Der Kosmos - eine Harmonie der Zahlen?

Die modernen Naturwissenschaften gründen auf der Mathematik. Die Mathematik ist die Sprache, deren innere Logik auf die Logik der Wirklichkeit abgestimmt zu sein scheint. Die Konzentration auf Zahlen als Mittel zum Verständnis der physikalischen Welt begann mit der Überzeugung der Pythagoräer, die wahre Bedeutung der Natur liege in harmonischen Verhältnissen: die Himmelssphären der Planeten wurden mit kosmischen Harmonien assoziiert, und Mystiker verglichen die Mathematik mit der Komposition einer kosmischen Symphonie durch viele unabhängige Komponisten, die alle zum großen Schlußakkord hinführen.

Für Platon war die materielle Welt der sichtbaren Dinge nur ein Schatten der wahren Wirklichkeit ewiger Ideen und unwandelbarer Formen. Die jenseitige Welt der Ideen erläuterte er am Beispiel der vier ursprünglichen Elemente, die er durch geometrische Körper symbolisiert sah: die Erde durch einen Würfel, das Wasser durch einen Ikosaeder, die Luft durch einen Oktaeder und das Feuer durch einen Tetraeder. Die Umwandlung eines Elementes in ein anderes wird durch das Verschmelzen und Verwandeln von Dreiecken erklärt. Die sichtbare Welt der Sinnesdaten ist nur ein unvollkommenes Abbild der letzten Wirklichkeit der Ideen, und diese ist im ihrem tiefsten Grund mathematisch strukturiert.

Aristoteles sah die Beziehung zwischen Mathematik und Natur anders. Für ihn war die Mathematik nur eine oberflächliche Darstellung eines Teils der physikalischen Realität. Während die Mathematik nur die quantifizierbaren Aspekte der Welt beschrieb, war die Physik viel weitreichender und umfaßte die irdische Wirklichkeit wahrnehmbarer Dinge. Aristoteles formulierte drei autonome Bereiche theoretischen Wissens: Physik, Mathematik und Metaphysik, die jeweils abstraktere Niveaus der Realitätsbeschreibung darstellen.

Im Mittelalter wurde dieser Konflikt zwischen den platonischen und aristotelischen Ansichten neu belebt und mit Ideen der frühen christlichen Theologie verknüpft. Für Augustinus waren die Dinge zu Beginn nach Maß, Zahl und Gewicht oder nach dem Vorbild der Zahlen erschaffen worden; er sah darin ein Kennzeichen für den Geist Gottes. Die Mathematik nahm deshalb einen wesentlichen Platz im mittelalterlichen Quadrivium aus Arithmetik, Geometrie, Musik und Astronomie ein.

Roger Bacon glaubte, das mathematische Wissen sei eine eindeutige Form des Denkbaren, die die Natur ebenso kennt wie wir. Bacon war ein Meister darin, die Eigenschaften der Welt mit Hilfe der Mathematik zu beweisen. Am faszinierendsten waren seine topologischen Beweise für den Aufbau der Welt: er behauptete, das Universum müsse sphärisch sein, sonst würde seine Rotation ein Vakuum erzeugen. Gäbe es ein weiteres Universum, so müßte das auch sphärisch sein; zwischen diesem und unserem müßte es dann eine antiaristotelische Leere geben.

Mit dem Aufkommen der Naturwissenschaften wurden die numerischen Beziehungen zwischen den Dingen betont. In der mechanistischen Weltanschauung von Galilei, Newton und anderen zielt die mathematische Beschreibung der Natur dahin, daß ein nicht mehr reduzierbares Minimum an Annahmen bestimmt wird, das die Gesetzmäßigkeit der Natur erfassen kann. Leibniz suchte nach einer Erklärung für die harmonische Beziehung zwischen den Fähigkeiten und Wahrnehmungen unseres Geistes und der Struktur der physikalischen Welt unserer Erfahrung. Er löste dieses Geist-Materie-Problem dadurch, daß er eine prästabilisierte Harmonie zwischen den mathematischen Erkenntnissen des Verstandes und der Struktur der äußeren Welt annahm. Mermite nahm eine metaphysische Existenz zwischen den Welten der Mathematik und der Physik an, an der der Geist Anteil hat. Implizit wies er auf abstrakte mathematische Ideen und Begriffe hin, welche die Quelle sowohl unserer mathematischen Ideen als auch der Struktur der physikalischen Welt sind.

Rätselhaft blieb, in welchem Ausmaß die für die Eindeutigkeit der wirklichen Welt notwendigen Merkmale - die genauen Werte der Naturkonstanten, die Wahl zwischen der einen oder anderen Form einer Gleichung - zusätzlich zur Mathematik benötigt werden. Beispielsweise wird in Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie die Kopplung von Materie mit der Geometrie der Raumzeit nicht allein durch die Mathematik diktiert: auch die Erhaltung von Energie und Impuls muß gewährleistet sein. Außerdem ist kein Grund ersichtlich, warum die Geometrie von Raum und Zeit ausgerechnet durch die von Riemann angegebene gekrümmte Geometrie beschrieben werden sollte. Vielleicht lassen sich die Gesetze der Natur eines Tages allein aus mathematischen Formalismen ableiten; Einsteins Suche nach einer einheitlichen Feldtheorie, die die bekannten Beschreibungen der Gravition und des Elektromagnetismus verknüpfen konnten, und das Bemühen der heutigen Elementarteilchenphysiker um eine "Weltformel", die das Wirken der Teilchen und Kräfte im Kosmos vollständig beschreibt, sind Beispiele für diese Bestrebungen.

Apollonius von Ferge entwickelte im 2.Jahrhundert v.Chr. seine Mathematik in der Tradition von Archimedes und Euklid. Seine "Elemente der Kegelschnitte" stellen bis in die Neuzeit die Grundlage für die Beschreibung aller geometrischen und algebraischen Eigenschaften von Ellipsen, Parabeln und Hyperbeln dar. Ohne dessen Vorarbeiten hätte Kepler nicht die für die Theorie der Planetenbewegungen notwendigen mathematischen Beschreibungen gekannt. Später erhellte Newtons Herleitung der Keplerschen Gesetze aus einem Gravitionsgesetz die volle physikalische Bedeutung von Parabeln, Ellipsen und Hyperbeln bei der Beschreibung der Bahnen von Körpern, die sich in zentralen Kraftfeldern wie dem Gravitationsfeld bewegen.

Von entscheidender Bedeutung für die Physik des 20.Jahrhunderts waren die Entwicklung der nichteuklidischen Geometrie durch Riemann und die Untersuchung der Tensoren. Tensoren werden durch ihr spezifisches Verhalten bei Koordinatentransformationen definiert. Der Tensorkalkül war genau das Hilfsmittel, das Einstein für seine Formulierung der Allgemeinen Relativitätstheorie benötigte. Die nichteuklidische Geometrie beschreibt die Verzerrung von Raum und Zeit in Anwesenheit von Massenenergie, während das Verhalten von Tensoren sicherstellt, daß jedes in Tensorsprache geschriebene Naturgesetz unabhängig vom Bewegungszustand des Beobachters seine Form behält.

Eine bestimmende Rolle in der modernen Physik spielt die Symmetrie. Deren Untersuchung fällt für den Physiker in den Bereich der Gruppentheorie. Gruppen wurden überwältigend genau von dem Norweger Lie untersucht. Die Tiefe und Reichweite dieser Entwicklung und die Art, wie sie scheinbar ganz verschiedene Bereiche der Mathematik in einem neuen Licht sehen ließen, führten Poinaré zu der Verhauptung, Gruppen seien "die ganze Mathematik". Tatsächlich stellt die systematische Klassifizierung der Symmetrie und ihre Kanonisierung in der Gruppentheorie die Grundlage eines großen Teils der modernen Physik dar. Die Natur scheint die Symmetrie zu lieben.

Eine weitere Basis moderner Physik stellen unendlich-dimensionale Fassungen des euklidischen Raums, sogenannte Hilberträume, dar; diese abstrakte Mathematik wurde von David Hilbert in den ersten Jahren des 20. Jahrhunderts entwickelt. Diese Räume bilden die Grundlage für die mathematische Formulierung der Quantenmechanik und der meisten modernen Theorien von Wechselwirkungen zwischen Elementarteilchen.

Sehr viele physikalische Vorgänge lassen sich mathematisch durch Lösen von Differentialgleichungen beschreiben, so z.B. die Schwingungen einer Geigensaite durch eine Lösung der Schwingungsgleichung, der Temperaturausglich längs eines geheizten Drahtes durch die Lösung der Wärmegleichung oder die eindimensionale Bewegung eines Elektrons in einem Potential quantenmechanisch durch eine Lösung der stationären Schrödingergleichung. Allgemein sind Differentialgleichungen solche Gleichungen, in denen die gesuchten Funktionen samt ihren Ableitungen vorkommen. Es sind Rechenvorschriften, die den zukünftigen Zustand eines Systems zu bestimmen erlauben. Eine Differentialgleichung ist gelöst, wenn ein Ausdruck gefunden ist, der uns sagt, welche Zustände bei vorgebenen Anfangszustand in Zukunft möglich sind und wann und wo sie entstehen. Die Wirksamkeit der Differentialgleichungen läßt sich auf drei voneinander unabhängige Komponenten zurückführen:

1. der algorithmischen Struktur, wie sich also der zukünftige Zustand aus dem heutigen berechnen läßt,
2. dem Anfangszustand, bzw. den Anfangsbedingungen,
3. einigen Konstanten, die sich bei der Anwendung des Algorithmus nicht ändern; diese Größen nennt man Naturkonstanten.

Wir können aufgrund von Symmetrieprinzipien die allgemeine Form von Algorithmen, die als Naturgesetze zulässig sind, vorhersagen und herleiten; sie müssen bestimmten Einschränkungen genügen, um mit den Beobachtungen in Übereinstimmung zu sein, und gelten ganz allgemein.

Die Situation ist jedoch in Bezug auf Anfangsbedingungen und Naturkonstanten ganz anders. Anfangsbedinungen und Naturkonstanten sind die bedeutungstragenden Eigenschaften der Welt, die nicht durch ihre Gesetze, wie wir sie heute verstehen, bestimmt sind. Die Unabhängigkeit der Anfangsbedingungen von den Naturgesetzen ist normalerweise ein Maß für ihre Nützlichkeit. Im kosmologischen Bereich wird diese Allgemeinheit jedoch ein Ärgernis: es gibt nur ein Universum, aber die Einsteinschen Gleichungen, die seine Entwicklung bestimmen, lassen die freie Wahl seiner Anfangsbedingungen irgendwie eingeschränkt.

Bei den Naturkonstanten stellt sich die Frage, warum Konstanten in Gleichungen, die Naturgesetze darstellen, genau diese Zahlenwerte haben. Einige Physiker glauben, daß wir irgendwann einmal die Werte der Fundamentalkonstanten berechnen und die Anfangsbedingungen des Weltalls angeben können; dazu müssen wir aufgrund eines Prinzips der inneren Widerspruchsfreiheit zeigen, daß es für alle eine und nur eine logische Wahl gibt.

Differentialgleichungen geben einen Zusammenhang zwischen den zeitlichen und räumlichen Veränderungen eines Systems und seinem momentanen Zustand. Die Darstellung der Naturgesetze als Differentialgleichungen oder Algorithmen hängt mit einem traditionellen Verständnis der Beziehung von Ursache und Wirkung im Universum zusammen. Außerdem nehmen die meisten Bilder der physikalischen Welt an, daß die Grundbegriffe - Felder, Raum und Zeit - stetige Größen sind und keine diskreten Einheiten. Gegenwärtig sind die meisten Physiker von allumfassenden Symmetrien begeistert und suchen in der Grundlagenphysik nur nach stetigen Bildern. Doch es ist nicht geklärt, ob die Wirklichkeit ein Kontinuum darstellt oder nicht.

Die sogenannte "Kochsche Schneeflockenkurve" ist eine Kurve unendlicher Länge, die zwar überall zusammenhängend und damit stetig, aber nirgendwo differenzierbar ist. Später kristallisierte sich heraus, daß solche Kurven die Regel darstellen, während reguläre Kurven wie der Kreis zwar interessante, aber doch ziemlich spezielle Gebilde sind. Dies waren die ersten Vorarbeiten zur "Fraktalen Geometrie", welche mit solchen mathematischen Ungetümen arbeitet. Es stellte sich heraus, daß den Formen der Natur solche fraktalen Muster zugrunde liegen.

Und nicht nur das. Viele natürliche Prozesse hingen so empfindlich von Anfangsbedingungen ab, daß eine Vorhersage ihres Endzustandes nicht zuverlässig möglich war, obwohl die Gesetze, auf denen ein solches System basiert, streng deterministisch sind. Es scheint so, daß die Welt in ihrer Grundstruktur nichlinear ist, daß sie aber aus dem deterministischen Chaos immer wieder Inseln der Ordnung hervorbringt, auf denen unsere einfachen linearen Gesetze angewendet werden können.

Die Diskretheit subatomarer Quantenwelten und die Nichtlinearität chaotischer Systeme zerstörten den Traum von einem kontinierlich-linearen Uhrwerks-Universum, in dem alles vorhersagbar ist. Und wie verhielt es sich mit den kosmologischen Anfangsbedingungen? In der Geburtsstunde des Universums versagen die herkömmlichen Gesetze von Relativitäts- und Quantentheorie, die Begriffe Raum, Zeit, Energie und Symmetrie verlangen neue Definitionen. Die Mathematik ist eine Sprache, deren innere Logik unerwartet gut auf die Logik der Wirklichkeit abgestimmt ist. Aber warum sollten die Kategorien des Denkens gerade so beschaffen sein, daß sie die reale Welt in ihrer Gesamtheit und ihrem Wesen nach erfassen können? Und warum sollten die Gesetze des Kosmos in einer Sprache abgefaßt sein, die unser Verstand entschlüsseln kann?

Vom Wesen der Mathematik

Was ist das Wesen der Mathematik? Es lassen sich vier grundlegende Auffassungen von der Mathematik unterscheiden:

Der Formalismus vermeidet jede Diskussion über die Bedeutung der Mathematik; er definiert die Mathematik als die Mengen aller Herleitungen, die sich aus allen möglichen widerspruchsfreien Axiomen bei Anwendung aller Schlußregeln gewinnen lassen. Dieses Netz logischer Zusammenhänge umfaßte für die frühen Formalisten alle mathematische Wahrheit. Doch Kurt Gödel zeigte, daß es Aussagen geben muß, deren Wahrheit oder Falschheit sich niemals aus den Beweisregeln ableiten läßt. Die Mathematik ist also nicht ein rein logisches Spiel wie Schach oder Go.

Der Inventionismus sieht die Mathematik als eine rein menschliche Erfindung. Wie Musik oder Literatur ist sie eine Erfindung des menschlichen Geistes. Die Mathematik hat sich als das nützlichste geistige Gerüst erwiesen, das uns bei unserem Weg durch die physikalische Welt helfen kann. Wir können nur jene Aspekte der Wirklichkeit erklären, die sich mathematisch beschreiben lassen. Die Mathematik ist deshalb effektiv, weil wir mathematische Mittel erfunden haben, die in jedem Einzelfall die Aufgabe am besten erfüllen. Nach Niels Bohr entwickelten sich unsere Kategorien des Denkens, jene geistigen Filter der Sinnesdaten, die wir der Welt entnehmen, zur Orientierung in unserer Umgebung und zur Organisation menschlicher Gesellschaften.

Für den Platonismus dagegen gibt die Mathematik einen Hinweis auf die letzte Wirklichkeit der Welt der Ideen, welche die sichtbare Welt der Sinnesdaten überschattet. Es gibt eine jenseitige, vollkommen geistige Welt, und die Mathematik ist eine Form objektiver allgemeingültiger Wahrheit.

Der Konstruktivismus ähnelt dem Operationalismus, der die Dinge durch den Vorgang definiert, durch den sie ausgeführt oder konstruiert werden können. Aussagen erhält man in einer endlichen Folge von schrittweisen Konstruktionen.

Mathematische Strukturen sind ein Konstrukt des menschlichen Geistes, der auf der Aktivität von Nervenzellen beruht. Spiegeln unsere Gedanken nur unsere evolutionär erworbenen Erfahrungen wider, sind wir gefangen im Gedankenkreis unserer eigenen Erinnerungen? Wenn wir eine Computersimulation der Entwicklung des Universums einschließlich von Planeten wie der Erde konstruieren könnten, ließe sich dieses Modell im Prinzip so verfeinern, daß auch die Entwicklung wahrnehmungsfähiger Wesen möglich wäre, die sich ihrer selbst bewußt sind. Sie könnten Programmierregeln herleiten, die sie als Naturgesetze bezeichnen würden. Auch sie selbst entwickelten sich aus einem solchen Programm, dem genetischen Code. Weil es im Prinzip ein solches Programm gibt, ließe sich auch behaupten, wahrnehmbare Wesen existierten nur in einem Sinn, dessen Bedeutung einer solchen Simulation im Geist Gottes sein.

Die Mathematik beschreibt gleichsam das Skelett einer Welt, die hinter den reinen Erscheinungen zeigt. Bei der Suche nach dem Heiligen Gral, dem Schlüssel zu den tiefsten mathematischen Geheimnissen des Weltalls, begegnen wir immer wieder uns selbst, nicht wissend, ob wir nicht letztlich einer großen Illusion hinterherlaufen. Sind Atman und Brahman, Seele und Kosmos, Innenwelt und Außenwelt, Mathematik und Universum nicht letztlich zwei komplementäre Seiten einer einzigen Realität, ähnlich wie Welle und Teilchen oder Yin und Yang? Und sind wir einer nah an einer revolutionären Erkenntnis, die das uns bekannte Weltbild einstürzen läßt?

Die Fundamente der Physik

Die Physik ist diejenige Naturwissenschaft, welche die Gesetzmäßigkeiten und Prozesse in der Natur mit Hilfe mathematischer Kalküle zu beschreiben sucht. Forscher wie Aristoteles und Archimedes, Galilei und Kepler erfaßten bereits grundlegende Zusammenhänge wie die Hebel-, Fall- und Planetengesetze.

Ende des 19. Jahrhunderts präsentierte die Physik ein deterministisches Bild des Kosmos, das auf drei Säulen stand. Die erste Säule war Newtons Gravitationsgesetz, nach dem sich Massenpunkte durch Fernwirkungskräfte ohne Vermittlung eines Mediums beeinflussen. Der zweite Pfeiler hieß Feldtheorie. Aus Studien des Lichts, der Elektrizität und des Magnetismus konstruierte Maxwell 1870 eine einheitliche Feldtheorie: seine "Maxwell-Gleichungen" beschrieben das Licht als elektromagnetische Welle, die sich in elektrischen und magnetischen Feldern bewegt.

Zur gleichen Zeit wurde die dritte Säule entwickelt, die Thermodynamik. Diese Disziplin befaßte sich mit den Wärmeerscheinungen und versuchte, Wärme mit mechanischer und elektrischer Energie in Verbindung zu bringen. Der Erste und Zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagen, daß einerseits die gesamte Energie erhalten bleibt, wenn Wärme in Arbeit überführt wird, daß aber andererseits die Fähigkeit des Systems, zukünftig noch Arbeit zu verrichten, unumkehrbar abnimmt. Wärmetransporte laufen von selbst stets in Richtung des Temperaturgefälles ab. Das System strebt einer höheren Unordnung zu, und das Maß für diese Unordnung ist die Entropie. Schließlich gelang es, die Thermodynamik mit mechanisch-molekularen Vorstellungen zu vereinen und die neue Disziplin der Statistischen Physik zu schaffen. Die Gesetze der Wahrscheinlichkeit wurden dabei auf große Mengen von Molekülen angewandt.

Von fundamentaler Bedeutung für die Beschreibung der Veränderung eines Systems unter Einfluß von Kräften waren die Newtonschen Axiome (Mechanik) und die Maxwellschen Gleichungen (Elektrodynamik). Die technischen Anwendungen dieser Konstrukte waren die Dampfmaschine und die Elektrizität; die Zivilisation veränderte damit ihr Gesicht. Das Weltbild der Physik schien abgeschlossen zu sein.

Zahlreiche experimentelle Befunde, die bereits Ende des 19. Jahrhunderts vorlagen, waren jedoch mit den klassischen Theorien nicht erklärbar, so die Strahlung des Schwarzen Körpers, die Linienspektren aus Gasentladungen, der Fotoeffekt oder das Konzept des Äthers.

Im Jahr 1900 hielt Lord Kelvin einen Vortrag,, in dem er auf zwei dunkle Wolken hinwies, die am leuchtenden Horizont der klassischen Physik aufgezogen waren. Die dunklen Wolken betrafen den Begriff des "Äthers" und die spezifische Wärme von Gasen. Als Markstein für einen Durchbruch in der Misere, in der sich die klassische Physik um die Jahrhundertwende befand, kann die "Erklärung" der spektralen Verteilung in der Strahlung des Schwarzen Körpers durch Max Planck im Jahr 1900 angesehen werden.

Nachdem Newton die Geheimnisse der Gravitation und Maxwell die des Elektromagnetismus ergründet hatten, revolutionierten zu Beginn des 20.Jahrhunderts zwei faszinierende Gedankengebäude die physikalische Welt. Einstein deutete in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie die Gravitation als inhärente Eigenschaft der Raum-Zeit: Massen und - ihnen äquivalent - Energien verursachen Krümmungen des vierdimensionalen Raum-Zeit-Kontinuums. Zusammen mit der Speziellen Relativitätstheorie, die fordert, daß physikalische Gesetze beim Übergang von einem System in ein relativ dazu geradlinig-gleichförmig bewegtes anderes unverändert bleiben müssen, muß nach Einstein die Gleichwertigkeit aller Bezugssysteme angenommen werden. In unserer alltäglichen Umwelt verspüren wir allerdings nicht die Auswirkungen der Relativitätstheorien, diese kommen erst im Bereich großer Geschwindigkeiten (nahe der des Lichts) und enormer Gravitationskräfte zum Tragen.

In mikrokosmischen Dimensionen dagegen, im atomaren und subatomaren Bereich, entfaltet das Plancksche Wirkungsquantum h seine Kräfte. Eine wichtige Konsequenz der Quantentheorie ist der Dualismus von Welle und Teilchen: je nach Versuchsbedingungen erscheint alle Strahlung und alle Materie entweder als Welle oder als Korpuskel. Zwei unabhängige quantenmechanische Ansätze, Schrödingers "Wellenmechanik" und Heisenbergs "Matrizenmechanik" führten zu den exakt gleichen Resultaten.

Schrödinger ging von einem Wellenbild der Materie aus. Eine abstrakte Funktion, genannt Wellenfunktion Y ("psi"), beschreibt den Zustand eines Teilchens oder eines physikalischen Systems. Y hat zwar selbst keine anschauliche Bedeutung, erlaubt jedoch Wahrscheinlichkeitsaussagen über den Ort und andere physikalische Größen in dem beschriebenen System. Liegt ein System mit vielen Teilchen vor, so läßt sich der Mittelwert, genannt Erwartungswert, für bestimmte Eigenschaften präzise berechnen. Dieser Erwartungswert ist dann auch meßbar, und die Gesetze der Quantenphysik gehen in jene der klassischen Physik über.

In Heisenbergs Matrizenmechanik stand der Teilchenbegriff am Anfang; die meßbaren physikalischen Größen eines Teilchens wie Ort, Zeit, Impuls und Energie wurden in Matrizen angeordnet, und die Zustände des Teilchens wurden repräsentiert durch Vektoren in einem Zustandsraum. Die Heisenbergsche Bewegungsgleichung beschrieb die zeitlichen Änderungen der physikalischen Größen.

Nach der "Kopenhagener Deutung" der Quantentheorie sind "Welle" und "Teilchen" nur Krücken unserer Vorstellung. Zustände und statistische Wahrscheinlichkeiten eines unendlichdimensionalen Hilbertraums realisieren sich in unserer Wirklichkeit als Objekte und Kausalitäten.

Es gibt keine "Objektwelt", die wir uns in aller Ruhe anschauen können, denn jede Beobachtung, jede Messung beeinflußt das betrachtete Objekt. Die Beobachtung führt zu einem Kollaps der Wellenfunktion, und aus möglichen Zuständen werden "wirkliche" Objekte.

Die Kausalitätsstruktur unserer natürlichen Umwelt kommt dadurch zustande, daß die Makrowelt aus einer sehr großen Zahl von quantenphysikalischen Mikrozuständen zusammengesetzt ist, für die zwar nur Wahrscheinlichkeiten gelten, die aber durch die Summierung einer Vielzahl von Zuständen statistisch zu "Sicherheiten" werden, die sich in unserer Beobachterwelt zu Kausalitäten kristallisieren. Hinter unserem Kosmos steht eine geheimnisvolle quantenphysikalische Schattenwelt aus virtuellen Zuständen und Wahrscheinlichkeiten; erst durch den Akt der Beobachtung erscheinen sie uns als Welle, Teilchen oder in einer kausalen Struktur.

Die Welt der Elementarteilchen

Die Verbindung von Quantentheorie und Feldtheorie in der "Quantenfeldtheorie" liefert den allgemeinen theoretischen Rahmen für die Beschreibung der Elementarteilchen und der zwischen ihnen wirkenden Kräfte. Das Universum stellt sich danach als ein gigantischer Schauplatz sich gegenseitig beeinflussender Felder dar, wobei Elementarteilchen miteinander in Wechselwirkung stehen, indem sie winzige Energiepakete austauschen.

Die Wechselwirkungen zwischen den Teilchen unterliegen bestimmten Erhaltungssätzen, die auf Invarianzen bei Symmetrieoperationen beruhen. Aus der Homogenität des Raums folgt die Erhaltung des Impulses, aus der Homogenität der Zeit die Erhaltung der Energie, aus der Isotropie des Raums folgt die Erhaltung des Drehimpulses. Neben diesen Invarianzen, welche die raumzeitlichen Symmetrien betreffen, gibt es noch solche der Ladungsumkehr (C-Invarianz), der Raumspiegelung (P-Invarianz) sowie der Zeitumkehr (T-Invarianz).

Die Teilchen mit ganzzahligem Spin werden Bosonen genannt, die mit halbzahligem Spin Fermionen. Zu den Fermionen zählen Quarks und Leptonen. Bestimmte Quark-Kombinationen setzen sich zu Protonen und Neutronen zusammen, die sich dann mit Elektronen (die zu den Leptonen gehören) zu Atomen verbinden.

Die Bosonen sind die Träger der grundlegenden Kräfte zwischen den Teilchen: Die Starke Wechselwirkung hält die Atomkerne zusammen und wird von acht Gluonen übertragen. Die elektromagnetische Kraft koppelt elektrische Ladungen miteinander und wird durch das Photon vermittelt. Die Schwache Wechselwirkung ist für bestimmte Kernzerfälle verantwortlich und wird durch die intermediären Vektorbosonen übertragen. Die Gravitationskraft schließlich sorgt für die Anziehung zwischen Massen; ob ein "Graviton" diese Kraft vermittelt, ist noch hypothetisch.

Nach heutiger Auffassung sind die Elementarteilchen grundlegende strukturelle Einheiten, die durch bestimmte Symmetrieeigenschaften sowie eine Masse gekennzeichnet sind. Beim elementaren Wechselwirkungsprozeß sendet ein Elementarteilchen ein Wechselwirkungsteilchen aus und überträgt ihm einen Teil seiner Eigenschaften wie Energie, Impuls, elektrische Ladung oder "Farbe". Ein anderes Materieteilchen fängt ein solches Wechselwirkungsteilchen auf und erbt sozusagen die übertragenen Eigenschaften. Das gesamte Geschehen im Kosmos läßt sich als ein hochkomplexes Zusammenspiel dieser elementaren Prozesse verstehen.

Mit Hilfe von Eichfelder wird versucht, die fundamentalen Naturkräfte unter gemeinsamen Gesichtspunkten zu beschreiben. Weinberg und Salam gelangen eine Vereinheitlichung von Schwacher Wechselwirkung und Elektromagnetismus, und Quark-Verhalten und Starke Wechselwirkung konnten durch die Quantenchromodynamik beschrieben werden. Man konstruierte bereits Symmetriegruppen, mit denen sich Starke, Schwache und elektromagnetische Wechselwirkungen koppeln ließen: "GUTs" - Grand Unified Theories.

Spekulative Ansätze sind die "Supersymmetrie" und "Supergravitation", wobei allerdings die Existenz von "Supermaterie" gefordert wird. In einer solchen alles vereinigenden Theorie würden sich die Grundkräfte der Natur aus einer einzigen "Urkraft" herleiten; dies würde die Vereinigung von Quantentheorie und Allgemeiner Relativitätstheorie bedeuten. Doch die Quanten weigern sich, in einem durch Massen gekrümmten Raum zu leben, und die Schwerefelder der Massen entziehen sich jeder Beschreibung durch Quanten.

Erstaunlicherweise vereinfachen sich manche dieser Ansätze, wenn man sie in höheren Dimensionen betrachtet. Theodore Kaluza und Oscar Klein entwickelten eine fünfdimensionale Variante der Allgemeinen Relativität, in der die "Kompaktifizierung" (eine Art "Zusammenrollen") der fünften Dimension ein elektromagnetisches Feld erzeugt.

In der "Supergravitationstheorie" sind zumindest elf Raumzeit-Koordinaten zur vollständigen Beschreibung aller Wechselwirkungen notwendig, wobei vier Koordinaten (drei Raumdimensionen, eine Zeitdimension) ausgebreitet und sieben "zusammengerollt" sind.

Physiker wie John Schwarz, Michael Green und David Gross formulierten Theorien, in denen die grundlegenden Einheiten des Universums nicht punktförmige, sondern ausgedehnte, saitenförmige Objekte sind: Strings, die rotieren und vibrieren können. Die Superstringtheorie ist in einem zehndimensionalen Raum formuliert, wobei sechs Raumdimensionen "aufgewickelt" sind. Dieses Aufwickeln entspricht mathematisch der Bildung eines "Orbifolds" oder "Calabi-Yau-Raums", sechsdimensionale Räume mit einer besonderen Topologie. Eine weitere Konsequenz wäre die Existenz eines "Schattenuniversums" neben unserem Standarduniversum.

Die Existenz von parallelen Universen wird auch von anderer Seite vermutet. 1957 deutete Hugh Everett die Quantentheorie derart, daß bei jeder Messung, bei der zwischen zwei Zuständen entschieden wird, sich ein Universum aufspaltet. Die Unbestimmtheit des Quantensystems erzeugt eine mannigfaltige Wirklichkeit, in der sich das Universum fortwährend in eine Unzahl paralleler Universen aufteilt, die zwar physikalisch nicht verbunden, aber in gleich hohem Maße wirklich sind. Dieser Prozeß spaltet auch den Geist des Beobachters in zahlreiche Ebenbilder auf.

