Table Of ContentJames Trefil
Lauter Gründe,
warum die Welt
ganz anders ist
Die Rätsel des Kosmos
die Grenzen des Wissens
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Warum altern wir? Wie konnte sich Leben entwickeln? Wie können wir
Vulkanausbrüche voraussagen? Wird AIDS heilbar sein? Werden
Gehirntumoren, einmal durch eine Spritze therapierbar sein? Viele Fragen,
die jeden beschäftigen, gehören gleichzeitig zu den spannendsten ungelösten
Rätseln der Wissenschaft. Der renommierte Wissenschaftler James Trefil
nimmt den Leser mit auf eine Reise durch die faszinierende Welt der
Forscher und Entdeckungen.
ISBN 3-426-77323-6
Originalausgabe "The Edge of the Unknown"
Aus dem Amerikanischen von Johannes Schwab
1998 Droemersche Verlagsanstalt Th. Knaur Nachf
Umschlaggestaltung: Agentur Zero, München
Umschlagfotos: The Image Bank, München
Dieses E-Book ist nicht zum Verkauf bestimmt!!!
Über den Autor
James Trefil ist Professor für Physik an der George Mason
University. Er ist Autor zahlreicher Wissenschaftsbücher und
wurde für seine Tätigkeit als Wissenschaftsjournalist
ausgezeichnet.
Meinen alten Freunden Jeff und Vicki und meinen neuen
Freunden Jared und Seth
Inhalt
Einleitung................................................................................................................7
1. Die Top-Ten-Probleme der Wissenschaft...................................................14
Warum gibt es etwas anstatt nichts?............................................................15
Hat die Gentherapie eine Zukunft?...............................................................18
Werden wir das Geheimnis unseres Bewusstseins jemals lüften?..........22
Warum altern wir?...........................................................................................26
Wie stark wird das menschliche Verhalten durch Vererbung geprägt?.29
Wie entstand das Leben?................................................................................32
Kann man das Gehirn überwachen?.............................................................36
Werden Viren uns besiegen?.........................................................................40
Wann gibt es Designermedikamente?..........................................................43
Gibt es eine Theorie von allem? ...................................................................47
2. Physik................................................................................................................51
Gibt es wirklich eine Wissenschaft der Komplexität?..............................52
Lässt sich die Welt simulieren?.....................................................................55
Wie weiter ohne den Super-Teilchenbeschleuniger?................................59
Wie chaotisch ist die Welt?...........................................................................63
Hören wir dieselbe Melodie, wenn das Band noch einmal läuft?...........67
Gibt es Probleme, die nicht zu lösen sind?.................................................71
Ist eine Quantentheorie der Schwerkraft möglich?....................................74
Der Quantenlöscher.........................................................................................78
Wie spät ist es?.................................................................................................82
Und die Zeitreise?...........................................................................................85
Gravitationswellen: ein neues Fenster zum Weltall? ................................89
Wie kalt kann es werden?..............................................................................93
3. Astronomie und Kosmologie.........................................................................96
Woraus besteht dunkle Materie?...................................................................97
Wie sind Galaxien entstanden?...................................................................101
Wie alt ist das Weltall?.................................................................................104
Wo sind die fehlenden Neutrinos von der Sonne?...................................108
Wie wird das Weltall enden?.......................................................................111
Wie viele andere Sterne haben Planeten?..................................................114
Ist da jemand?................................................................................................118
Wie launisch ist die Sonne?.........................................................................122
Was sind Quasare?........................................................................................125
Wo sind Schwarze Löcher? .........................................................................129
Parallelwelten und so....................................................................................132
Warum ist Pluto so eigenartig?...................................................................135
4. Meteorologie, Geologie und Planetologie.................................................138
Hatte Malthus doch Recht?..........................................................................139
Erwärmt sich das Klima?.............................................................................143
Wie stabil ist das Klima?..............................................................................146
Warum stimmt die Kohlenstoffbilanz nicht?............................................150
Kommt uns die Ozonschicht abhanden?...................................................154
Können - und sollten wir das Klima verändern?......................................157
Schmilzt das antarktische Binneneis?........................................................160
Wie bewegt sich der Erdmantel? ................................................................164
Warum kehrt sich das Magnetfeld der Erde um?.....................................168
