Lesermeinung - Spektrum der Wissenschaft

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  • Gedanken über Erkenntnisvermögen, Wissen und Glauben

    08.02.2012, Alfred Eichhorn
    Als Physiker, der sich auch in der katholischen Kirche engagiert, gehe ich davon aus, dass in unserer Welt alles mit rechten Dingen zugeht. Mir ist aber auch bewusst, dass wir Menschen niemals alle diese "rechten Dinge" erkennen und begreifen können. Ich halte deshalb religiösen Glauben für durchaus vereinbar mit der Vernunft, wobei ich Glauben nicht mit dem Für-wahr-Halten von Aussagen gleichsetze. Für mich basiert Glaube vielmehr auf der Einsicht, dass die Wirklichkeit unendlich ist, während unser Erkenntnishorizont endlich ist und immer endlich bleiben wird, egal wie weit wir ihn verschieben können, d. h. egal wie groß unser Wissen und unser Verständnis wird. Von der vollständigen Wirklichkeit sehen wir immer nur deren Projektion auf die Ebene unseres Erkenntnisvermögens, also unvollständige Bilder. Solche Bilder ein und derselben Wirklichkeit können unterschiedlich, ja sogar widersprüchlich und dennoch gleichermaßen richtig sein. Die Widersprüche werden durch ihre Unvollständigkeit verursacht. Ich möchte versuchen, das anhand von Beispielen zu verdeutlichen:

    Stellen wir uns einmal vor, es gäbe zweidimensionale Wesen, die auf einer Fläche leben, z. B. auf einer Wand, und die nur zweidimensional denken können, also kein räumliches Vorstellungsvermögen haben. Diese Wesen sehen nun einen Zylinder. Was können sie von diesem Zylinder sehen? Sie sehen seine Projektion auf ihre Welt, d. h. so etwas wie seinen Schatten.
    Der Schatten eines Zylinders auf einer Wand kann ein Kreis sein, er kann aber auch ein Rechteck sein, je nachdem, wie der Zylinder im Raum ausgerichtet ist. In der zweidimensionalen Welt bricht nun eine Diskussion darüber aus, wie das Ding nun wirklich ist: rund oder eckig? Es kann nur eins von beiden sein. Die einen wissen genau, dass das Ding rund ist, also nicht eckig sein kann; andere haben hieb- und stichfeste Belege dafür, dass es eckig ist, also nicht rund sein kann. Die Frage kann in der zweidimensionalen Welt nicht entschieden werden.
    Wir als Wesen mit räumlichem Vorstellungsvermögen sehen auch sofort ein, warum das so ist: Kreis und Rechteck sind Bilder des Zylinders, die keine vollständige Beschreibung dieses Gegenstands liefern. Sie sind unvollständig, und der Widerspruch beruht auf der Unvollständigkeit dieser Bilder. Die zweidimensionalen Wesen sind sich dessen aber nicht bewusst. Ihnen fehlt die übergeordnete Sicht, die uns in diesem Fall zur Verfügung steht, und aus der heraus sich die Frage - rund oder eckig? - gar nicht mehr stellt.

    Ähnlich gelagerte Widersprüche gibt es auch in unserer Welt. Wir sind uns dessen aber in der Regel nicht bewusst, weil in diesem Fall uns die übergeordnete Sicht fehlt. Ein Beispiel aus der Physik ist der Streit über die Natur des Lichts: Welle oder Teilchen? Für beide Bilder gab und gibt es überzeugende Belege, sie schließen sich aber - im Rahmen der klassischen Physik - gegenseitig aus. Erst die Quantentheorie lässt dieses Problem in einem anderen Licht erscheinen; sie liefert gewissermaßen die übergeordnete Sicht. Diese Theorie übersteigt unser anschauliches Vorstellungsvermögen, aber sie sagt uns, das Licht, je nachdem, wie wir es betrachten, uns als Welle oder als Teilchen erscheinen kann, dass aber beide Bilder keine vollständige Beschreibung des Lichts liefern.
    Wir haben auch hier das Phänomen vorliegen, dass zwei zueinander scheinbar im Widerspruch stehende Aussagen beide gleichermaßen richtig sind, was von der Logik her eigentlich ausgeschlossen ist. Nach den Regeln der Logik kann eine Aussage nur entweder wahr oder falsch sein, und wenn sie wahr ist, dann ist ihr Gegenteil falsch.

    In der Mathematik gilt der Satz - er wurde von Kurt Gödel bewiesen -, dass es in jedem abgeschlossenen System Aussagen gibt, die innerhalb des Systems nicht entschieden werden können. Ich denke, dass dies nicht nur für die Mathematik gilt, sondern für alle Bereiche des Lebens und des Denkens. Für mich bedeutet das auch, dass es zu jedem System ein übergeordnetes gibt, das einen "Blick von außen" auf die darunter liegenden gestattet, der uns Menschen allerdings nicht zur Verfügung steht. Wenn das so ist, dann ist die Folge dieser einander übergeordneten Systeme unendlich. Es geht dabei nicht nur um so etwas wie räumliche Dimensionen. Man könnte als Beginn dieser Folge von Ebenen auch Materie, Leben, Geist und Bewusstsein ... sehen. Jede dieser Ebenen beinhaltet neue "Qualitäten", die in den darunter liegenden völlig unbekannt sind. Gott ist für mich so etwas wie der Grenzwert dieser unendlichen Folge einander übergeordneter Systeme.