Die neuen Theorien über die Elementarteilchen sind Spekulationen, die teilweise durch ihre mathematische Eleganz bestechen, allerdings experimentell kaum beweisbar oder widerlegbar sind. In diesen Theorien werden so kleine Bereiche von Raum und Zeit und so hohe Energien beschrieben, daß kein irdischer Hochenergiebeschleuniger sie je wird untersuchen können. Solche Energien und Dimensionen waren nur zum Zeitpunkt der Geburt des Universums realisiert.

Ursprung und Entwicklung des Universums

Obwohl die "Steady State" - Theorie, nach der sich das Universum in einem Zustand ständiger Neuschöpfung von Materie befindet, ohne jemals einen Anfang in der Zeit gehabt zu haben, von einigen Wissenschaftlern wie Fred Hoyle favorisiert wird, übt die Urknall-Theorie eine stärkere Faszination auf die Menschen aus. Die von Hubble beschriebene Rotverschiebung der Galaxien sowie die von Penzias und Wilson nachgewiesene kosmische Hintergrundstrahlung bedeuteten große Pluspunkte für das Big Bang - Modell. Verfolgt man die Expansionsbewegung des Universums in die Vergangenheit zurück, so errechnet sich der Anfang von Raum und Zeit auf ein Datum von vor etwa 10 bis 20 Milliarden Jahren. Dieser Anfang entsprach einem Zustand unendlich hoher Dichte und unendlicher Temperatur und ist mit einer "Singularität" zu vergleichen, wie sie in Schwarzen Löchern vorkommt.

Das frühe Universum existierte in einem hochenergetischen symmetrischen Zustand. Es stellte sich jedoch heraus, daß von einem Anfangszustand aus sich die heutigen Erscheinungsformen nicht durch einfache Expansion hätten entwickeln können. Alan Guth formulierte daraufhin seine Theorie des "inflationären Weltalls". Kurz nach dem Urknall war das Universum sehr heiß und chaotisch; Starke, Schwache und elektromagnetische Wechselwirkung waren zu einer einzigen Kraft vereint. Aufgrund der hohen Energiedichte und Quanteneffekten kam es dann zu einer Aufblähung des Weltraums; dieser Prozeß lief so schnell ab, daß man statt von einer Expansion von einer Inflation sprach. Während dieser inflationären Wachstumsepoche entstand wahrscheinlich die gesamte Energie und Materie des Universums.

Dieses Inflationsmodell erfuhr später Verfeinerungen, insbesondere durch den Russen Andrej Linde. Demnach entsprach das frühe Universum einer Art "Quantenschaum", aus denen sich durch Quantenfluktuationen Regionen "herauslösten", die zu Universen wurden. Demnach bestünde unser Kosmos aus einer großen Zahl von Universen mit unterschiedlichen physikalischen Gesetzen. Dieses "Multiversum" oder "Omniversum" kann man sich als einen wabernden Raum-Zeit-Schaum vorstellen, wobei Fluktuationen eingefroren werden und sich zu inflationär expandierenden Blasen entwickeln.

In der Entwicklung unseres Universums nach der Epoche der Inflation teilte sich die Urkraft durch Symmetriebrechung und Phasenübergänge in die bekannten Grundkräfte auf. Der Weltraum war mit einem strahlenden Gas wechselwirkender Teilchen wie Quarks, Leptonen und Gluonen angefüllt, die allesamt riesige Energien aufwiesen und sich frei ineinander umwandeln konnten, wie es die Erhaltungssätze erlaubten. Durch Symmetriebrüche kam es zu einem leichten Überschuß der Quarks gegenüber den Antiquarks, bei deren gegenseitiger Vernichtung nur Quarks übrigblieben. Hieraus erklärt sich, warum das heutige Universum fast ausschließlich Materie und keine Antimaterie enthält.

Das Weltall kühlte weiter ab, Energie gefror zu Materie, und es bildeten sich die großräumigen Strukturen aus. Bei großangelegten Durchmusterungen des Himmels zeigten sich neben riesigen Galaxiensuperhaufen auch Regionen, in denen keine einzige Milchstraße zu finden war, die sogenannten kosmischen Leerräume. 1989 berichteten John P. Huchra und Margaret J. Geller über die Entdeckung eines gigantischen Galaxien-Gewölbes mit einer Ausdehnung von 500 Millionen Lichtjahren, das von den beiden "Great Wall" getauft wurde. Diese Große Mauer ist angeblich nur Bruchstück eines ungeheuer großen Ballons, wobei die Haut der Blase nur eine Dicke von 15 Millionen Lichtjahren hat.

Zur Stabilisierung solcher Strukturen ist allerdings viel mehr Masse erforderlich, als in der sichtbaren Materie enthalten ist; das gleiche gilt auch für ganz normale Galaxien wie unsere eigene Milchstraße. So wurde neben der sichtbaren Materie die Existenz von "Dunkler Materie" postuliert, um den fehlenden Massenbestand auszugleichen. Lange Zeit galten die Neutrinos als geeignete Teilchen für die Erklärung Dunkler Materie, andere Kandidaten sind die "Axionen", deren Existenz aus den C- und P-Symmetrien folgt, ferner das "Photino", in der Theorie der Supersymmetrie der Superpartner des Photons, sowie die "Strings".

Die Existenz von Dunkler Materie gewann auch in einem anderen Zusammenhang an Bedeutung: Die Milchstraße und die ihr benachbarten Galaxien driften, wie von einem geheimnisvollen Kraftzentrum angezogen, mit einer Geschwindigkeit von 500 bis 600 km/sec in Richtung des Hydra-Centaurus-Superhaufens. In den Tiefen des Alls, 150 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt, scheint es einen riesigen Schwerkraft-Staubsauger zu geben, der alle umgebenden Sternsysteme an sich reißt: den "Großen Attraktor".

Die Seifenblasenstruktur des Universums und die Existenz des Großen Attraktors ließen die Hypothese der "Kosmischen Strings" entstehen. Bei diesen spekulativen "Fäden" handelt es sich um gewundene, extrem massereiche Überreste aus der Frühzeit des Universums. Unregelmäßige Phasenübergänge könnten damals zu Fehlern in der Raumzeit geführt haben, ähnlich wie unregelmäßiges Gefrieren zu Rissen im Eis führt. Innerhalb solcher Bruchzonen würde die Raumzeit die Teilchen und Kräfte der vorangegangenen Phase konservieren. Möglicherweise sind in unserem Universum also extrem energiereiche Regionen eingeschlossen, die dem ursprünglichen hochsymmetrischen Zustand des Kosmos entsprechen. Bei ihrer Ausdehnung würden diese Strings die Raumzeit krümmen und eine beträchtliche gravitative Anziehung auf die Materie des Weltraums ausüben. Sie würden in einem Rhythmus schwingen, der zur Aussendung von Gravitationswellen führt. Kosmische Strings könnten auch in einem supraleitenden Zustand existieren, der gigantische elektrische Ströme enthält. Da die Strings schwingen, würde diese Ströme oszillieren und zu intensiven Strahlungsstößen führen, die die umgebende Materie wegdrücken und kosmische Blasen im All erzeugen könnten. Vielleicht stellen die Strings das Skelett dar, um das herum sich das Universum gebildet hat.

Im Laufe von Jahrmillionen bzw. Jahrmilliarden kühlte das Universum weiter ab, es entstanden Quasare, Galaxien, Sterne, Planeten.

Leben im All?

Im August 1996 erfuhr die Weltöffentlichkeit zum erstem Mal von konkreten Spuren von außerirdischem Leben. In dem knapp zwei Kilogramm schweren Meteoriten ALH84001 vom Planeten Mars wurden Hinweise auf organisches Leben gefunden. Der Brocken wurde vor 15 Millionen Jahren durch eine Kollision mit einem Asteroiden vom Mars abgespalten und in den interplanetaren Raum geschleudert. Vor 13000 Jahren gelangte der Stein in das Schwerefeld der Erde und schlug in der Antarktis auf. 1984 wurde der Meteorit entdeckt und in der Folgezeit genauen Analysen unterzogen. Dank neuester Rasterelektronenmikroskope und Laser-Massenspektrometer wurden erstaunliche Entdeckungen gemacht: erstmals wurden organische Verbindungen in einem Marsmeteoriten nachgewiesen, nämlich polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs), die vor etwa 3,6 Milliarden Jahren auf dem Roten Planeten entstanden sein müssen. Mineralische Ablagerungen in unmittelbarer Nähe der PAKs zeigten eine verblüffende Ähnlichkeit mit Hinterlassenschaften irdischer Bakterien. Auf Mikroaufnahmen sind ei- und röhrenförmige Gebilde von 100 Nanometer Länge zu erkennen, wie man sie in ähnlicher Form aus der irdischen Urzeit kennt.

1995 wurden erstmals Planeten außerhalb unseres Sonnensystems nachgewiesen. In 45 Lichtjahren Entfernung von der Sonne entdeckten Astronomen winzige Schlingerbewegungen des Sterns Pegasus 51, wie sie nur durch die Gegenwart eines Trabanten hervorgerufen werden können. Dann wurden mit dem Weltraumteleskop Hubble Indizien dafür gefunden, daß auch der Stern "Beta Pictoris" von einem Planeten im Jupiter-Format umkreist wird. Kurze Zeit später weitere Meldungen: Um "70 Virginis" im Sternbild Jungfrau und "47 Ursae Majoris" im Großen Bären, beide Sterne 35 Lichtjahre von der Erde entfernt, kreisen zwei dicke Materiebrocken.

Natürlich war damit noch nicht die Existenz kleiner grüner Männchen erwiesen, aber Planeten könnten Brutstätten des Lebens sein. Organische Substanzen sind auch anderswo allgegenwärtig. Sie machen bis zu 20 Prozent der interstellaren Materie aus. 1994 entdeckten US-Astronomen in einem durch die Milchstraße wandernden Molekülnebel die Aminosäure Glycin. Wie sich innerhalb dieser dünnen Materiewolke, aus der nach Äonen einmal neue Sonnen hervorgehen werden, solche komplexen Biomoleküle bilden konnten, ist den meisten Wissenschaftlern ein Rätsel.

Andererseits wird neuerdings angezweifelt, ob auf der Erde organische Molekülverbindungen in der Ursuppe stabil sein konnten. Manche Evolutionsforscher nehmen an, das Leben könnte in heißen vulkanischen Quellen am Ozeangrund seinen Ursprung genommen haben - dort war es auch besser vor Meteoriten geschützt, die damals häufig auf der Erde aufschlugen. Nach den gängigen Modellen schwamm irgendwann vor rund vier Milliarden Jahren, als die Einschläge aus dem All seltener wurden, ein erstes Kettenmolekül in den Meeren, welches die Fähigkeit besaß, sich selbst zu vervielfältigen. Nur wenige hundert Millionen Jahre dauerte es, bis hieraus die ersten Zellen entstanden: es waren Blaualgen, die bereits einen komplexen Stoffwechsel betrieben. Versteinerte Überreste von ihnen wurden in 3,5 Milliarden Jahre alten Sedimenten in Australien gefunden.

Der Zellbiologe Christian de Duve vertritt die Ansicht, daß Leben fast zwangsläufig entsteht, wenn irgendwo ähnliche physikalische Bedingungen herrschen wie auf der Erde vor vier Milliarden Jahren. Er sieht das Universum als eine gewaltige Brutstätte, die eine Vielzahl lebentragender Planeten hervorgebracht hat.

Was aber ist die Essenz des Lebens? Ist es an Kohlenstoffmoleküle gebunden? Der theoretische Physiker Gerald Feinberg und der Chemiker Robert Shapiro drängten in ihrem 1980 erschienenen Buch "Life beyond Earth" auf eine neue, alle Lebensformen im Kosmos erfassende Definition. Demnach entsteht Leben durch Wechselwirkungen zwischen freier Energie und Materie, die imstande ist, auf diese Weise eine größere Ordnung innerhalb des gemeinsamen Systems zu erreichen. Die dabei entstehenden Manifestationen von Leben würden ihrerseits mit der verbliebenen Energie eine Wechselbeziehung eingehen und so Stufe um Stufe die Ordnung vergrößern, bis die Energie schließlich verbraucht ist. Dieser Fluß der Energie durch die Materie dauert so lange an, bis ein Gleichgewicht erreicht, ein Zustand der Stagnation, in dem keine weitere Ordnung - oder kein weiteres Leben - mehr möglich ist.

Der wichtigste Energiefluß auf der Erde ist die Sonnenstrahlung; sie durchströmt die Materie und regt sie durch die Erschaffung von Leben zu einer höheren Ordnung an. Die Tatsache, daß nur ein zehntel Prozent der Sonnenenergie, die die Erdoberfläche erreicht, von den Lebewesen der Erde verbraucht wird, regte Feinberg und Shapiro zu der Vermutung an, daß der wesentliche Punkt des Phänomens Leben die optimale Nutzung der verfügbaren Energie betrifft. Das Sonnenlicht ist dabei nur ein Energiefluß von vielen. Andere verwertbare Energieformen könnten die ionisierende Wirkung von kosmischer und Röntgenstrahlung auf die Atome sein, das Gravitationspotential eines fallenden Körpers oder die Radioaktivität. Wo immer Energie, die zu einer Wechselwirkung fähige Materie und genügend Zeit zusammenkommen, dort kann man auf Leben treffen, so exotisch und erdfremd dieser Ort anmuten mag. Das Leben als Ganzes läßt sich demnach nicht durch eine einzelne Zelle, ein Bakterium, einen Menschen oder die Menschheit zum Ausdruck bringen; seine Grundeinheit ist vielmehr die Biosphäre selbst. Dies ist ein System, in dem durch die Wechselwirkung der Energie mit ihrer Umwelt die Ordnung aufrechterhalten oder vergrößert wird. Die reiche Lebensvielfalt auf der Erde ist nur eine von vielen möglichen Ausdrucksformen einer aktiven Biosphäre. Vorstellbar wären Systeme, die sich nicht aus Einzelwesen zusammensetzen, sondern eine einzelne lebende Einheit bilden, oder deren Einzelgeschöpfe so eng miteinander verflochten sind wie die Zellen im menschlichen Körper. Vielleicht gibt es auch Biosphären, die im Gegensatz zur Erde nur relativ wenige Arten begünstigen.

Leben wäre also überall dort möglich, wo die Materie in Wechselwirkung mit der Energie eine größere Ordnung erreichen kann. Demnach wäre Leben in eisigen Ammoniakseen ebenso denkbar wie in Ölmeeren. Es gibt vielleicht Siliziumwesen in geschmolzenem Gestein, Plasmaleben im Innern von Sternen und Strahlungsorganismen in interstellaren Staubwolken. Leben wäre denkbar auf der Basis von elektromagnetischen oder Gravitationsfeldern, von Quarkkonfigurationen oder Stringnetzwerken, oder gar von Galaxien. Letztlich kann man sich das gesamte Universum als einen lebenden Organismus vorstellen, der alle Grundfelder der Natur umfaßt und die Aufgabe hat, aus einem Zustand des Urknalls den komplexen und wohlgeordneten Kosmos zu organisieren, den wir jetzt wahrnehmen.

Vom Ursprung des Lebens

Das Leben auf der Erde begann mit der spontanen Entstehung und Wechselwirkung kleiner organischer Moleküle, die im Universum weit verbreitet sind. Unter dem physiko-chemischen Bedingungen der Urerde gerieten diese Moleküle in eine immer komplexer werdende "Reaktionsspirale", bis schließlich die Nukleinsäuren (RNA und DNA), Proteine und andere komplexe Moleküle entstanden waren, die heute das Leben beherrschen. Dieses Netzwerk chemischer Reaktionen stellt bis heute die Grundlage für alle terrestrischen Lebensformen dar.

Als weiteres Merkmal zu dieser "Hardware" kam die "Information" als "Software" hinzu: die molekulare Komplementarität, das Schlüssel-Schloß-Prinzip als universeller biologischer Erkennungsmechanismus, der so unterschiedliche Phänomene wie Enzymspezifität, Selbstorganisation, Kommunikation zwischen Zellen, Immunität oder hormonelle Einflüsse möglich macht. Ihre grundlegende Ausdrucksform ist die Basenpaarung der Nukleinsäurebausteine; sie ist die Voraussetzung für die Doppelhelixstruktur der DNA, auf der alle Formen der genetischen Informationsübertragung basieren.

Die Basenpaarung entstand aus chemischen Abläufen, die zunächst nichts mit Informationsübertragung zu tun hatten. Die Molekülverdoppelung (Replikation) war eine Folgeerscheinung der Basenpaarung. Nachdem die Replikation aber einmal entstanden war, eröffnete sie den Weg zu einer Kontinuität auf erblicher Basis, die auf dem genauen Kopieren der genetischen Botschaften beruhte, und zur Evolution durch Mutationen, die von der natürlichen Selektion ausgesiebt wurden. Der Zufall spielt eine wichtige Rolle, aber es war ein Zufall, der innerhalb physikalischer, chemischer, biologischer und umweltbedingter Grenzen wirkte.

So entstand die unermeßliche Vielfalt der Tiere, Pflanzen und sonstigen Lebensformen auf unserem Planeten. Paläontologen unterscheiden vier große Abschnitte der Evolution:

- vor 3,6 Milliarden Jahren entwickelten sich die ersten Bakterien im nährstoffarmen Ozean. Diese primitiven Mikrowesen hatten noch keinen Zellkern.

- vor 2,1 Milliarden Jahren entstanden die ersten eukaryotischen Bakterien und Algen mit komplizierten Gen-Programmen.

- vor 700 Millionen Jahren tauchten seltsam gefiederte, blattartige Gebilde von den Gestaden des Superkontinents Gondwana auf. Diese sogenannte Ediacara-Fauna stellte den ersten Versuch der Natur dar, vielzellige Lebewesen zu schaffen.

Vor knapp 600 Millionen Jahren bereicherte sich das Leben durch eine Erschaffung neuer Körperbaupläne beispiellosen Ausmaßes: beinahe sämtliche heutige Tierstämme sind damals entstanden. Weshalb sich seitdem keine grundsätzlich anderen Grundmuster mehr entwickelt haben, ist eines der großen Rätsel der Evolution. Als Hauptindiz für den überstürzten Aufschwung der Tierwelt diente bislang der Burgess Shale in den kanadischen Rocky Mountains. Über 70 000 versteinerte Tiere mit bizarren Mustern wurden an dieser 530 Millionen Jahre alten Fundstätte geborgen. Der US-Paläontologe Jay Gould versuchte eine Erklärung für die Entstehung dieser grandiosen Fülle von Lebensbauplänen zu geben. Anstelle des vertrauten Bildes einer stetigen Entwicklungsgeschichte setzte Gould das einer vom Zufall beherrschten Evolution. Der evolutionäre Erfolg von Baumustern liegt nicht in erster Linie in besonderer Lebenstüchtigkeit und Anpassung, sondern unterliegt einem Zufallsspiel, in dem geologische Verschiebungen, Klimaschwankungen und ökologische Katastrophen ganze Arten aussterben ließen, andere wiederum zum Überleben verhalfen.

Nach dem Kambrium wurden die damals geschaffenen anatomischen Grundbaupläne nur noch mehr oder weniger variiert. Drei Milliarden Jahre Einzelligkeit, dann fünf Millionen Jahre intensiver Kreativität, und hinterher mehr als 500 Millionen Jahre Herumprobieren mit den einmal vorgegebenen Grundmustern - dies entspricht kaum einem natürlichen, zwangsläufigen und stetigen Trend zu Fortschritt und zunehmender Komplexität. Der Verlauf der Evolution war und ist nicht durch eine Tendenz zur Höherentwicklung charakterisiert. Die scheinbare Zunahme der Komplexität rührt allein daher, daß die ersten Organismen aus physikalischen und chemischen Gründen nur gerade so kompliziert waren wie für die Aufrechterhaltung der Lebensprozesse unbedingt notwendig war. Während immer wieder einmal ein neues Zufallsprodukt der Evolution in den leeren Sphären höherer Komplexität auftaucht und ein meist kurzes Gastspiel gab, hielten die Bakterien die ganzen Jahrmillionen über ihre Position und erweiterten ihre Vielfalt kontinuierlich. Bakterien haben mehr Lebensräume besetzt und verfügen über ein breiteres biochemisches Repertoire als jede andere Organismengruppe. Im Grunde genommen leben wir im Zeitalter der Bakterien.

Wo nahm das Leben seinen Anfang? Könnte das Leben aus dem Weltraum auf die Erde gekommen sein? Die Idee vom außerirdischen Ursprung des irdischen Lebens wurde um die Jahrhundertwende von dem schwedischen Chemiker Svante Arrhenius vertreten; er prägte den Begriff "Panspermie" für seine Überzeugung, daß Samen des Lebens überall im Weltraum vorhanden sind und ständig auf die Erde regnen. Auch die Astronomen Fred Hoyle und Chandra Wickramasinghe treten für eine abgewandelte Form dieser Theorie ein: demnach entstünden Viren und Bakterien ständig in den Schweifen der Kometen und fielen mit den Teilchen des Kometenstaubs auf die Erde. Manche dieser Keime könnten entscheidend die Evolutionsgeschichte verändert haben. Francis Crick, der Entdecker der Doppelhelixstruktur der DNA; und Leslie Orgel äußerten sogar die Vermutung, die ersten Keime des Lebens könnten mit einem Raumschiff auf die Erde gelangt sein, das von einer weit entfernten Zivilisation geschickt wurde.

Für ein Raumschiff oder seine Entsender gibt es allerdings keine Indizien. Anders sieht es allerdings mit organischen Molekülen im Weltraum aus. Der interstellare Staub enthält eine Reihe potentiell lebenserzeugender Moleküle, vor allem sehr reaktionsfreudige Verbindungen von Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, manchmal auch Schwefel und Silizium. Kometen bestehen vorwiegend aus Staub und Eis, angereichert mit verschiedensten organischen Verbindungen. Und der Murchinson-Meteorit, der 1969 in Australien niederging, enthielt eine Menge von Aminosäuren, die in Art und Mengenverhältnissen bemerkenswert denjenigen in Millers Experiment von 1953 ähnelten: Miller und Urey erzeugten elektrische Entladungen in einem luftdicht verschlossenen Gefäß, das eine Gasmischung aus Methan, Ammoniak und Wasserstoff enthielt; der Versuch sollte eine Simulation der Verhältnisse auf der Urerde darstellen. Nach einigen Tagen hatten sich mehrere Aminosäuren und andere organische Moleküle gebildet, die für Lebewesen charakteristisch sind.

Es gibt also zahlreiche Hinweise, daß sich unter den Bedingungen der Urerde, im Weltraum sowie auf den Kometen und Meteoriten mehrere lebenserzeugende Verbindungen von selbst bilden können. So könnte man folgendes Bild von der Geburt des Lebens vor vier Milliarden Jahren zeichnen: Die Keimzellen es Lebens entstanden im Weltraum und in der Atmosphäre in Form verschiedener Verbindungen aus Kohlenstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Schwefel. Unter dem Einfluß elektrische Entladungen, verschiedener Strahlungen und anderer Energiequellen wurden die Atome in diesen Verbindungen so umgeordnet, daß Aminosäuren und andere biologische Grundbausteine entstanden.

Die Produkte dieser chemischen Umlagerungen gelangten mit dem Regen sowie durch Kometen und Meteoriten auf die Erde und bildeten auf der leblose Oberfläche des jungen Planeten eine organische Schicht . Dieser kohlenstoffreiche Film war verschiedensten Einflüssen ausgesetzt: den Einschlägen von Himmelskörpern, den Stoßwellen der Erdbeben, den Dämpfen und Flammen der Vulkanausbrüche, den Unwägbarkeiten des Klimas und einer starken ultravioletten Strahlung. Flüsse und Bäche trugen das organische Material in die Meere, wo es sich ansammelte, bis die Urozeane die Zusammensetzung einer heißen, dünne Suppe hatten, wie es der britische Genetiker J.B.S.Haldane formulierte. In den schnell verdunstenden Binnenseen und Lagunen verdickte sich die Suppe zu einem gesättigten Püree. In manchen Bereichen sickerte sie ins Erdinnere, um als dampfspeiende Geysire oder heiße Unterwasserströmung sehr heftig wieder hervorzubrechen. Alle diese Einflüsse bewirkten vielfältige chemische Veränderungen und Reaktionen der ursprünglichen Bestandteile, die vom Himmel herabgeregnet waren.

Früher nahm man an, die Aminosäuren bildeten die Proteine, die wiederum die ersten Enzyme hervorbrachten, die die Entstehung des Lebens weiter vorantrieben. Praktisch jede der vielen tausend chemischen Reaktionen, die in jeder lebenden Zelle ablaufen, wird von einem Enzym katalysiert. Heut nimmt man an, daß die ersten Katalysatoren keine Proteine waren, sondern Ribonukleinsäure (RNA). Der wichtigste Grund für diese Annahme ist, daß RNA-Moleküle sowohl den katalytischen Apparat liefern als auch die Information für den Zusammenbau der Aminosäuren zu Proteinen. 1980 stellten Cech und Altman fest, daß manche RNA-Moleküle katalytische Eigenschaften haben, aber Gilbert prägte dafür den Begriff der "RNA-Welt". Gilbert beschreibt die RNA-Welt als eine Zwischenstufe in der Frühgeschichte des Lebens, bei der RNA-Moleküle und Cofaktoren als Enzymausstattung ausreichten, um alle chemischen Reaktionen auszuführen, die für die ersten zellartigen Strukturen erforderlich waren.

RNA-Moleküle sind lange, kettenförmige Gebilde aus vielen Komponenten, den Nukleotiden. Jedes Nukleotid besteht aus drei Teilen: Phosphat, Ribose und einer Base. Von den Basen gibt es vier Typen: Adenin, Guanin, Cytosin und Uracil. Die Basen dienen in allen RNA-Molekülen als Informationsträger; sie sind die vier Buchstaben, aus denen sich die "Worte" der RNA zusammensetzen. Wie aber entstanden die ersten RNA-Moleküle?

In der heutigen Biochemie wirken viele Enzyme mit der Unterstützung einer anorganischen Hilfssubstanz, meist eines Metallatoms wie Eisen, Kupfer, Calcium, Magnesium, Zink, Molybdän, Kobalt oder Mangan. Metalle brauchen meist eine Trägerstruktur, in der Regel ein Proteingerüst, damit sie mit den Molekülen in Wechselwirkung treten können, deren Reaktion sie katalytisch unterstützen Deshalb gewannen mineralische Oberflächen, die das notwendige Gerüst bilden können und vielleicht selbst als Katalysatoren wirken, große Aufmerksamkeit. Ton gibt es in verschiedeen mikrokristallinen Formen, und manche davon zeigen tatsächlich katalytische Aktivität . Bestimmte Tonarten wie ""Montmorillonit" erleichtern die Zusammenlagerung vorbereiteter Nukleotide zu kurzen RNA-Ketten.

Der Chemiker Günter Wächtershäuser entwickelte ein Modell dafür, wie ein Protostoffwechsel auf der Oberfläche von Pyritkristallen entstanden sein könnte. Pyrit ist ein Mineral aus Eisen und Schwefel. Seine Katalysatorfunktion verdankt er der Tatsache, daß Gegenstände einander anziehen, wenn sie elektrisch entgegengesetzt geladen sind. Der positiv geladene Pyrit stellt eine Oberfläche zur Verfügung, an die sich negativ geladene Moleküle durch elektrostatische Anziehung binden, so daß sie dann in verschiedenartige Wechselwirkungen treten können. Pyritkristalle könnten die Entstehung von Eiweißverbindungen katalysiert haben. Beim Wachstum dieser Kristalle könnte so viel Energie freigesetzt worden sein, daß aus Kohlendioxid und Wasserstoff organische Moleküle entstanden sind.

Ähnliche Vorstellungen hat der Chemiker A.G. Cairns-Smith. Die Mikrokristalle von Tonmineralien wachsen und schwinden schon bei den geringfügigsten Veränderungen der Außenbedingungen. Die Ketten der Stränge der Silikate im Ton, die sich auch zu flächenhaften Gebilden verbinden können, bilden eine ideale Matrix. An ihnen könnte sich die Strukturbildung und -festigung vollzogen haben, die zu den ersten einfachen Informationsträgern führte. Die meisten Lehme bestehen aus mehreren Schichten Sauerstoffionen, zwischen denen jeweils eine Schicht positiv geladener Ionen (meist Silizium oder Aluminium ) liegt. In vielen solcher Lehmen kann eine Ionenart durch eine andere ersetzt werden, ohne daß die Wachstumsfähigkeit darunter leidet. Solche Substitutionsmuster könne sehr kompliziert sein und die Oberflächenmuster des Lehms zu einer komplexen chemischen Struktur machen. Die Vererbung geschieht entweder durch direkte Angleichung des Musters, oder sie involviert die Bildung einer Art "Komplementär-Schicht". "Kristallgene" könnten also auf mechanische und chemische Weise Informationen hervorbringen und weitergeben; so konnten neue Generationen von kristalline Formen entstehen.

Im Laufe der Evolution konnten organische Verbindungen en Lehmkristallen auf mehrere Arten dienen: sie boten mechanische Stützung,, absorbierten unerwünschte Ionen, kontrollierten Größe und Struktur der Kristalle, halfen beim Einfangen anorganischer Ionen. Irgendwann verdrängten die ursprünglich als "Helfer" fungierenden kohlenstoffgestützten Einheiten als kristallines Leben, als einige organische Formen innerhalb der Kristallstrukturen sich schneller zu reproduzieren begannen als ihre kristallinen Wirte. Sobald die Kristalle den ersten Strang einer sich selbst reduplizierenden und autokatalytischen RNA gebildet hatten,, konnten nukleinsäuregestützte Gene das kristalline Leben ablösen. So sind die Spiralstrukuren der RNA und DNA vielleicht nur Kopien eines kristallinen Originals, das den ursprünglichen Initiationskeim des Lebens darstellte.

Den Viren kommt in diesem Zusammenhang eine interessante Bedeutung zu. Außerhalb ihrer Wirtszelle verhalten sie sich wie unbelebte Kristallstrukturen, erst innerhalb eines Wirtsorganismus können sie sich durch Umstellung von dessen genetischem Apparat vermehren. Darüber hinaus kann sich virale RNA oder DNA im Genom vieler Lebewesen integrieren und so dessen Bestandteil werden. Einige Viren rekombinieren mit ihren Wirtsorganismen nehmen Teile davon auf und übertragen sie in andere Zellen oder Lebewesen. So haben Viren die einmalige Fähigkeiten, RNA und DNA über Artgrenzen hinweg zu übertragen.

Viren dienen mittels ihrer RNA- und DNA-Moleküle er Informationsspeicherung und -weitergabe, beides wichtige Kennzeichen des Lebens.

Leben = Materie + Information?

