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Fortsetzung von: Das Leib-Seele-Problem. Das Gehirn: Ergebnis einer langen Evolution Wie bei Skelett und Sauerstoffversorgung, gingen Wirbellose und Wirbeltiere auch bei der Architektur des Gehirns unterschiedliche Wege. Die Bauweise der Gehirne wirbelloser Tiere ist dezentral; das Nervensystem des Oktopus hat damit kognitive Fähigkeiten entwickelt, die immerhin mit denen von Hunden vergleichbar sind. Bei den Wirbeltieren ist das Gehirn hingegen zentral angelegt. Im Laufe der Evolution entstand zunächst ein Hirnstamm der alle unbewussten vegetativen Tätigkeiten wie Herzschlag, Atmung, Stoffwechsel und grundlegende Reflexe steuert. Darüber bildete sich als nächstes das Kleinhirn, das die Bewegungsabläufe koordiniert, gefolgt von Zwischenhirn und Großhirn, in denen Umweltinformationen bewertet werden. Während der Entwicklung, die von Fischen über Amphibien und Reptilien zu Vögeln und Säugetieren führte, wuchsen auch Klein-, Zwischen- und Großhirn stetig mit.[i] Der evolutionsgeschichtlich jüngste Teil der Großhirnrinde, der Neokortex, ist ein Privileg der Säugetiere. Diese, beim Menschen nur etwa fünf Millimeter dicke Schicht, verfügt über eine sehr hohe Neuronendichte und ist insbesondere bei Primaten stark zerfurcht, ein Trick der Natur, mit dem sich die Oberfläche der Rinde deutlich vergrößern lässt. Der Mensch hat ein typisches Säugetiergehirn Das menschliche Gehirn ist ein in jeder Hinsicht typisches Säugetiergehirn, dessen Aufbau sich von dem anderer Primaten praktisch nicht unterscheidet. Bewusstsein und Intelligenz haben also keine erkennbare Anatomie. Denkprozesse, das heißt die Fähigkeit, Situationen anhand von Erinnerungen bewerten zu können, lassen sich bei vielen Tieren beobachten. Der Mensch ist lediglich die Spezies, bei der die Bewusstwerdung dieser Prozesse am stärksten ausgeprägt ist. Dies ist seine spezifische Überlebensstrategie, so wie Mäuse auf hohe Reproduktionsraten, Wale auf effiziente Lungen und Elefanten auf das Multifunktionswerkzeug „Rüssel“ wetten. Ein sehr gut bewachtes Objekt Das Gehirn ist unser teuerstes Arbeitsmittel. Obwohl es nur 2% unseres Körpergewichts ausmacht, beansprucht es über 20% der verfügbaren Energie. Da es für uns so wichtig ist, behüten wir es sorgsam. Bei Versorgungsengpässen wird es vor allen anderen Organen mit Sauerstoff und Zucker bedacht. Ein biologischer Schlagbaum, die Blut-Hirn-Schranke, regelt den Zutritt und hält Bakterien, Gifte und unerwünschte Botenstoffe fern. Die Schädelhöhle, ein massiver helmartiger Knochen, die strapazierfähige Hirnhaut und die stoßdämpfende Gehirnflüssigkeit stellen den mechanischen Schutz sicher. Das komplexeste uns bekannte Objekt im Universum Dieses gut bewachte Objekt ist die höchste uns bekannte Form von Ordnung im Universum: 100 Milliarden Neuronen, von denen jedes einzelne Neuron mit bis zu 10.000 anderen verknüpft sein kann, bilden ein Geflecht von schier unendlicher Komplexität. In den äußeren Hirnschichten nimmt die Dichte jener Neuronen zu, die nicht mit Umweltschnittstellen oder den internen Organsystemen in Verbindung stehen, sondern vor allem mit anderen Großhirnneuronen verknüpft sind. Diese Nervenzellen sprechen also hauptsächlich mit sich selbst. Allerdings spricht nicht jeder mit jedem; etwa 20% aller Synapsen geben keine Signale weiter, sondern unterbinden sie vielmehr. Täten sie es nicht, würde infolge der hohen Vernetzung jedes Signal nach wenigen Umschaltungen wieder an seinen Ausgangspunkt zurückkommen. Die hemmenden Synapsen moderieren diese Kreisläufe und bewahren das Gehirn so vor Kurzschlüssen. Wird ihre Funktion gestört, kann es zu Erkrankungen wie Epilepsie kommen. „Neurons that fire together, wire together“ Die Synapsenmechanik wurde Ende der 1940er Jahre durch den kanadischen Neuropsychologen Donald Hebb entdeckt. Er hatte beobachtet, dass sich Nervenzellen, die