Hintergrundinformationen

Der Nobelpreisträger Max Planck (1858-1947) war einer der Pioniere der Quantenphysik und deshalb nicht verdächtig einem esoterischen Weltbild anzuhängen. Er vermutete hinter der Kraft, welche die Atomteilchen in Schwingung bringt und die Materie zusammenhält »einen bewussten, intelligenten Geist«. Diesen hielt er für den »Urgrund aller Materie«. Das waren seine Worte auf einem Vortrag, den er 1944 in Florenz hielt. Er sagte außerdem noch, dass es »keine Materie an sich gibt«.

Das materialistische Weltbild des 19. Jahrhunderts, dessen Nachbeben wir bis heute spüren, sah Materie als etwas an, das aus ewigen, unteilbaren und unvergänglichen Atomen aufgebaut ist. Über das, was es mit der angeblichen Unteilbarkeit von Atomen auf sich hat, weiß die Allgemeinheit zumindest seit Hiroshima Bescheid. Was die Allgemeinheit weniger weiß ist, dass die Atomspaltung nicht nur mit Zerstörung gleichzusetzen ist, sondern einhergeht mit Erkenntnissen, denen wir das Handy, den CD-Player, den PC und den Scanner in den Supermarktkassen verdanken. Wie von Zauberhand erscheinen nach dem Scannen der Ware Preise auf dem Kassendisplay. Welchen Vorstellungen von der Materie verdanken wir diese Errungenschaften unserer Wissenschaft, die einen mittelalterlichen Magier zum größten Zauberer seiner Zeit gemacht hätten, wenn er sie nur hätte vorführen können?

Für die heutige Physik gehört alles zur Materie, was aus Elektronen und Quarks und zwar aus Up-Quarks und Down-Quarks aufgebaut ist. Das muss man erst einmal verinnerlichen: Materie ist alles, was aus nur drei elementaren Bestandteilen besteht! Egal ob Gold, Blei, Wasserstoff oder Kohlenstoff. Egal ob ein Holzstuhl oder ein Hamburger. Alles besteht nur aus drei sogenannten Elementarteilchen: den Elektronen und zwei Sorten Quarks.

Elektronen kann man leicht erzeugen und beobachten. Die alten Röhrenfernseher liefern ein Zeugnis davon. Bei den Quarks ist das anders. Noch nie hat jemand Quarks beobachten, geschweige denn vorführen können. Und dennoch sollen die Protonen und Neutronen im Kern des Atoms aus diesen Quarks bestehen. Die Physiker schließen auf die Existenz von Quarks aufgrund von Beobachtungen, die sie machen, wenn sie in den Teilchenbeschleunigern wie CERN Protonen des Atomkerns mit anderen Teilchen und hoher Geschwindigkeit zusammenstoßen lassen. Das ist so, als würde man davon ausgehen, dass ein Fliegengewichtsboxer, der ein Schwergewicht K. O. schlägt, ein Hufeisen in seinem Boxhandschuh versteckt habe. Bevor man nicht in den Boxhandschuh reinschauen kann, weiß man es aber nicht.

Noch seltsamer mutet einem die Vorstellung von Materie an, wenn man weiß, dass Atome fast ausschließlich aus leerem Raum bestehen. Der Atomkern, in dem man die Protonen mit den Quarks finden kann, macht höchstens den zehntausendsten Teil des Atomdurchmessers aus. Der Raum um den Kern herum ist der Bereich, für den es eine größere Wahrscheinlichkeit gibt, dass man dort ein Elektron findet. Aber das gilt nicht als sicher. Die Regeln der Quantenphysik besagen, dass man das Elektron eines bestimmten Atoms genauso gut auch in New York oder sonst wo im Weltall finden kann, wenn auch mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit. Aber unmöglich ist es nicht.

Völlig unerklärlich ist, dass Atome, Elektronen oder Protonen bei bestimmten Untersuchungen überhaupt nichts Materielles mehr an sich haben. Sie scheinen Welleneigenschaft zu besitzen und auf dem Beobachtungsschirm tauchen Wellenmuster auf. So verflüchtigt sich auf einmal das noch verbliebene Materielle an der Materie. Wenn es »keine Materie an sich gibt«, wie Planck sagte, was ist es dann, was die Materie ausmacht? Ist es eine Art Geist?

