Sonntag, März 22, 2020

2. Corona Update

Coronavirus Ausbreitung unter der Lupe

Nach dem überwältigendem Interesse an meinen ersten zwei Beiträgen, Ausbreitung in Deutschland und Coronavirus Update, bin ich Motiviert, einige kluge Fragen aufzugreifen, die von Lesern gestellt wurden. Vielen war nicht klar, was ich genau rechne, manche wollten mehr über die Quellen wissen und einige fanden, dass ich Panik mache. Ich hoffe das kann ich jetzt alles aufklären.

Wie funktioniert die Rechnung

Die Rechnung für die Entwicklung der Fallzahlen basiert auf einige einfache Annahmen, die im folgenden Bild dargestellt sind.

Ablauf einer Infektionswelle, gilt auch für andere Infektionskrankheiten. (Zum Vergrößern anklicken, Darstellung Heindl)

Am Anfang gehören alle der Gruppe der Nichtbetroffenen an. Davon infizieren sich zunächst einige, etwa im Ausland, und werden zu Neue Fälle, diese werden jetzt immer für jeden Tag neu gerechnet. Die neuen Fälle kommen jetzt in die Gruppe Infizierte, die dadurch zunächst wächst.
Das Problem beginnt mit der Ansteckung durch die Infizierten, die Rückkopplung beginnt. 

Diese Ansteckungsrate hängt empfindlich vom Verhalten ab!

In meiner Rechnung habe ich bisher 2,15 Ansteckungen pro Person innerhalb der sechs Tage gerechnet in der die Person ansteckend ist. In der Literatur findet man unterschiedliche Angaben, etwa in nature [1], dort wurden die ersten 400 Fälle in China ausgewertet hat, die Ansteckungrate wurde mit 1,9 Neuansteckungen pro Infizierten ermittelt.
Da es gilt, die Ansteckungen niedrig zu halten, müssen verschiedene Eingriffe in das Alltagsleben erfolgen. Der Parameter Eingriffsfaktor beschreibt das als Zahl. Der Wert 1 bedeutet, es bleibt alles wie es ist, der Wert 2 bedeutet, die Zahl der Ansteckungen wird halbiert, Zwischenwerte sind natürlich möglich. In einer Studie des Imperial College [2] in London wurden verschiedene Werte für unterschiedliche Maßnahmen analysiert. Dabei wurde auch berücksichtigt, dass sich nicht alle an die Regeln halten. So bring Schulschließung fast eine 20% Verminderung der Ansteckungen, in meiner Rechnung würde der Eingriffsfaktor dann auf 1,2 wachsen.

Einfluss verschiedener Maßnahmen auf die kritisch Erkrankten, zu beachten, hier wird ein linearer Maßstab verwendet, mit keiner einzelnen Maßnahme gelingt es, die Zahl soweit zu drücken, dass die Betten reichen. Quelle: Imperial College [1]

Für das Verhalten habe ich in meiner Simulation bis zum 7. März den Wert 1 angesetzt und erhöhe ab dann den Wert täglich um 0,05, so dass am 17. März bereits der Wert 1,5 erreicht ist schließlich am 27. März der Wert 2 erreicht wird, der dann aber auch dort verharrt. Bis im Sommer, ab den 13. Juni der Wert langsam wieder sinkt, täglich um 0,01, und am 20. September wieder den Wert 1 annimmt. Mir ist klar, dass das höchst spekulativ ist, aber ohne Verhaltensänderung würde die Rechnung auch keinen Sinn machen. Zudem glaube ich eben, dass sich das Verhalten graduell verschieben wird.  

Bekanntlich werden nicht alle Infizierte gemeldet (gem. Fälle), die sind also eine Untermenge von Infizierte. Eine Dunkelziffer kann man sehr schlecht abschätzen, Faktoren von 1,5 bis 5 sind verbreitet. Für 5 spricht, dass vermutlich nur 20% so starke Symptome aufweisen, dass sie einen Arzt beuchen und damit den Gesundheitsbehörden bekannt werden. Andererseits wurden auch viele in Deutschland untersucht, die im Kontakt mit Infizierten standen (aktuell lese ich 200.000 Tests wurden durchgeführt), so dass die Zahl eher bei 1,5 liegt. Ich habe den Faktor mit 3 geschätzt und so in meinen Rechnungen verwendet. Letztendlich spielt das aber keine so große Rolle, da bemerkenswerterweise nach 2 Tagen die Differenz zwischen den Faktoren (3 statt 5) bereits wieder aufgeholt ist. 

Interessant ist auch, dass die Umstellung der Berichte des Robert-.Koch-Instituts das bis 20. März die Fälle bis 15 Uhr bekanntgegeben hat diese jetzt auf Mitternacht (0:00) umgestellt hat, das bewirkt eine einmalige Steigerung der Infiziertenzahl um beachtliche 14%! Dieser Effekt wurde in die verwendeten Daten eingerechnet.

Etwa 80% der Infizierten verlassen nach sechs Tagen das Geschehen und kommen in die Gruppe ohne Symptome genesen, weitere 15% von Personen mit leichten Symptomen zähle ich auch dazu, da diese zwar "Grippe" haben aber nicht in Lebensgefahr sind. Somit kommen insgesamt 95%, mehr oder weniger direkt in die Gruppe der als Immun bezeichneten Personen. 

Die Problemgruppe Intensivbedarf

Der Literatur kann man entnehmen, dass 2,5% bis 5% der Corona COVID-19 Patienten so schwere Atembeschwerden haben, dass sie künstlich beatmet werden müssen. Dazu kommen die Patienten in das Intensivbett und genesen hoffentlich. Die Zahlen hängen hier sehr stark vom Alter und von den Vorerkrankungen ab.
Sterblichkeitsrate bei Corona, abhängig vom Alter. (Quelle: DW)
Dies in der Rechnung abzubilden ist schwierig, da ich keine Altersverteilung nutze, ich nehme daher für den Faktor Sterblichkeit 1,4% von allen Infizierten an, wohl wissend, dass zwischen 0,7% und 5% in der Literatur erwähnt werden.
Viel schlimmer sieht es aber für Patienten aus, die Unbetreut trotz Intensivbedarf bleiben. Dort nehme ich an, dass 30% nicht überleben, möglicherweise ist es aber viel schlimmer. Nochmals, ich will keine Panik verbreiten, aber auch keinen unbegründeten Optimismus.
Wie lange bleibt nun ein Patient im Intensivbett? In meiner Rechnung nehme ich an, dass täglich 20 Prozent den Pfad "genesen" nehmen, mithin im Schnitt etwa 4 Tage im Intensivbett verweilen. Das ist auch optimistisch, mir sind schlechtere Zahlen von einem Arzt zugetragen worden.
Am Ende steht die Summe aller Todesfälle, ob mit oder ohne Intensivbebandlung. Je nach Geschwindigkeit der Ausbreitung können das 0,2 bis 3 Millionen in Deutschland werden, bei so vielen Unbekannten in der Rechnung ist das nicht verwunderlich.

Anpassung der Rechnung an die Fakten

All die oben beschriebenen Vorgänge gehen in meine Rechnung ein, die ich mit einer Tabellenkalkulation durchführe (Google Docs). Dabei berechne ich für jeden Tag die Situation und die daraus folgende Änderung, was nicht viel mehr als einfache Addition und Multiplikation erfordert. Als Zeitraum habe ich ein Jahr gewählt, beginnend mit dem 18. Februar 2020, für den ich zwar keine Zahlen besitze, aber von den bekannten Zahlen am 28. Februar zurückrechne, was aber eher rechentechnische Gründe hat, damit ich problemlos auf zurückliegende Felder zugreifen kann.

