Probleme mit einfacher Technik

Kommunikationsprobleme

Wir leben in einer Welt mit extrem leistungsfähiger Technik, unsere Prozessoren können mehr Rechnungen in einer Sekunde erledigen als ein Mensch in seinem Leben jemals rechnen könnte. Unsere Festplatten können mehr Daten speichern, als eine Staatsbibliothek an Text besitzt. Wir wählen eine Nummer und können fast jeden Menschen auf der Welt mobil anrufen und trotzdem funktionieren manche Sachen nicht.

Ich will das in diesem Blog an einigen Beispielen darstellen.

Beamer nutzen

Wir kennen das alle, ein Vortrag, eine Präsentation mit Powerpoint soll für alle sichtbar auf die Leinwand projiziert werden. Der Laptop hat über 1000 € gekostet, der Beamer ähnlich viel, das Kabel steckt, aber kein Bild. nach zwei Minuten ruft der Referent um Hilfe, ein Computerexperte im Publikum eilt herbei, Geräte werden aus und wieder eingeschaltet, Auf der Tastatur werden abenteuerliche Kombinationen gepresst, CTRL, ALT, F11, F7, AltGr, Strg, und plötzlich, das Publikum hat schon fast aufgegeben und plant schon für die Zeit nach dem Abend, sieht man doch ein Bild. Nicht selten haben 100 gutbezahlte Personen 10 Minuten sinnlos gewartet. Je nach Gehalt sind das schnell 1000 Euro, also mehr Geld, als der Beamer gekostet hat!

Verschiedene Zwischenstecker für Video,
hier auf einem Besprechungstisch bereitgehalten

Und das multipliziere ich jetzt mit einer Million Vorfälle weltweit und täglich, das sind mehr als 300 Milliarden, eine unvorstellbare Summe und niemand will das Problem lösen.

Nein es wird schlimmer, neue Stecker machen das Leben noch schwerer.

Woran kann das liegen? Ich weiß es nicht, habe aber einige Ideen, wie man das Problem lösen könnte: Das Programm Powerpoint erkennt, dass ein Beamer angeschlossen ist und öffnet ein Fenster mit dem Text "Sollen jetzt alle die Präsentation sehen? Ja/Nein",  Man Klickt auf ja und alle sehen die Show. Das sollte mit einem endlichem Aufwand möglich sein. Für Kritiker: Es wurden schon aus geringfügigem Anlass Popup Fenster geöffnet.

Mikrophon Probe

Ähnlich ist es wenn man einen Vortrag mit Mikrofon halten will. Das geschieht nicht ganz so häufig als Powerpoint präsentiert wird, aber es ist vergleichbar nervig. Der Referent hat ein Mikro, und was sind seine ersten Worte: "Kann mich jeder verstehen?"

Netter Professoren-Witz am Rande: "Das wird sich gleich ändern!"

Wie oft erleben wir, dass die Technik nicht tut?

Warum können Systeme die Mikros und Lautsprecher als Schnittstellen haben, nicht selbst bemerken, dass der Lautsprecher nicht funktioniert, also kein Echo im Mikro eintrifft? Oder gar selbstständig eine vernünftige Lautstärke einstellen oder noch besser, die Rückkopplung unterdrücken. Zugegeben, einige Systeme haben mit der Rückkopplung keine Probleme, aber der Rest der Mikrofonprobe hat sich in den letzten 20 Jahren nicht wirklich geändert!

Auch hier sollte die Software schneller das Problem erkennen, als der Referent, etwa von Bluetooth auf WLAN wechseln, wenn die Entfernung zu groß ist, das Mikro sagen lassen, dass es nicht eingeschaltet ist oder was auch immer Erfinder finden mögen, es geht hier um viele Menschen, die ungeduldig warten.

Telefon und Videokonferenz

"Bin ich der Erste?", "Kann man mich hören", "jetzt ist er weg", "jetzt turnt er wieder"

Wer diese Sätze nicht kennt, war noch nie in einer Telefonkonferenz. Das Problem fängt schon damit an, wie man Menschen eindeutig mit einer E-Mail einladen kann. Eine E-Mail an 4 Teilnehmer aus 3 Ländern, und nun? Die Uhrzeit wird nicht richtig erkannt, die lokale Einwahlnummer nicht angegeben, die Einwahl über den Rechner nicht per Link mitgeteilt.

