Bei der gegenwärtigen Diskussion um die Kernenergie spielen - neben der Sicherheit - die Uranreserven eine gewichtige Rolle. Wie lange der Kernbrennstoff Uran noch reicht, darüber kann man die verschiedensten Zahlen lesen: von 25 Jahren (Trittin) über 200 Jahre (Uranindustrie) bis zu mehreren tausend Jahren (Schnellbrüterforscher). Im Rahmen dieses blogs möchte ich diese komplexe Materie etwas durchsichtiger machen.
Zunächst einmal eine Binsenweisheit: Reichweitenbetrachtungen für einen Rohstoff (Ressource) - seien es Uran, Erdöl, Eisen, Diamanten etc. - hängen immer vom angenommenen Verbrauch und von den zugrunde gelegten Vorräten oder geschätzten Reserven ab. Der berühmte "Club of Rome" hatte diese Regel in der 70er Jahren nur unzulänglich befolgt, deshalb waren seine Prognosen auch falsch. Man hatte damals die Vorräte der betrachteten Rohstoffe als relativ fix angesehen und auf einen exponentiellen Verbrauch spekuliert, wodurch man zu einer (fehlerhaften) kurzen Reichweite kam. Der heilsame Einfluss der Preissteigerungen und die verstärkte Rezyklierung der benutzten Ressourcen blieben weitgehend unberücksichtigt.
Zurück zum Uran, wobei ich mich auf die Zahlenangaben der Internationalen Atombehörde in Wien (IAEO) und der Deutschen Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) abstütze. Wie ist der ehemalige Umweltminister Trittin zu der relativ kurzen Uranreichweite von nur 25 Jahren gekommen? Ganz einfach. Er hat sich im Jahr 2005 nur auf die billigste Kategorie der Uranvorräte bezogen, wovon es 1.700.000 Tonnen gab und die für unter 40 US-$ pro Kilogramm Uran auf dem Weltmarkt zu beschaffen waren. Diese Uranmenge hat er durch den weltweiten Jahresverbrauch an Uran (damals 68.000 Tonnen) dividiert und kam damit auf 1.700.000 : 68.000 = 25. Nach dieser Rechnung wären also die Uranvorräte in 25 Jahren erschöpft gewesen.
Diese Herangehensweise von Trittin ist rechnerisch zwar korrekt, aber gleichzeitig schlitzohrig. Von einem amtierenden Bundesminister können die Bürger mehr Seriosität erwarten. Denn bereits wenn man einen Uranpreis von knapp über 40 $ pro kg akzeptiert, erhöhen sich die Vorräte (wegen des jetzt höheren Angebots) auf 2.500.000 t und führen zu einer Reichweite von 37 Jahren. Für 80 $/kgU kann man den Rest der Vorräte aufkaufen und landet bei einer Reichweite von ca. 50 Jahren.
Im Prinzip ist es wie bei der Tankstellensuche, die heute jeder Autobesitzer betreibt. Pendelt der Benzinpreis in einer Stadt um die 1,55 Euro pro Liter, so findet man wenige Zapfsäulen an denen der Sprit für 1,52 Euro zu haben ist. Relativ viele kann man anfahren, wenn man sein Kauflimit auf 1,55 schraubt und für 1,60 Euro (oder knapp darunter) kann man praktisch an allen Tankstellen Benzin kaufen.
Nun könnte man einwenden, dass dem Uranpreis nach oben hin enge Grenzen gesetzt sind, denn wenn dieser Energieträger zu teuer wird, dann wird auch der im Kraftwerk erzeugte Strom teuer und bald nicht mehr absetzbar. Dieses Risiko ist jedoch sehr gering. Das Uran trägt nämlich nur mit 3-5% zu den Gesamtkosten der Stromerzeugung bei und beeinflusst selbst bei einem Preisanstieg von 100 oder 200% die Stromkosten damit nur marginal.
Wieder zurück zu unserer Reichweitenabschätzung. Die oben genannte Reichweite von 50 Jahren basiert auf Uranvorräten in "bekannten" Lagerstätten, die tatsächlich vermessen sind. Neben diesen Uranminen gibt es aber noch Vorkommen in der unmittelbaren Umgebung. Diese sind nicht bekannt im strengen Sinne, aber aufgrund geologischer Erfahrungen und Probenahmen sind sie als "vorhanden" einzuschätzen. Nimmt man diese Mengen noch hinzu, so erhält man weitere 35 Jahre an Reichweite. Und wenn man dann noch die "Reserven" betrachtet, die mit wissenschaftlicher und geologischer Kenntnis "sicher vermutet" werden, dann reichen die Uranvorräte insgesamt mindestens 200 Jahre. Das ist der Reichweitenwert, welcher von der Uranindustrie angenommen wird, z.B. der Urenco in Gronau. Natürlich wird dieses Uran, weil es nicht im Tagebau gefördert werden kann, sondern vielleicht aus grösserer Tiefe geholt werden muss, nur zu einem höheren Preis verfügbar sein.
Nochmals zurück zum Benzinmarkt. Der gegenwärtige Anstieg des Benzinpreises signalisiert nicht, wie häufig in den Zeitungen kolportiert, das Ende des Benzinzeitalters. Fast das Gegenteil ist richtig. Die höheren Preise läuten eine neue Phase der Exploration ein. Ölfelder, die früher als unergiebig galten, werden jetzt angebohrt und beliefern in Zukunft den Markt. Nach meiner festen Überzeugung werden auch noch unsere Kinder (und vielleicht sogar die Enkel) mit Benzin ihre Autos fahren - allerdings zu einem höheren Preis.
Bei Nutzung des Schnellen Brüters erhöht sich die genannte Reichweite von 200 Jahren nochmals dramatisch um den Faktor 100, also auf 20.000 Jahre! Der Schnellbrüter ist ein neuartiger Reaktortyp, der auch das "Abfalluran" U-238 in Spaltstoff umwandeln kann. Er wurde unter wesentlicher Mitwirkung des Kernforschungszentrums Karlsruhe entwickelt, in Kalkar am Niederrhein fertig gebaut, aber durch politische Einwirkungen der Grünen und der SPD am Betrieb gehindert. Mittlerweile ist die Planung von schnellen Reaktoren der 2. Generation in vielen grossen Industrieländern im vollen Gange. In Deutschland wird sie wegen der Koalitionsabsprache zwischen CDU und SPD verhindert.
Schliesslich ist zu vermerken, dass Uran auch als Beiprodukt bei der Phosphatgewinnung anfällt - eine weitere Reserve, die ca. 300 Jahre reichen würde. Etwas hypothetisch, aber technisch durchaus machbar, wäre die Abtrennung von Uran aus dem Meerwasser. Die Weltmeere beinhalten die gigantische Menge von 4 Milliarden Tonnen. Selbst wenn man nur ein Promille dieses Uraninhalts gewinnen könnte, wären dies erneut 600 Jahre an zusätzlicher Reichweite - allerdings zu derzeit noch unbekanntem Kostenaufwand.
Eines möchte ich mit dieser detaillierten Darstellung auf alle Fälle erreichen: Zahlenangaben über die Vorräte des Urans und seiner Reichweite bedürfen stets der Kommentierung und Erläuterung. Es ist unsinnig und im Falle des BMU sogar unverantwortlich, Reichweitenzahlen in den öffentlichen Raum zu stellen, ohne die Nebenbedingungen, wie Preise, Art der Lagerstätte u.a.m. deutlich zu benennen.
Die Versorgungssicherheit des Energieträgers Uran wird noch durch zwei weitere Umstände begünstigt, nämlich durch die Art der Herkunftsländer und durch seine leichte Lagerfähigkeit. Während das Erdöl vorallem aus den politisch instabilen Ländern des Nahen Ostens zu uns kommt, ist dies beim Uran nicht der Fall. Die wichtigsten Erzeugerländer dieses Kernbrennstoffs sind Kanada, Australien, USA und Südafrika, alles Gegenden, die politisch stabil sind und bei denen es noch nie zu Lieferschwierigkeiten kam.
Eine günstige Eigenschaft des Urans ist seine ausserordentlich hohe Energiedichte. 1 kg Natururan hat den gleichen Energieinhalt wie 13.000 kg Erdöl oder 19.000 kg Steinkohle. Das bedeutet, dass dieser Energieträger auf kleinem Raum gelagert werden kann. An den deutschen Uranfabriken und Kernkraftwerken ist es kein Problem den Uranbrennstoff für volle 7 Jahre auf kleinem Raum als Vorrat zu lagern. Über diese lange Zeit ist man also autark, d.h. unabhängig von Importen. Beim Erdöl beträgt die deutsche Vorratslagerung lediglich einige Monate.
Fazit: Der Energieträger Uran reicht auf alle Fälle mehrere Jahrhunderte. Will man die Kernenergie ausbauen, so stellt die langfristige Beschaffung dieses Brennstoffs kein Problem dar.
Sonntag, 10. August 2008
Sonntag, 3. August 2008
Die Ewigkeitskosten der Steinkohle
Frau Bärbel Höhn, die Spitzenpolitikerin der Grünen, ist nicht nur von unübersehbarer Statur sondern sie ist auch wortgewaltig, wenn es um ihr Lieblingsthema, die ungeliebte Kernenergie geht. Bei einer kürzlichen Podiumsveranstaltung an der Universität Karlsruhe konnte man das sehen und hören. Alle wirklichen und vermeintlichen Probleme der Kernkraftwerke hatte sie parat und hielt sie dem Vertreter des EnBW-Stromversorgers vor. Gerne hätte man etwas nachgefragt, aber sie entzog sich der Diskussion, indem sie den Hörsaal vorzeitig verliess.