Wie genau lassen sich Vulkanausbrüche vorhersagen?..........................171
Wird man Erdbeben vorhersagen können?...............................................174
Warum gibt es Erdbeben in Missouri?.......................................................178
Wie genau lässt sich das Wetter vorhersagen?.........................................182
War es auf dem Mars einmal feuchter und wärmer?...............................186
Wird ein Asteroid uns treffen?....................................................................190
Wie werden wir das Sonnensystem erforschen?......................................194
Was ist das Erdbeobachtungssystem?........................................................198
5. Biologie...........................................................................................................201
Wie werden Gene gesteuert?.......................................................................202
Wie entwickelt sich ein Organismus aus einer einzigen befruchteten
Eizelle?............................................................................................................206
Wie wird die DNS repariert?.......................................................................210
Warum sterben Zellen?.................................................................................214
Warum sieht ein Protein so und nicht anders aus?..................................218
Die Wundermoleküle....................................................................................221
Humanes Genomprojekt, was nun?............................................................224
Welche ethischen Standards gelten für molekulares Wissen?...............227
Was kommt nach der Pille?.........................................................................231
Können wir ewig leben?...............................................................................234
Wie »sieht« das Gehirn?..............................................................................238
Wie kommt der Kopf zum Geist?...............................................................241
Sind Männer noch das, was sie mal waren?..............................................244
Was kostet das Ökosystem?.........................................................................247
Der Angriff der Killerbienen.......................................................................250
6. Medizin............................................................................................................254
Krankheitsursachen? Befragen Sie Ihre Gene!.........................................255
Was geschieht, wenn Antibiotika nicht mehr wirken?............................258
Neue Wunderkugeln?...................................................................................261
Wie funktioniert das Immunsystem?..........................................................264
Warum greift das Immunsystem nicht die eigenen Zellen an?..............267
Welche Ursachen hat Krebs?.......................................................................271
Verlieren wir den Krieg gegen Krebs?......................................................275
Lassen sich Antikörper gezielt herstellen?................................................278
Wann wird AIDS heilbar sein?...................................................................281
Wo sind die neuen Impfstoffe?...................................................................285
7. Evolution.........................................................................................................289
Woher stammt der Jetztmensch?................................................................290
Der molekulare Ursprung des Menschen..................................................293
Warum sind wir so klug?.............................................................................297
Wer war der erste Mensch?.........................................................................301
Wie schnell verläuft die Evolution?...........................................................305
Gab es Leben auf dem Mars?......................................................................308
Was ist bloß mit dem Neandertaler passiert?............................................311
Spricht hier jemand Nostratisch?................................................................315
8. Technologie ....................................................................................................319
Wenn man einen Menschen zum Mond schicken kann, warum gibt es
dann kein anständiges Elektroauto?...........................................................320
Wie leistungsfähig können Mikrochips sein?...........................................323
Wird es Lichtcomputer geben?...................................................................326
Müssen Computer aus Silizium sein?........................................................329
Werden Computer lernfähig?......................................................................333
Wie klein kann ein elektrischer Schaltkreis sein?....................................336
Wohin führt uns die Nanotechnologie?.....................................................339
Wie virtuell ist Ihre Realität?......................................................................343
Die Zukunft der Fuzzy Logic ......................................................................347
Einleitung
In diesem Buch werfe ich einen Blick auf jenes
außerordentlich vielgestaltige Unterfangen, das man
Wissenschaft nennt, und berichte Ihnen von den offenen Fragen,
die an der Schwelle zum nächsten Jahrtausend die Triebfedern
der Forschung sind. Deren Ergebnisse werden die Welt und Ihr
Leben auf mannigfaltige Weise wandeln. Die Konstruktion Ihres
Wagens, Ihr Besuch in der Arztpraxis und die Art Ihrer
Ernährung sind nur einige der Dinge, die sich verändern werden.
