Falling Walls 2009 - von Menschen und Mauern

Diese Konferenz will die Mauern der Einzeldisziplinen überwinden. Um weltbekannte Experten aus verschiedenen Wissenschaftsgebieten zusammen zu bringen und so die Berliner Einstein Stiftung zu eröffnen, fand am 9. November 2009, 20 Jahre nach dem Fall der Berliner Mauer, eine Konferenz statt, die auf der Welt ihresgleichen sucht. Denn unter den mehr als zwanzig Fachleuten, die bei der Falling Walls Conference über ihre Arbeit und deren Zukunftsaussicht referierten, waren Psychologen, Chemiker und Anthropologen genauso zu finden, wie Physiker, Alt-Philologen, Neurowissenschaftler, Mathematiker, Immunologen, Historiker, Wirtschafts- und Ernährungswissenschaftler und sogar ein Friedens-Nobelpreisträger. Die großen Probleme unserer Zeit wurden in den fünf Sitzungen zu den Mauern unserer Wurzeln, unseres Lebens, unseres Universums, unseres Geistes und unserer Zukunft adressiert. In Vorträgen über die stammesgeschichtliche und individuelle Entwicklung des Menschen und dessen Kultur, das Wissen über die Regeln, nach denen die Natur spielt und die sich daraus eröffnenden Möglichkeiten zur Lösung aktueller Probleme wie Impfstoffmangel, Übergewicht, künftige Energieerzeugung oder Neuromedizin wurde kaum ein aktuelles Thema ausgespart. Im folgenden Stellen wir Ihnen einige Höhepunkte der Konferenz kurz vor.

Energie für die Zukunft

Bio-Brennstoffzelle

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Mithilfe des Enzyms Hydrogenase, kann teures Platin vielleicht in Zukunft in Brennstoffzellen ersetzt werden. Denn Hydrogenasen katalysieren die Spaltung von molekularem Wassertstoff zu zwei Protonen und zwei Elektronen. Die Elektronen können in einer Brennstoffzelle genutzt werden, um - unter Reaktion mit Sauerstoff - Energie zu erzeugen. Als einziges Restprodukt entsteht Wasser.

Die hochaktuelle Frage der zukünftigen Energiesicherung wurde gleich von mehreren Referenten aufgegriffen, die kontroverse Lösungsansätze wie das Desertec-Projekt für Strom aus der Wüste, Kernfusion und die Nutzung künstlicher Photosynthese vorstellten. Matthias Driess, Chemiker an der TU Berlin und Sprecher des Exzellenzclusters UniCat in Berlin und Brandenburg, propagierte Wasserstoff als künftigen Energieträger. Der Ansatz, den dieses Exzellenzcluster verfolgt, nutzt biologische Katalysatoren, also Enzyme, um teures Platin in Brennstoffzellen zu ersetzen. Platin ist nicht nur ein großer Kostenfaktor. Da seine Vorräte begrenzt sind, stellt es auch einen natürlichen Flaschenhals für klassische Brennstoffzellen dar. Als Biokatalysator dient das Enzym Hydrogenase. Es spaltet molekularen Wasserstoff in zwei Protonen und zwei Elektronen. Durch diesen biochemischen Helfer wird einerseits eine überlegene Bio-Wasserstoff-Brennstoffzelle möglich. Andererseits spielt dieses Enzym bei der Erzeugung von sogenannten "solar fuels", also Kraftstoffen, die mithilfe von Sonnenlicht erzeugt werden, eine tragende Rolle. Gekoppelt an das Molekül Photosystem, dass in Pflanzen die Photosynthese ermöglicht, kann man damit aus Wasser direkt Wasserstoff gewinnen. Lediglich Sonnenlicht ist als Energiequelle nötig. Dass diese beiden Anwendungen technisch möglich sind, wurde schon demonstriert und schürt so die Hoffnung in diesen Forschungszweig.

Seltsame Quantenwelt

Alain Aspect

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Alain Aspect - der Quantenoptiker wies mit Polarisationsexperimenten die Verletzung der Bellschen Ungleichung nach.