gleichzeitig aktiv sind, miteinander verbinden, eine Erkenntnis, die später mit dem Schlagwort: „Neurons that fire together, wire together“ zusammengefasst wurde. Die intensive, wiederholte Erregung von Synapsen durch Aktionspotentiale führt dazu, dass sich Verbindungen bilden und weiter verstärken. Wie Muskeln wachsen auch neuronale Verknüpfungen durch wiederholtes Training. Die Neuronen arbeiten dabei allein mit den Freiheitsgraden „aktivierend“ oder „hemmend“, „stark“ oder „schwach“, „vorhanden“ oder „nicht vorhanden“. Die Entdeckung der neuronalen Plastizität durch Hebb beflügelte die Hirnforschung: Welchen Zweck hatte die Natur dieser Formbarkeit zugedacht? Der spätere Nobelpreisträger Eric Kandel war dieser Frage seit den 1960er Jahren auf der Spur. Anhand von Aplysia, einer primitiven Meereschnecke, die lediglich über rund 20.000 (allerdings sehr große und somit gut zu beobachtende) Nervenzellen verfügt, fand Kandel heraus, dass Lernen und Vergessen aus physiologischer Sicht nichts anderes ist, als die Veränderung der Effizienz, mit der Informationen an den Synapsen übertragen werden. Ob Schnecke oder Mensch: Neuronale Plastizität ermöglicht es, Ereignisse, die Nervenzellen erregen, im Gedächtnis zu speichern. Mit dem in der Vergangenheit Erlernten lassen sich dann die Probleme der Gegenwart besser lösen. „Use it or loose it” Nicht alles ist gleichermaßen erinnernswert. Die Merkfähigkeit unseres Kurzzeitgedächtnisses beruht auf einer vorübergehend erhöhten Aktivität von Neurotransmittern. Wird der anfänglich geknüpfte Kontakt nicht weiter gepflegt, baut sich die Verbindung ab, die gespeicherte Information geht wieder verloren („use it or lose it“). Laufen aber immer neue Aktionspotentiale über die Synapsen, verändert sich beim empfangenden Neuron die Genexpression. Neue Rezeptorproteine werden gebildet, die eine zuverlässigere Signalübertragung gewährleisten. Diese Potenzierung ist die Grundlage des Langzeitgedächtnisses: Wir erwerben Wissen nur dann dauerhaft, wenn der Lernreiz über einen längeren Zeitraum wiederholt wird. Übung macht den Meister! Daher können wir uns an unsere Telefonnummer aber nicht mehr an unsere letzte Hotelzimmernummer erinnern. Das Gehirn ist ein Apparat, der mit zunehmenden Gebrauch nicht verschleißt, sondern im Gegenteil, besser funktioniert. Jede neue Verschaltung ist gleichbedeutend mit Wissenserwerb. Dies lässt die Welt im Kopf entstehen. Wer etwas gelernt hat, hat sein Gehirn physisch tatsächlich verändert, es sieht nach dem Lernprozess, etwa dem Lesen dieses Buches, anders aus, als zuvor. Ist Langzeitwissen erst einmal fest in neuronalen Bahnen verankert, kann es nur mit sehr viel Aufwand wieder umprogrammiert oder überschrieben werden. (Diese Erfahrung hat jeder schon einmal gemacht, der ein Musikinstrument spielt und ein Stück oder eine Technik falsch eingeübt hat.) Eine zentrale Rolle bei der Konsolidierung des erworbenen Wissens spielt der Hippocampus, ein paarig angelegter Gehirnbereich, der insbesondere während bestimmter Schlafphasen aktiv ist. Er ist unser Tor zum Gedächtnis. Menschen ohne funktionierende Hippocampi können ihrem Gedächtnis keine neuen Erinnerungen mehr hinzufügen. Aufmerksamkeit Unser Nervensystem befindet sich in einem latenten Überwachungsmodus, in dem es weitaus mehr sieht, hört und spürt, als wir wahrnehmen. Der Gehirnteil, der wie ein Filter aus dem Rauschen der Reize jene Informationen heraussucht, auf die es letztlich ankommt, ist der Thalamus. Nur was er an die Großhirnrinde weiterleitet, hat unsere Aufmerksamkeit und kann damit auch in unser Bewusstsein dringen. Der Suchscheinwerfer Aufmerksamkeit sorgt dafür, dass wir aus einem Stimmengewirr unseren eigenen Namen heraushören oder in einer belebten Fußgängerzone sofort einen Elefanten entdecken würden. Ihre Auswahl muss die Aufmerksamkeit sehr sorgfältig treffen, denn die Verarbeitungskapazität