Also, wenn die Sonne um die Erde.... Oder: päpstlicher als der Papst

Eigentlich war ich ja immer ein bisschen neidisch auf die Biologen: Diese bekommen ja hin und wieder (unerwünschte) Aufmerksamkeit durch religiöse Fanatiker, die die Evolutionstheorie aus dem Biounterricht verbannen wollen (Stichwort: Intelligent Design, alternativ kann man sich auch via PZ Myer's Pharyngula Blog weiterbilden..). Und wir Physiker? Nichts. Zumindestens nicht in den letzten 250 oder so Jahren. Das ändert sich jetzt jedoch. Denn nun gibt es

Galileo was Wrong. The church was right: First annual conference on geocentrism.

eine Konferenz, die übernächste Woche irgendwo in Indiana stattfinden soll. Wenn ich nichts besseres zu tun hätte, würde ich doch glatt dorthin gehen. Wobei, irgendwie sieht mir die Webseite eher aus wie eine lausig gemachte Werbeseite für ein Buch. Wohl zum Buch gehört dieses Statement:

Galileo Was Wrong is a detailed and comprehensive treatment of the scientific evidence supporting Geocentrism, the academic belief that the Earth is immobile in the center of the universe. Garnering scientific information from physics, astrophysics, astronomy and other sciences, Galileo Was Wrong shows that the debate between Galileo and the Catholic Church was much more than a difference of opinion about the interpretation of Scripture. Scientific evidence available to us within the last 100 years that was not available during Galileo's confrontation shows that the Church's position on the immobility of the Earth is not only scientifically supportable, but it is the most stable model of the universe and the one which best answers all the evidence we see in the cosmos.

So, dieses Buch ist eine detaillierte und umfassende Darstellung der wissenschaftlichen Indizien für Geozentrismus (d.h. dass die Sonne um die Erde....). In diesem Fall wird es ja ziemlich kurz sein. Oder wie erklären es die Autoren, dass wir es mit einem vollkommen falschen Modell geschafft haben, die Bahnen von Raumsonden zum Rande des Sonnensystems auf Jahre im voraus korrekt zu berechnen? Und sonstige "Details", die die moderne Urknalltheorie bestätigen (Hubble Rotverschiebung und kosmische Hintergrundstrahlung anyone?), richtig hinzutricksen. Aber nun ja, was soll man auch in einem Buch über angebliche Wissenschaften erwarten, dessen Hauptautor nur einen Doktor in Theologie hat. Aber sei's drum.

Wenn man sich dann die Vortragsthemen für die Konferenz anschaut, weiss ich nicht, ob ich laut lachen oder mich vor Horror irgendwo verkriechen soll -- "Geocentrism. They know it but they're hiding it" hört sich ja noch nach klassischer Verschwörunstheorie an. Sicher: wir Wissenschaftler sitzen auf einem Berg von Beweisen, die auf ein Geschaffen-in-Sieben-Tagen-Sonne-dreht-sich-um-Erde-Universum hindeuten, aber wir veröffentlichen sie nicht um uns weiterhin Forschungsgelder zu sichern... Oder: "Scientific evidence: Earth in the center of the universe", "Carbon 14 and radiometric dating show young earth"... Da bleibt ja nichts aus dem Gruselkabinett der Pseudowissenschaften ausgespart.

Jahr ohne Sommer

Dank des Vulkans mit unaussprechlichem Namen (oder wer kann Eyjafjallajökull ohne Zungenverrenken aussprechen?) steckt meine Mitbewohnerin gerade in Stockholm fest, ein Kollege auf Capri und mein Doktorvater in seinem Büro -- eigentlich sollte er auf einer Konferenz in den USA sein. Schon Interessant, wie so ein Vulkan so großräumiges Chaos anrichten kann.

Allerdings ist dieses gegenwärtige "Vulkanproblem" doch eher ein kleines -- egal wieviel Reisende jetzt auf Flughäfen festsitzen. So hatte zum Beispiel 1815 der Ausbruch eines Vulkans in Indonesien (für die Geographiexperten und Atlasfetischisten: Tambora) viel gravierendere Folgen: Einen "vulkanischen Winter" oder eben ein Jahr ohne Sommer. Auf Wikipedia (Autor Giorgiogp2)findet man zum Beispiel diese Karte der Durchschnittstemperaturen 1816 im Vergleich zum langjährigen Mittel:



Zwei oder drei Grad mögen sich nicht viel anhören, aber Schnee bis in die tiefen Lagen im Sommer und damit verbundene Missernten hören sich schon weniger lustig an. Ein weiterer Nebeneffekt des Jahres ohne Sommer war dann auch 1817 -- damals schmolz ja praktisch der Schnee zweier Winter in den Alpen -- der höchste jemals gemessene Wasserstand im Bodensee: 636 cm, fast 70 cm mehr als beim großen Hochwasser 1999 (565 cm, der mittlere Wasserstand liegt bei 341 cm, siehe auch hier) -- und damals, das kann ich bezeugen, konnte man knietief im Wasser stehend den Badesteg im Häfler Strandbad hinauswaten.

Russel, Cantor, Gödel und Kollegen

Comics sind nur etwas für Kinder. Alle Comics? Nein, denn man kann ja auch komplexere Geschichten als gallisches-Dorf-verprügelt-Römer erzählen. So erzählt zum Beispiel Logicomix die Geschichte, wie die Grundlagen der Mathematik gelegt wurden in der Form eines Comics. Das hört sich jetzt nach einer wirklich uralten (Euklid, Pythagoras und die ganzen Griechen und so) und staubtrockenen (Mathe löst ja bei vielen schon einen Fluchtreflex aus) Geschichte an, ist aber weder das eine noch das andere. Denn genaugenommen war bis ins neunzehnte Jahrhundert hinein die Mathematik mehr oder weniger auf Sand gebaut. Denn zum Beispiel war der Begriff "unendlich" nur so definiert, wie wir Physiker ihn noch heute gebrauchen -- eben als verdammt große Zahl. Und so sind die Grundlagen der Mathematik eine doch Recht neue Geschichte.