Hat man all das mit viel Mühe geschafft fehlt immer einer, der kann aber nicht trivial über das Internet angeklingelt werden, obwohl er doch eine passende E_Mail empfangen hat. Dann wird zum Handy gegriffen, und nach zehn Minuten, wenn alles gut geht kann man mit den Gesprächen beginnen.

Jetzt beginnt der Chaos mit Rückkopplung, Mute Schaltung, Bandbreitenproblemen, usw.

Über die Probleme des Kammeraeinsatzes oder gar von Screensharing will ich garnicht reden. 

Ja, es gibt Programme die weiterhelfen, aber nur unter bestimmten Bedingungen, wenn sie jeder erfolgreich installiert hat, und wann hat jeder schon das Gleiche installiert. 

Gotomeeting, für mich im Moment noch die beste Lösung,
wenn auch noch lange nicht perfekt.

Das ist wie Telefonieren, wenn man nur Menschen anrufen könnte die exakt das gleiche Telefon besitzen. 

Auch hier ist das Problem alt, ich habe vor 20 Jahren schon über Internet erste Telefonate geführt, damals gabe es noch, als top Bandbreite, ISDN mit 64kBit/s, heute haben alle mehr als 1 MBit/Sekunde und es geht immer noch nicht.

Zukunft

Ich wünsche mir für die Zukunft nicht weitere lustige Kacheln bei Windows 10 oder was kommen mag, sondern dass einfach all das oben beschriebene, und einiges mehr, funktioniert.

Es bleibt also noch viel zu tun, bis das erste vollautomatische Auto ein guter Platz für eine unfallfreie Videokonferenz ist:-)

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.

Auch lesenswert:

• Sieben Cluster

Quellen:

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

Die Welt im Jahre 2100

Wie leben wir 2100

Immer wieder lese ich auch in Qualitätsmedien Berichte aus der Zukunft, so in der FAZ "Unser Leben im Jahr 2100". Mondflüge als Tourismus, Wasserstoffautos und ähnliches. Ich will in diesem Beitrag meine eigene Sicht auf die Zukunft beschreiben und auf die Grenzen entsprechender Aussagen hinweisen.

Die Menschen

Im Mittelpunkt setze ich zunächst einmal die Menschen. Eine einfache Extrapolation zeigt, die Menschen haben sich in den letzten 1000 Jahren nur wenig geändert. Sie leben gerne zusammen und nehmen gern Kontakt auf. Das wird sich nicht ändern. Ob es allerdings die Großfamilie ist, die Wohngemeinschaft, Wiener Cafes oder Face2b00k bleibt offen. Es gab immer wieder interessante Innovationen, wie man Menschen zusammenbringen kann. Niemand hat vor 85 Jahren, das war 1930! facebook vorhergesagt, obwohl man bereits begann in 1000 Jahren zu denken...

Menschen leben und arbeiten gerne zusammen.

Entscheidender ist die Frage gibt es dann noch Menschen. Die Anzahl wird irgendwo zwischen Null und 20 Milliarden liegen. Die untere Grenze kann aus zwei Gründen eintreten, einmal, wenn eine religiöse Gruppe die Macht über das aktuelle Nuklearwaffenpotential bekommt, oder wenn die Roboter der Zukunft im Menschen keine sinnvolle Spezies sehen. Letzteres beschreibt Nick Bostrom in seinem Buch Superintelligenz. Dort wird sehr plausibel gezeigt, dass die starke künstliche Intelligenz eine sehr konkrete Gefahr für die Menschheit darstellt. Wichtige Menschen, wie Bill Gates (früher Microsoft) und Elon Musk (Tesla) nehmen die Warnung sehr ernst.

Aus meiner Sicht, die tendenziell optimistisch ist, ist es trotzdem unrealistisch, dass die Menschheit sich selbst zerstört. Dies passt nicht in die grundsätzliche Logik des langfristigen Überlebens des Lebens. Insbesondere würde das implizieren, dass es schon frühere Zivilisationen von intelligenten Lebewesen auf der Erde gegeben haben sollte, die sich zerstört haben, das ist offensichtlich nicht der Fall, daher betrachte ich diesen Zweig nicht länger.

Der Einschlag eines Kometen hat das Wachstum dieses Baums beschleunigt.

Die Menschheit wird sich in gewissem Umfang vermehren, der beste Schätzwert ist letztendlich, dass sich die Zahl der Menschen gegenüber heute nicht grundlegend ändert, also etwa 7-8 Milliarden Menschen im Jahr 2100 auf der Erde leben.