für bewusstes Erleben ist ausgesprochen gering: Von den 400.000 Sinnesreizen, die pro Sekunde auf das Gehirn einprasseln, können nur rund 120 bewusst erfasst werden. Was gerade wichtig ist, hängt vor allem von der jeweiligen Situation ab: Die Aufmerksamkeit der Mutter eines Kleinkinds ist eine andere als die einer Studentin während der Vorlesung oder der eines Autofahrers im Großstadtverkehr. Der jüngst verstorbene israelisch-amerikanische Psychologe und Nobelpreisträger Daniel Kahneman erinnert uns daran, dass im Englischen „to pay attention“ zum Ausdruck bringt, dass wir gleichsam einen Preis dafür bezahlen müssen, damit wir unsere Aufmerksamkeit etwas Bestimmtem widmen können. Den Blog entdecken Wer mehr wissen will: Kandel, Eric (2006): „Auf der Suche nach dem Gedächtnis“, Pantheon. Kahneman, Daniel (2011): „Schnelles Denken, langsames Denken“, Siedler. Roth, Gerhard, Strüber, Nicole (2018) „Wie das Gehirn die Seele macht“, Klett-Cotta. Bildnachweis: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Aplysia_californica.jpg https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eric_Kandel.jpg Ein interessantes kurzes Video zum Thema Aufmerksamkeit [i] Da die Evolution kein Ziel hat, hat sie auch nicht das Bestreben, immer leistungsfähigere Gehirne hervorzubringen. Wie anderen Organe wird auch das Gehirn durch den Grad seiner Beanspruchung geformt. Da die Nachfahren der Wölfe, die sich vor etwa 20.000 Jahren in die Obhut des Menschen begaben, seitdem in einer weniger komplexen Umwelt leben, ist das Gehirn eines wolfsgroßen Hundes heute um ein Drittel kleiner als das seines wilden Artgenossen.

Ein Rechenfehler schreibt Geschichte Die Entdeckung Amerikas war die Folge einer simplen Fehlkalkulation. Bei der Berechnung des westlichen Seewegs nach Indien hatte Christoph Kolumbus den Angaben des Bagdader Astronomen al-Farghani vertraut, dabei jedoch übersehen, dass dieser den Erdumfang nicht in römischen, sondern in den wesentlich längeren arabischen Meilen angegeben hatte. Ohne diesen Irrtum wäre Kolumbus wohl kaum in See gestochen, seine Nussschalen hätten die gewaltige Strecke unmöglich bewältigen können. Mit Beginn der Neuzeit fing Mathematik an, Geschichte zu schreiben. Bis ins späte Mittelalter hinein mutete ihr noch die Aura einer Geheimwissenschaft an, in die nur wenige Gelehrte – das hieß damals Mönche, Philosophen und Universitätsprofessoren – eingeweiht waren. Dass Mathematik auch für Seefahrer, Kaufleute, Verwalter, Baumeister und Handwerker zu einem unentbehrlichen Werkzeug wurde, ist ein Phänomen der Neuzeit. Rechenmeister, wie der sprichwörtlich gewordene Adam Ries, erkannten diesen steigenden Bedarf. Ries schrieb Anfang des 16. Jahrhunderts ein populäres Standardwerk der Arithmetik, gründete eine Rechenschule und half so tatkräftig mit, die Europäer von ihrem unhandlichen römischen Zahlensystem zu erlösen. Schwer zu fassendes Angstfach Rund 500 Jahre später hat die Mathematik sehr beeindruckende Fortschritte erzielt; gleichzeitig hat sie sich aber auch zum Angstfach Nummer eins für Schüler entwickelt, die mit der Frage konfrontiert werden, was denn nun „nach Adam Ries(e) das Ergebnis einer bestimmten Rechenoperation sein soll. Der Nobelpreisträger Daniel Kahneman beschreibt in seinem Buch „Schnelles Denken, langsames Denken“ die physiologischen Konsequenzen der menschlichen Begegnung mit Mathematik: Pupillen weiten sich, Muskeln spannen sich an, Blutdruck und Herzfrequenz steigen! Aber auch nach jahrtausendelanger Beschäftigung wissen wir immer noch nicht, was diese Wissenschaft, auf die unser Körper wie auf einen Säbelzahntiger reagiert, denn nun genau sein soll. Die Etymologie, die Lehre von der Wortherkunft, hilft uns hier leider nicht weiter. Das altgriechische Wort „máthēma“ bedeutet so viel wie „das, was gelernt wurde“ und ließe sich auch im weiteren Sinne mit dem allgemeineren Wort „Wissenschaft“ umschreiben. Die „Lehre von den Zahlen“ greift als Erklärung zu kurz, denn zur Mathematik gehört auch die Geometrie und die lässt sich auch lediglich mit Zirkel und Lineal, also ganz ohne Zahlen betreiben. Natur oder Geist? Wir wissen auch nicht so recht, wo wir Zahlen und geometrische Figuren im System der Wissenschaften überhaupt verorten sollen – die Mathematik scheint nirgendwo auf der Welt einen festen Platz zu haben. Während Galileo Galilei in ihr die universelle Sprache zu erkennen glaubt, in der die Natur zu uns spricht, ist sie für den Mathematiker Leopold Kronecker die Geisteswissenschaft par excellence, ein Universum der Abstraktion, dessen Wahrheitsgehalt allein auf menschengemachten Regeln basiert. Das große Mysterium ist, dass sie tatsächlich beides zu sein scheint: Natur und Geist. Der realen dinglichen Welt sind überall Grenzen gesetzt – ganz gleich, ob wir ökonomische Ressourcen oder physikalische Phänomene wie die Lichtgeschwindigkeit oder die Größe des Universums betrachten. Die Mathematik aber kann diese Beschränkungen einfach ignorieren. Sie rechnet gerne mit der Unendlichkeit, dem unendlich Kleinen, dem unendlich Großen. Wie wir noch später in diesem Blog noch sehen werden, kann sie mit dieser höchst irrealen Vorstellung höchst reale Dynamiken unserer Welt einfangen und exakt beschreiben. Sagt Mathematik die Zukunft vorher? Die verblüffenden Fähigkeiten der Mathematik gehen aber noch weiter: Als Bernhard Riemann1854 in Anwesenheit des greisen Carl Friedrich Gauß seine „Hypothesen, welche der Geometrie zugrunde liegen“ vorstellte, glaubte niemand, auch Riemann selbst nicht, dass seine Idee vieldimensionaler Räume einen praktischen Nutzen haben könnte. Alle sahen in ihr vielmehr eine rein gedankliche Spielerei. Doch rund 60 Jahre später erkannte Albert Einstein in Riemanns Geometrie das Werkzeug, das ihm die korrekte Beschreibung der allgemeinen Relativitätstheorie ermöglichen würde. Dies zeigt nicht nur, dass Mathematik und Physik beste Freunde sind, wir begegnen hier auch einem weiteren großen Geheimnis der Mathematik: Eine logisch-philosophische, vermeintlich zweckfreie „Spielerei“ hatte sich im Nachhinein als höchst nützliches Werkzeug entpuppt. Tatsächlich ist die Mathematikgeschichte voller solcher Entdeckungen: Der von Leibniz gefundene Binärcode gibt heute den Computern den Takt vor; die ursprünglich fruchtlose Zahlentheorie ist Grundlage der Internetsicherheit; Ingenieure können ohne imaginäre Zahlen nicht mehr arbeiten und Fibonaccis Folge enträtselt universelle Wachstumsmuster. Der Physik-Nobelpreisträger Eugene Wigner bezeichnete dieses Phänomen als „die unglaubliche Wirksamkeit der Mathematik in den Naturwissenschaften“. Eine einzigartige Methode, Wissen zu gewinnen Mathematik unterscheidet sich von allen anderen Wissenschaften durch ihre Art Wissen zu gewinnen: Während in den Natur- und Sozialwissenschaften Hypothesen erstellt und anhand von empirischen Daten überprüft werden, wird mathematisches Wissen, wie wir in einem der kommenden Beiträge sehen werden, allein anhand eines streng logischen Prozesses, der auf Axiomen, Definitionen, Vermutungen und Beweisen beruht, weiterentwickelt. Während wissenschaftliche Theorien immer nur vorläufige Erkenntnisse erzeugen, gewissermaßen ein Verfallsdatum haben, da sie jederzeit durch neue Einsichten widerlegt werden können, haftet den mathematischen Gesetzen etwas Ewiges, Absolutes an. Es ist ihre logische Widerspruchsfreiheit, die ihnen ihre unglaubliche Haltbarkeit verleiht und damit Welterklärungswerkzeuge von erstaunlicher Stabilität entstehen lässt. Was ist also Mathematik? Demzufolge gibt es heute auch keine allgemein akzeptierte Definition von Mathematik. Etwas, das allerdings sowohl der geistes- als auch der naturwissenschaftlichen Perspektive gemein ist, ist dass es immer um die Erkennung und Beschreibung von Mustern