Die Darstellung der Ergebnisse erfolgt bei mir fast immer auf einer logarithmischen y-Skala! Das ermöglicht es viel besser, Trends und große Zahlenunterschiede zu erkennen. So liegt die Zahl der Todesfälle um fast den Faktor unterhalb der Zahl der Infektionen, könnte also bei linearer Darstellung nicht sinnvoll dargestellt werden. Weiterhin erscheint ein exponentielles Wachstum als Gerade, und gerade damit haben wir es in diesem Thema oft zu tun.

Hier ein Ausschnitt aus meinem Rechenmodell, das bis 15. Mai extrapoliert. Es scheint so, als zeigen die Maßnahmen der Politik bereits Wirkung, die Datenpunkte liegen seit 10 Tagen mit einer Abweichung kleiner 3% auf der Prognosekurve. Da die Prognose eine Abschwächung wie oben beschrieben enthält, gibt es offensichtlich einen Rückgang der Infektionsrate!

Mögliche Entwicklung der Coronazahlen in Deutschland.
(Eigene Analyse basierend auf verschiedenen Quellen, Parameter siehe Anmerkungen)

Wenn die Entwicklung so weitergeht, das bedeutet, die Einschränkungen noch weiter bis 27.3. verschärft werden, wir haben erst die Hälfte des Wegs, dann könnten die Zahlen noch unter Kontrolle gebracht werden. Da ich keine Ahnung habe, wie lange die Menschen eine so hohe Isolierung ertragen, habe ich die Fortsetzung der Entwicklung nicht aufgetragen.

Zum Vergleich, die mögliche Entwicklung der Coronazahlen mit linearem Maßstab an der vertikalen Achse.


Nach einem Jahr würde das Modell auf 1,5 Millionen Tote führen, das sei angemerkt, kann ich aber nicht als seriöse Prognose behaupten.

Quellen:

  1. Imperial College London Studie PDF Hier wird für GB eine genaue Analyse der Ausbreitung gerechnet.
  2. Aktuell: Studie über Wuhan in nature PDF
  3. Deutsche Welle Daten aus China.
  4. Eine sehr lesenswerter englischer Beitrag von Tomas Pueyo, deutsche Übersetzung
  5. Ein Tool von Prof. Eichner 
  6. Schweizer Qualität bei der Simulation: Covid-19 Simulator
Weitere Quellen siehe Blogpost Coronavirus Update (Germany auswählen)

Anmerkung:

Zur Dokumentation die verwendeten Parameter:
Ausgangsbevölkerung: 80.000.000
Ansteckung: 2,70
Dauer [d]: 6
Letalität: 1,40%
Intensiv: 5,0%
Dunkelziffer: 3
Intensivbetten: 10000
Eingriffsfaktor: tagesaktuell
Tod-kein-Intensiv: 30%
Genesungsrate I pro Tag: 20,00%
Dauer Infekt bis Tod: 12
Dauer bis Intensiv: 10

Mittwoch, März 18, 2020

Coronavirus Update

Coronavirus Entwicklung, Neueinschätzung

Seit meinem ersten Facebook post am 29. Januar 2020 zum Coronavirus, mit Verweis auf die Weltkarte zur Infektion, hat sich die Welt dramatisch verändert.
Mit den neuen Daten kann man den Ablauf der Infektionswelle noch genauer bestimmen. Es bleiben aber immer noch große Unsicherheiten, insbesondere, wie werden sich die Menschen verhalten, wenn sie monatelang praktisch in Quarantäne leben sollen.

Abgleich der Daten

Seit der ersten numerischen Analyse mit 349 Fällen in Deutschland am 6.3. hat sich die Zahl inzwischen mehr als verzwanzigfacht. Zudem sind leider die ersten Todesfälle zu vermelden, aktuell rechne ich mit den 20 gemeldeten Todesfällen bis zum 18.3.2020.
Trägt man diese Werte in die neue Rechnung ein, erhält man folgende Näherung:
Aktuell beste Näherung für die Infektionsrate und die Zahl der Verstorbenen.
Die Infektionsrate kann für die letzte Woche mit erstaunlich hoher Genauigkeit abgebildet werden. Dazu wurde der Parameter "Sozialverhalten" dynamisch aufgebaut. Die Annahme ist, dass bis zum 7.3. die Menschen keine Verhaltensänderung durchführten und seitdem täglich eine Änderung um 5% in Richtung Isolation stattfindet. Mit dieser Änderung hat dann jeder bis zum 27. März seine Kontakte um den Faktor 2 reduziert. (Genaugenommen wurde täglich die Kontaktrate um 1/20 verändert)
Weiterhin wurde die Dunkelziffer auf den Faktor 5 hochgesetzt, das ist insbesondere aus der Betrachtung der Todesfälle notwendig, sonst kommt man zu einer sehr hohen Mortalität. Der Faktor 5 würde auch zu den 20% passen, die ernsthafte Symptome zeigen und sicher vom Gesundheitswesen erfasst werden (Hier werden die Zahlen des RKI verwendet). Die Mortalität wurde in der Rechnung mit 1,6% angenommen um die tatsächlich beobachteten Todesfälle gut abzubilden.

Anmerkung: Liegt die Dunkelziffer nur bei 50%, dann würde das in dieser Analyse auf eine Mortalität von 5% hinweisen, damit wären dann 3,3 Millionen Tote zu erwarten.
Anmerkung zur Genauigkeit: Die ersten einzelnen Todesfälle unterliegen einer sehr starken statistischen Schwankung sqrt(N), das bedeutet, bei 4 Fällen ist der Fehler sqrt(4)=2 also +-50%, bei 20 Fällen, am Ende der Kurve, liegt der Wert bei +- 20% immer noch viel höher als die Messpunkte suggerieren. Hinzu kommt, dass es sich um summierte Werte handelt, was die Fehleranalyse noch komplexer macht.

Weitere Entwicklung

Aufgrund des Datenabgleichs kann man das Modell jetzt rechnen lassen und erhält folgenden Verlauf:
Verlauf der Infektionen, Todesfälle und bedarf Intensivbetten. (Datengrundlage RKI)

Die Kurve der Infektionen flacht sich ab, aber um den 14. April wird die Zahl der schwer erkrankten bereits die Kapazität der Intensivbetten übersteigen. Damit kommt es zu einem Anstieg der Todesfälle aufgrund unzureichender Betreuung. Die Spitze wird Ende Mai erreicht, man kann schon jetzt prognostizieren, dass dann jegliches öffentliche Leben still stehen wird. Möglicherweise sind dann selbst die Fernsehsendungen nur noch eingeschränkt möglich, da auch viele Moderatoren und TV Mitarbeiter erkrankt sind.
Am Ende werden 1,9 Millionen aufgrund des Coronavirus verstorben sein, sicher wird es vor allem ältere Menschen und kritisch Vorerkrankte treffen. Man muss wissen, dass auch in einem "normalen" Jahr über 600 tausend Menschen versterben.
Das Abflauen wird auch in der Rechnung davon begleitet, dass sich das Sozialverhalten ab Mitte Juni in Richtung weniger vorsichtig verändert und Ende September wieder den alten Wert erreicht.