Auftritt Cantor: Cantor entwickelte gegen Ende des neunzehnten Jahrhundert die Mengentheorie. Wobei eine "Menge" eine in Cantors Worten wie folgt definiert ist:

Unter einer Menge verstehen wir jede Zusammenfassung M von bestimmten wohlunterschiedenen Objekten m unserer Anschauung oder unseres Denkens (welche die Elemente von M genannt werden) zu einem Ganzen.

Zwei Mengen haben nun die gleiche Anzahl von Elementen -- man spricht hier auch von "Mächtigkeit" -- wenn man jedem Element der einen Menge eindeutig ein Element der anderen Menge zuordnen kann. So gelang es Cantor zu zeigen, dass es verschiedene Arten von Unendlichkeit gibt. So hat zum Beispiel die Menge aller geraden Zahlen die gleiche Mächtigkeit wie die Menge aller ganzen Zahlen (Integer), da man jeder geraden Zahl ja eine ganze Zahl zuordnen kann -- zwei ist die erste gerade Zahl, vier die zweite und so weiter. Somit ist also die Menge der geraden Zahlen "abzählbar". Ist das nun schon alles? Nein, denn es gibt Mengen, die "überabzählbar" sind, also Mehr Elemente haben als die natürlichen Zahlen. Beispiel gefällig? Zum Beispiel alle reellen Zahlen zwischen 0 und 1. Das kann man einfach durch "reductio ad absurdum" beweisen. Sprich, wir zeigen, dass wenn wir die Aussage als wahr annehmen, in einen Widerspruch geraten. Nehmen wir also an, wir könnten also alle rellen Zahlen zwischen 0 und eins abzählen. So zum Beispiel: 0.234324324 ...-> 1, 0.483543859...-> 2, 0.7777777777... -> 3 und so weiter. Nehmen wir uns jetzt die Zahl vor, deren erste Ziffer um eins größer ist als die erste Ziffer der ersten Zahl, die zweite Ziffer um eins größer ist als die zweite Ziffer der zweiten Zahl usw., sprich 0.398... Haben wir diese Zahl schon gezählt? Nein, diese Zahl stimmt nie mit allen Ziffern der gezählten Zahlen überein. Daher muss es also mehr reelle Zahlen als natürliche Zahlen geben. Und damit war auch gezeigt, dass "unendlich ist eine verdammt große Zahl" nicht eine mathematisch Korrekte Definition ist.

Mit der Mengentheorie kommen wir auch zu Bertrand Russel, der so etwas wie die Hauptperson von Logicomix ist. Genaugenommen bildet ein von ihm gehaltener Vortrag, in dem er sowohl sein eigenes Leben als auch die Entwicklung der mathematischen Grundlagen betrachtet, den Rahmen der ganzen Geschichte. Der Comic folgt ihm bei seinen Besuchen bei Cantor und Frege (einem anderen Grundsteinleger der Mathematik) und seinen eigenen Forschungen dazu. Denn die Mengenlehre half zwar, genau zu definieren, was unendlich bedeutet, doch ein neues Problem wurde durch Russel entdeckt: Russels Paradox. Denn nach dem damaligen Stand der Dinge, gerät man in Widersprüche, wenn man die Menge aller Mengen betrachtet, die sich nicht selbst enthalten. Denn diese Menge müßte sich ja dann auch selbst enthalten. Autsch, da scheint etwas nicht zu stimmen. Russels Beitrag zur Mathematik bestand nun darin, diesen Widerspruch zu lösen und in ungefähr vierhundert Seiten der "Principia Mathematica" zu beweisen, dass 1+1=2 ist. Das aber sauber und logisch konsistent.

Logicomix und auch die Entdeckung der Grundlagen der Mathematik schließen mit Kurt Gödel, der 1935 seinen "Unvollständigkeitssatz" bewies. Anfang des Jahrhunderts hatte David Hilbert noch vorgeschlagen, dass man die Widerspruchsfreiheit logischer Systeme beweisen sollte. Sprich, zu beweisen, dass es man rein hypothetisch jede Aussage beweisen oder wiederlegen kann. Doch Gödel konnte nun zeigen, dass jedes System von Axiomen (Grundannahmen) Aussagen zuläßt, die weder bewiesen noch wiederlegt werde können.

Nun, um zu einem Schluss zu kommen: Ich fand Logicomix richtig unterhaltsam und habe vielleicht noch das ein oder andere (wieder)gelernt. Auf jeden Fall erfährt man einiges über Mathematik und diejenigen, die selbige betreiben. Und da es ja ein Comic ist, ist es einfach zu lesen. Leider zu einfach, denn ein knapper Nachmittag reicht um einmal Logicomix durchzulesen.
Und für mathematische Laien, die bis hierher gekommen sind: Es ist sicherlich kein Fachbuch -- dennn DAS wäre sicherlich revolutionär, ein Fachbuch in comicform.
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Apostolos Doxiadis, Christos Papadimitriou, Alecos Papadatos, Anni de Donna: Logicomix, Bloomsbury Publishing

www.logicomix.com

Zu "Schön" um wahr zu sein

Im Wintersemester 2002/2003 hörte ich Festkörperphysik bei Prof. Bucher in Konstanz. Prof. Bucher war damals das wohl prominenteste Mitglied des Fachbereichs Physik, mit etlichen Weltrekorden auf dem Gebiet der Solarzellenentwicklung. Leider lief ihm damals einer seiner ehemaligen Doktoranden -- Jan Hendrik Schön -- als berühmtester Physiker mit Konstanz-Connection den Rang ab. Und das war nicht gut, denn Schön wurde dadurch prominent, dass er -- um ein sehr stark strapaziertes Wortspiel zu benutzen -- Daten geschönt hatte. Immerhin brachte es ihm so eine Prominenz ein, dass es jetzt sogar ein Buch über den von ihm verursachten Forschunsskandal gibt (Eugenie Samuel Reich: Plastic Fantastic).

