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QFT für alle: Der harmonische Oszillator zeigt den Weg ins Vakuum [Hier wohnen Drachen]

Sat, 26 May 12 13:00:00 -0400

The career of a young theoretical physicist consists of treating the harmonic oscillator in ever-increasing levels of abstraction. (Sidney Coleman)

Der harmonische Oszillator ist eins der Lieblingskinder aller PhysikerInnen - zum einen ist es ein Problem, das mit vertretbarem Aufwand exakt lösbar ist, zum anderen hat er viele Anwendungen.

Ein harmonischer Oszillator ist nicht etwa etwas, dass durch seine Schwingungen ganz viel Harmonie verbreitet, sondern einfach die simpelste Form eines schwingenden Systems, das man auch in der klassischen Physik oft betrachtet - ich habe ihn beispielsweise mal verwendet, um Resonanz zu erklären.

Betrachtet einfach eine kleine Masse, die sich am Ende einer Feder befindet. Wir idealisieren das System so weit, dass die Feder ideal ist, also unendlich lange weiterschwingt, wenn ihr die Masse einmal auslenkt.

In so einem System ist die Kraft auf den Massenpunkt proportional zu seiner Entfernung von seiner Gleichgewichtsposition - das ist genau der Grund, warum dieses System so einfach ist. Die Kraft ist also F=-kx; dabei ist in der Mitte bei der Ruhelage x=0. Das Minuszeichen sorgt dafür, dass die Kraft negativ ist, wenn die Auslenkung positiv ist und umgekehrt - damit ist sichergestellt, dass es wirklich eine rückstellende Kraft ist.

Wenn ihr die Masse auslenkt und dann schwingen lasst, dann schwingt sie an der Feder hin und her (die Resonanz). Die Schwingfrequenz, mit der sie das tut (wie oft sie also pro Sekunde hin- und herschwingt) ist eine wichtige Größe. Wie PhysikerInnen so sind, arbeiten wir meist aber nicht direkt mit dieser Frequenz, sondern multiplizieren den Wert der Frequenz mit 2 π und nennen das Ergebnis ω. Haben wir also zwei Schwingungen pro Sekunde, dann haben wir eine Frequenz (manchmal dann auch Kreisfrequenz genannt, das wird aber aus Schlamperei meist weggelassen) von ω=12,28 pro Sekunde. Dieses ω wird später noch wichtig werden.

In der Quantenmechanik arbeitet man ja nicht so gern mit Kräften, sondern lieber mit Energien (die steckt man ja auch in die Lagrange-Funktion rein). Die Energie eines harmonischen Oszillators hängt quadratisch vom Abstand von der Ruhelage ab. (Was übrigens auch logisch ist: Arbeit ist Kraft mal Weg, für eine größere Auslenkung brauche ich zum einen einen längeren Weg, zum anderen wächst ja auch die Kraft.) Wenn unser Massenpunkt also bei x=0 genau in der Gleichgewichtslage ist, dann ist die Energie gegeben durch
E = k x²/2
Die Proportionalitätskonstante ist wieder die Federkonstante k, geteilt durch 2. Die Energiefunktion ist oben im Bild als rote Linie eingezeichnet.

Nun hängen Elektronen normalerweise nicht an Federn dran (so kleine Federn sind schwer zu bauen) - aber man kann Elektronen (und oft auch Atome) trotzdem in vielen Fällen als harmonische Oszillatoren betrachten. Der Grund ist ganz einfach: Ein Elektron, das sich in einem Gleichgewichtszustand befindet, hat ja hier ein Minimum der Energie. Und in der Nähe eines Minimums lässt sich so ziemlich jede Funktion prima durch eine Parabel - also eine quadratische Funktion - annähern, das habt ihr vielleicht mal in der Schule gelernt, als ihr mit der beliebten "Kurvendiskussion" traktiert wurdet. (Die Steigung im Minimum ist Null, also verschwindet die erste Ableitung.)

Wir können jetzt diesen Ausdruck für die Energie in die Grundgleichung der Quantenmechanik (die Schrödingergleichung - ausführlich erklärt auf eurem Lieblingsblog unter "Artikelserien") reinstopfen, einmal an der mathematischen Kurbel drehen, und schauen, was da für mögliche Zustände herauskommen. Diese Zustände werden durch Wellenfunktionen beschrieben, die ich im letzten Teil eingeführt habe.

Die mathematische Herleitung hinzuschreiben erspare ich mir, die steht in absolut jedem QM-Buch dieser Welt. Außerdem geht's mir hier eh nicht um die Mathematik, sondern um die Physik dabei. Wir ärgern uns also nicht lange mit der Rechnung herum (denken aber mitleidig an all die armen Studis, die sich hier mit Hermite'schen Polynomen herumschlagen müssen), und schauen lieber gleich auf die Lösungen.

Je weiter sich das Elektron von der Ruhelage entfernt, desto höher wird seine Energie. Rechnerisch geht die Energie irgendwann gegen unendlich, so dass das Elektron sich niemals losreißen kann. Alle Zustände des Elektrons sind deshalb gebundene Zustände, das Elektron kann nicht entkommen. Die Wellenfunktion des Elektrons (also seine Aufenthaltswahrscheinlichkeitsamplitude (tolles Wort!)) wird also für große Werte von x sehr klein.

Weil die "Feder" (oder was immer das Potential verursacht) das Elektron immer wieder zurückholt, ist der Impuls des Elektrons nicht erhalten. Anders als für die Zustände von freien Elektronen sind Impulszustände (die ebenen Wellen vom letzten Mal) also keine besonders geschickte Wahl zur Beschreibung unseres Systems.

Geeigneter sind Energiezustände. Es gibt Zustände mit genau definierter Energie - wenn das Elektron in einem davon ist, dann ist sein Energiewert genau festgelegt. Für die Energien, die das Elektron dann haben kann, gibt es eine wirklich einfache Formel:
E = ℏω (n+1/2)
Die Energie hängt also zum einen von der Frequenz ω ab, zum anderen von der Zahl n, die man auch "Energiequantenzahl" nennt. n kann beliebige ganzzahlige und nicht-negative Werte annehmen (das kommt direkt aus der Rechnung heraus), also 0, 1, 2 usw. Die Zustände, die zu der jeweiligen Energie gehören, können wir entsprechend der Energie bezeichnen, wir schreiben einfach
|0⟩, |1⟩, |2⟩ usw.
|0⟩ ist also der Zustand, der zur niedrigsten Energie (ℏω/2) gehört, der sogenannte Grundzustand.

Die Energie des Elektrons im Grundzustand ist also nicht Null, anders als in der klassischen Physik, wo das Elektron genau in seiner Gleichgewichtslage zur Ruhe kommen kann und dann weder kinetische noch potentielle Energie hat.

Das wird oft über die berühmte Unschärferelation veranschaulicht: Ein Elektron, dass genau in der Gleichgewichtslage in Ruhe ist, hat einen wohldefinierten Ort und eine wohldefinierte Geschwindigkeit, aber genau so etwas verbietet die Unschärferelation ja. Deswegen bleibt dem Elektron gar nichts anderes übrig, als eine etwas höhere Energie zu haben. (Weil Energie und Impuls zusammenhängen.)

Entsprechend ist das Elektron auch nicht genau in der Ruhelage lokalisiert, sondern hat eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass man es außerhalb der Ruhelage findet, wenn man es misst. Hier ein schönes Bild der Wellenfunktionen unseres Oszillators:

Die Wellenfunktionen sind zeitlich konstant, ändern sich also nicht (das ist für Energie-Eigenzustände immer so).¹ Sie werden demnächst noch wichtig werden, wenn wir uns die Zustände in der QFT anschauen.

¹Anmerkung für spitzfindige LeserInnen: abgesehen von einem zeitabhängigen Phasenfaktor natürlich.

Ganz unten erkennt ihr den Grundzustand (im Bild als Ψ₀ bezeichnet), darüber die nächsten Zustände. Wie ihr sehen könnt, hat das Elektron auch im Grundzustand eine Wahrscheinlichkeit, nicht genau in der Gleichgewichtslage zu sein. Das veranschaulicht auch dieses Bild (leicht modifiziert):

Das wird später, wenn wir über das Vakuum nachdenken, noch sehr wichtig werden. Man spricht hier oft auch von der Nullpunktsenergie, was physikalisch korrekt ist, von Nullpunktsschwingung, was physikalisch weniger korrekt ist, oder gar von Nullpunktsfluktuationen, was physikalisch leider falsch ist. Warum die letzten beiden Begriffe nicht so ganz in Ordnung sind, könnt ihr ganz einfach einsehen: Der Grundzustand ist stabil, da ändert sich nichts. "Fluktuation" impliziert aber ja immer, dass sich irgendwo etwas ändert (eben "fluktuiert"). Ist nicht so, der Grundzustand des harmonischen Oszillators ist ganz stabil, das Elektron ist nur eben nicht genau an einem Ort lokalisierbar.

Genauso ist es übrigens auch mit dem Vakuum - bei den berühmten "Vakuumfluktuationen" fluktuiert auch genau nichts, auch der Vakuumzustand sieht immer exakt gleich aus (allerdings ziemlich kompliziert). Aber bevor ich versuche, euch das Vakuum zu erklären, schauen wir erst noch ein bisschen weiter auf den harmonischen Oszillator.

Wenn ihr euch die Wellenfunktionen oben anguckt, dann sehr ihr, dass sie einigermaßen gleichmäßig über einen gewissen Bereich verteilt sind. Vielleicht wundert euch das, denn wenn man zu sehr hohen Energie übergeht, dann müsste unser Elektron sich doch irgendwann wieder benehmen wie ein klassisches Teilchen. Und klassische Teilchen fliegen, wenn man sie an eine Feder anhängt, ja hin und her, sie oszillieren. Deswegen heißt das Ding ja auch "Oszillator". Passen die Quantenmechanik und die klassische Physik etwa nicht zusammen?

Doch, tun sie. Aber um das Verhalten eines klassischen Teilchens in einem harmonischen Oszillator zu beschreiben, muss man mehrere Energiezustände überlagern, man hat also
|Zustand⟩ = a₀|0⟩ + a₁|1⟩ + a₂|2⟩ + a₃|3⟩ +...
Dabei sind die a's wieder die Wahrscheinlichkeitsamplituden, mit denen die einzelnen Zustände beitragen.

Und mit einer geschickten Wahl dieser a's (sogenannte kohärente Zustände) ergibt sich folgendes für die Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Elektrons:

Hier haben wir jetzt ein "Wellenpaket" (sowas kennen wir ja schon), das sich ganz brav bewegt wie ein klassisches Teilchen und genau mit der richtigen Frequenz hin- und hersaust.

Ein klassisch schwingendes Teilchen lässt sich also tatsächlich mit dem harmonischen Oszillator und den Mitteln der Quantenmechanik verstehen - allerdings ist seine Energie nicht ganz scharf definiert, denn unser Wellenpaket ist ja eine Überlagerung unterschiedlicher Energiezustände.

Wie groß wäre denn aber die Energie von so einem Wellenpaket? Auch das kann man mit den Mitteln der Quantenmechanik herausfinden - man muss aber ein bisschen vorsichtig sein. (Und ja, ihr bekommt heute einen absoluten Turbo-Crashkurs in QM. Falls er zu "turbo" ist und ihr verständnistechnisch wirklich einen Crash erleidet, nörgelt in den Kommentaren.)

Nehmen wir erstmal einen Energie-Eigenzustand, beispielsweise |n⟩. Dessen Energie kennen wir, sie ist ℏω (n+1/2).

Nehmen wir als nächstes an, wir hätten einen Überlagerungszustand, beispielsweise aus dem Grundzustand und dem ersten angeregten Zustand:
|Zustand⟩ = a₀|0⟩ + a₁|1⟩

Dabei ist a₀ die Wahrscheinlichkeitsamplitude für den Zustand |0⟩ und entsprechend a₁ für den Zustand |1⟩.

Der Begriff "Wahrscheinlichkeitsamplitude mit Wert a" bedeutete ja, dass wir bei einer Messung den jeweiligen Zustand mit einer Wahrscheinlichkeit von |a|² messen werden.

Wenn wir also die Energie messen, dann werden wir in |a₀|² der Fälle den Wert ℏω/2 (Grundzustand) messen und in |a₁|²der Fälle den Wert ℏω(n+1/2). Was wir im Einzelfall messen, wissen wir dabei natürlich nicht, aber bei einer einzelnen Messung einer Größe wie der Energie (vornehm ausgedrückt, einer "Observable" - etwas, das man messen kann) bekommen wir immer einen der Energiewerte, die zu einem Eigenzustand gehören. (Die Energieerhaltung wird dabei übrigens nicht verletzt, weil sowohl beim Herstellen als auch beim Messen des Zustandes ja eine Wechselwirkung mit der Umgebung stattfindet. Das im Detail zu erklären wäre vielleicht mal einen eigenen Text wert.)

Oft ist es aber so, dass wir sehr viele Messungen machen und dann darüber mitteln. Denkt beispielsweise ans CERN, da werden Milliarden von Protonen gegeneinandergeballert, und wir messen am Ende zum Beispiel, wie oft die miteinander kollidiert sind. Oder denkt an einen Kristall voller schwingender Atome, von dem ihr die Wärme messt. In beiden Fällen würden wir erwarten, dass die Energie sich als Mittelwert aus den unterschiedlichen Möglichkeiten ergibt. Diesen Wert nennt man den Erwartungswert. Für unseren einfachen Oszillator-Zustand wäre der Erwartungswert
E_erwartung = |a₀|² ℏω/2 + |a₁|² ℏω 3/2

Als Erwartungswert können wir irgendeinen Wert bekommen, weil ja die Wahrscheinlichkeitsamplituden beliebige Werte haben können. Für diesen Erwartungswert gibt es eine spezielle Notation mit zwei spitzen Klammern(die ich vielleicht ein andermal erklären muss):
E_erwartung = ⟨Zustand| E | Zustand⟩
ist der Erwartungswert zur Energie für unseren | Zustand⟩. Meist bekommt das E ein kleines Dach oben drauf, damit man nicht denkt, dass es sich hier um eine Zahl handelt - das E steht hier für die Messgröße Energie. Weil in html Dächer nicht so gut gehen, unterstreiche ich stattdessen.

Wir können auch zum Beispiel den Erwartungswert des Ortes angucken. Die Messgröße hierzu ist der Ort x, wir schreiben das also als x. Für den Grundzustand unseres Oszillators (und auch für jeden angeregten Eigenzustand zur Energie) ist
⟨0| x | 0⟩=0
Das könnt ihr direkt am Bild der Wellenfunktion oben sehen, denn die ist nach rechts und links symmetrisch, also messe ich, wenn ich es sehr oft tue, für den Ort den Wert Null.

Wenn ich aber nur eine einzige Messung tatsächlich durchführe, dann messe ich nicht unbedingt Null. Das Ergebnis einer einzelnen Messung ist immer ein Eigenzustand (ganz genau wie schon früher am Doppelspalt, wenn ich nachgucke, dann ist das Elektron entweder oben oder unten). Messe ich also den Ort einmal, dann ist der Zustand hinterher ein an diesem Ort lokalisiertes Elektron. Das sieht dann aus wie das Wellenpaket oben, je genauer ich messe, desto schmaler ist das Paket.

So, das war jetzt ein echter Quantenmechanik-Crashkurs. Er hat sich aber gelohnt. Denn jetzt können wir herausbekommen, was eigentlich das Vakuum ist.

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Wenn die Sonne den Asteroiden schubst [Astrodicticum Simplex]

Fri, 25 May 12 16:10:42 -0400

Erst kürzlich wurden neue Daten über die Anzahl der potentiell gefährlichen Asteroiden veröffentlicht: Es gibt etwa 4700 von ihnen und einer davon ist 1999 RQ36. Er wurde am 11. September 1999 entdeckt und ist knapp 500 Meter groß. Im Februar 2009 geriet der Asteroid in die Schlagzeilen, weil man herausgefunden hat, dass er zwischen 2169 und 2199 der Erde nahe kommen wird und eine sehr, sehr kleine Chance einer Kollision bestand (Die Wahrscheinlichkeit dass 1999 RQ36 an der Erde vorbei fliegt beträgt 99.929%). Im Juli 2010 wurde der Asteroid dann noch einmal als Füllmaterial für das Sommerloch benutzt - vielleicht auch deswegen, weil die NASA damals gerade dabei war, zu entscheiden, ob der Felsbrocken Ziel einer eigenen Mission werden sollte. Man entschied sich dafür und wenn alles nach Plan läuft, dann wird 2020 die Raumsonde OSIRIS-REx dort landen. Das steht für "Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorer" und fasst im wesentlich zusammen, um was es bei der Mission geht. Man will Proben von der Oberfläche des Asteroiden ("Regolith Explorer) zurück zur Erde bringen um herauszufinden, woraus er genau besteht. Das ist wichtig, um mehr über den Ursprung der Asteroiden und Planeten im Sonnensystem zu lernen ("Origins"). Es ist wichtig, dieses Material zu untersuchen um die Beobachtungsdaten anderer Asteroiden und die daraus gewonnenen Lichtspektren besser zu verstehen ("Spectral Interpretation"). Man wird besser verstehen können, was sich bei Asteroiden für Rohstoffe finden ("Resource Identification"). Und schließlich ist Kenntnis über die Zusammensetzung eines Asteroiden auch wichtig, wenn man eine drohende Kollision verhindern will ("Security").