Vergleich zu anderen Ländern

Deutschland scheint noch relativ gut dran zu sein, wenn man dies mit anderen europäischen Ländern vergleicht.
Hier ein Überblick:
Todesfälle pro Einwohner (17.3.2020)
Die Liste zeigt, wie viel Todesfälle es pro Einwohner bisher gegeben hat. Dabei ist Deutschland mit 0,16 auf eine Million Einwohner noch auf einen sehr günstigen Platz. Insbesondere in Italien und Spanien gibt es in Europa schlimme Probleme. Dies ist um so schlimmer, da lange die Hoffnung bestand der Frühling und die Sonne könnte dem Virus zurückdrängen. Das scheint eher nicht der Fall zu sein.
Auch das Gesundheitswesen in Deutschland ist offensichtlich sehr leistungsfähig, dazu habe ich die Dauer ermittelt, nach der ein Patient ab Ansteckung verstirbt. Die genaue Zeit kenne ich nicht, aber ich habe als Vergleichswert die Zahl gleich vieler Infektionen genommen:
Wie lange ist die Zeitspanne zwischen Anzahl Infektionen und gleich vielen Todesfällen.
In der Tabelle sieht man, dass insbesondere in Spanien die Welle extrem steil ansteigt, oder die Versorgung sehr schlecht ist, jedenfalls gab es am 7.3. in Spanien nur soviel gemeldete Infizierte wie es am 17.3. bereits an Todesfällen gab. Hier ist Deutschland viel besser und wenn wir uns anstrengen, erreichen wir die Zahlen von China, Dort scheint die Infektion bereits auszulaufen.

Daher mein Appell: Nehmen Sie die Seuche ernst, es hilft allen! 

Fortsetzung: 2. Update Coronavirus mit Hintergründen zum Rechenmodell.

Erster Beitrag: Coronavirus Ausbreitung in Deutschland

Gute Informationsquellen:


Samstag, März 14, 2020

Coronavirus Ausbreitung in Deutschland

Analyse Coronavirus in Deutschland

In diesem Blogpost will ich versuchen, meine Analysen zur Ausbreitung des Coronavirus in Deutschland zu erläutern und dabei auf die wichtigsten Probleme, insbesondere Todesfälle, einzugehen.
Die Analyse basiert auf einem relativ einfachen mathematischen Modell, das ich mir als Physiker zutraue, es kann natürlich nicht alle medizinischen Aspekte exakt berücksichtigen, aber ich verwende, soweit verfügbar, die besten Quellen.

Wohin geht die Reise?

Um die Zukunft vorherzusagen, erstmal die Datenlage: Ich habe die Daten des Robert Koch Instituts seit 28. Februar gesammelt, die Bundesland genau vorliegen. Insbesondere NRW, Bayern und BW haben bereits hohe Fallzahlen.

Einfache lineare Auftragung und exponentielles Wachstum bis Ende März
Trägt man die Information in eine logarithmischen Skala auf, sieht man viel mehr, alle Bundesländer bewegen sich in eine Richtung, nach rechts oben:
Gleiche Betrachtung wie oben, aber mit einer logarithmischen Skala,
zwischen zwei Hauptlinien liegt der Faktor 10!
Die zentrale Frage, wie es weitergeht, kann man durch eine einfache Extrapolation bis Monatsende erreichen, dann sind vermutlich fast eine Million infiziert, wenn sich die Ansteckungsrate nicht ändert. Diese soll allerdings durch scharfe Maßnahmen wie Schulschließungen und Stop von Großveranstaltungen gesenkt werden. Dies wird wichtig, wenn wir genauer auf die Entwicklung sehen. Ab jetzt werde ich, ausgehend von den Gesamtzahlen für Deutschland weiterrechnen.
Ganz unten sieht man noch eine kurze schwarze Linie, das sind die ersten Todesfälle, die noch eine sehr große Rolle spielen werden.

Ausbreitung und Zahlenqualität

Was wissen wir sicher? Leider sehr wenig, insbesondere wissen wir nicht, wie viele Menschen in Deutschland bereits den Virus tragen! Die besten Zahlen liefert aktuell nach meiner Einschätzung die Website https://www.worldometers.info/coronavirus/country/germany/, die sehr zeitnahe Daten liefert. Dort finde ich im Moment (14.3.2020, 22h) 4525 Coronavirus Cases und 8 Todesfälle, sowie 46, die die Krankheit bereits gut überstanden haben. Es spricht nun einiges dafür, dass wir nicht alle Fälle kennen, möglicherweise sind es dreimal so viele, eine Annahme die ich für die Dunkelziffer meiner weiteren Betrachtungen verwende.
Die Deutsche Bevölkerung umfasst rund 80 Millionen Einwohner, also sind erst sehr wenige infiziert, 0,0057% laut Daten, mit Dunkelziffer sind es 0,017% also keine Sorge? NEIN, wir stehen ganz am Anfang.
Jeder der Infiziert ist, und viele wissen das ja nicht von sich selbst, da es bis zu 14 Tage dauern kann bis man ernste Symptome spürt, verteilt nun den Virus. Ich gehe davon aus, dass man im Durchschnitt sechs Tage lang den Virus verteilt, bis man in Quarantäne kommt und dabei insgesamt 2,15 Menschen ansteckt. Zumindest wenn man diesen Wert zugrunde liegt, passen die Daten gut zu den veröffentlichten Zahlen (Blaue Sternchen).

Die blauen Sterne sind Messwerte, die rote gestrichelte Linie ist die Näherung der aktuellen Fälle.
Die anderen Linien werden gleich erläutert.

Im Modell gehe ich jetzt davon aus, dass ab heute (14.3.2020) die Maßnahmen der Behörden greifen und damit die Ansteckung um den Faktor 2 reduziert wird. Das sieht man an der gestrichelten Linie, die plötzlich einen Knick macht und an den Ansteckungszahlen (orange, dünn) die kurzzeitig sogar etwas abfällt. Das ist natürlich nur ein rechnerischer Artefakt, so eine Änderung geht kontinuierlich über mehrere Tage, aber das soll uns jetzt nicht stören.

Die schlimmen Erkrankungen

Etwa fünf Prozent der Coronafälle verlaufen schlimm, das bedeutet, der Patient muss auf die Intensivstation mit Beatmung und Sauerstoff. Deutschland hat bekanntlich ein gutes Gesundheitswesen, aber kann es das bewältigen? Es gibt 28.000 Intensivbetten, wovon ca. 80% belegt sind. Mit etwas Organisation kann man vermutlich 10.000 Betten für Coronakranke freiräumen. Die entscheidende Frage ist, ob das reicht!
Das kann man berechnen, wenn man die Annahmen fortschreitet, aktuell sollten bei 4000 bekannten Fällen im Modell 17 Menschen bereits auf einer Intensivstation liegen, der Presse entnehme ich eine etwas geringere Zahl.
Trägt man jetzt die Entwicklung über die nächsten Monate auf, kommt es aber sehr schlimm:
Der Ablauf der Coronakrise, Bild durch Anklicken vergrößern!
Etwa um den 20. April liegt die Fallzahl über einer Million (dicke rote Linie) und damit der Bedarf an Intensivbetten bei 10.000 (hellblaue Linie). Das ist der Beginn der wirklichen Krise! Denn zu diesen Zeitpunkt müssen nicht nur 2500 Todesfälle beklagt werden, nein es müssen Patienten die dringend beatmet werden müssen, abgewiesen werden. In der Fachsprache erfolgt ab diesen Zeitpunkt die Triage, leichtere Fälle (So leicht sind die nicht, aber man hofft, die überleben auch so)  bekommen keine Beatmung, schwere Fälle kommen in ein freies Bett und hoffnungslose Fälle kommen ins Grab.
Da die Zahl der Betten nicht wächst, aber die Zahl der schweren Fälle, werden jetzt viele Menschen sterben. War zunächst die Sterblichkeit bei nur 0,7%, ein Wert aus Südkorea, dort hat man sehr sorgfältig Erkrankungen erfasst und hat hervorragende Behandlungsmöglichkeiten. Das sieht man am Knick nach oben bei der schwarzen Kurve, der Anzahl Verstorbener. 