So hätte ich sie beispielsweise zu den ökologischen und finanziellen Auswirkungen des Steinkohlebergbaus in Nordrhein-Westfalen befragen wollen. Immerhin war sie dort 10 Jahre lang (1995 - 2005) Ministerin für Umwelt, Naturschutz und Raumordnung. Sie hat in dieser Zeit die vom ehemaligen Ministerpräsidenten Rau eingeführte "Kohle-Vorrang-Politik" mitgetragen, welche dem deutschen Steuerzahler bis jetzt 130 Milliarden Euro an Subventionen gekostet hat. Einfach deswegen, weil man im Ruhrgebiet Steinkohle für 150 Euro Kosten pro Tonne, während sie auf dem Weltmarkt für 50 Euro zu kaufen wäre. Dieser wirtschaftliche Unsinn geht weiter bis zum Jahr 2018 und wird uns Steuerzahler noch einmal 40 Milliarden Euro kosten.
Besonders gravierend sind jedoch die ökologischen Schäden der Steinkohleförderung. Im Bergbaugebiet von Nordrhein-Westfalen hat sich die Erdoberfläche um bis zu 40 Metern abgesenkt, in der Innenstadt von Essen immerhin noch um 16 m. Ohne ständiges Abpumpen des Grubenwassers wäre das Ruhrgebiet längst eine Seenlandschaft.
Bis zu 2000 m Tiefe ist das Kohlegebiet wie ein Schweizer Käse von Schächten und Stollen durchsetzt. Auf der (bebauten) Erdoberfläche entstehen immer wieder Schäden an Gebäuden, Strassen und Bahnlinien, wenn das darunter liegende Abbaugebiet unter Bildung von Trichtern und Rissen wegsackt. Die Hausbesitzer in NRW reichen pro Jahr an die 40.000 Schadensmeldungen ein, zumeist vergeblich.
Die Bewegungen im Untergrund führen nicht nur zu Erschütterungen, sondern auch zu regelrechten Erdbeben. Allein in der Kleinstadt Dorsten kam es im Vorjahr zu 1.100 spürbaren kleineren Beben. Die Bewohner wurden um Schlaf und Ruhe gebracht, Ältere leiden an Herzrasen, Kinder haben Angst. Im Saarland kam es im Februar diesen Jahres zu einem so starken Erdbeben, dass sich der Ministerpräsident Müller entschloss, den Bergbau samt und sonders aufzugeben.
Ein grosses Problem ist die miserable Dokumentation der Schächte und Stollen. Man schätzt, dass es noch mehr als 2.200 Bergbauschächte gibt, deren Lage und Zustand nicht bekannt ist. Sie müssen erst in aufwändigen Suchaktionen wiederentdeckt werden. Die Tageslichtöffnungen dieser Schächte sind häufig verschlossen, nicht selten sogar mit Gebäuden überbaut.
Das allergrösste Problem im Ruhrgebiet sowie in grossen Teilen von NRW stellt jedoch das Grubenwasser dar. Es dringt von unten in die Schächte und Stollen ein und bringt sie zum Einsturz mit entsprechender Trichterbildung an der Oberfläche. Daneben verseucht es in dramatischer Weise das Trinkwasser. Und wenn es schliesslich an die (abgesenkte) Oberfläche gelangt, dann kommt es zu weitläufigen Überschwemmungen und ausgedehnter Seenbildung. Eine grosse Anzahl mächtiger Pumpen muss Tag und Nacht laufen, z.B. im Gebiet von Walsum bei Duisburg. Sie befördern das Grubenwasser aus den abgesackten Gebieten in die entfernten Flüsse, wie den Rhein. Derzeit liegt allein in Walsum die Fördermenge bei 20 Millionen Kubikmeter jährlich.
Man bezeichnet diese Lasten - auch offiziell - als Ewigkeitslasten und die damit verbundenen Kosten als Ewigkeitskosten. Sie gehen einher mit einem unbegrenzten Energieverbrauch. Da der Energieinhalt der geförderten Steinkohle endlich ist, der Strom für die Pumpen aber "ewig" anfällt, wird dieser den Energieinhalt der geförderten Kohle eines Tages übersteigen.
Über diese und ähnliche Dinge hätte ich die einstige Umweltministerin Bärbel Höhn gerne befragt. Aber, wie gesagt, sie musste leider vorzeitig verschwinden.
So hätte ich sie beispielsweise zu den ökologischen und finanziellen Auswirkungen des Steinkohlebergbaus in Nordrhein-Westfalen befragen wollen. Immerhin war sie dort 10 Jahre lang (1995 - 2005) Ministerin für Umwelt, Naturschutz und Raumordnung. Sie hat in dieser Zeit die vom ehemaligen Ministerpräsidenten Rau eingeführte "Kohle-Vorrang-Politik" mitgetragen, welche dem deutschen Steuerzahler bis jetzt 130 Milliarden Euro an Subventionen gekostet hat. Einfach deswegen, weil man im Ruhrgebiet Steinkohle für 150 Euro Kosten pro Tonne, während sie auf dem Weltmarkt für 50 Euro zu kaufen wäre. Dieser wirtschaftliche Unsinn geht weiter bis zum Jahr 2018 und wird uns Steuerzahler noch einmal 40 Milliarden Euro kosten.
Besonders gravierend sind jedoch die ökologischen Schäden der Steinkohleförderung. Im Bergbaugebiet von Nordrhein-Westfalen hat sich die Erdoberfläche um bis zu 40 Metern abgesenkt, in der Innenstadt von Essen immerhin noch um 16 m. Ohne ständiges Abpumpen des Grubenwassers wäre das Ruhrgebiet längst eine Seenlandschaft.
Bis zu 2000 m Tiefe ist das Kohlegebiet wie ein Schweizer Käse von Schächten und Stollen durchsetzt. Auf der (bebauten) Erdoberfläche entstehen immer wieder Schäden an Gebäuden, Strassen und Bahnlinien, wenn das darunter liegende Abbaugebiet unter Bildung von Trichtern und Rissen wegsackt. Die Hausbesitzer in NRW reichen pro Jahr an die 40.000 Schadensmeldungen ein, zumeist vergeblich.
Die Bewegungen im Untergrund führen nicht nur zu Erschütterungen, sondern auch zu regelrechten Erdbeben. Allein in der Kleinstadt Dorsten kam es im Vorjahr zu 1.100 spürbaren kleineren Beben. Die Bewohner wurden um Schlaf und Ruhe gebracht, Ältere leiden an Herzrasen, Kinder haben Angst. Im Saarland kam es im Februar diesen Jahres zu einem so starken Erdbeben, dass sich der Ministerpräsident Müller entschloss, den Bergbau samt und sonders aufzugeben.
Ein grosses Problem ist die miserable Dokumentation der Schächte und Stollen. Man schätzt, dass es noch mehr als 2.200 Bergbauschächte gibt, deren Lage und Zustand nicht bekannt ist. Sie müssen erst in aufwändigen Suchaktionen wiederentdeckt werden. Die Tageslichtöffnungen dieser Schächte sind häufig verschlossen, nicht selten sogar mit Gebäuden überbaut.
Das allergrösste Problem im Ruhrgebiet sowie in grossen Teilen von NRW stellt jedoch das Grubenwasser dar. Es dringt von unten in die Schächte und Stollen ein und bringt sie zum Einsturz mit entsprechender Trichterbildung an der Oberfläche. Daneben verseucht es in dramatischer Weise das Trinkwasser. Und wenn es schliesslich an die (abgesenkte) Oberfläche gelangt, dann kommt es zu weitläufigen Überschwemmungen und ausgedehnter Seenbildung. Eine grosse Anzahl mächtiger Pumpen muss Tag und Nacht laufen, z.B. im Gebiet von Walsum bei Duisburg. Sie befördern das Grubenwasser aus den abgesackten Gebieten in die entfernten Flüsse, wie den Rhein. Derzeit liegt allein in Walsum die Fördermenge bei 20 Millionen Kubikmeter jährlich.
Man bezeichnet diese Lasten - auch offiziell - als Ewigkeitslasten und die damit verbundenen Kosten als Ewigkeitskosten. Sie gehen einher mit einem unbegrenzten Energieverbrauch. Da der Energieinhalt der geförderten Steinkohle endlich ist, der Strom für die Pumpen aber "ewig" anfällt, wird dieser den Energieinhalt der geförderten Kohle eines Tages übersteigen.
Über diese und ähnliche Dinge hätte ich die einstige Umweltministerin Bärbel Höhn gerne befragt. Aber, wie gesagt, sie musste leider vorzeitig verschwinden.
Sonntag, 27. Juli 2008
Über die Gräber
Kürzlich erreichte mich ein Brief aus dem Fichtelgebirge. Meine ehemalige Pfarrgemeinde hatte mich zur "Diamantenen Konfirmation" eingeladen. Sie wird 60 Jahre nach der Erstkonfirmation gefeiert. Der Schreck fuhr mir durch die Glieder ob dieser langen Zeitspanne, aber ich entschloss mich dann doch hinzufahren.