Eine Form von Geist, der in der Materie steckt, ist Information. Das kann man sich klar machen, wenn man ein Beispiel betrachtet, das drei Bausteine zum Gegenstand hat und damit dem Aufbau der Atome aus drei Elementarteilchen entspricht. Beispielsweise kann man sich zwei Kinder, einen Jungen und ein Mädchen vorstellen. Sie besitzen einen Eimer voll mit Lego-Bausteinen. Es sind drei Sorten Steine, nämlich solche mit zwei, vier und acht Noppen. Aus diesen Steinen baut das Mädchen ein kleines Puppenhaus mit zwei Zimmern, Möbeln, Ofen usw. Der Junge baut dagegen eine große Burg mit mächtigen Mauern, Zinnen, Toröffnung und Graben.

Die Frage ist nun, worin sich Puppenhaus und Burg unterscheiden? Beide Bauwerke sind aus den gleichen Steinen hergestellt. Die einzige Unterscheidung zwischen Puppenhaus und Burg ist die Zahl und Anordnung der Steine. Das gleiche gilt für unsere Welt, in der die unterschiedlichen Elemente Gold, Blei, Wasserstoff oder Kohlenstoff usw. sich nur in der Zahl und Anordnung der Elementarteilchen unterscheiden. Da alle Materie aus den Elementen aufgebaut ist, unterscheidet sich alles, was materiell existiert nur durch die Zahl und Anordnung der Elementarteilchen.

Die Anordnung ist nichts anderes als Information. Die Formen, anhand denen man erkennt, ob es sich um ein Puppenhaus oder eine Burg handelt, sind Informationen und auch die unterschiedlichen Formen und Muster der materiellen Welt sind alles Informationen. Aber Information ist sicher nicht der Geist, den Planck meinte. Denn Information ist nichts Lebendiges. Information ist passiv. Planck sprach dagegen von einem bewussten, intelligenten Geist und ein bewusster Geist ist etwas Lebendiges.

Einen Hinweis auf diesen bewussten Geist finden wir in der Interpretation der physikalischen Experimente mit Quanten. Quanten sind winzige Energiepakete, die sich je nach Art der Messung als Wellen oder Teilchen zeigen. Wegen dieses Verhaltens gelten Atome, Elektronen, Photonen (Lichtteilchen) und dergleichen - gleichgültig, ob die Objekte zur Materie zählen oder nicht - alle als Quanten. Zu einem der wichtigsten Experimente der Quantenphysik gehört jenes, bei dem man Lichtteilchen oder Elektronen auf eine Wand schickt, in der sich ein kleiner Doppelspalt befindet. Dahinter fängt man auf einem Beobachtungsschirm auf, was durch die Spalte hindurchkommt. Auf diese Weise beobachtet man das Verhalten der Quantenobjekte und kann es interpretieren.

Um Bewusstsein bei Quanten feststellen zu können, muss man wissen, anhand welcher Kriterien man Bewusstsein überhaupt feststellen kann. Bewusstsein ist kein Untersuchungsgegenstand der Quantenphysik. Deshalb findet man in dieser Disziplin keine geeigneten Kriterien zur Erkennung von Bewusstsein. Hier muss die Psychologie aushelfen. Die Psychologie hat mithilfe geeigneter Kriterien schon bei zahlreichen Tierarten Bewusstsein nachgewiesen. Das Hauptkriterium zur Erkennung einer primären Form von Bewusstsein, das allerdings noch nicht das höhere Ich-Bewusstsein einschließt, ist erstens die Fähigkeit, sich auf unerwartete Veränderungen der Wirklichkeit einzustellen und zweitens ein nicht sicher vorhersehbares, eigengesteuertes Verhalten.

Das ist aber genau das, was man an dem Verhalten von Lichtteilchen oder anderen Quanten feststellen kann, die offensichtlich selbst entscheiden, welchen Weg sie an einem Strahlenteiler durchlaufen oder welche Polarisierung sie bei einer Polarisationsmessung annehmen. Es gibt keine Formeln oder physikalischen Gesetze, anhand derer man dieses Verhalten vorausberechnen könnte. Man hat nur die Möglichkeit das Verhalten mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit vorauszusagen. Sicherheit gibt es aber nicht. Und das entspricht beim Kriterium für primäres Bewusstsein, dem nicht sicher vorhersehbaren, eigengesteuerten Verhalten.