Was tun die Menschen

Um zu verstehen, was Menschen gerne tun, ist es immer wieder hilfreich zu sehen, was Menschen tun, die nicht durch materielle Grenzen an der freien Entfaltung behindert sind. Reiche Menschen lieben Luxus, daher werden auf Dauer alle Menschen nach Luxus streben. Welcher Luxus wird das sein?

An erster Stelle Gesundheit!

Der höchste Luxus ist eine sehr gute Gesundheit. Daher werden die Menschen erhebliche Mittel für dieses Ziel ausgeben. Da die medizinische Forschung stetig voranschreitet kann man mit vielen Erfolgen bei der Bekämpfung von Krankheiten rechnen. Zudem wird die bisher unvermeidliche "Krankheit" Alter besiegt werden. Alter ist nur eine kleine Störung des Organismus nach dem Erreichen des Lebensziels "Vermehrung" und setzt daher mit etwa 40 Jahren ein. Eine sehr gute Analyse diese Problems hat Björn Schuhmacher in seinem Buch "Das Geheimnis des menschlichen Alterns" gegeben. Auch andere Autoren, etwa Ray Kurzweil, vermuten, dass sehr langes gesundes Leben in Zukunft normal wird, damit besteht eine erhebliche Chance, dass nicht wenige der Leser noch das Eintreffen der Prognosen erleben werden.

Platz ist wichtig

Menschen lieben große Wohnungen, daher werden die Menschen, soweit es möglich ist, ihre eigenen Räume vergrößern. Das kann auf vielfältige weisen geschehen, etwa die Besiedlung bisher ungenutzter Flächen, sei es Wüsten oder Meeresoberfläche. Zudem kann durch das Errichten von hohen Gebäuden Grundstücksfläche gespart werden und viel Wohnraum geschaffen werden. 

Jährlich werden für eine Million Menschen Hochhäuser gebaut

Das Ausweichen in den Weltraum halte ich für sehr unwahrscheinlich, da dort viele sehr grundlegende Probleme auftreten, insbesondere Strahlung, Lebensmittelversorgung, fehlende Schwerkraft, extremer Energiebedarf zum Erreichen von Umlaufbahnen oder gar anderer Planeten.

Dünn besiedelte Natur lieben die Menschen immer

Natürliche Umgebungen lieben Menschen ebenfalls, daher werden heutige Naturparks eher natürlicher werden, das bedeutet weitgehend dem Einfluss der industriellen Besiedlung entzogen. Der Zugang zu diesen sehr großen Gebieten erfolgt dann durch Verzicht auf bestimmte Bequemlichkeiten, etwa großflächige Hotels, daher beschränkt sich ganz selbstverständlich der Besuch auf wenige Wochen im Jahr. Ein ähnliches Konzept haben bereits heute die Nationalparks in den USA, in denen man fast nur im Zelt oder Wohnmobil leben kann.

Service

Jeder Wohlhabende hat viele Diener, jeder Mensch hat das auch gerne. Bereits heute haben wir viele Diener, eine Spül- und Waschmaschine die unsere Sachen reinigt, eine Bedienung im Restaurant, ein Auto, das uns fast automatisch an jeden Ort bringt. Viele weitere Diener, die Rasen mähen, den Garten pflegen und Putzen, Hilfe beim Kochen und Aufräumen, Unterstützung bei der Lebensplanung, werden hinzukommen. Technisch gibt es hier kaum Grenzen und daher werden alle nützlichen Unterstützungen auch umgesetzt werden. 

Wenn selbst unangenehme Arbeiten vom Roboter übernommen werden.

Die Idee, dass die Altenpflege auch von Robotern erfolgt, will ich aber nicht sehen. Da die Gesundheit auch bei vielen Lebensjahren nicht schlechter werden soll, ist auch eine Pflege, so wie wir sie heute kennen nicht nötig. Ausnahmen mögen die Zeiten nach einem Unfall sein, aber auch Unfälle werden eher sehr selten sein. Letztendlich werden Menschen die Pflege übernehmen, da nur im sozialem Kontakt ein menschliches Leben und Genesen möglich ist.