Ein kleines Häufchen ehemaliger Mitschüler und Mitschülerinnen hatte sich auf dem Kirchhof eingefunden. Nicht jeden konnte ich sofort namentlich identifizieren, aber durch geschicktes Fragen gelang es mir, sie in mein Gedächtnis zurückzurufen. Wie sehr hatten sie sich verändert. Insgeheim wollte ich nicht glauben, dass dies auch auf mich zutreffen könnte. Die Gespräche mündeten sehr bald in die gegenseitige Beschreibung des gesundheitlichen Zustands ein. Der eine hatte Herzbeschwerden, die andere erhielt kürzlich eine neue Hüfte und der Dritte sorgte sich um sein künstliches Kniegelenk. Welch ein Unterschied zu der Zeit vor 60 Jahren, als noch das Äpfelstehlen und Mädchenjagen unsere Sinne bewegte.
Die kleine Dorfkirche hatte sich ebenfalls verändert. Der schöne Steinaltar musste vor Jahren einem (ökologischen?) Holzaltar weichen. Während des Gottesdienstes wanderten meine Gedanken zurück ins Jahr 1948. Damals wurde nur konfirmiert, wer vorher die sogenannte Konfirmandenprüfung bestanden hatte. Sie fand eine Woche vor der eigentlichen Konfirmation statt und war öffentlich. In der rappelvollen Kirche fragte uns der Pfarrer eine Stunde lang über den Inhalt des Kathechismus aus. Aber man musste nicht nur die 10 Gebote und die 3 Glaubensartikel auswendig wissen, sondern auch noch deren (lutherische) Auslegung sowie eine Unzahl von Gebeten und Kirchenliedern. Ich war der einzige Gymnasiast und stand unter besonderer Beobachtung der Kirchenbesucher. Zum Glück hatte ich zu jener Zeit ein sehr gutes Gedächtnis, sodass ich praktisch den ganzen Kathechismus auswendig kannte und - wie alle anderen - dieses Examen natürlich gut bestand.
Der "Diamantene Gottesdienst" verlief nach der altbekannten Liturgie und war nach einer guten Stunde beendet. Schnell wurde noch ein Photo aller Beteiligten auf der Kirchtreppe gemacht - das tags darauf in der Lokalzeitung erschien - und schon fanden wir uns auf dem Vorplatz der Kirche wieder. Aber nicht zum Heimgehen oder zum festlichen Essen, nein, der Herr Pfarrer schlug uns noch den Besuch des nahen Friedhofs vor, zu einem "Gang über die Gräber", wie er es nannte. Wir waren alle etwas überrascht; als erster fing sich der Schorsch wieder, welcher dann trocken anmerkte: "Nun ja, wir sind im sterbepflichtigem Alter."
Am Eingang des "Gottesacker" (wie die älteren Leute noch sagen) empfing uns bereits der Friedhofswärter. Er fühlte wohl unsere Verspannung und glaubte etwas zur Auflockerung beitragen zu können, indem er frotzelte: "Ich bin der Friedhofswärter Max und habe eine Menge Leute unter mir - aber keiner hört mehr auf mich."
Die Begräbniskultur meiner Heimatgemeinde ist noch vergleichsweise konservativ. Niemand lässt sich auf einem Friedwald oder gar anonym bestatten. Niemand lässt die Asche seiner Lieben zu Diamanten verpressen, um sie als Ring oder Anhänger mitzuführen. Und schon gar niemand beauftragt die NASA mit der Beförderung der Urne in den Weltraum, wo sie nach dreimaliger Umrundung der Erde in der Atmosphäre verglühen soll.
Nein, da gibt es nur die klassische Erdbestattung oder das Urnengrab. Die Gebühren liegen zwischen 500 und 1.000 Euro für 20 Jahre. Nicht gespart wird an den Grabsteinen, denn das Fichtelgebirge ist mit Steinen gesegnet und so manches Grabmal ist so "opulent" gestaltet, dass man es als nachträgliche Steinigung des Toten ansehen möchte. Interessant sind auch die Inschriften auf den Grabsteinen. Sie zeugen von lauter edlen Menschen und man fragt sich unwillkürlich, wo eigentlich die nicht so guten (vielleicht gar die Gauner) geblieben sind. Aber Tote sind eben beliebt, vielleicht schon deswegen, weil sie sich nicht mehr ändern und - vorderhand - nicht mehr auferstehen.
Es war eine andachtsvolle Stunde, die wir mit Max auf dem Friedhof verbrachten. Besonders berührend, wenn man an den Gräbern Jungverstorbener vorbeiging, etwa kleiner Kinder, die durch einen Unglücksfall zu Tode kamen oder bei 20-jährigen gefallenen Soldaten des 2. Weltkriegs. Aber auch mancher, der sich für unabkömmlich, vielleicht sogar "unsterblich" hielt, lag hier bergraben. Wahre Unsterblichkeit besitzen wir Menschen eben nur solange wie wir leben.
Am Ausgang gaben wir Max ein angemessenes Trinkgeld und wiederun war es Schorsch, der die richtigen Worte fand, als er sagte:
"Man sollte ab und zu auf den Friedhof gehen, dann ist der Übergang nicht so abrupt."
Ein kleines Häufchen ehemaliger Mitschüler und Mitschülerinnen hatte sich auf dem Kirchhof eingefunden. Nicht jeden konnte ich sofort namentlich identifizieren, aber durch geschicktes Fragen gelang es mir, sie in mein Gedächtnis zurückzurufen. Wie sehr hatten sie sich verändert. Insgeheim wollte ich nicht glauben, dass dies auch auf mich zutreffen könnte. Die Gespräche mündeten sehr bald in die gegenseitige Beschreibung des gesundheitlichen Zustands ein. Der eine hatte Herzbeschwerden, die andere erhielt kürzlich eine neue Hüfte und der Dritte sorgte sich um sein künstliches Kniegelenk. Welch ein Unterschied zu der Zeit vor 60 Jahren, als noch das Äpfelstehlen und Mädchenjagen unsere Sinne bewegte.
Die kleine Dorfkirche hatte sich ebenfalls verändert. Der schöne Steinaltar musste vor Jahren einem (ökologischen?) Holzaltar weichen. Während des Gottesdienstes wanderten meine Gedanken zurück ins Jahr 1948. Damals wurde nur konfirmiert, wer vorher die sogenannte Konfirmandenprüfung bestanden hatte. Sie fand eine Woche vor der eigentlichen Konfirmation statt und war öffentlich. In der rappelvollen Kirche fragte uns der Pfarrer eine Stunde lang über den Inhalt des Kathechismus aus. Aber man musste nicht nur die 10 Gebote und die 3 Glaubensartikel auswendig wissen, sondern auch noch deren (lutherische) Auslegung sowie eine Unzahl von Gebeten und Kirchenliedern. Ich war der einzige Gymnasiast und stand unter besonderer Beobachtung der Kirchenbesucher. Zum Glück hatte ich zu jener Zeit ein sehr gutes Gedächtnis, sodass ich praktisch den ganzen Kathechismus auswendig kannte und - wie alle anderen - dieses Examen natürlich gut bestand.
Der "Diamantene Gottesdienst" verlief nach der altbekannten Liturgie und war nach einer guten Stunde beendet. Schnell wurde noch ein Photo aller Beteiligten auf der Kirchtreppe gemacht - das tags darauf in der Lokalzeitung erschien - und schon fanden wir uns auf dem Vorplatz der Kirche wieder. Aber nicht zum Heimgehen oder zum festlichen Essen, nein, der Herr Pfarrer schlug uns noch den Besuch des nahen Friedhofs vor, zu einem "Gang über die Gräber", wie er es nannte. Wir waren alle etwas überrascht; als erster fing sich der Schorsch wieder, welcher dann trocken anmerkte: "Nun ja, wir sind im sterbepflichtigem Alter."
Am Eingang des "Gottesacker" (wie die älteren Leute noch sagen) empfing uns bereits der Friedhofswärter. Er fühlte wohl unsere Verspannung und glaubte etwas zur Auflockerung beitragen zu können, indem er frotzelte: "Ich bin der Friedhofswärter Max und habe eine Menge Leute unter mir - aber keiner hört mehr auf mich."
Die Begräbniskultur meiner Heimatgemeinde ist noch vergleichsweise konservativ. Niemand lässt sich auf einem Friedwald oder gar anonym bestatten. Niemand lässt die Asche seiner Lieben zu Diamanten verpressen, um sie als Ring oder Anhänger mitzuführen. Und schon gar niemand beauftragt die NASA mit der Beförderung der Urne in den Weltraum, wo sie nach dreimaliger Umrundung der Erde in der Atmosphäre verglühen soll.
Nein, da gibt es nur die klassische Erdbestattung oder das Urnengrab. Die Gebühren liegen zwischen 500 und 1.000 Euro für 20 Jahre. Nicht gespart wird an den Grabsteinen, denn das Fichtelgebirge ist mit Steinen gesegnet und so manches Grabmal ist so "opulent" gestaltet, dass man es als nachträgliche Steinigung des Toten ansehen möchte. Interessant sind auch die Inschriften auf den Grabsteinen. Sie zeugen von lauter edlen Menschen und man fragt sich unwillkürlich, wo eigentlich die nicht so guten (vielleicht gar die Gauner) geblieben sind. Aber Tote sind eben beliebt, vielleicht schon deswegen, weil sie sich nicht mehr ändern und - vorderhand - nicht mehr auferstehen.