Immer wenn Lichtteilchen sich unbeobachtet glauben, bilden sie ein Wellenmuster auf dem Beobachtungsschirm beim Doppelspaltexperiment. Sie sind allerdings sehr eigenwillig: Wenn man nämlich einzelnen Quanten nachspürt, um mehr zu erfahren, verschwindet das Wellenmuster und es bleiben nur noch zwei Streifen übrig. Das gleiche gilt, wenn man abwechselnd einen der Spalte schließt, um mit Sicherheit sagen zu können, durch welchen Spalt ein bestimmtes Lichtteilchen gegangen ist. Die Quanten stellen sich auf alle Veränderungen der Wirklichkeit sofort ein. Ein Psychologe würde aus dem eigenwilligen Verhalten schließen, dass Quanten primäres Bewusstsein zeigen.

Planck kannte natürlich die grundlegenden Experimente der Quantenphysik einschließlich des Doppelspalt-Experiments. So ließ ihn möglicherweise das in den Experimenten offengelegte Verhalten der Materie zu dem Schluss kommen, dass ein bewusster, intelligenter Geist der »Urgrund aller Materie« ist. - Klaus-Dieter Sedlacek

Der Text enthält zum Teil Inhalte aus dem Sachbuch mit dem Titel »Unsterbliches Bewusstsein – Raumzeit-Phänomene, Beweise und Visionen« (ISBN 978-3837043518 )

Projezierte Dichte der Dunklen Materie in einer simulierten Galaxie mit der Größe der Milchstraße. Myriaden von Klumpen aus Dunkler Materie kreisen in dem Halo der Galaxie. Ihre dichten Zentren strahlen energiereiche Gammastrahlung ab, die durch gegenseitige Vernichtung von Teilchen der Dunklen Materie erzeugt wird.Bild: Max-Planck-Institut für Astrophysik

Supercomputer berechnen, wo Astrophysiker gezielt suchen müssen

Ein internationales Team von Astrophysikern, das Volker Springel vom Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA) in Garching leitet, hat jetzt mithilfe eines der größten Supercomputer Europas gezeigt, wohin das neueste Satellitenobservatorium der Nasa blicken muss, um die geheimnisvolle Dunkle Materie im Universum zu entdecke.

Das Fermi-Teleskop, das schon seit einigen Monaten den Himmel nach Gammastrahlen durchsucht, könnte in den nächsten Jahren ein schwaches Glimmen der Dunklen Materie aufspüren. Während deren Gravitationswirkung bereits vor über 75 Jahren entdeckt wurde, bleibt die Dunkle Materie bis heute für alle Teleskope unsichtbar, obwohl sie rund 85 Prozent aller kosmischen Materie ausmacht. Unter den richtigen Bedingungen könnte diese neue Art von Elementarteilchen genügend Gammastrahlen produzieren, um vom Fermi-Teleskop entdeckt werden zu können. Darüber hinaus soll der Teilchenbeschleuniger “Large Hadron Collider” (LHC) in der Nähe von Genf Belege dafür finden.

Aber wohin soll das Fermi-Teleskop ausgerichtet werden, um die Gammastrahlen-Signatur der Dunklen Materie zu sehen? Astrophysiker aus Deutschland, Großbritannien, Kanada und den Niederlanden, die sich zum “Virgo-Konsortium” zusammengeschlossen haben, simulierten jetzt mithilfe eines extrem leistungsfähigen Supercomputers am Leibniz-Rechenzentrum in Garching die Entstehung der Strukturen Dunkler Materie, die eine Galaxie wie unsere Milchstraße umgeben. Solche Halos sind mehr als eine Billion Mal so massiv wie unsere Sonne und stellen die Grundeinheiten der kosmischen Struktur dar.

Der Halo der Milchstraße entstand vermutlich durch eine Reihe gewaltiger Kollisionen viel kleinerer Klumpen, die aus dem Urknall hervorgingen, und dann verschmolzen. Die meisten davon wurden auseinandergerissen, aber einige haben den Prozess überstanden. Die größten davon beherbergen heute bekannte Satellitengalaxien wie die Magellanschen Wolken oder die Sagittarius-Zwerggalaxie. Andere Klumpen waren zu klein, als dass Sterne aus ihnen hätten entstehen können. Astronomen vermuten aber, dass sie sich immer noch im Halo unserer Galaxie verbergen, wenngleich kein Teleskop sie bisher entdeckt hat.

Gammastrahlen werden in Regionen mit einer hohen Dichte von Dunkler Materie erzeugt, wenn die Teilchen zusammenstoßen und zerstört werden. Viele Kosmologen gehen bisher davon aus, dass das Fermi-Teleskop nach Gammastrahlen aus den Trabanten der Milchstraße suchen solle, da deren Zentren sehr dicht sind. Die Simulationen des Virgo-Teams zeigen aber, dass dies nicht der beste Ort für die Suche ist. Die sorgfältigen Berechnungen der Wissenschaftler belegen, dass Signale am leichtesten in Regionen der Milchstraße entdeckt werden könnten, die zwar innerhalb der Umlaufbahn der Sonne um das galaktische Zentrum, aber nicht zu nah an diesem liegt.