Mobilität

Wohlhabende Menschen zeigen eine sehr hohe Mobilität. Nicht wenige Menschen verwenden das erste verdiente Geld für Reisen und die Anschaffung eines Autos. Das kann man extrapolieren und sieht dann, dass Menschen gerne 100.000 km im Jahr zurücklegen. Da dies dann von einem Großteil der Menschen genutzt wird, wird der Luftverkehr oder andere Techniken wie Hyperloop, eine Art Rohrpost, die mit Schallgeschwindigkeit Menschen preiswert transportieren kann, zunehmen. 

Der Flugverkehr wächst seit hundert Jahre kontinuierlich.

Alle diese Transportformen laufen aber im wesentlichen innerhalb des Gravitationspotentials der Erde ab, das bedeutet, wir werden nur in Ausnahmefällen in den fernen Weltraum reisen.

Individuelle Mobilität ist gewünscht, daher kann es leicht sein, dass fast jeder ein Flugzeug hat, welcher Art das sein könnte, habe ich in einen anderen Blogbeitrag schon mal betrachtet.

Luftfracht Flugzeug, wird bald jeder eines haben?

Energie

All die faszinierenden neuen Produkte und Möglichkeiten benötigen viel Energie. Es wird wohl die am stärksten belächelte Vorhersage sein, dass wir in Zukunft weniger Energie verbrauchen. richtig ist, wir werden weder Öl noch Kohle verbrauchen, sondern saubere Energiequellen nutzen. 

Naheliegend erscheint heute, dass wir sehr viel Solarenergie nutzen, im Extremfall sogar eine Dyson Sphere bauen. 

Die Energiequelle der Zukunft ist unbekannt

Allerdings sollte man hier warnen, in diesem Artikel geht es nicht um die nächsten 20 Jahre, sondern um die nächsten 85 Jahre. Ich kann mir gut vorstellen, dass völlig neue Energieformen zur Verfügung stehen, etwa die "Kalte Kernfusion". Aus energetischer Sicht gibt es einige Energieformen, die noch nicht genutzt werden. Entscheidend ist daher, welche technologischen Durchbrüche in den nächsten 80 Jahren gemacht werden, die heute eben nicht vorhergesagt werden können.

Künstliche Intelligenz

In den letzten 50 Jahren hat sich die Leistung der Computer immer exponentiell entwickelt. Die Vorhersagen, wie viel Computerleistung für den Aufbau einer künstlichen Intelligenz nötig ist, kann man zwar nicht genau ermitteln, allerdings sollte die notwendige Schwelle weit vor dem Jahr 2100 überschritten werden. 

Werden wir völlig in Computern versinken?

Mit dem Erreichen der künstlichen Intelligenz (KI) wird sich im günstigen Fall, das ist der Fall, dass die Menschheit nicht von dieser KI ausgerottet wird, das Leben erheblich vereinfachen. Da es dann nicht mehr die vielen mühevollen Arbeiten gibt, die man als Physiker oder Wissenschaftler hat, es genügt eine Intuition und das KI System hilft die Idee in eine funktionierende Theorie umzubauen oder den Irrtum zu erkennen. 

Auch alle anderen einfachen aber anstrengenden Entscheidungen, welche Strecke muss ich fahren, wo steht welche Information kann der Computer beantworten. Genaugenommen kann er das schon heute, aber wir trauen uns nicht, das künstliche Intelligenz zu nennen. In Zukunft wird in solchen Bereichen kaum ein Leistungsbeschränkung auftreten.

Zukunft

Wir kennen die Zukunft nicht, aber es macht immer wieder Freude, die eigene Phantasie in die Zukunft zu entführen. Ich hoffe dies ist mir ein wenig gelungen.
Eine Anleitung, eigene Zukunftsvisionen zu entwickeln finden sich in der Praxilogie von Otto Buchegger.

Warum steigt der Palladiumpreis?

Der Palladiumpreis steigt gegenüber Gold und Platin

Seit einiger Zeit stagniert der Gold und Platinpreis aber der Palladiumpreis steigt stark an. Als Ursache werden gerne die Streiks in Südafrika genannt, aber diese treffen auch andere Rohstoffe. Was hat Palladium, was Platin nicht hat?

Der Palladiumpreis hebt sich vom Gold und Platin Preis deutlich ab. (Quelle:  http://www.finanzen.net/charttool/)

Kalte Kernfusion mit Palladium möglich?