    Von Gott können wir deshalb nicht anders als in Bildern denken und sprechen. Wir müssen uns dabei bewusst sein, dass unsere Bilder unvollständig sind, auch wenn wir uns nicht vorstellen können, in welcher Richtung sie vollständiger werden könnten. Hier beginnt für mich der Bereich des Glaubens, Glaube als Anerkennung der Tatsache, dass es vieles gibt, eigentlich das meiste, was wir prinzipiell nicht verstehen können und niemals verstehen werden. Glaube bezieht sich also nicht auf das, was wir - zumindest im Prinzip - wissen können. Glaube steht damit auch nicht in Konkurrenz zum Wissen, zu den Wissenschaften und zur Vernunft. Glaube ist dazu komplementär, d. h. er ergänzt diese Bereiche, die immer endlich sind, während der Glaube das Unendliche betrifft. Egal wie groß unser Wissen und unsere Erkenntnis werden, den Glauben können sie nicht ersetzen oder verdrängen.

    Aus solchen Betrachtungen ergeben sich einige Schlussfolgerungen, die für Religion und Kirche von Bedeutung sind:

    - Glaube ist nicht statisch, er entwickelt sich ständig weiter, und er muss Raum für diese Weiterentwicklung haben. Glaube kann nicht ein für alle Mal festgeschrieben werden.

    - Kein Mensch und keine menschliche Institution, keine Religion, keine Kirche kann im Besitz der absoluten Wahrheit sein. Wir "sehen" von der Wahrheit immer nur Projektionen auf die Ebene unseres Erkenntnisvermögens, also Bilder. Diese Bilder können sehr unterschiedlich, scheinbar einander widersprechend und trotzdem gleichermaßen berechtigt sein. Es gibt nicht die eine richtige Religion mit der Folge, dass alle anderen falsch wären. Richtig und falsch sind keine geeigneten Kategorien, wenn es um den Glauben geht.

    Welche Kategorien sind dann geeignet? Wir Menschen brauchen Glaube, Religion, Kirche, nicht Gott braucht diese Dinge. Religion und Kirche sind für die Menschen da. Die Frage, an der sich Religionen und Kirchen orientieren sollten, lautet also: Was ist gut für die Menschen? Hier sehe ich die Stärke des Christentums, das diese Frage in den Mittelpunkt stellt und Antworten darauf anbietet.

    Zum Schluss noch eine Anmerkung zum Problem der Theodizee, der Rechtfertigung Gottes. Hierbei geht es um die Frage, wie Gott, der allmächtig, gütig und gerecht ist, unverschuldetes Leid zulassen kann. Auch diese Frage kann auf der Ebene, auf der sie gestellt ist, nicht beantwortet werden, ebenso wenig wie die Frage nach der Natur des Lichts. In meinen Augen wird auch hier der Widerspruch durch die Unvollständigkeit unserer Gottesbilder verursacht. Daraus den Schluss zu ziehen, es könne keinen Gott geben, ist so, als würde man aus dem Widerspruch zwischen Welle und Teilchen den Schluss ziehen, Licht könne es nicht geben.

    So weit ein paar - natürlich auch unvollständige - Gedanken, zu Vernunft, Erkenntnis und Glauben.
  • Bitte Exponenten korrigieren!

    07.02.2012, Jocko Bräuer
    Der Eponent der Avogadro-Konstanten ist 23, nicht 25.
    Der Eponent des plancksche Wirkungsquantums ist -34, nicht 34.
    Antwort der Redaktion:
    Vielen Dank, Herr Bräuer - da haben sich in der Tat zwei Fehler eingeschlichen. Ich habe sie jetzt korrigiert.


    Mit freundlichen Grüßen

    Daniel Lingenhöhl
  • Fehlende Interpretation führt zu scheinbaren Widersprüchen

    07.02.2012, Johannes Brägelmann
    Ich muss zugeben den Artikel nicht bis zum bitteren Ende gelesen zu haben.

    Dennoch erscheint es ihn meinen Augen von Nöten ein paar Anmerkungen zu den am Anfang des Textes aufgelisteten Widersprüchen im Glauben zu machen.

    Der erste Punkt ihrer "Liste" spricht über den Kreationismus. Durch aus ein Thema das scheinbar wahnwitzig allen wissenschaftlichen Erkenntnissen unserer Welt entgegensteht.
    Die historisch-kritische Methode ist bereits Schülern des Religionsunterrichts in der gymnasialen Oberstufe bekannt und wenn man sie auf die Textstellen anwendet, die der Kreationismus einschließt, dann kommt man schnell zu der Erkenntnis, dass Urknalltheorie und ein Schaffen der Welt durch Gottes Hand nicht gegeneinander stehen.
    Wie allgemein bekannt sind alle Texte in der Bibel von hohen Alter. Die Texte darüber, dass Gott die Welt in sieben Tagen geschaffen hat, machen da keine Ausnahme. Folglich entstammen sie einer Zeit in der der Mensch mit einer völlig anderen Weltanschauung gelebt hat. Die Erzählungen und Texte dienten damals dazu die beobachteten Phänomene in der Natur zu beschreiben aber sie wahren auch Grundlage um den Sabbat zu begründen.
    Auch wenn in heutiger Zeit das Monopol über die Beschreibung der Natur an die Wissenschaft gefallen ist so haben die Texte weiterhin Bedeutung. Der Gedanke, dass Gott in allen Arten von Handlungen, Gegenständen und auch Lebewesen wirkt, ist ein wichtiger Teil des christlichen Glaubens und Folge der Idee, dass Gott die Welt geschaffen hat.
    Ob er die Welt nun durch sechstägige göttliche Intervention oder in dem er den Urknall zündete geschaffen hat, sei einmal dahingestellt.