Die Frage ist weiterhin, ob Nukleinsäuren oder Proteine die entscheidenden Faktoren in der Frühzeit des Lebens darstellten. Freeman Dyson ging in seinem Buch über "Die zwei Ursprünge des Lebens" (1988) von der Grundannahme aus, daß Stoffwechsel und Informationsträger unabhängig voneinander entsahnten sind. Es fand dann eine Übernahme statt, bei welcher die Informationsträger (DNA- und RNA-Moleküle) in urtümliche Zellen (Proteinkomplexe) eingedrungen sind, die zwar einen mehr oder minder kompletten Stoffwechsel aufwiesen, aber keine feste und beliebig replizierbare Information. Aus der Fusion von Stoffwechsel und Information wäre eine neue Qualität entstanden - Leben.

Um den Prozeß der ursprünglichen Replikation zu verstehen, führte Manfred Eigen das Konzept des autokatalytischen "Hyperzyklus" ein, womit es möglich ist, Informationen in größeren Mengen selektiv zu reduzieren. Dabei produzieren in einem Kreislauf Erbinformationsträger Enzyme, de anderen Informationsträgern helfen, so lange, bis ein Hyperzyklus entsteht, Dieser Vorgang stellt eine Art Selbstorganisation dar.

Die Information der Lebewesen läßt sich wie das Magnetband eines Computers linear ablesen; an jeder Stelle des Bandes liegt eine Grundeinheit der Information, ein Nukleotid. Für die genetische Information ist entscheidend, an welcher Stelle der DNA-Doppelhelix welches Nukleotid sitzt. Man versteht inzwischen die genauen chemischen Abläufe der Kommunikations- und Kontrollprozesse, mit denen die DANN über andere komplexe Moleküle und zelluläre Strukturen wie messenger-DNA, transfer-DNA und Ribosomen die Reproduktion steuert. Der Informationsspeichermechanismus ist einfach. Getragen von einem spiraligen Rückgrat aus Zucker und Phosphat, enthält ein DNA-Molekül mehrere Millionen Sprossen die als Codierung jeweils einem der vier Buchstaben des genetischen Alphabets entsprechen, welches die vier Basenpaare Adenin-Thymin, Thymin-Adenin, Cytosin-Guanin und Guanin-Cytosin umfaßt. Mit den vier Buchstaben A,T, G, C beschreibt jede Sprosse die Information zweier Binärstellen in einem digitalen Code. Die digitale Speicherung des menschlichen Lebens sowie der meisten anderen Lebensformen auf der Erde komt also mit nur vier Basenpaare aus. Die Ribosomen produzieren Proteinketten, indem sie jeweils drei Basenpaare zusammenstellen, die dann Sequenzen aus nur zwanzig linksdrehenden Aminosäuren auswählen. Diese Proteinketten bestimmen dann die Strukturen der Knochenzellen, die Eigenschaften der Muskelzellen, die komplexen biochemischen Reaktionsprozesse in Organismen oder die Struktur und Funktionsweise der Nervenzellen des Gehirns.

Ein wichtiger Unterschied zwischen den Prokaryoten (Mikroorganismen wie Bakterien) und den Eukaryoten (insbesondere höhere Tiere und Pflanzen) betrifft die "Redundanz" der DNA. Das Genom der Prokaryoten enthält kaum ein Nukleotid, das nicht zur Codierung oder Genregulation beiträgt. Im Gegensatz dazu besteht das Genom der Eukaryoten zum größten Teil aus nichtcodierender DNA ohne erkennbare Funktion,

die deshalb "junk-DNA" genannt wird. Beim Menschen haben nur ungefähre fünf Prozent der DNA

Codierungsfunktionen. Die codierenden Abschnitte, Exons genannt (weil sie exprimiert werden in Proteine) sind durch die intervenierenden Sequenzen oder Introns getrennt. Die Nukleotide scheinen zu DNA-Modulen zusammengefaßt zu werden, die sich dann unterschiedlich kombinieren lassen. Möglicherweise traten die Exons an die Stelle der früheren, kürzeren RNA-Module und wurden dann im Genom zu einer großen Zahl von Mosaikgenen zusammengestellt, so daß sich wesentlich mehr Möglichkeiten zur Entstehung neuer Vielfalt boten. Tatsächlich dienten die gleichen Exons als Bausteine verschiedener Gene, so daß bestimmte "Motive" einer Peptidsequenz in unterschiedlichem Zusammenhang immer wieder auftauchen, ganz ähnlich wie die Schalter und Mikrochips, die man zu unterschiedlichen elektronischen Geräten zusammenbauen kann.

Den Regulationsgenen, die für die Körperbaupläne zuständig sind, ist eine sehr konstante Sequenz von 180 Basenpaaren gemeinsam, die man Homöobox nennt. Die homöotischen Gene sind sehr alt; man hat sie nicht nur in der gesamten Tierwelt, sondern auch bei Pflanzen entdeckt. Die daraus resultierende Segmentierung ist ein wichtiger Mechanismus bei der Entstehung der Vielfalt des Lebens.

So waren in der Evolutionsgeschichte nur wenige, für sich genommen einfache Grundprinzipien - über lange Zeiträume und auf zahllose Individuen angewendet - erforderlich, um aus primitiven Urorganismen die heutige Vielfalt des Lebens hevorzubringen. Populationen genetisch verwandter Individuen wurden einer natürliche Auslese in Form von Umweltbedingungen unterworfen. Es kam zu einer Wechselwirkung der jeweiligen Genpools mit der physiko-chemischen Umwelt, die zu Veränderungen beider Komponenten führte. Aber sind Genpool, Biomasse oder Biosphäre allein Produkte einer zufälligen Selektion, oder sind in ihnen tiefere Informationen gespeichert?

Die genetische Codierung besitzt eine relativ einfache mathematische Struktur. Abstrahiert man von der materiellen Grundlage der Nukleinsäuren und Basen und wendet sich der funktionalen oder logischen Struktur lebender Organismen zu, so stellt sich die Frage, ob Leben auch auf anderer als der Kohlenstoffbasis realisiert werden kann. 1948 legte John von Neumann in einem Vortrag mit dem Titel "On the General and Logical Theory of Automata" die Grundlagen einer funktionalen Theorie des Lebens. Er postulierte die Grundsätze für die Konstruktion einer Maschine, die imstande wäre, in einer mit den dafür notwendigen Rohstoffen ausgestatteten Umwelt sich selbst nachzubauen. Ein solches sich selbst reproduzierendes Objekt, ein "Zellularautomat", enthält vier wesentliche Komponenten: " einen Bauplan, eine Fabrik, einen Kontrolleur sowie eine Dupliziermaschine. Im speziellen Fall der organischen Zelle sind dies die DNA, der Vorgang der Translation, die Replikase-Enzyme und der Prozeß der Replikation. Neumann postulierte dies für jede Lebensform abstrakten Eigenschaften fünf Jahre vor den Arbeiten von Watson und Crick, die sich mit dem Spezialfall des heute auf der Erde anzutreffenden Lebens beschäftigten. Die entschiedenen Funktionen des Lebens sind somit als logischer Strukturzusammenhang darstellbar, der im Prinzip den verschiedenartigsten materiellen oder energetischen Umwelten zugeordnet werden kann: Leben ist vorstellbar auf der Basis von Kohlenstoff, Silizium, elektromagnetischen Feldern, Gravitationsfeldern oder kristallinen Strukturen. Leben wäre auch denkbar als Simulation im Computer, wie John Conways Spiel "Life": Die Ausgangsform ist eine Reihe von vier Zellen. Jede dieser Zellen überprüft ihre Nachbarzellen und sich selbst, anschließend wird aufgrund der einfachen Regeln des Spiels bestimmt, ob diese Zelle in der nächsten Generation lebt oder stirbt. Aus der Anfangskonfiguration entwickeln sich je nach Umweltkonstellation verschiedene Lebensmuster.

Leben ist eine Manifestation aus Energie, Materie und Information. Ob Leben letztlich das Produkt eines wie auch immer gearteten "physikalischen Schöpfungscodes" darstellt und durch ein unter gegebenen Umweltbedingungen möglichst niedriges Energieniveau gekennzeichnet ist, wird sich herausstellen. Es gibt faszinierende Gedankengänge über das Wesen, den Ursprung und die Entwicklung des Phänomens Leben. Es stellt einen Puzzlestein in jenem grandiosen, wunderbaren Mosaik dar, das wir Kosmos nennen.

Das Leib-Seele-Problem

Psyche, Seele, Bewußtsein - lange Zeit hing diesen Begriffen etwas Entrücktes, Unfaßbares, an. Die Germanen glaubten, die Seelen der Ungeborenen und Toten lebten im Wasser; diese "zum See Gehörenden" verhalfen der Seele zu ihrem deutschen Namen. Viele der frühen Völker waren Animisten; sie glaubten, neben den Menschen seien auch Tiere, Pflanzen und Gegenstände mit Seelen behaftet. Andere betrachteten einzelne Organe wie Leber oder Herz als Hauptsitz der Seele. Daneben galt sie als luft- oder geistartige Astralgestalt, die den Körper mit dem letzten Atemzug verläßt.

Die Juden glaubten an eine "Körperseele", die mit dem Leib stirbt. Deshalb knüpften sie ihre Hoffnung auf ein jenseitiges Leben an die Idee der Wiederauferstehung des ganzen Menschen. Buddha hingegen verwarf den Begriff der Seele, da es keine dauerhaften Substanzen gebe.

Im Abendland standen sich Dualisten und Monisten gegenüber. Die einen hielten Leib und Seele für zweigeteilt, für die anderen galten sie als zwei Aspekte des gleichen Phänomens. Für Thomas von Aquin waren Leib und Seele nicht voneinander zu trennen, doch die immaterielle Seele besteht auch nach dem Tod fort. Im Zeitalter der Aufklärung vertrat René Descartes einen Dualismus; er siedelte die Seele in der im Gehirn verborgenen Zirbeldrüse an.

Die moderne Hirnforschung

In der Gegenwart dringen die Hirnforscher mit immer subtileren Untersuchungswerkzeugen in die tiefsten Winkel des menschlichen Gehirns vor: Mikroelektroden registrieren das Feuern einzelner Neuronen, ein Arsenal von Nachweisverfahren identifiziert die Moleküle, und Tomographen zeichnen ein Bild der corticalen Symphonie, die bei bestimmten Geistesaktvitäten ausgelöst wird.

In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts enthüllten die Neuroanatomen Camillo Golgi und Ramon y Cajal die mikroskopische Struktur des Gehirns. Neuronen, Nervenzellen, waren die grundlegenden Einheiten unseres Denkapparates. Im Jahre 1928 leitete der Psychiater Hans Berger erstmals Hirnströme mittels eines EEGs ob, wobei Elektroden auf der Kopfhaut aufgesetzt wurden. Hauptmerkmale im "Elektroenzephalogramm" waren Frequenz und Amplitude der Hirnwellen, welche sich je nach Aktivität und Wachheitsgrad des Individuums änderten. Das EEG-Spektrum repräsentiert die Summe aller elektrischen Aktionspotentiale der Gehirnzellen über einen bestimmten Zeitraum gemessen. Bei der neuronalen Erregung kommt es über die Nervenzellmembran zu einem plötzlichen Ein- und Ausstrom geladener Teilchen, etwa Kalium-, Natrium-, Kalzium- oder Chlorid-Ionen. Die Wanderung dieser Ionen hat eine Änderung der elektrischen Spannung an der Zellmambran zur Folge. Die Nervenzelle "feuert", die Spannungsänderung wird "Aktionspotential" genannt. Dieses Aktionspotential wandert entlang der Nervenzelle bis zu einer Kontaktstelle mit einem anderen Neuronen. An dieser Kontaktstelle, "Synapse" genannt, setzen die elektrischen Impulse einen Übertragerstoff, einen "Neurotransmitter", frei, welcher die benachbarte Nervenzelle entweder erregt oder hemmt.

Das Gehirn stellt somit ein komplex verschaltetes neuronales Kommunikationssystem dar, das auf elektrochemischen Aktivitäten beruht. Wie aber fügt sich das elektrische Geflacker der rund 100 Milliarden Nervenzellen zu einem einzigen sinnvollen Bewußtseinsinhalt zusammen?

Spekulative Theorien über die Natur des Bewußtseins

Der Physiker Roger Penrose glaubt nicht an die Vorstellung, das Gehirn sei eine Art biologischer Rechenautomat, in dem die Neuronen elektrische Schalter darstellen. Nach Penrose muß der Geist nichtderministische Effekte nutzen, die sich nur quantentheoretisch beschreiben lassen und die über das bloße Abarbeiten von Algorithmen hinausgehen. Die Brücke ins Schattenreich der Quanten schlagen in seiner Theorie die Mikrotubuli, winzige Proteinschläuche, welche die Nervenzellen wie ein Geflecht durchziehen. Ihre Wechselwirkungen mit den Elementarteilchen sollen die Gehirnfunktionen beeinflussen.

John Eccles ersann als Bewußtseinsträger die sogenannten Psychonen. Diese mentalen Einheiten sollen in Wechselwirkung mit bestimmten Hirnzellen stehen und als Träger des Bewußtseins auch ohne das Nervengeflecht im Gehirn fortleben. Erreicht ein Impuls eine Nervenzelle, setzt jedes Vesikel seine Neurotransmitter nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit frei. Das Bewußtsein in Form von Psychonen modifiziert diese Wahrscheinlichkeit. Quanten können demnach einzelne Vesikel veranlassen, ihre Membranen zu öffnen und Neurotransmitter freizusetzen; diese Kopplung mit Quantenfeldern verbindet womöglich unser Bewußtsein mit dem Weltgeist, der das Universum durchdringt.

Nach John G. Taylor setzten sich sämtliche Verfechter des Quantenbewußtseins über grundlegende physikalische Tatsachen hinweg. Beispielsweise könne man Nichtlokalität und andere Quanteneffekte, die angeblich Bewußtsein ermöglichen, nur nahe dem absoluten Nullpunkt beobachten, jedenfalls weit unterhalb der im Gehirn herrschenden Temperaturen.

Für Francis Crick, der einst die DNA-Struktur aufgeklärt hatte, ist Bewußtsein (consciousness) synonym mit der Fähigkeit des Gewahrwerdens (awareness). Zusammen mit seinem Kollegen Christof Koch verfolgte er visuelle Reize auf ihrem Weg durchs Gehirn. An welcher Stufe der Verarbeitung dringen sie ins Bewußtsein? Wann wird der Mensch seiner Wahrnehmung gewahr

Àllen Formen des bewußten Wahrnehmens, sei es das von externen Objekten oder internen abstrakten Konzepten, scheint derselbe Mechanismus zugrunde zu liegen: eine Kombination von Aufmerksamkeit und Kurzzeitgedächtnis. Nach Crick läßt sich das Bewußtsein nur auf der Ebene der Neuronen und ihrer Vernetzung lösen; das Zusammenwirken einer riesigen Zahl von Nervenzellen erzeugt das Selbst, sowie eine Taschenuhr die Zeit anzeigt, obwohl diese Fähigkeit keinem einzigen der Schräubchen, Federn und Rädchen innewohnt, aus denen sie zusammengesetzt ist.

Die von den Sinnesorganen aufgenommenen Informationen verteilen sich innerhalb der verschiedenen Hirnzentren auf Myriaden von Nervenzellen, deren jede einen Rand oder eine Form, eine Bewegung, Farbe, Lichtstärke oder räumliche Plazierung erkennt. So entsteht aufgrund von Sehen, Hören, Tasten, Schmecken und Riechen sowie interner Signale (Gedächtnis, Emotion) ein integratives Gesamtbild. Das menschliche Gehirn muß die Verarbeitung und Koordination von mehr als Millionen Bits bewältigen, die pro Sekunde von außen eintreffen und sich auf Hunderte Millionen Nervenzellen verteilen. Hieraus soll ein bewußtes Bild des Geschehens entstehen, und dies soll ständig funktionieren,, ohne daß die Synchronizität des Erlebens auseinanderfällt.

1989 hatte eine Forschergruppe unter Wolf Singer herausgefunden, daß weit auseinanderliegende Nervenzellen im Gehirn einer Katze in synchrone elektrische Aktivität übergehen, wenn sie auf Reize reagieren, die von demselben Objekt ausgehen. In diesen Schwingungen mit einer Frequenz von etwa 40 Hertz drückt sich offenbar aus, daß sich die Zellen auf ein gemeinsames Objekt "geeinigt" haben. Verschiedene Nervenzellverbände oszillieren synchron bei verschiedenen Objekten in der Außenwelt, und jeweils ein Schwinungsmuster gewinnt die Oberhand, und dies ist Aufmerksamkeit, Bewußtsein. Ständig schwingt eine große Zahl von Zellensembles im Gleichtakt, doch nur ein Ensemble gewinnt und wird zu Bewußtsein. Die 40-Hertz-Schwingungen sind wie ein Spotlight, das über die Aktivitäten im Gehirn streift. Aufgrund dieser Muster phasengleich oszillierender Neuronen könnte das Gehirn mit einem riesigen Weihnachtsbaum verglichen werden, der mit Milliarden von elektrischen Kerzen bestückt ist. Wenn nun ein Teil der Lichter synchron etwa 40mal pro Sekunde blinkt, ist dies das Korrelat des Bewußtseins.

Nun vergeht aber Zeit, um die verschiedenen Sinnesdaten, die in unterschiedlicher Weise und über zahlreiche Bahnen und Zentren im Gehirn verarbeitet werden, zu einer Welt, einem Erlebnis oder Gegenstand zu koordinieren. Bewußtsein entsteht demnach zeitverzögert.

Der Neurophysiologe Benjamin Libet wies 1979 experimentell an Versuchspersonen nach, daß das Bewußtsein, eine Handlung durchführen zu wollen, etwa eine halbe Sekunde nach dem Moment eintritt, in dem das Gehirn mit der Vorbereitung des Entschlusses begonnen hat. Libet stimulierte am freiliegenden Hirn die sensorische Großhirnrinde elektrisch und täuschte so den Versuchspersonen vor, etwas berühre ihre Hand. Die Patienten bemerkten den Impuls jedoch erst dann, wenn die Stimulation eine halbe Sekunde lang anhielt, und sie behaupteten, den Reiz fast eine halbe Sekunde früher verspürt zu haben, als er überhaupt ausgelöst wurde.

Aber die Stimulation eines Sinnesorganes selbst, als etwa der Hautsensoren der Hand, wird auch dann wahrgenommen, wenn die Reizdauer sehr kurz ist. Libet wies zwei Komponenten nach, die wirksam sind, wenn ein Signal aus der Außenwelt im Gehirn empfangen wird: erste eine Veränderung im EEG, ein evoziertes Potential, dem kein bewußtes Erleben entspricht, und zweitens eine elektrische Aktivität, die nach Ablauf einer halben Sekunde ins Bewußtsein dringen kann. Ein Hautreiz verursacht eine Aktivität in der Hirnrinde, die nach einer halben Sekunde Dauer Bewußtsein bewirkt. Das Bewußtsein wird jedoch erlebt, als setze es ganz kurz nach der Stimulation ein, da das subjektive Erlebnis zeitlich rückbezogen wird. Das elektrische Feld des Gehirns läßt kurz nach der Hautreizung, etwa 0,02 Sekunden, eine evoziertes Potential erkennen. Dieses kann selbst kein Bewußtsein bewirken, wird aber zur Datierung der Stimulation benutzt.

Das Bewußtsein bewirkt also eine zeitliche Rückübertragung von Erlebnissen: das bewußte Erleben wird genauso in die Vergangenheit zurückprojeziert, wie die Stimulation der Hirnrinde in den Körper projeziert wird.

Bei der direkten Stimulation der Hirnrinde findet dieser Rückbezug jedoch nicht statt. Sie wird erlebt, wenn wen eine halbe Sekunde vergangen ist. Nur eine wirkliche, im biologischen Sinne reale Stimulation, an den Rezeptoren der Haut, wird in der subjektiven Zeit verschoben.

Das Bewußtsein ist somit eine Täuschung, doch es hat eine halbe Sekunde Zeit, Millionen von Wahrnehmungsbits auf zehn bis fünfzehn Bewußtseinsbits zu reduzieren und die Spuren der restlichen Daten zu tilgen. Und darum geht es beim Bewußtsein: große Mengen Information werden aussortiert, und präsentiert wird genau das, was relevant ist.

Der britische Biologe Richard Dawkins schrieb: "Vielleicht entsteht Bewußtsein dann, wenn das Gehirn die Welt so vollständig simuliert, daß die Simulation ein Modell ihrer Selbst enthalten muß." Das Ich erlebt sich als handelnde, wahrnehmende, denkende Instanz; in Wirklichkeit aber führt das Selbst diese Tätigkeiten aus. Mein Ich ist meine Benutzerillusion von mir selbst. Aber nicht nur das Ich bzw. das Bewußtsein ist eine Illusion, auch was wir erleben, die Welt, die wir sehen, spüren, fühlen und erleben, ist eine Benutzerillusion. Es gibt in der Außenwelt keine Farben, Töne und Gerüche. Sie sind etwas, das wir erleben. Das heißt nicht, daß die Welt nicht existiert; sie ist einfach - sie hat keine Eigenschaften, bevor sie erlebt wird, jedenfalls keine Eigenschaften wie Farben, Töne und Gerüche.

Man sieht ein Panorama, ein Gesichtsfeld, es ist jedoch nicht identisch mit dem, was bei den Sinnen ankommt. Es ist eine Rekonstruktion, eine Stimulation, eine Repräsentation dessen, was die Sinne aufnehmen. Bereits Kant hatte schon unterschieden zwischen den "Dingen an sich" und der "Welt, wie wir sie wahrnehmen, wie sie uns erscheint". Und in der Quantentheorie ist letztlich ein bewußter Beobachter notwendig, um die Dinge Realität werden zu lassen - das mathematische Äquivalent dazu ist der Kollaps der Wellenfunktion. Der Beobachter beeinflußt das beobachtete Ereignis - Schrödingers Katze läßt grüßen.

Die Entwicklung des Bewußtseins

De Entwicklungspsychologe Jean Piaget sah im "Erwachen des Bewußtseins" einen fundamentalen Wendepunkt in der kognitiven Ontogenese des Menschen. Der Zeitunkt liegt am Übergang von der reiz- und situationsgebundenen Wahrnehmung des Säuglings zur Raum- und Zeit überschreitenden Kognition des Kleinkindes, in dem die Umwelt simuliert und intern repräsentiert wird. Im Alter von 12 bis 18 Monaten findet diese Umwälzung ihren konkreten Ausdruck im Erreichen der sogenannten Objektpermanenz, einem Knotenpunkt in der geistigen Entwicklung eines Kindes, von wo ab die reflexhafte Stimulusgebundenheit des Säuglings endgültig überschritten wird und eine neue strukturelle Qualität, die des Denkens über Dinge und Prozesse in Raum und Zeit, erobert wird. Von da ab beginnt die Welt zuerst der Objekte, dann der Wechselwirkungen zwischen ihnen, an Konstanz, an "Realität" unabhängig von der eigenen konkreten Handlungssituation zu gewinnen. Gleichzeitig stellt sich eine Rückbezüglichkeit des Subjekts einm erste Anzeichen von Selbstbewußtsein werden sichtbar.

Die entscheidenden Entwicklungsprozesse, die schließlich zu einem "Erwachen des Bewußtseins" führen, beginnen sehr früh. Es beginnt mit der sensomotorischen Entwicklung der ersten Lebensmonate. "Sensomotorisch" meint, daß das Kind die Welt als noch voneinander unabhängige Wahrnehmungssegmente erlebt, die durch reflexhafte Aktivierung primärer Verhaltensschemata von der Umwelt gleichsam abgerufen werden können, ohne daß irgendeine Art von überdauernder Konstanz oder Permanenz in Raum und Zeit existieren würde. So entstehen Dinge - sensorische Stimuli - quasi aus dem Nichts, verschwinden wieder auf - für das Subjekt - unerklärliche Weise, ohne Beziehung zueinander, wie kurze kognitive Spots, Aufhellungen aus einem unbekannten, nicht zu verstehenden Kosmos.

Diese "Gefangenheit" in Raum und Zeit wird nur langsam, aber stetig, mittels aktiver Assimilation der Umwelt durch das Kind überwunden. Durch Koordination zunehmend komplexer Verhaltensschemata und deren hierarchische Integration wie auch Differenzierung wird die Entwicklung vorangetrieben; für das Subjekt beginnt die Welt kohärenter und überdauernder zu werden, es ergeben sich Assoziationen, Zusammenhänge, die Sinn geben, mehr verstehen lassen im Stimulusgewirr der frühen Erlebnisse. Durch die zunehmend aktivere Auseinandersetzung des Kindes mit der Umwelt wird um Ende des zweiten Lebensjahres die Phase der "Objektpermanenz" erreicht. Das Subjekt löst sich von seiner eigenen perzeptiven Begrenztheit, transzendiert gleichsam in Raum und Zeit re-präsentierende Bewußtheit. Parallel zu diesem kognitiven Entwicklungssprung in Bezug auf die Erkenntnis der Umwelt stellt sich eine Wende in Bezug auf die erstmals aufkeimende Rückbezüglichkeit des Subjekts ein. Erste Anzeichen von Selbstbewußtsein werden sichtbar.

Objektpermanenz und Selbstbewußtheit stehen erst am Anfang einer langen Reihe von zunehmend komplexen Errungenschaften des Bewußtseins. Die zentralenVektoren, die der fortschreitenden Ontogenese des Bewußtseins zugrundeliegen, sind als Abstraktheit, Flexibilität, Reversibilität, Universalität wie auch Differenziertheit angebbar. Eine harmonische und umfassende Sphäre bewußten Denkens wäre demnach der Höhepunkt der geistigen Entwicklung des Einzelnen.

Das physiologische Korrelat dieser Prozesse ist die zunehmende Vernetzung der corticalen Neuronen, wie durch David Hubel und Torsten Wiesel beschrieben. So enthalten bei der Geburt nur die tiefsten der sechs Schichten des visuellen Cortex Neuronen, aber innerhalb eines Jahres füllen sich auch die anderen Schichten mit Nervenzellen, so daß sie denen des Erwachsenen immer mehr ähneln. Die Schichten bilden zudem weitere Bahnen zu verschiedenen Gehirnstrukturen aus; so entsteht ein wunderbares komplexes Netzwerk, das auf geheimnisvolle Weise ein Bewußtsein generiert.

Es stellt sich die Frage, ob sich analog zur Haeckelschen Idee eines "Biogenetischen Grundgesetzes", wonach es Zusammenhänge zwischen organischer Individualentwicklung (Ontogenese) und Stammesgeschichte (Phylogenese) gibt, eine Art "Psychogenetisches Grundgesetz" (Piaget und Garcia) für die geistige Entwicklung von Individuen formulieren ließe. Dies würde bedeuten, daß das einzelne Subjekt in geraffter Form die gesamte Ideengeschichte eines Kulturkreises in einer Abfolge von qualitativ unterschiedlichen Stadien durchlaufen sollte.

Vom Wesen des "Ich"

Das bewußte Ich stellt nur einen Teil des "Rätsels Bewußtsein" dar. Wissen, zumal das nur wenige Bits pro Sekunde umfassende Bewußtsein, kann man als Spitze eines Eisbergs aus verworfenen Informationen betrachten, als einen winzigen Teil millionenfach komplexerer Perzeptions- und Kognitionsporzesse. In jeder Sekunde versorgen die Sinne das menschliche Gehirn mit 11 Millionen Bit Information, und im gleichen Zeitraum verarbeitet unser bewußtes Erleben ganze 40 Bit. Entscheidend ist also nicht der Erwerb von Information, sondern das Vergessen von Information im Dienste weiterer Informationsaufnahme.

Das Ich ist sich der gesamten Fülle der Informationen, die eine Entscheidungssituation determinieren, nicht gegenwärtig; das Selbst gilt als die weitergreifende Instanz. Unterschwellige (sublimale) Wahrnehmung und die zeitliche Verzögerung zwischen Wahrnehmung und Bewußtwerdung externer Sinnesdaten sind beobachtbare Phänomene. Also muß vor derjenigen Hirnaktivität, die wir als Bewußtsein bezeichnen, eine andersartige Instanz wirksam geworden sein. Bewußtsein scheint also als eine Art Kräuseln an der Oberfläche hochkomplexer Hirnprozesse zu sein.

Der österreichische Physiker Ludwig Boltzmann sprach angesichts der Maxwellschen Gleichungen die Worte aus: "War es ein Gott, der diese Zeichen schrieb?". Seine Bewunderung galt der gigantischen Informationsreduktion, die darin besteht, die die ganze Vielfalt der elektromagnetischen Phänomene einschließlich des sichtbaren Lichts durch diese vier Gleichungen beschrieben wird. Darüberhinaus konnten mit diesen Gleichungen Phänomene vorhergesagt werden, die erst nach Maxwells Tod 1879 entdeckt wurden. Noch auf dem Sterbebett sagte Maxwell über sein Werk: "Was von dem sogenannten "Ich" vollbracht wird, vollbringt, das spüre ich, in Wirklichkeit etwas, das größer ist als das "Ich" in mir selbst."

Vor dem Hintergrund der physikalischen, biologischen und kulturellen Evolution stellt sich die Frage, ob die Bewußtheit des Einzelnen nicht eine individuelle Realisation einer kosmisch-evolutionären Bewußtseinsmatrix ist. Generieren Milliarden menschlicher Einzelbewußtseine ein "kosmisches" Kollektivbewußtsein. Sind die genetischen Muster und die hypothetischen Jungschen "Kollektive Urerinnerungen" das biologische und mentale Gedächtnis dieser Bewußtseinsmatrix, die sich in ihren individuellen Facetten spiegelt?

Technik - die treibende Kraft der Kultur

Die Entfachung des Feuers, die Konstruktion des Rades oder die Entwicklung der Schrift stellen Meilensteine in der technologischen Evolution der Menschheit dar. Die Erfindung der Dampfmaschine leitete das Industriezeitalter ein und revolutionierte das lange Zeit agrarisch geprägte Alltagsleben der Menschen. Viele Wirtschaftsbereiche wurden von der Dampfkraft erfaßt, solange diese sich nur mit Zahnrädern und Treibriemen übertragen ließ. Der nächste große Umschwung trat mit dem Siegeszug der Elektrizität ein, genauer gesagt, des als Kraftantrieb geeigneten Stark- und Wechselstroms, der die Elektrizität beliebig transprortier- und transformierbar machte. Mehr denn je ließ sich die Technik als ein Zauberreich unsichtbarer Kräfte und leuchtender Effekte präsentieren.

Das 20. Jahrhundert brachte dann eine Fülle von technologischen Neuentwicklungen, die zu Begriffen wie "Atomzeitalter", "Weltraumzeitalter" oder "Informationszeitalter" führten. Auto und Flugzeug, Radio und Fernsehen, Sputnik und Apollo, Atombombe und Atomkraftwerk, Desoxyribonukleinsäure und Polymerasekettenreaktion, PC und CD, Cyberspace und Multimedia wurden zu Schlagworten einer Entwicklung, die ständig die Weltsicht der Menschen veränderte.