Bahn von 1999RQ36 (Bild: NASA/JPL)

Da 1999 RQ36 also demnächst Ziel einer NASA-Mission wird, ist es auch nicht verwunderlich, wenn er in letzter Zeit genauer unter die Lupe genommen wurde. Aus den Daten, die zwischen 1999 und 2005 gewonnen wurden hat man, zusammen mit neuen Daten aus dem letzten Jahr, herausgefunden, dass die Position des Asteroiden um etwa 160 Kilometer von der erwarteten Position abweicht. Zumindest dann, wenn man nur die Gravitation berücksichtigt. Gerade wenn es um kleinere Himmelskörper wie Asteroiden geht, muss man aber auch die nicht-gravitativen Kräfte beachten. Einen davon habe ich früher schon mal detailliert beschrieben: den Jarkowski-Effekt. Im Wesentlichen geht es dabei um die Art und Weise wie ein Himmelskörper sich aufheizt. Auch auf einem Asteroiden gibt es Tag und Nacht. Die kleinen Felsbrocken rotieren aber meist viel schneller als die Erde, auf der ein Tag-und-Nacht-Zyklus ganze 24 Stunden dauert. Die Tagseite eines Asteroiden ist wärmer als die Nachtseite. Wenn die warme Tagseite sich in die Nacht hinein dreht, kühlt sie aus. Weil sie wärmer ist, gibt sie mehr Wärme ab als die noch kalte Nacht- bzw. Vormittagsseite. Wärme ist aber nichts anderes als elektromagnetische Strahlung. Wenn ein Körper die abgibt, dann gibt es einen "Rückstoß" und der ist in diesem Fall nicht symmetrisch. Es wirkt eine Kraft und die bewegt den Asteroid. Nur minimal, aber im Laufe der Zeit kann sich das summieren. Zum Beispiel auf die 160 Kilometer Abweichung, die man bei 1999 RQ36 gemessen hat.

Solche Ergebnisse sind nicht nur interessant, sondern auch wichtig! In meiner Serie über Asteroidenabwehr (Teil 1, Teil 2, Teil 3, Teil 4, Teil 5) habe ich ja beschrieben, dass der Jarkowski-Effekt theoretisch auch gezielt eingesetzt werden könnte, um die Bahn eines Asteroiden zu verändern. Dazu muss man natürlich vorher so viel wie möglich darüber wissen. Solche Daten helfen uns auch, die Modelle zu verbessern, mit denen wir die Eigenschaften der Asteroiden beschreiben.

2009 haben Andrea Milani von der Uni Pisa und seine Kollegen berechnet, wie stark sich der Jarkowski-Effekt auf 1999 RQ36 auswirken würde ("Long-term impact risk for (101955) 1999 RQ36"). Dabei kamen sie auf eine Bahnänderung von 200 Metern pro Jahr. Viel weniger als das, was man tatsächlich gemessen hat. Grund dafür sind die vielen Unbekannten. Kleine Asteroiden sind auch in den größten Teleskopen nur als winzige Lichtpunkte zu sehen. Daraus Informationen über ihre Form, ihren chemischen Aufbau, die Art und Weise wie sie rotieren oder die Zusammensetzung ihrer Oberflächenmaterialien zu lernen ist knifflig. Aber all diese Informationen sind nötig, um die Auswirkungen des Jarkwoski-Effekts korrekt berechnen zu können.

Hoffen wir also, dass die OSIRIS-REx-Mission ein Erfolg wird. 2016 soll gestartet werden, 2020 wird die Sonde beim Asteroid ankommen und 2027 ist die Rückkehr zur Erde geplant. Dann haben wir Material vom Asteroid für unsere Labors und wissen besser Bescheid über ihn. Hoffentlich so gut Bescheid, um im unwahrscheinlichen Fall einer Kollision in 160 Jahren entsprechende Maßnahmen einleiten zu können.

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Topologie von Flächen CCXXI [Mathlog]

Fri, 25 May 12 13:55:45 -0400

Unendlich viele geschlossene geodätische Kurven.Wir hatten in den letzten Wochen über kritische Punkte differenzierbarer Funktionen auf einer Fläche geschrieben und verschiedene Methoden zur Abschätzung ihrer Anzahl. Diese Methoden lassen sich auch anwenden zur Bestimmung der Anzahl geschlossener geodätischer Kurven auf einer Fläche - bzw. zum Beweis, dass es auf Tori, Brezeln und Flächen mit mehreren Henkeln immer unendlich viele geschlossene Geodäten gibt, egal welche Metrik man nimmt.

Reminder: Abschätzungen für die Anzahl kritischer Punkte
In TvF 218 hatten wir über die Lusternik-Schnirelman-Theorie geschrieben, mit der man die Mindestanzahl kritischer Punkte für differenzierbare Funktionen auf einer Fläche bestimmen kann.
Bessere Abschätzungen bekam man für sogenannte Morse-Funktionen, also Funktionen bei denen alle kritischen Punkte nichtdegeneriert sind. Mittels Morsetheorie beweist man (TvF 217) eine untere Schranke für die Anzahl der kritischen Punkte durch die Summe der Betti-Zahlen (d.h. der Dimensionen der Homologie-Gruppen) der Fläche. (In TvF 209 hatten wir mal erwähnt, dass in gewisser Weise 'fast alle' Funktionen Morse-Funktionen sind: jede Funktion lässt sich durch eine kleine Störung zu einer Morse-Funktion machen.)

Auf einer Fläche mit g Henkeln bekam man damit, daß jede Morse-Funktion mindestens 2g+2 kritische Punkte haben muß. Diese Abschätzung durch 2g+2 (die Summe der Betti-Zahlen) ist wesentlich besser als die durch die Lusternik-Schnirelman-Invariante, mit der man ja nur bekam, dass es (auf Flächen mit mindestens einem Henkel) immer 3 kritische Punkte geben muss.
Man fragt sich vielleicht, warum man mit einer einschränkenden Voraussetzung eine bessere Abschätzung bekommt. Die Erklärung ist, dass es, wenn man eine differenzierbare Funktion durch eine kleine Störung zu einer Morse-Funktion macht, passieren kann, dass ein degenerierter kritischer Punkt sich in mehrere nichtdegenerierte kritische Punkte der Morse-Funktion auflöst.
Ein Beispiel: das Bild unten zeigt rechts f(x)=x³, was keine Morse-Funktion ist, weil es einen degenerierten kritischen Punkt hat, und links eine durch Störung der rechten Funktion entstandene Morse-Funktion, die aber statt des einen entarteten jetzt zwei nicht-entartete kritische Punkte hat:

Auch wenn die Morse-Funktion auf einer Fläche mindestens 2g+2 kritische Punkte hat, sagt das also noch nichts über die Anzahl der kritischen Punkte der ursprünglichen Funktion.

Geschlossene Geodäten

Die ursprüngliche Motivation für die Theorien von Morse und wohl auch von Lusternik-Schnirelman war die Suche nach geschlossenen Geodäten. Wir hatten letzte Woche über den auf Lusternik und Schnirelman zurückgehenden Satz geschrieben, dass es zu jeder Metrik auf der Sphäre mindestens 3 geschlossene Geodäten gibt.

Geschlossene Geodäten als kritische Punkte des Energie-Funktionals

Was haben geschlossene Geodäten mit kritischen Punkten zu tun?
Man kann geschlossene Geodäten als kritische Punkte auf einem gewissen unendlich-dimensionalen Raum bekommen. Nämlich, zu der gegebenen Fläche M betrachtet man den sogenannten Schleifenraum, d.h. den Raum Λ(M) aller absolutstetigen Abbildungen S¹--->M mit quadrat-integrierbaren Ableitungen. (Das ist ein unendlich-dimensionaler Raum.)

Die Elemente dieses Raumes sind Abbildungen f:S¹--->M, also geschlossene Kurven, und zu jeder solchen Kurve kann man ihre Energie E(f) betrachten, definiert als 1/2 x Integral (über S¹) von IIf'(t)II²dt. Das definiert eine Funktion E:Λ(M)--->R und man kann leicht beweisen, dass die (nach Bogenlänge parametrisierten) geschlossenen Geodäten gerade die kritischen Punkte dieser Funktion sind.
Man kann also versuchen, Morse-Theorie zu benutzen um die Anzahl geschlossener Geodäten zu bestimmen. Natürlich muss man beachten, dass man hier Morse-Theorie auf einem unendlich-dimensionalen Raum betreibt, aber das ist letztlich kein wirkliches Problem. (Tatsächlich kann man diesen unendlich-dimensionalen Raum gut durch endlich-dimensionale Räume approximieren. Die Energie erfüllt auch die Palais-Smale-Bedingung, so daß man wie im endlich-dimensionalen Fall Morse-Theorie betreiben kann.)

Wenn die Energie E eine Morse-Funktion ist, dann bekommt man sofort, dass die Anzahl der kritischen Punkte mindestens gleich der Summe der Betti-Zahlen (des Schleifenraums!) sein muss, mit anderen Worten: die Anzahl der geschlossenen Geodäten auf M ist mindestens Σ_ib_i(ΛM).

Es ist a priori natürlich nicht so, dass diese Ungleichung auch für völlig beliebige Metriken gilt - wir hatten ja oben Beispiele gesehen, wo Funktionen, die keine Morse-Funktionen sind, deutlich weniger kritische Punkte haben können.

Bemerkenswerterweise gibt es aber einen Satz von Gromoll-Meyer, der eine Aussage für völlig beliebige Metriken (auf denen die Energie evtl. keine Morse-Funktion ist) liefert:
wenn die Folge b_i(ΛM) unbeschränkt ist, dann gibt es auf M unendlich viele geschlossene Geodäten.

Damit hat man jetzt eine rein topologische Bedingung und man kann mit topologischen Methoden, insbesondere rationaler Homotopietheorie, untersuchen, wann diese Bedingung erfüllt ist. Die grundlegende Arbeit dazu ist "The homology theory of the closed geodesic problem" von Vigué-Poirrier und Sullivan, es gibt aber viele weitere Resultate. In der Arbeit von Sullivan und Vigué-Poirrier war bewiesen worden, dass die Bedingung "b_i(ΛM) unbeschränkt" aus dem Gromoll-Meyer-Theorem dann und nur dann erfüllt ist, wenn die Kohomologiealgebra von M mindestens zwei Erzeuger hat.

Insbesondere für alle Flächen mit mindestens einem Henkel gibt es (was allerdings für Flächen auch schon vorher bekannt war) zu jeder Metrik unendlich viele geschlossene Geodäten.

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Scienceblogs Podcast: Das Leben auf der Erde und Mathe aus Seoul [ScienceBlogs Podcast - Wissenschaft zum Mitnehmen]

Fri, 25 May 12 11:02:53 -0400

Heute geht es um Theorien über das Leben und das Universum und was die taugen. Ausserdem Tablettenwegwerfgesellschaft und U-Bahn-Planung. Und eine Kurzvorstellung vom Mathlog-Blogger Thilo Kuessner.Theorien sind schön, scheitern aber gerne an der Realität. Bei Astrodicticum Simplex ist nachzulesen, wie ein star der Szene sich auch mal ganz schön vertun kann.

Wohin mit abgelaufenen Medikamenten? Plazeboalarm verweist auf eine Mitteilung im Arznei-Telegramm, die mal aufzeigt, wie verwirrend die Entsorgung sein kann.

Im Mathlog gabe es die Tage einen interessanten Artikel über die sich sehr ähnelnde Struktur von U-Bahn-Netzen. Ausserdem ein Hinweis auf eine Petition mit dem Titel "Require free access over the Internet to scientific journal articles arising from taxpayer-funded research" und ein Kurzinterview mit dem Mathlog-Macher Thilo Kuessner (sorry fur den Ton, aber Internet in Korea scheint nicht so gut zu sein wie hier in Laos).

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QFT für alle: Wir bekommen Zustände [Hier wohnen Drachen]

Thu, 24 May 12 17:30:29 -0400

Falls euch diese Serie in letzter Zeit doch etwas zu abgehoben war, dann lohnt es sich vielleicht, heute wieder einzusteigen. Denn heute (und in den nächsten Teilen) bekommen wir Zustände. Und zwar im doppelten Sinne: Zum einen geht es als nächstes um physikalische Zustände in der QFT, und zum anderen kann man Zustände bekommen, wenn man sich anschaut, wie dieses Thema normalerweise in Büchern "erklärt" wird.

(Und falls ihr euch schon sorgenvoll gefragt habt, ob ich etwa nicht mehr an der Serie weiterschreibe - doch, tue ich. Aber da nahezu nirgends wirklich erklärt ist, was ein physikalischer Zustand in der QFT ist, musste ich mir ziemlich viel selbst zusammenbasteln und viele kleine Informationsbrocken zusammentragen, bis ich das Gefühl hatte, es zu verstehen. Und das hat leider etwas gedauert.)

Bisher haben wir ja so ziemlich alles mit Pfadintegralen ausgerechnet. Die sind recht praktisch, wenn man Fragen stellt wie zum Beispiel: Angenommen, mein System ist am Anfang im einen Zustand und am Ende in einem anderen, wie groß ist die Wahrscheinlichkeitsamplitude dafür, dass es vom einen Zustand in den anderen kommt? Mit ein bisschen Trickserei haben wir mit dieser Technik hergeleitet, dass es keine halben Teilchen gibt, warum Teilchen sind anziehen oder abstoßen und einiges mehr. (Einen Überblick über die ganze Serie bekommt ihr, wenn ihr oben auf der Seite auf "Artikelserien" klickt.)

Das Problem bei dieser Methode ist allerdings, dass es etwas schwierig ist sich zu überlegen: Was passiert eigentlich zwischen dem Anfangs- und dem Endzustand? Da haben wir für alle denkbaren Feldkonfigurationen Amplituden berechnet und dann darüber summiert. Aber wenn ich mich frage: "Was macht mein Quantenfeld gerade jetzt?", dann lässt sich das mit dieser Technik nicht so richtig gut beantworten. Schön wäre es, wenn man irgendwie erfassen könnte, in welchem Zustand ein System zu einem bestimmten Zeitpunkt ist. Da unsere Welt schließlich kausal ist, sollte es möglich sein, aus dem, was gerade jetzt los ist, darauf zu schließen, was gleich passieren wird. Dafür ist die Pfadintegral-Technik mit ihrer Summe über alle möglichen Wege vom Start zum Ziel nicht so gut geeignet, denn da müssen wir die Frage ja immer so formulieren, dass wir schon wissen, was am Ende rauskommt. (Ein ähnliches Problem habe ich übrigens schon mal hier in einer Nebenbemerkung diskutiert.)

Es gibt zwei Möglichkeiten, Zustände in der QFT zu beschreiben. Die eine zeichnet sich dadurch aus, dass man mit ihr leicht rechnen kann, dafür versteckt sie die gesamte Physik des Zustandes so gut, dass man sie kaum wiederfinden kann (das nennt sich die kanonische Formulierung und ist die, die man in so ziemlich allen QFT-Büchern findet). Alternativ kann man auch mit sogenannten Funktionalen hantieren. Die sind eigentlich viel näher an der Anschauung, aber mathematisch extrem schwierig in den Griff zu bekommen (einigermaßen ausführlich diskutiert im Buch von Hatfield "Quantum Field Theory of Particles and Strings"). Zum Glück ist das hier aber ja keine Mathematik-Blog (auch wenn es in letzter Zeit manchmal so aussieht) - die mathematischen Komplikationen versuche ich deshalb gar nicht erst zu erklären. (Aber vielleicht gibt es ein paar richtig schicke Formeln hinter den Warnschildern.)

Damit euch die Physik dahinter ein bisschen anschaulich wird, gibt es heute und beim nächsten Mal erst einmal einen Ausflug in die Quantenmechanik, bevor ich das ganze dann auf die QFT übertrage.

Zurück zur Quantenmechanik: Nochmal der Doppelspalt
Erinnert ihr euch noch an den Doppelspalt? Das war unser quantenmechanischer Einstieg in das Pfadintegral. Ein Elektron, das an der Quelle losläuft und irgendwo auf unserem Schirm am Ende ankommen soll, hat zwei Möglichkeiten, dorthin zu kommen. Wir haben für beide Möglichkeiten den zugehörigen Pfeil (Wahrscheinlichkeitsamplitude genannt) berechnet, beide addiert und so die Wahrscheinlichkeit dafür berechnet, das Elektron an einer Stelle des Schirms zu finden.

Aber was ist der Zustand des Elektrons zwischen Start und Ziel? Irgendwie geht es durch beide Spalte gleichzeitig und interferiert mit sich selbst. Wenn wir vereinfacht annehmen, dass es eine ganz bestimmte Geschwindigkeit hat, dann ist es zu einem bestimmten Zeitpunkt t am Spalt, entweder oben oder unten. (Wenn es woanders ist, dann werden wir es später nicht auf dem Schirm finden.) Und wenn die Physik nicht rückwärts in der Zeit läuft, dann muss es in diesem Moment in einem irgendwie gearteten Zustand sein, der die Wahrscheinlichkeiten dafür festlegt, es später irgendwo auf dem Schirm zu messen. (Dass der Zustand nur die Wahrscheinlichkeitsamplitude festlegt, aber nicht den Ort deterministisch bestimmt, ist ja eine Grundaussage der Quantenmechanik.)