Palladium hat eine Eigenschaft, die es von allen anderen Metallen heraushebt, es kann bis zum 3000-Fachen des eigenen Volumen an Wasserstoff speichern [1]. Es eignet sich damit aber nicht als Wasserstoffspeicher für Autos, da es extrem teuer ist. Aber es gibt einen zweiten Effekt, der hier eine wichtige Rolle spielen könnte. Wenn sich die Wasserstoffatome zwischen die Platinatome "quetschen", dann kommen sich die Wasserstoffatome ungewöhnlich nahe. Und was passiert, wenn zwei Wasserstoffatome sehr nahe aufeinander treffen?

Bei normalen Wasserstoff geschieht nicht viel, verwendet man aber Deuterium, das ist chemisch identisch zu Wasserstoff, es hat jedoch zusätzlich ein Neutron im Kern, dann könnten aus zwei Deuteriumatomen ein Heliumatom entstehen. Diese Reaktion nennt man Kernfusion.

Bei der Kernfusion entsteht extrem viel Energie und kaum Radioaktivität. Diese Form der Kernfusion nennt man "Kalte Kernfusion", da bei moderaten Temperaturen die Reaktion stattfinden könnte. Ich sage bewusst könnte, da der endgültige Beweis noch aussteht.

Erstaunliche Experimente

Es gibt inzwischen einige Experimente, die deutliche Hinweise auf eine Energieproduktion liefern [2]. Dabei wird Palladium zu geeigneten Nanopartikeln konfiguriert. Man beobachtet dann über Wochen eine Wärmeproduktion und entsprechende Reaktionsgase wie Helium.  

Überschüssige Energie in vielen Experimenten. (Quelle: Stanford University [3])

Allerdings ist die "Branche" der Kalten Kernfusion* seit den ersten Experimenten von Fleischmann und Pons 1989 nicht immer vertrauenswürdig gewesen, da viele Experimente nicht wiederholbar waren.

Allerdings könnte das auch daran liegen, dass es eben nicht genügt, einfach Palladium in Wasser zu halten und Deuterium einzulagern. Möglicherweise spielen kleine Details der Mikrokonfiguration der Nanopartikel eine große Rolle. Und solange man diese Details nicht versteht ist es fast logisch, dass die Experimente schlecht reproduziert werden. Allerdings ist die Liste der positiven Messungen inzwischen zu lang um den Effekt völlig zu ignorieren.

Kalte Fusion aussichtsreicher als Fusionsreaktor

Nach meiner Ansicht ist die Kalte Kernfusion wesentlich aussichtsreicher als die extrem aufwendigen Fusionsexperimente die seit den Fünfzigerjahren laufen und praktisch null Ergebnis geliefert haben, außer, dass es eben nicht geht. Die Forschungsmittel die in die klassische Fusionsforschung gegangen sind, zählt man in Milliarden, für die Kalte Fusion wurden erst einige Millionen investiert. Und bereits diese Experimente haben wesentlich mehr Energie erzeugt als alle bisherigen Fusionsexperimente.

Der Anstieg im Palladiumpreis könnte also tatsächlich in diesen Experimenten begründet sein. Der Kapitalmarkt ist manchmal besser in seinem Urteil, als viele hierzulande glauben.

Fazit

Würde wirklich ein Pfad zur Kernfusion gefunden, der ohne extremer Infrastruktur auskommt, dann wären wirklich die Energieprobleme gelöst. Für mich eine sehr spannende Entwicklung, die ich weiterverfolgen werde.
Meine Ausführliche Analyse in einem weiterem Blogbeitrag zur Kalten Kernfusion (24.Juni 2014).

Hinweis: *Kalte Kernfusion wird im englischen Sprachraum low-energy nuclear reactions (LENR), genannt, das ist hilfreich wenn man nach Literatur sucht.

Visionärer Artikel mit Quellen: Cold fusion may have revolutionary potential, By Jed Rothwell LENR-CANR.org

Quellen:

[1] http://de.wikipedia.org/wiki/Palladium#Chemische_Eigenschaften

[2] http://www.enea.it/it/Ufficio-Bruxelles/news/new-advancements-on-the-fleischmann-pons-effect-paving-the-way-for-a-potential-new-clean-renewable-energy-source

[3] http://www.enea.it/it/Ufficio-Bruxelles/documenti/eventi/new-advancements-on-the-fleischmann-pons-effect/1-michael-mckubre-pdf

Innovationen in der Zukunft

Innovationen die in der Zukunft liegen

Es gibt Erfindungen (engl. invention) und es gibt Innovationen. Eine Erfindung wird zur Innovation, wenn sie sich am Markt durchsetzt. So wurde das Auto von Carl Benz 1885 erfunden, aber es hat eine Generation gedauert, bis daraus durch Henry Ford eine Innovation wurde. Erst Henry Ford hat so viele Autos gebaut und verkauft, dass unser Leben durch das Auto grundlegend verändert wurde.