Die reale Welt steht Ende des 20. Jahrhunderts vor einem technologischen Umbruch, dessen gesellschaftliche Auswirkungen noch nicht abzuschätzen sind. Das Industriezeitalter geht zu Ende, und das Informationszeitalter beginnt, welches auf der Basis von Computern, Glasfasern und Satelliten eine globale Vernetzung der Menschheit bewirkt. Daneben wird die Gentechnologie das Leben der Menschen grundlegend verändern. Daneben gewinnen weitere Disziplinen zunehmend an Bedeutung: die Werkstofftechnik, Energietechnik, Umwelttechnik sowie die Luft- und Raumfahrttechnik.

Information, Computer und Kommunikation

Die Informationstechnik setzt sich aus mehreren Teilindustrien zusammen: Halbleiter, Computer, Telekommunikation, Industrieautomatisierung, Konsumelektronik. Die Informationstechnik gibt den Menschen die Möglichkeit, beliebige Mengen an Informationen zu speichern, zu verarbeiten und an jeden Punkt der Erde in kürzester Zeit zu übermitteln. Sie wird zum Kern der zweiten industriellen Revolution und zur Voraussetzung für alle anderen Hochtechnologien.

Ersetzte und vervielfachte die erste industrielle Revolution die Körperkraft des Menschen durch die Kraft der Maschine, so ersetzt und vervielfacht die zweite industrielle Revolution nun die Leistung des menschlichen Gehirns durch Computer und computergesteuerte Automaten.

Was vor 200 Jahren beim Übergang aus der Agrar- in die Industriewirtschaft geschah, passiert nun analog wiederum. Damals wurde die Produktion, die landwirtschaftliche ebenso wie die handwerkliche, industrialisiert; Bauernhöfe und Werkstätten wurden zu Industriebetrieben. Heute nun werden die landwirtschaftliche und industrielle Produktion und ebenso die Dienstleistungen informatisiert: landwirtschaftliche Produktion, Fabriken, Banken und Versicherungen, Supermärkte und Tourismusunternehmen werden zu computervernetzten und -gesteuerten "Informationsbetrieben".

In der automatisierten Fabrik der Zukunft steuern vernetzte Computer den Produktionsprozeß im gesamten Ablauf: von der Auftragsannahme über die Konstruktion, Fertigung und Qualitätskontrolle bis zur Auslieferung und Rechnungserstellung. Im Labor der Zukunft arbeiten Forscher und Ingenieure an ihren mit Computerzentren verbundenen Workstations und konstruieren neuartige Proteine, simulieren Aufpralltests für neue Automodelle und studieren die Strömungseigenschaften neuer Flugzeugflügel. Die Simulation ersetzt das Experiment. Im Büro der Zukunft kommunizieren Manager über weltweite Kommunikationsnetzwerke miteinander, rufen Informationen aus Datenbanken ab und analysieren die Daten mittels Computern.

Die Leistung der Mikrochips, dem Kernstück des Mikrocomputers, nahm dramatisch zu. Die Mikroprozessoren bestehen vor allem aus Silizium; durch Miniaturisierung der Schaltungen nahm die Rechengeschwindigkeit ständig zu. Weitere Leistungszuwächse wurden durch konzeptionelle Verbesserungen erzielt: durch "pipelining", die Fließbandverarbeitung von Befehlsfolgen, superskalare Organisationsformen, bei denen die Hardware in jeder Stufe der Pipeline drei bis sechs Vorgänge bearbeiten kann, und Cache-Speicher, extrem schnelle Zusatzspeicher, die direkt in den Mikroprozessor integriert sind. Parellelrechner werden, wenn sich die Hoffnungen erfüllen, zu weiteren Verbesserungen führen.

Daneben werden weitere Konzepte untersucht: Quantenchips, in den sich tunnelnde Elektronen für digitale Operationen nutzen lassen, und Biochips, in denen Moleküle, die ihre Konfiguration schlagartig ändern können, als Speicher- und Rechenmedium genutzt werden. Eine weitere Idee sind nanomechanische Logikgatter, bei denen nur ein Atom breite Strahlen oder Fäden logische Operationen ausführen, oder optische Rechner und Speicher, in denen elektronische Komponenten durch optische ersetzt werden, welche eine "optische Bistabilität" besitzen.

Die Kommunikation wurde durch Digitalisierung und Glasfasertechnik revolutioniert. Neben dem gesprochenen Wort wurden Daten, Töne, Melodien, Texte und Bilder mit immer größerer Geschwindigkeit übermittelt. Elektronische Post, kommerzielle Online-Dienste und das Internet werden von immer mehr Personen benutzt. Telephongesellschaften, die interaktive Videodienste anbieten wollen, planen, ihre Glasfasernetze durch Vermittlungsstellen für Breitband-Datenpakete zu verbinden. Mit dem asynchronen Übertragungsverfahren (asynchronous transfer mode, ATM) können diese Spezialcomputer Text-, Sprach- und Videodatenpakete mit extrem hohen Raten übermitteln, Drahtlose Netze werden dieser Entwicklung folgen. Mobiltelephone werden veralten, es wird Geräte geben, die neben dem Telephonieren auch Telefaxe und Videosequenzen drahtlos senden und empfangen und gewisse Leistungen eines Computers bieten können.

Bio- und Gentechnologie

Die Biotechnologie kann als "Informationstechnik des Lebens" angesehen werden. Dabei werden lebende Zellen und Organismen dazu benutzt, bestimmte Produkte zu erzeugen. Seit Jahrtausenden brauen die Menschen Met und Bier mit Hilfe von Hefepilzen, vergären Wein oder erzeugen Käse. Diese alte Technik wurde durch zwei Entdeckungen revolutioniert: Watson und Crick erkannten den Bauplan des DNA-Moleküls und entschlüsselten den genetischen Code des Lebens, Boyer und Cohen fanden ein Verfahren, ein einzelnes Gen aus einer DNA-Kette herauszutrennen und in einer anderen DNA einzusetzen. Damit konnten Gene von Lebewesen zu Lebewesen übertragen werden, das Gen-Engineerung war geboren; der Mensch wurde zum zweiten Schöpfer.

Bald wurde Insulin mit Hilfe von E.Coli-Bakterien gentechnisch hergestellt. Neben die Fabrik der Roboter trat die Fabrik der Mikroben. In der Medizin wurden neue diagnostische und therapeutische Methoden auf Gentechnik-Basis eingesetzt. Neben der Analyse des gesamten menschlichen Genoms war es ein Fernziel, genetische Defekte frühzeitig zu erkennen und gegebenenfalls zu korrigieren. Eine wichtige Rolle bei diesen Forschungen spielte die Polymerasekettenreaktion (PCR), mit der einzelen Genabschnitte beliebig oft kopiert werden konnten.

In der Landwirtschaft können hochertragreiche und schädlingsresistente Pflanzen gezüchtet werden, ebenso Tiere mit erwünschten Eigenschaften. Die Landwirtschaft wird zur Bioindustrie - verbunden mit einer gewaltigen Produktivitätssteigerung, die den Nahrungsmangel auf der Erde beseitigen könnte. In der chemischen Industrie können Stoffe wie Ammoniak mit gentechnisch erzeugten Enzymen hergestellt werden. In der Elektronikindustrie werden in neuen Schaltkreisen biologische und elektronische Elemente kombiniert: Enzyme dienen als Bisosensoren in Medizin, Nahrungsmittelanalyse und Umweltvermessung, neuartige Computer könnten einmal aus Biochips aufgebaut sein. Im Umweltschutz können speziell zugeschnittene Bakterien Ölreste abbauen, Gewässer reinigen oder Mülldeponien entgiften.

Werkstoffe und Energien

Die Entwicklung der menschlichen Zivilisation ging seit jeher mit der Nutzung neuer Werkstoffe zusammen: Steinzeit - Bronzezeit - Eisenzeit - Stahlzeit. Viele Jahrtausende lang hat der Mensch Stein, Lehm, Holz, Pflanzenfasern, Tierhäute, Knochen und andere in der Natur vorkommende Materialien verwertet und nutzbringend verwendet. Mit Ton ließen sich Gefäße formen, die nach dem Brennen wasserundurchlässig sind und sich auch zum Garen von Speisen eignen.

Die Herstellung von Keramiken begründet die Werkstofftechnik. Mit der Verhüttung von Erzen und dem Gießen von Bronze- und Eisengeräten erschloß ich eine weitere wichtige Materialgruppe, die metallischen Werkstoffe. In neuerer Zeit sucht der Mensch nicht mehr nach weiteren Anwendungen vorhandener Werkstoffe, sondern entwickelt genau das Material, das sich für die gewünschte Anwendung am besten eignet oder setzt es sogar Atom für Atom zusammen. Der Zeit der natürlichen Rohstoffe folgte die "Kunststoff-Zeit"

So entstanden völlig neuartige Stoffgruppen: perfekte, von jeder Verunreinigung freie Silizium-Einkristalle für elektronische Schaltkreise; ultrareines Glas für die Lichtwellen-Leiter der neuen optischen Kommunikation; Kohlenstoff-Faser-Verbundwerkstoffe für die Luft- und Raumfahrt, Hochleistungskeramiken für Komponenten in Automotoren. Man hofft, Stoffe zu konstruieren, die bei Zimmertemperatur supraleitend sind. Elektrischer Strom könnte dann über beliebige Strecken verlustfrei transportiert werden, die Stromerzeugung würde einen höheren Wirkungsgrad erreichen, Elektromotoren würden weniger Strom verbrauchen, neue Meßgeräte und starke Magnetfelder könnten hergestellt werden.

In der Agrargesellschaft lebte der Mensch fast ausschließlich von der Energie der Sonne. Wind- und Wasserkraft wurden abgelöst durch fossile Energieträger wie Kohle, Erdgas und Erdöl, deren Verbrennung zum Anstieg der Kohlendioxidbelastung in der Atmosphäre führt. Die Kernspaltung bietet Risiken, die Kernfusion ist in absehbarer Zukunft kaum vorstellbar. Dafür erlauben es photovoltaische und solarthermische Technologien, sowohl die Licht wie die Wärmestrahlung der Sonne zu nutzen - für Solarkraftwerke und für die Deckung des Energiebedarfs in Wohnhäusern (Elektrizität, Heizung, Warmwasser).

Mittels Elektrolyse läßt sich aus Wasser Wasserstoff als ein transportierbarer Energiestoff gewinnen. Zugleich lassen sich indirekte Formen der Sonnenenergie in großem Maßstab nutzen: Biomasse, Wasserkraft, Windkraft, Wellenenenergie oder geothermische Energie. Möglicherweise werden das Solarenergiesystem und die vollentwickelte Informationsgesellschaft die Kernstücke der zukünftigen Weltwirtschaft sein.

Verkehr

Auch Transport und Verkehr werden revolutioniert werden. Dreiliterautos, Hochgeschwindigkeitszüge, Magnetschwebebahnen, neuartige Schiffe und Flugzeuge werden Selbstverständlichkeit werden. Die Zukunft der Raumfahrt wird sich im erdnahen Raum abspielen; Kommunikations-, Wetter- und Fernerkundungssatelliten werden perfektioniert, bemannte Raumstationen werden multinationale Projekte sein, Mondbasen oder bemannte Reisen zu Mars und Venus werden ebenfalls von mehreren Nationen finanziert. Unbemannte Raumsonden werden Sonne, Planeten, Monde, Asteroiden und Kometen erkunden, Teleskope in der Erdumlaufbahn werden aus Tiefen des Alls Signale auf allen Ebenen des elektromagnetischen Spektrums empfangen und analysieren.

Zukunft der Technologie

So könnte die High-Tech-Revolution die Menschheit in eine neue Zeit führen, in die dritte Epoche nach Agrar- und Industriezeitalter. Die Heimat wäre die Erde mit Außenposten in der Umlaufbahn, auf dem Mond, Venus, Mars und den Monden von Jupiter und Saturn. Glasfaserkabel, Satelliten und Computernetze wären zusammen mit allgemein zugänglichen Datenbanken die Grundlage der Informationsgesellschaft, die weltweite Telekommunikation würde die Erde zu einem globalen Dorf machen. Biotechnische Methoden verändern Pflanzen, Tiere und Menschen, Roboter und Automaten lenken menschenleere Fabriken, der Energiebedarf wird durch Ausnutzung von Sonnenenergie gestillt.

Entsteht ein hochtechnologisches Utopia oder ein düsterer Alptraum? Geklonte und konditionierte Menschen, der gläserne Mensch, künstliche Befruchtung, das Retortenkind, interaktives Fernsehen, virtuelle Scheinrealitäten, der große Computer, der die Welt kontrolliert - wäre das nicht eine Welt voller neurotischer, schizoider Menschen, die ihrer "ersten" Natur entfremdet wären? Der Mensch befindet sich auf einer Gratwanderung zwischen High-Tech-Paradies und apokalyptischer Endzeithölle, auf der einen Seite ein von allem Laster, Fron und Krankheit freies Leben, auf der anderen Seite eine Existenz, in der Pest, Hungersnot, Krieg und Tod wüten .

Eine komplexe, globale Gesellschaft auf der Grundlage informationstechnisch-biogenetischer Entwicklungen ist am Entstehen. Information, Computer, Kommunikation, Bio- und Gentechnik sind Begriffe, die prägend für die Zukunft sein werden. Der Mensch wird seine genetische und mentale Entwicklung und Struktur durch Genmanipulation, elektronische Gehirn-Implantate, Gehirn-Computer-Interfacing und Künstliche Intelligenz selbst bestimmen können. Medien und globale Kommunikation werden eine neue Umwelt konstruieren, die mit der natürlichen Umwelt nur noch wenig gemein hat. Aber wird sich der Mensch in seiner solchen vernetzten Welt noch wohl fühlen? In jedem Fall wird die Technik die Gesellschaft in Zukunft weit stärker prägen und beeinflussen als jemals zuvor in der Menschheitsgeschichte.

Die Explorer-Flotte

In den vergangenen Jahren wurde eine Flotte von Raumsonden ins All geschossen, um das Sonnensystem zu erforschen. Jupiter, Saturn, der Asteroidengürtel und der Mond waren die Ziele. Drei der Raumschiffe - Galileo, Cassini und das Chandra X-ray Observatory, sind große Maschinen, vollbepackt mit wissenschaftlichen Instrumenten. Drei andere - Near Earth Asteroid Rendezvous (NEAR), Lunar Prospector und Stardust - sind Teil eines NASA-Programms unter dem Motto "faster, better, cheaper" - kostengünstige Missionen von dennoch hohem wissenschaftlichem Wert.

In den nächsten zehn Jahren sollen etwa fünfzig unbemannte Raumsonden gestartet werden - nicht nur von der NASA, sondern auch von der European Space Agency, von Russland und Japan. Diese internationale Armada wird unser Verständnis vom Universum revolutionieren und vielleicht den Weg ebnen für bemannte Missionen zu anderen Welten.

Galileo erreichte im Jahr 1995 das Jupitersystem und war der erste künstliche Orbiter des größten Planeten unseres Sonnensystems. 1994 übertrug die Sonde Bilder vom Einschlag des Kometen Shoemaker-Levy 9 auf Jupiter. Zwei Jahre lang beobachteten die Kameras aus der Umlaufbahn Jupiter und seine Monde, andere Instrumente maßen Magnetfelder und die Konzentration von Staub und schweren Ionen. Es folgten Vorbeiflüge an den großen Jupitermonden. Bei Ganymed wurde eine Magnetosphäre angemessen, Io zeigte intensive vulkanische Aktivität auf der Oberfläche. Bei Europa wird eine Eiskruste angenommen, und Wissenschaftler spekulieren über einen Ozean unter der Oberfläche, der vielleicht sogar Leben tragen könnte.

Derzeit gibt es Pläne für eine eigenständige Europa-Mission. Mit einem nuklear betriebenem Wärmeaggregat an der Spitze eines Bohrers könnte man sich durch kilometerdicke Eisschichten schmelzen, um den subplanetaren Ozean direkt zu vermessen.

Im Oktober 1997 war Cassini die größte interplanetare Raumsonde, die jemals gestartet wurde. Im Juli 2004 soll sie den Saturn erreichen. Kameras sollen Bilder im sichtbaren, ultravioletten und infraroten Bereich aufnehmen, ferner sollen Gase in der planetaren Atmosphäre und Winde analysiert werden, ebenso die interne Struktur des Gasgiganten und die Magnetosphäre. Die Ringe sollen vermessen und ihre chemische Zusammensetzung erforscht werden. Einige Astronomen nehmen an, daß die Ringe von einem zertrümmerten Mond stammen; diese Theorie soll ebenfalls überprüft werden.

Cassini soll nach vier Monaten im Orbit die Sonde Huygens zum größten Saturnmond Titan schicken. Titan gilt als der einzige Mond im Sonnensystem mit einer nachweisbaren Atmosphäre. Huygens wird in die Atmosphäre eindringen und mit Hilfe von zwei Fallschirmen langsam zur Oberfläche absinken. Dabei werden Windgeschwindigkeiten, Temperature und Gase vermessen; manche Forscher gehen von der Existenz komplexer organischer Moleküle aus. Möglicherweise ähnelt die dortige Biochemie der der frühen Erde. Die Oberfläche von Titan könnte bedeckt sein von Seen bestehend aus flüssigem Methan.

Cassini soll die Beobachtungen des Saturn und seiner Monde bis 2008 fortsetzen, wobei Dutzende von nahen Vorbeiflügen an Titan und den 17 anderen Monden erfolgen. Wissenschaftler sind unter anderem gespannt auf den Eismond Mimas und den 130 Kilometer breiten Herschel-Krater.

Das dritte der großen Observatorien der NASA ist das Chandra X-Ray Observatory, welches energiereiche Röntgenquellen in den Herzen von Galaxien beobachten soll. Schwarze Löcher, Quasare und Supernovae emittieren große Strahlungsmengen im Wellenlängenbereich von Röntgenstrahlen. Der Start ist für 1999 vorgesehen.

Wegen ihrer hohen Energie dringen Röntgenstrahlen durch die Spiegel optischer Teleskope durch. Röntgenstrahlen können nur dann reflektiert werden, wenn sie einen Spiegel in einem Winkel von einem Grad oder weniger tangieren.

Die Spiegel von Chandra sind wie ein Rohr geformt. Die Röntgenstrahlen dringen in den hohlen Zylinder ein und streifen die innere Oberfläche, die von stark reflektierendem Iridium beschichtet ist. Die ineinanderverschachtelten Spiegel sammeln die Strahlen und fokussieren sie auf zwei Instrumente des Teleskops, einer hochauflösenden Kamera und einem Spektrometer.

Chandra muß außerhalb des Van Allen - Gürtels operieren, weil die dortigen geladenen Partikel mit den Instrumenten wechselwirken würden. Das Teleskop wird in einen elliptischen Orbit mit einem Scheitelpunkt bei 140 000 Kilometern einschwenken. Chandra soll die Kerne von aktiven Galaxien erforschen, die enorme Mengen von Röntgenstrahlung erzeugen. Diese Strahlung wird möglicherweise durch massive Black Holes produziert, welche durch ihre Gravitationskräfte ganze Sterne "ansaugen". Weitere Beobachtungsschwerpunkt sind entfernte Galaxiencluster, bei denen der Raum zwischen den Galaxien mit Röntgenstrahlen emittierendem Gas ausgefüllt ist. Vielleicht wird dadurch auch die Natur der sogenannten Dunklen Materie erhellt, welche die Cluster zusammenhalten soll. Weil Röntgenstrahlen nicht von interstellarem Gas absorbiert werden, kann Chandra auch das Zentrum unserer eigenen Milchstraße erblicken.

Der Lunar Prospector ist eine kleine und preisgünstige Raumsonde, welches eine der größten wissenschaftlichen Entdeckungen des Jahres 1998 machte. Die Sonde "Clementine" hatte bereits Hinweise auf Mondwasser gefunden. Die Auswertung der ersten Daten des Spektrometers von Lunar Prospector ergab, daß es auf dem Mond sehr wahrscheinlich größere Mengen Wasser in der Form von Eis in Kratern des Nord- wie des Südpols gibt. Die NASA-Wissenschaftler gehen davon aus, daß dieses Eis auf die beiden Polarregionen begrenzt ist und dabei nur 0,3 bis ein Prozent in einer Mischung mit dem Felsboden des Mondes ausmacht. Die vermutete Menge Wassereis schwankt zwischen elf Millionen und 330 Millionen Tonnen. Es wird angenommen, daß Wasser unter anderem durch Einschläge von Meteoriten und Kometen auf den Erdtrabanten gelangt ist.

Die Existenz von Eis wäre eine Vorraussetzung für die Errichtung bemannter Mondbasen: Das Wasser könnte in Wasserstoff für Raketentreibstoffe und Sauerstoff als Atemgas gespalten werden.

Die Sonde Stardust startete 1999 und soll im Jahr 2004 den Kometen "Wild 2" anfliegen, Proben aus der Staub- und Gaswolke des Kometenkerns entnehmen und zur Erde zurückkehren. Bereits 1986 hatte Giotto den Komet Halley untersucht. Spezielle Schutzschilde sollen die Instrumente vor Einschlägen von Staubpartikel schützen. Der Staub wird in einem Gitter in Form eines Tennisschlägers eingefangen, der auf beiden Seiten mit Zellen einer Substanz namens Aerogel überzogen ist.

Die Forscher bezeichnen Wild 2 als eine "Zeitkapsel", mit der sie Materialien erkunden können, die in der Entstehungsphase des Sonnensystems entstanden sind.

Die Sonde NEAR (Near Earth Asteroid Rendezvous) startete 1996 und soll in eine Umlaufbahn um den 40 Kilometer langen Asteroiden 433 Eros gebracht werden. Neben der Kartographierung der Oberfläche soll ein eventuell vorhandenes Magnetfeld vermessen werden; weitere Instrumente sollen die Verteilung und Dicke der Trümmerschichten der Asteroidenoberfläche analysieren. Wissenschaftler wollen wissen, ob das Material von Eros eine ähnliche Zusammensetzung hat wie Meteoriten, die auf der Erde eingeschlagen sind. Viele Astronomen glauben, daß Meteoriten ihren Ursprung im Asteroidengürtel haben.

Die Internationale Weltraumstation

Die Internationale Raumstation (International Space Station - ISS) ist das größte Weltraumprojekt der Menschheitsgeschichte nach der Mondlandung steht unmittelbar bevor. Ein internationaler Kraftakt aller raumfahrenden Nationen der Erde soll das phantastische Gebilde im Orbit entstehen lassen: Amerikaner, Russen, Europäer, Japaner und Kanadier wirken mit, um den 108 Meter breiten, 74 Meter tiefen und 415 Tonnen schweren Komplex zu erschaffen. Insgesamt wird die Raumstation mehr als 100 Komponenten aus 16 Ländern enthalten. Die USA liefern ein Laboratorium, ein Wohnmodul und die Sonnenenergieaggregate, die European Space Agency und Japan bauen eigene Forschungsmodule.

Der Aufbau der Station begann 1998 mit dem Start des von Russen gebauten, aber von den Amerikaner finanzierten Funktions- und Nutzlastmoduls (FGB - Functional Cargo Block). Als Keimzelle der Station wird es in der ersten Phase der Konstruktionszeit die Stromversorgung und die Datenverbindung mit der Erde sicherstellen.

Die gesamte Station soll im Jahr 2005 fertiggestellt sein, wobei 45 Flüge mit US-Shuttles und russischen Raketen notwendig sind.

Mars - der Rote Planet

Zwischen 1960 und 1996 starteten die Vereinigten Staaten und die Sowjetunion bzw. Rußland insgesamt 29 unbemannte Raumsonden in Richtung Mars. Mehr als die Hälfte dieser Missionen schlugen fehl, zuletzt die russische "Mars 96". Ende 1996 startete die NASA-Sonde "Mars Global Surveyor", welche 1997 in den Orbit um den Planeten einschwenkte und eine genaue Karte seiner Oberfläche erstellen soll. Es folgte ein weiteres NASA-Raumfahrzeug, "Mars Pathfinder", der am 4. Juli 1997 in der Mündung des ehemaligen Ausströmkanals Ares Vallis landete. Das längst ausgetrocknete Tal entstand vor drei bis vier Milliarden Jahren, als sich unglaubliche Mengen Wasser in die nördliche Tiefebene des Mars ergossen. Eine neue Landetechnik wurde getestet: Die Sonde war in mehrere, mit Luft gefüllte Kissen gehüllt, die die Wucht des Aufpralls auf der Oberfläche abfingen. Ein sechsrädriges Roboterfahrzeug namens Sojourner, das weitgehend automatisch agierte, erkundete die Umgebung der Landestelle.

Die planetenweiten Studien des "Global Surveyor" werden durch die Mission "Mars Surveyor 1998" erweitert, welche aus einem Orbiter und einem Lander besteht, die getrennt gestartet wurden: Der "Mars Climate Orbiter" verließ die Erde Ende 1998 und soll mit seinem Infrarot-Radiometer Temperatur, Druck, Staubkonzentrationen vermessen und Trockeneisablagerungen ausfindig machen. Der "Mars Polar Lander" soll im Südpolargebiet niedergehen und Ablagerungen von Staub, Kohlendioxid und Eis erforschen.

Bis zum Jahre 2008 wollen die NASA und die europäischen Partner mindestens vier Orbiter und vier "Lander" zu Marsoberfläche schicken. Ziel ist die Einsammlung von Felsen und Staub; spätestens 2008 sollen solche Proben zur Erde gebracht werden. Eine Reihe weiterer Missionen mit ähnlichem Auftrag folgen zwischen 2008 und 2012.

1998 startete Japan "Planet B", einen Orbiter, der zwei Jahre lang die Atmosphäre und Ionosphäre des Mars erforschen soll.

Diese Missionen haben weitgesteckte Ziele: die Forscher wollen mehr Daten über Klima, Geologie, Wasserhaushalt erhalten und die Frage nach der Existenz von Leben auf dem Mars in Vergangenheit oder Gegenwart beantworten. Vielleicht finden sich Rückstände von Mikroben unter der Oberfläche oder Hinweise auf organische Materie in den Felsen. Und natürlich sollen Voraussetzungen geschaffen werden für eine bemannte Mission um das Jahr 2020.

Der "Mars Surveyor 2001" enthält ebenfalls einen Orbiter und einen Lander. Der Orbiter enthält einen hochauflösenden Infrarot-Spektrometer und einen Gammastrahlenspektrometer, um die Verteilung von Mineralien und Elementen an der Oberfläche zu erforschen und um Wasservorkommen unter der Oberfläche nachzuweisen. Der Lander wird die Zusammensetzung der Felsen analysieren und einen kleinen beweglichen Rover ("Marie Curie") aussetzen. Dieser Rover enthält vier Instrumente, die unter dem Namen "APEX" (Athena Precursor Experiment) zusammengefaßt werden. Athena ist der Name des Rovers, der bei den Missionen eingesetzt werden soll, bei denen Proben zur Erde zurückgebracht werden. APEX enthält neben einemn Alpha-Protonen-Gammastrahlen-Spektrometer eine Panoramakamera, einen Wärme-Emissions-Spektrometer und ein Mössbauer-Spektrometer, welcher eisenhaltige Mineralien aufspüren soll. Es soll auch untersucht werden, wie gefährlich die Marsumgebung für Menschen ist und ob Raketentreibstoff aus der Atmosphäre gewonnen werden kann.

Die Rückkehrmissionen sollen 2003 und 2005 gestartet werden.

Die ESA startet 2003 den Mars Express, der mit einem Orbiter und zwei Landern den Staub auf der Oberfläche untersuchten soll.

Weitere Weltraumziele der Zukunft

Die Sonne

In der vergangenen Jahren haben mehrere Sonden die Sonne und den Sonnenwind erforscht. SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) hat zu neuen Erkenntnissen über das Zentralgestirn und seine Korona geliefert.

Ulysses vermaß den Sonnenwind und das Magnetfeld der Sonne aus einer entfernten Umlaufbahn, die über den Nord- und Südpol der Sonne führte.

Für 2001 plant die NASA den Start der Raumsonde Genesis, welche Sonnenwindpartikel in einem erdnahen Orbit sammeln will. Nach einer Dreijahresmission soll die Sonde die Proben zur Erde zurückbringen, wo Wissenschaftler das Vorkommen verschiedener Elemente und Isotopen messen können.

Die ambitionierteste Sonnenmission ist die von "Solar Probe", vorgesehen für das Jahr 2007. Das Raumfahrzeug wird in einen exzentrischen Orbit gebracht, und im Jahr 2010 soll es in die Sonnenkorona eindringen, weniger als drei Millionen Kilometer von der Sonnenoberfläche entfernt. "Solar Probe" wird das solare Magnetfeld vermessen und die Sonnenoberfläche photographieren, außerdem sollen Plasmawellen analysiert werden. Die Sonde wird auch durch die coronalen Löcher fliegen, wo die schnellsten Solarwinde ihren Ursprung haben. Die Forscher erhoffen sich eine Erklärung darüber, wie die Solarwinde solch hohe Geschwindigkeiten erreichen können, ebenso eine Antwort auf die Frage, warum die äußere Atmosphäre der Sonne hundertmal heißer ist als die Oberfläche.

Die inneren Planeten

Merkur, der sonnennächste Planet, hat die zweithöchste Dichte im Sonnensystem nach der Erde und enthält viel Eisen. Einige Astronomen glauben, daß in der Frühgeschichte des Sonnensystems die Sonne den äußeren Teil des Planeten verdampfte, so daß nur der metallische Kern übrigblieb. Andere meinen, daß ein Kometen- oder Asteroideneinschlag die äußere Kruste und den Mantel von Merkur weggeblasen hat.

Den bislang einzigen Besuch erhielt Merkur in den Jahren 1974/75 durch die Sonde Mariner 10. Für das Jahr 2004 plant die NASA die "Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry and Ranging Mission" (MESSENGER). Die Instrumente dieser Sonde - ein Bildsystem, ein Magnetometer und vier Spektrometer - sollen Daten von der Oberfläche, des Magnetfeldes und der dünnen Atmosphäre sammeln. Ein riesiger "Sonnenschirm" schützt die Instrumente vor der intensiven solaren Strahlung. Wissenschaftler erhoffen sich Erkenntnisse über die geologische Vergangenheit, indem verschiedene Elemente in der Planetenkruste nachgewiesen werden.

Die Venus glich in der Frühzeit des Sonnensystems möglicherweise der Erde, entwickelte sich dann aber vollkommen anders. Heute ist der Planet ein höllischer Ort, mit einer Kohlendioxid-Atmosphäre, Wolken aus Schwefelsäure und einer Oberfläche, die heiß genug ist, Blei zu schmelzen. Die Venus ist ein Beispiel für die Horroreffekte einer globalen Erwärmung.