    Der nächste Punkt betrifft das Auferstehen und Auffahren in den Himmel.
    Ich möchte nicht bestreiten, dass Bakterien und alle Arten von Mikroorganismen beinahe unmittelbar nach dem Tod daran arbeiten den menschlichen Körper abzubauen.
    Jedoch muss man hier ein wichtige Unterscheidung treffen: Seele und Körper sind nicht das selbe und im "Sonderfall Jesus" muss der göttliche Teil seiner Person mit in die Überlegung eingebracht werden.
    Nach dem Tod stirbt der weltliche Teil eines Menschen. Sein Körper wird zersetzt, gefressen, aufgelöst (suchen sich etwas aus es gibt noch mehr Möglichkeiten), doch seine Seele fährt auf in das Reich Gottes.
    Ich will noch ein wenig weiter auf Jesu eingehen, den er ist der erste Mensch der in das Reich Gottes einzieht und es den Menschen öffnet. Jesus war ein "echter" Mensch, das zeigt sich z.B. in seinem menschlichen Leiden am Kreuz. Gleichzeitig war Jesus Gott selbst, der auf die Erde gekommen war um das Reich Gottes zu Öffnen.
    Jesus Auferstehen am dritten Tag ist wichtiger Bestandteil in der Verkündung des gekommenen Reich Gottes, waren seine Jünger doch in tiefe Trauer gefallen bedurfte es eines Zeichens, dass das Himmelsreich nun den Menschen geöffnet ist. Danach zogen die Jünger los in alle Welt und verkündeten die frohe Botschaft (das "Evangelium"), dass Jesus den Tod stellvertretend für alle Menschen besiegt hatte.

    Ich möchte noch auf zwei weitere Widersprüche in ihrer Liste eingehen, zuerst mit dem Problem um die Aussagen eines menschlichen Papstes.
    Vorweg eine kleine Anmerkung: Kein Katholik sollte wahllos und wörtlich übernehmen was der Papst sagt. Man muss sich mit allem Auseinandersetzen und seine eigene Meinung bilden.
    Dennoch will ich einen kleinen Vergleich schaffen zwischen dem Papst und der altbekannten Fünf-Prozenthürde im Deutschen Bundestag. Beide haben den selben Sinn und Zweck.
    Nämlich für Ordnung zu sorgen. Genauso wie der kleine Paragraf bei den Wahlen im Volk sorgt der Papst dafür, dass die Mitglieder der katholischen Kirche nicht in unzählige Splittergruppen zerfällt. Er sichert die Stabilität im großen System der Kirche.

    Zu guter Letzt betrachte ich noch den letzten Punkt auf ihrer Liste der Widersprüche.
    Die Frage, ob die Dreifaltigkeit Gottes im christlichen Glauben im Widerspruch zum vom Judentum übernommen Monotheismus steht.
    Ich mache keinen Hehl daraus, dass es in meinen Augen keine widersprüchlichen Aussagen gibt. Auch hier will ich zu einem Vergleich greifen. Nehmen wir die Kunst, würde kaum jemand verneinen, dass Musik, Lyrik und das Malen Teile davon sind. Jedoch sind sie alle nur Aspekte eines höheren Begriffs.
    Genauso verhält es sich mit der Dreifaltigkeit Gottes. Vater, Sohn und Heiliger Geist sind einzelne Aspekte die sich nicht gegenseitig im Weg stehen sondern nur Teile abbilden. Erst gemeinsam ergeben sie eine Vorstellung von Gott.
    Genauso kann man nicht von Kunst im allgemeinen Reden und zum Beispiel die Musik verschweigen.

    Ich habe mich hier nur mit einem kleinen Teil ihres Artikels beschäftigt (wie ich bereits gestanden habe, blieb mir das Ende vorbehalten). Doch es zeigt sich, dass die Widersprüche zwischen Glauben und dem Zusammenspiel aus Wissenschaft und Vernunft nur daraus hervorgehen, dass die Texte oder Sachlagen nur oberflächlichlich untersucht wurden und eine tiefere Interpretation versäumt wurde.
  • Hat humanes Erbgut virale DNA-Abschnitte von Ahnen?

    07.02.2012, Jan Brak, Villach (Österreich)
    Ich möchte gerne reagieren auf den Artikel: "RNA aus der Nahrung beeinflusst Cholesterinspiegel", November 2011. Diesen Artikel hat meine Gedanken beflügelt.
    Könnte es sein, dass Viren in der Lage sind, ihre DNA/RNA in Human-DNA einzuschleusen und dass diese DNA-Abschnitte dann vererblich sind? Das würde bedeuten, dass das humane Erbgut virale DNA-Abschnitte von unseren Ahnen enthält. Frage: Von vielen tausenden Menschen ist jetzt das Erbgut schon entschlüsselt. Ist jemals festgestellt worden, ob es darin "fremde" DNA-Abschnitte viraler Herkunft gibt? Falls dass so ist, könnte dann diese Abschnitte von Bedeutung sein bei z. B. der Bildung von Autoimmunkrankheiten (z. B. Diabetes) oder z. B. Krebs?

    Ich würde gerne vorschlagen dass in einer der nächsten "Spektrum der Wissenschaften" Experten in diesem Bereich Ihre Meinung über dieses Thema geben. Ich würde dass sehr schätzen!
    Ich bedanke mich Voraus!
    Antwort der Redaktion:
    Vielen Dank für Ihre Zuschrift, wir freuen uns über Ihr Interesse an unserer Zeitschrift.
    In der menschlichen DNA gibt es zahlreiche mutmaßliche Rudimente früherer viraler Infektionen. Rund 45 Prozent des menschlichen Erbguts bestehen aus springenden Genen (Transposonen), von denen die meisten jedoch nicht mehr aktiv sind (also ihre Fähigkeit zum Springen verloren haben). Vermutlich handelt es sich bei den Transposonen ursprünglich um DNA aus Retroviren, die sich ins menschliche Genom integriert hat und nun vererbt wird.
    Wenn Transposonen springen, wird eine Kopie ihrer genetischen Information an anderer Stelle wieder in die DNA eingebaut. Je nachdem, wo das geschieht, können unterschiedliche Folgen auftreten: Veränderte oder ausgeschaltete Eiweißmoleküle, die Synthese von wesentlich größeren oder kleineren Mengen eines Proteins etc. Im Prinzip kann dadurch auch Krebs entstehen.
  • Wissenschaft oder Spekulation

    07.02.2012, Ernst Kloppenburg
    Von einem Artikel, der über Ergebnisse wissenschaftlicher Untersuchungen berichtet, erwarte ich Erkenntnisse, die zu einer Argumentationskette zusammengefügt werden. Ein gewisses Maß an Vermutungen und Ungenauigkeiten wäre dabei sicher zu tolerieren, gerade wenn sich der Artikel an ein breiteres Publikum wendet.