Nehmen wir kurz an, der untere Spalt wäre zu, dann wäre das Elektron zur Zeit t am Ort des oberen Spaltes. Diesen Zustand nennen wir |o⟩. Ist umgekehrt der untere Spalt offen, aber der obere nicht, dann ist das Elektron im Zustand |u⟩. Die Schreibweise mit den spitzen Klammern ist dabei in der Physik absolut üblich und geht auf Dirac zurück.

Wenn nur einer der Spalte offen ist, dann sehen wir kein Interferenzmuster auf unserem Schirm. Sind also beide Spalte geöffnet, dann kann das Elektron nicht einfach im Zustand |o⟩ oder |u⟩ sein. Stattdessen ist es in einem Mischzustand aus beiden, einem Überlagerungszustand.

Wir können das schreiben als
Zustand = α |o⟩ + β |u⟩

Dabei sind α und β jeweils zwei komplexe Zahlen - es sind nämlich genau die Wahrscheinlichkeitsamplituden für den Zustand |o⟩ bzw. |u⟩. Auch den Zustand mit geschlossenem unteren Spalt können wir so schreiben, dann ist einfach β=0. (Für den oberen Spalt gilt das genauso.)

Damit die Wahrscheinlichkeit, das Elektron irgendwo zu haben, gleich 1 ist, muss |α|²+|β|²=1 gelten.

Fazit: Es gibt beim Doppelspalt zwei Zustände, in denen das Elektron eindeutig entweder am oberen oder unteren Spalt ist, aber ein beliebiger Zustand des Elektrons ist eine Überlagerung dieser beiden Zustände.

Die Wellenfunktion
Wir hatten dann den Weg vom Doppelspalt hin zu einem Vielfachspalt gemacht, bis wir am Ende so viele Spalte hatten, dass der gesamte Raum von Spalten bedeckt war. Wir haben dann über alle denkbaren Pfade summiert und uns über Zustände keine Gedanken gemacht.

Die Logik für die Beschreibung des Zustands bleibt aber dieselbe wie eben: Wir könnten das Elektron zu einer bestimmten Zeit an einem Ort x finden. Wenn es wirklich genau an diesem Ort ist und nirgends anders, dann ist sein Zustand einfach |x⟩. (Dafür gibt es auch eine mathematische Formel, aber das schöne an dieser Dirac-Notation ist, dass man die Formeln nicht immer explizit hinschreiben muss.)

Meist wissen wir aber nicht genau, wo das Elektron ist. Der allgemeine Zustand des Elektrons ist eine Überlagerung aus allen möglichen Ortszuständen. Die Wahrscheinlichkeitsamplitude dafür, das Elektron am Ort x zu finden, nennen wir ψ(x). Dann können wir schreiben
Zustand = ∑ ψ(x) |x⟩

Damit ist dann die Wahrscheinlichkeit, das Elektron am Ort x zu finden, gleich |ψ(x)|², das war ja gerade die Bedeutung des Begriffs "Wahrscheinlichkeitsamplitude". (Das hatten wir vor seeeehr langer Zeit gesehen, damals haben wir noch Pfeile für Amplituden gemalt.)

Mathematisch etwas sauberer wäre es, ein Integral (das ist jetzt kein Pfadintegral, sondern ein ganz gewöhnliches Integral über eine einzige Variable x) zu nehmen, weil es ja unendlich viele Orte gibt. Also:

Zustand = ∫ dx ψ(x) |x⟩

Das werdet ihr so selten in Büchern geschrieben finden, meist schreibt man für den ganzen Zustand kurz |ψ(x)⟩ dafür, aber eigentlich ist das verwirrend, denn es gibt zum einen den Zustand |x⟩ und zum anderen dessen Wahrscheinlichkeitsamplitude ψ(x), und das sind zwei verschiedene Dinge.

ψ(x) wird oft auch als die "Wellenfunktion" bezeichnet - werde ich später auch so machen. Die Wellenfunktion hatte ich in einem der früheren Teile schon mal kurz besprochen. Sie ist das zentrale Objekt in der normalen Formulierung der Quantenmechanik.

Bisher haben wir das Elektron an verschiedenen Orten angeguckt, also Ortszustände |x⟩ betrachtet. Stattdessen können wir aber auch den Trick mit den Wellen anwenden, und Wellenzustände betrachten. Ein Zustand |k⟩ wäre dann ein Zustand, in dem das Elektron (bzw. seine Wellenfunktion) eine ebene Welle mit Wellenvektor k ist. (Mehr darüber findet ihr auch in meiner alten Schrödinger-Gleichungs-Serie.) So sieht so eine Welle aus:

Dabei bewegt sich das Elektron nur in einer Dimension (entlang der Korkenzieherachse), die beiden anderen Richtungen, die mit Re und Im gekennzeichnet sind, zeigen jeweils, wohin die Spitze des Amplitudenpfeils an diesem Punkt gerade zeigen würde (mathematisch also den Real- und Imaginärteil von ψ(x)).

Ich sage es hier gleich dazu: Die Notation |k⟩ verwendet man auch in der QFT oft, was suggeriert (und diese Suggestion wird von den meisten QFT-Büchern auch nicht in Frage gestellt), dass es da auch eine Art Wellenfunktion gibt, die eine ebene Welle wäre. Leider ist das aber falsch, Zustände in der QFT sind wesentlich komplizierter als das. (Aber keine Sorge, auch wieder nicht soo kompliziert, dass man sie nicht verstehen könnte.)

Ebene Wellen sind deswegen oft praktischer als Ortszustände, weil ebene Wellen Lösungen der Elektron-Gleichung in der Quantenmechanik (der Schrödinger-Gleichung) sind. Ist ein Elektron einmal in einem Zustand einer ebenen Welle, also |k⟩, dann bleibt es (solange es ungestört ist, also keine Kräfte wirken) in diesem Zustand. Das ist bei Ortszuständen anders: Ist ein Elektron jetzt an einem bestimmten Ort x, also im Zustand |x⟩, dann ist es gleich nicht mehr in diesem Zustand, sondern in einer Überlagerung. (Wellenpakete zerlaufen mit der Zeit, auch dazu findet ihr viele Bildchen in meiner alten Schrödingergleichungs-Serie.)

Intuitiv findet ihr vermutlich Ortszustände anschaulicher (das geht den meisten Leuten wohl so, mir übrigens auch), aber ebene Wellen (auch Impulszustände genannt, weil ℏ k ja der Impuls ist) sind oft wesentlich praktischer. Sie haben auch den zusätzlichen Vorteil, dass sie (für frei herumfliegende Elektronen) einen wohldefinierten Wert der Energie haben.

Es gilt für ebene Wellen dasselbe wie für die Ortszustände: Ein beliebiger Elektronenzustand kann geschrieben werden als

Zustand = ∫ dk ψ(k) |k⟩

Um den Zustand eines Elektrons in der Quantenmechanik zu beschreiben, brauchen wir also einen Satz von speziellen Zuständen, beispielsweise Orts- oder Impulszustände. Ein beliebiger Zustand eines Elektrons ist eine Überlagerung solcher Zustände (man nennt die oft auch Basis-Zustände) mit Koeffizienten, die die Wahrscheinlichkeitsamplitude darstellen, diesen Zustand zu messen. Die Basis-Zustände sind dabei solche, die man auch direkt messen könnte und die auch den Zuständen in der klassischen Physik entsprechen - ein klassisches Elektron ist immer an einem bestimmten Ort x.

Ein anderer Begriff für diese Zustände ist "Eigenzustände" - dazu sagt man, welcher Größe diese Zustände "eigen" sind. Die |x⟩-Zustände heißen also "Ortseigenzustände", die |k⟩-Zustände heißen Impulseigenzustände, und Energieeigenzustände bekommen wir auch gleich noch.

Zustände in der QFT - erster Versuch

Alles was hier bisher geschrieben habe, gilt in der Quantenmechanik. In der Quantenfeldtheorie haben wir es aber ja nicht mehr mit einem Teilchen zu tun, sondern mit einem ganzen Quantenfeld. Wie können wir mit diesen Ideen den Zustand eines solchen Quantenfelds beschreiben?

In der klassischen Physik haben wir ein Punktteilchen, das an jedem Ort x sein kann. Jeder dieser Möglichkeiten ordnet die Wellenfunktion eine Wahrscheinlichkeitsamplitude zu.

Ein klassisches Feld ordnet selbst schon jedem Punkt des Raumes x einen Wert des Feldes zu: φ(x), beispielsweise die Auslenkung unseres berühmten Gummituchs. Entsprechend müssen wir, um den Zustand mit einer Wellenfunktion zu beschreiben, jeder denkbaren Feldkonfiguration φ(x) eine Wahrscheinlichkeitsamplitude zuordnen. Das passt eigentlich gut zur Logik unseres Pfadintegrals, wo wir ja über alle Feldkonfigurationen summiert haben und jede davon einen Beitrag zur Wahrscheinlichkeitsamplitude des ganzen Prozesses geleistet hat.

Eigentlich ganz einfach und konsequent.

Mathematisch ist das allerdings ziemlich böse - es gibt schließlich unglaublich irrsinnig viele Funktionen. Formeln, die mit solchen "Funktionalen" (die also einer Funktion einen Wert zuordnen) hantieren, sind deshalb ziemlich schwer zu durchschauen. Das oben schon erwähnte Buch von Hatfield z.B. hat eine Formel, in der der schicke Ausdruck π^∞ steht - "pi hoch unendlich" ist schon ein wenig bedenklich, oder? (Mathematisch ist auch das Pfadintegral selbst nicht ohne - da gibt es aber Tricks, mit denen man den Ärger relativ leicht in den Griff bekommt. So ziemlich die wichtigsten davon sind Feynman-Diagramme, eines Tages baue ich die hoffentlich auch noch in diese Serie ein.)

Es ist also kein Wunder, dass die meisten Bücher sich das nicht antun, zumal PhysikerInnen ja vor allem Sachen ausrechnen wollen, und das kann man in diesem Formalismus schlecht.

Gelegentlich wird das aber tatsächlich so gemacht, zum Beispiel im Artikel "Quantum Field Theory in Terms of Vacuum Expectation Values" von A.S. Wightman. Wenn ich es richtig sehe, verwendet die so genannte "Algebraische QFT" einen solchen Ansatz - algebraische Quantenfeldtheorie gilt aber selbst unter den meisten TheoretikerInnen als mega-abgefahren.

Trotzdem ist es gut, sich klar zu machen, dass der Zustand unseres Universums zu jedem Zeitpunkt tatsächlich genau so zu beschreiben ist. (Oder, wenn ihr die Viele-Welten-Interpretation gern mögt, dann könnt ihr den Zustand als Überlagerung aller denkbaren Universen mit all diesen Feldern ansehen. Macht es aber auch nicht wirklich einfacher.) Und mit ein bisschen Trickserei kann man zumindest eine Ahnung bekommen, wie diese unglaubliche Überlagerung aussieht. Dazu werde ich unser Universum demnächst auf einen einzigen Punkt einschrumpfen.

Bevor ich das tue, brauchen wir aber noch etwas mehr Unterstützung aus der Quantenmechanik - im nächsten Teil präsentiere ich euch deshalb eins der Lieblingsspielzeuge aller PhysikerInnen.

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Zum Gähnen - aber echt cool! [Geograffitico]

Thu, 24 May 12 16:12:31 -0400

Warum gähnen wir eigentlich? Das Lesen von GeoGraffitico-Postings kommt in der folgenden Erklärung zwar glücklicher Weise (aus meiner Sicht, jedenfalls) nicht vor, aber dafür Begriffe wie Empathie, Kühlung, oder auch Pandikulation:

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Wie klein ist ein Atom? [Plazeboalarm]

Thu, 24 May 12 09:33:47 -0400

Sehr schön animiertes Bildungsvideo von TED-Ed. Ich mag den Style, aber vor allem die Stimme und Art des Sprechers.

(hat tip kraftfuttermischwerk)
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Urzeitplaneten und die Entstehung des Lebens [Astrodicticum Simplex]

Wed, 23 May 12 17:33:54 -0400

Viele der aktuellen kosmologischen Theorien mit denen die Entstehung und frühe Entwicklung des Universums beschrieben werden, erscheinen uns auf den ersten Blick etwas unglaubwürdig. Die Phänomene die dort beschrieben werden sind weit entfernt von dem, was wir aus unserem Alltag kennen und es fällt schwer, sich die Vorgänge im frühen Universum - abseits der Mathematik - konkret vorzustellen. Trotzdem ist die Urknallkosmologie durch Beobachtungsdaten gut bestätigt. Manche Theorien klingen aber nicht nur unglaubwürdig. Die Chancen stehen gut, dass sie auch unglaubwürdig sind.Zum Beispiel einiges von dem, was sich Fred Hoyle ausgedacht hat. Hoyle war unbestritten einer der größten Astronomen des 20. Jahrhunderts (über die Frage ob nun Hoyle oder Hubble DER größte Astronom des 20. Jahrhunderts war, lässt sich wunderbar streiten). Die wichtigste Leistung von Hoyle war die Theorie der Nukleosynthese. Er konnte erklären, wie die Elemente aus denen unsere Welt besteht, Schritt für Schritt im Inneren der Sterne aufgebaut wurden. Hoyle hatte aber auch einige Ideen, die, vorsichtig ausgedrückt, eher unkonventionell waren. Die von ihm mit entwickelte Steady-State-Kosmologie gehört da noch nicht mal so wirklich dazu. Anfangs war das Steady-State-Universum eine durchaus brauchbare Alternative zum Urknall-Modell. Erst im Laufe der Zeit zeigten die Beobachtungsdaten immer deutlicher, dass das Steady-State-Universum nicht funktioniert (Hoyle hielt aber trotzdem bis zu seinem Tod daran fest). Hoyle hatte aber noch viel seltsamere Ideen. Er war zum Beispiel der Meinung, dass der interstellare Staub aus gefriergetrockneten Mikroorganismen besteht. Überall im Universum sollten diese Lebenskeime herumschweben und dabei auch immer wieder auf die Erde fallen. So sollte nicht nur das Leben auf unserem Planeten selbst entstanden sein. Die Mikroorganismen aus dem All sollten so auch immer wieder für den Ausbruch von großen Seuchen sorgen, zum Beispiel wenn ein Meteorit abstürzt und Krankheitserreger auf die Erde bringt. Mit dieser Theorie stand Hoyle relativ isoliert da. Es gab keine Belege dafür, dass der Staub im All lebendig war (und es gibt sie heute noch nicht) und Hoyle konnte nie einen brauchbaren Zusammenhang zwischen dem Ausbruch von Epidemien und Ereignissen im All nachwweisen.

Einer seiner wenigen Mitstreiter auf diesem Gebiet war der Astronom Chandra Wickramasinghe. Auch nach Hoyles Tod verfolgte er dessen Ideen weiter und Wickramasinghe veröffentlicht auch jetzt noch immer wieder Artikel, die auf den ursprünglichen Ideen von Hoyle basieren. Zum Beispiel die kürzlich veröffentlichte Arbeit mit dem Titel "Life-bearing primordial planets in the solar vicinity" über die auch in den Medien viel berichtet wurde.

Wickramasinghe stützt sich dabei auf die im letzten Jahr verkündete Entdeckung einer großen Zahl von "vagabundierenden Planeten". Das sind Planten, die nicht an einen Stern gebunden sind, sondern sich frei durch die Milchstraße bewegen. Die entsprechende Arbeit war ein schönes und faszinierendes Stück Astronomie. Mit Wickramasinghes Artikel hat sie aber eigentlich wenig zu tun. Denn er und seine Kollegen untersuchen eigentlich ganz andere Planeten, die den vagabundierenden Planeten nur oberflächlich ähneln. Es geht um die sogenannten "primordialen Planeten". Ausgehend von einer "Hydrogravitationsdynamik-Kosmologie" folgern Wickramasinghe et al, dass sich direkt nach dem Urknall schon Planeten gebildet haben. Schon 300000 Jahre nach der Entstehung des Universums hätten sich primordiale Planeten aus dem heißen Plasma geformt, das damals den Kosmos erfüllte. Es soll gewaltige 10⁸⁰ dieser Planeten gegeben haben. Später hätten sich dann aus einigen dieser Planeten Sterne gebildet. Die restlichen blieben zurück. Sie sollen einen Kern aus Eisen haben, darum eine Schicht aus Silikaten und außen von einer Hülle aus flüssigen Wasser umgeben sein. Außerdem darüber noch eine dicke Schicht aus gefrorenem Wasserstoff. Diese Planeten (die laut Wickramasinghe auch gleich die Erklärung für die "dunkle Materie" liefern) sollen auch primitives Leben beherbergt haben. Sie befinden sich überall im Universum, vor allem aber umgeben sie Galaxien. Es kommt aber immer mal wieder vor, dass so ein Planet in die Galaxie selbst eindringt. Dabei wärmt er sich auf, der gefrorene Wasserstoff sublimiert und die Moleküle und Mikroorganismen die sich darunter befinden gelangen ins All. Auf ihrem Weg durch die Milchstraße durchquert die Sonne auch die Regionen, in denen sich die primordialen Planeten aufgelöst und Wolken mit Lebenskeimen zurückgelassen haben. So gelangte das Leben auf die Erde und auch auf andere Planeten in der Milchstraße. Oder, wie es Wickramasinghe und seine Kollegen dramatisch ausdrücken:

"One could thus envisage the entire galaxy to be a single connected biosphere where primordial planets play a crucial role in transmitting and mixing the genetic information needed for life to evolve and realize the fullest range of its evolutionary potential."