Diese schreckliche Phase wird bis etwa Ende Juni dauern. Über 1,5 Million Beerdigungen werden noch trauriger als sonst, weil sich die Menschen nicht trösten können, da keiner dem anderen zu nahe kommen will. 

Bei der Analyse habe ich jetzt noch die optimistische Annahme gemacht, dass Menschen, und das sind oft ältere Menschen, die ohne Beatmung auskommen müssen, zu 70% überleben. Ob das realistisch ist, kann ich als Nichtmediziner nicht beurteilen. Rechne ich nur mit 10% die das überstehen, dann erhöht sich die Opferzahl auf  deutlich über 2 Millionen.

August, endlich ein Ende in Sicht

Nach dem Höhepunkt der Erkrankungswelle ebbt alles so schnell ab, wie es gekommen ist. Anfang August werden nur noch wenige (70 pro Tag) neue Fälle beobachtet, das liegt daran, dass jetzt die sogenannte Herden-Immunität greift. Der Virus findet keine neuen Opfer, da über 60 Millionen Menschen jetzt immun sind. Etwa 14 Millionen hatten Glück oder waren sehr vorsichtig und wurden nicht angesteckt.

Hinweis zu den Intensivbetten

Die viel zu große Zahl von Patienten die ein Intensivbett benötigen, kann zur häufigsten Todesursache werden. 
Betrachtet man den "Standardablauf", erhält man folgendes Diagram
Todesfälle erhöht durch Mangel an Intensivbetten.

Hierbei wurde angenommen, dass das durch politische Maßnahmen geänderte Sozialverhalten die Ansteckungen um den Faktor 2 reduziert. Die schwer erkrankten Personen, die nicht intensiv betreut werden können sterben zu 30%. Im Diagram sieht man, dass bis 20. April alle Pesonen die ein Intensivbett benötigen (hellblaue Linie), auch behandelt werden, die Verstorbenen (Schwarze Linie) steigt aufgrund der bekannten Todesrate von 0,7% beim Coronavirus zunächst relativ mild an. Das Bild ändert sich, wenn jetzt zusätzliche Todesfälle ab der Überfüllung der Intensivbetten dazukommen. Das Maximum wird in diesem Szenario Ende Mai erreicht, dann kommt nur noch auf jeden 30. Patient mit Bedarf ein Intensivbett mit Beatmung! Am Ende diese Szenarios (31.12.2020) steben aufgrund mangelnder Behandlungsmöglichkeiten 1.112.000 Menschen, insgesammt gibt es 1.563.000 Tote.

Jetzt ein milderes Szenario, aufgrund des Sozialverhaltens gibt es um den Faktor 3 weniger Ansteckungen als im "business as usual" Szenario. Die Intensivbetten sind nicht so überlastet und am Ende von 2020 zählt man 486.000 Tote aufgrund der Überlastung, insgesammt gibt es 731.000 Tote.

Und noch ein sehr ungünstiges Szenario, die Menschen sind unvorsichtig (Sozialfaktor 1,5), Menschen ohne Behandlung sterben zu 90%. Aufgrund der mangelnden Behandlung sterben jetzt 2.119.000 Menschen, insgesamt 2.637.000 bis zum Jahresende.

In einem Diagram zusammengefasst:
Verschiedene Szenarien und die Zahl der Todesfälle am Ende 2020.
Je nachden wie stark sich die Menschen isolieren, fällt die Zahl der Todesopfer drastisch. Dies gilt insbesondere, wenn sich herausstellt, dass man ohne Intensivbehandlung praktisch keine Überlebenschance hat (rote Linie, 90% der unbehandelten Intensivfälle sterben). Ab einer Isolation von ca. 3,5 gibt es keine ausreichende Weitergabe und der Virus verschwindet, das scheint in China gelungen zu sein! Die grüne Linie ist eher hypothetisch, sie beschreibt den Fall, dass ein Patient der eine Intensivbehandlung benötig automatisch auch ohne Behandlung überlebt.


Wir sehen wie wichtig es ist, dass sich jeder vorsichtig verhält!

Ausblick

Ob das alles exakt so kommt, kann ich nicht sagen. Es gibt zu viele Möglichkeiten, dass es anders wird. 
In China scheint es möglich zu sein, eine Provinz (Hubei) mit 70 Millionen Menschen so gut zu organisieren, dass die Ansteckungen bereits nach 67.000 Ansteckungsfällen (3000 Tote) zurückgehen.
Wenn wir viel Glück haben, findet man auch ein Medikament, das wirkt, aber das ist eine vage Hoffnung, man denke nur an AIDS. Auch der sehr schnelle Erfolg bei der Suche nach einem Impfstoff könnte noch etwas helfen.
Es könnte aber auch schlimmer kommen, wenn die Menschen nach einem Monat Quarantäne soziale Kontakte zu früh wieder aufnehmen, dann können es auch 3 Millionen Tote werden.

Hier gehrt es zum Update 18.3.2020 der Analyse.

Und hier das Update vom 22.3.2020

Wichtige Quellen:

Zum Weiterlesen im Blog


Samstag, Januar 25, 2020

Neuartige "Sonnenuhr"

Eine Sonnenuhr, die die schönen Stunden zählt




Aus etwas Fischertechnik, einer Wehrle Wasseruhr, einem Elektromotor und einer Solarzelle wird eine Maschine, die mechanisch die schönen Sonnenstunden zählt.

Seitenansicht des Sonnenzählers

Blick von Oben auf den Sonnenzähler


Montag, Dezember 02, 2019

Wie groß ist die Welt

Größe des Universums

Die Welt ist groß, aber wie groß die Welt für die Wissenschaft ist, unterliegt einem Wandel. Und der kennt nur eine Richtung: Größer als bisher gedacht.

Flammarions Holzstich – erstmals erschienen in L’atmosphère, Paris 1888

Auf das Wachstum unserer Welt will ich hier etwas genauer eingehen.

Am Anfang war die Welt klein

In den Mythen der Menschheit ist die Welt klein. Sie ist eine Scheibe, über die der Himmel gespannt ist. Darüber Wasser, das bei Regen herabfällt, darunter vielleicht die Hölle. Dazwischen noch Sonne Mond und Sterne, so wie man die Welt mit seinen Sinnen eben beobachten kann.

Das geozentrische Weltbild des Altertums

Bereits im alten Griechenland gab es erste Ideen, dass die Erde um die Sonne kreist und die Idee, dass man den Abstand der Sonne messen kann, Aristarchos von Samos ermittelte im Jahre 200 v. Chr. den Abstand und fand, dass dieser 20-mal größer als der Mondabstand ist. Die Welt war damit viel größer als die Erde, deren Radius bereits Eratosthenes zur gleichen Zeit mit etwa 10% Genauigkeit bestimmt hatte.


Aristarchos von Samos 200 v.Chr : 

Die Sonne ist 20 mal weiter weg als der Mond.

Kopernikus übernahm die alte Idee, dass die Sonne im Mittelpunkt steht und entfernte damit die Erde aus dem Mittelpunkt der Welt, was im Christentum nicht besonders gut aufgenommen wurde. Da es sich aber nur um eine Hypothese handelte konnte man damit leben.