    Dieser Artikel ist aber eine Aneinanderreihung von Spekulationen und Vermutungen mit wenig wirklichem Gehalt. Die Wortwahl und Gedankenführung macht dies sehr deutlich, über den Inhalt braucht man sich da gar nicht zu streiten. Es ist ständig die Rede von "xx ist wohl yy", "abc wissen
    wir nicht, aber ...", "es wäre denkbar, dass ..." und so weiter. Auch originell ist, dass explizit bemerkt wird (S. 26 rechte Spalte oben), dass Schlüsse von der Embryonalentwicklung auf die Evolution riskant seien, anschließend wird aber mehrfach genau damit "argumentiert".

    Alles in allem hätte ich von "Spektrum der Wissenschaft" handfesteres erwartet. Es gibt andere Zeitschriften, in die dieser Artikel besser gepasst hätte.
    Antwort der Redaktion:
    Haben Sie herzlichen Dank für Ihren Leserbrief und die Kritik.

    Allerdings muss ich Ihren Einwänden widersprechen.
    Dieser Artikel zur frühen Augenevolution repräsentiert den Stand der Forschung, und der Inhalt ist ein wirklicher Erkenntnisfortschritt. Die Darstellung zeigt tatsächlich völlig neue Einsichten über die Anfänge dieser Organentwicklung. Wissenschaftler sind es gewohnt, solche von ihnen neu entdeckten Zusammenhänge vorsichtig zu formulieren. Im Ganzen ist der dargestellte hypothetische, jedoch von vielen Daten gestützte Entwicklungsstrang durchaus plausibel. Zurzeit dürfte es sich um die gründlichsten Studien auf dem Gebiet handeln.

    Ich verstehe es, dass Sie als Leser lieber unverrückbare Daten hätten. Aber wissenschaftliches Arbeiten gewinnt nur schrittweise Erkenntnisse, und auch die dürfen dann nur als Thesen formuliert werden, denn der ganzen Fülle der Zusammenhänge wird man immer nur sehr langsam näher kommen. Vielleicht kennen Sie Schriften des Philosophen Karl Popper, der diesen Sachverhalt sehr gründlich durchdacht hat.

    Andere an ein Laienpublikum gerichtete Wissenschaftsmagazine vermitteln nach meiner Erfahrung selten so neue Forschung. Oft werden lediglich etwas ältere Erkenntnisse zwar gut verständlich, aber darum (zu) grob vereinfacht zusammengestellt. Was schwierig zu vermitteln ist, wird gern weggelassen.

    Der "Scientific American", von dem wir den Artikel übernahmen, und auch "Spektrum der Wissenschaft" haben aber den Anspruch, möglichst die neuesten wissenschaftlichen Entwicklungen vorzustellen. Die Themen und Wissenschaftlerautoren werden sorgfältig ausgewählt und die Solidität der Inhalte geprüft. Auch wir müssen natürlich Kompromisse eingehen, aber wir versuchen, den Stand der Diskussion in den wichtigsten Facetten wiederzugeben.
  • Licht-Turbo oder Veröffentlichungs-Turbo?

    07.02.2012, Dr. Michael Komma
    Beim Betrachten der Abbildung auf Seite 51 rechts oben kam ich ins Grübeln: Seit wann erhält man durch das Aufsummieren der gezeigten Partialwellen (oder allgemeiner durch Fouriertransformation) die Einhüllende direkt? Eigentlich müsste das doch so aussehen wie hier (=> Wellenpakete).

    Bei näherem Hinsehen kamen mir noch mehr Bedenken. Es ist doch wohl eine Darstellung über dem Ort gemeint (oder wo könnte sich sonst ein Puls mit Gruppengeschwindigkeit bewegen)? Links steht aber "Frequenzbestandteile des Pulses". Sind also Schwingungen über der Zeit abgetragen? Nein, mit "Frequenz" ist die räumliche Frequenz (Wellenzahl) gemeint. Diese verkürzende Sprechweise mag im Labor der Optiker üblich sein, aber dann dürfte sich weiterhin keine "Einhüllende" direkt ergeben, sondern es müsste eine Welle mit einer zentralen Wellenzahl zu sehen sein (innerhalb einer gedachten Einhüllenden). Und weshalb stimmt in der Pulsmitte die Summe der Partialwellen nicht mit der gezeigten Resultierenden überein?

    Des Rätsels Lösung: Der Autor hat eine zur Wellenzahl 0 symmetrische Gaußverteilung angenommen, aber nur Cosinuswellen für positive Wellenzahlen aufsummiert und das Ergebnis in verkleinertem Maßstab dargestellt (wie sich mit einem geeigneten Programm leicht nachvollziehen lässt).

    Leider ist das nicht der einzige "Illustrationsfehler". Abbildung Seite 52:
    a) Welche Phase ist nach oben aufgetragen? Oder sollte das der Brechungsindex sein?
    b) Die Partialwellen der Abbildung von S. 51 werden einfach verschoben (zur Abwechslung über der Zeit). Keine Spur von Dispersion! Das Wesentliche wird also ausgeblendet.
    c) Ganz abgesehen davon ist die Sprechweise "in der Zeit nach vorne/hinten" nicht ganz glücklich.