geht. Arithmetik, Geometrie, Algebra, Analysis und Stochastik sind ausgesprochen nützliche Werkzeuge, um die physikalischen, aber auch die geistigen und sozialen Prozesse um uns herum zu beschreiben und damit für uns fassbar zu machen. Wenn wir den mathematischen Beitrag zur Welterklärung verstehen wollen, müssen wir uns also auf eine Gratwanderung zwischen Natur und Geist begeben. Doch wenn wir uns darauf einlassen und Vokabular und Grammatik dieser universellen Sprache erlernen, erhalten wir Zugriff auf eine faszinierende Werkzeugkiste voller einmaliger Weltbeschreibungsinstrumente. Wer mehr wissen will: Kahneman, Daniel (2011): „Schnelles Denken, langsames Denken“, Siedler. S. 32 Beutelspacher, Albrecht (2010): „Kleines Mathematikum“, C.H. Beck. S. 13 f. Enzensberger, Hans Magnus (1998): „Die Mathematik im Jenseits der Kultur - Eine Außenansicht“ in: FAZ vom 29.08.1998. Courant, Richard / Robbins, Herbert (2010): „Was ist Mathematik?“, Springer.

Babylon by bus Vor einigen Jahren habe ich den Versuch unternommen, Chinesisch zu lernen. Der Versuch war – zugegeben – nur halb ernst. Meine hauptsächliche Motivation war es, in eine Gedankenwelt einzutauchen, die nach völlig anderen Prinzipien funktioniert, als alle Sprachen, die ich bisher gelernt habe. Was ich aus diesem Experiment mitgenommen habe, waren drei Dinge: Erstens es gibt so „verrückte“ Phänomene wie dass die Tonhöhe den Wörtern völlig unterschiedliche Bedeutungen geben kann. (Verrückt ist das natürlich nur aus einer eurozentrischen Perspektive.) Zweitens die Erkenntnis, dass eine Sprache schriftlich auch nach ganz anderen Prinzipien als einem phonetischen Alphabet aufgezeichnet werden kann (Und sei es um den Preis, dass einige tausend Zeichen auswendig gelernt werden wollen.) Die dritte und verblüffendste Erkenntnis für mich aber war, dass Grammatik auch unbeschreiblich einfach sein kann, ohne dass die Genauigkeit von Aussagen dadurch wesentlich beeinträchtigt wird. Ein Freund, der ein entsprechendes Experiment mit Türkisch unternommen hat, hat ähnliche Erfahrungen gemacht: Sprachen können auch nach völlig anderen Prinzipien funktionieren, als Deutsch oder die europäischen Fremdsprachen, die wir üblicherweise lernen. In den kommenden Sprachblogs werden wir unter anderem sehen, dass Chinesisch, Türkisch und Deutsch klassische Vertreter dreier grundlegender Sprachtypen sind, die Wilhelm von Humboldt Anfang des 19. Jahrhunderts systematisierte. Ein göttliches Geschenk… „Im Anfang war das Wort, und das Wort war bei Gott, und das Wort war Gott." Das Welterklärungsbuch Bibel setzt sich an vielen Stellen mit dem „göttlichen Geschenk“ der Sprache auseinander. Die Schöpfungsgeschichte erzählt, wie der Herr durch bloße Worte die Welt erschafft und seine Werke benennt. In Babylon bestraft Gott den Hochmut der Menschen, die einen Turm bis in den Himmel bauen wollen: Er lässt das Projekt scheitern, indem er ihre Sprache verwirrt. Das Neue Testament berichtet vom Pfingstwunder, bei dem der göttliche Geist über die Apostel kommt, so dass alle Besucher des Schawuot-Fests sie in ihrer eigenen Sprache reden hören. Das Leben hat lange experimentiert, wie sich nützliche Informationen am besten bewahren lassen. Das langsame, zufällige Lernen der Gene wurde durch ein schnelles, erfahrungsabhängiges Lernen neuronaler Netze ergänzt. Das bewusste Erleben neuronaler Zustände, das allein den Menschen auszeichnet, ist auch ohne Sprache möglich, da sich unser Denken vor allem in bildhaften Repräsentationen vollzieht: Babys können daher denken, noch bevor sie sprechen können. Doch zweifelsohne hat die revolutionäre Idee, Schallwellen, Gesten und Symbolen Bedeutungen zuzuordnen, uns Menschen eine fantastische neue Dimension erschlossen: Wir können unseren Artgenossen – sofern wir uns mit ihnen zuvor über die Benutzung eines gemeinsamen Zeichenvorrats verständigt haben – unsere Bewusstseinszustände mitteilen: Das