Tja. Die Idee von Planeten die gleich nach dem Urknall entstanden sind und Leben beherbergen ist ohne Zweifel faszinierend. Für ihre Existenz gibt es allerdings keinerlei Belege und Wickramasinghe sprechen in ihrem Artikel auch nie darüber, wie man ihre Thesen durch Beobachtung bestätigen könnte. Und da sie aus ihrer Hypothese weitreichende Aussagen ableiten, würde es mich nicht wundern, wenn es auch Konflikte mit bestehenden Theorien geben würde. Die primordialen Planeten sollen ja angeblich nicht nur die dunkle Materie erklären, sondern auch die Entstehung der ersten Sterne. Für die Bildung von Galaxien sind sie außerdem verantwortlich. Das klingt alles schon ziemlich weit her geholt - was an sich kein Problem wäre. Der Mangel an Belegen allerdings schon, gerade wenn es um Hypothesen geht, die unser gesamtes Weltbild revolutionieren würden.

Fred Hoyle war nicht nur ein großer Astronom sondern auch ein begabter Science-Fiction-Autor. Seine Thesen vom lebendigen Staub aus dem All hat er auch in seinen Romanen aufgearbeitet. Dort wären wahrscheinlich auch die primordialen Planeten besser aufgehoben...
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Bestanden! [Hinterm Mond gleich links]

Tue, 22 May 12 21:15:07 -0400

So, heute um 14 Uhr lief meine Disputation. Ich hab bestanden und werd mich erst mal einen Tag lang erholen.
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Wie viele gefährliche Asteroiden schwirren da draußen rum? [Astrodicticum Simplex]

Tue, 22 May 12 18:14:19 -0400

Das Weltall ist nicht so gefährlich, wie man oft zu hören bekommt. Die ganzen Horrorgeschichten über unbekannte Planeten, die mit uns kollidieren wollen, über katastrophale Planetenkonstellationen oder Sonnenstürme, die die Erde umkippen lassen sind völliger Unsinn. Dass bedeutet aber nicht, dass uns vom All überhaupt keine Gefahren drohen. So wie die Erde kein extra für die Menschen gemachtes Paradies ist, sondern ein Planet, auf dem regelmäßig diverse Naturkatastrophen stattfinden, passieren auch im Rest des Kosmos manchmal Dinge, die unangenehm für uns werden können. Dazu gehören die Asteroideneinschläge. Aber keine Panik! Auch wenn Asteroideneinschläge zu den Ereignissen gehören, vor denen viele Menschen Angst haben, sind sie nicht so gefährlich wie man vermuten möchte. Einschläge, die wirklich großen Schaden anrichten können, sind viel seltener als die "normalen" Katastrophen Wie Erdbeben oder Vulkanausbrüche. Trotzdem ist es gut, wenn man Bescheid weiß, was uns eventuell passieren könnte. Dafür muss man den Himmel beobachten. Denn nur wenn wir die gefährlichen Asteroiden kennen, können wir im seltenen Fall des Falles auch was dagegen unternehmen.Ein Weltraumteleskop, dem wir in letzter Zeit viele neue Erkenntnisse über Asteroiden zu verdanken haben, ist WISE. Es hat in den vergangenen Jahren den Himmel kartografiert und dabei jede Menge neue Asteroiden entdeckt. Dank WISE wissen wir zum Beispiel, dass wir schon fast alle großen erdnahen Asteroiden gefunden haben. Es sind ja gerade die großen Brocken, die bei einem Einschlag globale Katastrophen anrichten können. Von diesen Himmelskörpern mit über einem Kilometer Durchmesser haben wir schon mehr als 90 Prozent entdeckt! Natürlich wird die Suche nach den Asteroiden um so schwieriger, je kleiner sie sind. Ein kleiner Asteroid kann zwar keine globale Katastrophe auslösen und ein Massensterben wie damals bei den Dinosauriern verursachen. Aber ein lokale Katastrophe ist natürlich möglich. Deswegen unterscheiden die die Astronomen zwischen erdnahen Asteroiden und "potentially hazardous asteroids (PHAs)". Die erdnahen Asteroiden sind - wie der Name schon sagt - Asteroiden, die der Erde nahe kommen. Das ist erst mal nicht weiter gefährlich. Im All ist jede Menge Platz und nur weil sich zwei Objekte nahe kommen muss noch lange nichts passieren. Es kommt immer auf den Abstand an.

Die "potentiell gefährlichen Asteroiden", die PHAs, sind diejenigen erdnahen Asteroiden, deren MOID kleiner als 7,5 Millionen Kilometer ist. "MOID" steht dabei für "Minimum orbit intersection distance". Damit bezeichnet man den kleinsten Abstand zwischen den Bahnen zweier Himmelskörper. Also nicht der Abstand zwischen den Objekten selbst, sondern nur der Abstand zwischen ihren Bahnen. 7,5 Millionen Kilometer entspricht etwa der 20fachen Monddistanz. Ein Asteroid muss aber nicht nur eine Bahn haben, die nahe an die Erdbahn heranführt, um als PHA zu gelten. Er muss auch mindestens 100 bis 150 Meter groß sein. Denn nur dann bleibt im Falle einer Kollision genug von ihm übrig, um auf dem Erdboden aufschlagen und Schäden verursachen zu können. Die kleineren Objekte brechen in der Atmosphäre der Erde auseinander und verglühen.

Bild: NASA/JPL

WISE hat sich nun ein paar dieser PHAs genauer angesehen. 107 von ihnen wurden detailliert studiert. Aus den so gewonnenen Daten konnte man eine Statistik erstellen, die uns sagt, wie viele PHAs da draußen im All herum schwirren. Es sind etwa 4700. Die Fehlergrenzen bei dieser Untersuchung sind allerdings ziemlich hoch. Vielleicht sind es auch nur 3200. Vielleicht aber auch 6200. Die Zahlen stimmen aber gut mit bisherigen Schätzungen überein. Schätzungen, die nun auch endlich ein quantitatives Fundament bekommen haben. Kennen tun wir von diesen 4500 Objekten knapp 1000. Uns fehlen also noch etwa 80 Prozent aller PHAs. Das klingt gefährlicher als es ist. Wie schon gesagt: Bei den wirklich großen Asteroiden ist unser Wissensstand wesentlich besser; da haben wir fast alle entdeckt. Da die PHAs aber auch viel kleiner sein können, sind sie auch schwerer zu entdecken. Es sind vor allem die nur wenige 100 Meter großen Brocken, die wir noch nicht gefunden haben. Und die sind nicht ganz so gefährlich (was nicht heißt, dass sie ungefährlich sind). Je kleiner, desto schwerer sind sie zu finden. Aber je kleiner sie sind, desto weniger Schaden richten sie an und desto geringer ist der Bereich, der betroffen ist. Abgesehen davon sind auch hier die Kollisionswahrscheinlichkeiten gering. Selbst ein kleiner PHA trifft uns statistisch gesehen nur alle paar zehntausend Jahre.

WISE fand auch heraus, dass überdurchschnittlich viele Bahnen von PHAs in der gleichen Ebene wie die der Erdbahn verlaufen beziehungsweise nur wenig davon abweichen. Vielleicht entstanden sie, als ein großer Asteroid des Asteroiden-Hauptgürtels zwischen Mars und Jupiter, dessen Bahn in der Erdbahnebene lag, bei einer Kollision auseinanderbrach. Die Bruchstücke hätten dann alle ähnliche Bahnen.

Die Ergebnisse der WISE-Mission zeigen uns, dass noch einiges an Arbeit auf die Astronomen wartet. Dort draußen befinden sich noch viele Asteroiden, die wir beobachten sollten. Sie zeigen uns aber auch, dass wir schon auf einem guten Weg sind. zukünftige Missionen wie zum Beispiel das Weltraumteleskop GAIA, dessen Start für nächstes Jahr geplant ist, werden den Himmel viel genauer beobachten können als WISE. Wir werden noch mehr und noch kleinere Asteroiden finden. Und je mehr PHAs wir kennen, desto weniger Sorgen müssen wir uns über die Asteroideneinschläge machen...

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Der Schatten des Mondes und der Ring aus Feuer [Astrodicticum Simplex]

Tue, 22 May 12 07:30:13 -0400

Am Sonntag fand eine Sonnenfinsternis statt. Leider war sie von Europa aus nicht zu sehen. Das war nicht nur schade, weil Sonnenfinsternisse generell eine coole Sache sind. Sondern auch, weil diesmal eine ringförmige Sonnenfinsternis stattfand. Normalerweise erscheinen uns Mond und Sonne am Himmel gleich groß (was übrigens Zufall ist). Deswegen kann sich in bestimmten Situationen der Mond genau vor die Sonne schieben und sie verdecken. Der Abstand zwischen Erde und Mond ist aber nicht immer gleich groß. Mal ist er uns näher und mal ein wenig weiter weg. Deswegen kommt es manchmal vor, dass der Mond die Sonne nicht komplett bedeckt. Dann gibt es keine totale Sonnenfinsternis, sondern es bleibt ein leuchtender Ring am Himmel sichtbar. Wie beeindruckend so etwas aussieht, kann man zum Beispiel auf den tollen Bildern sehen, die im "Big Picture"-Blog veröffentlicht wurden. Oder in diesem schönen Zeitraffervideo:

Einen etwas anderen und ungewöhnlichen Blick auf die Finsternis hat man durch eine Lochkamera. Die muss man nicht mal selber basteln. Büsche und Bäume erzeugen durch die Lücken in ihrem Laub den gleichen Effekt. Und das sieht so richtig cool aus:

Die nächste Sonnenfinsternis gibt es am 13. November 2012; sie ist allerdings nur vom nördlichen Australien aus sichtbar (oder vom Pazifik aus). Eine ringförmige gibt es am 10. Mai 2013; man muss aber wieder nach Australien reisen um sie zu sehen. In Europa kriegen wir erst am 20. März 2015 wieder eine zu sehen - und auch da nur von den Faröer-Inseln und von Spitzbergen. Am 12. August 2026 muss man von Deutschland aus nicht ganz so weit reisen um eine totale Finsternis zu sehen - es reicht, nach Spanien zu fahren. Eine ringförmige Finsternis kann man am 21. Juni 2039 von Skandinavien aus sehen. In der Schweiz und in Österreich gibt es am 3. September 2081 die nächste totale Finsternis (und sogar die Liechtensteiner haben einmal Glück und können von zuhause aus zusehen). In Deutschland und Österreich müssen wir leider bis zum 27. Februar 2082 warten, um den Anblick eines Feuerrings am Himmel zu erleben.

Wer also nicht vor hat, besonders lang zu leben und trotzdem eine totale bzw. ringförmige Sonnenfinsternis sehen möchte, wird wohl verreisen müssen...
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WSC - Tag 3: Anleitung zur Subversion, Missbrauch der Wissenschaft gegen Frauen... und James Randi! [Kritisch gedacht]

Tue, 22 May 12 02:59:59 -0400

Mit diesem fünften Gastbeitrag endet unsere kleine Serie zum WSC 2012. Ganz herzlichen Dank an Gastautor noch'n Flo!

WSC - Tag 3: Anleitung zur Subversion, Missbrauch der Wissenschaft gegen Frauen... und James Randi!

Mit etwas Verspätung komme ich nun endlich dazu, auch vom dritten Kongresstag zu berichten. Ich möchte mich bei dieser Gelegenheit noch vielmals für die Flüchtigkeitsfehler in meinem Bericht vom 2. Kongresstag entschuldigen - wenn ich daraus etwas gelernt habe, so dieses:

Du sollst nicht Blogeinträge verfassen zwischen 24 und 2 Uhr, insbesondere nach einem langen und anstrengenden Kongresstag, und vor allem niemals, wenn Du zuvor:

a) in den vorangegangenen Nächten schon viel zu wenig geschlafen hast und

b) am selbigen Abend mit anderen Skeptikern gefeiert hast.

Ich schlage hiermit vor, dieses zum ersten Gebot aller (skeptischen) Blogger zu erheben. ;)

Aber egal, ich bin jetzt zumindest leidlich ausgeschlafen, da sollt Ihr nun auch nicht mehr des finalen Berichtes darben.

Der dritte Kongresstag begann mit einer sehr speziellen Session, während derer James Randi nicht nur aus seinem Leben berichtete, sondern auch den Kongressbesuchern Rede und Antwort zu seiner Millionen-Dollar-Challenge stand. Unter anderem erzählte auch er die Geschichte, als er 1981 die Nachricht erhielt, dass ein Asteroid im Asteroidengürtel nach ihm benannt worden war. James Randi arbeitete damals recht eng mit Arthur C. Clarke, dem Schöpfer von „2001 - Odyssee im Weltraum" zusammen, und rief seinen SF-Freund natürlich sofort an. Dieser meinte nur lapidar: „Oh schön, so etwas passiert manchmal. Ich selber hatte diese Ehre schon vor vielen Jahren."

Daraufhin rief James Randi die International Astronomical Union (IAU) an. Am nächsten Tag konnte er seinem Freund berichten: „Dein Asteroid ist nur 0.75 km gross, meiner jedoch 4 km".

Soviel zur Bedeutsamkeit unseres heutigen Redners... ;)

Aber mal wieder ernsthaft. Im weiteren Verlauf des Vortrags durften wir alle Zeuge einer wirklich einzigartigen Vorführung des „Cold Reading" - einer sehr speziellen Subdisziplin der „Mentalmagie" - werden. Letztere hatte JR schon vor Jahrzehnten aufgegeben, nachdem ihm jemand in dern 60ern angeboten hatte, ihm 75 USD pro Woche zu zahlen, wenn JR ihm Tips für Pferderennwetten geben würde. Dies war der Zeitpunkt gewesen, an dem JR erkannt hatte, dass sein Publikum tatsächlich glaubte, er habe übersinnliche Fähigkeiten. Da er sich nicht weiter schuldig machen wollte, einen solchen Glauben weiter zu befördern, zog er sich aus diesem Teilgebiet der Magie weitgehend zurück.

Aber für die WSC-Teilnehmer machte er eine Ausnahme - am Vorabend hatte er sich mit der Tochter des GWUP-Vorsitzenden Armando Sarma getroffen und sie gebeten, aus einer in der Hotellobby herumliegenden Zeitung eine beliebige Zeitung auszuwählen, aus dieser eine beliebige Seite zu wählen, und von dieser Seite wiederum ein beliebiges Wort. Und in der Session am Sonntagmorgen schaffte es James Randi in wirklich beeindruckender Manier (und das schreibe ich auch als jemand, der sich seit einem Vierteljahrhundert in Amateurmagie versucht, und entsprechend eine Menge der zugrundeliegenden Techniken gut kennt), das fragliche Wort zu identifizieren.

Alleine diese Vorführung war m.E. die gesamte Kongressgebühr wert. Das war echt vom Feinsten!

Aber er erzählte uns auch ein paar Geschichten aus der 1-Millionen-Dollar-Challenge. So erhielt er vor ein paar Jahren einen Anruf eines Physikers aus Kalifornien. Dieser berichtete ihm, dass wohl gerade eben die Wette gewonnen worden war. Ein junger Mann war in dem Labor in Kalifornien erschienen und hatte telekinetische Fähigkeiten angegeben.

Er hatte auch gebeten, dass die Wissenschaftler für ihn eine Schachtel Streichhölzer besorgen sollten. Wie manche Wissenschaftler nun einmal sind, so hatten diese gleich eine ganze Grosspackung gekauft, ein einzelnes Päckchen ausgewählt, und den Rest verworfen (also weggeschmissen). Das nenne ich mal eine gute Randomisierung!

Der Proband hatte nun ein einzelnes Streichholz genommen und auf seinen Handrücken gelegt, wo dieses sich sofort senkrecht aufrichtete. Als JR dieses hörte, wies er seinen Assistenten an, ihm ein bestimmtes Buch von Martin Gardner aus seiner Bibliothek zu bringen. Dann fragte er den Anrufer, ob er diesem ein Fax schicken könnte. Der Anrufer antwortete: „Ja klar, aber warum?" JR antwortete, der Physiker solle mal einfach abwarten.

Das Fax wurde geschickt, der kalifornische Physiker bestätigte den Eingang, und begann zu lesen. Mittendrin war dann die Verbindung dann plötzlich unterbrochen. Der Anrufer hatte wohl erkannt, auf einen uralten Zaubertrick hereingefallen zu sein.

In der 2. Session des 3. Kongresstages ging es dann um Pseudowissenschaften in der Gesellschaft. Im ersten Vortrag zu diesem Thema, gehalten von Sven Ove Hansson (Begründer der schwedischemn Skeptikergesellschaft, die mit über 3'000 Mitgliedern eine der grössten Europas ist!), ging es um Skeptiker und Pseudoskeptiker.

Gemäss Definition sind Skeptiker vor allem Menschen, die die Welt an sich infrage stellen. Diese Definition stammt noch aus der Antike. „Skeptiker" waren dort Menschen, die die Frage stellten, ob die Welt, wie wir sie wahrnehmen, wirklich so ist, wie wir sie sehen, und die Frage stellten, wie wir zu dieser Frage Gewissheit gewinnen könnten (also ungefähr so wie im Film „Matrix"). Im Zeitalter der Aufklärung griff Descartes diese Frage wieder auf - mit dem berühmten Satz „Cogito, ergo sum" („Ich denke, also bin ich").

Im Gegensatz dazu muss man die heutigen Skeptiker als „wissenschaftliche Skeptiker" betrachten. Ein wesentlicher Bestandteil dieser Haltung ist die Bereitschaft, sich auch mit Dingen auseinanderzusetzen, die nicht für die Wissenschaft, aber umso mehr für die Öffentlichkeit interessant sind (das mach den Unterschied zum „gewöhnlichen" Wissenschaftler aus).

