maler wie etwa Picasso schaute jahrelang Tauben an und fertigte Hunderte von Skizzen an, bis es ihm schliesslich gelang, mit ganz wenigen Strichen eine Taube zu zeichnen. Picasso wusste genau, was das Taubenhafte an seinem Bild ist. Er wusste haargenau, welche Wirkung es hat, wenn er seine Linien anders zieht. Ein Fotoapparat dagegen mag ein viel präziseres Bild von einer Taube machen und versteht doch nichts. Er speichert einfach Tausenden von Pixel und hat keine Ahnung, ob da eine Taube oder ein Berg auf dem Bild ist.

Heute scheint mir, die String-Theorie ist auf dem Rückzug. Sie verschmilzt stillschweigend mit der Loop-Theorie, die ihr immerhin vom Namen her ähnlich ist. Der Unterschied ist: Die Loop-Theorie geht von einem Prinzip aus. Sie reduziert die Annahmen. Statt die Zahl der Raumzeit-Dimensionen zu erhöhen, setzt sie überhaupt keinen Raum und keine Zeit voraus. Raum und Zeit werden durch Loops erst aufgebaut. Mehr dazu in meiner Rezension zu Carlo Rovelli: https://www.lovelybooks.de/autor/Carlo-Rovelli/Die-Wirklichkeit-die-nicht-so-ist-1239355290-w/rezension/1480283840/
Einiges von der Mathematik, die die String-Theoretiker entwickelt haben, kann man auch in der Loop-Theorie brauchen. So war das Abenteuer immerhin nicht ganz vergebens.

Zusammenfassend sage ich: Ein ausgezeichnet geschriebenes Buch von einem hervorragenden Mathematiker und Didaktiker. Leider zu einer Theorie ohne Zukunft.

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Tags: gekrümmte geometrie, geometrie, kosmologie, krümmung der raumzeit, physik, quanten, raumzeit krümmung, strings, string theorie, teilchenphysik, universum, zeit   (12)
 
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