    Auf Seite 53 haben dann auf einmal alle Partialwellen die gleiche Amplitude.

    Nun ja, über die Qualität von Illustrationen kann man streiten. Aber auf Seite 51 steht rechts unten ein Satz, über den sich nicht streiten lässt:
    "Auch wenn man Licht nicht als Welle auffasst, sondern als Teilchenstrahlung, lässt sich die Veränderlichkeit der Phasengeschwindigkeit in einem Medium verstehen. Die Atome absorbieren die Photonen, werden dadurch angeregt und strahlen ihrerseits wieder Photonen aus, dies allerdings zeitversetzt, was einer Verzögerung entspricht."

    Weit außerhalb einer Resonanzlinie (und in diesem Kontext steht der Satz) gibt es keine Absorption von einzelnen Photonen, sondern die primäre Welle (also alle Photonen) erzeugen eine um 90 Grad phasenverschobene Streuwelle. Das lässt sich wohl auch quantisieren, aber nicht mit einem kurzen (und inkohärenten) "Stop and Go" einzelner Photonen.

    Ein Lob der Langsamkeit für die Veröffentlichung weiterer Titelthemen!
    Antwort der Redaktion:

    Prof. Dr. Thomas Schneider, Autor des Beitrags, antwortet dem Leser:



    Sehr geehrter Herr Dr. Komma, vielen Dank für Ihren Hinweis vom 28. Januar. Natürlich ist die Gruppengeschwindigkeit in einem Wellenleiter, wie z.B. einer Glasfaser, sehr viel kleiner als im Vakuum. Im Beitrag geht es um eine deutliche Verringerung und vor allem eine veränderbare Gruppengeschwindigkeit, aber ich denke das wird aus dem Text deutlich.



    Nun zu Ihren Kommentaren vom 7. Februar:



    Die Abbildung auf Seite 51 (rechts oben) ist eine bildhafte Darstellung der Fourieranalyse von periodischen (und auch nichtperiodischen) Signalen. Die Fourieranalyse zerlegt jegliche Signalform in eine Summe harmonischer Schwingungen. Diese Form der Untersuchung von Signalen ist seit 1822 bekannt (J.-B. J. Fourier, "Die analytische Theorie der Wärme"). Die Darstellungen eines Signals in Zeit- und Frequenzbereich in der Fouriertransformation basiert letztendlich auf diesem Umstand der Zerlegung. Das Signal selbst ist in der Abbildung nur im Basisband dargestellt. Natürlich wird ein solches Signal auf einen optischen Träger aufmoduliert, was innerhalb der Glasfaser auch zu Wellenpaketen führt. Jedoch ist es nicht möglich, ein solches Wellenpaket direkt bei der Trägerfrequenz (ca. 193,5 Terahertz) zu messen. Im Detektionsprozess wird das Signal in das Basisband herunter gemischt. Das Tiefpassverhalten des Detektors verhindert eine direkte Messung des optischen Trägers. Des Weiteren trägt die zusätzliche Betrachtung der genutzten Übertragungsfrequenz nicht zum besseren Verständnis des Sachverhalts bei, birgt keine neuen Erkenntnisse und wäre eher verwirrend für den Leser.



    Eine Darstellung des Signals über dem Ort wäre zur Erklärung des Slow-Light Effektes nicht hilfreich, da die zeitliche Verzögerung des Signals interessiert. Damit ist der Zeitbereich zwingend erforderlich. Die Eigenschaften des Materials bzw. des Ortsraums gehen über den Wellenzahlvektor in die Phase des Signals ein. Auch wenn die Trägerwelle des Signals sich zeitlich und räumlich ausbreitet, so interessiert beim Signal selbst vorrangig die zeitliche Komponente, d.h. ein übertragenes Bit wird anhand seiner Dauer charakterisiert und nicht anhand der Wellenlänge, auf der es übertragen wird.



    Die Betrachtung des Phasengangs eines Systems ist äquivalent zur Betrachtung des Verlaufs des Brechungsindex über der Frequenz. Diese Äquivalenz spiegelt sich in den Kramers-Kronig-Relationen wider, welche Absorption und Dispersion von kausalen Systemen miteinander verbinden. Zum vertiefenden Studium sei hier das Titchmarsch-Theorem genannt. Das heißt in kurzen Worten, dass der Brechungsindex die Ursache der Phasenverschiebung ist, was im Artikel auch eindeutig herausgestellt wurde. Im Slow-Light System wird eine starke künstliche Dispersion erzeugt, welche dann zur Verzögerung der Lichtpulse ausgenutzt wird. Ein linear über der Frequenz ansteigender (fallender) Brechungsindex ist notwendig, um ein Signal verzerrungsfrei zu verschieben (Abb. auf Seite 52). Diese Tatsache ergibt sich aber bereits aus den Regeln der Fouriertransformation, genauer dem Verschiebungssatz der Fouriertransformation. Aus der Systemtheorie wissen wir, dass der Phasengang eines Systems sich zum Phasenspektrum des Signals addiert. Je nachdem, wie der Anstieg des Phasenganges bzw. des Brechungsindexverlaufes des Slow-Light Systems konfiguriert ist, kommt es zu einer zeitlichen Verschiebung des Signals.