Es war eine andachtsvolle Stunde, die wir mit Max auf dem Friedhof verbrachten. Besonders berührend, wenn man an den Gräbern Jungverstorbener vorbeiging, etwa kleiner Kinder, die durch einen Unglücksfall zu Tode kamen oder bei 20-jährigen gefallenen Soldaten des 2. Weltkriegs. Aber auch mancher, der sich für unabkömmlich, vielleicht sogar "unsterblich" hielt, lag hier bergraben. Wahre Unsterblichkeit besitzen wir Menschen eben nur solange wie wir leben.
Am Ausgang gaben wir Max ein angemessenes Trinkgeld und wiederun war es Schorsch, der die richtigen Worte fand, als er sagte:
"Man sollte ab und zu auf den Friedhof gehen, dann ist der Übergang nicht so abrupt."
Mittwoch, 9. Juli 2008
Wie gottesgläubig sind Naturwissenschaftler?
"Sire, diese Hypothese brauche ich nicht", sagte Laplace, als Napoleon sich erkundigte, wie der berühmte Mathematiker ein Buch schreiben konnte, ohne Gott zu erwähnen. Demgegenüber ist bekannt, dass Newton, der Entdecker der Schwerkraft, tief religiös war, ebenso wie Kepler - und auch Galilei. Bei Darwin ist das eher zu bezweifeln, denn Evolution und biblische Genesis sind ziemlich diskrepant.
Die Fachzeitschrift "Nature" veröffentlichte 1998 eine Umfrage unter den Mitgliedern der US-National Academy of Science zu deren religiöser Einstellung. Demnach glaubten nur 7 % der Befragten an einen "persönlichen Gott". Das ist fast das genaue Gegenteil vom Profil der amerikanischen Bevölkerung, die mit über 90 % an ein übernatürliches Wesen glauben. Amerikanische Naturwissenschaftler sind also weitaus weniger gottgläubig als der übrige Teil der Bevölkerung.
Ähnlich ist die Situation in Grossbritannien. Bei einer vergleichbaren Umfrage der Royal Society bekannten sich nur 3,3 % der Fellows zu der Aussage: "Ich glaube an einen persönlichen Gott"; 78,8 % lehnten diese These ab. Interessanterweise gab es unter den Biologen noch mehr Atheisten als unter den Physikern.
Erwähnenswert ist auch die Recherche des "Mensa Magazine". ("Mensa" ist eine Vereinigung von Menschen mit hohen Intelligenzquotienten.) Es kam zu dem Ergebnis: "Je höher die Intelligenz oder das Bildungsniveau, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass jemand religiös ist oder irgend eine Form von Glaubensüberzeugung hat".
Obwohl es eine Vielzahl noch lebender Astrophysiker gibt, sind nur ganz wenige ausserhalb ihrer wissenschaftlichen Community bekannt. Stephan Hawking, der britische Kosmologe, ist wohl einer von ihnen. Das hängt zum Teil mit seiner extremen körperlichen Behinderung zusammen, zum Teil auch mit seinen regelmässig erscheinenden populär-wissenschaftlichen Büchern, welche für Laien aber keineswegs so leicht zu lesen sind. Ganz besonders ist sein Name verknüpft mit der Erforschung der esoterisch anmutenden "Schwarzen Löcher", womit er sich seit mehr als dreissig Jahren beschäftigt. Der Nobelpreis konnte ihm noch nicht verliehen werden, denn die experimentelle Verifikation seiner Gedankenwelt ist sehr schwierig.
Hawking wird gelegentlich unterstellt, er sei gottgläubig; das ist aber sicherlich nicht der Fall. Meist bezieht man sich auf sein Buch "Eine kurze Geschichte der Zeit - die Suche nach dem Ursprung des Universums". Es endet mit der dramatischen (oder hinterlistigen?) Formulierung: "...denn dann würden wir Gottes Plan kennen" und wird deshalb ständig falsch interpretiert .
Wer jedoch die sieben weiteren Textstellen in diesem Buch genau liest, bei dem auf "Gott" Bezugzgenommen wird, kann nicht zu der Überzeugung kommen, dass Hawking wirklich religiös im Sinne der Bibel ist.
Der Physiker par excellence ist Albert Einstein. Obwohl bereits 1955 verstorben, scheint ihn heute noch jedes Kind zu kennen - wenn auch nur wenige Erwachsene seine Theorien vom Universum verstehen. Mit der frech herausgestreckten Zunge hat er es sogar bis zur Pop-Ikone geschafft. Zeit seines Lebens und sogar noch danach versuchten die bekannt aggressiven Vertreter der verschiedenen Religionen und Sekten in Nordamerika ihn für sich zu reklamieren. Das hing zum Teil damit zusammen, dass Einstein das Wort "Gott" immer wieder mal in seinen Vorträgen und Publikationen verwendete. Berühmte Einstein-Zitate sind zum Beispiel: "Gott würfelt nicht" oder "Hatte Gott eine Wahl, als er das Universum schuf?", oder "Gott ist raffiniert, aber boshaft ist er nicht".
Übersehen wurde dabei, dass Einstein den Begriff Gott in einem eher metaphorischen, bisweilen poetischen Sinn verwandte. Im Grunde war er Pantheist wie Goethe oder Spinoza, dessen Philosophie er offen bewunderte: "Ich glaube an Spinozas Gott, der sich in der gesetzlichen Harmonie des Seienden offenbart und nicht an einen Gott , der sich mit den Schicksalen und Handlungen der Menschen abgibt."
Trotzden liessen die amerikanischen, werbeerprobten Glaubensfunktionäre nicht locker in ihrem Bemühen, Einstein als einen der Ihren zu gewinnen. Schliesslich riss ihm die Geduld und er tat den weithin publizierten Ausspruch: "Der Gedanke an einen persönlichen Gott ist mir völlig fremd und kommt mir sogar naiv vor." Damit war Einstein bei den allermeisten Amerikanern "unten durch". Ein Rechtsanwalt schrieb ihm, dass er jetzt verstehe, warum Hitler die Juden aus Deutschland vertrieben habe. Und der Gründer einer biblischen Sekte in Oklahoma setzte noch eins drauf, indem er Einstein empfahl: "Gehen Sie dorthin, wo Sie hergekommen sind."
Beenden möchte ich diesen Blog (und damit auch die ganze Blog-Serie über das Universum) mit einem unsterblichen Satz des britischen Mathematikers und Philosophen Bertrand Russel. Als dieser einmal gefragt wurde, was er sagen würde, wenn er nach seinem Tod tatsächlich Gott gegenüber stünde und erklären müsse, warum er nicht an ihn geglaubt habe, lautete seine Antwort:
"Keine ausreichenden Anhaltspunkte, Gott, keine ausreichenden Anhaltspunkte."
Die Fachzeitschrift "Nature" veröffentlichte 1998 eine Umfrage unter den Mitgliedern der US-National Academy of Science zu deren religiöser Einstellung. Demnach glaubten nur 7 % der Befragten an einen "persönlichen Gott". Das ist fast das genaue Gegenteil vom Profil der amerikanischen Bevölkerung, die mit über 90 % an ein übernatürliches Wesen glauben. Amerikanische Naturwissenschaftler sind also weitaus weniger gottgläubig als der übrige Teil der Bevölkerung.
Ähnlich ist die Situation in Grossbritannien. Bei einer vergleichbaren Umfrage der Royal Society bekannten sich nur 3,3 % der Fellows zu der Aussage: "Ich glaube an einen persönlichen Gott"; 78,8 % lehnten diese These ab. Interessanterweise gab es unter den Biologen noch mehr Atheisten als unter den Physikern.
Erwähnenswert ist auch die Recherche des "Mensa Magazine". ("Mensa" ist eine Vereinigung von Menschen mit hohen Intelligenzquotienten.) Es kam zu dem Ergebnis: "Je höher die Intelligenz oder das Bildungsniveau, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass jemand religiös ist oder irgend eine Form von Glaubensüberzeugung hat".
Obwohl es eine Vielzahl noch lebender Astrophysiker gibt, sind nur ganz wenige ausserhalb ihrer wissenschaftlichen Community bekannt. Stephan Hawking, der britische Kosmologe, ist wohl einer von ihnen. Das hängt zum Teil mit seiner extremen körperlichen Behinderung zusammen, zum Teil auch mit seinen regelmässig erscheinenden populär-wissenschaftlichen Büchern, welche für Laien aber keineswegs so leicht zu lesen sind. Ganz besonders ist sein Name verknüpft mit der Erforschung der esoterisch anmutenden "Schwarzen Löcher", womit er sich seit mehr als dreissig Jahren beschäftigt. Der Nobelpreis konnte ihm noch nicht verliehen werden, denn die experimentelle Verifikation seiner Gedankenwelt ist sehr schwierig.
Hawking wird gelegentlich unterstellt, er sei gottgläubig; das ist aber sicherlich nicht der Fall. Meist bezieht man sich auf sein Buch "Eine kurze Geschichte der Zeit - die Suche nach dem Ursprung des Universums". Es endet mit der dramatischen (oder hinterlistigen?) Formulierung: "...denn dann würden wir Gottes Plan kennen" und wird deshalb ständig falsch interpretiert .
Wer jedoch die sieben weiteren Textstellen in diesem Buch genau liest, bei dem auf "Gott" Bezugzgenommen wird, kann nicht zu der Überzeugung kommen, dass Hawking wirklich religiös im Sinne der Bibel ist.