Im Jahr 2002 soll die Raumsonde VESPER (Venus Sounder for Planetary Exploration) zum nächsten Nachbarplanet der Erde fliegen. Vorgänger waren die Sonden Mariner, Pioneer und Magellan. VESPER soll die Venus zweieinhalb Jahre lang umkreisen und Messungen der atmosphärischen Gase, Windgeschwindigkeiten, Temperatur und des Wetters durchführen.

Asteroiden und Kometen

Die Sonden Stardust (Komet Wild 2) und NEAR (Asteroid 433 Eros) wurden bereits erwähnt. Deep Space 1 befindet sich auf dem Weg zum Asteroiden 1992 KD.

Bahnbrechende Erkenntnisse über die Entstehung unseres Sonnensystems erhoffen sich europäische Wissenschaftler durch die Analyse von Kometenstaub. Nach Angaben des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt soll das Weltraumprojekt "Rosetta" seinen Höhepunkt im Jahre 2012 mit der Landung auf dem Kometen "Wirtanen" erreichen. Das Landegerät soll am 21. Januar 2003 mit einer Ariane-Rakete gestartet werden. Es wird auf dem kleinen Kometen abgesetzt und wird ihn anbohren.

Deep Space 4 will die Technik zur Landung einer unbemannten Raumsonde auf einem Kometen testen. Sie startet im Jahr 2003, soll mit dem Kometen Tempel 1 zusammentreffen, eine Sonde auf dem Kometenkern landen und Proben zur Erde zurückbringen.

Der Jupitermond Europa

1979 warf erstmals die Sonde Voyager 1 einen flüchtigen Blick auf die felsige Oberfläche des Jupitermondes Europa. In den vergangenen Jahren analysierte Galileo während der Jupiterumrundungen den Mond. Das Eis ist durchsetzt mit Rissen, Gebirgskämmen und Salzablagerungen - Hinweise auf einen turbulenten Ozean unter dem Eis. Obwohl die Temperatur von Europas Oberfläche bei minus 160 Grad liegt, könnte Reibung - erzeugt durch Jupiters enorme Schwerkraft, die zu einem Erheben und Absenken der Europa-Oberfläche in der Art von Gezeiten führt - das Innere des Mondes erwärmen.

Für 2003 plant die NASA den "Europa Orbiter" in eine Umlaufbahn bringen. Mittels Radar soll die Dicke der Eisschicht vermessen und nach Hinweisen auf einen subplanetaren Ozean gesucht werden. Mittels eines Höhenmessers soll die Gezeitendeformation der Oberfläche Europas analysiert werden.

Auf der Erde existieren extremophile Mikroben in der Antarktis und der Tiefsee. Europa könnte also ein Kandidat für außerirdisches Leben sein. So laufen bereits Experimente mit Unterwassersonden, die sich durch die Eisschicht bohren könnten, um schließlich "vor Ort" im subplanetaren Ozean nach Mikroorganismen zu suchen.

Pluto und der Kuiper-Gürtel

Pluto, erst im Jahre 1930 entdeckt, wurde bislang von keiner Raumsonde erforscht, alle relevanten Informationen stammen vom Hubble Space Telescope. Die Oberfläche des Planeten ist eine Schale aus gefrorenem Methan, Kohlenmonoxid, Stickstoff und Sauerstoff. Unter der Oberfläche ähneln die Fels- und Eisstrukturen möglicherweise mehr einem Kometenkern als einem typischen Planeten. Pluto befindet sich auf einer exzentrischen Umlaufbahn um die Sonne, sein Durchmesser ist mit 2340 Kilometern nur etwa doppelt so groß wie der seines Mondes Charon.

Im Jahre 2004 will die NASA den Pluto-Kuiper-Express auf seine 5-Milliarden-Kilometer-Reise schicken. Kameras und Spektrometer sollen Oberflächenformationen photographieren und Temperatur- und Druckmessungen durchführen. Ebenso soll die Zusammensetzung der Atmosphäre analysiert werden.

Nach dem Pluto wird die Sonde zum Kuiper Belt weiterfliegen, um die chemische Zusammensetzung dieser Eiskörper festzustellen. Wenn die Kuiper-Körper dieselbe Zusammensetzung wie Pluto haben, könnte Pluto ehemals ein Mitglied dieses Gürtels gewesen sein.

Erdähnliche Planeten in anderen Sonnensystemen

Kürzlich haben erdgebundene Teleskope mehrere extrasolare Planeten aufgespürt. Diese indirekten Beobachtungen basieren auf dem Nachweis von schwerkraftinduzierten Schwankungen des beobachteten Sterns. Da die Planetenmasse sehr groß sein muß, um solche Schwankungen zu verursachen, gleichen die entsprechenden Welten mehr Jupitergiganten als der Erde.

Für 2005 plant die NASA die "Space Interferometry Mission" (SIM), ein Observatorium, das in einem erdnahen Orbit um die Sonne kreist. SIM verspricht Bilder von hoher Auflösung, indem das Licht von zwei zehn Meter entfernten Teleskopen sammelt. Damit könnten auch erdähnliche Welten aufgespürt werden.

Wenn SIM entsprechende Sonnensysteme identifiziert hat, könnte der "Terrestrial Planet Finder" (TPF) in Aktion treten. Geplant für das Jahr 2010, würde ein Instrument direkt das reflektierte Licht von erdähnlichen Planeten in anderen Sonnensystemen beobachten. Das Observatorium würde auf fünf Flugkörpern bestehen, die in Formation fliegen. Vier der Sonden tragen 3,5-Meter-Teleskopspiegel, die auf den Zielstern ausgerichtet werden. Jeder Spiegel reflektiert das Infrarotlicht des Sterns zur fünften Sonde, die in der Mitte der Gruppe fliegt. Die vier Strahlen werden kombiniert, so daß die Lichtwellen miteinander interferieren; das Sternlicht im Zentrum des Bildes wird ausgeblendet, dafür wird das Licht von den Planeten in der Peripherie bewahrt.

Mittels Spektrometern wird dann versucht, die chemische Zusammensetzung der Planetenatmosphäre zu bestimmen. Kohlendioxid, Wasserdampf und Ozon sind Lebenszeichen, die im infraroten Spektrum detektiert werden können. Ozon wäre ein Hinweis auf primitive Lebensformen.

Zukünftige Weltraumteleskope

Mit verbesserten Teleskopen im Erdorbit wollen Astronomen sehr alte Galaxien und Sterne erforschen und den Beginn des Universums beobachten. 2003 soll der Bau des "Next Generation Space Telescope" (NGST) beginnen, mit dem die Forscher 12 Milliarden Lichtjahre tief ins All blicken können, in eine Zeit einige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall. Das Hubble Space Telscope, das sich seit 1990 im Erdorbit befindet, erbrachte revolutionäre Erkenntnisse über die Geschichte des Universums. Die Astronomen wollen nun wissen, wie sich die ersten Galaxien aus der dunklen primordialen Nebeln entwickelten. Das NGST wird Objekte mit einer Rotverschiebung von 10 bis 20 beobachten können. Das neue Teleskop besteht aus einem Acht-Meter-Spiegel und arbeitet empfängt Signale aus dem infraroten Spektralbereich.

Die Bilder des NGST werden helfen zu erklären, wie sich aus den ursprünglichen Dichtefluktuationen nach dem Urknall die großräumigen Strukturen des heutigen Universums entwickelten. Die Astronomen wissen noch nicht, ob sich die Galaxien aus Konzentrationen von großen Materiewolken oder durch Zusammenballungen kleinerer Sternencluster gebildet haben. Auch die Sternen- und Planetenentstehung innerhalb von massiven Staubwolken soll näher beleuchtet werden. Gestartet werden soll das NGST im Jahre 2008.

Deep Space 3, Starttermin 2002, enthält drei Raumschiffe, die in Formation fliegen, um einen optischen Interferometer zu erschaffen. Damit sollen entfernte Sterne mit hoher Auflösung untersucht werden.

Im April 1999 startete von dem russischen Weltraumbahnhof Kapustin Yar der Röntgensatellit Abrixas ins All. Er sollte in 580 Kilometer Höhe Röntgenstrahlen aus den Tiefen des Alls analysieren und somit die Geheimnisse von Schwarzen Löchern, Neutronensternen und Supernovae ergründen. Kurze Zeit nach dem Start gab es Fehlfunktionen, und der Satellit konnte seine Aufgaben nicht mehr erfüllen.

Seit 1996 ist der italienisch-niederländische Satellit Beppo-SAX und Einsatz und lieferte wertvolle Erkenntnisse über Gammastrahlenausbrüche.

XMM (X-Ray Multi-Mirror) wurde von der ESA konstruiert und soll ab dem Jahr 2000 kosmische Röntgenquellen beobachten.

INTEGRAL (International Gamma-Ray Astrophysics Lab) wurde ebenfalls von der ESA gebaut und dient ab 2001 zur Analyse der Spektren von Neutronensternen, Schwarzen Löchern, Gammastrahlenausbrüchen und aktiven galaktischen Zentren.

GALEX (Galaxy Evolution Explorer), ein Produkt der NASA, soll ab 2001 Sterne, Galaxien und schwere Elemente bei ultravioletten Wellenlängen beobachten.

MAP (Microwave Anisotropy Probe), ebenfalls von der NASA entworfen, studiert ab dem Jahr 2000 den kosmischen Mikrowellenhintergrund und versucht dadurch, neue Erkenntnisse über den Ursprung und die Evolution des Universums zu gewinnen.

Die kombinierte Mission FIRST (Far Infrared Submillimeter Telescope) und Planck (ESA) sollen ab 2007 die Feinstruktur der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung untersuchen.

Triebwerkssysteme für Raumtransporter, Raketen und Raumsonden

Antriebe für Raumtransporter

Während des Fluges durch die Lufthülle der Erde schleppen Raumtransporter den für die Verbrennung ihres Treibstoffs notwendigen Sauerstoff mit, obwohl sie ihn eigentlich der Umgebungsluft entnehmen könnten. Erst in Höhen um 40 Kilometer sind sie auf den Sauerstoff angewiesen. Deshalb waren seit Jahren in allen Plänen für zukünftige Raumtransporter wie etwa für den englischen HOTO (Horizontal Take off and Landing) oder das amerikanische SSTO (Single Stage to Orbit) für den Flug durch die Lufthülle luftatmende Triebwerke vorgesehen. Auch in Deutschland arbeitete man im Rahmen des Hyperschall-Forschungsprogramms für das Projekt "Sänger" an dieser Technologie.

Beim konventionellen Triebwerk würde bei dreifacher Schallgeschwindigkeit die schnell einströmende Luft sich beim Eintritt in den Motor bereits sehr stark erhitzen, mit der Folge, daß die hohen Temperaturen in der Brennkammer den Motor zerstören könnten. Das Straustrahltriebwerk verzichtet daher auf den Kompressor, da die Luft so schnell eintritt, daß sie sich in der Brennkammer selbst aufstaut und verdichtet. Die Deutsche Aerospace hat bereits ein Vormodell einer solchen mit Flüssigwasserstoff betriebenen Staustrahl-Brennkammer getestet. Bei Geschwindigkeiten von über Mach 7 kann man allerdings nicht mehr mit konventionellen Brennkammern arbeiten: die mit Überschallgeschwindigkeit eintretende Luft ließe sich nicht mehr stauen, weil sie sie jedes Hindernis, auf das sie stößt, zu sehr erhitzen würde. Die Eintrittsluft muß daher auch imTriebwerk ihre Überschallgeschwindigkeit beibehalten. Trotzdem muß ihr beim Durcheilen der Brennkammer mit diesem hohen Tempo noch Wasserstoff eingespritzt werden. Dessen Verbrennung hat dann dafür zu sorgen, daß die Verbrennungsgase das Triebwerk mit einer Geschwindigkeit verlassen, die erheblich höher ist als die in das Triebwerk eintretende Luft. Für das Verbrennen des Treibstoffs innerhalb des Triebwerks stehen nur wenige tausendstel Sekunden zur Verfügung. Auch das Einbringen des Wasserstoffs in die Überschallströmung sowie dessen Vermischung mit der durch das Triebwerk rasenden Luft und die hohen Temperaturen am Triebwerkseinlauf von etwa 1800 Grad bereiten den Ingenieuren Probleme. Dazu kommt, daß die Ein- und Auslaßöffnungen des Triebwerks - je nach Geschwindigkeit, Höhe und Flugzustand - computergesteuert vergrößert oder verkleinert werden müßten, um einen zuverlässigen Betrieb zu ermöglichen.

Diese Triebwerks-Technologie wird als "Scramjet" (Supersonic Combustion Ramjet) bezeichnet und soll Raumtransportersysteme ermöglichen, die Nutzlast für einen Bruchteil des heutigen Kilogrammpreises ins All befördern.

Die Amerikaner arbeiten an den Nachfolgern der Space Shuttle - Generation. Ein wiederverwendbarer Raumgleiter ist der X-33, der wie das Space Shuttle vertikal starten soll, aber auf zusätzliche Hilfsraketen verzichten kann. Der Raketenmotor ist nicht mit einer starren glockenförmigen Düsenkonstruktion ausgestattet, sondern mit einem "Aerospike", der eine variable Führung der ausgestoßenen Gase erlaubt.

Raketenantriebe für den Weltraum

Der Flug in den Weltraum ist vor allem eine Energiefrage. Bei den gewöhnlichen chemischen Treibstoffen gehen zwei Bestandteile eine Verbindung ein. Dabei wird Wärme frei, und die Moleküle des gasförmigen Reaktionsproduktes erhalten hohe Geschwindigkeiten. Die zwei Grundbestandteile sind Brennstoff und Oxydator. Als Brennstoffe dienen meist Kohlenwasserstoffe wie Petroleum, Alkohol und Anilin, gelegentlich auch die Stickstoff-Wasserstoff-Verbindung Hydrazin. Oxydatoren sind entweder Sauerstoff selbst oder sauerstoffreiche Stoffe wie Salpetersäure oder Wasserstoffsuperoxid. Zur Leistungssteigerung dienen kräftigere Oxydatoren, etwa Fluor, und als Brennstoff Verbindungen wie Lithium, Beryllium oder Bor. Optimal ist reiner Wasserstoff, der mit Sauerstoff zusammen Knallgas ergibt. Ein großes Hindernis für die Verwendung hochenergetischer Treibstoffe ist allerdings die mangelnde Hitzebeständigkeit der Werkstoffe.

Für viele Zwecke sind Raketen mit festen Treibstoffen günstig, allerdings läßt sich ihr Brennvorgang viel schlechter regeln als der einer Flüssigkeitsrakete. Die europäische Ariane-5-Rakete besteht aus einer Hauptstufe und zwei seitlich angebrachten Feststoffraketen. Mit dem drei Millionen PS starken Vulcain-Triebwerk können bis zu sieben Tonnen Nutzlast in den Weltraum transportiert werden.

Eine theoretische Möglichkeit zur Leistungssteigerung der Treibstoffe wären freie Radikale, die jedoch sehr unbeständig sind und sich nur bei extrem tiefen Temperaturen einsetzen ließen.

Hypothetische zukünftige Raumschifftriebwerke

Beim atomaren Antrieb wäre der Massenbedarf äußerst gering (30 Gramm Urandioxid entsprechen einer Tonne Kohle), und es wird auch kein Oxydator benötigt. Man hat geschätzt, daß gewöhnlicher molekularer Wasserstoff, wenn er in der Heizkammer einer Atomrakete auf nur 4000 Grad erhitzt wird, Auspuffgeschwindigkeiten von 11 Kilometer pro Sekunde erreicht.

Die im Oktober 1997 gestartete Saturnsonde Cassini hatte Plutonium an Bord, was zu Akzeptanzproblemen in der Bevölkerung führte. Ein Unfall beim Start oder beim Vorbeiflug an der Erde könnte fatale Folgen haben.

Eine andere Möglichkeit bietet die Plasmaphysik. Ein Plasma ist ein Gas, dessen Bestandteile elektrische Ladungen tragen, Ionen und Elektronen. Was ein Plasma für die Raumfahrt interessant macht, ist die Tatsache, daß seine Bestandteile durch elektromagnetische Kräfte sehr leicht gezielt beschleunigt werden können und damit einen überaus schnellen Auspuffstrahl darstellen.

Zur Erzeugung eines Plasmas braucht man viel elektrische Energie und eine geeignete Substanz. Die Energie müßte ein Atomkraftwerk liefern, als Substanz für den Massenträger empfehlen sich die Alkalimetalle Caesium und Rubidium, da sie relativ leicht zu verdampfen und dann zu ionisieren und beschleunigen sind. Nach theoretischen Vorstellungen werden die Metalle bei rund 200 Grad Celsius verdampft und dann auf eine heiße Platinfolie geblasen. Bei dem Aufprall werden sie ionisiert. Ein starkes elektrisches Feld zieht die Ionen in und durch die Beschleunigungskammer und bringt sie auf entsprechende Geschwindigkeit. Der Schub solcher Plasmatriebwerke wäre allerdings sehr klein, so daß Raumschiffe dieser Art nur von einer Satellitenbahn aus operieren könnten.

Am 24. Oktober 1998 startete die amerikanische Raumsonde "Deep Space 1" ins All. Es enthält ein Ionentriebwerk mit dem Edelgas Xenon. Gegenüber chemischen Antrieben können Ionentriebwerke länger arbeiten, und es reichen geringere Treibstoffmengen aus.

Bei Deep Space 1 wird der Treibstoff Xenon zunächst durch den Beschuß von Elektronen elektrisch aufgeladen. Dabei entreißt der Elektronenstrahl den einzelnen Xenon-Atomen jeweils ein Elektron, wodurch positiv geladene Xenon-Ionen entstehen. An der Öffnung des Triebwerks sind zwei Gitter, die positiv und negativ geladen sind. Durch das Ladungsgefälle werden die Xenon-Ionen beschleunigt und fliegen mit mehr als 100 000 Kilometer in der Stunde in den Weltraum hinaus. Der Rückstoß erzeugt dann den Schub nach vorn. Damit sich die Sonde bei diesem Prozeß nicht selbst auflädt, werden die aus dem Triebwerk austretenden positiven Ionen mit Elektronen beschossen und so wieder neutralisiert.

Ein mögliches Antriebssystem wären auch Sonnensegel. Dabei wird der Druck des Sonnenlichtes (Photonendruck) und des Sonnenwindes ausgenutzt. Diese Partikel werden auf Sonnensegeln in Form von riesige Aluminiumfolien eingefangen.

Als Antriebskraft könnte theoretisch auch die Kernfusion eingesetzt werden. Als Treibstoff wären schwere Wasserstoffisotope wie Deuterium oder Tritium geeignet. Ob während des Fluges genügend Wasserstoff im interstellaren Raum aufgesammelt werden könnte, ist fraglich.

Die letzte Konsequenz des Rückstoffantriebs wäre die Photonenrakete, mit der sich - zumindest theoretisch - annähernd Lichtgeschwindigkeit erreichen ließe und Reisen zu anderen Sternensystemen möglich wären.

"Perry Rhodan" und "Star Trek" sind zwei Kultserien, die von der Zukunft der Menschheit in den Tiefen des Universums handeln. Die Technologie ist in beiden Serien erstaunlich ähnlich, doch wie verhält es sich mit deren Realisierbarkeit? Werden die Menschen jemals mit Warp- oder Metagravtriebwerke interstellare Entfernungen überbrücken können? Werden Passagen durch Wurmlöcher und Black Holes jemals möglich sein? Werden Menschen irgendwann mittels eines Transporters oder Transmitters überlichtschnell über große Distanzen "gebeamt" werden können? Wird Antimaterie jemals eine nutzbare Energiequelle sein können? Wird die Menschheit eines Tages Klingonen, Ferengi, Romulanern oder Akonen, Arkoniden und Blues begegnen? Und werden Howalgonium- oder Dilithium-Kristalle das Gold des 3. Jahrtausends sein?

Über allem steht die Frage: erlauben die physikalischen Gesetze solche Phantasien? Newton, Maxwell, Einstein, Schrödinger, Heisenberg und viele andere schufen die Grundlage des heutigen physikalischen Weltbildes. Quantenmechanik und Relativitätstheorie lieferten erstaunliche Einsichten in das Wesen des Mikro- als auch des Makrokosmos; Raum und Zeit, Materie und Gravitation, Welle und Teilchen, Energie und Masse hingen wie ein wunderbar verwobenes Netzwerk zusammen. Aber wird jemals möglich sein, daß sich Raumkreuzer mit Überlichtgeschwindigkeit durch das All bewegen oder mit Zeitmaschinen vergangene Zeitalter zu erreichen?

Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit

Betrachten wir zunächst den überlichtschnellen Raumflug. Um solche Geschwindigkeiten zu erreichen, muß ein Raumschiff zunächst einmal beschleunigt werden. Sowohl bei "Perry Rhodan" als auch bei "Star Trek" wird dazu ein Impulstriebwerk verwendet. In der Rhodan-Serie wird dieses folgendermaßen definiert: "Ein auf dem Rückstoßprinzip basierender Raumschiffantrieb für unterlichtschnelle Raumflüge. Korpuskularstrahlen aus elektrisch geladenen Teilchen werden komprimiert und in Feldleiter gepreßt, darin auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und anschließend durch die Felddüsen der Triebwerke ausgestoßen. Es entstehen Beschleunigungswerte von bis zu 700 km/sec² und Höchstgeschwindigkeiten bis unmittelbar an die Grenze der Lichtgeschwindigkeit."

Bei Star Trek speist sich der Impulsantrieb aus Kernfusionsenergie. In Fusionsreaktoren wird etwa ein Prozent der verwendeten Masse zu Energie - die dann genügt, um Heliumatome mit einem Achtel der Lichtgeschwindigkeit ausströmen zu lassen. Um ein Raumschiff wie die Enterprise auf halbe Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, müßten die Fusionsreaktoren eine Wasserstoffmenge verbrennen, die dem 81-fachen der gesamten Schiffsmasse verbrennen. Die Masse der Enterprise beträgt 4 Millionen Tonnen, die benötigte Treibstoffmenge beliefe sich auf über 300 Millionen Tonnen Wasserstoff. Diese Zahlen gelten nur für eine einzelne Beschleunigungsphase, um das Schiff am Ziel abzubremsen, wäre noch mal Treibstoff notwendig. Soll die Beschleunigung innerhalb weniger Stunden erfolgen, so entspräche die Energie des dafür verwendeten Treibstoffs 10²² Watt - das ist eine Milliarde mal soviel Energie, wie bei allen menschlichen Aktivitäten auf der Erde bisher produziert und verbraucht wurden. Dabei war die Original-Enterprise "nur" 289 Meter lang, bereits die TITAN, das Flaggschiff der Dritten Macht, brachte es einen Durchmesser von 1500 Meter. Später Flaggschiffe wie die CREST oder MARCO POLO hatten einen Durchmesser von 2500 Meter, die BASIS war 12 Kilometer lang, der Riesenroboter OLD MAN hatte einen Grundflächendurchmesser von 200 Kilometer, und die Sporenschiffe durchmaßen sogar 1126 Kilometer. Wahrhaft gigantisch!

Da gab es noch ein Problem: Um ein Raumschiff in annehmbarer Zeit auf halbe Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, würden Beschleunigungsdrücke erreicht, die die Besatzungsmitglieder zu Brei verwandeln würden, als ob eine ganze Armee von Aliens im Raumschiff gewütet hätte. Und wenn die Astronauten mit nicht mehr als 3 G in den Sessel gedrückt werden sollen, so darf die Beschleunigung nicht größer sein als das Dreifache der für fallende Objekte auf der Erde übliche Beschleunigung. Dann aber würde es etwa zweieinhalb Monate dauern, um das Raumschiff mit halber Lichtgeschwindigkeit fliegen zu lassen - damit könnte man viele Fernsehfolgen füllen...

Um diesem Problem zu entgehen, erfanden die Star Trek - Autoren den Trägheitsabsorber, mit dem Andruckkräfte bei Beschleunigungen absorbiert wurden. Die Rhodan - Autoren nannten ein solches Gerät Andruckabsorber: Nach dem Prinzip der Antigravitation arbeitende Generatoren, die selbst bei höchsten Beschleunigungswerten die Schwerkraft an Bord eines Raumschiffes bei 1 G halten. Die Space Shuttle - Astronauten können von solchen Bequemlichkeiten nur träumen.

Doch wie sollen solche Absorber genau funktionieren? Sie müßten im Innern des Raumschiffs eine künstliche Welt schaffen, in der die von Beschleunigungen verursachte Reaktionskraft eliminiert wird. Die einzige Möglichkeit wäre, im Innern des Raumschiffs ein künstliches Gravitationsfeld zu erzeugen, das in die entgegengesetzte Richtung zieht wie die Reaktionskraft und sie dadurch neutralisiert. Um Schaden an der Crew zu verhindern, müßten die Absorber in kürzester Zeit reagieren können; die für die Enterprise angegebenen 60 Millisekunden wären zu lang...

Noch einmal zurück zum benötigten Treibstoff für die Beschleunigungsphase. Er könnte ja auch während der Reise gesammelt werden. Nun beträgt die durchschnittliche Materiedichte in der Milchstraße etwa ein Wasserstoffatom pro Kubikzentimeter. Um auch nur ein Gramm Wasserstoff pro Sekunde zu sammeln, wären Sammelflächen mit einem Durchmesser von vierzig Kilometern erforderlich. Und wenn die gesammelte Materie dann als Treibstoff verwendet wird, liefert sie nur ein Hundertmillionstel der notwendigen notwendigen Antriebsenergie.

So bleibt der Versuch, mit Raketenkraft Raumfahrt im Bereich der Lichtgeschwindigkeit zu betreiben, wenig erfolgversprechend.

Ein weiteres Problem stellt die Zeitdilatation bei hohen Geschwindigkeiten dar. Je größer die Geschwindigkeit des Raumschiffs ist, desto langsamer vergehen die Uhren an Bord. Mit Fast-Lichtgeschwindigkeit würde ein Flug zum Zentrum der Galaxis etwa 25 000 Jahre irdischer Zeit dauern, doch für die Crew an Bord vergingen nur zehn Jahre. Eine interstellare Förderation hätte unter solchen Bedingungen wenig Sinn, denn wie sollte eine Einsatzzentrale wie Starfleet Command eine Sternenflotte verwalten, die nicht nur durch den Raum, sondern auch über die Zeit verstreut ist?

Um durch die Galaxis zu reisen, ohne dabei in die Zukunft zu geraten, muß es möglich sein, schneller als das Licht zu fliegen.

Doch im Rahmen der Speziellen Relativitätstheorie bildet die Lichtgeschwindigkeit das absolute Maximum. Objekte erhalten immer mehr Masse, je näher sie an die Lichtgeschwindigkeit herankommen; dadurch ist mehr und mehr Energie erforderlich, um sie ein wenig zu beschleunigen. Außerdem arbeitet eine Rakete nach dem Rückstoßprinzip: je schneller der Treibstoff ausgestoßen wird, desto größer der Schub. Und der Geschwindigkeit des Ausstoßens sind Grenzen gesetzt, und zwar die des Lichts. Wenn der Treibstoff mit Lichtgeschwindigkeit ausströmen soll, müßte er aus Materie und Antimaterie bestehen: beide könnten sich gegenseitig völlig in Strahlung verwandeln, und Strahlung breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus.

Dennoch: auch damit wäre die Lichtgrenze nicht überschreitbar, es bliebe das Problem der Zeitdilatation, und es wäre enorm viel Treibstoff notwendig.

Eine Möglichkeit des überlichtschnellen Antriebs wäre, keine Raketen irgendwelcher Art zu verwenden, sondern die Raumzeit selbst - indem man sie verzerrt. Im Universum kann nichts "lokal" schneller sein als das Licht, und zwar in Bezug auf lokale Distanzmarkierungen. Aber bei einer gekrümmten Raumzeit müssen lokale Distanzmarkierungen nicht unbedingt auch globalen Charakter haben.

Wenn die Raumzeit lokal so verzerrt werden kann, daß sie sich vor dem Raumschiff zusammenzieht und dahinter dehnt, so gleitet das Schiff zusammen mit der entsprechenden Raumzone nach vorn, wie ein Surfbrett auf einer Welle. Für die Expansion und Kontraktion des Raums sind starke Gravitationsfelder erforderlich, um die Raumzeit in unmittelbarer Nähe des Raumschiffs zu krümmen. Kohärente Gravitations-Emissionen könnten hier eine Rolle spielen: Hierbei werden durch Graviton-Partikel kohärente Gravitationsfelder erzeugt, welche die Raumzeit krümmen könnten.

Aber: selbst das Gravitationsfeld der Sonne ist zu winzig, um eine ausreichend starke Krümmung der Raumzeit zu bewerkstelligen. Um ein Schwarzes Loch in den Ausmaßen der Enterprise zu erzeugen, wäre mehr Energie notwendig, als die Sonne während ihres ganzen Daseins als Stern erzeugt. Hier wären exotische Materie und negative Energie notwendig - falls so etwas überhaupt existiert.

Die Energie für das Warptriebwerk liefert die Antimaterie. Wenn es zum Kontakt zwischen Materie und Antimaterie kommt, verwandeln sich beide in Strahlung. Da Antimaterie im freien Weltraum so gut wie nicht vorhanden ist, muß sie von der Sternenflotte produziert werden. In heutigen Teilchenbeschleunigern erfordert die Erzeugung eines Antiprotons jedoch weitaus mehr Energie, als sich durch Umwandlung der Ruhemasse gewinnen läßt. In den Treibstoffstationen der Raumflotte wird ein anderes Verfahren verwendet: mit "quantenmechanischen Ladungsumkehrern" wird die Ladung von Elementarteilchen in ihr Gegenteil umgekehrt, beispielsweise werden aus Protonen Antiprotonen und aus Elektronen Positronen. Bei der Enterprise sind auf Deck 42 in verschiedenen Lagerungskapseln 3000 Kubikmeter an Antimaterie untergebracht, was für eine dreijährige Mission genügen soll.

Eine wichtige Komponente des Materie-Antimaterie-Antriebs sind die Dilithiumkristalle. Sie sind imstande, das Verhältnis der Annihilation von Materie und Antimaterie zu regeln. Dilithium ist die einzige Materieart, die Antimaterie gegenüber porös ist. In der Perry Rhodan-Serie heißt der entsprechende Stoff Ynkelonium. Bezüglich der Funktion kommt allerdings das Howalgonium dem Dilithium am nächsten. Howalgonium-Kristalle sind fünfdimensional schwingende Quarze mit einer Vario-Konstante und unverzichtbar für vile High-Tech-Geräte auf Hyperbasis, unter anderem für verschiedene Triebwerksformen wie den Kalupschen Kompensationskonverter (der Konverter erzeugt ein Kompensatorfeld aus sechsdimensionalen Feldlinien, die auf energetische und materielle Partikel vier- und fünfdimensionaler Natur kompensierend wirken) oder das Dimesextatriebwerk (hierbei werden dimensional normale Energieeinheiten in übergeordnete Energieimpulse der Sextadim-Halbspur transferiert). Dem Warp-Antrieb am ähnlichsten ist der NUG-Schwarzschildreaktor. Dieser Hochleistungsenergieerzeuger verwendet Nugas (Zustandsform der Materie, in der nur ionisierte, freie Nukleonen existieren) als Brennstoff, von dem ein Teil durch Anwendung des Schwarzschild-Effekts in Antimaterie verwandelt wird. Die Zusammenführung dieser gepulsten Antimaterie mit gleichgepulsten Nugas bewirkt die Freisetzung größter Energiemengen bei geringstmöglichem Brennstoffverbrauch.