Auf der Suche nach Gammastrahlen

Genau ins Zentrum zu blicken, wäre eine schlechte Strategie für das Fermi-Teleskop. Das Signal könnte dabei durch Gammastrahlen von anderen Quellen, wie beispielsweise den Überbleibseln von Supernovae oder von Gaswolken gestört werden, in denen sich Sterne bilden. Stattdessen empfehlen die Wissenschaftler, 10 bis 30 Winkelgrade außerhalb des Zentrums zu suchen. Die Dunkle Materie sollte dort in einem sich gleichmäßig verändernden und charakteristischen Muster leuchten.

“Wenn das Teleskop tatsächlich die vorausberechnete Emission aus dem gleichmäßigen inneren Halo der Milchstraße entdeckt, dann könnte es, wenn wir Glück haben, auch Gammastrahlen aus kleinen (und ansonsten unsichtbaren) Klumpen von Dunkler Materie sehen, die zufällig besonders nah an der Sonne liegen”, sagt Volker Springel, der die Rechnerkalkulation überwachte. Diese Klumpen werden deutlich lichtschwächer sein als der Haupthalo, könnten aber dennoch entdeckt werden. Die bekannten Satellitengalaxien würden ebenfalls in Gammastrahlen sichtbar sein, obwohl ihre Entdeckung aufgrund ihres größeren Abstandes noch schwieriger ist.

Die Simulation benötigte insgesamt 3,5 Millionen Rechnerstunden. “Mitunter glaubte ich, sie wird nie fertig”, sagt Volker Springel.

“Diese Berechnungen erlauben uns endlich, zu sehen, wie die Verteilung der Dunklen Materie nahe der Sonne aussehen sollte”, erklärt Simon White, Direktor am Max-Planck-Institut für Astrophysik. “Das Rätsel um die Dunkle Materie zu lösen, wäre eine der größten wissenschaftlichen Leistungen unserer Zeit. Es ist bemerkenswert, dass sogar theoretische Fortschritte auf einem so wichtigen Gebiet jetzt in internationaler Zusammenarbeit erzielt werden”, sagt Carlos Frenk, Direktor des Institute for Computational Cosmology an der Durham University. (Quelle: idw)

Physiker der Johannes Gutenberg-Universität Mainz konnten erstmals Verteilung einzelner Atome im Bose-Einstein-Kondensat abbilden / Veröffentlichung in Nature Physics

Wissenschaftlern der Johannes Gutenberg-Universität Mainz ist es gelungen, erstmals die räumliche Verteilung einzelner Atome in einem Bose-Einstein-Kondensat sichtbar zu machen. Bei Bose-Einstein-Kondensaten handelt es sich um kleine, sehr kalte Gaswolken, die aufgrund ihrer niedrigen Temperaturen nicht mehr durch die klassische Physik, sondern mit den Gesetzen der Quantenmechanik beschrieben werden müssen. Die ersten Bose-Einstein-Kondensate wurden 1995 von Eric A. Cornell, Carl E. Wieman und Wolfgang Ketterle erzeugt, die dafür bereits sechs Jahre später den Nobelpreis für Physik erhielten. Seither sind diese einzigartigen Gaswolken, die kältesten von Menschen erzeugten Objekte überhaupt, weltweiter Forschungsgegenstand.

Physiker um Dr. Herwig Ott von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Arbeitsgruppe Quanten-, Atom- und Neutronenphysik (QUANTUM), haben nun eine neue Technik entwickelt, mit der einzelne Atome in einem Bose-Einstein-Kondensat abgebildet werden können. Darüber hinaus übertrifft die erreichte räumliche Auflösung der Darstellung alle bisherigen Methoden um ein Vielfaches. Die Forschungsergebnisse der durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Emmy Noether-Nachwuchsgruppe am Institut für Physik wurden unter dem Titel “High-resolution scanning electron microscopy of an ultracold quantum gas” in der Fachzeitschrift Nature Physics veröffentlicht.