    Ihre Kommentare zu Abb. 52:

    Leider erschließt sich mir nicht, worin Sie einen Illustrationsfehler sehen, aber hier die Antworten im Einzelnen:

    a) Aufgetragen ist die Phasenänderung über der Frequenz, eine solche Phasenänderung tritt durch eine Änderung des Brechungsindex auf, daher steht in der Abbildung beides, siehe Erklärung oben.

    b) Das Verschieben der Partialwellen über der Zeit durch die lineare Phasenänderung folgt aus dem Verschiebungssatz der Fourier-Transformation, siehe oben. Die dafür nötige lineare Phasenänderung, die in der Abb. dargestellt ist, kann man mathematisch mit dem Verschiebungsfaktor beschreiben, oder technisch als Übertragungsfunktion eines idealen Laufzeitgliedes. Da Sie die Phasenänderung auch als Brechungsindexänderung sehen können, ist das Dispersion.

    c) Die Richtung der Verschiebung in der Zeit hängt vom Vorzeichen des Exponenten des Verschiebungsfaktors ab.

    d) Abb. S. 53: Hier haben alle drei Wellen annähernd die gleiche Amplitude, da es um die Phasenverschiebung geht und nicht um das Amplitudenverhältnis.



    Ihr Kommentar zum Satz: „Auch wenn man Licht nicht als Welle …“:

    Nehmen wir zunächst mal die klassische Betrachtung über die Maxwellgleichungen. Die Primärwelle erzeugt im Material eine Polarisation, diese Polarisation ist ihrerseits Ursache für Sekundärwellen die sich der Primärwelle überlagern und dadurch zu einer Veränderung der Phasengeschwindigkeit und der Wellenlänge führen. Beides abhängig vom Brechungsindex. Ist die Polarisation klein genug, so haben Primär- und Sekundärwellen im Medium dieselbe Frequenz. Wird sie größer, so treten – wenn die Symmetrie des Mediums es zulässt – Oberwellen auf, z.B. die zweite und dritte Harmonische der Primärwelle.



    Im quantenmechanischen Bild sind die Valenzelektronen über die Coulomb-Kraft an den Atomrumpf gebunden. Die einfallende Lichtwelle führt nun zu einer elektrischen Kraft die die Valenzelektronen auslenkt und diese in einen angeregten Zustand bringt. Auf Grund der Energieerhaltung muss dazu das Photon vernichtet werden. Da der angeregte Zustand in einem transparenten Medium kein Energieniveau des Materials ist (weit entfernt von einer Resonanz), fällt das Atom annähernd instantan wieder zurück in seinen Grundzustand und sendet dabei ein Photon aus; auf Grund der Energieerhaltung bei derselben Frequenz wie das, welches vernichtet wurde.



    Es können auch zwei Photonen gleichzeitig vernichtet werden. Dann sendet das Atom, auf Grund der Energieerhaltung, ein Photon mit der doppelten Frequenz bzw. halber Wellenlänge aus. Das ist die so genannte second harmonic generation. Werden drei Photonen vernichtet, so sendet das Atom ein Photon mit der dreifachen Frequenz aus (third harmonic generation) usw.



    Durch parametrische Fluoreszenz (parametric down conversion) kann man auch das Umgekehrte machen, ein Photon wird vernichtet und das Atom sendet zwei Photonen halber Frequenz aus. Das benutzt man z.B. zur Herstellung verschränkter Photonen für Quanten-Experimente.
  • Vom Wesen der Vorurteile

    07.02.2012, Michael Kühnapfel
    Und es stellt sich die Fragen, warum falsche Annahmen über die Folgen von Geschlechtsdimorphismen, die man vielleicht als Vorurteile qualifizieren könnte, auch noch chauvinistisch sind. Ist da vielleicht selbst etwas Chauvinismus in die Rezi geraten? Denn auffällig ist, dass die Beispiel ausschließlich auf Frauen bezogen sind, von der schlechteren Vernetzung der Gehirnhälften über geringere Kommunikationsfähigkeiten bis zur schlechteren Empathie ist von der anderen Seiten der Vorurteile und feministischen Mythen nicht die Rede. Herr Knauß hat wohl recht, wie meist in seinem Blog - und Chauvinismus liegt oft hinter der eigenen Nasenspitze.
  • Darmreinigung kann auch helfen

    06.02.2012, Bernd Balkenhol
    Meine Frau litt vor einigen Jahren nach einer Magen-/Darm-Infektion in Hongkong längere Zeit an unerklärlichen und sich wiederholenden Darmproblemen. In Folge unterzog sie sich einer Darmspiegelung (die keine Ergebnisse erbrachte) sowie der damit verbundenen Darmreinigung.

    Danach hörten ihre Probleme ohne weitere Behandlung auf. Ich gehe davon aus, dass sich ihre "geschädigte" Darmflora nach der Reinigung wieder stabil aufbauen konnte.
  • Probleme bei bestimmten Mustern auf Tischdecken.

    06.02.2012, Radicec Halec
    Wir spielen gerne am Wochenende Brettspiele in größerer Runde und nicht selten sind Beschwerden über Schwindel ober Kopfschmerzen vorkommen. Als Ursache ist in der Regel die Tischdecke genannt worden. In diesen Fällen ist kein oder nur wenig Alkohol in Spiel gewesen, aber die Teilnehmer sind nicht mehr die Jüngsten. Das soll nur zur Bestätigung der vorigen Beiträge erwähnt werden.
  • Homo sapiens: dümmer als vermutet?

    06.02.2012, Friedrich Witte
    Vorsicht! Das Lesen dieser Zeilen kann zu Eszett-Störungen führen!

    Sehr geehrtes Redaktionsteam!