Über Beamen und Transmitter

Da die riesige Enterprise nicht ohne größere Probleme auf Planetenoberflächen kann, fand man einen anderen Weg: man beamte die Besatzung mittels eines Transporters zum jeweiligen Zielort. Das Prinzip des Beamens ist eines herkömmlichen Materietransmitters, der bereits jahrzehntausende vorher von den Akonen benutzt wurde: der sogenannte Transporter speichert die Lage aller Atome der Person, die gebeamt werden soll. Dann wird die Materie in Strahlung verwandelt und gebündelt auf jenen Planeten geschickt, auf dem die Person landen soll. Dort werden die Teilchen nach dem gespeicherten Muster zusammengesetzt. Der Körper wird also gescannt, entmaterialisert und in einem Strukturspeicher untergebracht und später als Materiestrom mit einem ringförmigen Sperrstrahl übertragen. Aber werden hier sowohl Atome als auch Bits, also Materie und die dazugehörigen Informationen übertragen?

Biologen schätzen, daß ein Mensch aus 10²⁸ Atomen besteht. Wenn jedes dieser Atome etwa 1 Kilobyte Speicherplatz benötigt, würden beim Beamen 10²⁸ Kilobyte Speicherplatz anfallen - das 10¹⁶ fache aller Bücher, die bislang geschrieben worden sind.

Und wenn 10²⁸ Atome transferiert werden sollen, müssen sie in Energie umgewandelt werden: 50 Kilogramm Materie, ein leichter Erwachsener, entsprechen einem energetischen Äquivalent von tausend Wasserstoffbomben mit einer Sprengkraft von jeweils einer Megatonne.

Um die Bindungsenergien der subatomaren Teilchen zu überwinden, sind enorme Kräfte notwendig. Wenn man Nukleonen auf 1000 Milliarden Grad erhitzt, verlieren Quarks ihre Bindungsenergie, und die Materie verwandelt sich in Strahlung, das Objekt entmaterialisiert. Dafür sind allerdings etwa zehn Prozent der Ruhemasse von Protonen und Neutronen in Form von Wärme notwendig - etwa hundert Wasserstoffbomben mit der Sprengkraft von jeweils einer Megatonne.

Aber vielleicht genügt es auch, die Materie auf dem Niveau der Protonen und Neutronen oder gar der Atome entmaterialisieren, dies kostet weniger Energie. Allerdings muß man sie dann transferieren und damit die Protonen und Neutronen auf fast Lichtgeschwindigkeit beschleunigen, und dazu ist eine Energie notwendig, die mit der Energie ihrer Ruhemasse vergleichbar wäre.

Interessanterweise wird das Schmelzen von Protonen zu Quarks als Phasenübergang bezeichnet; und einer der Transporterkomponenten sind die "Phasenübergangsspulen".

Der energetische Aufwand beim Beamen übersteigt jedes Vorstellungsvermögen, ähnlich verhält es sich mit der Übertragung der Datenmengen. Um 10 hoch 28 Kilobyte zu übertragen, wären 20 000 Milliarden Jahre notwendig - wenig ökonomisch, wenn man das Alter des Universums berücksichtigt.

Und: um zur Enterprise zurückkehren zu können, müßte das Raumschiff ein Teleskop besitzen, mit dem man vom Orbit aus die Atome eines Menschen sehen könnte. Dazu wäre allerdings ein Linsendurchmesser von 50 000 Kilometer erforderlich - das vierfache des Erddurchmessers.

Weiterhin: durch die Heisenbergsche Umschärferelation ist es unmöglich, Atome und ihre energetische Konfiguration exakt zu bestimmen, um das menschliche Strukturmuster zu reproduzieren. Die Star Trek - Autoren erfanden deswegen den Heisenberg-Kompensator, welche eine Quantenauflösung von Objekten gestattet.

Wenn ein Transporter also funktionieren sollte, müßte man die zu transferierende Materie auf Temperaturen erhitzen, die eine Million mal höher sind als die im Zentrum der Sonne; es wäre mehr Energie erforderlich, als die Menschheit derzeit produziert; man bräuchte Teleskope größer als die Erde und Computer, die Milliarden mal leistungsfähiger sind als die heutigen Modelle, und dazu müßten die Gesetze der Quantenmechanik umgangen werden. Wahrscheinlich ist es doch einfacher, ein Raumschiff auf einer Planetenoberfläche landen zu lassen - mit der Orion wars ja auch möglich.

Dennoch: auch bei "Perry Rhodan" sind Materietransmitter ein beliebtes Transportmittel, bereits die Akonen besaßen ein auf Transmittern basierendes galaktisches Verkehrsnetz. Beim Materietransmitter erfaßt der Sender das zu befördernde Objekt bis in die Struktur des einzelnen Atoms hinab, formt es in ein Sturkturmuster und strahlt es in Form von übergeordneter Energie ab, die im Empfänger in Materie zurückverwandelt und ensprechend dem Muster geformt wird. Das Transportmedium ist dabei der Hypereraum - fast ein wunder, daß nicht alle transmittierten Objekte und Wesen dort verschwinden...

Geheimnisse des Kosmos

In der Science Fiction werden auch die modernen Rätsel der Physik und der Astronomie thematisiert. Spezielle und Allgemeine Relativitätstheorie, Kosmologie, Elementarteilchenphysik, Zeitreise, gekrümmter Raum, Quantenfluktuationen, Dunkle Materie, Gammastrahlenausbrüche in den Tiefen des Alls, Quasare, Schwarze Löcher im Zentrum der Milchstraße, das Rätsel der Neutrinos oder Leben auf fernen Planeten.

Wenn man die Bewegungen von Sternen, interstellaren Gaswolken oder Galaxien untersucht, stellt sich heraus, daß diese Objekte nur dann stabil sein können, wenn sie viel mehr Materie enthalten als die beobachtete. Beispielsweise sind in benachbarten Galaxien die Rotationsgeschwindigkeiten in verschiedenen Abständen vom Zentrum gleich; nach den Gravitationsgesetzen sollten sich die Spiralen nach außen hin aber immer langsamer drehen. Und die Entstehung von Galaxienhaufen läßt sich nur dadurch erklären, daß das Universum mindestens zehnmal mehr Materie enthält, als die Astronomen anhand der elektromagnetischen Strahlung dingfest machen können. Bis zu 90 Prozent der Materie im All verrät sich nur durch ihre Schwerkraft, sie hat sich bislang einer direkten Beobachtung entzogen. Wie die Dunkle Materie allerdings zusammengesetzt ist, entzieht sich derzeit noch unserer Erkenntnis. Ob Neutrinos, WIMPs (Weakly interacting massive particles) oder andere exotische Teilchen dafür verantwortlich sind, ist unklar. Manche Forscher favorisieren dafür "Braune Zwerge", Objekte, die fast groß genug sind, Sterne zu sein, jedoch nicht genug Masse haben, um in ihrem Innern eine Kernfusion zu zünden.

In der Voyager-Folge "Cathexis" fliegt das Raumschiff in einen Nebel aus dunkler Materie - eine dunkle Wolke, in die man nicht hineinsehen kann. Und bei Perry Rhodan ging es einst um das Geheimnis der Großen Leere - ein sternenloser Raum, dessen Pendant im Arresum, dem Komplementäruniversum zu unserem "Parresum", einen galaxienerfüllte Region war.

Vielleicht sind auch die Neutrinos Bestandteile der Dunklen Materie. In vielen Star Trek - Folgen werden Neutrinos erwähnt; beispielsweise kommt es zu hohen Neutrino-Emissionen, wenn ein Objekt das bajoranische Wurmloch passiert. In der Episode "Auf schmalem Grad" kann Geordi LaForges Visor Neutrinos orten; und in "Ungebetene Gäste" verhindert ein Neutrinofeld den Versuch, körperlose Lebensformen an Bord der Enterprise zu beamen.

Neutrinos wurden erstmals in den 30er Jahren von Wolfgang Pauli als hypothetische Teilchen vorgeschlagen. Enrico Fermi nannte sie Neutrinos, weil sie elektrisch neutral sein mußten, um keinen Einfluß auf die Ladungserhaltung beim Zerfall von Neutronen in Protonen und Elektronen auszuüben. Da Neutrinos elektrisch neutral sind und nicht der starken Wechselwirkung unterliegen, reagieren sie kaum auf normale Materie, weswegen sie nur schwer nachzuweisen sind.

Bei dem Gallex-Experiment, bei dem in einem unterirdischen Stollen in den italienischen Abruzzen in einem mit 100 Tonnen Galliumchlorid gefüllten Tank Sonnenneutrinos gesammelt wurden, wies man rund ein Drittel weniger Neutrinos nach, als es die Astrophysiker auf der Basis ihrer Sonnenmodelle errechnet hatten. Verwandelten sich vielleicht einige Sonnenneutrinos auf ihrer Reise zur Erde so, daß sie für irdische Detektoren unsichtbar wurden? Die Sonne erzeugt sogenannte Elektron-Neutrinos, die Teilchenphysiker kennen aber noch Tau- und Müon-Neutrinos. Es wäre also möglich, daß die Elektron-Neutrinos "oszillieren" und sich in eine der beiden anderen Sorten umwandeln. Eng mit diesen Neutino-Oszillationen verknüpft ist die Annahme einer Masse der Neutrinos, auch wenn diese sehr klein sein müßte.

So wird weiter nach diesen Teilchen geforscht. Ab 1999 soll in Japan ein mit 50 000 Kubikmeter Wasser gefüllter Tank, der Super-Kamiokande, Sonnen-Neutrinos mit hoher Energie aufspüren. Und das Europäische Kernforschungszentrum CERN will am Gran Sasso in den Alpen das GNO (Gallium Neutrino Observatorium) ebenfalls prüfen, ob Neutrinos als Kandidaten für die Dunkle Materie in Frage kommen.

In der Rhodan-Serie hatten allerdings die Positronen eine weit größere Bedeutung als die Neutrinos. Positronen wurden hier als Grundlage für hochwertige Computer verwendet, beispielsweise im Robotregent oder bei den Posbis. Da allerdings nicht klar war, wie diese Antimaterie-Teilchen in unserem Universum stabilisiert werden konnten, ersetzte man irgendwann die Positroniken durch Syntroniken.

1960 entdeckten Radioastronomen erstmals ein geheimnisvolles Objekt, das eine extrem starke Radiostrahlung aussandte, aber sehr klein war. Die Spektrallinien dieser später "Quasistellar Radio Source" (Quasare) genannten Objekte waren extrem weit zum roten Ende hin verschoben - sie mußten sich demnach mit extrem großer Geschwindigkeit von uns fortbewegen. Sie waren demnach weit entfernt - mehrere Milliarden Lichtjahre. Die Energie der Quasare kommt aus ganz kleinen Raumbereichen - die einzige Energiequelle, die zu dieser gewaltigen Strahlungsleistung fähig ist, ist ein Schwarzes Loch, in das Materie hineinfällt: Gas- und Staubmassen, aber auch ganze Sterne. Wenn Materie in ein Schwarzes Loch fällt, geht intensive Strahlung von ihr aus, während sie ihre potentielle Gravitationsenergie verliert. Wenn im Mittelpunkt mancher Galaxien Schwarze Löcher mit der Masse von Millionen oder gar Milliarden Sonnen existieren, so können sie ganze Sternsysteme verschlingen, wodurch genug Energie für Quasaremissionen frei wird. Vielleicht sind die Quasare auch die Geburtsstätten von Galaxien.

Rätselhaft sind auch Gammastrahlungsausbrüche, deren Strahlungsausbrüche nur höchstens Sekunden andauern und die sich keinem bekannten Objekt zuordnen lassen. Als Ursache wurden kollidierende Neutronensterne, Schwarze oder Weiße Löcher oder Antimaterie diskutiert. Unklar war auch, ob es sich bei den Gamma Ray Bursts (GRB) um Phänomene innerhalb unserer Milchstraße oder um weit entfernte Strahlungsquellen handelt. Seit 1991 registriert das Compton Gamma Ray Observatory im Gammastrahlungsbereich durchschnittlich einen Ausbruch pro Tag; die GRB sind völlig gleichmäßig über den Himmel verteilt. Der im April 1996 gestartete Röntgensatellit BeppoSAX registrierte am 28. Februar 1997 einen Strahlungsausbruch sowohl im Gamma- als auch Röntgenbereich; mit optischen Teleskopen wurde in diesem Bereich eine schwache, ausgedehnte Struktur ausgemacht - eventuell eine Galaxie. Am 8. Mai 1997 fand BeppoSAX wiederum einen Gamma Ray Burst, diesmal von 15 Sekunden Dauer. Astronomen fanden das Objekt auch im Radiobereich, und es gelang, ein Spektrum der Quelle aufzunehmen. Dabei zeigten sich Absorptionslinien mit Rotverschiebungen bis zu einem Wert von 0,835, was einer Entfernung von sieben Milliarden Lichtjahren entspricht. Demnach handelt es sich um Kataklysmen von unvorstellbarer Energie in Galaxien in der Frühzeit des Universums.

Im frühen Universum könnten auch kosmische Strings entstanden sein. Während eines Phasenübergangs in einer frühen Zeitepoche veränderte sich die Konfiguration von Materie, Strahlung und leerem Raum. Im Verlauf des Übergangs entstanden in unterschiedlichen Regionen des Alls verschiedene Konfigurationen, die wuchsen und sich irgendwann trafen, manchmal an einem Punkt, manchmal entlang einer Linie. Dadurch kam es zu einer Begrenzung der Regionen. An den Grenzlinien sammelte sich Energie und bildete einen kosmischen String. Diese "Fäden" wären unglaublich dünn und hätten eine enorme Massendichte; vielleicht sind sie wie "Samen", an denen sich Materie sammelt und Galaxien bildet. Sie würden auch vibrieren und Gravitationswellen erzeugen. Diese Strings bilden entweder in sich geschlossene Schleifen, oder sie existieren in Form von langen Fäden, die sich durchs Universum winden.

In der Episode "Das kosmische Band" begegnete die Enterprise zweidimensionalen Wesen, die sich verirrt hatten. Die Geschöpfe lebten auf dem Fragement eines kosmischen Strings; beschrieben wurde dieses Phänomen als ein extrem dünnes, fadenartiges Gebilde im All, von dem jedoch eine sehr starke Gravitationskraft ausgeht und das mit einigen charakteristischen "Subraum-Frequenzen" vibriert.

In der Rhodan-Serie wurde ein psionisches Netz postuliert, ein aus Feldbahnen oder Strängen bestehendes Gebilde, welches das Universum durchzieht. Dieses universelle Netz steht in engem Zusammenwirken mit den psionischen Feldern des Moralischen Codes und verbindet die einzelnen Bestandteile dieser Doppelhelix miteinander.

In der Superstringtheorie wird davon ausgegangen, daß in extrem kleinen Bereichen Quantengravitationseffekte wirksam werden und sich bisher für punktförmig gehaltene Elementarteilchen in Form von vibrierenden Strings darstellen. Die Masse jeden Teilchens entspräche dann der Vibrationsenergie dieser Strings. Eine solche Superstringstheorie weist mathematische Widersprüche auf, wenn man sie auf vier, fünf oder sechs Dimensionen beschränkt. Erst bei 10 oder gar 26 Dimensionen bildet sich ein schlüssiges System.

Die Annahme höherer Dimensionen geht auf die Spezielle Relativitätstheorie zurück. Als Hermann Minkowski den dreidimensionalen Raum mit der Zeit zur vierdimensionalen Raumzeit fusionierte, spekulierte man weiter. Die Allgemeine Relativitätstheorie zeigte, daß die Gravitationskraft mit der Krümmung des Raums gleichzusetzen ist. Der Pole Theodor Kaluza und der Schwede Oskar Klein postulierten in den 20er Jahren, der Elektromagnetismus ließe sich in einem fünfdimensionalen Universum mit der Gravitation vereinen. Die beiden Physiker nahmen an, daß die elektromagnetische Kraft mit einer "Krümmung" in der fünften Dimension in Verbindung steht, so wie eine Krümmung der vierdimensionalen Raumzeit Gravitation erzeugt. Doch warum nehmen wir diese zusätzliche Dimension im Universum nicht ebenso wahr wie Raum und Zeit?

Man nimmt an, daß diese zusätzlichen Dimensionen "eingerollt" oder "kompaktifiziert" sind, so daß wir nur die vier bekannten Dimensionen wahrnehmen. Doch sie können niemals als "Dimensionsversteck" oder "Versteck im Hyperraum" dienen, wie uns die Science Fiction weismachen will. Sie lassen sich auch nicht mit den vier Dimensionen der Raumzeit vermischen, so daß Objekte durch sie von einem Ort zum anderen gleiten, wie es der Subraum des Star Trek - Universums zu erlauben scheint.

In der Episode "Das Spinnennetz" ist Captain Kirk mal sichtbar und mal nicht. Die Ursache dafür ist eine sogenannte räumliche Interphase: sie verbindet verschiedene Dimensionsebenen, die normalerweise in Form von Paralleluniversen existieren.

Kirk wurde noch mehrmals mit Paralleluniversen konfrontiert: eins bestand aus Antimaterie ("Auf Messers Schneide"), und das andere konnte man per Transporter besuchen ("Ein Parallel-Universum"). In "The Next Generation" gibt es das Q-Kontinuum, Dr. Paul Manheims nichtlineares Zeitfenster in andere Dimensionen sowie den Subraum, der zahllose Dimensionen enthält - fremde Wesen können sich darin verstecken, wie die Ereignisse von "In den Subraum entführt" zeigen.

Im Rhodan-Kosmos entspricht dem Subraum die "Tiefe", ein n-dimensionales Kontinuum, welches die Paralleluniversen des Multiversums wie eine schützende Haut umgibt und welches die psionischen Felder des Moralischen Codes in Form einer Doppelhelix enthält. Daneben gibt es interdimensionale Grenzschichten wie den Halbraum und den Dakkarraum, in denen eine überlichtschnelle Raumfahrt möglich ist. Die Universen des Multiversums sind in den fünfdimensionalen Hyperraum eingebettet, die Kelosker konnten rechnerisch mit der siebten Dimension operieren.

In der Rhodan-Serie ist die Pararealistik die Theorie der Quantensprünge zwischen eng benachbarten Ebenen der Realität. Die Universen des Multiversums unterscheiden sich durch eine kosmologische Konstante, die "Strangeness", die eine Beziehung zum Planckschen Wirkungsquantum h hat. Diese an die Everett`sche Viele-Welten-Theorie erinnernde Annahme geht davon aus, daß die Unbestimmtheit des Quantensystems eine mannigfaltige Wirklichkeit erzeugt, in der sich das Universum durch den Akt der Beobachtung fortwährend in eine Unzahl paralleler Universen aufspaltet; mathmematisch entspricht dies dem Kollaps der Schrödingerschen Wellenfunktion.

In der Next-Generation-Folge "Parallelen" wechselt Worf zwischen zwei verschiedenen Quantenrealitäten hin und her, ähnlich wie es in "Perry Rhodan" die Nakken mit ihrem Paranakk tun. Worfs Schiff passierte einen "Quantenriß" in der Raumzeit, und gleichzeitig wurde ein Subraum-Impuls gesendet. Dadurch wurden die Barrieren zwischen den Quantenrealitäten durchlässig, und Worf wechselte in unregelmäßigen Abständen von einer Wellenfunktion zur nächsten und erlebt dadurch zahlreiche alternative Quantenwirklichkeiten.

Virtuelle Realitäten

Neben parallelen Wirklichkeiten spielen virtuelle Realitäten eine wichtige Rolle in der modernen Science Fiction. So gehört das Holodeck zu den interessantesten technischen Einrichtungen an Bord der Enterprise. Derzeit benutzt man bei den VR-Systemen Datenhandschuhe und spezielle Helme, die den Augen mit mehr oder weniger aufwendiger Graphik gestaltete Szenen präsentieren. Letztlich soll die künstliche Welt in den Erlebniskosmos des entsprechenden Individuums projeziert werden. Beim Holodeck ist es genau umgekehrt: dort wird die Person der künstlichen Welt hinzugefügt. Bewerkstelligt wird dies mit Hilfe von Holographie und Replikation.

Das Prinzip der Holographie wurde 1948 von dem Physiker Dennis Gabor konzipiert. Die Holographie ermöglicht die Aufnahme dreidimensionaler Wellenfelder auf zweidimensionale Speicher sowie deren getreue Rekonstruktion. Zur Erzeugung eines Hologramms wird ein Laserstrahl durch ein Prisma in zwei Strahlen mit absolut parallelen Wellenfronten aufgespalten: den Objektstrahl und den Referenzstrahl. Der Objektstrahl wird auf das Objekt geworfen und von dort auf die Fotoplatte reflektiert. Dabei erhält jeder Punkt der Platte von jedem Punkt des beleuchteten Objekts Lichtstrahlen. Der Referenzstrahl wird direkt auf die fotographische Platte gerichtet, dort kommt es zu Überlagerung von Objektwelle mit Interferenzwelle. Zur dreidimensionalen Rekonstruktion des Objekts wird ein mit der Referenzwelle identischer Strahl auf die Fotoplatte geschickt. Durch Beugung, das heißt durch Interferenz mit den feinen Linien des Hologramms, wird das ursprüngliche Objekt so vollständig nachgebildet, daß es für das Auge des Betrachters räumlich wirkt. Wenn man das Hologramm aus verschiedenen Blickwinkeln betrachtet, erhält man verschiedene Ansichten des Bildes.

Hologramme haben keine Substanz. Man kann durch sie hindurchgehen oder hindurchschießen, was in der Folge "Wiedervereinigung?" deutlich wurde: dort gelang es Spock und Data, die Romulaner mit holographischen Darstellungen zu täuschen. Die Substanzlosigkeit wäre auf dem Holodeck ein erhebliches Problem, denn sie würde verhindern, daß man die dargestellten Gegenstände auch berühren kann. In "Star Trek" werden dazu Replikatoren verwendet: mit Hilfe der Transportertechnologie wird Materie repliziert und so auf dem Holodeck bewegt, daß sie mit den projezierten Geschöpfen und Gegenständen indentisch zu sein scheint. Computerprogramme übernehmen dabei die Steuerung von Stimmen und Bewegungen. Diese Holodeckmaterie verdankt ihre Form den Strukturmustern im Replikationsspeicher.

Ein Äquivalent zur Holodeckmaterie ist im Perry Rhodan-Kosmos die Formenergie: Mit Hilfe von Projektoren und Computerprogrammen wird Energie zu festen Formen verarbeitet; erstmals trat diese Technologie in den Hüllen, Wandungen und Decks der larischen SVE-Raumschiffe auf. Der große Vorteil der Formenergie ist, daß die betreffenden Objekte jederzeit wieder aufgelöst werden können; die Energie fließt in einen Energiespeicher zurück und kann sofort wieder für neue Zwecke verwendet werden - vom Eßbesteck bis zu Hochhäusern ist alles möglich.

Ein perfektes VR-System in der PR-Serie ist Simusense, ein syntronisches Netzwerk, an unter der Monos-Herrschaft alle Bewohner des Solsystems angeschlossen sind. Über einen Simusensechip am linken Handgelenk werden dem Träger Impulse der Lenkzentrale Titan übermittelt, die ihn in eine fiktive Erlebniswelt einführen, bis er ausschließlich in einer Illusionswelt lebt. Während das Bewußtsein in einer vollkommenen Traumwelt existiert, vegetiert der Körper nur noch dahin.

E.T.s und Glubschaugenmonster

Auch wenn überlichtschnelle Raumkreuzer, Reisen in physikalische Paralleluniversen oder das Eintauchen in künstliche Cyberspace-Welten auf SF-Fans eine ungeheure Faszination ausüben, bleiben Begegnungen mit extraterrestrischen Lebensformen das eigentliche Essential des phantastischen Genres. Interessanterweise sind sowohl in Star Trek als auch in Perry Rhodan die meisten Aliens erstaunlich menschenähnlich und sprechen sogar unsere Sprache. Ob dabei der genetische Code ähnlich ist und die Tiefenstrukturen der Chomskyschen Universalgrammatik eine Rolle spielen, sei dahingestellt. Immerhin stellte in einer TNG-Folge der Archäologe Richard Galen fest, daß sich das genetische Material vieler verschiedener Völker wie Klingonen, Romulaner, Cardassianer ähnelte. Offenbar reicherte eine uralte Zivilisation die primordialen Ozeane Hunderter von Welten mit bestimmte Bausteinen des Lebens an - eine Vorstellung, die der Panspermie-Theorie von Francis Crick ähnelt.

In "Perry Rhodan" gehen die humanoiden Lebensformen der Milchjstraße wie Terraner, Arkoniden, Akonen, Antis, Aras auf die Lemurer zurück, die vor 50 000 Jahren ein galaktisches Imperium innehatten. Lemurer und extragalaktische Humanoide wie Wynger und Laren gehen anscheinend auf die uralte Zivilisation von V`Aupertir zurück - das letzte Wort ist aber hier noch nicht gesprochen.

Vielleicht gibt es außerirdische Biosphären, in denen sich keine individuellen Lebensformen entwickelten, vielleicht sind dort ganze Planeten von einem einzigen, gigantischen Organismus bedeckt. Nachdem sich "Ordnung" als zentraler Begriff zur Beschreibung von "Leben" herauskristallisiert hat, wären auch Organismen vorstellbar, die nicht auf der Kohlenstoffchemie basieren. Stickstoff, Silizium oder Erdöl könnten die Basis sein, vielleicht gibt es lebende wasserstoffgefüllte Ballone in den oberen Schichten der Jupiteratmosphäre oder superoxidfressende Flechten auf dem Mars. Es könnte in den Radiobiosphären interstellarer Staubwolken Leben in Form von Energiefeldern geben, die sich von Röntgenstrahlen und ultraviolettem Licht ernähren; ebenso denkbar wären Plasma-Lebensformen in Gestalt von organisierten magnetischen Kraftfeldern, die die äußeren Schichten glühender Sterne bewohnen. Vielleicht muß man jedem System, dessen innere Ordnung oder Informationsdichte ein bestimmtes Niveau erreicht, die Qualität "Leben" zuerkennen.

Die faszinierendste Lebensform in "Star Trek" stellen die Borg dar, Maschinenmenschen, die alles Leben in der Galaxis assimilieren wollen. Sie sind eine Kollektivintelligenz, ähnlich wie Ameisen und Termiten.

Aber auch der allmächtige Schelm Q stellt einen Sonderfall dar - in gewisser Hinsicht ist Q mit der Superintelligenz ES vergleichbar. Energiewesen werden aber wohl kaum auf herkömmliche Weise existieren können: Masselose Strahlung muß so schnell sein wie das Licht. Es wäre solchen Wesen unmöglich, an einem Ort zu verharren. Intelligente Energiewesen wie Harno oder die photonischen Geschöpfe in Voyager müßten ständig mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs sein und hätten Uhren, die unendlich viel langsamer gingen als unsere. Die ganze Geschichte des Universums verginge für sie in einem Augenblick. Wenn solche Energiewesen überhaupt zu Wahrnehmungen fähig wären, so würden sie erleben, daß alles gleichzeitig passiert. Vielleicht ist dies auch eines der zentralen Geheimnisse von ES.

Zwischen Science und Science Fiction besteht eine wechselseitige Beeinflussung. Auf der einen Seite lassen sich viele SF-Autoren von modernen Erkenntnissen aus Kosmologie, Elementarteilchenphysik, Gentechnologie oder Molekularbiologie inspirieren, andererseits führen SF-Träume wie interplanetare Weltraumreisen oder Cyberspace zu realen Projekten wie der Marsmission oder der Virtual Reality. Phantastische Gedankenspiele, der technologische Fortschritt und die wirtschaftliche bzw. finanzielle Realisierbarkeit sind die Voraussetzungen dafür, daß die Science Fiction von heute zum wissenschaftlichen Fakt von morgen wird. Dso kann das, was heute noch wie ein Märchen klingt, morgen schon Wirklichkeit sein. Und wenn wir auch noch nicht imstande sind, dorthin zu gehen, wo noch kein Mensch gewesen ist, so sind wenigstens unserer Phantasie keine Grenzen gesetzt. "Star Trek" und "Perry Rhodan" sind Beispiele dafür, wie diese Grenzen überwunden werden können.

Die Zündung der ersten Atombombe am 16. Juli 1945 war der Beginn des Atomzeitalters, die Piepstöne des Sputniks am 4. Oktober 1957 und die Apollo-11-Mission mit der Landung des ersten Menschen auf dem Mond am 21. Juli 1969 begründeten das Weltraumzeitalter. Kurz vor der Jahrtausendwende kristallisiert sich nun eine Bezeichnung für unsere Zeit heraus, die am besten die umwälzenden technologischen, wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Neuerungen, denen die Menschheit als Ganzes ausgesetzt ist, beschreibt: "Informationszeitalter". Viele Begriffe sind damit assoziiert: Multimedia, Datenautobahn, Personalcomputer, Datennetze, Virtual Reality, Cyberspace, interaktives Fernsehen, Glasfaser, Internet, Intel, Microsoft, Telekommunikation.

Die Welt schrumpfte zum globalen Dorf, wie Marshall McLuhan in seinem Buch "The Global Village - Der Weg der Mediengesellschaft in das 21. Jahrhundert" bereits vorhergesehen hatte. Er erörterte darin die Frage, wie technologische Innovationen die kulturelle und politisch-ökonomische Entwicklung der Gesellschaft beeinflussen und nach welchen Regeln sich technologische Neuerungen bei Konsumenten und Nutzern durchsetzen. Bereits in einem früheren Buch hatte McLuhan die Rolle der Medien auf das menschliche Dasein analysiert: "Die Gutenberg-Galaxis - Das Ende des Buchzeitalters". Darin verwirft er zwei weitverbreitete Vorstellungen: einerseits die Idee, menschlicher Geist, Wahrnehmung und Denken seien invariant gegenüber Kultur und Gesellschaft, andererseits die Idee, ein Medium wie der Buchdruck, der Rundfunk oder das Fernsehen bestimme nur die Form der medialen Komunikation, Unterhaltung oder Information, nicht aber deren Inhalte. Die digitalen Medien, die auf den Rechner-, Satelliten- und Kabelnetzen entstehen, werden genauso wie ihre elektronischen Vorläufer und der Buchdruck den drei McLuhanschen Kernaussagen unterworfen sein: sie erweitern das sinnliche Wahrnehmungsvermögen, sie werden als Medien zu ihrer eigenen Botschaft, und sie definieren eine globale Gesellschaft, die sich von dem Ideal der Metropolen abwendet und virtuelle globale Dorfplätze schaffen mag - oder globale Slums. So beschwören einige Medientheoretiker bereits die "Stadt am Netz", die nicht mehr aus Ziegeln, sondern aus Bits besteht. Sie sehen bereits Raum und Zeit in der Telekommunikation verschwinden und versuchen sich an so gewagten Sätzen wie "Das Göttliche ist heute das Netzwerk" (Lothar Bolz). William Gibsons Kultroman "Neuromancer" aus dem Jahre 1984 gab eine visionäre Vorstellung vom Leben im Cyberspace.