Schön promovierte 1997 in Konstanz und wechselte dann zu den Bell Labs in New Jersey. Die Bell Labs haben (vielleicht muss man eher sagen "hatten") einen beinahe mysthischen Ruf: So wurde dort zum Beispiel die Radioastronomie begründet (Jansky, 1932), der Transistor entwickelt (Shockley, 1947) und die kosmische Hintergrundstrahlung entdeckt (Arno und Penzias, 1962). Also kurz: ein großartiger Schritt für einen frisch gebackenen Doktor der Physik. Jedoch waren die Bell Labs Ende der neunziger, Anfang der 2000er Jahre in einer tiefen Krise, nachdem sie erst von AT&T an Lucent verkauft, dann weiter aufgespalten wurden und die Grundlagenforschung mehr und mehr zurückgefahren wurde.

Es ist schwer zunächst schwer zu begreifen, wie es Schön gelang nicht nur die Fachwelt, sondern selbst seine Koautoren hinters Licht zu führen. Aber im Laufe des Buchs wird es einem klar, dass Schön geschickt Lücken nutzte und eben Ergebnisse lieferte, die einfach erstklassig zu sein schienen. Ich kann mir gut vorstellen, dass seine Vorgesetzten bei den Bell Labs jede Meldung liebend für ihre Zwecke nutzten -- um eben in wirtschaftlich schweren Zeiten weiterhin die Grundlagenforschung zu rechtfertigen. Auch nutzte Schön weiterhin Ausrüstung in Konstanz, um einen entscheidenden Bearbeitungsschritt durchzuführen (das Aufbringen der elektrischen Kontakte auf die Kunststoffkristalle, die er untersuchte) . Auf jeden Fall hatten seine Aktivitäten in Konstanz den netten Nebeneffekt, dass er dort ungestört arbeiten konnte -- oder besser gesagt fälschen konnte, denn der in Konstanz durchgeführte Bearbeitungsschritt stellte sich als fiktiv heraus. Denn offiziell war er ja nicht mehr Mitglied am Lehrstuhl Bucher noch arbeitete er an relevanten Fragen für diesen. Und da seine Mitautoren in New Jersey in den Bell Labs sassen, war auch die Wahrscheinlichkeit gering, dass einer von ihnen mal vorbeischauen würde -- "show me how it works, buddy". Kurz gesagt, eine ideale Konstellation um Forschung zu fälschen.

Schön's Fehlverhalten wurde -- wie so oft bei unehrlichem Verhalten -- durch eine gute Mischung von Übertreibung und Nachlässigkeit von Seiten Schöns bemerkt. Zum einen veröffentlichte er bis zu sieben (!) Artikel im Monat -- größtenteils in den sehr angesehen Zeitschriften Nature und Science --, zum anderen beging er offensichtliche Nachlässigkeitsfehler bei seinen Fälschungen, z.B. benutzte nicht zutreffende theoretische Modelle um seine "Meßdaten" zu fabrizieren oder nutzte die gleichen Messwerte für total verschiedene Experimente. Also Dinge, die einfach den Experten früher oder später auffallen mussten.

Leider, aber das geht wohl nicht anders da natürlich Schön für dieses Buch nicht zur Verfügung stand, erfährt man relativ wenig über ihn und seine Gedanken und Motive. Ich kann mir aber gut vorstellen, dass er darauf spekulierte, dass seine Ergebnisse von anderen reproduziert würden und er quasi als Pionier eines Fachgebiets in die Geschichte eingehen würde. Doch muss ihm aber auch von Anfang an klar gewesen sein, welche Risiken sein Verhalten trägt. Von den schlaflosen Nächten, die ich wegen meiner (ehrlichen!) Forschungsarbeit habe, gehe ich davon aus, dass er unter enormen Stress gestanden haben muss -- wenn zu den üblichen Sorgen ("Macht es Sinn, was ich mache?", "Hat das schon jemand gemacht?" etc. etc.) noch die Angst vor der Aufdeckung hinzukommt.

Das schlimmste an Forschungsskandalen ist meiner Meinung nach nicht das Verbreiten falscher Resultate, denn das wird früher oder später -- wenn sich die Experimente nicht reproduzieren lassen -- aufgedeckt, sondern darin, dass wissentlich die Karrieren von anderen Wissenschaftler geschadet wird. Denn Fälschungen wie die von Schön führen dazu, dass etliche Doktoranden buchstäblich Jahre darauf verwenden, Ergebnisse zu reproduzieren, die es noch nie gab. Mit allen Konsequenzen wie Frustration, wenigen Publikationen und so weiter.

Was noch ganz nett an Reich's Buch war, ist dass etliche Leute darin auftauchen, die ich kenne. Neben Prof. Bucher noch Prof. Dieterich in Konstanz(er leitete die Konstanzer Untersuchungskommission, ich habe bei ihm meine Diplomprüfung abgelegt) sowie Leo Kouwenhoven und Teun Klapwijk in Delft. Und Schön? Das letzte mal war er in den Nachrichten, als die Universität Konstanz letzten Herbst beschloss, ihm endgültig den Doktortitel abzuerkennen -- nicht, weil er bei seiner Doktorarbeit schon gefälscht hatte, sondern weil er sich des Tragens des Titels als unwürdig erwiesen hat. Und das hat er in der Tat.
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Eugenie Samuel Reich: Plastic Fantastic -- How the biggest fraud in physics
shook the scientific work

Oder auch: Andrea Neica-Loebell, Schön die Wissenschaft zum Narren gehalten, Telepolis (2002)

Der Tag, an dem wir das Universum entdeckten

Ich habe gerade zwei sehr interessante populärwissenschaftliche Bücher über Kosmologie gelesen: "Big Bang" von Simon Singh (der auch das sehr lesenswerte Buch über Fermats letzen Satz geschrieben hat) und "The day we discovered the universe" von Marcia Bartusiak. Beide Bücher zeichnen den Weg der Entdeckungen nach, die zu unserem heutigen Bild des Kosmos geführt haben. Martusiak's Buch konzentriert sich dabei auf die Entwicklungen in der Astronomie ab Ende des 19. Jahrhunderts bis zu Hubbles Entdeckung der Rotverschiebung entfernter Galaxien im Jahr 1929, während Singh einen großen Bogen von den alten Griechen über Kopernikus und Galilei hin zu Hubble, der Entdeckung der kosmischen Hintergrundstrahlung und neuesten Erkenntnissen aus den COBE und WMAP Kampagnen spannt. Doch alles der Reihe nach.