    Im Allgemeinen sollte man wissen, was man denkt, bevor man schreibt, was man gemeint hat. Verwirrend ist, dass manche etwas schreiben, was sie zu wissen glauben, und sich nichts dabei denken. Wieder andere wissen nichts, behaupten aber, sie hätten sich dabei etwas gedacht, wenn sie etwas geschrieben haben. Am Schlimmsten sind jene, die das Gegenteil von dem glauben, was sie schreiben, meinen aber, sie wüssten, was sie gedacht haben.
    Die Theologie reklamiert für sich rationales Denken und Wissenschaftlichkeit - trotz ihrer Bindung an die Religion schreibt Christian Tapp in Heft 1-2012. Praktisch hat der Rationalismus aber noch nie funktioniert. Rausch und Ratio sind zwei tödliche Feinde. Die Suche nach der Wahrheit ist eine hauptsächlich religiöse Sucht. Nur Theologen haben diese Sucht so rationalisiert, dass sie davon leben können. Eine alte Weisheit sagt, wer Glauben schenkt, ist ihn los. Manchmal sind Geschenke eine schöne Bescherung. Nur wer sich nichts schenkt, dem bietet die Natur alles. Die meisten und schlimmsten Übel, die der Mensch dem Menschen zugefügt hat, entsprangen dem felsenfesten Glauben an die Richtigkeit falscher Überzeugungen. Was eignet sich besser für eine moderne Überzeugung als eine zum Dauerzustand gewordene Lüge? Manche Theologen interessiert nicht das Thema, sondern nur die Interpretationshoheit.
    Bibeltexte widerlegen keine Wissenschaft, schreibt Christian Tapp weiter. Selbst die neueste Bibel bleibt immer alt. Und die Bibel hat doch Recht! Wein läßt sich nicht nur aus Trauben gewinnen. Diejenigen, welche heute festlegen, was wissenschaftlich bewiesen ist, sind jene, über deren Unwissenheit man morgen schmunzeln wird. Eine Lehre, die weder auf wissenschaftlichen Gründen beruht, noch auf sichere und richtig gedeutete Erfahrungen sich stützt, kann auch nicht wissenschaftlich widerlegt werden. Wissenschaftliches Denken ist eine Methode zur Überprüfung von Vermutungen. Wenn ich vermute: »Im Kühlschrank könnte noch Bier sein ...«, und ich schaue nach, dann betreibe ich, banal gesagt, im Prinzip schon eine Vorform von Wissenschaft. In der Theologie dagegen werden Vermutungen in der Regel nicht überprüft. Wenn ich also nur behaupte: »Im Kühlschrank ist Bier«, bin ich Theologe. Wenn ich nachsehe, nichts finde, aber trotzdem behaupte: »Es ist Bier drin!«, dann bin ich Esoteriker. Theologen tun gerne so, als könnten sie Gott ins Notizbuch schauen. Woher nehmen sie eigentlich diese Anmaßung? Theologie ist die geistreiche Übersetzung des Unerklärlichen in das Unverständliche.
    Menschen, die von Berufs wegen Recht behalten müssen, werden sich niemals freiwillig in die Fessel der Definition begeben. Konfessionelle Apologeten beanspruchen eine Art „Bildungsauftrag” und meinen, sie müssten die Leute nur religiös erziehen, dann ließen sie schon von ihren „Irrtümern” ab. Christian Tapp hat mir keine brauchbaren Erkenntnisse vermittelt. Gegen diese Theologie muss ich meine Werte verteidigen. Die da sind: Man hüte sich vor Wissenschaftlern, die die Weltformel suchen und von der Erdformel nichts wissen wollen. Verbildung und Irreleitung, Bildungsmangel und mangelndes Rechtsbewusstsein werden gedankenlos hingenommen, weil infolge eines versagenden Wertesystems nirgends mehr ein Halt geboten wird, der uns von Natur aus zusteht.
    Es gibt zwei leidige Arten von Gläubigen: jene, die das Unfaßbare glauben, und jene, die glauben, der „Glaube” müsse verworfen und abgelöst werden durch die „wissenschaftliche Methode” (Max Born).
    Selbstschöpfung ist der freieste Entscheid des einzelnen Menschen und kann Einklang mit dem Göttlichen im Einzelnen niemals geschaffen werden, wenn er am Gängelband eines anderen durch das Leben geht.
    Den Wert von Theologen und Wissenschaftlern kann man erst ermitteln, wenn man sie aus der Fassung bringt. Das bunte Spektrum setzt sich aus vielen Farblosen zusammen. In ›Spektrum der Wissenschaft‹ vom März 2003 steht: „Homo sapiens: älter als vermutet!” Da haben sie noch was vergessen: und dümmer als vermutet! Wahrheit, die wir uns nicht leisten können, bekämpfen wir; sogar mit Gesetzen der Theologie. Sich dann auch noch verteidigen, heißt, stehen bleiben.

    Mit freundlichen Grüßen
    vom Seismografen des Friedrich Witte
  • Haltlose Vorwürfe, aber dennoch eine Bereicherung

    06.02.2012, Prof. Dr. Wolfgang Kinzel, Würzburg
    Tony Rothmans Kritik an den Physik-Vorlesungen mag für das "Undergraduate"-Studium an seiner Universität in Princeton/USA zutreffen, aber für das Physik-Studium an unserer Fakultät in Würzburg - und sicherlich überall in Deutschland - gilt das nicht.

    Unsere Studentinnen und Studenten lernen, dass Physik keinen absoluten Wahrheitsanspruch hat, sondern auf Hypothesen beruht, die zwar experimentell äußerst gut bestätigt wurden, die jedoch immer wieder kritisch hinterfragt und gegebenenfalls erweitert oder sogar ersetzt werden müssen. In den Vorlesungen wird keinesfalls verschwiegen, dass Physiker trotz universeller Gesetze auf Näherungen angewiesen sind, um diese Gesetze auf komplexe Systeme anzuwenden. Schwierigkeiten mit der Interpretation und dem anschaulichen Verständnis der Quantenmechanik, mit der Herleitung der Statistischen Mechanik und ungelöste Problem werden offen angesprochen. Rothmans Vorwürfe zu Schmutz, Schwindel, Unredlichkeit, ja sogar Betrügereien bei der Vermittlung der Physik sind daher haltlos.