Es gibt aber auch „anti-wissenschaftliche Skeptiker". Dieses sind Menschen, die sich oberflächlich „skeptisch" geben, aber leider immer wieder im Interesse gewisser Unternehmen handeln, also z.B. Klimaskeptiker oder Tabakskeptiker. Auch Kreationisten oder die Kritiker an der allg. bzw. spez. Relativitätstheorie gehören in diese Kategorie.

Dafür bedarf es einer selektiven Wissenschaftsleugnung. Der Feind ist eine etablierte wissenschaftliche Theorie, die das Weltbild der Pseudoskeptiker stört. Die feindliche Theorie ist im Regelfall komplex und schwer zu verstehen. Die Leugner akzeptieren nicht die wissenschaftlichen Standards, die für die Akzeptanz der von ihnen angegriffenen Theorie notwendig sind. Der grösste Teil der Leugner sind keine Experten im betreffenden Gebiet. Und in der Mehrzahl sind die Leugner männlich.

Die Leugner schaffen es ausserdem nicht, in etablierten Fachmagazinen zu publizieren; sie führen dies jedoch im Regelfall auf eine Verschwörung der internationalen Wissenschaftlergemeinschaft gegen sie selber zurück (und weniger auf ihre eigenen Unzulänglichkeiten). Daher wenden sie sich bevorzugt an die Öffentlichkeit. Sie machen dann falsche Angaben über ihren (nicht vorhandenen) Rückhalt in der wissenschaftlichen Gemeinschaft (und veröffentlichen dann bevorzugt lange Listen mit den Namen ihrer Befprworter, anstatt echte Argumente zu bringen). Viele dieser Leugner weisen dann auch (gemeinsame) politische Motive für ihre öffentlichen Argumentationen auf.

Deshalb müssen wir als Sekptiker uns stets fragen:
1. Was wissen wir sicher?
2. Wie sollten wir uns nach aktuellem Kenntnisstand verhalten?

Der nächste Vortrag des Vormittags kam dann von Chris Mooney, einem amerikanischen Bestseller-Autor, der uns mit der Leugnung der Realität (und damit auch der Wissenschaft) durch die Konservativen in den USA vertraut machte.

Bei diesem Problem ist vor allem eines wichtig: Republikaner leugnen nicht nur, sie greifen die Wissenschaft sogar direkt an. Dafür haben sie vor allem 2 Gründe: Geld und Religion. Ëin sehr krasses Beispiel ist, dass die Anhänger der Republikaner die akzeptierten Theorien zur Klimaerwärmung umso mehr ablehnen, je höher ihr Bildungsgrad ist (bei allen anderen Parteien in den USA ist dies genau andersherum!). Einen ähnlichen Effekt konnte man vor einiger Zeit bei einer Umfrage beobachten, bei der gefragt wurde, ob die Befragten der Meinung seien, der US-Präsident Barack Obama sei (wegen seines 2. Vornamens „Hussein") ein Muslim. Dem stimmte wiederum eine grosse Anzahl der Anhänger der republikanischen Partei zu (insbesondere die Anhänger der „Tea-Party-Bewegung"). Diese Menschen wurden in diversen US-amerikanischen Fernsehsendungen bereits als „smart idiots" bezeichnet.

Den Nachmittag des 3. Tages läutete dann der Vortrag von Simon Perry ein. Er erzählte von einer Aktion, die er via Internet auf den Weg gebracht hatte, als die britische Chiropraktiker-Vereinigung (BCA) Simon Singh wegen übler Nachrede verklagt hatte.

Simon Perry war dabei systematisch auf die Homepages vieler britischer Chiropraktiker gegangen, und hatte sich genau die Versprechungen angesehen, die diese für ihre Behandlungen machten. U.a. wurde dort des öfteren damit geworben, dass mit chiropraktischen Interventionen Koliken bei Säuglingen behandelt werden könnten.

Für diese Behauptung gibt es jedoch keinerlei Nachweis. Ganz im Gegenteil: meherere Studien haben diese Behauptung bereits widerlegt.

Simon Perry mahnte daraufhin dutzende Chiropraktiker-Praxen in GB ab. Ebenso die Dachvereinigung BCA. Ohne Ergebnis. Also wandte er sich mit seiner Beschwerde an die zuständige Aufsichtsbehörde.

Kurz darauf wies die BCA alle Mitglieder an, ihre Internetseiten sofort vom Netz zu nehmen. Ausserdem sollten alle Info-Broschüren über die Anwendung chiropraktischer Methoden bei Kindern aus den Wartezimmern entfernt werden. Selbst die BCA nahm ihre Seite vom Netz!

Viele dieser Seiten sind bis heute nicht mehr online genangen!

Diverse Studien, die die BCA zur Wirksamkeit der Chiropraktik bei Koliken oder Asthma bis heute anführt, sind mittlerweile widerlegt.

Simon Perry hat in den letzten Jahren eine ähnliche Aktion beim CNHC („Complementary and Natural Healthcare Counsil", ein von Prince Charles gegründeter Verband britischer Pseudomediziner) durchzuziehen, weil dieser plötzlich Fussreflexzonentherapeuten aufnahm. Diese Beschwerden verliefen jedoch im Sande, schliesslich erhielt Simon eine Nachricht, dass der Verband in nächster Zukunft keinerlei Beschwerden mehr von ihm annehmen würde.

Aber Simon hat mittlerweile ein Internet-Tool entwickelt, mit dem man sich in sehr einfacher Weise über solche pseudowissenschaftlichen Verfahren beschweren kann. Dieses heisst „FishBarrel" - und Simon hat uns auf dem Kongress versprochen, dieses Tool auf Anfrage jedem Land auf der Welt innert weniger Tage anzupassen.

Na: denn man tau!

Der nächste Vortrag von Rebecca Watson drehte sich um das Problem, wie leider immer wieder männliche Forscher die Wissenschaft missbrauchen, um negativ gegen Frauen vorzugehen. Hierzu führte sie ein paar Studien an, die tatsächlich so in den letzte Jahren in angesehenen Fachzeitschriften veröffentlicht wurden:
- die Liebe der Frauen zum Shopping ist eine Rückentwicklung in die Zeit der Höhlenmenschen
- Männer präferieren blonde Frauen, weil sie ihnen das Alter besser ansehen können
- Männer bevorzugen deshalb Frauen mit grossen Brüsten, weil diese mit zunehmendem Alter grösser werden und Männer von Natur aus ältere Frauen bevorzugen
- es hat biologische Gründe, dass Frauen eher rosa bzw. rötliche Farben bevorzugen

Ich möchte mich hiermit definitiv jeglicher Gender-Debatte enthalten (wg. schlechter Erfahrungen), und beende somit meine Berichterstattung über dieses seltsame Thema. Aber die genannten Beispiele finde ich schon gruselig...

Zum Ende des letzten Kongresstages kamen dann James Randi, Ray Hyman und Massimo Polidoro zusammen, um eine der letzten Seancen des grossen Henri Houdini nachzustellen. Dieser hatte sich schon früh der Aufdeckung übersinnlicher Phänomene verschrieben. In der Sitzung konnten wir dann (nach einer kleinen mentalmagischen Einlage von Ray Hyman) abermals Zeugen des unglaublichen Talents des James Randi werden, der trotz seines fortgeschrittenen Alters (und trotz seiner überaus offensichtlichen Osteoporose und Polyarthrosen) zwei sehr beeindruckende Entfesselungen vorführte (zugegeben: für mich als langjährigen Amateur-Zauberer nicht so wirklich überraschend, aber dennoch absolut genial vorgeführt!). Danach stand er zum letzten Mal Fragen aus dem Publikum zur Verfügung.

Eine der Frage drehte sich darum, ob sich auf seine 1 Mio. Dollar-Challenge auch schon oft offensichtliche Betrüger gemeldet hatten. JR erzählte daraufhin die Geschichte von einem Mann aus dem Staate New York, der sich folgendermassen bei ihm gemeldet hatte: „Schicken Sie eine Person ihrer Wahl an einen Ort, maximal 20 Meilen von Ihrem Büro in Fort Lauderdale entfernt. Ich werde diese Person finden und an ihre Tür klopfen." James Randi hatte diesen jungen Mann spontan zum Test eingeladen.

Der Kandidat kam dann auch am vereinbarten Tag pünktlich um 10 Uhr bei James Randis Büro an. Und erkundigte sich sofort, wo denn nun die Person sei, die er finden sollte. Daraufhin informierte ihn JR, dass er diese Person bereits am Vorabend zu dem geheimen Ort gebracht hatte (es handelte sich um James Randis Schwester, die in einem Hotel wartete).

Dies brachte den Kandidaten völlig aus der Fassung. Er versagte bei der Prüfung gnadenlos - er hatte nämlich einen Freund im eigenen Auto mitgebracht, der der zu findenden Person heimlich folgen und ihn über ihren Aufenthaltsort informieren sollte.

Ich selber habe mir zum Abschluss der Konferenz dann auch noch eine Frage an James Randi erlaubt: ob er denn nach all' den Jahren, in denen so viele Kandidaten beim Versuch, die 1 Mio. Dollar zu gewinnen, gescheitert waren, noch immer ernsthaft daran glaube, dass eines Tages irgendjemand erfolgreich die Millionen-Dollar-Herausforderung bewältigen könne. Die Antwort war ein knappes, aber eindeutiges „Nein!"

Damit möchte ich meine kurze Reihe der Berichterstattung vom „World Skeptics Congress 2012" in Berlin beschliessen. Ich bedanke mich hiermit vielmals bei Ulrich Berger, der mir seinen Blog als Plattform für meine Berichte zur Verfügung gestellt hat. Sie mögen nicht immer vollständig oder akkurat gewesen sein, aber ich hoffe dennoch, Euch einen ungefähren Eindruck von einer wirklich tollen Konferenz vermittelt zu haben.

Übrigens: 2013 steht wieder ein Kongress der europäischen Skeptiker an - der Ort ist zwar noch nicht definitiv, aber es sieht laut Armadeo Sarma, dem Vorsitzenden der GWUP, sehr stark nach Schweden als Gastgeber aus. Und ausserdem findet ja noch das Jahrestreffen der GWUP in Köln statt. Vielleicht sehen wir uns ja dort?
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Billard spielen mit Quantenteilchen [naklar]

Tue, 22 May 12 00:00:07 -0400

Mit Quanten-Billards habe ich mich einige Zeit lang selbst wissenschaftlich beschäftigt. Ich möchte im Lauf der Zeit hier einige Einblicke in dieses spannende Gebiet bieten - doch zuerst mal: Was ist das überhaupt für ein Zeug?
Billard ist ein Spiel, das physikalisch ziemlich leicht zu verstehen ist. Wenn ich mit dem Queue die Kugel anstoße, wird sie sich von mir wegbewegen, wenn die Kugel die Bande trifft, wird sie reflektiert werden, wenn eine Kugel die andere berührt, werden sich beide mit geänderter Geschwindigkeit und Richtung weiterbewegen. Die Gesetze der klassischen Mechanik, die solche Bewegungen und Stöße mit wunderbarer Präzision beschreiben, sind seit langem genau bekannt. Niemand wird von irgendwelchen physikalischen Ereignissen am Billardtisch besonders überrascht sein - höchstens vom Talent der Spieler. Die Physik dahinter erscheint uns recht vertraut. Trotzdem gibt es heute viele Physiker, die sich mit Billardproblemen beschäftigen.

Die Welt der großen Dinge ...

Stellen wir uns nun vor, wir würden die Größe des Billardtisches ändern. Was würde geschehen, wenn unser Tisch mehrere Kilometer lang wäre? Passend dazu stellen wir uns auch noch Billardkugeln groß wie Einfamilienhäuser vor, und auch den Queue lassen wir entsprechend wachsen. Wenn wir selbst nun groß und stark genug wären, um mit diesem Riesenbillard zu spielen - wie würde das Spiel verlaufen? Die Kugeln würden sich genauso bewegen wie vorher. Wenn wir dieses Billardspiel im Fernsehen übertragen würden könnte niemand nur aufgrund der Bahnen der Kugeln sagen, ob es sich um den großen oder um den gewöhnlichen Billardtisch handelt. Die Gesetze der klassischen Mechanik sind auf dieselbe Weise anwendbar, unabhängig von der Größe unseres Systems. Diese Tatsache nennt man Skaleninvarianz.

... und die Welt des Kleinen

Was geschieht nun, wenn wir den Billardtisch immer kleiner machen? Zunächst überhaupt nichts. Auch auf einem zündholzschachtelgroßen Tisch mit winzigen Kugeln und zahnstocherartigen Queues könnte man - theoretisch - wie gewohnt Billard spielen. Wenn man allerdings die Abmessungen des Tisches weiter verkleinert, bis wir unser Billardspiel nur noch unter einem guten Mikroskop sehen können, bemerken wir, dass die Billardkugeln langsam beginnen, sich etwas ungewöhnlich zu benehmen. Die klassischen Kugelstoß-Gesetze an die wir uns so sehr gewöhnt haben, beschreiben das was wir sehen nur noch näherungsweise. Wenn wir in die Größenordnung von einzelnen Mikrometern (Millionstel Metern) oder gar Nanometern (Milliardstel Metern) kommen, und unsere Billardkugeln nur noch aus einem einzigen Teilchen (einem Atom oder Elektron) bestehen, dann erkennen wir, dass unsere Vorstellung von Kügelchen, die sich auf geraden Linien fortbewegen und aneinanderstoßen, endgültig keine Sinnvolle Betrachtungsweise mehr ist. Wir brauchen die Quantenphysik, um das Verhalten der Teilchen richtig vorhersagen zu können.

Halbleiterbillards

Winzigkleine Billardsysteme können also ein nettes Spielzeugmodell für Theoretiker sein. Ist das alles? Wenn das so wäre, hätten die Physiker wohl schon längst das Interesse daran verloren. Es steckt mehr dahinter. Solche winzigen Billards gibt es wirklich: Statt der Kugel verwendet man ein einzelnes Elektron, den "Tisch" kann man mikrometergroß herstellen - in Halbleiterstrukturen. Der Einfachheit halber hat unser Quanten-Billardtisch nur zwei Löcher: Eines links, das ist der Eingang, durch den das Elektron hereintritt, das andere rechts, dort kann das Elektron hinaus. Es kann sich aber auch, nachdem es mehrmals an den Wänden angestoßen ist, in das Eingangsloch zurückbewegen. Wenn nun immer wieder einzelne Elektronen von links in das Billard eintreten und (zumindest viele von ihnen) rechts wieder austreten, dann wird elektrische Ladung transportiert, es fließt Strom. Unser Billard ist also nun ein winziger elektronischer Bauteil, ein Stromleiter, wie ein Mini-Kabel.

Bei einer Lampe mit Dimmschalter kann man kontinuierlich einstellen, wie viel Strom fließt. Wenn der Stromfluss in einem Mini-Draht aber nur aus einigen wenigen Elektronen besteht, ist das anders. Ein einzelnes Elektron geht entweder durch den Draht oder eben nicht. Niemals wird man ein halbes Elektron messen. Daraus ergeben sich quanten-Phänomene, die man am Computer berechnen und im Experiment überprüfen kann. Der Quanten-Hall-Effekt, für dessen Erklärung 1985 der Nobelpreis an Klaus von Klitzing vergeben wurde, ist Beispiel für einen Quanten-Effekt, der in solchen Mini-Billards nachweisbar ist. Er ermöglicht Strommessungen mit bisher unübertroffener Präzision.

Mehr zum Quanten-klassischen Übergang auf www.naklar.at
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Wissenschafts-Fernsehen [Mathlog]

Mon, 21 May 12 17:00:57 -0400

"Mit Mathe Tore schießen" - die erste Sendung des Wissenschaftlichen Quartetts ist seit heute online.
Screenshot: https://permail.uni-muenster.de/cgi-bin/permail/1337610124/part.3/wq_screenshot_300dpi.jpg

Auf der Online-Plattform http://www.wq-tv.de soll in Zukunft alle 8 Wochen eine neue Wissenschaftssendung erscheinen, die erste Sendung heute beschäftigt sich mit Fußball unter wissenschaftlichen Gesichtspunkten, die nächste Sendung dann am 16.7. befaßt sich mit Solarenergie 2.0.

Aus der Presseerklärung:

Die WQ-Auftaktsendung beschäftigt sich - drei Wochen vor der Fußball-EM - mit der Frage, wie viel Wissenschaft im modernen Fußballspiel steckt. Unter dem Titel „Mit Mathe Tore schießen" zeigt Karsten Schwanke modernste Trainingsmethoden und wie ein Fußball-Computerspiel entsteht, er sucht nach dem besten Fußballschuh der Welt und rechnet mitdem gelernten Mathelehrer und heutigen Profitrainer Mirko Slomka.
Die Sendungen werden über das von der Deutsche Telekom Stiftung unterstützte Online-Portal www.wq-tv.de kostenlos ausgestrahlt: Die Filme richten sich an wissenschaftlich interessierte Nutzer, vor allem Jugendliche und dauern zwischen drei und acht Minuten. Ob jetzt Fußball oder später Raumfahrt, Nobelpreise oder Solarenergie 2.0: Die neue Plattform bietet zu jedem Thema vertiefende Hintergrundinformationen. Alle Materialien eignen sich auch für die Nutzung im Schulunterricht. Auf der Webseite können die Zuschauer die Themen der jeweiligen Sendung diskutieren und kommentieren. Experten stehen dabei Rede und Antwort.