Eine der Kardinalsünden von Wissenschaftsautoren besteht
darin, vom Anspruch besessen zu sein, alles - und das auch noch
vollständig - erklären zu wollen. Dadurch muss sich der Leser
erst durch Berge von Hintergrundinformationen kämpfen, bevor
er zum Kern der Sache vordringt. Ich war für diesen Fehler nicht
weniger anfällig als andere Autoren auch und habe mir in
diesem Buch deshalb einen bestimmten Standard gesetzt: Jedes
der wissenschaftlichen Themen wird auf maximal vier Seiten
abgehandelt. Sie interessieren sich für die aktuellen Theorien
über die Entstehung von Krebs? Blättern Sie auf Seite 288, und
auf drei Seiten erhalten Sie einen knappen Überblick. Sie wollen
etwas über die Technologie von Elektroautos erfahren?
Schlagen Sie auf Seite 341 nach. Ein Vorteil dieser Knappheit
ist, dass Sie rasch an bestimmte Informationen kommen, ohne
eine Menge Hintergrundmaterial wälzen zu müssen. Es bedeutet
auch, dass Sie die Themen nicht in einer bestimmten
Reihenfolge lesen müssen. Ja, dieses Buch soll nicht einmal von
Anfang bis Ende gelesen werden. Man soll darin herumblättern.
Jedes Kapitel steht für sich. Sie können eines davon lesen, um
sich das nötige Hintergrundwissen zu einem Zeitungsartikel
anzueignen. Sie können die Querverweise am Ende des Buches
lesen, um verwandte Themen zu finden, die über das Buch
-7-
verstreut sind. Wenn Sie dieses Buch dennoch von vorn bis
hinten lesen, werden Sie gelegentlich feststellen, dass ich
manche Informationen wiederholen musste, damit jeder Info-
Block für sich stehen kann. Natürlich hat diese Knappheit auch
ihre Nachteile. Auf drei Seiten kann ich bei keinem Thema
besonders in die Tiefe gehen. Sie werden hier kaum historische
Zusammenhänge finden und keine umfangreichen Erörterungen
der philosophischen Konsequenzen wissenschaftlicher
Entdeckungen. Aber das macht auch nichts - meine Kollegen
haben eine stattliche Anzahl von Büchern geschrieben, die
derartige Themen behandeln.
Welches sind heute die wichtigsten offenen Fragen der
Wissenschaft, und nach welchen Kriterien filtert man sie
heraus? Jedem Wissenschaftler erscheint natürlich das eigene
Forschungsgebiet am wichtigsten, und er räumt nicht gerne ein,
dass ein anderes Thema vielleicht noch bedeutender sein mag.
Dennoch sind, um George Orwell abzuwandeln, alle Ideen zwar
gleich, aber manche noch gleicher als andere. Es ist eine
unbestrittene und in der Welt der Wissenschaft auch tausendfach
beschriebene Tatsache, dass manche Fragen einfach wichtiger
sind als andere.
Als ich das erste Mal darüber nachdachte, war ich zunächst
geneigt, alle wichtigen wissenschaftlichen Fragen in der
Reihenfolge ihrer Bedeutung von l bis 93 aufzulisten. Diese Idee
gab ich aber wieder auf, als ich überlegte, ob ich in einer
solchen Liste wirklich eine vernünftige Entscheidung zwischen
den Punkten 77 und 82 treffen könnte. So beschloss ich, eine
»Top-Ten-Liste« der zehn wichtigsten Fragen
zusammenzustellen und die übrigen nach Themenkreisen zu
ordnen. In gewissem Maße ist die Auswahl der Themen zu
einem solchen Buch genauso subjektiv und willkürlich wie die
Aufnahme von Fragen in die Top-Ten-Liste. Ich behaupte aber,
dass diese Entscheidungen viel weniger beliebig sind, als Sie
vielleicht glauben. Der Grund hat mit dem Aufbau der
-8-
Wissenschaft zu tun. Das Wissen entspricht einem Baumstamm,
bei dem um das Kernholz eine dünne Schicht lebendes Gewebe
heranwächst. Die grundlegenden wissenschaftlichen Prinzipien -
Newtons Bewegungsgesetze, die natürliche Auslese und anderes
- befinden sich im Kern und dürften sich kaum noch verändern.