Möglich wurde dieser Durchbruch durch den Einsatz eines hochauflösenden Rasterelektronenmikroskops (REM), das mithilfe eines sehr feinen Elektronenstrahls die ultrakalte Atomwolke abtastet und so auch kleinste Strukturen sichtbar macht. “Die Übertragung der Elektronenmikroskopie auf ultrakalte Gase war ein technisches Wagnis”, berichtet Dr. Herwig Ott, Leiter der Emmy Noether-Nachwuchsgruppe, “denn hier mussten zwei sehr unterschiedliche Techniken zusammengeführt werden.” Hinzu kommt, dass sich Atome und Moleküle anders als in Festkörpern in Gasen vollkommen frei und ungeordnet durcheinander bewegen. Ein weiterer Vorteil dieses hochentwickelten Mikroskopieverfahrens besteht in der besseren räumlichen Auflösung im Vergleich zu optischen Verfahren, bei denen das Auflösungsvermögen durch die Wellenlänge des verwendeten Lichts begrenzt ist. “Mit 150 nm Auflösung sind wir in der Lage, etwa 10mal genauer in diese Quantenobjekte hineinzublicken, als es uns bisher möglich war”, so Ott.

Ähnlich wie durch die Elektronenmikroskopie bisher unbekannte Bereiche unserer Welt für den Betrachter erkennbar wurden, eröffnen sich durch die in Mainz entwickelte Technik einzigartige Möglichkeiten, die mikroskopische Struktur der Quantengase zu untersuchen. Einen ersten wichtigen Meilenstein können die Mainzer Physiker bereits vorweisen: Es ist ihnen gelungen, die Struktur eines sogenannten optischen Gitters sichtbar zu machen. Optische Gitter sind Interferenzmuster aus Laserstrahlen, die auf die Atomwolke eingestrahlt werden und dieser ihre periodische Struktur aufzwingen. Dabei entstehen kristallähnliche Gebilde. Das Interessante dabei ist, dass die Bewegung der Atome eines Quantengases in einem optischen Gitter dem Verhalten von Elektronen in Festkörpern ähnelt. Quantengase sind daher in der Lage, die physikalischen Eigenschaften von Festkörpern zu simulieren und können so auch zur Klärung noch offener Fragestellungen in der Festkörperphysik beitragen. (Quelle: idw)

Video: Isaac Newton und die Gravitation

Kosmologen erklären sich heute viele ansonsten unerklärliche Beobachtungen mit Hilfe der ominösen dunklen Materie. In den letzten zwei Jahrzehnten wurde sehr viel Aufwand in diesem Forschungsgebiet betrieben. Dennoch wurde bislang nicht direkt nachgewiesen, dass es diese rätselhafte Substanz überhaupt gibt. Und selbst wenn es sie gäbe, würde das längst nicht alle Abweichungen oder Widersprüche zwischen den Messungen und den theoretischen Vorhersagen beseitigen. Seit einiger Zeit mehrt sich daher die Zahl derer unter den Physikern, die die Existenz dunkler Materie anzweifeln. Es wurden auch schon konkurrierende Gravitationstheorien entwickelt, die ohne dieses Konstrukt auskommen. Ihr Problem ist lediglich, dass sie in Konflikt mit der Newtonschen Gravitationstheorie stehen. “Möglicherweise lag Newton aber tatsächlich falsch”, erklärt Professor Dr. Pavel Kroupa vom Argelander-Institut für Astronomie (AIfA) der Universität Bonn. “Seine Theorie beschreibt zwar die Alltagseffekte der Schwerkraft auf der Erde, die wir sehen und messen können. Die tatsächliche Physik hinter der Gravitation kennen wir aber vielleicht noch gar nicht.” weiter…

Video: BrainGate Neural Interface (englisch)

Wie weit ist die Entwicklung einer Gehirn-Maschine-Schnittstelle vorangeschritten? Werden wir eines Tages Informationen aus dem Internet direkt in unser Gedächtnis laden können?

Rasante technische Fortschritte in der Informationstechnik und Biotechnologie inspirierten den Sciencefiction-Autor William Gibson 1984 zu seiner Roman-Trilogie “Neuromancer”. Darin werden Menschen Teil einer Maschinenwelt, die von ihrer eigenen biologischen Sphäre kaum noch zu unterscheiden ist. Die Romanfiguren tauchen in Computernetzwerke ein und müssen sich dort künstlicher Intelligenzen erwehren. In der Spielfilm-Trilogie “Matrix” haben diese die Menschheit längst versklavt.

Was ist dran an solchen Visionen? Wie in der April-Ausgabe von “Spektrum der Wissenschaft” ausgeführt wird, liegt zwar eine “Matrix”-Welt noch in weiter Ferne. Gleichwohl haben Verbindungen zwischen Gehirn und technischen Systemen durchaus die Aussicht, einmal Realität werden.