Nicholas Negroponte, Begründer von Media Lab, des Instituts zur Erforschung zukünftiger Formen der menschlichen Kommunikation am Massachusetts Institute of Technology, sieht die Zukunft so: "Der systematische Transport von aufgezeichneter Musik auf Kunststoffscheiben wird ebenso wie der langsame menschliche Informationsaustausch mit Hilfe von Büchern, Magazinen, Zeitungen und Videokassetten in nächster Zeit ersetzt werden durch den unmittelbaren und preiswerten Transfer elektronischer Daten, die sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen. In dieser Form ist Information besonders leicht zugänglich." Am Ende seines Buches "Total digital" (1995) schreibt er: "Aber mehr als alles andere entsteht mein Optimismus aus der Befähigung zum Handeln, die die Digitalzeit mit sich bringt. Der Zugriff, die Mobilität und die Flexibilität sind Aspekte, die die Zukunft erheblich von unserer Gegenwart unterscheiden werden."

Microsoft-Mogul Bill Gates hat eine ähnlich positivistische Sicht der Zukunft, die er in seinem Buch "Der Weg nach vorn" (The Road Ahead, 1995) darlegt: "...aber auch jetzt bin ich sicher, daß diese Revolution das Leben von noch mehr Menschen verändern und uns alle zu noch ferneren Zielen bringen wird. Vor allem wird sich die Art und Weise verändern, wie Menschen miteinander kommunizieren. Die Vor- und Nachteile dieser kommenden Kommunikationsrevolution werden noch einschneidender sein als die der PC-Revolution. Der PC - seine sich entwickelnde Hardware, die kommerziellen Anwendungen, die Online-Systeme, die Internet-Verbindungen, E-Mail, Multimediatitel, Authoring Tools und Spiele - bildet die Grundlage für die nächste Revolution. Diese nächste Reise, die in den sogenannten Information Highway führt..."

Gates sieht im Information Highway die nächste Stufe der Medienrevolution nach der Einführung des PC. Die vielfältigen digitalen Informationsnetze, die die ganze Welt umspannen, können Sprache, Video und andere Arten von Daten übertragen. Medien wie CD-ROM und Online-Dienste können miteinander verknüpft werden und in einem Hochgeschwindigkeitsnetzwerk von hoher Bandbreite laufen. Die hohe Kapazität der allgemein zugänglichen Datenspeicher wird es erlauben, daß viele Menschen mühelos auf aktuelle, reichhaltige Multimedia-Angebote zugreifen.

Gates beschreibt die Auswirkungen, die durch diese Netzwerk-Revolution auf die Unternehmen und die Geschäftswelt, auf Bildung und Freizeitverhalten, auf die Arbeitswelt und das Leben zu Hause zukommen. Die Knotenpunkte dieses Netzwerks werden Tele-PCs sein, in dem Fernseher, Radio, Fax, Telefon, Video und herkömmlicher PC zusammengeschlossen sind. Über Glasfaserkabel und Satellitenfunk sind diese mit der Außenwelt verbunden.

So wird Tele-Arbeit möglich mittels ISDN-Verbindungen und Videokonferenzen mit dem Arbeitgeber, mit Home-Banking sind Buchungen, Kontostandsprüfungen und Aktienkäufe durchführbar, da herkömmliche Einkaufen wird durch Teleshopping ersetzt, das Fernsehen wird durch Video-on-demand, Pay-per-view, interaktives TV und Programme in Kinoqualität (HDTV) erweitert, und in der übrigen Freizeit kann sich der Konsument mit Telespielen und virtuellen Realitäten amüsieren.

Nachdem heute bereits Laptops und Notebooks mobile Menschen bei der Arbeit unterwegs unterstützen, wird es nach Gates bald Wallet-PCs (Brieftaschen-PCs) geben, taschenrechnergroße Computer mit Bildschirmen in Fotogröße. In ihm können Schlüssel, Ausweis, Geld, Uhr, Notizblock, Telefon- und Krankenversicherungskarten, Handy, Kreditkarten, Taschenrechner, Kompaß usw. integriert werden, und er kann an die Datenautobahn angeschlossen werden, so daß man von jedem Punkt der Welt aus Kontakt nach überallhin hat. Werden zu Beginn des nächsten Jahrtausends die Menschen mit Hilfe von Wallet-PCs in Armbändern oder Ohrringen über Satelliten miteinander kommunizieren?

Wird durch diese globale Kommunikation auf dem Information Highway die Menschheit einen Evolutionssprung machen, der ihr Denken und ihr Weltbild revolutionieren wird, oder wird sie in eine Million medienvermittelter Gemeinschaften zersplittern, möglicherweise mit Tendenzen zu einem Orwellschen Überwachungsstaat? Gates schreibt gegen Ende seines Buches: "Wir sind Zeugen eines historischen Geschehens, das wie ein Erdbeben über die Welt kommen und sie auf die gleiche Weise erschüttern wird wie die Entdeckung der methodischen Wissenschaft, die Erfindung des Buchdrucks oder der Abruch des industriellen Zeitalters."

Rund 50 000 Jahre ist die Sprache alt, der älteste Informationsträger. Vor 5000 Jahren entstand die Schrift, vor 500 Jahren der Buchdruck. Der elektrische Telegraph wurde 1840 erfunden, das Telefon 1875, die ersten öffentlichen Kinobilder wurden 1895 vorgeführt. Den Rundfunk gibt es seit 1920, 1928 wurden auf der Funkausstellung in Berlin Fernsehbilder übertragen, 1938 baute Konrad Zuse den ersten programmierbaren Rechner. Der erste Nachrichtensatellit "Telstar" wurde 1962 ins All geschossen, der erste Videorecorder lief 1969 vom Band. 1970 wurde die Telefondirektwahl via Satellit zwischen Europa und den USA möglich, seit 1978 gibt es Video und Kabel, im gleichen Jahr startete die Bundespost ihren Feldversuch "Bildschirmtext", aus dem später Datex-J und T-Online der Telekom wurde.

1958 war das Jahr zweier Schlüsselerfindungen für die Kommunikationstechnik: Die Amerikaner Townes und Schawlow entwickelten den Laser, und Kilby baute die erste integrierte Halbleiterschaltung zusammen - einen "Chip".

Auf dem Markt für audiovisuelle Medien eröffnete die Lasertechnik zusammen mit der Digitalisierung völlig neue Wege. Die digitale Compact-Disc (CD), ab 1979 zuerst als Musiktonträger auf dem Markt, wurde Mitte der 80er Jahre zu einem Datenspeicher entwickelt, die per Laser beschrieben und wieder gelöscht werden kann (CD-ROM). Zwei neue technische Prinzipien wurden hierbei umgesetzt: Die Aufzeichnung erfolgte nicht mehr wie bei der herkömmlichen Schallplatte analog (proportional zu Frequenz und Lautstärke), sondern digital in Firm von mikroskopisch feinen Vertiefungen, in denen die Toninformationen enthalten sind. Die zweite Neuerung besteht in der Form der Abtastung: Sie funktioniert berührungsfrei mittels eines Laserstrahls, also nicht mehr mechanisch mittels einer Plattennadel bzw. eines Saphirs. Bei 640 Megabyte Speicherplatz gibt es kein Museum, keinen Verlag und keine Software-Gesellschaft mehr, die ihre Informationen nicht auf CD-ROM pressen. Die nächste Klasse der CD-ROMs ist die digitale Video-Disc mit einer Kapazität von 3,6 Gigabyte. Damit läßt sich auch die Video-Qualität erheblich verbessern.

Auch die Kapazität und Leistung der Mikrochips steigerte sich jährlich, ein moderner Mikroprozessor kann über eine Million Transistoren auf einem integrierten Schaltkreis von ungefähr sechseinhalb Quadratzentimetern enthalten. So wurden ab 1980 die Computer immer kleiner, leistungsfähiger und billiger. Der Personal Computer eroberte Labors, Büros und Wohnzimmer. Neben der Hardware gab es allerdings noch weitere Schlüsselelemente für die Evolution des PC: das Betriebssystem und das Netz, das die Geräte miteinander verbindet. In den80er Jahren war MS-DOS der Software-Standard, später wurde die graphische Schnittstelle programmiert, und Windows 3.1 sowie Apple Macintosh wurden zum Standard. Modems übertrugen Daten mit einer Geschwindigkeit von mindestens 14400 Bit pro Sekunde. Online-Dienste wurden immer weiter verbessert.

In nicht allzu ferner Zukunft wird ein einziges Kabel Büro oder Haushalt mit digitalen Daten versorgen. Werden die Bits als Sprachkommunikation interpretiert, klingelt das Telefon. Handelt es sich um Videobilder, tauchen sie auf dem Fernsehschirm auf. Sind es Online-Nachrichten, gibt sie der Bildschirm des Computers als geschriebenen Text oder Bilder aus. Und auf dem PC lassen sich mehrere Medien wie Text, Töne, Foto oder Film vereinen.

So ist das 20. Jahrhundert von einer großen zahl technischer Innovationen im Medienbereich gekennzeichnet. Während die Computer in den letzten zehn Jahren durch die Hardware-Miniaturisierung und Software Entwicklung eine atemberaubende Karriere gemacht haben, blieb es um die Datenübertragung relativ ruhig. Als die Telekom von den Perspektiven des ISDN berichtete, nahm kaum jemand Notiz davon. Erst als der amerikanische Vizepräsident Al Gore in einer historischen Rede im September 1993 den Information Highway zum nationalen Ziel erklärte, horchte die Welt auf.

Entscheidende Voraussetzung für eine effiziente Datenübertragung ist die digitale Codierung. Ein digitaler Telefonanschluß ermöglicht heute bereits die Übertragung von 64000 Datenbits pro Sekunde. Durch Datenkompression kann die übertragene Datenmenge noch gesteigert werden.

Die echte Datenautobahm beginnt aber erst mit den künftigen ATM-Netzen. ATM ist die Abkürzung für "Asynchronous Transfer Modus" und bedeutet, daß die Daten in Paketen mit fester Länge verschickt werden, denen jeweils ein digitaler Adresskopf vorangestellt ist. Bei diesen autobahngerecht verpackten Daten gibt es in technischer Hinsicht keine Geschwindigkeitsbegrenzung. Durch eine einzige haarfeine Glasfaser lassen sich bei gleichzeitiger Nutzung verschiedener Lichtwellenlängen heute experimentell rund 100 Milliarden Bits pro Sekunde übertragen.

Die Datenautobahn ist die Voraussetzung für die Entstehung weltweiter Datennetze. Online-Informationsdienste wie Internet, CompuServe, AOL oder T-Online werden schon heute weltweit von Millionen Computerbesitzern via Modem und Telefon genutzt. Diese Dienste erlauben den Zugriff auf eine Fülle von Informationen von Datenbanken, Zeitungen, Börse, Reise- oder Wetterberichten; auch das Versenden elektronischer Briefe oder die Teilnahme an Newsgroups ist möglich, ferner Homebanking und Teleshopping.

Das Bedürfnis, große Datenmengen zu übertragen, dürfte zuerst im professionellen Bereich wachsen. Videokonferenzen von Managern, die sich auf diese Weise aufwendige Reisen ersparen, der digitale Austausch von Röntgenbildern oder anderen medizinischen Daten (Telemedizin), das Versenden von umfangreichen Konstruktionsdaten (Autoindustrie) oder die Vermittlung von Aufträgen zwischen Banken sind Beispiele.

Bei aller Technik-Begeisterung bezüglich der Entwicklung der modernen Medienlandschaft bleiben jedoch kritische Fragen. Auf Chipkarten der Krankenkassen oder maschinenlesbaren Ausweisen lassen sich gigantische Datenmengen speichern, die bei Bedarf abgerufen werden können. Und wieviele Datenmengen sind in den Datenbanken von Behörden, Versicherungen, Banken oder Krankenkassen und Rentenversicherungen über die Bürger gespeichert? Der gläserne Mensch ist heute schon Wirklichkeit, trotz aller Beteuerungen zum Datenschutz.

Der amerikanische Medienkritiker Neil Postman entwarf ein düsteres Bild der Zukunft, in der übermächtige, weil unkontrollierbare Technologie- und Medienkonzerne die Menschheit in Dummheit halten. Den Markt für Computer und Unterhaltungselektronik beherrschen Elektronikkonzerne und Softwareanbieter wie IBM, Microsoft, Apple, Sony oder Philips; den Bereich der Nachrichten und Unterhaltungsprogramme kontrollieren Warner, Walt Disney, Viacom, Bertelsmann, Leo Kirch oder die News Corporation (Murdoch); das Feld der Telekommunikation und Datenübertragung regieren Telefongesellschaften wie AT&T, MCI, Telekom (Deutschland), France Telecom oder Veba. Nicht umsonst befürchten einige die Diktatur eines aus wenigen, miteinander verflochtenen Megakonzernen bestehenden Multi-Media-Komplexes. Oder steht am Ende eine Maschinen-Regierung, beherrscht von Computernetzen und Robotern, wie in den "Terminator"-Filmen dargestellt?

Ein weiteres Problem ist die Informationsüberladung. Bei aller auf ihn eindringenden Informationsflut kann der Mensch nur eine begrenzte Anzahl von Informationen bewußt wahrnehmen. Wie aber kann er den Informations-Müll absondern? Mehr als 300 000 Zeitungen und Zeitschriften erscheinen weltweit, etwa 30 000 Hörfunk- und 3000 TV-Kanäle sind, manche rund um die Uhr, zu empfangen, in mehr als 6000 Datenbanken sind ungezählte Informationen gespeichert. Schon transportieren 500 Satelliten Daten, Töne und Bilder um den Globus. Der Planet Erde ist von einer riesigen, aus Sender und Empfänger, Kabeln und Computern bestehenden netzartigen Informationsmaschine umhüllt. Auf einen Japaner prasseln pro Jahr statistisch 483 Wörter aus TV, Radio, Zeitungen, Gesprächen und Werbung nieder, und ein junger Amerikaner sieht bis zum Erwachsenenalter etwa 500 000 Werbespots.

Angesichts einer solchen Informationsflut vermischen sich Fiktion und Wirklichkeit, vor allem bei Kindern. Die jüngste Generation nimmt Kriegsfilme und Kriegsnachrichten auf, als sei dies ein und dasselbe. Der Golfkrieg als Videoclip, als von den Militärs inszeniertes gigantisches Medienspektakel, Sex- und Gewaltdarstellungen bei den Privatsendern könnten fatale Folgen haben. Da jedermann die ihm genehme Bildschirmwirklichkeit auswählen kann, könnte es zum Verlust von Werten, ja zum Verfall der Realität kommen: direkte, "wirkliche Informationen" sind Raritäten, selbst über seriöse Medien verbreitete Nachrichten sind meist Mischungen aus Mitteilungen und Meinungen aus zweiter oder dritter Quelle.

Schon beklagen Kritiker ein Verschwinden der Wirklichkeit. In der Informationsgesellschaft schieben sich zunehmend Medien zwischen Menschen und ihre Erfahrungen. Anstelle der aktiven Auseinandersetzung mit lebendigen Menschen tritt die Mensch-Maschine-Kommunikation. Der Verlust von erlebbarer, fühlbarer Wirklichkeit führt zu einer einseitigen Beanspruchung der visuellen Wahrnehmungssinne und des Vorstellungsvermögens und damit zur Verwischung von Realität und Wiedergabe von Realität. So droht laut dem Schweizer Wirtschaftswissenschaftler Christian Lutz eine Informations-Ära, ein Zeitalter mit "passiven, auf reines Konsumentendasein reduzierten, jeglicher Mitgestaltungsmöglichkeiten entbundenen, und in ihrer privaten Lebensgestaltung auf den Scheinpluralismus zwischen Coca-Cola und Pepsi-Cola beschränkten, programierbaren Objektmenschen." Eine solche ferngesteuerte Gesellschaft, prophezeit Lutz, werde Medien vornehmlich zur ständigen Selbstbestätigung des eigenen Weltbildes nutzen. Gegen das Entstehen kognitiver Dissonanzen, das Hereinbrechen der Wirklichkeit in die harmonische Scheinwelt der Medien, würden Vermeidungsstrategien entwickelt, die zu innerem Ausklinken, zur Gleichgültigkeit oder zu Zynismus gegenüber der Res publica führen könnten. Aldous Huxley`s "Schöne neue Welt" läßt grüßen.

Auch droht ein neuartiger Kolonialismus durch die Medienkonzerne. Es sind vor allem westliche Weltbilder, die in die armen Regionen dieses Planeten transportiert werden. CNN-Nachrichten, Videoclips des Musiksenders MTV du amerikanische Seifenopern sind inzwischen auch in abgelegenen Dschungelregionen zu empfangen. Man spricht bereits von unerwünschter kultureller Invasion, vor allem in den islamischen Ländern.

So sind die Erwartungen des Menschen bezüglich des neuen Informationszeitalters ambivalent - auf der einen Seite die Hoffnung auf ein hypertechnologisches Medien-Utopia, auf der anderen Seite die Furcht vor der Enstehung von Cyberpunk-Ghettos in einer verslumten Welt. In dieser neuen Welt geht es um Bits und Pixel, um Laser und Glasfaser, um Computer und Satelliten, um Datenautobahnen und Netzwerke. Die digital-multimediale Revolution führt zur Entfesselung der Informationsstrukturen. Computer verständigen sich durch Bits, und aus diesen Bits wird ein erstaunlich dichtes Netz aus In- und Output, während sie durch ein System von Schaltkreisen flitzen, die man sinnigerweise "Gates" nennt. Und per Modem werden sie in weltumspannende Datennetze eingespeist, wodurch ein globaler Informationsaustausch bewirkt wird.

Ein neues, elektronisch-digitales Universum ist am Entstehen, der Cyberspace. Seine Einheiten sind nicht mehr Buchstaben, sondern Bits; momentan wird der Übergang von der Gutenberg-Galaxis zum Gates-Universum vollzogen. McLuhan hatte Recht mit seinen Thesen, daß die Medien das Weltbild der Menschen beeinflussen. Vor Gutenberg gab es in Europa nur etwa 30 000 Bücher, fast ausschließlich Bibeln und Kommentare dazu. Um das Jahr 1500 gab es über neun Millionen Bücher, über alle mögliche Themen. Flugschriften und sonstige Druckwerke beeinflußten Politik, Religion, Wissenschaft und Literatur. Erstmals hatten Menschen, die nicht zur geistigen Elite gehörten, Zugang zu schriftlicher Information. Bill Gates schreibt: "Der Information Highway wird unsere Kultur ebenso dramatisch verändern wie Gutenbergs Druckerpresse die Welt des Mittelalters... Der weltweite Informationsmarkt wird gewaltig sein, und er wird all die verschiedenen Wege zusammenfassen, auf denen Güter, Dienstleistungen und Ideen zwischen Menschen ausgetauscht werden..."

Der potentielle Zugang zu allen Informationen bedeutet jedoch noch lange nicht, daß dieser Zugang auch realisiert werden kann. Auch negative Entwicklungen sind denkbar:

Die sozialen Sphären werden sich verschieben. Zur Oberschicht wird gehören, wer in der Lage ist, sich Informationen schnell verfügbar zu machen und sie optimal zu bewerten. Zum Proletariat der Informationsgesellschaft wird gehören, wer dem Informationsgewitter lediglich ausgesetzt ist, Herkunft und Zustandekommen von Nachrichten nicht durchschaut und Medien vor allem zur Unterhaltung nutzt. Gesellschaftliche Macht wird sich von der Politik zu den Medien verlagern. Die wichtigen Entscheidungen werden Informationsmanager aus Medienkonzernen, High-Tech-Unternehmen und Unterhaltungsfabriken treffen, Menschen mit schnellem Zugang zu Daten und mit einem hochentwickelten Selektions- und Bewertungsvermögen. Diejenigen, die die neuen Techniken nicht beherrschen, werden passiv dem Orientierungsdruck der Medien ausgesetzt sein und dem Umstand zum Opfer fallen, daß im Medium der Information Wissen und Meinung ununterscheidbar werden.

Um eine solche Feudalisierung der Gesellschaft zu vermeiden, muß bereits im Bildungssystem angesetzt werden. Angesichts der Tatsache, daß die Kinder des ausgehenden 20. Jahrhunderts am Bildschirm und am Computer ihre Freizeit verbringen, haben die Erziehungssysteme der Welt die Herausforderungen der Informationssysteme noch überhaupt nicht begriffen, sie sind glatt überfordert. In der Kultusbürokratie und an den Schulen herrschen immer noch "Buchfundamentalisten", die am Wissensbegriff vergangener Generationen kleben, statt zu Medienkompetenz zu verhelfen. Es ist längst nicht mehr sinnvoll, enzyklöpädisches Wissen zu vermitteln, die Schulen müssen die Fähigkeit lehren, Informationen auszuwählen, Urteile abzugeben, zu kommunizieren und fortwährend Kenntnisse und Fähigkeiten im Licht der sich wandelnden Bedürfnisse anzupassen.

Der Weg ins Informationszeitalter wird von Krisen und Verwerfungen gekennzeichnet sein, aber er sollte auch als Chance begriffen werden. Informationsverarbeitung und -speicherung scheinen ein grundlegendes Konzept der Natur zu sein. Die DNA ist ein gewaltiger Datenspeicher, und Leben stellt eine phantastische Informationsvielfalt dar, basierend auf einem genetischen Programm. Mit der Entstehung des menschlichen Bewußtseins kam zu dieser biologischen Informationsspeicherung eine "mentale" Speicherung mit Hilfe des Gedächtnisses und später der Entwicklung von Sprache und Schrift hinzu. Die Schrift erlaubte zusätzlich zur internen Datenspeicherung im Gehirn eine externe, realisiert in Höhlenmalereien, auf Papyrus, Tontafeln, Pergament und später Papier. So gesehen ist die Speicherung von Daten auf Festplatten oder CD-ROM ein natürlicher Evolutionsprozeß.

Neben die Biosphäre (Leben auf der Erde) und die Neurosphäre (Bewußtsein des Menschen) tritt nun eine Info-Sphäre, die Vernetzung aller Menschen in einem virtuellen Cyberspace. Eine neue tertiäre virtuelle Wirklichkeit ist am Entstehen, nach der primären Wirklichkeit, den "Dingen an sich", die dem Menschen für immer verborgen und unbegreiflich sind, und der sekundären Wirklichkeit, der Realität, die der Mensch durch sein Bewußtsein wahrnimmt.

Mit dem Eintritt ins Informationszeitalter steht der Mensch an der Schwelle zu neuen fundamentalen Erkenntnissen über sich und die Natur.

Der Traum, reale Phänomene der Natur als Bit-Konfigurationen im Computer zu simulieren, mag zwar an Hybris grenzen, doch eine fortschrittliche Rechnertechnologie läßt die Menschheit diesem Ziel immer näher kommen. So erforschen Wissenschaftler im Computer erzeugte künstliche Lebewesen, die sich nach den Gesetzen des natürlichen Lebens paaren und fortpflanzen können. Vielleicht bevölkern eines Tages die Nachfahren solcher Kunstwesen - intelligente, sich selbst reproduzierende und kontrollierende Roboter - die Erde neben dem Menschen oder lösen diesen sogar ab.

1948 legte John von Neumann in einem Vortrag mit dem Titel "On the General and Logical Theory of Automata" die Grundlagen einer funktionalen Theorie des Lebens. Er postulierte die Grundsätze für die Konstruktion einer Maschine, die imstande wäre, in einer mit den dafür notwendigen Rohstoffen ausgestatteten Umwelt sich selbst nachzubauen. Er nannte ein solches, sich selbst reproduzierendes Objekt einen "Zellularautomat". Auf dieser Grundlage basiert John Conway`s Spiel "Life", mit dem Leben im Computer simuliert werden kann. Die Ausgangsform ist eine Reihe von vier Zellen. Jede dieser Zellen überprüft ihre Nachbarzellen und sich selbst, anschließend wird aufgrund der einfachen Regeln des Spiels bestimmt, ob diese Zelle in der nächsten Generation lebt oder stirbt. Aus der Anfangskonfiguration entwickeln sich je nach Umweltkonstellation verschiedene Lebensmuster.

Die Simulation kognitiver Fähigkeiten und die daraus resultierende Imitation des menschlichen Geistes stellen einen uralten Menschheitstraum dar, dessen Realisierung im Computerzeitalter möglich schien. Der berühmteste Science Fiction - Computer ist HAL, der Bordrechner aus dem Filmklassiker "2001 - Odyssee im Weltraum". Der Computer mit der angenehm monotonen Stimme und den überall im Raumschiff verteilten dunkelrot glimmernden Augen spielt die Hauptrolle in dem Weltraumabenteuer. Es steuert das Raumschiff zum Jupiter und überwacht die Vitalfunktionen der im Kälteschlaf konservierten Besatzung; als einziger an Bord ist er über die wahren Hintergründe der Jupitermission informiert. Die beiden Wartungsastronauten Dave und Frank erscheinen überflüssig; HAL hält sie mit Schach und Small Talk bei Laune. HAL funktioniert mit Hilfe "Heuristischer Algorithmen" (daher der Name; nach einer anderen Version ist HAL ein Pseudonym für IBM - die Buchstaben sind um jeweils einen verschoben) und kann auf dieser Basis Gefühle und Intelligenzleistungen simulieren. Doch HAL macht einen Fehler bei der Analyse der Bordelektronik und wird nach einem dramatischen Kampf Mensch - Maschine von Dave abgeschaltet.

Lange Zeit beinhalteten die Computer der realen Welt sequentielle Prozessoren, die eine gestellte Aufgabe sukzessive, Schritt für Schritt, erledigten. Später wurden parallelverarbeitende Computer erprobt, die eine Aufgabe in mehrere unabhängige Teilschritte zerlegten, wobei dann mehrere Prozessoren gleichzeitig ihre Teilaufgaben lösten. Prototypen von Parallelrechnern waren die SIMD-Maschine, die Connection-Maschine und die Hypercube-Maschine.

Bereits in den 40er Jahren wurde versucht, mit mathematischen Modellen über elektrische Erregungsausbreitungen in neuronalen Netzwerken Fähigkeiten des Gehirns zu simulieren. Am Anfang standen 1943 Untersuchungen von Warren McCulloch und Walter Pitts an Neuronen als logischen Elementen. Sie wiesen nach, daß ein Minumum an Informationsverarbeitung durch einzelne Nervenzellen ausreicht, um für jede beliebige Aufgabe ein neuronales Netzwerk konstruieren zu können, welches die Aufgabe bewältigt.

1949 stellte Donald Hebb die Hypothese auf, daß das biologische assoziative Gedächtnis in den synaptischen Verbindungen zwischen den Nervenzellen lokalisiert ist. Der Lernprozeß und die Erinnerungsspeicherung hängen damit zusammen, daß die Stärke der Nervensignalübertragung über einzelne Synapsen verändert wird. Eine synaptische Verbindung zwischen zwei Neuronen wird immer dann verstärkt, wenn beide Neuronen gleichzeitig aktiv sind.

1958 entwickelte Frank Rosenblatt ein Modell eines neuronalen Netzes, das "Perceptron"; dieses konnte sich teilweise selbst organisieren, war lernfähig, konnte einfache Muster klassifizieren und Erfahrungen verallgemeinern. Marvin Minsky zeigte später die prinzipiellen Schwächen aller perceptronartigen Netzwerkmodelle auf.

In den 60er und 70er Jahren versuchten Wissenschaftler, das Verhalten von Neuronen in Rechennetzwerken genauer zu simulieren. Sie entwickelten eine spezielle Mathematik und Architektur, um bestimmte Merkmale aus Mustern herauszulesen, Muster zu ordnen oder ein assoziatives Gedächtnis zu realisieren. Teuvo Kohonen arbeitete über Assoziativspeicher, und Leon Cooper entwickelte ein Modell, das durch dynamisches Hinzufügen zusätzlicher Klassifikationsneuronen während des Lernprozesses komplizierte Muster klassifizieren konnte. Die ART-Netzwerke ("Adaptive Resonance Theory" von Stephen Grossberg arbeiten mit Rückkopplungen, verfügen über ein Lang- und Kurzzeitgedächtnis und einen Mechanismus, der das Lernen steuert. John Hopfield verfaßte 1982 eine grundlegende Arbeit über neuronale Netze, in der er auf Parallelen zur Festkörperphysik und Spinglastheorie hinwies. Eine Variante des Hopfield-Modells stellt die von Hinton und Sejnowski eingeführte "Boltzmann-Maschine" dar. In jüngster Zeit wurden leistungsfähige Lernalgorithmen (Fehler-Rückwärtsverkettung - Back Propagation) mit Strukturen mit mehreren Lagen von Neuronen entwickelt.

So wurden zur Simulation kognitiver Prozesse Neurocomputer konstruiert, in denen elektronische Schaltkreise nach neurobiologischen Modellen gestaltet sind. Carver A. Mead hat mit höchstintegrierten Schaltungen auf der Basis von VLSI-Chips eine künstliche Netzhaut und eine künstliche Innenohrschnecke gebaut. Es handelt sich dabei nicht um einfache Simulationen, sondern um reale Informationsverarbeitungseinheiten, die in Echtzeit auf wirkliches Licht und Geräusche reagieren. Die Verschaltung dieser künstlichen Sinnesorgane beruht auf der bekannten Anatomie und Physiologie von Netzhaut und Schnecke. Zwar ist es noch ein weiter Weg von Wahrnehmungsprozessen, die in niederen Tieren ablaufen, bis zum menschlichen Denken und Bewußtsein, aber auch in unserer Großhirnrinde wirken geschlossene Neuronenkreise zusammen, die auf denselben elektrophysiologischen und neurochemischen Mechanismen basieren wie die Nervensysteme einfacher Organismen auch. Kann Künstliche Intelligenz in einer nichtbiologischen, parallel-assoziativ arbeitenden Maschine, die aus mikroelektronischen oder optischen Komponenten aufgebaut ist, erzeugt werden?

Bereits die künstliche Objektwahrnehmung und Mustererkennung demonstriert die Schwierigkeiten, mit Maschinen so "natürliche" Tätigkeiten wie das Sehen zu imitieren. Eigenschaften von Objekten wie Gestalt, Textur oder Farbe müssen erfaßt, Kantenverhältnisse analysiert, die Tiefenwahrnehmung berücksichtigt werden usw. Noch schwieriger werden die Verhältnisse bei Lernprozessen oder der Sprache.