1596, Mysterium cosmographicum: Die Abstände der Planeten verhalten sich wie die Durchmesser der Platonischen Körper
Kepler versuchte jetzt die Bahnen der Planeten um die Sonne zu verstehen und fand, dass sich die Abstände der Planeten nach einer eigenartigen himmlischen Ordnung beschreiben lassen. Wenn zwischen den Sphären der Planeten jeweils die Platonischen Körper liegen, erhält man tatsächlich die Planetenabstände mit geringfügigen Fehlern.

Genauigkeit der Rechnung (rechte Spalte) ist erstaunlich. Quelle: Kepler's Geometrical Cosmologyvon J. V. Field, S. 161

Der Erste, der darüber hinaus dachte war wohl Giordano Bruno (*1548), der für die Idee, dass das Weltall unendlich ist 1600 n. Chr. in Rom als Ketzer verbrannt wurde.
Giordano Bruno

Zwischenstand unser Sonnensystem 1836

Inzwischen hat Newton für Keplers Planetenbahnen eine wissenschaftliche Begründung gefunden, die Abstände der Planeten blieben ein Rätsel, an dem sich noch viele versuchten.

Unser Sonnensystem endete beim äußersten bekannten Planeten Uranus, der am 13. März 1781 von Wilhelm Herschel entdeckt wurde. Dahinter kam die Himmelskugel mit den Sternen, die bis 1836 nicht eindeutig als Sonnen identifiziert werden konnten, da es keine messbare Parallaxe (Verschiebung der Sternposition aufgrund der Erdbahn) der Sterne gab. 1838 hat Friedrich Bessel den ersten zuverlässigen Wert für eine Parallaxe bestimmt und damit gezeigt, dass das Weltall wesentlich größer ist. Der Nächstgelegene Stern liegt bereits 4 Lichtjahre weg, das ist etwa 10.000-mal weiter als das Sonnensystem groß ist.

Das Weltall was damit auf eine Größe von 100.000 Lichtjahren angewachsen, da die Sterne der Milchstraße als solche erkannt wurden und damit die Größe der Milchstraße abgeschätzt werden konnte. Das Universum war bis 1920 unsere Milchstraße, da die Nebel, die wir heute als Galaxien erkennen noch nicht als solche erkannt wurden. Erst Erwin Hubble konnte eindeutig mit dem Mount Wilson Observatorium 1923 nachweisen, dass viele sogenannte Nebel aus einzelnen Sternen bestehen und damit in Wirklichkeit Galaxien sind. Damit war das Weltall wieder um einige Zehnerpotenzen gewachsen.

Der belgische Priester Georges Lemaître postulierte im Juni 1927 die Expansion des Weltalls aufgrund der gemessenen Rotverschiebung und daraus lässt sich, je nach Interpretation der Relativitätstheorie die Ausdehnung des Weltalls und damit der Urknall abschätzen. Aktuell wird das Alter des uns bekannten Universums auf 13,8 Mrd. Jahre bestimmt. Die entferntesten Objekte, die wir heute beobachten können, sind etwa 44 Mrd. Lichtjahre weg. Die Große Entfernung beruht auf der kontinuierlichen Ausdehnung, genauer der Bildung weiteren Raums zwischen uns und den entfernten Objekten.


Die Grenze des für uns sichtbaren Universums liegt ca. 44 Mrd. Jahre weit weg.
Bild der Hintergrundstrahlung,

An dieser Stelle sollte ein merkwürdiger Zusammenhang erwähnt werden. Wenn man die Masse des Universums nimmt und nach der Formel für den Schwarzschildradius ein Schwarzes Loch berechnet (R = 2 G m / c²) dann erhält man genau die Größe unseres Universums. Der Zusammenhang ergibt sich auch logisch, denn in diesem Fall hebt sich die Energie des Universums gerade auf, was letztendlich bedeutet, der Urknall ist ein energetisch neutrales Ereignis.

Multiversen

Wir sehen zwar den scheinbaren "Rand" des Universums, aber das liegt daran, dass wir natürlich nicht Licht empfangen können, das "älter" als das Universum, 13,8 Mrd. Jahre, ist sehen können. Die Situation wird auch immer schlechter, da durch die Ausdehnung des Universums mit Überlichtgeschwindigkeit immer mehr Objekte hinter dem Horizont verschwinden. Das ist etwas ähnlich, wie wenn man mit einem Ballon langsam zur Erde herabsinkt, der Horizont kommt immer näher, man sieht immer weniger weit. Aber das bedeutet natürlich nicht, dass es hinter dem Horizont nicht mehr weiter geht. 
Hinter dem Horizont geht es weiter!
Analog bedeutet das, dass das Universum vermutlich viel größer ist als das sichtbare Universum. Bestimmt man die Raumkrümmung, genaugenommen die Genauigkeit, mit der unser Universum flach erscheint, dann sollte das Universum mindestens 10E40 mal größer sein.

Weitere Universen

Neben der extremen Größe unseres Universums, das im Urknall entstand, kann man aber auch noch weiter spekulieren. Unser Universum hat einige sehr merkwürdige Eigenschaften, die merkwürdigste unter allen ist die Existenz von Leben und sogar von selbst beobachtenden Menschen.

Es ist keineswegs selbstverständlich, dass ein Universum derartig komplexe Strukturen hervorbringt. Dazu sind neben Sonnen und Planeten viele verschiedene chemische Elemente nötig. Um das alles zu erhalten müssen die 32 Naturkonstanten, die Unser Universum beschreiben, in einem sehr engen Bereich passen. Nimmt man als vorsichtige Hypothese, dass jede Naturkonstante bis auf ein Promille genau getroffen werden muss, so muss es mindestens 1000 hoch 32 (10E96) Universen geben.

Man vergleiche das mit Sonnensystemen, die ein passendes Planetensystem haben, auch dafür muss man sehr viele Sonnensysteme haben, bis ein Set Planeten so lebensfreundlich ist, dass es zu einer technischen Zivilisation kommt.

Visualisierung von Multiversen nach Max Tegmark [1]

Vielweltentheorie

Ein weiterer Ansatz, der die Zahl der Universen explodieren lässt, ist die Vielwelten Interpretation der Quantenmechanik (QM) durch Hugh Everett III. Der Physiker Everett hat den merkwürdigen quantenmechanischen Messvorgang, bekannt durch das Experiment mit der Schrödinger Katze, 1957 neu interpretiert. Er sagt, die Katze lebt und ist tot, aber jeweils in einem anderen Universum. In welchem der Universen wir leben, merkt man erst nach dem Öffnen der Kiste.
Die Schrödinger Katze lebt in einem Universum, im anderen ist sie tot.

Zu dieser Problematik sollte man sich nochmals erinnern, dass die Gleichungen der QM mathematisch perfekt unsere Physik beschreiben, zumindest sind alle Messungen, auch solche mit absurder Präzision, immer im Sinne der QM ausgegangen. Trotzdem gibt es bisher keine plausible Erklärung, was eigentlich bei einer Messung geschieht, da die QM das "Phänomen" Messung nicht kennt.

Eine Konsequenz der Vielweltentheorie ist, dass auch jeder Mensch in fast unendlicher Ausführung existiert, verteilt auf die vielen Universen, auf die wir uns im Lauf des Lebens abgespalten haben.Wem das jetzt völlig absurd erscheint, der sollte bedenken, dass wir gerade dabei sind, technisch die anderen Universen für unsere Rechnungen zu nutzen, Stichwort Quantencomputer.