In der aktuellen Sendung reden u.a. ein Biomechaniker über Fußballschuhe, ein Bewegungswissenschaftler über die richtige Trainingsmethode, Mirko Slomka über Mathematik und schließlich ein Produzent von "Electronic Arts", ein Tester und ein Sportwissenschaftler über FIFA 2012. Wenn man dem Tester von FIFA 2012 glauben darf, werden Computersimulationen im Fußball bald eine ähnliche Rolle spielen wie heute schon im Schach:

... ich glaube, daß es Profi-Fußballer generell gibt und ich habe auch mit Spielern schon gesprochen, die genau das eben auch bestätigt haben, daß sie gewisse Spielzüge in FIFA, na ich will nicht sagen erproben, aber zumindest spielen können, die in der Realität nicht so einfach funktionieren, und ich glaube, daß man dann schon so einen Aha-Effekt hat oder so 'nen staunenden Effekt oder daß man sieht, ach, so einfach ist das, ich muß einfach durch die Gasse spielen

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Video: Die Vermessung des Universums [Astrodicticum Simplex]

Sun, 20 May 12 20:55:47 -0400

So. Nach drei faszinierenden, anregenden und anstrengenden Tagen am 6. World Skeptics Congress in Berlin bin ich wieder zurück. Bevor es morgen noch mal einen ausführlichen Abschlussartikel zur Skeptikertagung gibt, habe ich noch schnell ein schönes Video über Astronomie. Es geht um die Vermessung des Universums. Wie weit sind die Dinge im Kosmos voneinander entfernt? Das herauszufinden ist nicht immer so einfach. Angefangen vom Abstand zwischen Erde und Sonne (hier spielt der bald wieder stattfindende Venustransit eine wichtige Rolle) bis hin zu den fernsten Galaxien erzählt dieses Video vom Königlichen Observatorium in Greenwich die Geschichte der Vermessung des Universums:
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Risikowahrnehmung: Wenn man vor den falschen Dingen Angst hat [Astrodicticum Simplex]

Sun, 20 May 12 12:00:10 -0400

Walter Krämer, Professor für Wirtschafts- und Sozialstatistik an der TU Dortmund, hat gestern am 6. World Skeptics Congress einen sehr interessanten Vortrag gehalt. Interessant unter anderem auch deswegen, weil es um ein Thema ging, mit dem auch ich mich immer wieder konfrontiert sehe: Die irrationale Risikowahrnehmung der Menschen!Unsere Welt ist voll mit gefährlichen Dingen. Und wir Menschen haben vor vielen Dingen Angst. Aber sehr oft sind diese Dinge nicht identisch. Das, vor dem wir uns fürchten, ist selten das, vor dem wir uns fürchten sollten.

Krämer hat in seinem Vortrag viele Beispiele dafür gebracht. Wir fürchten uns vor dem Rinderwahnsinn, obwohl daran in Deutschland kaum jemand gestorben ist. Wir haben allerdings kein Problem damit, Fisch zu essen - obwohl jährlich in Deutschland über 500 Menschen an Fischgräten ersticken. Dank Hollywood haben wir Angst vor Haien, obwohl sehr wenig Menschen tatsächlich von Haien angegriffen und getötet werden. Wir haben Angst vor den Pestiziden in der Nahrung aber die überwiegende Mehrheit der natürlichen Giftstoffe in den Lebensmitteln lässt uns kalt. In Flugzeugen sterben weniger Menschen als im Strassenverkehr und trotzdem haben wir mehr Angst davor in ein Flugzeug zu steigen als in ein Auto. Beispiele dieser Art gibt es haufenweise und sie zeigen uns, dass wir es oft schwer finden, Risiken richtig einzuschätzen.

Mehr oder weniger gefährliche Dinge und die Zahl der Artikel die in Zeitungen darüber geschrieben werden.

Krämer hat sich auch über die Gründe dafür Gedanken gemacht. Wir haben eher vor menschengemachten Dingen Angst, als vor natürlichen Gefahren (ein gutes Beispiel dafür ist der Teilchenbeschleuniger LHC). Wir haben vor Dingen Angst, die wir nicht kontrollieren können, aber nicht, wenn wir (scheinbar) alles unter Kontrolle haben - zum Beispiel am Steuer eines Fahrzeugs. Wir haben vor "neuen" Gefahren mehr Angst als vor "alten". Und so weiter. Ein - aus meiner Sicht - enorm wichtiger Punkt ist das Wissen, das man besitzt. Vor dem Unbekannten hat man viel mehr Angst als vor dem, das man kennt. Ich merke das täglich, wenn ich meine Mailbox öffne.

Fast immer befindet sich darin ein Email, in der mir jemand schreibt, der Angst vor dem angeblichen Ende der Welt im Dezember 2012 hat. Und in der großen Mehrheit der Fälle kommt die Mail von jungen Eltern (meistens Mütter), die Angst haben, mich fragen, ob sie das glauben sollen, was sie da hören und wie sie ihre Kinder beschützen sollen. Eine typische Anfrage ist zum Beispiel diese hier:

"Ich bin Mutter von 4 Kindern und wie Sie sich sicherlich vorstellen können, habe ich unwahrscheinliche Angst. Ich kann meine Kinder nicht beschützen, wenn wirklich so etwas eintrifft, wovon viele überzeugt sind. Was soll man denn nun glauben, ich bin so verunsichert und möchte das alles gar nicht wirklich wahrhaben."

Es ist absolut verständlich, dass Eltern Angst um ihre Kinder haben. Die Welt ist oft gefährlich und es gibt Dinge, vor denen man seine Kinder beschützen kann und muss. Krankheiten zum Beispiel. Oder Unfälle im Straßenverkehr. Wer seine Kinder schützen will, sollte sie gegen die wichtigsten Krankheiten impfen lassen und ihnen beibringen, wie man sich auf der Straße richtig verhält (und vielleicht selbst im Auto nicht immer ganz so viel Gas geben). Es bringt den Kindern aber überhaupt nichts, wenn ihre Eltern wegen irgendwelche Weltuntergangspropheten hysterisch werden und Angst vor dem Ende der Welt haben. Aber das ist leider oft der Fall und der Grund ist Unwissenheit.

Wenn ich heute den Leuten erzähle, dass im Thüringer Wald eine Horde feuer- und säurespuckender Riesendrache lebt, die sich demnächst auf eine Fresstour durch Deutschland bewegen und uns alle umbringen, dann werde ich damit nicht sonderlich viel Angst erzeugen. Die Leute wissen dass es keine feuerspuckende Drachen geben kann und dass der Thüringer Wald kein Ort ist, an dem sich solche Fabelwesen verstecken. Wenn die Gefahr aber aus dem Weltall kommt, dann wissen plötzlich sehr viele Menschen nicht mehr Bescheid. Astronomie gehört nicht zu den Dingen, über die man als Normalsterblicher viel weiß. Astronomie gehört zu den Bereichen, in denen selbst absolutes Grundlagenwissen nicht weit verbreitet ist (Wer es nicht glaubt: Geht mal auf die Straße und fragt die Leute, ob sie euch den Unterschied zwischen Stern und Planet erklären. Oder ob sie wissen, was eine Galaxie ist). Das ist auch nicht verwunderlich. Im Gegensatz zu den anderen naturwissenschaftlichen Disziplinen (Chemie, Biologie, Physik) gibt es bis auf wenige Ausnahmen nirgendwo einen verpflichtenden Astronomieunterricht in der Schule (und selbst wenn, dann ist es nur eine Stunde in der 10. Klasse). Das Weltall ist irgendwo da draußen und keiner weiß, was dort lauert!

Keine Angst vor Drachen!

Wenn die Leute also irgendwo hören, dass unbekannte Planeten sich auf Kollisionskurs mit der Erde befinden, Sonnenstürme uns umbringen werden oder spezielle Konstellationen der Planeten Katastrophen verursachen werden, dann haben sie keine Möglichkeit, die Plausibilität dieser Behauptungen zu überprüfen. Die Aussagen der Weltuntergangsfreaks klingen genauso glaubwürdig wie die der echten Wissenschaftler, die genau das Gegenteil sagen. Den Leuten bleibt nichts anderes übrig, als irgendjemanden zu glauben. Und das ist natürlich exakt der falsche Weg. Man muss wissen. Und man kann wissen - ich habe ausführlich erklärt, wie es geht. Und es funktioniert! Wissen besiegt die Angst. Wer Bescheid weiß, muss keine Angst mehr haben.

Es gibt auf dieser Welt viele reale Gefahren und viele Gefahren die unsere volle Aufmerksamkeit verdienen würden. Aber leider haben wir vor den falschen Dingen Angst...
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WSC 2012 - Tag 2: The good, the bad, the ugly [Kritisch gedacht]

Sun, 20 May 12 02:16:02 -0400

Ein Gastbeitrag von Kommentator noch'n Flo

WSC 2012 - Tag 2: The good, the bad, the ugly

Bevor ich mit meinem Bericht vom WSC 2012 mit Tag 2 fortfahre, wollte ich es nicht versäumen, einmal ein wenig vom Kongress selber zu erzählen. Die Veranstaltung ist mit rund 320 Besuchern restlos ausgebucht (genauso wie schon der Publikumstag und der Science Slam). Einen solchen Erfolg hatten die gastgebenden Berliner Skeptiker nicht zu hoffen gewagt. Die Organisation ist spitze, der Veranstaltungsort nahe des Bahnhof Zoo sehr schön - einzig die im Kongresssaal aufgestellten Stühle zeichnen sich durch eine gewisse Unbequemlichkeit aus und stehen ausserdem für meinen Geschmack etwas zu eng beieinander. Bei gut besuchten Vorträgen ist da manchmal durchaus Gruppenkuscheln angesagt...

Eine Hälfte des Publikums - nochmal so viele Besucher befinden sich hinter der Kamera.

Besonders beeindruckt bin ich ja von James Randi, der sich mit schier endloser Geduld mit Kongressteilnehmern fotografieren lässt und Fragen beantwortet. SB-Kommentator „pirx" hat ihn schon liebevoll als das „Kongress-Maskottchen" bezeichnet. Aber irgendwie scheinen die Skeptiker auch einfach nur seine grosse Familie zu sein, und er ist der liebe Opa, der irgendwie immer zwischen allen herumwuselt.

Aber genug zum Kongressrahmen, hier nun ein paar Worte zu den Vorträgen des 2. Tages:

Das erste Schwerpunktthema bildete die sog. „Alternativmedizin". Zunächst führte uns Jürgen Windeler in die Grundlagen des Themas ein und machte sehr deutlich klar, dass die Verwendung von Begriffen wie „alternative" oder „komplementäre" Medizin keinen Sinn macht, und die daraus oft abgeleitete Forderung, diese Verfahren auf andere Weise zu prüfen, wie die etablierte Medizin, keinerlei Basis hat. In der CAM („complementary and alternative Medicine") wird immer gerne die „Anregung von Selbstheilungskräften" als Ziel formuliert. Allerdings haben Selbstheilungskräfte immer einen wichtigen Anteil an der Heilung von Krankheiten, auch die etablierte Medizin kommt nicht ohne sie aus. Sie müssen allerdings auch nicht besonders angeregt werden.

Hauptvoraussetzung für Aussagen über Effekte einer Methode ist stets der Vergleich. Ein Verfahren isoliert zu beobachten (wie es die CAM gerne tut) macht keinen Sinn, man braucht stets den Vergleich mit entweder einer Nicht- bzw. Scheinbehandlung (Placebo) oder einer anderen Therapie.

In entsprechenden Studien kommt der Randomisierung und der daraus resultierenden Unberechenbarkeit für den Probanden, ob er nun mit einem Placebo oder der tatsächlich zu testenden Therapie (Verum) behandelt wird, die grösste Bedeutung zu. Wurde hier in einer Studie schlecht gearbeitet, sind die Ergebnisse oft nicht verwertbar.

Ebenfalls wichtig, wenn auch lange nicht so wichtig wie die Randomisierung, ist die Verblindung. Hier gibt es aber verschiedene Grade:
- die einfache Verblindung - hier weiss lediglich der Patient nicht, ob er mit Verum oder Placebo behandelt wird
- die doppelte Verblindung (die häufigste Form) - hier weiss auch der Behandler nicht, ob er Verum oder Placebo verabreicht
- die dreifache Verblindung - hier weiss auch der auswertende Statistiker nicht Bescheid
- die vierfache Verblindung - hier weiss nicht einmal der Autor der Studie, welche Ergebnisse zu welcher Gruppe gehören, muss aber trotzdem eine Entscheidung treffen, welches getestete Verfahren das effektivere ist

Es ist offensichtlich, dass nicht jede Studie gleich stark verblindet werden kann. So ist bei vielen Operationen nur eine einfache Verblindung möglich. Es sollte aber stets angestrebt werden, den maximal möglichen Verblidungsgrad zu erreichen.

Den nächsten Vortrag hielt Gerd Antes von der Uni Freiburg. Er setzte direkt beim letzten Vortrag an und erklärte zunächst den Unterschied zwischen Meta-Analysen (eine gewisse Anzahl von Studien wird miteinander verglichen) und der Analyse der Varianz individueller Patientendaten (bei denen aus mehreren Studien die einzelnen Patientendaten in einen grossen Topf wandern und dort neu untersucht werden). Besonders letztere ist sehr gut geeignet, um Verfahren zu validieren, bei denen zu Beginn die Studienergebnisse noch nicht ganz eindeutig waren.

Mittlerweile werden pro Jahr 20'000 (!) neue randomisierte doppeltverblindete Studien neu in medizinischen Fachjournalen veröfftenlicht. Das Ziel muss es daher sein, immer die maximal verfügbare Menge vorhandener Daten in neue Studien mit aufzunehmen. Leider werden aber immer häufiger die Ergebnisse älterer Studien nicht mehr mit einbezogen; im Schnitt werden in einer neuen Studie nur noch 2 ältere Studien zitiert.

Ausserdem kommen 50% der Informationen aus Studien nie beim Praktiker an. Manche Studien verschwinden ganz von der Bildfläche, manchmal werden einfach nur genehme Teildaten veröffentlicht. Dies hat verschiedene Gründe - die Folgen sind jedoch schwerwiegend: nicht nur für die Patienten, sondern auch für die weitere Forschung, die auf den mangelhaften Daten aufbaut. Ein aktuelles Beispiel hierfür ist der Tamiflu-Skandal.

Um solchen Problemen künftig entgegenzuwirken, müssen in der Schweiz seit 2011 alle Studien vor Beginn registriert werden (damit sie nicht mehr heimlich, still und leise in der Schublade verschwinden können). In Deutschland gab es zu diesem Thema bereits 2 Debatten im Bundestag, passiert ist jedoch bislang nichts.

Zum Schluss wies Prof. Antes nochmals darauf hin, dass Anekdoten keinerlei wissenschaftliche Funktion erfüllen. Dies liegt insbesondere daran, dass im Regelfall überhaupt nur Erfolge gemeldet werden, Misserfolge jedoch nicht. Die Erfolgsrate ist somit überhaupt nicht berechenbar, die Erfolgsquote wäre immer 100%.

Nach einer kurzen Pause folgte dann der (meiner Meinung nach) beste Vortrag bis dato: Harriet Hall sprach über „Märchen-Medizin". Zunächst gab es auch hier den Hinweis, dass es gar keine „alternative Medizin" gibt - alles, dessen Wirksamkeit einmal bewiesen wird, wird automatisch Teil der „Medizin". Der Rest ist Scharlatanerie.

Viele Leute vertrauen bei ihrer Entscheidung für ein Verfahren auf die Empfehlungen anderer, auf Auftoritäten oder auf die Werbung. Diese sind jedoch keine gute Referenz. Einzig medizinische Studien liefern objektive Ergebnisse. Aber Vorsicht! Einzelne Studien haben erst einmal nur wenig Aussagekraft, erst durch Meta-Analysen und systematische Reviews entsteht echte Sicherhait über die Wirksamkeit eines Verfahrens.

Aber auch die Plausibilität darf man bei der Beurteilung eines Verfahrens nicht aus den Augen verlieren. Kommt ein Verfahren mit einem stimmigen Grundkonzept daher, lohnt sich weitere Forschung. Werden aber Grundannahmen verlangt, die mit wissenschaftlichen Erkenntnissen unvereinbar sind, kann man sich Studien oft sparen.

So hat die Homöopathie eine Plausibilität, die sich nahe Null bewegt. Für die Akupunktur ist eine solche denkbar, allerdings nicht in dem Rahmen, den die Akupunktur bislang gemeinhin annahm (siehe weiter unten). Bei der Phytotherapie (Pflanzenheilkunde) ist die Plausibilität sehr hoch, da schon lange bekannt ist, dass Pflanzen Stoffe produzieren, die im menschlichen Körper wirksam sind.

Wie aber kann man diese Verfahren testen, und wo lauern Fehler? Dazu ein Beispiel: wenn man den Effekt von Akupunktur auf Rückenschmerzen testen möchte, so macht es wenig Sinn, die eine Hälfte der Patienten konventionell zu behandeln, z.B. mit Medikamenten und/oder Physiotherapie, und die andere Hälfte der Patienten zum Akupunkteur zu schicken. Hier wird die Akupunktur stets gewinnen, da bereits das gesamte Setting darauf hinwirkt. Der Akupunkteur hat für den Patienten viel mehr Zeit, er geht anders an ihn heran usw. Man muss sich also ein anderes Studiendesign überlegen.