Der Physiker par excellence ist Albert Einstein. Obwohl bereits 1955 verstorben, scheint ihn heute noch jedes Kind zu kennen - wenn auch nur wenige Erwachsene seine Theorien vom Universum verstehen. Mit der frech herausgestreckten Zunge hat er es sogar bis zur Pop-Ikone geschafft. Zeit seines Lebens und sogar noch danach versuchten die bekannt aggressiven Vertreter der verschiedenen Religionen und Sekten in Nordamerika ihn für sich zu reklamieren. Das hing zum Teil damit zusammen, dass Einstein das Wort "Gott" immer wieder mal in seinen Vorträgen und Publikationen verwendete. Berühmte Einstein-Zitate sind zum Beispiel: "Gott würfelt nicht" oder "Hatte Gott eine Wahl, als er das Universum schuf?", oder "Gott ist raffiniert, aber boshaft ist er nicht".
Übersehen wurde dabei, dass Einstein den Begriff Gott in einem eher metaphorischen, bisweilen poetischen Sinn verwandte. Im Grunde war er Pantheist wie Goethe oder Spinoza, dessen Philosophie er offen bewunderte: "Ich glaube an Spinozas Gott, der sich in der gesetzlichen Harmonie des Seienden offenbart und nicht an einen Gott , der sich mit den Schicksalen und Handlungen der Menschen abgibt."
Trotzden liessen die amerikanischen, werbeerprobten Glaubensfunktionäre nicht locker in ihrem Bemühen, Einstein als einen der Ihren zu gewinnen. Schliesslich riss ihm die Geduld und er tat den weithin publizierten Ausspruch: "Der Gedanke an einen persönlichen Gott ist mir völlig fremd und kommt mir sogar naiv vor." Damit war Einstein bei den allermeisten Amerikanern "unten durch". Ein Rechtsanwalt schrieb ihm, dass er jetzt verstehe, warum Hitler die Juden aus Deutschland vertrieben habe. Und der Gründer einer biblischen Sekte in Oklahoma setzte noch eins drauf, indem er Einstein empfahl: "Gehen Sie dorthin, wo Sie hergekommen sind."
Beenden möchte ich diesen Blog (und damit auch die ganze Blog-Serie über das Universum) mit einem unsterblichen Satz des britischen Mathematikers und Philosophen Bertrand Russel. Als dieser einmal gefragt wurde, was er sagen würde, wenn er nach seinem Tod tatsächlich Gott gegenüber stünde und erklären müsse, warum er nicht an ihn geglaubt habe, lautete seine Antwort:
"Keine ausreichenden Anhaltspunkte, Gott, keine ausreichenden Anhaltspunkte."
Montag, 7. Juli 2008
Experimente - Teleskope - Theorien
Astrophysik, jene Kombination aus Elementarteilchenphysik und Astronomie, ist in einem ungeheueren Aufschwung begriffen. Derzeit sind weltweit Dutzende von Experimente im Aufbau, die zum Teil weit über eine Milliarde Euro kosten und für deren Planung und Betrieb oft Tausende von Wissenschaftler nötig sind. Generell ist man den kleinsten Teilchen und Wellen auf der Spur und zwar auf der Erde, unter der Erde und im Weltraum.
Einige Tausend Wissenschaftler arbeiten am europäischen Forschungszentrum CERN bei Genf in der Schweiz. Im LHG-Beschleuniger, der in Kürze in Betrieb gehen soll, will man das Quark-Gluon-Plasma künstlich herstellen, jenen Massebrei, welcher kurz nach dem Urknall entstanden ist. Daneben sucht man Antimaterie, Schwarze Löcher, und - besonders sexy - das sogenannte Higgs-Teilchen, das der Materie sein Gewicht verleihen soll.
Ausgesprochen winzig sind die Neutrinoteilchen und deswegen auch ausserordentlich durchdringend. Wollte man die von der Sonne ausgestrahlten Neutrinos abschirmen, so bräuchte man eine Bleiwand von mehr als 100 Millionen Kilometer Dicke. Derzeit baut man im Forschungszentrum Karlsruhe die Anlage KATRIN auf, eine Art Waage, mit der man hofft, das Gewicht des Neutrinos experimentell bestimmen zu können. Bei einen anderen Experiment, im arktischen Eis, wird ein Eiswürfel von einem Kubikkilometer Ausdehnung mit Sensoren bestückt, welche die seltenen Lichtblitze der Neutrinos detektieren sollen.
Mehrere Forschergruppen beschäftigen sich mit dem Nachweis der Dunklen Materie, deren Elementarteilchen WIMPs genannt werden. Zur Ausschaltung von Störeinflüssen sind die Experimentieranlagen in tiefen Untergrundlabors platziert, so im italienischen Gran-Sasso-Felsen und im französischen Fréjus-Tunnel.
Nach wie vor rätselhaft ist die kosmische Höhenstrahlung, die aus der Tiefe des galaktischen Raums und der Milchstrasse kommt. Sie besteht aus den energiereichsten Atomkernen, die man kennt. Ein einziger Atomkern kann die Bewegungsenergie eines hart geschlagenen Tennisballs erreichen. Vermutlich stammen sie aus explodierenden Sternen, den Supernovae. Auf der Erde lässt sich die Höhenstrahlung nicht direkt, sondern nur über ihre Folgeprodukte, die "Luftschauer" nachweisen. Derzeit geschieht das im Pierre-Auger-Observatorium, welches in der argentinischen Pampa aufgebaut ist. Über die riesige Fläche von 3.000 Quadratkilometern sind 1.600 Detektoranlagen und 24 Teleskope installiert; 250 Wissenschaftler aus 15 Ländern beteiligen sich an diesem Experiment.
Gewissermassen der Champions-League sind die Experimente um die Gravitationswellen zuzuordnen. Sie entstehen, wenn sich Massen beschleunigt bewegen. Dann erzeugen sie in der Raumzeitgeometrie Störungen, die mit Lichtgeschwindigkeit den Raum durcheilen. Die daraus resultierende "Kräuselung" der Raumzeit ist extrem klein, in der Gegend des Durchmessers eines Wasserstoffatoms und darunter. Gravitationswellen wurden von Einstein im Rahmen seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorher gesagt, konnten aber bislang nicht nachgewiesen werden. Umso grösser ist der Ehrgeiz der Forscher in dieser Richtung.
Das Experiment GEO 600 bei Hanover nutzt ein Interferometer, bei dem die Phasenverschiebung zwischen zwei Laserstrahlen gemessen wird. Leider gibt es auf der Erde eine Fülle von Störquellen (wie Verkehr, Mikrobeben etc.) , sodass man auf den Weltraum ausweichen will. Das geplante Experiment LISA besteht aus drei Satelliten, die an den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks mit einer Armlänge von 5 Millionen Kilometer angeordnet sind und welche das Interferometer bilden. Mit ihm hofft man Gravitationswellen zu entdecken, welche bereits beim Urknall entstanden sind und die, nach Meinung der Theoretiker, heute noch als allgegenwärtiges Rauschen das Universum durchziehen.
Teleskope sind nach wie vor notwendig zur astronomischen Beobachtung der Sterne und Galaxien. Derzeit gibt es weltweit mehrere Dutzend Lichtteleskope, die einen Spiegeldurchmesser von über 4 Metern besitzen. Das grösste, mit dem (fantasielosen) Namen "Very Large Teleskope" hat 8,2 m und ist in den chilenischen Anden aufgestellt. Das Hubble-Teleskop besitzt zwar nur einen Spiegeldurchmesser von 2,4 m, ist aber im Weltraum platziert und vermeidet dadurch die störenden Einflüsse der Erdatmosphäre. Es liefert die schärfsten Bilder aus den entferntesten Bezirken des Weltalls.
Die nächste Generation der Superteleskope ist in der Planung. Dem Hubble-Teleskope soll das ebenfalls satellitengestützte Webb-Teleskop nachfolgen mit einem Spiegeldurchmesser von
6-8 m. Es wird auch für die Sammlung von Infrarotlicht geeignet sein. Die Europäer planen das erdgebundene "Overwhelmingly Large Telescope", welches einen Effektivdurchmesser von mehr als 100 m haben wird. Diese riesige Spiegelfläche wird allerdings mosaikartig auf etwa 2000 kleinere Elemente aufgeteilt, die einzeln adjustiert werden können, um Fluktuationen in der Atmosphäre zu vermeiden.
Neben diesen Lichtteleskopen gibt es eine Vielzahl von Spezialteleskope für den übrigen Teil des elektromagnetischen Spektrums. Sie nutzen Ultraviolett-, Röntgen- und Gammastrahlen,
sowie die Infrarot- Mikro- und Radiowellen. Analog zur Akustik kann man das elektromagnetische Spektrum in "Oktaven" einteilen; man würde so über hundert Oktaven erhalten. Das sichtbare Licht entspricht in dieser Analogie nur einer einzigen Oktave. Unsere Lichtteleskope sehen die Welt also nur durch einen sehr schmalen Schlitz im elektromagnetischen Spektrum - wie durch eine Burka!
Auf dem Gebiet der Theorie wird das sogenannte Standardmodell der Teilchenphysik immer mehr abgelöst durch die aufkommende Stringtheorie. Sie postuliert keine Atomteilchen im Sinne von "Punkten", sondern in Form von vibrierenden Saiten (englisch: strings). Ihr Nachteil ist, dass diese strings in Beschleunigern wegen ihrer Kleinheit wohl nie nachweisbar sein werden; ausserdem lassen sie sich mathematisch nicht in den üblichen 3 Raumdimensionen, sondern nur in 9 oder 10 Dimensionen formulieren. Die Stringtheorie benötigt gewissermassen die Mathematik des 21. Jahrhunderts.