Grundlegenden Problemen der Seltsamkeit der Quantenphysik widmete sich Alain Aspect vom Institut d'Optique in Orsay. Der Franzose berichtete von seinen Experimenten in den achtziger Jahren des letzten Jahrhunderts, mit denen er dazu beitrug die Verletzung der Bellschen Ungleichungen bei Messungen an verschränkten Photonen zu zeigen. Diese Ungleichungen geben Schranken für Mittelwerte von Messwerten an und gelten in allen physikalischen Theorien, die real und lokal sind. In einer solchen Theorie stehen die Messwerte bereits vor der Messung und unabhängig von dieser fest (Realismus). Außerdem können zwei im Experiment erzeugte Teilchen nicht so miteinander über Entfernungen in Wechselwirkung treten, dass die Messung an einem der Teilchen augenblicklich das Messergebnis des anderen Teilchens beeinflusst (Lokalität). Durch ihre Arbeiten haben Aspect und seine Gruppe nachgewiesen, dass die Quantenmechanik keine lokale und reale Theorie ist. Über dieses Problem hatten schon Bohr und Einstein anlässlich der Kopenhagener Deutung der Quantenmechanik allein auf Grundlage von Gedankenexperimenten gestritten. In einem weiterführenden Experiment, das von John Archibald Wheeler erdacht wurde, versuchte man den Welle-Teilchen-Dualismus näher zu untersuchen. Wie sich gezeigt hat, entscheidet die Messmethode darüber, ob sich ein Quantenobjekt in einem Doppelspaltexperiment als Welle oder als Teilchen verhält. Sobald sich beispielsweise in einem Doppelspaltexperiment mit Photonen mithilfe der Messmethode bestimmen lässt, durch welchen der zwei Spalte ein einzelnes Lichtquant passiert ist, wird es sich verhalten wie ein Teilchen. Bekommt es aber die Chance durch beide Spalte gleichzeitig zu schlüpfen und dann mit sich selbst zu interferieren, wird es Welleneigenschaften offenbaren, solange man nicht zu messen versucht, welchen Spalt es durchquert hat. In dem Wheeler-Experiment wird die Entscheidung für eine der Messmethoden auf den Zeitpunkt nach dem Durchgang durch den Doppelspalt verschoben. Die aktuellen Ergebnisse aus Frankreich zeigen, dass, obwohl die Wahl der Messmethode eindeutig nach dem Durchgang durch den Doppelspalt geschieht, diese Entscheidung immer noch den Wellen- oder Teilchencharakter bestimmt. Dies ist mit klassischer Kausalität nicht zu erklären und zeigt einmal mehr, dass die Quantenmechanik unserem Geist Streiche spielt.

Ge(h)danken eines Affen

Affe steuert Roboterarm.

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Der Gruppe um Nicolelis ist es gelungen einen Roboterarm von einem Affen fernsteuern zu lassen.

Ganz andere Probleme treten auf, wenn der Geist aufgrund eines Unfalls oder einer Krankheit den Körper nicht mehr richtig zu steuern vermag. Doch auch hier versucht die moderne Neurowissenschaft Mauern zu durchbrechen. Miguel Nicolelis von der Duke University in Durham, North Carolina (USA) erläuterte etwa, wie man durch sogenannte Neuroprothesen Maschinen mit der Kraft der Gedanken steuern und neurologische Krankheiten wie Parkinson therapieren kann. Seiner Gruppe ist es gelungen, einen Affen, dessen Hirnsignale mittels eines Elektroden-Array aufgezeichnet wurden, in die Lage zu versetzen, einen Roboter allein durch Hirnaktivität zum Gehen zu bringen. Sobald der Affe auf einem Laufband zu gehen begann, setzte sich auch der Roboter in Bewegung, der sich tausende Kilometer entfernt in Japan befand. Diese Fernsteuerung des Roboters durch den Affen funktioniert auch noch, wenn das Laufband nach einiger Zeit ausgeschaltet wird. Folglich müssen Areale im Gehirn des Affen, die keine motorische Funktion haben, die Signalmuster des Laufens übernommen haben. Ferner stellte Nicolelis eine Neuroprothese vor, die die Symptome von Parkinson-Patienten lindern kann und deutlich weniger invasiv ist als bisherige Hirn-Schrittmacher, da sie nicht ins Gehirn sondern ins Rückenmark implantiert wird.

An diesem Tag konnten Wissenschaftler mit ganz verschiedenen fachlichen Hintergründen Blicke über Mauern und durch Ritzen in die Arbeitsgebiete ihrer Kollegen werfen. Diese Freiheit, zumal am Jahrestag des Falles der Unfreiheit, verkörpert durch die Berliner Mauer, sollte nicht einen Höhepunkt, sondern einen Startpunkt für intensive Diskussionen über und mit Wissenschaft und Gesellschaft bilden.