Montag, September 26, 2016

Wissenschaft an der Grenze

Aktuelle Grenzfälle in der Wissenschaft

An der Grenze zwischen Wissen und Unbekannten, dort wo uns nicht genügend Information zur Verfügung steht, passieren oft die interessantesten Dinge. In diesem Blog will ich einige Themen aufgreifen und versuchen zu verstehen, warum wir Manches nicht verstehen.

Selten und seltsam

Eine alte Geschichte und trotzdem ungelöst, der Kugelblitz. Fast das Synonym für ein Rätsel in der Wissenschaft und auch ein gutes Beispiel für einen Prototypen unverstandener Phänomene.
Ein Kugelblitz ist eine Leuchterscheinung in Form einer Kugel mit einem Durchmesser von etwa einem Meter. Das Leuchten dauert einige zehn Sekunden und dabei bewegt sich die Kugel.

Das Problem, eine derartige Erscheinung sollte es nach den bekannten Gesetzten der Physik nicht geben. Warum hat die Physik damit ein Problem? Erstens gibt eine Leuchterscheinung Energie ab, woher nimmt der Kugelblitz aber die notwendige Energie? Zweitens handelt es sich um ein kompaktes Gebilde, was hält das Gebilde zusammen? Weiterhin wird berichtet, dass der Kugelblitz durch feste Wände, Fenster oder Ähnliches dringen kann. Auch letzteres verbietet sich für "gewöhnliche" Phänomene.
Spektrum eines Kugelblitzes, Quelle: Wikipedia
Ein fundamentales Problem der Erscheinung ist, dass sie nicht in einem Labor beobachtet werden kann. Das liegt daran dass das Phänomen nicht verstanden ist und sehr selten beobachtet wird. Geht man davon aus, dass Kugelblitze mit einer gewissen Häufigkeit auftreten, so sollte die Zahl von Fotografien und Filmen in den letzten Jahren massiv zugenommen haben, analog zu vielen Bildern von Meteoriten. Aber es gibt praktisch keine überzeugenden Bilder, daher kann man vermuten, dass es zumindest nicht so viele Kugelblitze gibt, wie es Erzählungen davon gibt. Die einzige ansatzweise überzeugende Beobachtung stammt von Chinesischen Wissenschaftlern, die einen Kugelblitz zufällig mit Instrumenten gefilmt haben, die Blitze untersuchen sollten. Dort war der Kugelblitz vermutlich ein Nebenprodukt des Blitzeinschlags und des verdampfenden Erdreichs in Verbindung mit einer Hochspannungsleitung.

Ob das beobachtete Phänomen identisch ist mit den phantasievollen Erzählungen von Kugelblitzen die durch Flugzeuge schwirren und durch Fenster fliegen können halte ich für unwahrscheinlich, insbesondere war der "chinesische" Kugelblitz immerhin fünf Meter groß. Meine Vermutung ist, bei vielen Berichten über Kugelblitzen hat man es eher mit einem psychologischen Phänomen zu tun das eine Beobachtung uminterpretiert, als mit einem physikalischen Phänomen.

Experimente zur kalten Kernfusion

Wie schon mehrmals in diesem Blog "Kalte Fusion Fakt oder Fatamorgana" angesprochen, wird immer wieder Berichtet, dass Palladium zusammen mit Wasserstoff in einem Elektrolyseur Wärme entwickelt und zwar so viel, dass es nicht durch die Stromzufuhr oder die möglichen chemischen Reaktionen erklärt werden kann. 

Das Phänomen wird also im Labor beobachtet, aber es ist offensichtlich notorisch schwer zu reproduzieren. Damit hat die seriöse Wissenschaft aber ein Problem, nur reproduzierbare Phänomene können näher untersucht werden. Ein Phänomen das von den Experimentatoren berichtet wird, aber unter (scheinbar) gleichen Bedingungen in einem anderen Labor nicht auftritt, ist zumindest merkwürdig. Die Tatsache, dass es ökonomisch extrem wertvoll wäre, die kalte Kernfusion zu beherrschen, aber kein einziger Investor dort ernsthaftes Kapital eingebracht hat, lässt mich an den Beobachtungen zusätzlich zweifeln. 

Hier hat man es nicht nur mit einem seltenem Ereignis zu tun sondern mit einem Phänomen, das wertvoll wäre, der Einzige der standhaft behauptet, er könne die kalte Fusion beherrschen ist Andrea Rossi. Einmal wäre ich ihm fast begegnet, auf der Energiemesse 2015 in Abu Dhabi hatte er den Messestand neben mir gebucht. Ich war schon sehr auf die Vorführung gespannt, aber der Stand blieb leer, seine Firma mit dem vielversprechenden "Reaktor" ist nicht gekommen. Mir bleibt insbesondere nach genauer Analyse seiner Berichte nichts anderes übrig als ihn als Schwindler einzustufen.

Rätsel der Biologie: Entstehung des Lebens

Vor gut vier Milliarden Jahren ist die Erde erkaltet, kurz nachdem noch ein Planet eingeschlagen hat, infolge dessen der Mond entstand ist.

"Nur" wenige Millionen Jahre später könnte es schon die ersten biologischen Prozesse gegeben haben, zumindest hat man in Australien einen 4,1 Mrd. Jahre alten Zirkonkristall gefunden, in dem Graphit eingeschlossen ist, der eine ähnliche Zusammensetzung hat, wie man es bei biologischen Prozessen vermutet [1]. 