Noch gibt es Skepsis bei diesem neuen Kalkül, aber die Stringphysiker sind bereit für ihre Theorie die Hand ins Feuer zu legen. Zum einen, weil sie eine Kraft wie die Gravitation (nahezu) vorhersagt, zum anderen, weil es sich um eine - mathematisch - sehr ästhetische Theorie handelt, die den Weg zur langersehnten "Weltformel" aufzeigen könnte. Darunter verstehen die Physiker die Vereinigung der Quantenmechanik mit der Allgemeinen Relativitätstheorie, woran sich u.a. Heisenberg und Einstein jahrzehntelang (vergeblich) bemüht haben.
Die "formale Ästhetik" einer Theorie hat bei den Physikern einen hohen Stellenwert. Als Einstein 1916 seine Allgemeine Releativitätstheorie vorstellte, gewann er sofort viele Anhänger wegen der mathematischen Eleganz dieser Theorie. Später wurde er gefragt, wie er reagiert hätte, falls sie experimentell nicht bestätigt worden wäre. Er soll gesagt haben:
"Der Herrgott hätte mir Leid getan".
Einige Tausend Wissenschaftler arbeiten am europäischen Forschungszentrum CERN bei Genf in der Schweiz. Im LHG-Beschleuniger, der in Kürze in Betrieb gehen soll, will man das Quark-Gluon-Plasma künstlich herstellen, jenen Massebrei, welcher kurz nach dem Urknall entstanden ist. Daneben sucht man Antimaterie, Schwarze Löcher, und - besonders sexy - das sogenannte Higgs-Teilchen, das der Materie sein Gewicht verleihen soll.
Ausgesprochen winzig sind die Neutrinoteilchen und deswegen auch ausserordentlich durchdringend. Wollte man die von der Sonne ausgestrahlten Neutrinos abschirmen, so bräuchte man eine Bleiwand von mehr als 100 Millionen Kilometer Dicke. Derzeit baut man im Forschungszentrum Karlsruhe die Anlage KATRIN auf, eine Art Waage, mit der man hofft, das Gewicht des Neutrinos experimentell bestimmen zu können. Bei einen anderen Experiment, im arktischen Eis, wird ein Eiswürfel von einem Kubikkilometer Ausdehnung mit Sensoren bestückt, welche die seltenen Lichtblitze der Neutrinos detektieren sollen.
Mehrere Forschergruppen beschäftigen sich mit dem Nachweis der Dunklen Materie, deren Elementarteilchen WIMPs genannt werden. Zur Ausschaltung von Störeinflüssen sind die Experimentieranlagen in tiefen Untergrundlabors platziert, so im italienischen Gran-Sasso-Felsen und im französischen Fréjus-Tunnel.
Nach wie vor rätselhaft ist die kosmische Höhenstrahlung, die aus der Tiefe des galaktischen Raums und der Milchstrasse kommt. Sie besteht aus den energiereichsten Atomkernen, die man kennt. Ein einziger Atomkern kann die Bewegungsenergie eines hart geschlagenen Tennisballs erreichen. Vermutlich stammen sie aus explodierenden Sternen, den Supernovae. Auf der Erde lässt sich die Höhenstrahlung nicht direkt, sondern nur über ihre Folgeprodukte, die "Luftschauer" nachweisen. Derzeit geschieht das im Pierre-Auger-Observatorium, welches in der argentinischen Pampa aufgebaut ist. Über die riesige Fläche von 3.000 Quadratkilometern sind 1.600 Detektoranlagen und 24 Teleskope installiert; 250 Wissenschaftler aus 15 Ländern beteiligen sich an diesem Experiment.
Gewissermassen der Champions-League sind die Experimente um die Gravitationswellen zuzuordnen. Sie entstehen, wenn sich Massen beschleunigt bewegen. Dann erzeugen sie in der Raumzeitgeometrie Störungen, die mit Lichtgeschwindigkeit den Raum durcheilen. Die daraus resultierende "Kräuselung" der Raumzeit ist extrem klein, in der Gegend des Durchmessers eines Wasserstoffatoms und darunter. Gravitationswellen wurden von Einstein im Rahmen seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorher gesagt, konnten aber bislang nicht nachgewiesen werden. Umso grösser ist der Ehrgeiz der Forscher in dieser Richtung.
Das Experiment GEO 600 bei Hanover nutzt ein Interferometer, bei dem die Phasenverschiebung zwischen zwei Laserstrahlen gemessen wird. Leider gibt es auf der Erde eine Fülle von Störquellen (wie Verkehr, Mikrobeben etc.) , sodass man auf den Weltraum ausweichen will. Das geplante Experiment LISA besteht aus drei Satelliten, die an den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks mit einer Armlänge von 5 Millionen Kilometer angeordnet sind und welche das Interferometer bilden. Mit ihm hofft man Gravitationswellen zu entdecken, welche bereits beim Urknall entstanden sind und die, nach Meinung der Theoretiker, heute noch als allgegenwärtiges Rauschen das Universum durchziehen.
Teleskope sind nach wie vor notwendig zur astronomischen Beobachtung der Sterne und Galaxien. Derzeit gibt es weltweit mehrere Dutzend Lichtteleskope, die einen Spiegeldurchmesser von über 4 Metern besitzen. Das grösste, mit dem (fantasielosen) Namen "Very Large Teleskope" hat 8,2 m und ist in den chilenischen Anden aufgestellt. Das Hubble-Teleskop besitzt zwar nur einen Spiegeldurchmesser von 2,4 m, ist aber im Weltraum platziert und vermeidet dadurch die störenden Einflüsse der Erdatmosphäre. Es liefert die schärfsten Bilder aus den entferntesten Bezirken des Weltalls.
Die nächste Generation der Superteleskope ist in der Planung. Dem Hubble-Teleskope soll das ebenfalls satellitengestützte Webb-Teleskop nachfolgen mit einem Spiegeldurchmesser von
6-8 m. Es wird auch für die Sammlung von Infrarotlicht geeignet sein. Die Europäer planen das erdgebundene "Overwhelmingly Large Telescope", welches einen Effektivdurchmesser von mehr als 100 m haben wird. Diese riesige Spiegelfläche wird allerdings mosaikartig auf etwa 2000 kleinere Elemente aufgeteilt, die einzeln adjustiert werden können, um Fluktuationen in der Atmosphäre zu vermeiden.
Neben diesen Lichtteleskopen gibt es eine Vielzahl von Spezialteleskope für den übrigen Teil des elektromagnetischen Spektrums. Sie nutzen Ultraviolett-, Röntgen- und Gammastrahlen,
sowie die Infrarot- Mikro- und Radiowellen. Analog zur Akustik kann man das elektromagnetische Spektrum in "Oktaven" einteilen; man würde so über hundert Oktaven erhalten. Das sichtbare Licht entspricht in dieser Analogie nur einer einzigen Oktave. Unsere Lichtteleskope sehen die Welt also nur durch einen sehr schmalen Schlitz im elektromagnetischen Spektrum - wie durch eine Burka!
Auf dem Gebiet der Theorie wird das sogenannte Standardmodell der Teilchenphysik immer mehr abgelöst durch die aufkommende Stringtheorie. Sie postuliert keine Atomteilchen im Sinne von "Punkten", sondern in Form von vibrierenden Saiten (englisch: strings). Ihr Nachteil ist, dass diese strings in Beschleunigern wegen ihrer Kleinheit wohl nie nachweisbar sein werden; ausserdem lassen sie sich mathematisch nicht in den üblichen 3 Raumdimensionen, sondern nur in 9 oder 10 Dimensionen formulieren. Die Stringtheorie benötigt gewissermassen die Mathematik des 21. Jahrhunderts.
Noch gibt es Skepsis bei diesem neuen Kalkül, aber die Stringphysiker sind bereit für ihre Theorie die Hand ins Feuer zu legen. Zum einen, weil sie eine Kraft wie die Gravitation (nahezu) vorhersagt, zum anderen, weil es sich um eine - mathematisch - sehr ästhetische Theorie handelt, die den Weg zur langersehnten "Weltformel" aufzeigen könnte. Darunter verstehen die Physiker die Vereinigung der Quantenmechanik mit der Allgemeinen Relativitätstheorie, woran sich u.a. Heisenberg und Einstein jahrzehntelang (vergeblich) bemüht haben.
Die "formale Ästhetik" einer Theorie hat bei den Physikern einen hohen Stellenwert. Als Einstein 1916 seine Allgemeine Releativitätstheorie vorstellte, gewann er sofort viele Anhänger wegen der mathematischen Eleganz dieser Theorie. Später wurde er gefragt, wie er reagiert hätte, falls sie experimentell nicht bestätigt worden wäre. Er soll gesagt haben:
"Der Herrgott hätte mir Leid getan".
Samstag, 28. Juni 2008
Noch Physik - oder schon Science Fiction?