Ein grosses Problem gab es in den letzten Jahren mit den sog. „Cochrane-Studies". Diese kamen bei der Entscheidung zwischen evidenzbasierter Medizin (EBM) und CAM oft zu keinem eindeutigen Ergebnis, stattdessen hiess es: „we need more data". Nur leider interpretierten die Vertreter der CAM dies oft fälschlich als Beleg, dass ihre Verfahren der EBM ebenbürtig seien.

Von der CAM selbst initiierte Studien wollen im Regelfall das „Alternativverfahren" von vornherein gar nicht erst in Frage stellen (wie es in der EBM Standard ist), sondern nur von dessen Wirksamkeit überzeugen. Infolgedessen werden oft nur wenige Daten erhoben, auch die Studiendesigns sind oft mangelhaft. Das Ergebnis ist dennoch oft, dass das Verfahren nicht besser ist, als ein Placebo. Was die Vertreter der CAM nicht daran hindert, zu sagen: „Hey, Placebo ist doch gut, also lasst uns das Verfahren weiter verwenden."

Placeboeffekte sind jedoch oft konditioniert, deshalb findet man sie auch bei Tieren (ausgelöst durch vermehrte Zuwendung). Und ein besseres Gefühl des Patienten sagt auch noch lange nicht aus, ob es ihm tatsächlich auch objektiv messbar besser geht. Ein gutes Beispiel ist eine aktuelle Studie zum Asthma-Medikament Albutrol. Dieses wurde mit Placebo, Shem-Akupunktur und Nichtbehandlung verglichen. Ein besseres Wohlbefinden gaben etwa gleich viele Patienten bei allen drei Behandlungen an, lediglich bei Nichtbehandlung waren es signifikant weniger. Wurde aber apparativ das Atemvolumen gemessen, so war dies einzig durch das Medikament gebessert worden, Placebo und Akupunktur unterschieden sich nicht signifikant von der Nichtbehandlung.

Der letzte Vortrag des Vormittags (von dem ich mir auch den Titel für diesen Blogeintag ausgeliehen habe) wurde von Benedikt Matenaer gehalten, einem Anästhesisten, Palliativmediziner und Schmerztherapeuten, der auch eine Akupunktur-Ausbildung durchlaufen hatte (dieses Verfahren jedoch heute nicht mehr anwendet).

Um Akupunktur ernsthaft anzuwenden, muss man erst einmal an folgende - nicht bewiesene - Grundlagen glauben:
1. es gibt im menschlichen Körper einen Energiefluss namens „Chi"
2. dieses fliesst entlang sogenannter „Meridiane" durch den Körper
3. entlang dieser Meridiane gibt es Punkte mit speziellen Funktionen
4. Krankheit entsteht durch eine Disharmonie im Chi-Fluss
5. das Einbringen von Nadeln an den speziellen Punkten bringt den Chi-Fluss wieder in Ordnung

Dr. Matenaer hat diese Grundlagen vor allem deshalb nochmal so expliziert erläutert, weil selbst der Grossteil der Patienten, die sich mit Akupunktur behandeln lassen, diese nicht kennen.

Ein grosser Teil der Patienten kommt wegen Schmerzen zum Akupunkteur. Das Problem ist: gerade Schmerzen und ihre Wahrnehmung sind sehr individuell, der Einfluss eines Placebo-Effekts dementsprechend sehr gross.

Es gibt allerdings einige Punkte, die für eine Wirksamkeit der Akupunktur sprechen (wenn auch nicht in der oben geschilderten Art und Weise). So stimuliert das Einbringen der Nadeln die Ausschüttung von Endorphinen - Botenstoffen, die die Schmerzwahrnehmung verringern oder sogar ganz blockieren. Möglicherweise findet auch ein Overflow im Gehirn statt, wenn viele kleine Schmerzreize oder sogar Nicht-Schmerz-Reize das Gehirn so überfluten, dass andere Schmerzreize nicht mehr durchkommen. Auf dieser Basis dürfte sogar der Effekt der Klangschalen-Therapie beruhen: durch die andauernden sehr starken Vibrationen werden gewisse Eingangskanäle im Gehirn einfach dermassen überfordert, dass der Schmerz draussen bleibt. Einen vergleichbaren Effekt macht sich auch die mittlerweile in der Medizin etablierte TENS-Therapie zunutze, bei der die Stimulation durch schwache, aber rhythmische elektrische Impulse erfolgt.

Ausserdem erhöhen die Nadeln die Durchblutung in der Haut, dies führt zu einer Erwärmung des Areals, was wiederum die Muskulatur entspannt, wodurch wiederum die Schmerzen weniger werden.

Aber ganz wichtig: es gibt bislang keinen Hinweis darauf, dass die Wirksamkeit der Akupunktur an bestimmte Punkte bzw. Meridiane gebunden ist. Vielmehr zeigten Studien, dass der Effekt derselbe ist, egal wo die Nadeln gesetzt werden.

Im übrigen empfiehlt derzeit keine einzige medizinischen Fachgesellschaft in Deutschland die Akupunktur bei bestimmten Beschwerden. Die deutschen Krankenversicherer (gesetzliche) zahlen derzeit im Schnitt bis zu € 361.- pro Jahr für die Behandlung von Schmerzen bei Tumorpatienten. Für die Anwendung von Cannabis, dessen Wirksamkeit bei dieser Indikation in vielen Studien bewiesen wurde, wird gar nichts gezahlt. Und insgesamt zahlen die gesetzlichen Kven in Deutschland pro Jahr mehr als 500 Mio. Euro für die Akupunktur.

Nach dem Mittagessen ging es dann mit einem anderen Thema weiter: der Irrationalität des Menschen, wenn es um die Bewertung von Risiken geht. Zunächst betrachtete Walter Krämer das Verhalten einzelner Menschen bei der Bewertung von Risiken. Dabei spielt es eine grosse Rolle, wie gegenwärtig das Risiko ist, aber auch, ob man selber das Risiko kontrollieren kann, oder ob man schon damit konfrontiert wurde - sei es persönlich, aber auch in den Medien. So werden pro Jahr weltweit 100x mehr Menschen von Kokosnüssen erschlagen als von Haifischen getötet, trotzdem haben die meisten Menschen vor ersterem sehr viel mehr Angst, als vor Letzterem.

Ein weiterer Faktor ist der Anstieg der Risikobereitschaft, wenn man sich sicherer fühlt. So wurde vor Jahren ein Vergleich bei Münchner Taxis durchgeführt - es wurden diejenigen mit ABS vergleichen mit denen, die nicht über diese Technologie verfügten. Ergebnis: die Fahrzeuge mit ABS hatten mehr Unfälle, als die ohne. Der Grund hierfür lag in einer riskanteren Fahrweise der Fahrer der Taxis mit ABS. (Ein amerikanischer Psychologe schlug daraufhin vor, im Lenkrad jedes Autos einen kleinen Speer einzubauen, der bei einem Unfall dem Fahrer sofort ins Herz geschossen wird, damit würde eine derart vorsichtige Fahrweise ausgelöst, dass die Anzahl der Verkehrsunfälle drastisch zurückgehen müsste. (Aus meiner Sicht ein seltsamer Humor...))

Noch ein Beispiel für verzerrte Risikowahrnehmung: gemäss Untersuchungen stammen 99.99% aller Gifte und Pestizige in der Nahrung aus der Natur - sie werden von Pflanzen zur Abwehr von Fressfeinden und Schädlingen gebildet. In Holland fand man in einer Studie sogar heraus, dass Bio-Äpfel sogar stärker damit belastet waren, als die herkömmlich gezüchteten Exemplare. Der Grund liegt darin, dass die von aussen aufgebrachten Pestizide durch Regen sowieso fast restlos abgewaschen werden, aber immerhin die Pflanze dazu bringen, selber weniger Giftstoffe zu bilden (die dann in der Frucht sind). Die Bio-Früchte mussten sich alleine selbst verteidigen, bilden daher mehr Giftstoffe.

Nach diesem Ausflug in die Irrungen der menschlichen Ängste, transportierte Holm Hümmler das Thema dann auf die Ebene der Grossunternehmen, wo Risikobewertungen leider immer öfter nicht mehr durch rationale Kriterien erfolgen. Eine der bekanntesten Folgen war die Immobilienkrise. Der Vortrag war recht unterhaltsam, aber leider auch nicht wirklich relevant für das Konferenzthema. Wen er trotzdem interessiert, findet ihn hier.

Der letzte Schwerpunkt des 2. Kongresstages lag dann bei „Psyche und Pseudowissenschaft". Der legendäre Ray Hyman berichtete exemplarisch von den Versuchsreihen des Karl-Friedrich Zöllner im späten 19. Jahrhundert zur Telekinese und wie sich dieser durch persönliche Erwartungshaltungen in seiner Urteilskraft hatte beeinflussen lassen. Dem stellte er die Untersuchungen James Randis von 1975 gegenüber, als dieser die „Fähigkeiten" Uri Gellers untersucht und schliesslich dessen Tricks aufgedeckt hatte.

Als nächstes stellte Chris French die Arbeiten von Daryl Bem vor, der in den letzten 10 Jahren Untersuchungen zu übernatürlichen Fähigkeiten vorgenommen, und seine Ergebnisse sogar im „Journal of Personality and Social Psychology", einem Journal mit einem Impact-Factor von immerhin 4732, veröffentlicht hatte. Bem hatte 9 Versuchsreihen durchgeführt, davon wiesen 8 Ergebnisse auf, die parapsychologische Fähigkeiten zu beweisen schienen. Chris French und seine Mitarbeiter haben daraufhin versucht, die Ergebnisse mit exakt demselben Versuchsaufbau zu wiederholen, was ihnen jedoch nicht gelang. Die Studien wiesen auch massive methodische Schwachpunkte auf. So wurden Rohdaten immer wieder neu gruppiert, teilweise einzelne Testpersonen aus der Studie entfernt usw. Ausserdem fiel auf, dass bei Experimenten mit sehr positiven Werten weitaus weniger Probanden beteiligt waren, als bei Experimenten mit nur recht knapp signifikantem Ergebnis. Ein solches Phänomen findet man öfters in pseudowissenschaftlichen Veröffentlichungen: liefert ein Experiment (zufällig) recht schnell günstige Ergebnisse, wird es abgebrochen, um diese nicht zu gefährden. Läuft ein Experiment hin gegen nicht wie erwartet, so wird die Teilnehmerzahl so lange aufgestockt, bis das Ergebnis zumindest knapp für den gewünschten Nachweis ausreicht.
Die Ergebnisse der Studie wurden übrigens - wie so oft - mit der Quantenphysik erklärt.

Nette Randanekdote: das „Journal of Personality and Social Psychology" weigerte sich, ihre neuen Ergebnisse zu veröffentlichen. Begründung: man würde keine Wiederholungen veröffentlichen. Auch 3 andere Journals winkten ab - eines davon hatte sogar Bem selbst als Reviewer der neuen Arbeit bestellt. Wir lernen daraus: auch peer-reviewte Journale haben einen publication bias.

Zuletzt konnten wir dann einem Vortrag von Tomasz Witkowski über Pseudowissenschaften in der Psychologie lauschen. Ein berühmter Mythos besagt, dass wir Menschen nur 10% unseres Gehirns nutzen - was erwiesenermassen falsch ist. In der Bevölkerung stimmen rund 40% dieser Behauptung zu - und sogar 6% aller Neurowissenschaftler.Daher wundert es kaum, dass im Internet tausende Angebote zu finden sind, wie man (natürlich gegen Bargeld) die Hirnleistung verbessern kann. Rund 50% der Menschen glauben an die Wirksamkeit solcher Methoden.

Insbesondere Eltern werden gerne gelockt, die die Hirnleistung ihrer Kinder verbessern wollen. Besonders perfide ist dies bei Eltern von Kindern mit zerebralen Behinderungen, denen Heilungserfolge versprochen werden, die niemals erreicht werden können.

77% der Menschen glauben weiterhin, dass „positives Denken" eine Auswirkung auf körperliche Erkrankungen hat. Mehrere Studien mit Krebspatienten konnten jedoch zeigen, dass positives Denken keinerlei Auswirkungen auf die Überlebensdauer hat.

Ausserdem stellte Tomasz Witkowski noch eine seit März 2012 laufende Aktion der polnischen Skeptiker vor, die sich gegen die in Polen immer noch weit verbreitete diagnostische Verwendung des Rohrschach-Tests wendet, für dessen Validität bis heute jeglicher Beweis fehlt. Besonders erschreckend ist, dass die Ergebnisse aus diesem Test in Polen öfters einmal sogar als Beweis vor Gericht verwendet werden.

Tja, und am Abend des 2. Kongresstages fand dann noch eine dreieinhalbstündige Bootstour rund um Berlin-Mitte für die Kongressteilnehmer statt. Es gab ein tolles Berliner Spezialitätenbuffet (so bin ich auch endlich zu einer Currywurst gekommen), garniert mit tollen Gesprächen mit Gästen und Gastgebern. Und James Randi hat mir gedroht, mich in die Spree zu werfen - nachdem ich beim Anstehen am Buffet zur Dame hinter mir gesagt hatte, James Randi (der kurz vor mir in der Schlange stand) könnte uns ja die Wartezeit mit ein paar Löffelbiegetricks à la Uri Geller verkürzen. Daraufhin drehte sich James Randi um und meinte mit gespielter Empörung: „Take care, that I don't throw you off that boat, young man." Aber er grinste dabei breit (soweit durch seinen Rauschebart erkennbar). Keine Ahnung, ob er besser Deutsch versteht, als ich bisher angenommen hatte, oder er einfach auf die Nennung seines Namens mit dem von Uri Geller reagiert hat. Aber Humor hat er schon, dieser grosse alte Mann der Skeptikerbewegung.

P.S.:
Den Bericht von Tag 3 wird es wahrscheinlich nicht vor Montagabend geben, da ich am Sonntagabend erst einmal die Heimreise antreten werde. Aber er kommt bestimmt - versprochen!

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Wo Aberglaube WIRKLICH gefährlich ist: Skeptiker in Afrika [Astrodicticum Simplex]

Sat, 19 May 12 07:30:31 -0400

Auf dem 6. World Skeptics Congress haben wir schon jede Menge gute Vorträge gehört (zum Beispiel den von Samantha Stein über Kartoffeln und Giraffen). Keinen Vortrag hält Leo Igwe. Der Menschenrechtsaktivist und Vertreter der Skeptikerbewegung in Nigeria, der momentan an der Uni Bayreuth an einem Forschungsprojekt über den Umgang mit angeblicher Hexerei in Afrika arbeitet, ist aber auch auf der Konferenz anwesend. Und statt eines Vortrags hat er ein Poster aufgehängt, über das ich auch berichten möchte. Darin beschreibt Igwe die Probleme, die der Aberglaube in Afrika verursacht.

Die Fotos hier zeigen übrigens nur einen Teil des gesamten Posters

Wenn sich Skeptiker hierzulande mit klassischem Aberglaube wie Wünschelruten, Horoskopen oder Pendeln beschäftigen, dann bekommen sie oft zu hören, dass sie den Leuten doch ihren Spaß lassen sollen. Wenn die so einen Unsinn treiben wollen, dann sollen sie doch. Und es stimmt ja auch ein wenig: Wir leben in einer Welt, die wir in den letzten Jahrzehnten und Jahrhunderten dank der Erkenntnisse der Wissenschaft und der Aufklärung einigermaßen komfortabel für uns eingerichtet haben. Jetzt können wir es uns erlauben, all diese Erkenntnisse zu ignorieren und wieder dem Aberglauben zu fröhnen. Wenn was passiert haben wir ja immer noch das Sicherheitsnetz unserer hochzivilisierten Welt, dass uns auffängt. Aber nicht allen Ländern geht es so gut wie uns in Europa. Wenn bei uns gelangweilte Teenager schwarze Kerzen anzünden und den neuesten Liebeszauber aus der Teenager-Zeitschrift ausprobieren wollen, weil Hexen halt schon irgendwie cool sind, dann ist das erstmal nur ein wenig dumm und nicht sonderlich gefährlich (was nicht heißt, das es nicht gefährlich werden kann).

In Afrika sind Hexen aber nicht "irgendwie cool". In Afrika werden angebliche "Hexen" immer noch verfolgt und teilweise auch getötet! Wenn bei uns die wohlhabenden Freizeit-Ökos mit dem Auto vor der Apotheke parken und sich ein paar ganz sanfte und natürliche Globulis gegen ihren Schnupfen oder ihre Kopfschmerzen kaufen, dann schmeißen sie erstmal nur ihr Geld raus und sonst passiert nicht viel. Und wenn doch, dann gibt es immer noch die echten Ärzte, auf die man zurückgreifen kann. In Afrika ist nicht nur die medizinische Versorgung stellenweise katastrophal schlecht, die Leute haben auch wirklich schwere Krankheiten. AIDS zum Beispiel. Wenn dann jemand kommt und den Menschen Pseudomedizin andrehen will, dann ist das nicht nur gefährlich, sondern widerlich. Und wenn sogar der Präsident von Gambia seinem Volk erzählt, er können AIDS/HIV durch Beten heilen, dann wird klar, das Aberglaube in Afrika ein völlig anderes Problem darstellt, als bei uns.