Doch um diesen Kern herum arbeiten Forscher daran, zu
unserem Wissen beizutragen, und dort werden die Antworten
auf die Fragen in diesem Buch gegeben. Im Grunde sind die in
diesem Buch behandelten Fragen also das Ergebnis einer
Beobachtung der Wissenschaft und eine Auswahl der erzielten
Fortschritte. Die Auswahl der Themen dieses Buches und der
Top-Ten-Liste erfolgte anhand einer Reihe von Kriterien, im
Wesentlichen der folgenden (nicht unbedingt in der Reihenfolge
ihrer Wichtigkeit):
Ist das Problem bedeutungsvoll? Fragen zum Ursprung und
Aufbau des Weltalls haben seit Jahrtausenden das menschliche
Denken angeregt. Fortschritte in diesem Bereich sind schon an
sich bedeutend, und die Aufnahme solcher Fragen bedarf keiner
weiteren Rechtfertigung.
Ist eine Lösung (oder ein wichtiger Fortschritt) in naher
Zukunft wahrscheinlich? Ich habe weniger Wert auf solche
Fragen gelegt, die in den nächsten zehn Jahren vermutlich nicht
geklärt werden. Aus diesem Grund befasst sich eine der Top-
Ten-Fragen mit den chemischen Ursprüngen des Lebens,
während Fragen über das Leben auf anderen Planeten später, in
den Kapiteln über Astronomie und Planeten, behandelt werden.
Wird die Antwort unser Leben verändern? Wissenschaft und
Technologie greifen in unser Leben ein. Viele Themen aus den
Bereichen Biologie, Medizin und Technologie wurden
aufgenommen, weil sie große Konsequenzen für uns haben
dürften.
Ist das Thema von großem öffentlichem Interesse? Einige der
Themen, die für Wissenschaftler von größter Bedeutung sind,
interessieren die Öffentlichkeit nicht besonders, und umgekehrt.
-9-
Die Suche etwa nach außerirdischer Intelligenz und Theorien
der Zeitreise rangieren bei den meisten Wissenschaftlern auf der
Liste der ungeklärten Probleme nicht besonders weit oben, sind
für die breite Öffentlichkeit aber von hohem Interesse und
tauchen häufig in den Medien auf. Ernster gesprochen
beschäftigt uns die Evolution des Menschen viel mehr als die
anderer Arten, obwohl es für diese Vorliebe keine stichhaltige
wissenschaftliche Begründung gibt.
Hat die Frage Auswirkungen auf die Art und Weise, wie wir
Wissenschaft betreiben? Gelegentlich wirken sich neue
Fortschritte auf einem Gebiet stark auf eine ganze Reihe anderer
Wissenschaften aus, und zwar manchmal mit überraschenden
Folgen. Deshalb habe ich Fragen aufgenommen, die mit
Computersimulation und der Lösbarkeit mathematischer
Probleme zu tun haben.
Ist die Frage repräsentativ für einen ganzen Themenbereich?
Viele Aspekte der Wissenschaft eignen sich nicht für kurze
Antworten, weil die Forschung oft eine ganze Reihe verwandter
Probleme abdeckt und nicht ein scharf umrissenes Gebiet. In
einem solchen Fall wähle ich eine Frage stellvertretend für den
gesamten Bereich aus. Die Geschichte des Planeten Pluto zum
Beispiel steht für all die kleinen, aber feinen Fragen zu unserem
Sonnensystem.
Besitzt die Frage Konsequenzen für die Politik? Unser
Verständnis der Welt prägt unser Verhalten. So habe ich
Umweltfragen wie etwa die mögliche Erwärmung durch den
Treibhauseffekt und die Reinigung von Giftmüll aufgenommen,
obwohl diese Themen aus rein wissenschaftlicher Sicht
vielleicht nicht zu den wichtigsten gehören.
Macht es Spaß? Ich bin auch nur ein Mensch. Manchmal
finde ich ein Thema einfach besonders spannend und amüsant.
Solche Fälle habe ich, oft gegen den klugen Rat von
Herausgebern und Freunden, in das Buch aufgenommen. Wenn
Sie meine Begeisterung für Killerbienen (Seite 263) nicht teilen,
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