Es gibt offensichtlich auch Erfindungen, die bis heute auf den Tag warten, wo sie unser Leben verändern. Häufig hört man von den Unterstützern, der Technik xyz gehört die Zukunft. Ich will das mal an einigen Beispielen betrachten, die immer wieder durch die Medien geistern.

Die Kernfusion 

Mit der Erklärung der Energiefreisetzung in der Sonne durch Bethe und Weizäcker im Jahr 1938 war klar, dass man im Prinzip durch Kernfusion von Wasserstoffkernen extrem viel Energie gewinnen kann. In den 1950er-Jahren begann daher ein Wettlauf um den Bau des ersten Fusionsreaktors. Zunächst waren die Wissenschaftler sehr optimistisch und man sprach von zwei Jahren Entwicklungszeit. Als auch nach zehn Jahren kein Erfolg zu verbuchen war, legte man den Durchbruch in die Zukunft und sprach von 20 Jahren. Als ich Anfang der 1980er-Jahre am Institut für Plasmaphysik in Garching bei München gearbeitet hatte, lag der "geplante" Durchbruch bei der Kernfusion 30 Jahre in der Zukunft. Im Jahr 2013 wird von Frau Professor Sybille Günter, Direktorin des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik, darauf hingewiesen, dass im Jahr 2100 etwa 10% der Energieversorgung aus Kernfusion stammen werden.

Fusionsforschung in Garching bei München, bei der ich 1984 ein Praktikum gemacht habe. Bildquelle: Wikipedia

Offensichtlich ist es mit der Heute zur Verfügung stehen Technik nicht möglich, eine kontrollierte Kernfusion dauerhaft und gewinnbringend zu erzeugen. Es fehlen grundlegende Voraussetzungen, um mit der vor über 50 Jahren geborenen Idee eines Torus-Reaktors, ein Plasma lange genug einzuschließen, dabei mehrere Gigawatt durch die Wand zu transportieren und dabei die Wand nicht zu zerstören. 

Unabhängig von den technischen Details sehen wir eine Erfindung, die es nicht zur Innovation gebracht hat.

Das Wasserstoffzeitalter

Zufällig kann man mit den Atomen des Wasserstoffs eine weitere futuristische Welt denken. Zuerst aber nochmals eine Klarstellung, die möglicherweise zu großer Verwirrung in der Öffentlichkeit geführt hat. Wasser besteht aus H2O, also aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Aufgrund der sehr guten Verfügbarkeit von Wasser liegt es nahe, Wasser elektrolytisch zu zersetzen und den Wasserstoff zu speichern. Benötigt man die Energie wieder, kann man den Prozess umkehren, der Wasserstoff wird mit dem allgegenwärtigen Sauerstoff zusammengeführt und dabei in der Brennstoffzelle wieder Energie freigesetzt. 

Wasserstoff ist keine Energiequelle, sondern ein Energiespeicher

So schlicht die Idee ist, so schwer ist es den Prozess wirklich ökonomisch zu beherrschen. Zum einen verliert man bei der Elektrolyse Energie, eine weiterer Verlust entsteht in der Brennstoffzelle. Damit verliert man bei heutiger Technik etwa 50% der Energie. 

Das zweite Problem ist, dass man Wasserstoff sehr schlecht aufbewahren kann. Unter hohem Druck ist er nicht nur gefährlich, sondern er neigt auch durch Metall zu diffundieren. Stark abgekühlt, auf -252°C wird er flüssig, allerdings gibt es keine Isolation, die den flüssigen Wasserstoff über viele Tage verlustfrei flüssig hält. Der Wasserstoff verdampft und muss dann "nutzlos" verbrannt werden.

Obwohl beide Probleme, Wirkungsgrad und Aufbewahrung, für Sonderfälle wie Weltraumfahrt, keine Rolle spielen, sind diese Probleme Showstopper in der Praxis, die es verhindern, dass Wasserstoff in ernsthafte Konkurrenz zu anderen Energiespeichern steht.

Ähnlich wie bei der Kernfusion sind enorme Mittel in die Erforschung von Wasserstofftechnik geflossen, einen Durchbruch gab es nicht und das Wasserstoffzeitalter liegt weiter in der Zukunft.