    Selbstverständlich verwenden wir nicht den Großteil unserer Vorlesungen, um ungelöste Probleme zu diskutieren. Wir wollen unsere Studierenden dafür begeistern, dass es einen Teil unserer Natur gibt, für den wir eine Vielzahl von messbaren Phänomenen durch einige wenige mathematische Gesetze erklären können. Die Eigenschaften von Licht, Radiowellen und Röntgenstrahlung werden beispielsweise durch die Maxwell-Gleichungen erklärt. Das sind großartige Erkenntnisse, die schließlich zu wichtigen technischen Anwendungen geführt haben.

    In der Relativitätstheorie und in der Quantenmechanik lernen Physikerinnen und Physiker, dass sie die Anschauung verlassen müssen, um mithilfe weniger grundlegender mathematischer Gesetze zahlreiche völlig unterschiedliche experimentelle Ergebnisse zu erklären. Solche Erkenntnisse führen ebenfalls zu wichtigen Anwendungen, beispielsweise zu den elektronischen Bauelementen.

    Wir verschweigen aber auch nicht, dass die Physik (noch?) keine Lösung zu einem großen Teil unserer Natur liefert. Für die Biologie gibt es beispielsweise noch keine universelle quantitative Theorie. Und obwohl die Biophysik immer mehr zu diesen Fragen beitragen kann, darf durchaus bezweifelt werden, ob es die universelle Theorie des Lebens jemals geben wird.

    Obwohl die harte Kritik von Tony Rothman für unser Physikstudium nicht zutrifft, hat sein Aufsatz an unserer Fakultät unter Studenten und Dozenten zu einer lebendigen Diskussion geführt. Brauchen wir mehr Erkenntnis- und Wissenschaftheorie im Physikstudium? Wird zuviel gerechnet und zuwenig verstanden? Müssen die Schwierigkeiten und Grenzen der Physik stärker betont werden? Sollen lösbare Probleme in den Übungen reduziert und mehr Wert auf Näherungs-Methoden gelegt werden? Solche Diskussionen sind ein erfreulicher Effekt des Aufsatzes von Rothman, der damit zur ständigen Verbesserung des Physikstudiums beiträgt.
  • Beeindruckendes Ergebnis

    06.02.2012, Helga Bischof
    Ich bin zutiefst beeindruckt von diesem Untersuchungsergebnis! Ich finde es verhaltenspsychologisch sauber durchgeführt und möchte zu gerne wissen, was solche "wissenschaftlichen Philosophen" oder "philosophische Wissenschaftler" wie Herr Metzinger u.w. ("EGO-TUNNEL") für neue Worthülsen erschaffen würden um diese Erkenntnis zu konterkarieren - weil doch nicht sein kann, was nicht sein darf!
  • Mandel Lotterie Jackpot

    05.02.2012, hennig.norbert@gmail.com
    was ist, wenn andere "zufällig" gewinnen? was ist, wenn andere auch nach diesem verfahren vorgehen?
  • endprodukt?

    05.02.2012, Jan Doerr
    Wie setzt sich das Endprodukt zusammen? Wie wirkt der Katalysator auf andere Lebewesen?
    Antwort der Redaktion:

    Sehr geehrter Herr Doerr,

    vielen Dank für Ihre Nachfrage: Wie sich der Pilz auf andere Lebewesen auswirkt, darüber treffen die Forscher noch keine Aussage. Bislang handelt es sich um eine reine Laboranalyse, die noch nicht im Freiland untersucht wurde. Prinzipiell zerlegen diese Pilze den Ausgangsstoff aber zu Kohlendioxid, Stickoxiden und Wasser.

    Mit freundlichen Grüßen
    Daniel Lingenhöhl

  • Einschätzung von Herrn Willmitzer wird geteilt

    04.02.2012, Dr. J.Götz
    Deutschland vergibt seine Chancen, indem seine Bürger aus emotionaler Abneigung - häufig unter dem Deckmantel eines "Sicherheitsdenkens" - Technologien verdammen. Dabei haben breite Schichten wenig Grundkenntnisse, um die zur Diskussion stehenden Sachverhalte hinreichend beurteilen zu können. Selbst die Chance, an sich an "Tagen der offenen Tür" Kenntnisse zu verschaffen und Fragen zu stellen, wird nur in geringem Umfang genutzt. Stattdessen vertrauen sie lieber - mehr oder weniger - den Medien.

    Der Wissenschaft vertraut man eher weniger, weil man zu ihr ein zwiespältiges Verhältnis hat. Einerseits zwar Respekt vor der wissenschaftlichen Leistung, aber auch Furcht, weil von Otto Normalbürger nicht zu verstehen. Die Medien machen ihrerseits aus dieser Situation das große Geschäft: Sie versehen halb Verstandenes mit einer reißerischen Überschrift und verkaufen es.

    Und auf diese Art und Weise werden in der breiten Masse Grundhaltungen aufgebaut, die mehr von Halbwahrheiten und Emotionen, aber gerade nicht von Kenntnissen bestimmt sind. Und dann gibt es noch Politiker und Wahlen. Eine hervorragende Darstellung zu deren Rolle findet sich in ZRP 1/2006 S. 10 ff in dem Artikel "Die Wahlabhängigkeit der Politiker als Funktionsmangel der Demokratie" von Herr Prof. Dr. Dr. hc. W. Schmitt Glaeser. Diesem Artikel ist nichts hinzuzufügen, außer, dass so auch die so genannte "Energiewende" 2011 zustande gekommen ist.