Werden sich Informationen zwischen dem Gehirn “downloaden” oder “uploaden” lassen? Das ist nicht nur eine Frage für Visionäre: Mit diesem Wissen ließen sich vielleicht Neuroprothesen konstruieren, um Alzheimerpatienten dabei zu helfen, neue Gedächtnisinhalte aufzubauen. All die Visionen und Prognosen setzen verlässliche Schnittstellen zwischen der organischen und der technischen Welt voraus, etwa in Form spezieller, in das Gehirn implantierter Mikrochips oder Elektrodensysteme nebst einer Verbindung zur Außenwelt. Ein “auslesendes” Neurointerface würde die natürliche elektrische Aktivität unseres Nervensystems registrieren, ein “einschreibendes” hingegen erzeugte darin Nervenimpulse. weiter…

»Alles nur graue Theorie!« So lautet eine häufig geäußerte Meinung über die Quantenphysik. Ergänzend wird hinzugefügt: »Mit dem Alltag hat das nichts zu tun!« Die Meinung ist populär, zeugt aber von Unkenntnis der tatsächlichen Verhältnisse. Die Wissenschaftler sind nicht ganz unschuldig an dem Unwissen, weil sie es versäumt haben, die Allgemeinheit auf verständliche Weise über die Quantenphysik aufzuklären und auf deren enorme wirtschaftliche Bedeutung hinzuweisen. Mehr als ein Drittel der Weltwirtschaft hängt von Produkten ab, die mithilfe der Quantenphysik entwickelt wurden. weiter…

Dass Menschen eine Menge aus vier oder weniger Objekten stets fehlerfrei schätzen, ist seit 1871 bekannt. Es war der englische Ökonom W.S. Jevons, der das Bohnen-Experiment durchführte und die Ergebnisse im Wissenschaftsjournal Nature publizierte. Ab fünf und mehr Bohnen konnten seine Versuchspersonen die genaue Menge nur dann nennen, wenn sie länger in die Schachtel sehen und die Bohnen zählen durften.

Mengen aus weniger als fünf Gegenständen auf einen Blick erfassen und voneinander unterscheiden: Mit dieser Fähigkeit steht der Mensch nicht alleine da. Auch Affen, Tauben und andere Wirbeltiere können das, wie spätere Untersuchungen gezeigt haben.

Sogar Honigbienen sind dazu in der Lage. Das berichten Forscher vom Biozentrum der Universität Würzburg mit Kollegen aus Canberra (Australien) im Online-Journal PLoS ONE. “Damit haben wir erstmals nachgewiesen, dass auch wirbellose Tiere zahlenkompetent sind”, sagt Professor Jürgen Tautz von der Würzburger Beegroup.

Ablauf der Experimente

Wie die Wissenschaftler das herausfanden? Sie ließen ihre Bienen zu zwei nebeneinander stehenden Tafeln fliegen, die optisch unterschiedlich gestaltet waren. Auf der einen Tafel waren zwei Objekte abgebildet, auf der anderen nur eines.

Jede Tafel hatte außerdem ein Loch, durch das die Bienen fliegen konnten. Hinter der Tafel mit den zwei Objekten drauf fanden sie stets eine Belohnung, nämlich ein Schälchen mit zuckersüßem Wasser. Schnell hatten sie gelernt, wo das Futter versteckt war, und flogen nur noch zur Tafel mit den zwei Objekten.

Nun stellten die Forscher die Bienen auf die Probe. Sie veränderten die Anordnung der Tafeln sowie Anzahl, Farbe und Form der darauf abgebildeten Objekte.

Ergebnis: Die Bienen flogen immer zu der Tafel, auf der zwei Objekte zu sehen waren. Ob die Tafel rechts oder links stand, ob es sich bei den Gegenständen um rote Äpfel oder gelbe Punkte handelte, war ihnen egal - nur zwei mussten es sein. Zwei Objekte bedeuten Futter, das hatten die Bienen zuvor gelernt. Die richtige Tafel konnten sie auf Anhieb identifizieren.

Diesen Versuch spielten die Forscher wieder und wieder durch. Sie trainierten die Bienen mal auf Tafelpaare mit zwei und drei Objekten, dann auf welche mit drei und vier Objekten. Immer fanden die Bienen schnell heraus, zu welcher Tafel sie fliegen mussten. Erst bei Tafelpaarungen mit vier und fünf oder höheren Objektmengen scheiterten sie.