Das Elektroauto

Der dritte Geist trägt den Namen Elektroauto. Auch das Elektroauto wurde bereits 1888 von Andreas Flocken erfunden. Und um 1900 war die Zahl der Elektroautos sogar größer als die der Benzinautos. 

"Der Feind des Guten ist das Bessere"

Das Benzinauto ist durch die Integration einer Batterie für den Motorstart genauso bequem zu starten als ein Elektroauto. Mit der Revolution des Ölzeitalters, dem Auffinden scheinbar unerschöpflicher Ölquellen in den USA und an anderen Orten, war der Preis für Benzin sehr rasch gesunken, sodass das Elektroauto seither ein absolutes Nischendasein fristet.

Das grundlegende Problem ist nicht der Motor, auch nicht die Motorsteuerung, an der ich zufällig mit meiner ersten Diplomarbeit beteiligt war. Ich hatte innerhalb von Siemens Mitte der 1980er-Jahre an der Entwicklung eines MOS-GTO mitgewirkt, der für das Steuern eines Elektroautos gedacht war. Der MOS-GTO funktionierte, aber der Markt für Elektroautos kam auch nach weiteren zwanzig Jahren des Wartens nicht. 

Das Kernproblem des Elektroautos ist die Batterie! Solange es nicht gelingt, eine Batterie mit einer Kapazität von 100kWh, einem Gewicht von 300kg und einem Preis unter 10.000€ herzustellen, so lange wird es keinen Durchbruch für das Elektroauto geben.
Aber das könnte bald gelingen, wie im folgenden, ausgezeichneten Vortrag von Lars Thomsen klar wird:

Wenn Erfindungen stecken bleiben

Offensichtlich gibt es viele Erfindungen, deren Zeit noch nicht gekommen ist, oder deren Zeit vielleicht nie kommen wird. Das gedankliche Problem ist dabei immer ähnlich. Es wird aufgrund einer überschaubar komplexen Idee eine grundlegende Lösung für ein Problem vorgeschlagen:

• Kernfusion - Energieversorgung
• Wasserstoffzeitalter - Energiespeicher
• Elektroauto - Personentransport

Jede der Lösungen hat aber ein unüberwindbares Problem bei der Umsetzung. Dabei hilft es offensichtlich auch nicht einfach sehr viel Geld in die konkrete Forschung zu stecken. Grundlegende Probleme müssen durch "Basisinnovationen" gelöst werden, die oft ganz anders aussehen als zunächst gedacht.

Hier nochmals die Beispiele:

• Kernfusion - Solarzellen zapfen die Energie des Fusionsreaktors Sonne an!
• Wasserstoffzeitalter - vermutlich sind andere Speicher wie Lithium-Akkus besser
• Elektroauto - aus Strom erzeugtes Methan könnte Autos antreiben

Aus diesen Beobachtungen bleibt die Erkenntnis, dass es gerade für den Staat besser ist, viele Ressourcen in die Grundlagenforschung zu stecken, da dies oft Lösungen für andere Probleme, die offen sind, ergibt. Das Zwanghafte festhalten an einem Forschungsziel, Fusionsreaktor, kann zu enormen Kosten führen und zu einem "Lock in" Prozess, da man bereits so viel Geld ausgegeben hat traut sich keiner das Projekt mehr zu stoppen.

Eine Tragik menschlichen Handelns.

Zum Weiterlesen:

• Kernfusion mit ITER, eine Kritik
• Kalte Kernfusion erfolgreich?
• Weltweiter Trend zur Solarenergie
• Das Gewicht von Energiespeicher
• Superspeicher der Diesel

Phantastische Ideen

Innovationen sind Ideen, die sich verbreiten! Genau das ist das Ziel von TED. War es zuerst nur einem mehr oder weniger elitärem Zirkel möglich zu erfahren, was die neuesten Ideen sind, so hat jetzt die ganze Welt das Vergnügen davon zu erfahren. Und es sind nicht nur technische Ideen oder Erfindungen sondern auch Kunst und viele andere Gebiete, die hier von einmaligen Menschen vorgestellt werden. Ich nutze es nicht nur um Neues zu erfahren, sondern auch um Englisch zu lernen und hervorragende Vortragstechnik zu sehen.

Es lohnt mal bei TED.COM hineinzusehen. Achtung Suchtgefahr!