Das große Problem ist hier wieder, die Entstehung des Lebens ist selten, genaugenommen haben wir nur einen einzigen eindeutig nachgewiesenen Fall, eben hier auf der Erde. Zudem liegt die Entstehung mit vier Milliarden Jahren extrem weit in der Vergangenheit. Erstaunlich genug, dass man aus dieser Zeit substanzielle Fundstücke hat. Spannend ist, dass man durch das Vererben des Genoms sehr weitgehende Rückschlüsse auf die Entstehung durch Entschlüsselung der Gene ziehen kann. 

Aber der Prozess der ersten Entstehung von reproduzierenden Zellen bleibt so lange im Dunklen, solange wir nicht selbst einen ähnlichen Prozess im Labor nachbilden können oder vielleicht durch einen Fund auf einen anderen Planeten oder Mond anderes Leben finden. Dies bedeutet allerdings keinesfalls, dass die Entstehung des Lebens in Zweifel zu ziehen ist, da offensichtlich die Erde voll mit Lebewesen ist,

Die Schwierigkeit liegt in einer plausiblen Abschätzung über die Wahrscheinlichkeit, dass ein solcher Prozess des Lebens startet. Die Tatsache dass er kurz nach Erkalten der Erde einsetzte lässt eine relativ einfache Entstehung vermuten, auch wenn man einen Ozean über Jahrmillionen kochen muss, ist das auf einer astronomischen Skala ein "einfaches" Experiment. Dass er nicht im Labor mit wenigen Litern Wasser und einigen Jahren Geduld gelingt bleibt trotzdem nachvollziehbar.

Es gibt also Phänomen, die sind vorhanden, aber nicht im Labor abbildbar, das ist nicht so ungewöhnlich, man denke nur an die Kernfusion in der Sonne. Die Wissenschaft arbeitet sich in solchen Fällen an die Fragestellung durch Näherung an.  Experimente mit analogen Situationen und eine genaue Analyse der beobachteten Situation können zur Aufklärung dienen. Mit etwas Glück kann dann auch eine Reproduktion gelingen.

Fremde Welten

Jenseits unseres Sonnensystems gibt es auch Beobachtungen, aus denen sich die Wissenschaft keinen Reim machen kann, oder will? 
Es gab mehrere Versuche, Radiosignale von anderen Zivilisationen zu empfangen. Und es gibt zumindest zwei Fälle, in denen ein Signal einmal empfangen wurde, das sehr merkwürdig war, das sogenannte WOW! Signal aus dem Jahre 1977 und neuerdings ein Signal, das 2015 am Ratan-600 Radioteleskope aufgefangen wurde. 

In beiden Fällen leidet die Untersuchung daran, dass keine weiteren Signale aus der Himmelsregion kommen und somit keine Verifikation möglich ist. Wenn man weis, wie viele Radiosignale unter unterschiedlichsten Umständen auf der Erde ausgesendet werden, könnte es auch einen irdischen Ursprung geben, auch wenn versucht wird dies durch sorgfältige Signalanalyse auszuschließen.
Die letzte beobachtete große Abdunklung von Tabby's Star, die Signale haben das Verhältnis 1:2:6.
Wesentlich schwieriger ist es, das merkwürdige Abdunkeln des Sterns KIC8462852 zu verstehen. Mehr dazu in einem eigenen Blogbeitrag über Tabby's Star. Einer von 150.000 Sternen der mit dem hochpräzisen Satelliten Kepler über vier Jahre beobachtet wurde. Dabei kam es über zehn mal zu ungewöhnlichen, genauer gesagt extrem ungewöhnlichen, Einbrüchen der Helligkeit des Sterns. 

Leider ist das Weltraum-Teleskop zufällig gerade dann kaput gegangen, als die Beobachtungen am spannendsten wurde und weitere Signale sind bisher (26.9.2016) nicht gefunden worden. Der Stern ist weit weg, etwa 1400 Lichtjahre und wir sind auf die Interpretation der Signale angewiesen um entscheiden zu können, ob die Ursache gewöhnlich, etwa von Kometen, oder sehr ungewöhnlich, von einer Superzivilisation verursacht wurde. 

Was kann die Wissenschaft leisten?

Wie kann die Wissenschaft hier die Kontroversen entscheiden? Mal angenommen es gibt keinen weiteren Beobachtungen, dann muss man mit den vorhandenen Daten leben. An der Grenze von Beobachtung zur wissenschaftlichen Erklärung gibt es immer eine "Grauzone", in der es möglich ist, eine Entdeckung zu machen.

Es gibt dafür viele Beispiele, so wurde im Michelson-Morley Experiment 1887 beobachtet, dass die Lichtgeschwindigkeit fest ist, es hat fast 20 Jahre gedauert, bis Einstein das Rätsel mit der speziellen Relativitätstheorie löste. Das bedeutet nicht, dass die Experimente über 20 Jahre falsch waren, es bedeutet, dass zwischen Beobachtung und Verstehen oft eine längere Zeit liegt.

Für mich als Physiker ist die Grenzlinie zwischen Verstandenem und Unbekannten das spannendste Gebiet. In dieser "Grauzone" werden Entdeckungen, Erfindungen und Innovationen gemacht. Daher hoffe ich, dass es noch lange diese Grauzone gibt und nicht alles Schwarz-Weiss in der Wissenschaft ist.

Noch ein letztes Wort: Leider verstehen viele Menschen nicht, was diese Grauzone ist, es sollte nicht der Bereich der Pseudowissenschaft sein, die solche Fragen mit esoterischen Erklärungen füllt, sondern es sollte eine Aufforderung zum weiteren Experimentieren und Analysieren mit naturwissenschaftlichen Mitteln sein. 

Quellen:

[1] Erstes Leben schon vor vier Milliarden Jahren? scinexx