Lassen wir doch die Geschichte in der Ende des achtzehnten Jahrhunderts beginnen. Herschel konnte damals erstmals Nachweisen, dass unsere Sonne Teil einer größeren Ansammlung von Sternen ist -- unsere Milchstrasse -- und deren Größe abschätzen. Doch ungefähr zur gleichen Zeit wurden immer mehr nebelartige Gebilde entdeckt. Was waren diese Objekte? Waren sie ein Teil unserer Milchstrasse und stellte die Milchstrasse damit das ganze Universum dar? Oder waren sie eigenständige Galaxien?

Eine wichtige Entdeckung auf ganz anderem Gebiet sollte sich als sehr hilfreich erweisen. Henrietta Leavitt, die Anfang des zwanzigsten Jahrhunderts als "Computer" am Harvard Observatorium arbeitete, entdeckte bei der Auswertung von Beobachtungsdaten von variablen Sternen (d.h. Sterne
deren Helligkeit sich mit der Zeit ändert, genauer waren es hier Cepheiden) in der Magellanschen Wolke, dass die Periode ihrer Helligkeitsänderung proportional zu ihrer absoluten Helligkeit war. Sprich je heller ein cepheiden Veränderlicher ist, desto länger die Periodendauer.

Um die Geschichte einigermassen kurz zu halten, kommt nun der Auftritt von Edwin Hubble, der 1919 eine Stelle als Astronom am Mt. Wilson Observatorium in Kalifornien antrat. Zufälligerweise ging dort gerade das leistungsfähigste Teleskop der Welt in Betrieb und Hubble war entschlossen, damit die Frage zu klären, ob die mysteriösen Nebel nun Teil der Milchstrasse waren oder nicht. Ihm gelang es, einige dieser Nebel in Sterne aufzulösen und einige davon als Cepheiden zu identifizieren. Durch die Periodendauer der Helligkeitsschwankung konnte er auf die absolute Helligkeit schliessen. Mit der gemessenen Helligkeit und der Tatsache, dass die Helligkeit eines
Objektes mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt, konnte Hubble die Entfernung dieser Sterne und damit des Nebels bestimmen. Ergebnis: Die bisherigen Nebel sind eigenständige Galaxien weit außerhalb unserer Milchstrasse.

Eigentlich reicht solch eine Entdeckung für ein Forscherleben schon aus, doch Hubble konnte diese vier Jahre später noch einmal toppen: Er wies nach, dass je weiter eine Galaxie von uns entfernt ist, desto rotverschobener ihr Licht ist. Was das bedeutet, kennt man eigentlich aus der Alltagserfahrung eines Krankenwagens, der an einem vorbeifährt. Kommt der Krankenwagen auf einen zu, so ist der wahrgenommene Tonlage der Sirene etwas höher, entfernt sich der Krankenwagen, so ist die Tonlage etwas niedriger. Sprich, eine Verschiebung der Tonlage und damit der Wellenlänge ist ein Maß für die Geschwindigkeit eines zu- oder fortbewegenden Objektes. Gleiches trifft nicht nur für Schallwellen zu, sondern auch für Licht. Rotverschiebung bedeutet hier eine Verschiebung zu einer längeren Wellenlänge hin und damit eine Fortbewegung der Galaxien. Doch was bewegt sich hier eigentlich fort? Es ist nicht so, dass sich die Galaxien fortbewegen, wie sich ein fortgeworfener Ball fortbewegt. Vielmehr folgt aus Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie, dass sich vielmehr der Raum selbst ausdehnt -- eine Folgerung, die Einstein zwar Jahre vor Hubble theoretisch erreichte, doch zunächst nicht wahrhaben wollte. Damit war ein erstes Indiz erbracht, dass das Universum vor einigen Milliarden Jahren in einem Punkt konzentriert war und sich dann auszudehnen begann -- es gab also einen Big Bang.

In den nächsten Jahrzehnten mußten jedoch noch einige Fragen beantwortet werden, bevor die Big Bang Theorie wissenschaftlicher Konsens wurde -- so war die Entstehung der Elemente ebenso wie das Paradoxon zu klären, dass die Erde scheinbar älter war als das Universum (letzteres beruhte auf falschen Messungen...). Eine endgültige Bestätigung des Big Bangs wurde in den sechziger Jahren erbracht, als Wilson und Penzias die kosmische Hintergrundstrahlung -- eine Art "Nachglühen" des Big Bangs -- entdeckten. Da die Big Bang Theorie diese korrekt und alternative Theorien gar nicht
vorausgesagt hatten ging damit Spiel, Satz und Match (vorläufig, nichts ist sicher in der Wissenschaft) an den Big Bang.

Ist somit alles wesentliche über die Entstehung und den Inhalt unseres Universums bekannt? Ein großes NEIN ist die Antwort. Denn genaugenommen wissen wir bis heute nicht, was die "Dunkle Materie", die den Großteil der Masse des Universums ausmacht und allein durch Gravitation mit gewöhnlicher Materie wechselwirkt, eigentlich genau ist. Aber das ist eine eigene Geschichte, über die ich vielleicht mal später was schreibe.