Die Vorgänge im Weltall werden durch die Naturgesetze bestimmt, wie die Allgemeine und die Spezielle Relativitätstheorie. In der Mikrowelt, innerhalb der Atome, beschreibt die Quantenmechanik das Geschehen. Bei diesen Gesetzmässigkeiten tauchen etwa ein Dutzend physikalischer Grössen auf, welche sich weder räumlich noch zeitlich ändern. Man nennt sie die Naturkonstanten. Zu ihnen gehören beispielsweise die Lichtgeschwindigkeit, die Ruhemasse des Neutrons, das magnetische Moment des Protons, die spezifische Ladung des Elektrons, die Gravitationskonstante u.a.m. Es ist nicht übertrieben zu sagen: die Naturkonstanten determinieren unsere belebte und unbelebte Welt. Die Zahlenwerte dieser Konstanten sind über zehn und mehr Stellen bekannt. Es sind durchweg "krumme" Zahlen, die über mehr als 40(!) Zehnerpotenzen differieren.
Die Physiker haben sich vor einigen Jahren die Frage gestellt, was wohl passieren würde, wenn man die Zahlenwerte dieser Naturkonstanten - gedanklich - leicht variieren würde. Wenn man etwa die Gravitationskonstante 3 % grösser, die Ladung des Elektrons um 5 % kleiner machen würde. Die Konsequenzen wären enorm. Die Lebensdauer unserer Sonne würde sich von 10 Milliarden Jahre auf nur noch 10 Millionen verkürzen; zur Ausbildung des Lebens auf dem Planeten Erde reichte diese Zeitdauer bei weitem nicht aus. Im Falle des Elektrons wäre die Bindung der Atome gestört und es käme nicht zur Bildung der so lebenswichtigen Kohlenstoffmoleküle. Also: schon geringfügige Änderungen der "Grundeinstellung" der Naturkonstanten würde unser Universum zerstören bzw. hätte es gar nicht erst entstehen lassen.
Diese bemerkenswerte Harmonie zwischen der Struktur des Universums und den Bedürfnissen seiner Bewohner wird als "anthropisches Prinzip" bezeichnet. Es liegt auf der Grenzfläche zwischen Physik, Philosophie und Theologie. Die Vertreter der beiden letztgenannten Fächer gehen in seiner Interpretation noch einen Schritt weiter, indem sie (die Philosophen) behaupten: "Eben weil es in unserem Universum Leben gibt, können die Naturkonstanten Werte annehmen, welche die Existenz dieses Lebens möglich machen." Die Theologen, kaum verwunderlich, machen den nächsten ultimativen Schritt, indem sie feststellen: "Hinter dem anthropischen Prinzip steht das Wirken Gottes, dessen Ziel von Anfang an die Erschaffung des Lebens war."
Christliche amerikanische Sekten veranschaulichen das Ganze für ihre Anhänger, indem sie Faltblätter verteilen. Darauf ist ein älterer Herr mit Rauschebart zu sehen, der vor einer Art Banktresor steht und an Knöpfen dreht. Nicht um den Tresor zu öffnen, sondern um unser Weltall "menschenfreundlich" einzustellen. Das Universum eine Fügung Gottes? Die Physiker und mit ihnen die meisten Naturwissenschaftler sind da skeptisch. In der überwiegenden Mehrzahl glauben sie nicht an einen allmächtigen Gott. (Etwas flapsig gesagt: die Arbeitshypothese Gott würde die Physiker arbeitslos machen).
Aber könnte es nicht der pure Zufall sein, welche diese Kombination der Naturkonstanten bewirkt hat, die letztlich zu unserem Universum führte? Kaum glaublich. Die Wahrscheinlichkeit dafür ist sehr, sehr gering. Eher würde ein Lottospieler ein volles Jahr lang jedes Wochenende einen 6er- Lottogewinn erspielen. Wer soll das glauben?
Den Ausweg aus diesem Dilemma bietet folgende Idee: unser Universum ist ein Teil vieler Universen, des Multiversums. Jedem dieser Universen liegen andere Naturkonstanten und Gesetzmässigkeiten zugrunde. Bei einer riesigen, vielleicht sogar unendlichen Zahl von
Paralleluniversen muss zwangsläufig auch eines dabei sein, dessen Parameterjustierung genau dem unsrigen entspricht. Da wir jedoch prinzipiell nicht über den Rand unseres Weltalls hinaussehen können, werden wir wohl über diese Nachbaruniversen auch nichts in Erfahrung bringen können. (Die Hypothese der verbindenden "Wurmlöcher" bzw. "Schlupflöcher"überlasse ich den Science Fiction-Autoren.)
Ganz banal kann man den Kosmos mit einem sehr grossen Kleidergeschäft vergleichen. Ist die Auswahl der Kleider dort nur umfangreich genug, so sind wir nicht überrascht, wenn wir etwas finden, das uns passt. Sollte sich unser Universum als Teil eines riesigen Multiversums herausstellen, so wären die besonderen Gesetze und Naturkonstanten unseres Weltalls keine Überraschung mehr.
Das einzige Mittel gegen Aberglaube sei die Wissenschaft - sagte der Engländer Henry Thomas Buckle. Dürfen wir ihm angesichts der immer schmaler werdenden Grenze noch glauben?
Die Physiker haben sich vor einigen Jahren die Frage gestellt, was wohl passieren würde, wenn man die Zahlenwerte dieser Naturkonstanten - gedanklich - leicht variieren würde. Wenn man etwa die Gravitationskonstante 3 % grösser, die Ladung des Elektrons um 5 % kleiner machen würde. Die Konsequenzen wären enorm. Die Lebensdauer unserer Sonne würde sich von 10 Milliarden Jahre auf nur noch 10 Millionen verkürzen; zur Ausbildung des Lebens auf dem Planeten Erde reichte diese Zeitdauer bei weitem nicht aus. Im Falle des Elektrons wäre die Bindung der Atome gestört und es käme nicht zur Bildung der so lebenswichtigen Kohlenstoffmoleküle. Also: schon geringfügige Änderungen der "Grundeinstellung" der Naturkonstanten würde unser Universum zerstören bzw. hätte es gar nicht erst entstehen lassen.
Diese bemerkenswerte Harmonie zwischen der Struktur des Universums und den Bedürfnissen seiner Bewohner wird als "anthropisches Prinzip" bezeichnet. Es liegt auf der Grenzfläche zwischen Physik, Philosophie und Theologie. Die Vertreter der beiden letztgenannten Fächer gehen in seiner Interpretation noch einen Schritt weiter, indem sie (die Philosophen) behaupten: "Eben weil es in unserem Universum Leben gibt, können die Naturkonstanten Werte annehmen, welche die Existenz dieses Lebens möglich machen." Die Theologen, kaum verwunderlich, machen den nächsten ultimativen Schritt, indem sie feststellen: "Hinter dem anthropischen Prinzip steht das Wirken Gottes, dessen Ziel von Anfang an die Erschaffung des Lebens war."
Christliche amerikanische Sekten veranschaulichen das Ganze für ihre Anhänger, indem sie Faltblätter verteilen. Darauf ist ein älterer Herr mit Rauschebart zu sehen, der vor einer Art Banktresor steht und an Knöpfen dreht. Nicht um den Tresor zu öffnen, sondern um unser Weltall "menschenfreundlich" einzustellen. Das Universum eine Fügung Gottes? Die Physiker und mit ihnen die meisten Naturwissenschaftler sind da skeptisch. In der überwiegenden Mehrzahl glauben sie nicht an einen allmächtigen Gott. (Etwas flapsig gesagt: die Arbeitshypothese Gott würde die Physiker arbeitslos machen).
Aber könnte es nicht der pure Zufall sein, welche diese Kombination der Naturkonstanten bewirkt hat, die letztlich zu unserem Universum führte? Kaum glaublich. Die Wahrscheinlichkeit dafür ist sehr, sehr gering. Eher würde ein Lottospieler ein volles Jahr lang jedes Wochenende einen 6er- Lottogewinn erspielen. Wer soll das glauben?
Den Ausweg aus diesem Dilemma bietet folgende Idee: unser Universum ist ein Teil vieler Universen, des Multiversums. Jedem dieser Universen liegen andere Naturkonstanten und Gesetzmässigkeiten zugrunde. Bei einer riesigen, vielleicht sogar unendlichen Zahl von
Paralleluniversen muss zwangsläufig auch eines dabei sein, dessen Parameterjustierung genau dem unsrigen entspricht. Da wir jedoch prinzipiell nicht über den Rand unseres Weltalls hinaussehen können, werden wir wohl über diese Nachbaruniversen auch nichts in Erfahrung bringen können. (Die Hypothese der verbindenden "Wurmlöcher" bzw. "Schlupflöcher"überlasse ich den Science Fiction-Autoren.)
Ganz banal kann man den Kosmos mit einem sehr grossen Kleidergeschäft vergleichen. Ist die Auswahl der Kleider dort nur umfangreich genug, so sind wir nicht überrascht, wenn wir etwas finden, das uns passt. Sollte sich unser Universum als Teil eines riesigen Multiversums herausstellen, so wären die besonderen Gesetze und Naturkonstanten unseres Weltalls keine Überraschung mehr.
Das einzige Mittel gegen Aberglaube sei die Wissenschaft - sagte der Engländer Henry Thomas Buckle. Dürfen wir ihm angesichts der immer schmaler werdenden Grenze noch glauben?
Freitag, 27. Juni 2008
Das Schicksal unseres Universums
Wie geht es weiter mit unserem Universum? Seit dem Urknall, also seit 13,7 Milliarden Jahren, dehnt es sich schon aus. Wird diese Expansion anhalten? "From here to eternity", wie ein amerikanischer Filmtitel verheisst? Die Kosmologen waren lange Zeit der gegenteiligen Meinung. Sie vermuteten, dass sich die Ausdehnung des Weltalls, wegen der gegenseitigen Anziehung der Galaxien, allmählich abbremsen würde. So wie ein Stein, den man in die Höhe wirft, nach Erreichen seines Gipfelpunkts wieder nach unten fällt, weil ihn die Erde anzieht.