Vorteil für die Bienen

Kleine Mengen korrekt zu schätzen - worin könnte die biologische Bedeutung dieser Leistung für den Bienen-Alltag liegen? Vielleicht machen die Insekten davon Gebrauch, um schnell die Zahl der Blüten an einem Zweig oder die Zahl anderer Bienen auf einer Blüte abschätzen zu können. Und um sich dann ebenso schnell zwischen den Optionen “Landen” oder “Durchstarten” zu entscheiden.

Wozu die Bienen diese neu entdeckte Fähigkeit wirklich nutzen, das erforscht der Würzburger Doktorand Mario Pahl. Er hält sich zurzeit in Canberra auf - dort ist jetzt Sommer, und so kann er im Freiland mit Bienen experimentieren.

Antike Hochkulturen: Bruch zwischen vier und fünf

Auf eine kulturelle Besonderheit weist Professor Hans Joachim Gross, Mitglied der Beegroup und emeritierter Inhaber des Würzburger Lehrstuhls für Biochemie, angesichts des neuen Forschungsergebnisses hin: In vielen antiken Hochkulturen gibt es einen auffallenden Bruch beim Übergang von der Zahl 4 zur Zahl 5.

In der frühesten römischen Antike beispielsweise wurden die Ziffern 1 bis 8 so geschrieben: I, II, III, IIII, V, VI, VII, VIII. Im antiken Südarabien schrieben die Menschen I, II, III, IIII, U, UI, UII, UIII. Und bei den Maya in Mittelamerika sahen die Zahlen von 1 bis 8 so aus:*, **, ***, ****, I, *I, **I, ***I.

“In diesen Hochkulturen mit einem entwickelten Kalender- und Rechnungswesen hat man bewusst oder unbewusst gefühlt oder verstanden, dass Objektzahlen bis vier ohne zu zählen richtig und fehlerfrei erkannt werden und dass bereits bei fünf Punkten oder Strichen gezählt werden muss. So hat man für die Zahl fünf eigene, neue Zeichen erfunden”, so die Wissenschaftler.

Schneller rechnen: Eigene Zeichen für fünf und zehn

Der Mensch von heute? Wenn er mit Strichlisten zählt, dann macht er bis zur Zahl vier jeweils einen Strich (I, II, III, IIII). Aber statt IIIII für fünf zu schreiben, streicht er einfach die IIII mit einem Querstrich durch - und hat damit ein neues Zeichen geschaffen, das ihm das Abzählen von fünf Strichen erspart.

“Die Erfindung eines eigenen, neuen Zeichens für die Fünf beziehungsweise die Zehn macht es dem Menschen möglich, auch Zahlen wie VII und VIII auf einen Blick als sieben oder acht zu erkennen - ohne zählen zu müssen”, sagen die Forscher. Auf diese Weise könne man erheblich schneller rechnen. Dasselbe gelte für XII, XIII oder XXII etc.

“Number-based visual generalisation in the honeybee”, Hans J. Gross, Mario Pahl, Aung Si, Hong Zhu, Jürgen Tautz & Shaowu Zhang, PLoS ONE 4(1): e4263. doi:10.1371/journal.pone.0004263. Online publiziert am 28. Januar 2009

Weitere Informationen: Prof. Dr. Jürgen Tautz, T (0931) 31-84319, tautz@biozentrum.uni-wuerzburg.de, und Prof. Dr. Hans Joachim Gross, T (0931) 31-84027, http://www.beegroup.de

Podiumsdiskussion “Bewusstsein und Willensfreiheit” auf den Münchner Wissenschaftstagen 2007

(idw). Wie unser Bewusstsein funktioniert, wie wir Dinge erleben - das sind zwei spannende Fragen der Philosophie. Bewusste Erlebnisse fühlen sich irgendwie an - wir sehen den blauen Himmel oder genießen die warmen Sonnenstrahlen auf der Haut. Warum das so ist, beantworten viele Philosophen so: Jedes Erleben hat einen bestimmten Inhalt - wenn wir also das Blau des Himmels erleben, erleben wir den Inhalt “Der Himmel ist blau”. Hinzu kommt ein phänomenaler Inhalt, der die subjektive Dimension der Wahrnehmung, also wie sich das Blau-Erlebnis für jeden einzelnen anfühlt, bestimmt. Dieser gängigen These widersprechen die Bochumer Philosophen

Dr. Gottfried Vosgerau, Dr. Tobias Schlicht und Prof. Dr. Albert Newen (Institut für Philosophie) entschieden - in ihrer eigenen, dynamischen Theorie stellen sie stattdessen die Verarbeitung des Inhalts in den Mittelpunkt des bewussten Erlebens. Ihr Aufsatz ist nun in dem renommierten Fachblatt American Philosophical Quarterly erschienen.