ermöglicht es uns, unsere Erfahrungen und Gedanken mündlich und schriftlich zu fixieren und über Generationen hinweg zu bewahren. …oder ein äußerst mangelhaftes Instrument? Menschliche Kommunikation ist allerdings nicht frei von Mängeln. Das lässt weniger eine göttliche, als vielmehr eine evolutionäre Herkunft vermuten. Sobald wir uns der Sprache bedienen, sind Missverständnisse regelrecht vorprogrammiert. Denn die Zeichen, die wir den Dingen zuordnen, lösen bei unserem Gegenüber oftmals völlig andere mentale Repräsentationen aus. Wie können wir sicherstellen, dass unsere Begriffe die Objekte dieser Welt tatsächlich auch eindeutig benennen? Erst recht, wenn es um Fremdsprachen geht, denen vielleicht andere Weltbilder zugrunde liegen: Wie lassen sich Wörter wie „Schadenfreude“, „Waldeinsamkeit“ oder „Wanderlust“ ins Englische oder Japanische übersetzen? Wie übersetzt man „cheers!“ ins Deutsche? Begrenzen am Ende die Limitationen unserer Sprache auch die Möglichkeiten unseres Denkens? Doch bei aller Unzulänglichkeit des Werkzeugs Sprache: Ohne unsere Fähigkeit, Wissen mithilfe von Zeichen konservieren, kumulieren und kollektivieren zu können, wäre der explosionsartige Verlauf unserer kulturellen Evolution undenkbar. An dieser Stelle sollten wir kurz erwähnen, dass es neben der natürlichen Sprache, die jeder Mensch spricht, auch ein universelles Kommunikationsmittel gibt, das in jeder Beziehung völlig eindeutig ist: die Mathematik. Einem Zitat von Galileo Galilei zufolge ist sie die Sprache, in der die Natur zu uns spricht. Dieser Sprache, deren Regeln keine Ausnahmen kennen, haben wir eine eigene Blog-Kategorie gewidmet. Gemeinsame Ursprünge? Erst um die Wende zum 19. Jahrhundert wurde durch Arbeiten von Linguisten wie William Jones oder Willhelm von Humboldt offenbar, dass zahlreiche Sprachen in familiärer Beziehung zueinander stehen. Die größte Gruppe, die indogermanischen, beziehungsweise indoeuropäischen Sprachen, umfassen solch unterschiedlich anmutende Mitglieder wie Walisisch, Deutsch, Tschechisch, Latein, Albanisch, Persisch oder Sanskrit. Daneben gibt es noch weitere wichtige Großfamilien, etwa die afroasiatischen oder die sinotibetischen Sprachen. Könnten auch diese Familien ihrerseits einen gemeinsamen Ursprung haben? Nostratisch wäre nach Überzeugung etlicher Linguisten eine solche mögliche Makrofamilie. Eine gemeinsame Herkunft zahlreicher eurasischer und afrikanischer Sprachen bleibt allerdings hypothetisch und auch sonstige Verbindungen zwischen andern Makroclans sind nach dem heutigen Stand der Wissenschaft äußerst spekulativ. Das legt nahe, dass die frühen Vertreter unserer Spezies unser einzigartiges Kommunikationsinstrument gleich mehrfach unabhängig voneinander erfunden haben. Wer mehr wissen will: Humboldt, Wilhelm von (1836) „Über die Kawi-Sprache auf der Insel Java“. Eco, Umberto (1994) „Die Suche nach der vollkommenen Sprache“, Beck. Rauchhaupt, Ulf von (2016): „Sprechen Sie Nostratisch?“ in: Frankfurter Allgemeine Zeitung Online vom 15.06.2016.

Eine einfache Ordnung Physik bedeutet im Griechischen so viel wie „die Lehre von der Natur“. Vor noch nicht allzu langer Zeit stellte sich diese Natur dem Menschen als eine Vielzahl chaotischer, unvorhersehbarer, oftmals verheerender Gewalten dar. Blitz, Donner, Sturm, Ebbe, Flut, Kälte, Hitze, Erdbeben oder Vulkanausbrüche standen als Ausdruck göttlicher Macht und Willkür scheinbar zusammenhanglos nebeneinander. Doch seit der Antike haben Menschen versucht, Schneisen in dieses Dickicht zu schlagen. Ihnen verdanken wir heute die Erkenntnis, dass dem vermeintlich wilden Strauch der Naturgewalten eine relativ einfache Ordnung zugrunde liegt. In der christlichen Mythologie kommt manchen Zahlen eine besondere Bedeutung zu. Die Drei steht für die Heilige Dreifaltigkeit, die drei Erscheinungsfor-men Gottes. Die Vier steht für die Erde, symbolisiert durch die vier