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Simon Singh: Big Bang, dtv
Marcia Bartusiak: The day we discovered the universe, Pantheon Books

Parrots, the universe and everything

Douglas Adams ist ein genialer Autor, da lasse ich keine Gegenmeinung zu. Bekannt ist er vor allem für seine Serie "Per Anhalter durch die Galaxis" (eine fünfteilige Trilogie), die einem unter anderem erklärt, wie man die Wunder der Galaxis für nur wenig Geld sehen kann, warum man immer ein Handtuch bei sich haben sollte und was die Antwort auf die Frage nach dem Sinn des Lebens, des Universums und des ganzen Rests ist (42).

Neben diesen satirischen Büchern hat Adams auch ein Sachbuch über die bedrohten Tierarten unseres Planeten geschrieben. Trotz des doch eher ernsten Themas dringt Adams' Humor quasi aus jeder Textzeile. Beispiel:

This isn't at all what I had expected. In 1985, by some sort of journalistic accident, I was sent to Madagascar with Mark Cawardine to look for an almost extinct sort of lemur called the aye-aye. I had never met Mark, Mark had never met me, and no one, apparently, had seen an aye-aye in years. (...)Mark Cawardine's role, essentially, was to be the one who knew what he was talking about. My role, and one for which I was entirely qualified, was to be an extremely ignorant non-zoologist to whom everything that happened would come as a complete surprise.

Neben dem Aye-aye berichtet dann Douglas Adams über seinen Besuch bei den Komodo-Waranen ("the world's largest lizard"), them Kakapo (einem flugunfähigen Papagei aus Neuseeland) und dem Baji -- dem inzwischen wohl endgültig ausgestorbenen Yangtse-Delphin. 2001 gab Douglas Adams einen Vortrag/Lesung an der UCSB über dieses, sein liebstes aber am wenigsten erfolgreiches Buch, den man auch bei Youtube findet:

Why was...?

Why was Heisenberg's wife never satisfied with her husband? -- Well, whenever he had time, he had no energy. Whenever he took position, he lost all the momenum.

And why was Einstein left by his wife? -- Well, the faster he got, the smaller it became!

And last but not least: Why did Galois never score a chick? -- He was just not Abel!

Gell, schon erstaunlich, was für ein Nonsense rauskommt, wenn man mit ner Ladung Physiker einen Abend lang Poker spielt....

Educated guess

Eine beliebte Frage im Physik-Vordiplom war, den Energiegehalt eines Liters Benzins abzuschätzen. Natürlich hatte ich keine Ahnung, wieviel Energie in einem Liter Benzin steckt. Aber mit einem pi mal Daumen geratenen Wert für die Leistung eines Autos und dem Wissen, dass man in einer Stunde mit einem Auto 100 km weit kommt und dabei pi mal Daumen 10 Liter Benzin verbraucht kam man auf einen Schätzwert für den besagten Energiegehalt.

Diese Vordiplomsfrage ist ein Beispiel für eine sogenanntes Fermi-Problem (nach Enrico Fermi, Nobelpreisträger und Pionier der Kernphysik), eine quantitative Abschätzung zu der praktisch keine Daten vorliegen. Fermi war bekannt dafür, auch trotz mangelnder Eingangsdaten gute Abschätzungen liefern zu können. So liess Fermi Papierschnipsel fallen, als ihn die Druckwelle des ersten Atombombentests traf. Daraus konnte er dann eine überraschend gute Abschätzung der Explosionsstärke gewinnen.

Im Blog Astrodictum Simplex gibt es zu Fermi-Problemen -- oder auch als educated guess bekannt -- noch weiteres interessantes zu lesen. Also los!

Kreationismus -- Jetzt auch hier

Bisher habe ich gedacht, Kreationisten (d.h. Leute, die glauben Gott habe die Welt in sechs Tagen erschaffen und sich dann am siebten Tag erst einmal ausgeruht) gäbe es nur in den USA bzw. Kreationisten hier seien eine zu vernachlässigende Randgruppe. Hm, so kann man sich täuschen. Zumindestens gibt es hier in den Niederlanden eine Gruppe "Bijbel en Onderwijs" (Bibel und Bildung), die reich genug ist, um alle Haushalte eine Broschüre mit dem ”Evolutie of Schepping – Wat geloof jij?” (Evolution oder Schöpfung -- Was glaubst du?) zu schicken. Lockere 6,5 Millionen Exemplare, Kostenpunkt: 250.000 Euro. Leider ist diese Broschüre bei mir noch nicht aufgetaucht -- oder einer meiner Mitbewohner hat sie sich unter den Nagel gerissen. Marnix, mein Bürokollege, hat sein Exemplar noch irgendwo herumfliegen und will es morgen mitbringen. Bin ja schon gespannt, ob die holländischen Evolutionskritiker etwas logischere Argumente als ihre Kollegen in den USA haben. Darauf wetten würde ich allerdings nicht.

Es gibt auch schon eine Gegenaktion dazu, mit einem passenden Sticker für die Haustür:


Der Aufkleber ist einem hier in Holland weit verbreiteten "Werbung Nein -- Post gerne" Aufkleber nachempfunden und soll eben den Briefkasten von zukünftigen kreationistischen Heimsuchungen freihalten.

Happy Birthday, Charles!