Der Erfinder des Quantencomputers, David Deutsch, beschreibt das in seinem Buch Physik der Welterkenntnis:

Quantencomputer, die jetzt noch in ihren Kinderschuhen stecken, stellen einen weiteren Fortschritt dar. Sie sind das erste technische Hilfsmittel, das es ermöglicht, parallele Universen zur Verrichtung nützlicher Aufgaben zusammenzuarbeiten zu lassen. (Quelle: [2])

Denkfehler die gegen Multiversen sprechen 


Der Gedanke an Multiversen stört fast jeden, das liegt an drei Denkfehlern nach Tegmark [1]:
  1. Omnivision Annahme: Die physikalische Realität muss so sein, dass mindestens ein Beobachter grundsätzlich alles beobachten kann. 
  1. Pädagogische Realitätsannahme: Die physikalische Realität muss so sein, dass alle vernünftig informierten menschlichen Beobachter das Gefühl haben, sie intuitiv zu verstehen.
  1. Keine Kopie: Kein physikalischer Prozess kann Beobachter kopieren oder subjektiv nicht unterscheidbare Beobachter schaffen.
Wir haben als Kinder gelernt, dass wir alles sehen können und was wir nicht sehen ist versteckt. Mit dieser Intuition, dass die physikalische Realität uns immer die Beobachtung erlaubt kann man natürlich in der modernen Wissenschaft nicht immer arbeiten. Bereits der Erdkern, den noch nie jemand gesehen hat, entzieht sich unserer Beobachtung, obwohl er nur 5000 km weit von uns entfernt ist.

Den Erdkern können wir nicht sehen, aber plausibel verstehen.

Die Physik kann uns mit mathematischen Mitteln viele Extrapolationen liefern, die unserem Wunsch nach Omnivision nicht entsprechen.

Spätestens seit der erfolgreichen Relativitätstheorie von Albert Einstein haben wir gelernt, dass die Intuition, etwa beim Zeitablauf, nicht trägt. Wir können uns nicht vorstellen, dass in einer Rakete die Zeit langsamer abläuft, wir können aber sehr wohl den Effekt exakt messen. In der Quantenmechanik wird unser Bauchgefühl noch erheblich stärker in die Irre geführt, so dass selbst Einstein den Vorhersagen der Quantenmechanik nicht traute. Aber alle diese Vorhersagen der QM wurden brillant experimentell bestätigt.

Wer möchte schon gern sein eigener Klon sein. Eine Ethikkommission kann zwar das Klonen von Menschen verbieten, aber die Naturgesetze halten sich nicht an die Wünsche unseres Verstands. Wir werden permanent in andere Universen hinein geklont, ohne dass wir dazu etwas dazu tun können.

Mathematische Universen

Wem die Anzahl der Universen noch nicht genügt, der kann Max Tegmark weiter folgen und lernen, dass jede mathematische Struktur selbst die Quelle von Universen ist. In seinem Buch [1] beschreibt er, wie man mathematische Strukturen abzählbar aufstellen kann und damit fast unendlich viele mathematische Systeme erhält, nicht jedes System kennt etwa den Kreis, und daraus jeweils vielfältige Universen erzeugt.

Mit diesen vielen Universen hoffe ich zum Nachdenken angeregt zu haben.

Ähnliche Überlegungen in anderen Blogbeiträgen:

Quellen:

[1] Max Tegmark: Our Mathematical Universe, 2015
[2] David Deutsch: Physik der Welterkenntnis, 1996

Freitag, September 13, 2019

Wahrscheinlichkeit für Leben

Wie wahrscheinlich ist Leben im Weltall

Das neue Buch von Dirk Schulze-Makuch und William Bains wirft unter dem Titel "Das Lebendige Universum" [1] die Frage auf, wie hoch die Wahrscheinlichkeit für Leben im Universum ist. Die Autoren zergliedern den Weg zur menschlichen Zivilisation in mehrere Schritte, denen qualitativ eine Wahrscheinlichkeit zugeordnet wird. Einige Gedankengänge will ich aufgreifen und hier weiter entwickeln.

Die wichtigsten Schritte

Der Anfang ist am schwierigsten, wie ich weiter unten genauer betrachten will. Es geht um die Entstehung der ersten selbst-reproduzierende Entitäten (etwa Zellen) in der "Ursuppe". 
Wenn heißer Stein auf Wasser trifft entstehen komplexe Moleküle

Danach benötigt Leben eine zuverlässige Energiequelle, auf der Erde hat die Natur die Photosynthese gewählt. Eine gute Wahl, da die Sonne bei uns sehr viel Energie liefert. Auf anderen Planeten oder Monden könnten es vielleicht auch chemische Prozesse sein. Interessant ist hierbei, dass mehrmals in der Evolution Systeme zum Auffangen von Licht "erfunden" wurden. So unterscheidet sich das Chlorophyll in den Pflanzen grundsätzlich von den Rhodopsin in unseren Augen, das Licht aufnehmen kann und uns zum Sehen dient. Theoretisch könnte letzteres auch zur Photosynthese weiterentwickelt werden.
Photosynthese in Wasser un an Land bestimmen unsere Welt


Nach dem Einfangen von Licht ist die Umwandlung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff ein entscheidender Schritt. Erstaunlicherweise hat sich der erzeugte Sauerstoff über eine Milliarde Jahre nicht sonderlich in der Atmosphäre angereichert, da erst einmal alles Eisen und viele andere Substanzen oxidiert wurden. Erst als alles verrostet war, blieb Sauerstoff übrig und reicherte sich auf über 30% an!

Sehr schlecht für das damalige Leben, aber sehr gut für Tiere, die das nutzen konnten. Nur wenn es genügend Sauerstoff gibt, heute sind es 21%, können Tiere ohne Photosynthese Energie gewinnen.

Ein weiterer kritischer Schritt war der vom Einzeller zum Vielzeller mit spezialisierten Zellen, nur damit sind große Lebewesen möglich, so wie wir.
Viele Lebewesen entwickelten ein Gehirn, andere ein größeres.

Die Erfindung eines Gehirns hat mehrmals stattgefunden, so unterscheidet sich ein Octopus-Gehirn fundamental von unserem, obwohl der Octopus erstaunlich schlau ist. 
Der (vor-) letzte Schritt ist Intelligenz, wie sie bisher nur der Mensch entwickelt hat. Intelligenz  zusammen mit Sprache ermöglicht es Hochkulturen zu entwickeln. 
Zuletzt eine technische, industrielle Zivilisation die Weltraumfahrt betreiben kann was, nebenbei bemerkt, einen Planeten erfordert, der nicht viel größer als die Erde ist, sonst funktionieren Raketen nicht.

Der kritische Schritt: Das Leben

Betrachten wir jetzt den kritischen ersten Schritt der Urzeugung genauer, jenseits der Analyse im Buch. Evolution funktioniert nur, wenn es ein Objekt gibt, das von sich selbst Duplikate erzeugen kann. 
Dazu ist Energie nötig und chemische Substanzen, die Komplexität unterstützen. Vermutlich waren das von Anfang an Aminosäuren, aber selbst das wissen wir nicht sicher. Klar ist aber, dass bereits sehr früh auf der Erde Vorgänge abliefen, die zumindest teilweise eine Veränderung bei der Zusammensetzung der Kohlenstoffisotopen verursachten. So hat man 4,1 Mrd. Jahre alte Einschlüsse in Zirkon gefunden, die eine unnatürliche Zusammensetzung haben [2]. Wenn es Leben war, dann ist das Leben auf der Erde mindestens 4,1 Mrd. Jahre alt!
Da die Erde aber erst von 4,4 Mrd. Jahren entstand, lief der Prozess zum Leben offensichtlich relativ schnell ab. 