antiken Elemente oder auch die vier Himmelsrichtungen. Drei und vier ergeben zusammen die Zahl Sieben, die Verbindung von Himmel und Erde. Das Fundament der Physik ist von ähnlicher Schlichtheit: Demnach bestimmen drei Dinge die Geschicke der Welt: Raum, Zeit und Materie. Wie sich die Materie in Raum und Zeit verhält, bestimmen lediglich vier Kräfte, die allesamt der Materie innewohnen. Ganz gleich, ob wir die Bewegungen der Planeten betrachten, einen zuckenden Muskel, das Licht der Sonne, radioaktiven Zerfall, Schallwellen, einen Wirbelsturm, eine Kompassnadel oder einen fallenden Apfel – stets verbirgt sich dahinter das Wirken der immer selben vier Grundkräfte. Die Entwicklung der Physik Die Geschichte der Physik ist die Geschichte der Entdeckung dieser einfachen Ordnung. Als außerordentlich nützliche Erfüllungsgehilfin und Weggefährtin hat sich dabei die Mathematik erwiesen. (Die Entwicklung der Infinitesimalrechnung im 17. Jahrhundert etwa wurde durch eine physikalische Fragestellung provoziert.) Mathematisch exakt definierbare Naturgesetze, die nichts und niemand übertreten kann, erzeugen jene absolute Verlässlichkeit, auf der die Organisation des Kosmos und somit letztlich auch unsere eigene Existenz beruht. Den Weg der Physik von der Antike bis zum heutigen Wissen um die Elementarteilchen, habe ich versucht, in einer Graphik zusammenzufassen. In den kommenden Physik-Blogs möchte ich diesen Weg Schritt für Schritt nachvollziehen. Vier Grundkräfte Jede der vier Grundkräfte ist mit einem ganz eignen Charakter ausgestattet. Das wundersame Zusammenwirken aller Kräfte bewirkt, dass die Welt so ist, wie sie ist. Die sich daraus ergebenden Wechselspiele lassen sich, wie erwähnt, mathematisch exakt in Form von Naturgesetzen beschreiben. Die Kräfte, die das Schicksal der (für uns messbaren) Welt bestimmen, sind: · Gravitation · Elektromagnetismus · starke Kernkraft · schwache Kernkraft Schwerkraft und Elektromagnetismus kennen wir aus unserem Alltag; starke und schwache Kernkraft entfalten hingegen ihre alchemistischen Wirkungen allein im Verborgenen; sie wirken nur in den Atomkernen selbst. Betrachten wir kurz die wichtigsten Eigenschaften der vier Grundkräfte: Wir sehen, dass diese Eigenschaften höchst unterschiedlich sind, was Reichweite, Abschirmbarkeit und Kraftwirkung in Abhängigkeit von der Entfernung angeht. Die Wirkung der Gravitation etwa beträgt, wenn sich der Abstand verdoppelt, nur noch ein Viertel. In einem Straßentunnel funktioniert unser Autoradio nicht mehr, die elektromagnetischen Wellen werden durch die Gesteinsmassen abgeschirmt. Die Gravitation hingegen wirkt auch im Tunnel noch nach wie vor. Auch hinsichtlich ihrer relativen Stärke unterscheiden sich Kräfte eklatant: Die starke Kernkraft ist etwa 100.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000-mal stärker als die Gravitation. Bosonen (genauer Eichbosonen) sind jene masselosen Elementarteilchen, die der Materie die vier Grundkräfte vermitteln – doch hier sollten wir abbrechen. Wir sind bereits mitten in der modernen Teilchenphysik gelandet und wie es zu dieser Erkenntnis kam ist eine lange Geschichte… Zwei grundlegende Theorien Unser heutiges Physikverständnis wird von zwei grundlegenden Theorien bestimmt, die die erfahrbare Physik unserer unmittelbaren Wahrnehmung auf die Streckbank der Extreme gespannt und peinlich befragt haben. Beide Theorien sind dabei zu atemberaubenden, allerdings für uns Menschen intuitiv nicht mehr nachvollziehbaren Erkenntnissen gelangt: · Die allgemeine Relativitätstheorie ist die Betrachtung der unvorstellbar großen, kosmischen Maßstäbe; sie ist im Kern eine Theorie der Gravitation. · Das Standardmodell der Teilchenphysik ist die Betrachtung der unvorstellbar kleinen subatomaren Maßstäbe. Sie beschreibt, wie starke, schwache und elektromagnetische Kräfte zwischen den Elementarteilchen wechselwirken. Das Standardmodell