Wie eigentlich meistens bin ich etwas zu spät dran mit meinen Geburtstagswünschen... Nun gut, also am 12. Februar wäre Charles Darwin 200 Jahre alt geworden. Daher: Happy Birthday, Charles! Zur (nachträglichen) Feier des Tages die Ergebnisse einer inzwischen älteren Studie über die Akzeptanz der Evolutionstheorie in verschiedenen Ländern (J.D. Miller, E.C. Scott and S. Okamato, Science Aug 11 2006: 765-766):



Die gute Nachricht zuerst: mehr als 60 % der Bevölkerung in Deutschland und den Niederlanden glauben daran, dass die Evolutionstheorie stimmt (die exakte Frage war, ob man daran glaubt, dass der Mensch von anderen Lebensformen abstammt). Aber immerhin mehr als 20 % der Bevölkerung hält diese Behauptung für falsch. Schauder! Evolutionstheorie ist eine der am besten belegten wissenschaftlichen Theorien überhaupt -- egal ob via Fossilien, genetische Studien oder die Entstehung von Antiobiotikaresistenzen, alles bestätigt die These des "Survival of the fittest". Noch viel schlimmer sieht es gegen Ende der Tabelle aus. USA: weniger als 30 % halten Evolutionstheorie für richtig. WTF?! Dort gibt es ja auch seit etlichen Jahren die Bewegung des Intelligent Design, die versucht den Kreationismus (Gott erschuf die Welt in sechs Tagen usw.) durch Hintertüren in den Biologieunterricht einzuschleusen oder wenigstens bei Schülern Zweifel an der Evolutionstheorie durch Warnhinweise zu säen. Natürlich ist Evolution "nur" eine Theorie -- genauso wie Gravitation, aber wenn man ohne Fallschirm aus dem Flugzeug springt wird man sehr schnell feststellen, dass letztere stimmt. Beobachtung lehrt uns, dass diese Theorie sehr gut die Beweise in der Natur erklärt. Intelligent Design dagegen schiebt alle Verantwortung auf einen "intelligenten Designer" ab, der sich natürlich in seiner Allmacht weder beweisen noch wiederlegen läßt. Ganz praktisch, um seinen eigenen Standpunkt zu untermauern aber mit objektivem wissenschaftlichen Arbeiten hat das nichts zu tun und damit in einem Biologieunterricht auch nichts zu suchen.

Ich habe gelesen: "Denken Sie selbst! Sonst tun es andere für Sie" von Vince Ebert

Da es ja praktisch unendlich viele Bücher gibt, jedoch die Ressourcen eines Doktoranden beschränkt sind, ist der Kauf eines Buches stets eine wichtige Investitionsentscheidung für mich. Eigentlich, denn kurz vor meiner Rückfahrt nach Delft bin ich nur zufällig über "Denken Sie selbst! Sonst tun es andere für sie" von Vince Ebert gestolpert. Nun, wer Vince Ebert noch nicht kennt: Er ist neben Oskar Lafontaine und Angela Merkel der dritte Diplom-Physiker, der in Deutschland auf dem Gebiet des Kabaretts und der Comedy recht erfolgreich ist.

Nun gut, also zum Buch: Wieso soll man denn überhaupt denken? Amöben und Bakterien sind die erfolgreichsten Spezies auf der Erde, und die kommen ja bekanntlich ohne viel Verstand aus. Oder hat jemand schon einmal ein Kolibakterium beim Schrödingergleichunglösen beobachtet? Das ist mehr oder weniger der Einleitungsgedanke zum Buch. Danach geht es dann auf einer Rundreise durch die Untiefen der (Un)logik -- zum Beispiel, dass es statistisch gesehen mehr als fragwürdig ist, Lotto zu spielen und wieso technische Anleitungen immer so sind, dass sie nur ein Entwicklungsingenieur verstehen kann.

Ich will jetzt nicht zu viel verraten, aber das Buch hat mir eine ansonsten total verkorkste Heimfahrt aufgeheitert (in Mannheim stellte sich raus, dass mein Zug nach Amsterdam nur bis Köln fährt, der Anschlusszug in Köln hatte ein paar Macken, so dass er in Arnhem schlussendlich liegen blieb). Nur ein Kritikpunkt an Herrn Ebert: Früher, zu seinen Studentenzeiten, mögen vielleicht die Physiker wattierte Nylonjacken auf Partys getragen haben. Heute trägt man dazu verratzte Kaputzenpullies und schlecht sitzende Jeans.

Ich habe gelesen: Freakonomics

In den letzten Monaten etablierte sich das Ökonomen-Bashing quasi als Kaffeepausenunterhaltung in unserer Arbeitsgruppe. Es ging sogar so weit, dass wir ein Bankenbankrottgeh-Tippspiel aufziehen wollten...

Nun, Chris hat mir neulich "Freakonomics" von Steven Levitt und Stephen Dubner ausgeliehen. Und da jetzt Wochenende war und ich immer noch halbkrank bin, hatte ich genug Zeit zu lesen. Eigentlich sagt der Untertitel "A rogue economist explores the hidden side of everything" schon viel über das Buch. Es geht nicht um irgendein grosses, zusammenhängendes Thema, sondern die Autoren zeigen auf, dass offensichtliche Erklärungen oft nicht die volle Wahrheit sind. So zum Beispiel die Wohl kontroverseste Aussage des Buches, das der Rückgang der Gewaltkriminalität der letzten zehn Jahre in den USA nicht durch strengere Gesetze bewirkt wurde, sondern mit der Legalisierung von Abtreibungen Anfang der 70er Jahre. Und so geht es weiter durch das Buch, von Beispiel zu Beispiel. Zum Beispiel: Wieso leben die meisten Crack-Dealer noch bei ihren Müttern? Die Antwort: Auf den untersten Stufen der Ganghierarchie sind die Verdienste nicht viel besser als wenn man Burger braten würde, bei ungleich höheren Risiken (das Todesrisiko eines Gangmitglieds ist auf der Strasse höher als im Todestrakt..). Doch falls man es nach oben schafft, dann sind die Gewinne enorm.

Nun, als Fazit würde ich sagen: Ganz nettes Buch, mit amüsanten Fallstudien, die einen auch zum Nachdenken anregen. Allerdings ist es auch kein Buch, das einen die Wirtschaft im Allgemeinen besser verstehen läßt, außer eben der Erkenntnis, dass schnelle Erklärungen oft nicht ausreichen und man ein bisschen tiefer im Datenwust graben muss.