Auch beim Universum kann man sich einen Richtungswechsel vorstellen. Die Expansion würde durch die gravitative Verzögerung allmählich zu einen Ende kommen und in eine Kontraktion übergehen. Die Galaxien und Sterne müssten sich, wegen ihrer Schwerkraft, immer näher kommen und das Universum würde (beschleunigt) in sich zusammen stürzen. Vielleicht in einen Punkt. Vielleicht unter Bildung eines gigantischen Schwarzen Lochs. Vielleicht sogar unter Auslösung eines weiteren Urknalls. Die Amerikaner, praktisch wie sie sind, haben bereits einen anschaulichen Namen für diese kosmologische Katastrophe geprägt: "Big Crunch".
Als die Astronomem, vor wenigen Jahren erst, ihre Teleskope auf alte Supernova-Explosionen richteten, um die Verminderung der Weltraumexpansion zu messen, gab es eine Riesenüberraschung. Die eperimentellen Ergebnisse waren eindeutig: die Expansion des Universums nimmt keineswegs ab, sie bleibt auch nicht konstant - nein, sie nimmt ganz klar zu. Das heisst konkret: des Ausdehnung unseres Weltalls beschleunigt sich, ein Big Crunch ist nicht zu befürchten.
Es muss also eine - noch unbekannte - Energie geben, welche der Gravitation nicht nur Paroli bietet, sondern sie sogar überkompensiert. Die Astrophysiker nennen sie "Dunkle Energie", weil die Träger dieser Energie keine elektromagnetischen Wellen abstrahlen, also dunkel und nicht zu sehen sind. Die berühmte kosmologische Konstante von Albert Einstein schien wieder auferstanden zu sein, allerdings unter anderen Umständen.
Es ist unwahrscheinlich, dass Dunkle Energie künstlich im Labor erzeugt werden kann, zumindest nicht in naher Zukunft. Eine entscheidende Frage ist, ob die Dunkle Energie unveränderlich ist. Falls dies zutreffen sollte, so hätte dies zur Folge, dass sich unser Universum bis in alle Ewigkeit ausdehnt! Man nimmt derzeit an, dass 70 % des Universums aus Dunkler Energie besteht; dann folgen mit 25 % die schon beschriebene Dunkle Materie. Lediglich 5 % ist sichtbare Materie, aus der die Galaxien, die Sterne und die Lebewesen geformt sind!
Unterstellen wir mal diese ungehemmte Expansion unseres Weltalls, was würde dann passieren? Nun, da die Zeit als limitierender Faktor entfällt, kann man sich vieles vorstellen. ("Die Ewigkeit ist lang, besonders zum Ende hin", sagte Woody Allen einmal in einem seiner Filme.) Ernsthaft gesprochen, alle derzeit leuchtenden Sonnen würden in, schätzungsweise, einer Billion Jahre, wegen Brennstoffmangel verlöschen. Neue kämen hinzu, aber wenn die interstellare Materie aufgebraucht sein wird, dann wird es allmählich dunkel - und kalt - im Weltraum werden. Leben, wie wir es verstehen, wäre nicht mehr möglich. Vielleicht bilden sich neue Entwicklungsstufen heraus, was angesichts der riesigen Zeiträume, die zur Verfügung stehen, nicht unmöglich ist. Aber dieses "neue Leben" sähe ganz anders aus; es hätte keine Ähnlichkeit mit jenem, das wir kennen.
Bei den Sonnensystemen würden würden längst ausgeglühte Planeten( wie unsere Erde) um ausgebrannte Sternenreste (wie unsere Sonne) kreisen. Die Galaxien werden sich auf ihren Wege durch das All nahe kommen und miteinander kollidieren. Weil durch Reibung Energie verloren geht, verschmelzen sie schliesslich zu einem riesigen Haufen ungeordneter Sterne.
Falls die Theorien der Kernphysiker stimmen, dann löst sich schliesslich auch die Materie auf. Die Protonen als elementare Bausteine zerfallen und es bleibt nur noch Strahlung übrig. Am Ende gibt es gigantische Schwarze Löcher, die in einem allumfassenden Meer von Photonen und Neutrinos "schwimmen". Sieht so die Ewigkeit aus? Angeblich nicht. Denn nach weiteren 10 hoch 120 Jahren - eine 1 mit 120 Nullen - sollen auch diese Schwarzen Löcher ihr Dasein beenden, indem sie allmählich verdampfen.
Mr. Stephen W. Hawkings hat sich dieses Szenario in seiner Oxforder Studierstube ausgedacht. Und wer von uns Wichten würde diesem Genie widersprechen wollen?
Auch beim Universum kann man sich einen Richtungswechsel vorstellen. Die Expansion würde durch die gravitative Verzögerung allmählich zu einen Ende kommen und in eine Kontraktion übergehen. Die Galaxien und Sterne müssten sich, wegen ihrer Schwerkraft, immer näher kommen und das Universum würde (beschleunigt) in sich zusammen stürzen. Vielleicht in einen Punkt. Vielleicht unter Bildung eines gigantischen Schwarzen Lochs. Vielleicht sogar unter Auslösung eines weiteren Urknalls. Die Amerikaner, praktisch wie sie sind, haben bereits einen anschaulichen Namen für diese kosmologische Katastrophe geprägt: "Big Crunch".
Als die Astronomem, vor wenigen Jahren erst, ihre Teleskope auf alte Supernova-Explosionen richteten, um die Verminderung der Weltraumexpansion zu messen, gab es eine Riesenüberraschung. Die eperimentellen Ergebnisse waren eindeutig: die Expansion des Universums nimmt keineswegs ab, sie bleibt auch nicht konstant - nein, sie nimmt ganz klar zu. Das heisst konkret: des Ausdehnung unseres Weltalls beschleunigt sich, ein Big Crunch ist nicht zu befürchten.
Es muss also eine - noch unbekannte - Energie geben, welche der Gravitation nicht nur Paroli bietet, sondern sie sogar überkompensiert. Die Astrophysiker nennen sie "Dunkle Energie", weil die Träger dieser Energie keine elektromagnetischen Wellen abstrahlen, also dunkel und nicht zu sehen sind. Die berühmte kosmologische Konstante von Albert Einstein schien wieder auferstanden zu sein, allerdings unter anderen Umständen.
Es ist unwahrscheinlich, dass Dunkle Energie künstlich im Labor erzeugt werden kann, zumindest nicht in naher Zukunft. Eine entscheidende Frage ist, ob die Dunkle Energie unveränderlich ist. Falls dies zutreffen sollte, so hätte dies zur Folge, dass sich unser Universum bis in alle Ewigkeit ausdehnt! Man nimmt derzeit an, dass 70 % des Universums aus Dunkler Energie besteht; dann folgen mit 25 % die schon beschriebene Dunkle Materie. Lediglich 5 % ist sichtbare Materie, aus der die Galaxien, die Sterne und die Lebewesen geformt sind!
Unterstellen wir mal diese ungehemmte Expansion unseres Weltalls, was würde dann passieren? Nun, da die Zeit als limitierender Faktor entfällt, kann man sich vieles vorstellen. ("Die Ewigkeit ist lang, besonders zum Ende hin", sagte Woody Allen einmal in einem seiner Filme.) Ernsthaft gesprochen, alle derzeit leuchtenden Sonnen würden in, schätzungsweise, einer Billion Jahre, wegen Brennstoffmangel verlöschen. Neue kämen hinzu, aber wenn die interstellare Materie aufgebraucht sein wird, dann wird es allmählich dunkel - und kalt - im Weltraum werden. Leben, wie wir es verstehen, wäre nicht mehr möglich. Vielleicht bilden sich neue Entwicklungsstufen heraus, was angesichts der riesigen Zeiträume, die zur Verfügung stehen, nicht unmöglich ist. Aber dieses "neue Leben" sähe ganz anders aus; es hätte keine Ähnlichkeit mit jenem, das wir kennen.
Bei den Sonnensystemen würden würden längst ausgeglühte Planeten( wie unsere Erde) um ausgebrannte Sternenreste (wie unsere Sonne) kreisen. Die Galaxien werden sich auf ihren Wege durch das All nahe kommen und miteinander kollidieren. Weil durch Reibung Energie verloren geht, verschmelzen sie schliesslich zu einem riesigen Haufen ungeordneter Sterne.
Falls die Theorien der Kernphysiker stimmen, dann löst sich schliesslich auch die Materie auf. Die Protonen als elementare Bausteine zerfallen und es bleibt nur noch Strahlung übrig. Am Ende gibt es gigantische Schwarze Löcher, die in einem allumfassenden Meer von Photonen und Neutrinos "schwimmen". Sieht so die Ewigkeit aus? Angeblich nicht. Denn nach weiteren 10 hoch 120 Jahren - eine 1 mit 120 Nullen - sollen auch diese Schwarzen Löcher ihr Dasein beenden, indem sie allmählich verdampfen.
Mr. Stephen W. Hawkings hat sich dieses Szenario in seiner Oxforder Studierstube ausgedacht. Und wer von uns Wichten würde diesem Genie widersprechen wollen?
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