Mit diesen Problemen kann man auch nicht auf die gleiche Art und Weise umgehen wie bei uns. Wie Igwe in der Einleitung seines Posters schreibt, wird Wissenschaft in Afrika oft immer noch als Instrument der westlichen/weißen Unterdrückung gesehen und deswegen abgelehnt. Hinzu kommen die fehlenden Bildungseinrichtungen und der ganze restliche Riesenhaufen von Problemen, der auf diesem Kontinent lastet. Das ist alles nicht sonderlich optimistisch. Aber zumindest gibt es Leute wie Leo Igwe, die sich trotz der aus unserer Sicht absurden Übermacht des Aberglaubens entgegenstellen. Das ist schon mal ein Anfang...
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WSC 2012 - Tag 1: Kreationismus, Erziehung und ein paar stolze Preisträger [Kritisch gedacht]

Sat, 19 May 12 01:35:42 -0400

Ein Gastbeitrag von Kommentator noch'n Flo

WSC 2012 - Tag 1: Kreationismus, Erziehung und ein paar stolze Preisträger

Zu Beginn des ersten Kongresstages gab es erst einmal die Möglichkeit, sich beim Kaffee untereinander, aber vor allem auch die bekannten Persönlichkeiten der Skeptiker-Bewegung kennenzulernen. Diesmal klappte es auch ganz gut, mit dem vereinbarten Erkennungszeichen „Krawumm" andere SB-Leser zu finden und ins Gespräch zu kommen, so dass sich am Eingang zum Vorraum des Konferenzsaales schnell eine kleine Gruppe zusammengefunden hatte, die über aktuelle Themen auf den Blogs angeregt diskutierte.

Das erste Thema am 1. Tag war der Kreationismus. Zunächst gab Eugenie Scott einen Überblick über den Kreationismus innerhalb und ausserhalb der USA. In den Staaten ist es ein grosses Problem, dass es mehr als 15.000 Schulbezirke gibt, von denen letztlich jeder selbst entscheidet, was auf den Lehrplan kommt und was nicht. Hier können Kreationismus-Verbände gut manipulativ ansetzen und Eltern dazu bringen, auf Versammlungen der Schulgremien für eine gleichberechtigte Lehre des Kreationismus und Intelligent Design als Alternative zur Evolutionstheorie zu stimmen.

Seit Jahren wird schon versucht, in den USA einheitliche Lehrpläne einzuführen, dies ist in Fächern wie Englisch und Musik schon recht weit fortgeschritten, aber für die Naturwissenschaften haben erst 26 Staaten eine einheitliche Linie verabschiedet.

Kreationismus ist aber schon lange kein amerikanisches Phänomen mehr. Evangelikale Missionare tragen ihn mittlerweile eifrig in die dritte Welt. In Brasilien wurde 2008 der Religionsunterricht an staatlichen Schulen eingeführt - einschliesslich der Lehre des ID.

Aber auch in Europa nimmt sein Einfluss zu. So wurde 2004 in Italien die Evolutionstheorie aus den Lehrplänen der Mittelstufe gestrichen; im gleichen Jahr flog sie in Serbien sogar ganz aus dem Lehrplan. In Russland werden seit 2009 Evolutionstheorie und Kreationismus/ID in den Schulen gleichberechtigt nebeneinander gelehrt. Auch in Grossbritannien nimmt der Einfluss der Kreationisten seit einiger Zeit zu.

Der zweite Vortrag von Dittmar Graf berichtete von einer Studie, die mit Lehramtsstudenten im ersten Semester an der TU Dortmund und an einer Universität in Ankara gemacht wurde. Obgleich in der Türkei die Zustimmung zur Wissenschaft und ihren Segnungen hoch ist, wussten die türkischen Studenten weniger über das Funktionieren von Wissenschaften und massiv weniger über Evolution (wobei bei letzterem allerdings auch die deutschen Studenten recht enttäuschend abschnitten). Wenig überraschend, dass die Studie eine höhere Religiosität bei den türkischen Studenten zeigte. Die deutschen Studenten wiesen schliesslich eine wesentlich höhere Akzeptanz der Evolutionstheorie auf.

Dittmar Graf und sein Team konnten schliesslich zeigen, dass die Akzeptanz der Evolutionstheorie stark abhängig ist von der Haltung gegenüber Wissenschaft und stark negativ mit Religiosität korreliert. Das eigentliche Verständnis der Evolutionstheorie hat dagegen einen eher geringen Einfluss auf ihre Akzeptanz.

Vortrag Nummer 3 wurde von Johan Braeckman gehalten und beleuchtete noch etwas deutlicher den Kreationismus in Europa, speziell in Belgien und den Niederlanden. Da war dann die Geschichte eines Holländers, der demnächst bei den Olympischen Spielen in London auf der Themse mit einer Arche in Originalgrösse auftauchen will - eine Aktion, die der kreationistischen Bewegung eine Menge Publicity bringen würde. Aber auch dass gewisse Organisationen in den Niederlanden Broschüren in Millionenauflage an die Bevölkerung verteilen, ist ein wenig erschreckend, vor allem wenn man erfährt, dass in einer Umfrage kurz nach der Verteilaktion 42% der Befragten eine gleichberechtigte Behandlung des Kreationismus neben der Evolutionstheorie an den staatlichen Schulen forderte. In Holland und Belgien unterstützen mittlerweile auch einige muslimische Organisationen den Kreationismus, in den Niederlanden findet er unter muslimischen Jugendlichen mittlerweile eine Zustimmung von 94%(!).

Die Problematik der hohen Akzeptanz des Kreationismus in der islamischen Welt war denn auch das Thema des vierten Vortrags, gehalten von Anila Asghar. Viele Muslime, auch Wissenschaftler, empfinden die Evolutionstheorie als Kritik am Islam, weil sie mit seinen Lehren unvereinbar ist. In der islamischen Welt findet oft keine echte Trennung zwischen Religion und Wissenschaft statt, beide sind eng miteinander verwoben. Auch wenn das Alter von Universum und Erde in der islamischen Welt weitgehend akzeptiert sind, wird strikt ein Schöpferprinzip propagiert.

In vielen islamischen Ländern gilt die Wissenschaft auch eher als Vehikel, damit Schüler und Studenten durch Beobachtung der Natur die Grösse und Allmacht Allahs erkennen können, und damit stärker im Glauben werden.

Anila Ashgar stellte uns dann noch eine Studie vor, bei der die Meinungen zu bestimmten Fragen zur Evolution in der Türkei, im Libanon, in Ägypten, Indonesien und Pakistan untersucht worden war. Überraschenderweise war die Zustimmung zu der Aussage, die Evolutionstheorie sei nicht wissenschaftlich abgesichert, in der Türkei mit Abstand am grössten (in den anderen Ländern (ausser Indonesien) jedoch auch recht hoch). Ausser in Ägypten stimmten in jedem Land deutlich mehr als 50% der Befragten zu, dass die Evolution mit dem Koran nicht vereinbar sei. In allen untersuchten Staaten gab es eine sehr hohe Zustimmung, dass man Wissenschaft und Religion nicht voneinander trennen kann.

Der zweite Schwerpunkt des Tages befasste sich mit Pseudowissenschaften in der Erziehung. Dazu hielt zunächst Gita Sahgal einen Vortrag, in dem sie sich mit den Schöpfungs- und Frühgeschichtsmythen in Indien und Pakistan beschäftigte, wobei mir (und auch einigen anderen SB-Lesern) nicht so ganz klar war, worauf sie hinauswollte. Wir vermuten, dass sie eigentlich aufzeigen wollte, dass gewisse nationalistische Bewegungen im 19. und 20. Jahrhundert dazu geführt haben, dass diese Diskussion massiv ideologisch gefärbt wurde und dies anscheinend in den Schulen beider Länder bis heute fortwirkt - den Bogen zu dieser Schlussfolgerung hat die Referentin jedoch nicht wirklich nachvollziehbar schliessen können.

Dann gab es noch einen Vortrag von Kylie Sturgess, der sich mit pseudowissenschaftlichen Methoden in der Schulerziehung auseinandersetze. Hier ist es ein grosses Problem, dass viele Lehrer eher persönlicher Erfahrung oder der von Kollegen vertrauen, als wissenschaftlichen Veröffentlichungen. So bekommen immer wieder pseudowissenschaftliche Techniken den Fuss in die Schultür.

Ein Beispiel ist das sog. "Brain Gym", welches Ulrich vor einiger Zeit schon einmal behandelt hat. Ein anderes Beispiel wäre die "Facilitated Communication", die schon seit einiger Zeit mit eher zweifelhaftem Erfolg, aber gutem Marketing, bei autistischen Kindern zum Einsatz kommt.

Kylie Sturgess kam schliesslich zu dem Schluss, dass die Unterwanderung der Schulen durch Pseudowissenschaften in der Zukunft eher noch zunehmen wird. Einzig kritische Eltern können dem durch ihren Einsatz entgegenwirken.

Den letzten Vortrag des Tages hielt Samantha Stein - aber darüber hat Florian nebenan bereits sehr schön und ausführlich berichtet, so dass ich mir das an dieser Stelle spare.

Nach einem kleinen Stehimbiss am Abend folgte schliesslich noch die Verleihung von Preisen der Welt- und der Europäischen Skeptiker-Vereinigung. Erstere gingen an Simon Singh und Edzard Ernst, die Letztgenannten an Luigi Garlaschelli und Wim Betz.

Insgesamt ein langer Tag, mit interessanten Themen, aber auch leider einigen Längen infolge Wiederholungen. Morgen geht es dann schwerpunktmässig um Pseudomedizin.

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WSC 2012 - Prolog: Der Science Slam [Kritisch gedacht]

Sat, 19 May 12 00:43:27 -0400

Ein Gastbeitrag von Kommentator noch'n Flo

WSC 2012 - Prolog: Der Science Slam

Nachdem unser lieber Ulrich leider nicht zum WSC 2012 kommen konnte, habe ich ihm angeboten, im Rahmen einer Gastkolumne auf seinem Blog von diesem Ereignis zu berichten. Den grössten Teil des Publikumstages konnte ich leider nicht verfolgen, da ich erst am späten Nachmittag in Berlin gelandet bin, aber immerhin hat es noch für den Science Slam gereicht.
Moderatorin Julia Offe (hier bei SB bekannt durch ihren Blog "Mutterwitz") konnte dazu insgesamt 4 Nachwuchsforscher aus sehr unterschiedlichen Fachgebieten begrüssen.

Den Anfang machte Sebastian Bartoschek mit seinem Vortrag „Elvis ist nicht tot, er ist nur nach Hause gegangen", der sich mit dem Bekanntheitsgrad von und der Zustimmung zu verschiedenen Verschwörungstheorien in der Bevölkerung beschäftigt. Florian Freistetter hat diesen Vortrag allerdings schon einmal besprochen, so dass ich mir dieses hier spare.

Als Zweites folgte der Physiker André Lampe. Seine 6jährige Nichte hatte ihn vor einiger Zeit einmal gebeten, ihr eine Geschichte zu erzählen. Die Mutter des Kindes meinte aber, er solle ihr lieber etwas von seiner Arbeit erzählen, damit das Mädchen etwas lernen könne. Daraufhin erzählte er der Kleinen die Geschichte vom Lemur Peter und der Maulwürfin Sieglinde.

Lemuren haben grosse Augen, leben auf Bäumen und sind sehr neugierig. Maulwürfe haben sehr kleine Augen, leben in einem Gangsystem unter der Erde und sind ebenfalls sehr neugierig. Eines Tages tauchte nun ein Glühwürmchenschwarm auf der Wiese auf. Lemur Peter sah dank seines grossen Gesichtsfelds ein grosses Gewusel, aber nur wenige Details. Maulwürfin Sieglinde konnte aus ihrem Hügel heraus nur einen kleinen Ausschnitt des Himmels sehen, und bemerkte demzufolge nur hin und wieder ein einzelnes Glühwürmchen, dass über den Hügel flog, dieses jedoch sehr scharf.

Schliesslich flogen die Glühwürmchen jedoch hinüber zu Horst, der Blumenhecke, und bildeten dort kleine Trauben um die Blüten. Da sie jetzt stillhielten konnte Peter sie nun auch besser erkennen.

Was das nun mit Wissenschaft zu tun hat? Nun, Sieglinde ist ein Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop, Peter ein Weitfeld-Fluoreszenz-Mikroskop. Beide finden Anwendung in der Medizintechnik, wenn es darum geht, Blutproben auf bestimmte Marker zu untersuchen. Die zu messende Substanz wird zunächst markiert, ob dies funktioniert hat (also überhaupt die zu detektierende Substanz erfassbar ist), misst das Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop Sieglinde. Danach werden beads hinzugegeben, an die die markierten Moleküle andocken (Blumenhecke Horst), wo das Weitfeld-Mikroskop Peter sie erkennen kann. Dies meldet er dann an Zählcomputer Erich, der eine Zahl ausspuckt, z.B. 27 (Mediziner haben es grundsätzlich nicht so mit Einheiten...).

Und auf diese Weise wurde schliesslich Waltraut, das Interleukin-Messgerät, entwickelt.

Sehr schöne Art, Kindern Wissenschaft näherzubringen.

Der dritte Vortrag kam von Klaus Schmeh, seines Zeichens Informatiker und Kryptologe, der sich seit längerem mit dem Voynich-Manuskript beschäftigt, einer Handschrift aus dem 15. Jahrhundert, von der man weder weiss, wer sie geschrieben hat, noch, was überhaupt darin steht. Denn der Text ist komplett in eine unbekannten und unverständlichen Sprache verfasst. Klaus Schmeh hat sich nun von mehreren Seiten diesem Problem genähert (und sich nebenbei mit viel Geschick ein eigenes Faksimile der Handschrift gefertigt, die die Besucher des Science Slam auch ausgiebig durchblättern durften). Aus seiner Sicht gibt es 3 Möglichkeiten:
a) die Schrift ist in einer heute unbekannten Sprache verfasst
b) es handelt sich um einen Geheimcode
c) die Schrift ist völlig sinnlos

Sprachen folgen immer bestimmten Gesetzmässigkeiten - bestimmte Buchstaben oder Wörter kommen in verschiedenen Sprachen charakteristisch unterschiedlich oft vor, es gibt Muster. In dem Text des Voynich-Manuskripts gab es jedoch keine durchgehenden derartigen Muster, mal schien die „Sprache" dem Englischen zu ähneln, mal dem Deutschen und manchmal auch dem Lateinischen oder Griechischen.

Auch Geheimcodes folgen gewissen Gesetzmässigkeiten, insbesondere einfache Codes, wie sie in der damaligen Zeit üblich gewesen sein könnten, das unterscheidet sie von modernen Verschlüsselungen. Auch hier müssten also Muster zu finden sein. (Ich hoffe, ich habe hier die Argumentation korrekt wiedergegeben...)

Bleibt also wohl nur die Schlussfolgerung, dass das Voynich-Manuskript eher eine Art Hoax war, vielleicht verfasst, um damit einfach nur Geld zu machen (hey - für wirre und mystische Bücher geben die Menschen bis heute jede Menge Geld aus).

Mir persönlich kam ja noch ein anderer Gedanke. Es kommt bei manchen Formen der Schizophrenie manchmal vor, dass die Betroffenen eine eigene Art von Sprache entwickeln, in der sie ihre Wahngedanken niederschreiben. Ich hatte selber mal vor über 10 Jahren einen solchen Patienten, der ganze Kladden in dieser Weise vollschrieb. Und einem sogar zu jedem Absatz genau sagen konnte, worum es da ging - aber im Gegenzug nicht in der Lage war, einzelne Wörter oder gar Sätze vorzulesen. Das Voynich-Manuskript hat mich frappierend an diese Kladden erinnert. Ich habe mir erlaubt, Klaus Schmeh auf diesen Umstand hinzuweisen.

Zum Schluss gab es dann noch den Vortrag von Jason Dunlop, Kurator am naturhistorischen Museum Berlin. Er hatte den Titel: „Wie alt ist Opa Langbein" und beschäftigte sich mit den Weberknechten. Von diesen gibt es rund 6'500 Arten weltweit (!). Jason Dunlop hatte sich nun gefragt, seit wann es die Weberknechte bereits gibt, und Fossilien aus verschiedenen Zeitaltern untersucht - das jüngste war 28 Millionen Jahre alt, das älteste mehr als 400 Millionen.

Danach erfuhr das Publikum etwas über die Anatomie und das Fortpflanzungsverhalten von Weberknechten. Letzteres war vor allem deshalb interessant, weil das Männchen tatsächlich so etwas wie einen rudimentären Penis besitzt. Und diesen konnte Jason sogar in den fossilen Funden von vor über 400 Millionen Jahren nachweisen - der älteste bislang bekannte Penis der Welt!

Schlussendlich hatte der letzte Vortrag dann auch die Zuschauer am meisten überzeugt, Jason Dunlop erhielt 79 von 90 möglichen Punkten (tja, sex sells!). Zweiter wurde Sebastian Bartoschek mit 69 Punkten, den dritten Platz teilten sich Klaus Schmeh und André Lampe mit jeweils 67 Punkten. Jason erhielt dafür aus den Händen von Julia Offe den Hauptpreis des Abends - ein Fläschchen „Berliner Mauer C200" (soll gegen Blockaden und Konflikte helfen..).

Die Protagonisten des Science Slam (v.l.n.r.): Julia Offe, André Lampe, Jason Dunlop, Klaus Schmeh, Sebastian Bartoschek

Mal schauen, wie es morgen weitergeht, wenn der „eigentliche" Kongress beginnt.

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