Volker Pispers: Lehrer, die Fußmatten der Nation?

Auf Hinterm Mond gleich links habe ich die folgenden zwei Clips von Volker Pispers entdeckt. Wie gewohnt zynisch und zu viele unliebsame Wahrheiten erwähnend. Diesmal sind das Opfer die Lehrer, oder es mit Volker Pispers zu sagen: "Ein Kabarett-Abend ohne Lehrer ist wie Bier ohne Alkohol".






Vielem was er da sagt, kann man eigentlich nur zustimmen. Und leider ist es beinahe schon zu traurig als das man darüber lachen kann. So zum Beispiel, dass man "jetzt, alles von den Hecken und Zäunen einsammelt, was bis drei zählen kann" -- war es doch jahrelang sehr schwer eine Anstellung als Lehrer zu finden, bis, ja bis "plötzlich" die Oberschulämter feststellten, dass bald ganze Kollegien in den Ruhestand gehen würden. Das war irgendwann Ende der 90er. Ich selbst hatte ja noch die ganzen Lehrer, die schon meine Mutter 20, 25 Jahre zuvor schon hatte, abgesehen von den "jungen" Lehrern -- meist Klassenkameraden meiner Mutter-- die noch rechtzeitig zur Einstellungswelle der 70er Jahre mit dem Studium fertig wurden.

Und da jetzt Lehrer "auf einmal" knapp sind, wurden gleich die Einstellungsvoraussetzungen ordentlich herabgesetzt -- für unpopuläre Fächerkombinationen (Mathe/Physik zum Bleistift), reicht zum Teil schon ein Schnitt von 4,0 aus. Sprich, jeder, der sich irgendwie durch Studium und Referendariat mogelt, wird eingestellt. Das zieht nicht wirklich nur die fähigsten an, sondern die richtig guten Lehrer (die gibt's, ich hatte ein paar von denen und ich zähle auch meinen Vater dazu) gehen halt im Rauschen der Mittelmäßigkeit unter. Eigentlich sollten es ja die Kultusministerien so machen, wie die grossen Unternehmensberatungen: Mit ordentlicher Bezahlung, an Engagement (und nicht Dienstalter) gekoppelten Aufstiegsmöglichkeiten und guten Arbeitsbedingungen (wieso muss ein Lehrer z.B. selber seinen Computer finanzieren?) die Masse von Absolventen anlocken und wirklich nur die fähigsten Einstellen. Und dann, wenn jemand wirklich ein guter Lehrer ist, auch beide Augen zudrücken, wenn es mit den Formalia nicht ganz so passt. So könnte ich zum Beispiel Mathematik in BaWü nur bis zur siebten Klasse unterrichten -- nicht, weil mir irgendeine pädagogische Ausbildung fehlt, sondern weil mir Mathematik aus dem Hauptstudium fehlt. Dass ich als theoretischer Physiker die Integral- und Differentialrechnung sicherlich genauso gut beherrsche wie ein Mathematiker ist wurscht. Für die Achtklässler und aufwärts muss es schon fortgeschrittene Zahlentheorie sein. Auf jeden Fall ist es so, dass nicht nur unqualifizierte Lehramtsanwärter nicht ausgesiebt werden, sondern auch (unter Umständen als Lehrer besser geeigneten) Quereinsteigern noch Steine in den Weg gelegt werden.

Life -- or the lack thereof -- in Academia

Wenn sich Gleichungen überhaupt nicht mehr vereinfachen lassen, man gar nichts mehr versteht und sowieso kurz davor ist, verrückt zu werden, dann lohnt sich ein Blick zu "Piled Higher and Depper" (phdcomics.com) von Jorge Cham. Und da stellt man fest, dass wohl das Betreuer-Doktorandenverhähltnis wohl überall ähnlich ist (siehe der Comic unten) bzw. die Zuhörerschaft bei Seminaren überall mit dem gleichen beschäftigt sind (siehe der Comic oben).

Es ist wieder soweit

Der Sommer ist aus, der Herbst und somit auch die Preisverleihungssaison hat begonnen. Anfang September wurden die neu geschaffenen Kavli-Preise (für Astronomie, Nano- und Neuroscience -- Slogan: "The biggest, the smallest, the most complex") verliehen und bald werden auch die neuen Nobelpreisträger bekanntgegeben.

Was vielleicht weniger bekannt ist, es gibt noch einen weiteren Preis, der in dieser Jahreszeit verliehen wird: Den Ig-Nobel Preis (Englisch ignobel = unwürdig, siehe auch auf Wikipedia), für unnütze, unwichtige oder skurrile Beiträge zur Wissenschaft. Dieses Jahr wurden zum Beispiel ungemein wichtige Arbeiten zu folgenden Themen ausgezeichnet:

• Die Erkenntnis, dass Flöhe, welche auf Katzen leben, weniger hoch hüpfen können, als solche, die auf Hunden leben (Ig-Nobelpreis in Biologie).
• Die Erkenntnis, dass teure Placebos besser wirken als billige (Medizin)
• Die etwas schlüpfrigen Erkenntnisse, dass Cola ein effektives Spermizid ist (Chemie-Preis) und dass die Tageseinnahmen von Stripperinnen von ihrem Menstruationszyklus abhängen (Wirtschaftspreis)

Bleibt noch zu sagen, dass natürlich alle ausgezeichneten Arbeiten in entsprechenden peer-reviewed Fachjournalen veröffentlicht wurden und also keine Fakes sind.

Top 10 Amazing Physics Videos

Bei wired habe ich heute eine nette Sammlung von Videos gefunden: Die Top 10 der Physik Videos. Von Klassikern wie stehende Wellen und netten Dingen wie Wasserwellen in Schwerelosigkeit bis zum aktuellen Tophit in Sachen Physikvideos, dem LHC Rap, ist alles dabei. Glotzbefehl!

