Kleinste
Welten, größte Welten
Es sind auch die ganz großen und
die ganz kleinen Dimensionen, mit denen sich die Physik heute auseinandersetzt.
Mit dem Universum: Das dehne sich nach dem derzeitigen Kenntnisstand der Physik
aus und sei vor rund 15 Milliarden Jahren entstanden, sagt Prof. Jürgen
Mlynek (48), Physik-Professor an der Universität Konstanz, Leibniz-Preisträger
und Vizepräsident der Deutschen Forschungsgemeintschaft. Einige Fragen sind
unbeantwortet geblieben: Man wisse nicht, ob unser Universum einmalig oder nur
eines von vielen sei.
Unklar sei auch, ob sich unser Universum für
alle Zeiten ausdehnen oder irgendwann in sich zusammenfallen wird. Auf der
anderen Seite sucht die Physik nach den allerkleinsten Bausteinen. Quarks
(kleine Bausteine des Atomkerns) und Strings (kleinste schwingende Fädchen,
die bislang nur auf theoretischen Annahmen gründen und die die Grundlage
aller elementaren Teilchen sein sollen) sind die Objekte des
Forscher-Interesses. Die Versuche, die Welt mit Hilfe der kleinsten und der größten
Bausteine zu erklären und zu errichten, sind auch in der Technik zu
erkennen: In der Nano-Technologie werden aus größeren Strukturen
immer kleinere. Die Siliziumtechnologie für die Chipherstellung basiert auf
diesem Prinzip. Auf 1/5000 Millimeter lasse sich heute im besten Fall ein Bit
unterbringen. Der andere Weg: Aus Atomen werden größere Einheiten
hergestellt, ähnlich wie mit einem Legobaukasten, so Mlynek.
Irgendwann,
das liege zumindest im Bereich des theoretisch möglichen, könnten sich
die Entwicklungen treffen. Würde man es schaffen, ein Bit auf einem Atom
abzuspeichern, so würde ein derart konzipierter Speicherbaustein das
millionenfache eines heutigen Bausteins auf gleicher Fläche abspeichern können.
Bis das Realität wird, gibt es Hindernisse zu überwinden: Womit will
man solche Speicherbausteine beschreiben oder lesen? Das sei ungeklärt.
Informationen lassen sich heute schnell verarbeiten, in der digitalen Welt
theoretisch sogar schneller als im menschlichen Gehirn: Optische Systeme können
tausend Milliarden Mal schneller sein als biologische Systeme, also auch als das
Gehirn. Und der Datentransport mit optischen Hilfsmitteln ist im Kommen: Pro
Sekunde werde weltweit ein Kilometer Glasfaserkabel verlegt. Leistungsfähiger
und effizienter als das Gehirn sind Rechner trotzdem nicht: Der Rechner
verarbeitet Informationen nacheinander, das Gehirn kann viele Informationen
gleichzeitig verarbeiten. Eine der großen Herausforderungen der Zukunft,
so der Physiker, dessen Fachgebiete die Optik und die Oberflächenphysik
sind, sei es, das, was die Natur geschaffen habe, mit künstlichen
Strukturen zu koppeln. Brain-Technology, das ist in Amerika bereits ein Begriff
für die fachübergreifende und durchdringende Zusammenarbeit zwischen
Medizinern, Biologen, Informatikern und auch Physikern, um die Arbeitsweise des
menschlichen Gehirns zu klären und nutzbar zu machen.
Das Verständnis unseres Gehirns
wird wesentlichen Einfluss auf die Zukunft haben.
Prof. Jürgen Mlynek
Allzuviel versteht die Wissenschaft allerdings noch nicht von der Arbeitsweise
des Gehirns: »Wir sind dabei, einzelne Bauelemente zu verstehen«, so
Mlynek. Das Gehirn des Menschen rückt noch aus anderen Gründen in den
Vordergrund: Längst hat man erkannt, dass Informationen nur dann etwas
bringen, wenn sie vernetzt sind und als Wissen zur Verfügung stehen. Und
die Wissenschaft, sagt Mlynek, habe erkannt, dass sie die Gesellschaft am Wissen
mehr beteiligen müsse. Die Wissenschaft müsse in der nächsten
Zeit aus dem Elfenbeinturm heraus und sich verständlich machen. Denn: In
Zukunft gehe es auch darum, dass die Wissenschaft gerade angesichts leerer öffentlicher
Kassen durch die Gesellschaft unterstützt werde.
Unsere Gehirne indes werden sich in Zukunft weiterhin mit einem großen
Problem auseinandersetzen müssen, für dessen Lösung die
forschende Physik unverzichtbar ist: Mit der Energie. »Entweder neue
Energiequellen erschließen oder sparen«, das seien die Möglichkeiten.
Und alternative Energiegewinnung durch Windkraftwerke, Wasserkraftwerke oder
Photovoltaikanlagen würden voraussichtlich nicht reichen. Als Lösung
stehe die Kernfusion zur Debatte, eine Reaktion, die die Sonne seit Milliarden
von Jahren strahlen lässt.. Aber: Seit 50 Jahren arbeite man am
Fusionsreaktor, ohne bislang alle Probleme beseitigt zu haben: Bei der
Kernschmelze würden im Reaktorkern mehrere Millionen Grad herrschen. Die
muss man erzeugen und vor allem dämmen.
Anatol Hennig
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