Wie waren damals die Bedingungen? Ein Planet, so groß wie der Mars, schlug auf der Erde ein und führte zur Mondentstehung. Die Erde war zunächst eine glühende Kugel die sich langsam abkühlte. Dabei wurde dann die Temperatur unterschritten, ab der Wasser flüssig wird. Wir stellen uns also die Ozeane als kochende Suppe vor, die massiv mit Mineralien aller Art "verschmutzt" ist. Zudem gibt es Stellen, an denen aus der Tiefe mehr Wärme aufsteigt und in sogenannten schwarzen Rauchern, unterseeische heiße Wasserquellen die es noch heute im Ozean in geologisch aktiven Regionen gibt und viel Energie an das Meer abgeben.

Dieses thermische Ungleichgewicht ist ein wichtiger Antrieb für chemische Reaktionen. Wenn man vereinfacht annimmt, dass die ganze Erde von einem Ozean bedeckt war und es überall brodelte wie in einem Kochtopf, so kann man zumindest grob abschätzen, wie komplex mögliche Moleküle werden können. 
Energie, Wasser und Mineralien sind die Elemente um Leben zu erzeugen.


Der Ozeanboden hatte eine Fläche von 82 *10^9 m². Geht man davon aus, dass eine ca 100 Meter hohe Wasserschicht im völligen Ungleichgewicht war, sind das ca. 10^13 m³ in denen die Chemie experimentieren konnte. Wenn pro Kubikmeter Wasser ein Gramm Chemikalien gelöst waren, so sind das 10^10 Kilogram und wenn Kohlenstoff als wichtigstes Molekül eine Rolle gespielt hat, sind das etwa 10^33 Kohlenstoffatome. Geht man von einer Reaktionsgeschwindigkeit von einer Million Reaktionen pro Molekül und Sekunde aus, führt das im Laufe von 300 Millionen Jahren auf 10^22 Reaktionen pro Molekül, zusammen mit den vielen Molekülen sind das 10^55 Versuche, die die Natur hatte. Dies ist natürlich eine sehr grobe Abschätzung, aber die Realität dürfte nicht um mehr als einen Faktor 10^20 davon abweichen.

Bei einem Würfelspiel könnte man mit 10^55 Versuchen leicht ein 70er Pasch werfen, also 70 mal hintereinander eine Sechs! Die Frage lautet also, gibt es bereits selbst-reproduzierende Moleküle die "nur" eine Komplexität von dieser Größenordnung haben. 

Einen interessanten Hinweis gibt die Analyse von Zellulären Automaten, die Stephan Wolfram im Buch "A New Kind of Science" [3] eingehend untersucht hat. Dort findet er, dass bereits ein Automat, der nur auf einer acht Bit langen Kette beruht und bereits Komplexität erzeugt. Das bedeutet in diesem Fall, in einer vom 256 verschiedenen Anordnungen findet man ausreichend Komplexität um beliebig komplexe Muster zu erzeugen. Das ist nicht mit Leben gleichzusetzen, aber sehr überraschend.

Betrachtet man die Komplexität vieler Proteine in Lebewesen, neige ich zur Antwort, ja das scheint plausibel, aber es ist schwer zu belegen. Möglicherweise benötigt man viel komplexere Moleküle, die menschliche DNA hat Milliarden Bausteine, aber es wurde ja auch nicht sofort ein Mensch in der Ur-suppe erzeugt! Leider gibt es keine Ursprünglichen Zellen mehr, alle haben im Lauf von 4 Mrd. Jahren enorm an Komplexität gewonnen und geben uns keinen direkten Hinweis auf die ursprüngliche Komplexität.

Sollte die Komplexität ausreichen, dann findet man sicher im Universum an verschiedenen Stellen Leben, benötigt man aber eine höhere Komplexität  dann endet man sehr schnell bei der Aussage, dass viele Universen, von der Größe wie unser sichtbares Universum sind, notwendig sind um den Zufall Leben zu generieren. 

Leben ist möglich

Wir wissen sicher, dass Leben möglich ist, sonst würden wir das Leben und wir uns nicht beobachten. Offensichtlich ist das Leben innerhalb kurzer Zeit, verglichen mit dem Alter der Erde, entstanden. Unter der Annahme, dass das Leben erst nach längerer Zeit in der Ursuppe entstanden ist, ist auch klar, warum das im Labor nicht leicht nachzuahmen ist. Die Bioreaktoren sind um sehr viele Größenordnungen zu kein und die Wartezeit ist zudem sehr groß, in menschlichen Maßstäben gemessen. 

Um entscheiden zu können, ob es eine Tendenz gibt, dass in Wasser unter günstigen Umständen Leben leicht entsteht hilft nur die Untersuchung vergleichbarer Bedingungen. Das bedeutet, wir müssen zu den Jupiter und Saturnmonden reisen, die offensichtlich Ozeane aus Wasser unter dem Eis haben. Wenn wir dort Leben entdecken, dann ist die Frage nach der Wahrscheinlichkeit für Leben gut eingegrenzt. Wenn wir immer nur sterile Welten antreffen, dann spricht einiges dafür, dass das Leben wirklich ein sehr seltener Zufall ist.

Warum wir das wissen müssen?

Bleibt noch die Frage, warum die Beantwortung der Frage nach der Wahrscheinlichkeit für Leben sehr brisant ist. 

Wenn die Entstehung von Leben ein relativ wahrscheinlicher Prozess ist, dann wird die Frage, warum wir bisher keine andere Zivilisation im Weltall getroffen haben wichtig. Tatsächlich erscheint es so, wenn ich dem Buch "Das Lebendige Universum" folge, dass die weiteren Schritte, etwa Photosynthese, sexuelle Fortpflanzung, komplexe Gehirne usw. vermutlich immer wieder erfunden werden, da die Evolution einfach ein extrem effizientes Verfahren zum Abtasten der Möglichkeiten ist. Genaugenommen sind die einzelnen Schritte nicht alle gleich einfach zu erreichen, aber hinreichend gut auffindbar.
In Erinnerung an Professor Ruder und das Weltall


Das bedeutet aber, wenn Leben leicht entsteht, dann entsteht zwangsläufig auf geeigneten Planeten nach einigen Milliarden Jahren eine weltraumfahrende Zivilisation. Für diese Zivilisation ist es möglich, unsere Galaxie, die "nur" 100.000 Lichtjahre groß ist, innerhalb einiger Millionen Jahre zu besiedeln.

Da diese Besiedelung offensichtlich nicht erfolgt ist, muss es noch ein zweites Problem geben, wenn man eine galaktische Zivilisation werden will. Dieses Problem wird oft als der Große Filter bezeichnet. Er könnte vor uns liegen und in Form von einer massiven Katastrophe eintreten. Diese Katastrophe wäre von derartigen Dimensionen, dass das Leben als solches auf der Erde vernichtet wird.
Was könnte es sein?
  • Ein Atomkrieg ist zwar schrecklich, würde aber vermutlich nicht einmal die Menschheit auslöschen sondern "nur" einige Milliarden Menschen töten.
  • Ein Biounfall könnte ähnliche Auswirkungen haben aber schwerlich das Leben als solches zerstören.
  • Der Klimawandel ist eher unter "harmlos" einzustufen, solange er nicht Verhältnisse wie auf der Venus erzeugt.
  • Kann die künstliche Intelligenz alles zerstören, darüber wissen wir wenig, Nick Bostrom hat das näher analysiert.
  • Gibt es noch unverstandene Naturgesetze oder Anwendungen analog der Atombombe, die einen Planeten komplett zerstören kann, das ist reine Spekulation.
Als alternative Erklärung kann natürlich dienen, dass wir einfach die Ersten sind und alles gut weiter geht. Damit das aber nicht reine Spekulation beleibt, ist es wichtig zu diesen Fragen intensiv zu forschen, insbesondere Astronomie, Biologie und Geologie können dafür wichtige Erkenntnisse bringen. 