vermittelt uns damit das umfassendste Bild, das wir heute von den grundlegenden Zusammenhängen des Universums haben können. Wer sich mit Physik bisher noch nicht näher auseinandergesetzt hat, ist jetzt vielleicht etwas verwirrt. Doch keine Bange. Wir werden die einzelnen Meilensteine, die uns zu diesem besonderen Weltbild geführt haben noch nach und nach beleuchten. Dichtes Gewebe mit Löchern Zusammen beschreiben Relativitätstheorie und Standardmodell sehr viele reale und grundlegende Phänomene der Welt. Die Spaltung und Fusion von Atomkernen hat zudem gezeigt, dass die beiden großen modernen Theorien der Physik irgendwie miteinander verbunden sind. Was bis heute fehlt, ist eine übergeordnete Theorie, die alle Aussagen Einsteins und der Quantenphysiker widerspruchslos miteinander vereint. Bei der Suche nach dieser Weltformel ist die Physik allerdings in den letzten Jahrzehnten nicht so recht vorangekommen. Seit einem halben Jahrhundert suchen tausende Physiker auf der ganzen Welt ohne greifbaren Erfolg nach einer Quantentheorie der Gravitation. Diese umfassende Theorie müsste in der Lage sein, aus der Dynamik subatomarer Teilchen heraus alle bekannten kosmologischen Phänomene erklären zu können. Eines dieser Phänomene ist der merkwürdige Umstand, dass es eigentlich sehr viel mehr Materie im Universum geben müsste, als für uns sichtbar ist, denn die uns bekannten Sterne umkreisen das Zentrum ihrer Galaxien schneller, als wir es aufgrund der für uns erfassbaren Massen erwarten würden. Etwa 85% aller Materie, die es demnach im Universum geben müsste, interagiert offenbar nicht mit elektromagnetischen Wellen, das heißt, sie ist unsichtbar und wird daher als „Dunkle Materie“ bezeichnet. Wir haben heute weder eine Vorstellung, ob es diese riesigen Stoffmengen überhaupt gibt, noch wie sie sich aufspüren ließen. So gesehen beschreibt die Physik Stand heute nur 15% unseres Universums. Der Welterklärungsanspruch der Physik ist dennoch der umfassendste, den wir gegenwärtig kennen. Denn letztlich beruhen auch die Chemie, die von der Chemie abhängigen physiologischen Abläufe der Biologie und somit schließlich auch der menschliche Geist auf rein physikalischen Vorgängen. (Mehr dazu im nächsten Blog „Was ist Chemie?“) Physik ist praktisch und philosophisch Dass Physik es uns ermöglicht, sehr viel von dieser Welt zu verstehen, hat sowohl einen überaus praktischen als auch einen philosophischen Aspekt. Das Praktische erlaubt es uns, die Naturgesetze für unsere Zwecke einzuspannen. Dieses Wissen hat unsere Erde extrem verändert. Konkret geschieht das vor allem durch die Ingenieurswissenschaften. Das beginnt mit dem Funktionsprinzip eines Flaschenzugs, mit dem sich große Lasten mit wenig Kraft bewegen lassen und endet mit der Berücksichtigung der Relativitätstheorie bei der Berechnung von GPS-Daten. In philosophischer Hinsicht zeigt die Physik uns die Grenzen unserer Erkenntnis auf: Information kann nicht schneller übertragen werden, als sich elektromagnetische Wellen im Vakuum ausbreiten können. Wir wissen auch nicht, in was das Universum hineinexpandiert oder was vor dem Urknall geschah. Nicht weil wir ignorant sind, sondern weil wir es grundsätzlich nicht wissen können. Wir befinden uns in der Welt und können sie nicht von außen betrachten. Die Macht der Physik hat auch Pioniere der Gesellschaftswissenschaften inspiriert. So entwickelte der französische Soziologe Auguste Comte eine Vision, der zufolge auch menschliche Gemeinschaften physikalischen Gesetzen gehorchen. Das erscheint aberwitzig. Doch einige Staaten haben, wie wir im in den Blogs zum Thema "Gesellschaft" noch sehen werden, bereits damit begonnen, diese Vision in die Realität umzusetzen. Weiterführende Literatur: Holzner, Steven (2020): „Physik für Dummies“, Wiley-VCH Anderl, Sibylle (2018): „Was ist ein Naturgesetz?” in: Frankfurter Allgemeine Zeitung Online vom 02.03.2018.