Der LHC kommt -- Oder: Das Ende naht

Bald ist Weihnachten - nur noch 107 Tage. Ist man jedoch Teilchenphysiker (Disclaimer: Bin ich nicht, bin so ein Festkörperlangweiler), dann ist Weihnachten - und genaugenommen Geburtstag, Ostern und was-weiss-ich-noch - schon eher. Nämlich übermorgen. Dann geht der Large Hadron Collider am Cern in Genf endlich in Betrieb.

Mein Prof in Quantenfeldtheorie (damals in Kanada, lang ist's her) pflegte jede der mehreren dutzend Tafelseiten langen Herleitungen mit dem Kommentar einzuleiten: "... actually it is not rocket science to show, that...", damit meinter er, dass die ganze Sache doch eher auf der trivialen Seite des Lebens zu finden ist. Zumindest wenn man vor lauter geh-mü-nüs nicht den Überblick verlor. In der Tat, was der LHC genau macht, lässt sich sogar in einem HipHop-Song in weniger als 4 Minuten 50 erklären:

Somit bekommt die Abkürzung LHC noch eine ganz andere Bedeutung: Lustiger Hiphop Clip.

So und jetzt werfen wir noch einen Blick auf die ernstere Seite der Geschichte: Gerade heute habe ich wieder auf Spiegel Online gelesen, dass sich die Gegner des Beschleunigers inzwischen auf Todesdrohungen verlegt haben, denn anscheinend hat einer der beteiligten Theoretiker (für Experten, Frank Wilczek, Nobelpreis 2004) welche erhalten. Das ist nur eine letzte Episode in den Versuchen einiger, den Start des LHC zu verhindern, da sie befürchten, durch neu erzeugte Teilchen oder Schwarze Löcher könnte die Weltuntergehen. Und das, obwohl durch mehrere Studien belegt wurde, dass die im LHC voraussichtlich entstehenden Teilchen keinerlei Gefahr ausgeht. Weltuntergangswahrscheinlichkeit gleich null. Trotzdem wurde erst im August ein Antrag auf eine Einstweilige Verfügung vom Europäischen Gerichtshof für Menschenrechte abgelehnt. Irgendwie finde ich das ganze bezeichnend für die Wahrnehmung der Physik in der Öffentlichkeit: Wir Physiker sind da nur ein paar verrückte Genies, die wohl im Keller eine Weltuntergangsmaschiene zusammenbauen nur um zu sehen, ob unsere Theorien stimmen oder nicht. Insbesonder mag ich das Zitat eines der Kläger (siehe der zitierte Spiegel-Artikel): "Die Leute bauen immer größere Teilchenbeschleuniger, ohne genau zu wissen, was bei den Experimenten herauskommt." Ja, also wenn man schon genau wüßte, was herauskommt, dann müßte man doch wohl kaum mehr experimentieren. Doch wovon wir Physiker schon eine ziemliche Ahnung haben, sind die Größenordnungen und Zeitskalen auf denen sich die zu erwartenden Effekte abspielen sollen. Und da zeigen alle Indizien darauf hin, dass wir uns mit dem Weltuntergang noch ein bisschen gedulden müssen.

Das Jahrbuch, eine unendliche Geschichte

Vor einigen Wochen ist bei uns eine E-Mail eingetrudelt, dass die Leute von der Fachschaft Physik einen Beitrag für ihr Jahrbuch von uns Theoretikern wollen. Und das alles bitte zum Thema "Einheiten" und irgendwie sollte es auch noch einen Bezug zu unserer Arbeitsgruppe haben. WTF, ich und Einheiten? Was haben die mit mir zu tun? Streng genommen gar nix. So machte sich dann Ratlosigkeit breit und wir beschlossen, die E-Mail einfach zu ignorieren. Dummerweise hat das nicht wirklich funktioniert, denn die Leute von der Fachschaft haben uns weiterhin mit Emails bombardiert. Nun, schlussendlich blieb die Sache durch das Eliminationsprinzip (Urlaub, Ausreden...) an mir und an Chris hängen. Nun, um eine lange Geschichte kurz zu machen, das ist unser Ergebnis:

THEORY, UNITS AND UNITY

Writing something linking the theme for this yearbook of ``eenheid," which is to say unit (or tongue-in-cheek: unity), with the theory group is quite a task, as we found out on doing some brainstorming. The reason being that we theorists typically can't really agree on a common standpoint on questions arising from units. For example, some prefer to use a unit system where both hbar and k_B, i.e. Planck's and Boltzmann's constant, are both equal to one, as it makes formulas less cluttered. Others, in turn, prefer to retain these constants, as it makes their thinking clearer, while still others can't really decide and sometimes set hbar, k_B to one and sometimes not. But essentially, let's be honest: it's all a matter of taste, and so one finds among the twenty--or--so members of the theory group at least twenty--or--so opinions on the pro's and con's of using some system of units or other.

So are we then just a bunch of people who can't agree on anything? The answer is of course: No. We agree, first and foremost, that exploring new fields and uncovering the fundamental laws of nature is a deeply interesting thing to spend time doing. Now for the non--physicist visiting us this might not seem so exciting, as all he will see is people staring at screens or scribbling formulas on scrap paper. Perhaps sadly, no interesting or confusing--looking experimental setups or the like can be found in our offices. Yet, the most exciting thing for us is happening constantly: seeing that all the assumptions and calculations we've made add up to an explanation of an effect observed in experiments, or better yet, one not--yet--observed, but certain to be.

Now, apart from this work, we all enjoy the daily coffee breaks, where the latest news, trivia or the peculiarities of our home countries are discussed in as much detail as a good derivation... But diverse as the group is, with people coming from a half a dozen or so countries and backgrounds, we often find that the only conclusion we can agree on, is that we certainly do not agree. And that of course, brings us full circle back to whether it is better to set $\hbar$ equal to one or not.