Es wäre doch zu schade wenn der erste Funke Leben im Universum sich selbst auslöscht!

Quellen:

[1] Das lebendige Universum, Dirk Schulze-Makuch, Dr. William Bains, Springer Berlin Heidelberg, 2019, Print ISBN: 978-3-662-58429-3, Electronic ISBN: 978-3-662-58430-9
[2] Erstes Leben schon vor vier Milliarden Jahren? scinexx 2015
[3] A New Kind of Science. Wolfram Media Inc., Champaign Ill 2002. ISBN 1-57955-008-8.
 


Samstag, Juli 20, 2019

Zur Mondlandung

50 Jahre keine Menschen auf dem Mond

Genaugenommen sind seit 47 Jahren keine Menschen mehr auf dem Mond gewesen und ich will in diesem Post meine Meinung vertreten, dass das nochmal so lange so lange dauern wird, bis wieder Menschen den Mond betreten. Das liegt nicht nur am statistischen Argument, dass wir gerade in der Mitte zwischen zwei Mondflugphasen sind, ein Argument, das man schwer widerlegen kann.

Warum gab es eine Mondlandung

Wer sich genau in die Situation der Politik in den 1960er Jahren hineinversetzt, der versteht, dass die Mondlandung nur aus einem einzigen Grund erfolgt: Wettbewerb der Systeme USA-UDSSR.
Nachdem die UDSSR den ersten Satelliten, das erste Tier, den ersten Mensch und nebenbei auch die erste Frau in den Weltraum geschossen und gesund zurückgebracht haben, war die USA eindeutig im Bereich Weltraumfahrt in den Rückstand geraten.
Den Mond virtuell erobern.

Kennedy gab daraufhin bekannt, dass die USA einen Menschen zum Mond senden und gesund zurückbringen. 
“We choose to go to the Moon in this decade and do the other things, not because they are easybut because they are hardbecause that goal will serve to organize and measure the best of our energies and skills, because that challenge is one that we are willing to accept, one we are unwilling to postpone, and one ..."

J.F. Kennedy Sept. 12. 1962

Es war also eindeutig ein Wettlauf, der zeigen sollte dass die USA besser sind. Es wurden Ressourcen in einem Umfang verwendet, wie sie nur aus Kriegen bekannt sind. Je nach Zählung 400.000 Mitarbeiter und 40 Mrd. US Dollar damaligen Wertes.

Der Mond, so verlockend nahe.

Die Risiken der Raumfahrer waren extrem groß, etwa 1:10, von den ca. 30 Astronauten sind drei im Apolloprogramm (während eines Tests der Apollo 1 Mission) ums Leben gekommen. Die anderen Astronauten hatten Glück, insbesondere bei Apollo 13, die haarscharf an einer tödlichen Katastrophe vorbeischrammte.

Das Programm war ein voller Erfolg, aber nach sechs Landungen wurde es langsam langweilig und das Programm wurde eingestellt. Die Kosten waren einfach nicht zu vertreten. Und das Ziel, erster auf dem Mond zu sein war auch längst erreicht.
Die UDSSR hat ihr eigenes bemanntes Mondflugprogramm eingestellt. Einige unbemante russiche Sonden haben den Mond erreicht und sogar Proben zur Erde zurückgebracht.

Astronaut und Mond, Installation zum 50. Jahrestag der Mondlandung an der Linachsperre

Die Mondlandung blieb im kulturellem Gedächtnis der Menschheit tief verankert, sei es der Aberglauben, dass Teflon ein Abfallprodukt der Mondmission sei, dass man einige Politiker zum Mond schießen sollte, dass Rocket Science die schwierigste Wissenschaft ist, dass bald wieder jemand zum Mond fliegen sollte.

Ein neuer Mondflug

Warum sollten wir nochmals zum Mond fliegen?
  1. Aus wissenschaftlichen Gründen
  2. Als Tourist
  3. Aus kommerziellen Gründen
  4. Nationales Prestige

1. Wissenschaftliche Gründe

Ich persönlich fände es sehr reizvoll, wenn wir astronomische Geräte, etwa riesige Radioteleskope, auf der Mondrückseite hätten. Doch wer würde dafür 100 Mrd.$ ausgeben wollen? Es gibt noch viele weitere sinnvolle, bezahlbare Forschungideen, die naheliegender sind. Etwa die Erforschung der Saturn und Jupitermonde nach Leben, mehrere gute Weltraumteleskope zur Beobachtung unserer Umgebung in der Galaxie, möglicherweise mit Erkenntnissen zum Thema Außerirdische.

Die Mondfähre als Objekt um Studenten zu motivieren.

Ein anderes Großprojekt, die ISS, eine Weltraumstation mit vergleichbaren Kosten, ist wissenschaftlich kläglich gescheitert, es gibt nahezu nichts Grundlegendes was dort entdeckt wurde.

2. Touristen zum Mond

Eine völlig abstruse Idee ist es, Touristen zum Mond zu fliegen. Die Kosten werden trotz SpaceX von Elon Musk im Bereich von 1 Mrd. pro Person liegen. Selbst ein Elon Musk würde aber nicht sein Leben riskieren nur um etwas Mondstaub durch einen dicken Handschuh anzufassen. Es fehlt schlicht an Milliardären, die soviel Geld ausgeben um ihr Leben zu riskieren.

Familienausflug zum Mond, heute kein Problem.

3. Kommerzielle Gründe

Auf dem Mond gibt es nichts, was es viel billiger auf der Erde auch gibt, das liegt schlicht und einfach daran, dass der Mond einmal Teil der Erde war. Rohstoffe zu Gewinnen wäre sinnlos, selbst wenn der Mond aus Gold bestehen würde, bedenke man, ein Kilogramm zu gewinnen würde ca. eine Million € kosten, der Wert wäre aber nur ca 40.000€, die schlechteste Mine der "Welt".

Rohstoffgewinnung auf dem Mond, Phantasie aus Pappe

Bleibt noch anzumerken, falls es für einen niedrigeren Preis möglich wäre, würde der Goldpreis natürlich in den Keller gehen und der Erfolg wäre dahin.

4. Nationales Prestige

Wie beim ersten Mondflug könnte ein Land, China, Indien? auf die Idee kommen, den USA nachzueifern und zu zeigen, dass man auch auf den Mond fliegen kann. Doch Zweiter ist nicht Erster. Es gibt viele Gebiete, in denen man die eigene technische Überlegenheit günstiger zeigen kann. Etwa Landung auf der Rückseite des Monds mit einer Raumsonde (China!).
Himmelwärts immer, Mondwärts nimmer!

Letztendlich ist aber Politik selten wirklich rational und daher kann ich nicht völlig ausschließen dass eine Nation ein derartiges Projekt durchführt. Allerdings sehr unwahrscheinlich.

Fazit: kein Mondflug

Nach Betrachtung aller möglichen Motive für einen Mondflug und der geringen Wahrscheinlichkeit, dass ein Motiv ausreicht um die immensen Mittel aufzubringen, sehe ich keinen weiteren Mondflug von Menschen zu meiner Lebenszeit. Ich bin allerdings immer noch froh, dass es mir gegönnt war, als Kind die ersten Schritte eines Menschen auf dem Mond erleben zu dürfen.