Die gängige These

Die bevorzugte philosophische These schließt den Gedanken mit ein, dass jeder Mensch ein bewusstes Erlebnis im Grunde unterschiedlich erleben kann. In einem extremen Beispiel ausgedrückt könnte das bedeuten: Wenn zwei Menschen die Farbe Blau sehen, dann erlebt der eine Mensch tatsächlich die Farbe Blau, der andere Mensch aber erlebt die Farbe Grün - er fühlt sich beim Anblick des Blaus so, als würde er gerade auf Grün schauen. Das, was betrachtet wird, hat den gleichen Inhalt, doch der phänomenale Inhalt, der die subjektive Qualität des Blau-Sehens ausmacht, ist für beide Personen in diesem Beispiel verschieden. Somit sind für viele Philosophen diese zwei Inhalte verantwortlich für das bewusste und zugleich unterschiedliche Erleben der Menschen.

Nicht die Inhalte bestimmen das bewusste Erleben

Vosgerau, Schlicht und Newen haben für ihre Arbeit verschiedene Ansätze zum Thema Bewusstsein aus der Psychologie, den Neurowissenschaften und der Philosophie untersucht. Als Ergebnis ihrer Überlegungen weisen sie die gängige Annahme als falsch zurück. Ihre Theorie stellt die Inhalte zurück; zeigen lässt sich das anhand eines Beispiels aus der Medizin: Patienten, die unter Blindsicht leiden, haben die Fähigkeit verloren, etwas bewusst zu sehen und wahrzunehmen. Es werden zwar Bildinformationen vom Auge aufgenommen, aber nicht mehr ins Bewusstsein geleitet. Steht vor dem Blindsicht-Patienten also zum Beispiel ein Glas Wasser, so verfügt er zwar über die Information, ist sich aber nicht bewusst darüber, dass es dort steht. Dennoch: Bittet man den Patienten, nach dem Glas zu greifen, dann wird er es tun, da die unbewusste Informationen über das Glas seine Bewegung richtig leiten kann, auch wenn er dieses Glas vor sich nicht bewusst wahrnehmen kann. Die Information über den Gegenstand, das Glas, ist also sehr wohl im Gehirn des Patienten vorhanden, es ist ihm nur nicht bewusst. Das zeigt, so Vosgerau, Schlicht und Newen, dass kein Inhalt - weder sachlicher noch phänomenaler Natur - für das bewusste Erleben verantwortlich sein kann. Denn Inhalte liegen ja auch bei unbewussten Erlebnissen vor, wie das Beispiel des Blindsicht-Patienten zeigt. Wenn die Inhalte nicht entscheidend sind für das Bewusstsein, bedeutet das außerdem, dass die subjektive Qualität des Erlebnisses bei unterschiedlichen Menschen nicht radikal verschieden sein kann; dass die bewusste Wahrnehmung also streng genommen bei allen Menschen sehr ähnlich ist.

Eine dynamische Theorie muss her

Statt der Inhalte spielt in der Gegen-These der Bochumer Philosophen die Verarbeitung, die Integration der wahrgenommen Inhalte die entscheidende Rolle. Sie unterscheiden das bewusste vom unbewussten Erleben. Ein Inhalt wird erst dann bewusst, wenn er in einen größeren Zusammenhang integriert wird, wenn man zum Beispiel darüber reden oder nachdenken kann. Die drei Bochumer Philosophen folgern, dass die bisher vorherrschende Theorie das Phänomen des bewussten Erlebens nicht erklären kann - und liefern in ihrem Aufsatz zudem eine streng philosophische Argumentation dafür, dass eine solche Erklärung auch prinzipiell nicht gelingen kann. Sie fordern, stattdessen eine dynamische Theorie einzuführen, die die Verarbeitungsweise und Integration von Inhalten als ausschlaggebenden Faktor für ein bewusstes Erleben ansieht.

Titelaufnahme

Vosgerau, Gottfried; Schlicht, Tobias; Newen, Albert: Orthogonality of Phenomenality and Content, Aufsatz in der Fachzeitschrift American Philosophical Quarterly, Ausgabe 45, 2008, Seite 329-348

Buchtipp:
Unsterbliches Bewusstsein: Raumzeit-Phänomene, Beweise und Visionen