Zur besseren Realisierung solcher Fähigkeiten wurden verschiedene neuronenähnliche Schaltkreise diskutiert. In "kollektiven Schaltkreisen" wird der Rechenweg fortlaufend auf eine Weise kanalisiert, die durch das Muster der Verbindungen im Schaltkreis festgelegt ist. Ein "optischer Neurocomputer" besteht aus zwei Hauptkomponenten: einem zweidimensionalen Gitter aus optischen Schaltern, die ein Äquivalent der Neuronen darstellen, und einem Hologramm zur Festlegung der Verknüpfungen zwischen diesen Elementen. Der Zustand eines Schalters richtet sich nach dem Status aller anderen Schalter, mit denen er verknüpft ist. Dabei besteht die Möglichkeit, alle Elemente des ebenen Gitters über Lichtbündel mittels Hologramm beliebig miteinander zu verbinden.

Als im Jahre 1984 William Gibson in seinem Roman "Neuromancer" eine dekadente, chromglänzende High-Tech-Zukunft schilderte, die von Computernetzwerken durchzogen ist, war der Begriff "Cyberspace" bald in aller Munde. Die Menschen dieser Zukunft könne sich in die weltumspannende Computermatrix versetzen, indem sie ihr Bewußtsein direkt in den elektronischen Informationsfluß einschleusen.

Heute kommuniziert der Mensch mit Hilfe von Tastaturen und graphischen Benutzeroberflächen mit dem Computer. Aber schon gibt es den Datenhelm und den Datenhandschuh, mit denen das Eintauchen in virtuelle Realitäten möglich ist. Dabei wird dem Benutzer in zwei Flüssigkeitskristall-Bildschirmen als Brille das Computerbild eingespielt, das vor seinem Auge zu einem dreidimensionalen Bild verschwimmt. Der Datenhandschuh dient sozusagen als Maus im künstlichen Raum; damit wählt der Teilnehmer, wie er sich bewegen oder Objekte steuern will.

Der Computer rechnet alles aus, was zur Erzeugung einer virtuellen Realität nötig ist - Form, Farbe, Schatten, Schwerkraft, Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung - und liefert in Echtzeit ein pseudoreales Bild. Der Benutzer steckt mittendrin und kann seinen Cyberspace erkunden: Der Architekt geht mit dem Bauherrn durch ein Haus, von dem noch kein Stein steht; Chirurgen führen virtuelle Operationen aus, Freizeitsportler fahren mit dem Trimmrad im Wohnzimmer durch Wüstenlandschaften, Jogger erkunden im Laufschritt fremde Städte, Schüler und Studenten erforschen die Gesetze der Physik auf einer Reise ins All.

Wissenschaft, Wirtschaft, Militär und vor allem die Unterhaltungsindustrie träumen von Möglichkeiten, die der Cyberspace bietet. Simulierte Kriegsszenarien, ferngesteuerte Roboter, Cybersex und dreidimensionales Fernsehen könnten die Realität ersetzen. Schon wird am Datenanzug gearbeitet, der neue Wahrnehmungen vermittelt: etwa den prassenden Regen, den feuchten Wind, das Rascheln der Blätter im Wald oder die salzhaltige Meeresluft. Kleine Hitzesensoren vermitteln die richtige Temperatur, und Luftdruckdüsen sorgen dafür, daß auch ein Windzug über die Haut streicht, wenn man sich bewegt.

Hier werden künstliche Welten aus Information, aus Bitkettenmustern, erbaut. Egal, ob es sich um die Simulation von lebenden Strukturen oder kognitiven Prozessen oder um die Erzeugung virtueller Realitäten handelt, der Computer ist zu einer Realitätsmaschine geworden, die jede Welt erschaffen kann, in der wir leben wollen. Die Grenzen von natürlicher und künstlicher Wirklichkeit verwischen zusehends, neben das energetisch-materielle Reich des physischen Universums tritt eine digitale Bitmuster-Matrix eines elektronischen Kosmos. Auf der einen Seite miteinander wechselwirkende Teilchen und Felder, die den mathematischen Regeln der Quantenfeldtheorien gehorchen, auf der anderen Seite Myriaden von Bitketten, die durch ein komplexes Netzwerk von Schaltkreisen flitzen, die den Regeln einer mathematischen Logik unterworfen sind. So ist das formale, abstrakte Reich der Mathematik jenes geheimnisvolle Schattenreich, welches den beiden Welten gemeinsam ist.

Jeder Computer ist ein Abglanz jener Maschine, die der britische Mathematiker Alan Turing 1936 in dem Artikel "Über berechenbare Zahlen" beschrieb. Turing entwickelte darin die Idee einer "Universalmaschine", gewissermaßen das Urbild aller möglichen Rechenmaschinen.

Turing`s Maschine hatte einen Papierstreifen, dazu einen Mechanismus, der den Streifen jeweils eine Stelle in beiden Richtungen transportierte, einen Druckknopf, um Zeichen auf den Streifen zu drucken, und einen Abtaster, der Zeichen ablesen konnte. Diese Turing-Maschine konnte Aufgaben ausführen, etwa bestimmte Zeichenmuster erkennen und das Muster in einer "Verhaltenstabelle" nachschlagen, um festzustellen, was als nächstes zu tun war. Diese Maschine würde ihre Aufgaben mit rein mechanischen, algorithmischen Verfahren bearbeiten. Letztlich arbeitete jeder Computer nach diesem Prinzip; Turing setzte einerseits die Grenzen, was berechenbar ist, zeigte andererseits aber, daß es möglich war, eine Maschine zu bauen, die jede beliebige Berechnung durchführen konnte.

Ein Computer hat die Funktion, mathematische Berechnungen durchzuführen. Alle Computer, künstliche Maschinen und "Automaten" werden durch ein Programm gesteuert, eine Abfolge exakt formulierter Anweisungen in einer bestimmten Reihenfolge. Der allgemeine Begriff hierzu ist der des "Algorithmus", ein Verfahren, das zu einem Problem in endlich vielen, eindeutig festgelegten Schritten eine Lösung liefert - falls eine solche existiert.

Ein Naturgesetz verschlüsselt in komprimierter Form Informationen über natürliche Ereignismengen; wahrscheinlich läßt sich jeder physikalische Prozeß durch einen Algorithmus beschreiben. Offenbar ist eine gesetzmäßige Beziehung in einer Folge von Beobachtungsdaten immer dann enthalten, wenn es einen Algorithmus gibt, mit dessen Hilfe sich die Daten in komprimierter Form darstellen lassen. Ein solcher Algorithmus zeichnet sich dadurch aus, daß zu seiner Darstellung weniger Information erforderlich ist als zu der Darstellung der von ihm generierten Datenfolge.

Als der eher intuitive Begriff des Algorithmus präzisiert wurde in Form von "Turingmaschinen", "rekursiven Funktionen" oder "Zellularautomaten", erkannte man, daß es Probleme gibt, die algorithmisch überhaupt nicht lösbar sind, ferner solche Probleme, für die zwar ein Algorithmus existiert, die aber unmöglich in einer als realistisch anzusehenden Zeit bearbeitet werden können.

Jeder physikalische Prozeß läßt sich wahrscheinlich durch einen Algorithmus beschreiben, der sich dann in einen Rechenprozeß umsetzen läßt. Demnach könnte jeder natürliche, physikalische Prozeß mit einem Computer simuliert werden, einschließlich des Lebens und der Intelligenz. Im Grunde würde diese bedeuten, daß das gesamte Universum simuliert werden konnte. So könnte Turings Universalmaschine eine ganzes virtuelles Universum produzieren und wäre ein Weltsimulator.

Vielleicht ist unser Universum eine Art Spiel, in dem verschiedene Muster miteinander wechselwirken und verschmelzen. Ein sogenannter Universalkonstruktor oder "Wirklichkeitsgenerator" ist ein Muster, das jedes beliebige andere Muster einschließlich seiner selbst erzeugen kann; es würde sogar sich selbst reproduzieren. Die Idee des Universalkonstruktors stammt von John von Neumann, der überlegte, ob es eine Maschine gibt, die jeden anderen Mechanismus oder jedes andere hergestellte Produkt erzeugen kann. Neumann benutzte in seinen Überlegungen sogenannte "zelluläre Automaten". Zelluläre Automaten sind eine Art Schachspiel, jedoch mit viel mehr Arten von Steinen und viel komplexeren Regeln.

Die Bausteine eines zellulären Automaten sind die sogenannten Zellen. In jeder Zelle wird der mögliche Zustand einer der beteiligten Komponenten des jeweils modellierten natürlichen Systems gespeichert. Ein kennzeichnendes Element der zellulären Automaten ist, daß das Verhaltensrepertoire der einzelnen Komponenten einfach und auf nur wenige Möglichkeiten reduziert ist. Der Zustand jeder Zelle eines Automaten wird durch nur wenige Zustandswerte beschrieben.

Alle Zellen sind in einer Art räumlichem Netz angeordnet, ähnlich den Gitterplätzen eines gigantischen Schachbretts. Nur die unmittelbar benachbarten Zellen innerhalb dieses Netzwerkes können miteinander kommunizieren und sich bei der Wahl ihrer Zustände aufeinander abstimmen. Die Information, die eine Zelle aus ihrer lokalen Nachbarschaft bekommt, entscheidet über ihren zukünftigen Zustand. Bei jedem Ticken einer imaginären Uhr verändern die Zellen aufgrund der Entwicklungsregel des Automaten ihren Zustand. Die lokale Kommunikation zwischen den Zellen ist die einzige Möglichkeit, in dem verwobenen Netz zahlloser Komponenten eine gemeinsame Ordnung zu erschaffen. Welchen Einfluß der Zustand der Nachbarn auf die eigene Entwicklung nimmt, also die Art der Wechselwirkungen zwischen den Zellen, legt die Regel des Automaten fest.. Sie beschreibt das eigentliche Programm, das für alle Zellen gleich ist und das wie in einem Parallelrechner von ihnen simultan ausgeführt wird.

Zelluläre Automaten sind einfache Modelle, die die Eigenschaften vieler natürlicher Systeme festhalten, die aber auch eine Deutung als Rechensystem analog den bekannten digitalen Rechenanlagen zulassen. Es ist zwar möglich, ein System auf vielen Ebenen zu modellieren - von der Simulation der Bewegung einzelner Moleküle bis zur Lösung der Differentialgleichungen, die das System beschreiben.

Welches aber ist die einfachst mögliche algorithmische Beschreibung eines Systems? Offenbar ist eine gesetzmäßige Beziehung in einer Folge von Beobachtungsdaten immer dann enthalten, wenn es einen Algorithmus gibt, mit dessen Hilfe sich die Beobachtungsdaten in komprimierter Form darstellen lassen. Ein solcher Algorithmus zeichnet sich dadurch aus, daß zu seiner Darstellung weniger Information erforderlich ist als zu der Darstellung der von ihm generierten Datenfolgen. Umgekehrt muß eine Folge von Beobachtungsdaten so lange als Zufallsfolge gelten, bis ein entsprechender kompakter Algorithmus gefunden ist. Es läßt sich aber grundsätzlich nicht beweisen, daß ein gegebener Algorithmus der kleinstmögliche ist, mit dem sich eine Klasse von Naturereignissen gesetzmäßig beschreiben läßt. Dies gilt insbesondere für den Fall, daß ein Algorithmus für alle Klassen von Naturereignissen angegeben wird; dies bedeutet, daß die Abgeschlossenheit naturwissenschaftlicher Theorien aus prinzipiellen Gründen nicht beweisbar ist.

Mit Hilfe von Algorithmen werden immer präzisere Modelle der physikalischen Phänomene simuliert. Sollte sich am Ende herausstellen, daß unsere Welt nichts anderes als eine gigantische Simulation ist? War das Universum ein riesiger, dreidimensionaler zellulärer Automat, der mit Hilfe seiner Programme die Muster der Erscheinungswelt erzeugte? Läßt sich also für das "Problem" Kosmos ein Algorithmus finden, der alle Erscheinungsformen und Gesetzmäßigkeiten des Universums erklärt? Hat der diskrete Charakter der Informationsbits, die die Grundlage der Informatik bilden, etwas mit dem diskreten Charakter des Planckschen Wirkungsquantums, nach dem die Natur doch "Sprünge" macht, zu tun? Glättet unser Bewußtsein den digitalen bzw. diskreten Charakter der Welt?

Ist das Leben, das Universum und der ganze Rest nur eine Illusion, ein schöner Schein? Der Begriff einer objektiven, unabhängigen Realität war eine Grundannahme des modernen Zeitalters, die spätestens seit der Formulierung der Quantentheorie nicht mehr zu halten ist. Jean Baudrillard zufolge ist die Realität ein Simulakrum, eine perfekte Kopie ohne Original. Baudrillard beginnt ein Essay über die Postmoderne, "Simulacres et simulations" mit einem Zitat aus dem Prediger Salomo: "Simulakrum ist nie das, was die Wahrheit verbirgt - es ist die Wahrheit, die verbirgt, daß es keine gibt. Das Simulakrum ist wahr." Simulation ist die Erzeugung durch Modelle eines Realen ohne Ursprung oder Realität: eine "Hyperrealität". Baudrillard hält die Welt für das "perfekte Modell all der verflochtenen Ordnungen der Simulationen."

John von Neumann`s Universalkonstruktor war eine hypothetische Maschine, mit der er den Begriff der Selbstreproduktion analysieren wollte. Neumann dachte an ein Modell eines Roboters, der durch einen See aus Teilen schwamm und daraus eine Kopie seiner selbst zusammenbaute. Der Roboter besaß künstliche Arme, um mit diesen Teilen zu hantieren, Werkzeuge, die sie verschmelzen und zerschneiden, Sensorelemente, um die Teile zu lokalisieren usw.

In japanischen Fabriken steht die Realisierung von etwas Ähnlichem bevor: eine Art "Universalfabrik", eine Maschine, die jedes beliebige Produkt herstellen kann. Die Universalfabrik wäre eine Art dreidimensionaler Computerdrucker, der jedes beliebige physische Produkt nach einem Computermodell herstellen kann. Jedes so erzeugte Produkt wäre ein Simulakrum, eine Kopie mit einem virtuellen Original, eine Computersimulation des Produkts, das in seiner eigenen virtuellen Realität getestet und zum Zusammenbau durch computergesteuerte Roboter in die Fabrikebene übertragen wird.

Die Universalfabrik ist ein "computopischer Traum", in dem die Realität zum Abbild eines Informationsmusters wird; statt Atomen zählen nur noch Bits. So hat die moderne Technologie zur Vernichtung der Materie geführt, die Realität hat sich zu einem Realitätsspiel gewandelt.

Doch die Entwicklung ist noch nicht zu Ende. Genauso wie heute die Bio- und Gentechnologie zur Manipulation und bewußten Steuerung und damit Veränderung von Organismen und organischen Prozessen geführt haben, wird es mit Hilfe der Nanotechnologie möglich sein, molekulare Materie so zu "programmieren", daß sie sich aus der Umgebung Energie und Rohstoffe beschafft, um selbständig höher organisierte Funktionseinheiten zu bauen. Die Idee gipfelt in der Vorstellung, eine Art "Technologiesaat" synthetisieren zu können: ein paar Gramm davon in die Natur gestreut, wächst ein Industrieprodukt wie ein Auto pflanzenähnlich aus dem Boden, dem es wie dem Sonnenlicht Material und Energie entnimmt. Die molekulare Nanotechnologie wäre gleichzusetzen mit der Beherrschung des Aufbaus der Materie auf der Basis der molekülweisen Steuerung von Produkten.

Hier würden nicht nur virtuelle Welten, sondern reale Objekte erzeugt, genau wie die Gentomate oder der Genmais reale Objekte sind. Genauso wie die Gentechnologen Organismen in ihrem Sinne manipulieren und der Natur eine neue Vielfalt geben, werden die Nanotechnologen die Materie manipulieren und neue Materiekonfigurationen erschaffen können.

Atome und Materie, DNA und Gene, Neuronen und Bewußtsein, Bits und Information - wo eigentlich ist noch Realität und Wahrheit zu finden? Die Unterschiede zwischen echter Welt und Simulation, Original und Kopie, natürlich und künstlich, real und virtuell werden sich verwischen, aber gibt es hinter all dem noch einen festen Grund?

Das quantenmechanische Schattenreich ist eine merkwürdige Zwitterexistenz an der Grenze von Möglichkeit und Wirklichkeit. Ein Akt der Beobachtung führt zum Kollaps der Wellenfunktion, und aus Wahrscheinlichkeiten und Zuständen einer Zwitterrealität werden Gesetze und Objekte der von uns beobachteten physikalischen Realität. Das verborgene Reich hinter den verwirrenden Oberflächenphänomenen unseres Kosmos können wir nur mit Hilfe von mathematischen Kalkülen erahnen.

Ist der formale, abstrakte Zaubergarten der Mathematik der feste Grund hinter allem? Schließlich ist die Mathematik die Grundlage sowohl für die Informations-Sphäre (Computer) als auch für die Materie-Sphäre (Natur). Aber ist die Mathematik nicht auch nur ein Erzeugnis unseres Bewußtseins, von der Wechselwirkung von Milliarden von Neuronen generiert?

Leben, Intelligenz, Universum: künstlich oder natürlich? Vielleicht bringt uns die Erforschung dieser Fragen eine kopernikanische Wende im Verständnis der Welt.

Der Mythos vom künstlichen Menschen hat den Homo sapiens seit Urzeiten beschäftigt. In der Genesis erschuf Gott den Menschen nach seinem Urbilde, und die Erzeugung von Adam und Eva fand in den Phantasie der Menschen ihre Entsprechungen: Homunculus, Golem oder Frankenstein. Rasante Entwicklungen in den Neuro- und Computerwissenschaften, in der Robotik und Gentechnologie führten dazu, daß der uralte Menschheitstraum Ende des 20.Jahrhunderts kurz vor seiner Realisierung steht. War der durch Gehirnimplantate, Neurochips, Sensoren und künstliche Körperprothesen vervollkommnete Mensch eine Art Homo superior, oder sollte die nächste Stufe der Evolution eine Maschinenintelligenz sein, die den Homo sapiens ablöste?

Seit Platon nahmen die Erfinder unter Zuhilfenahme verschiedenartigster Techniken die Herausforderung an, die physischen und mentalen Prozesse im Menschen nachzubilden. Bereits die griechische Sage erzählt vom Metallmann Talos, der die Insel Kreta bewachte. Archytas von Tarent (um 400 v.Chr.), ein Freund Platons, entwarf eine Taube, deren Bewegungen von einem Dampfstrahl oder von komprimierter Luft gesteuert wurden. Zu gleichen Zeit gab es in China noch raffiniertere Automaten, darunter ein ganzes mechanisches Orchester. Um 200 v.Chr. erschuf ein ägyptischer Ingenieur mit einer verbesserten Wasseruhr den genauesten Zeitmesser der folgenden 2000 Jahre. 725 wird in China die erste mechanische Uhr gebaut, in Europa gab es solche Konstruktionen ab 1310. Die Entwicklung der Uhrwerkstechnik in der europäischen Renaissance und im Barock brachte noch weit kunstvollere Automaten hervor, darunter Puppen, deren Bewegungen bemerkenswert lebensecht waren. Berühmte Beispiele sind die Mandolinenspielerin, die Giannello Torriano im Jahr 1540 baute, und das von P. Jacquet-Droz 1772 konstruierte Kind, das ganze Textpassagen mit einem echten Füllfederhalter schreiben konnte.

Noch wichtiger für die Entwicklung intelligenter Maschinen waren frühe Versuche, die mühselige Arbeit des Rechnens zu erleichtern. Der Abakus, der vor mehr als 5000 Jahren im Orient erfunden wurde, ist aufgrund seiner Ähnlichkeit zum Rechenwerk eines modernen Computers besonders interessant. Er besteht aus beweglichen Kugeln oder Scheiben auf Stäben, die zusammen einen digitalen Zahlenspeicher bilden. Ein Benutzer kann unter Verwendung der vorgeschriebenen "Algorithmen" Berechnungen durchführen, die von der einfachen Addition bis zur Auswertung komplexer Gleichungen führen. 1642 stellte Blaise Pascal die weltweit erste automatische Rechenmaschine fertig. Sie bestand aus rotierenden Rädern, die mit Zahlen beschriftet waren, und einem Ratschenmechanismus, der den Überlauf von einer Dezimalstelle auf die nächste steuerte. Kurze Zeit später konstruierte Gottfried Wilhelm von Leibnitz eine Multipliziermaschine, bei der das Dezimalsystem durch eine Binärdarstellung ersetzt wurde. Seine Schriften über Binärarithmetik und Logik inspirierten George Boole fast zwei Jahrhunderte später zu einer Theorie der binären Logik und Arithmetik, die noch immer die Grundlage des modernen Rechnens mit Computers ist.

Den Weg zur Programmierung von Computern bahnte Charles Babbage mit seiner Differenz- und analytischen Maschine. Mit letzterer konstruierte er ein Gerät, das nicht nur bestimmte Rechenarten durchführte, sondern so programmiert werden konnte, das es jedes nur denkbare logische und rechnerische Problem löste. Die Maschine besaß in Anlehnung an die "Jacquardschen Webstühle" (automatische Webmaschinen, die von Lochstreifen aus Metall gesteuert wurden) einen Lochkartenleser. Weitere Bestandteile waren ein Direktzugriffsspeicher, ein Drucker und eine besondere Speichereinheit für die Anweisungen. Von Hermann Hollerith stammten effiziente Tabelliermaschinen, mit denen riesige Datenmengen mit Hilfe einer Lochkarte verarbeitet werden konnten.

1941 stellte Konrad Zuse den ersten freiprogrammierbaren Computer der Welt fertig, genannt "Z3". Es handelte sich um eine Rechenanlage mit Relaissteuerung und -speicher.

Der Dechiffrierung geheimer Nachrichten dienten im Zweiten Weltkrieg Computerprojekte wie "Ultra" (1940) und "Colossus" (1943). 1944 wurde der erste programmierbare amerikanische Computer, "Mark I", entwickelt; dieser Rechner wurde mit Lochstreifen programmiert und arbeitete mit Vakuumröhren.

Viel schneller war dann 1946 der erste elektronisch programmierbare Digitalcomputer. ENIAC, der von Jon Eckert und John Mauchley gebaut wurde. 1947 entwickelten Schockley, Brittain und Ardeen den Transistor, der zur Grundlage sowohl für Computer als auch Radio und Fernsehen werden sollte. Ab 1953 ersetzten Ferritkernspeicher die langsamen Röhren- und Relaisspeicher, Computersprachen wie COBOL und FORTRAN wurden ausgearbeitet.

1958 baute der Amerikaner Kilby den ersten integrierten Schaltkreis. Der Chip, eine Gruppe von Schaltelementen auf gemeinsamer Silizium-Oberfläche, übernahm bald die Funktion eines einzelnen Transistors. 1970 schuf Boone den ersten Mikroprozessor, der auf einem kleinen Siliziumplättchen alle Elemente der Zentraleinheit eines Computers integrierte. 1975 wurde der erste Personalcomputer mit einem 8-Bit-Mikroporzessor vorgestellt, 1986 wurde die ersten 32-Bit-Mikroprozessoren eingesetzt.

Auch die Entwicklung der Roboter machte Fortschritte. 1962 brachte die Firma AUS die ersten Industrieroboter auf den Markt. Ab Anfang der 80er Jahre bewegten sich Roboter mit fünf oder sechs Freiheitsgraden und wurden zum Schweißen und Lackieren in der Industrie eingesetzt. Japan wurde führend in der Roboterherstellung. In vollautomatisierten Automobilfabriken arbeiteten Roboter mit einem gewissen Maß an Sehvermögen, Tastsinn und sogar Intelligenz.

Automaten, Roboter und Computer ersetzten zunehmend bisher vom Menschen geleistete mechanische und mentale Tätigkeiten; diese Entwicklung führte zu gewaltigen Veränderungen im gesellschaftlichen und sozialen Leben. Aber ließen sich alle Funktionen des menschlichen Körpers und Geistes durch Maschinen simulieren? War das Gehirn eine notwendige und hinreichende Voraussetzung für das Bewußtsein? Zwei Denkrichtungen kristallisierten sich heraus: für die eine Schule waren Bewußtsein und Geist nicht auf materiell-energetische Vorgänge reduzierbar, Wissenschaftler wie John Eccles und Roger Penrose nahmen ein jenseits von Rationalität und Logik liegendes Prinzip als Verursacher des Bewußtseins bzw. "Ichs" an; Vertreter der anderen Schule sahen im Geist eine hochkomplexe Maschine, die aus Materie besteht und somit physikalischen Gesetzen gehorcht. Bewußtsein emaniert sich demnach aus einem hochkomplexen Zusammenspiel von vielen hundertmilliarden Neuronen, die auf elektrochemische Weise mittels Aktionspotentialen und Neurotransmittern wechselwirken.

In einer umfassenden Sicht konnten Materie, Energie, Leben und Bewußtsein mittels des Begriffs "Information" analysiert werden. Auf der untersten Ebene der Komplexitätshierarchie bestimmt ein Informationsprozeß das, was wir unter Physik verstehen. Auf einer höheren Ebene von Komplexität wird das Leben von einem digitalen Informtionsprozeß, DNA und gentischem Code, gesteuert. Und auf einer noch höheren Ebene ist zumindest das formale Denken im Grunde genommen Informationsverarbeitung.

Solche Informationsprozesse können mit Hilfe der Mathematik beschrieben werden. Die Mathematik gilt als maximale Formalisierung unserer Denkvorgänge. Der Einsatz mathematischer Methoden bei der Simulation gewisser Aspekte des menschlichen Denkens wurde erst vorstellbar, als nach dem Zweiten Weltkrieg die ersten elektronischen Computer auf den Markt kamen. Doch die Grundlagen der Theorie der Berechenbarkeit waren bereits lange Zeit vorher entwickelt worden. Namen wie Turing, Hilbert, Gödel, Wiener, von Neumann, Church, Shannon oder Minsky waren an einem wissenschaftlichen Abenteuer beteiligt, dessen Ausgang und Konsequenzen noch unabsehbar sind...

Alan Turing war die zentrale Persönlichkeit bei der Entwicklung eines theoretischen Computermodells. Als sein bedeutendsten Vermächtnis gilt die Formulierung einer modernen Theorie der Berechenbarkeit. Im Rahmen dieser Theorie stellte er das Konzept der "Turing-Maschine" vor: Es handelt sich dabei um eine besonders einfache Rechenmaschine, wobei die algorithmischen Prozesse in einfachste Teilschritte zerlegt sind. Eine Turing-Maschine besteht aus zwei Teilen: einem "Bandlaufwerk" und einer "Steuereinheit". Das Bandlaufwerk enthält ein unendlich langes Band, auf das eine beliebige Folge der beiden Symbole "O" und "1" geschrieben und später auch gelesen werden kann. Die Steuereinheit enthält ein Programm, das aus einer Abfolge von einfachen Befehlen, die sich aus elementaren Operationen zusammensetzen, besteht.

Turing konnte zeigen, daß diese extrem einfache Maschine all das berechnen kann, was irgendeine noch so weit entwickelte Maschine jemals zu leisten vermag. Ein Problem, welches nicht von einer Turing-Maschine gelöst werden kann, kann von keiner anderen Maschine gelöst werden. Turing wies nach, daß es unlösbare Probleme gibt, das heißt Probleme, die zwar eindeutig definiert werden können und auf die es auch eindeutige Antworten gibt, für die aber gezeigt werden kann, daß sie nicht von einer Turing-Maschine berechnet werden können. Nun kann aber die Turing-Maschine jede andere Maschine nachbilden. Als Maschine wird dabei jeder Prozeß angesehen, der festen Regeln folgt. Wenn also auch das menschliche Gehirn den Naturgesetzen unterliegt, dann können Turings unlösbare Probleme weder von Maschinen noch von Menschen gelöst werden. Dadurch ergäbe sich die paradoxe Situation, daß wir in der Lage sind, ein Problem zu definieren und auch beweisen können, daß es eine eindeutige Antwort gibt, wir aber trotzdem wissen, daß wir die Antwort niemals kennen werden.

Neben Turing beschäftigten sich auch Alonzo Church und Kurt Gödel mit ähnlichen Fragen, und sie legten formale Beweise vor, daß es klare Grenzen der Logik und Berechenbarkeit gab. Insbesondere Gödels Unvollständigkeitstheorem führte zu weitreichenden Schlußfolgerungen: demnach gibt es innerhalb axiomatischer Systeme unweigerlich Sätze, die weder bewiesen noch widerlegt werden können. Die Logik enthält innere und nicht auflösbare Widersprüche, und es gibt Probleme, die niemals gelöst werden können.

Church und Turing stellten unabhängig voneinander die Behauptung auf, die heute unter dem Namen Church-Turing-These bekannt ist: Wenn ein Problem, welches in eine Turing-Maschine eingegeben wird, von dieser nicht gelöst werden kann, so kann das Problem auch nicht von Menschen gelöst werden. Auf der anderen Seite impliziert diese These, daß, wenn es den Menschen gelingt, ein Problem zu lösen oder intelligente Handlungen auszuführen, irgendwann Maschinen geschaffen werden können, die zu ebensolchen Handlungen in der Lage sind. Dies ist die zentrale These der KI (Künstliche Intelligenz)-Bewegung: Maschinen können gebaut werden, die intelligente Funktionen erfüllen; Intelligenz ist nicht allein dem menschlichen Denken vorbehalten.

Wird die zukünftige technische Entwicklung, Miniaturisierung der Mikrochips, parallele Rechner, neuronale Netze oder die Nanotechnologie, irgendwann den Bau umfassender intelligenter Maschinen ermöglichen? Sind intelligente Maschinen der nächste Schritt der Evolution? Marvin Minsky spekulierte in seinem Buch "Mind Children" über solche Nachfolgeintelligenzen. In Filmen wie "Terminator" oder "Screamers" wird dieses Thema visuell umgesetzt.

Die Science Fiction war natürlich dasjenige Genre, welches über die Mensch-Maschine-Problematik phantasievoll spekulieren konnte. In E.T.A. Hoffmanns "Der Sandmann" verfällt ein junger Mann der Tanzpuppe Olympia. In Karel Capeks Theaterstück "R.U.R." (1921) taucht eine Rasse von künstlichen Menschen auf, die nach dem tschechischem Wort für erzwungenes Arbeiten ("robota") benannt wurden. Die Pulp-Magazine übernahmen den Plot des Roboters in reißerischer Manier und beschrieben sie meist als alles vernichtende Monster. Isaac Asimov wurde aufgrund der Postulierung seiner drei Robotergesetze zum Mentor der Robotik und machte die Blechkonstruktionen hoffähig, und Stanislaw Lem gewann dem Thema in den "Robotermärchen" satirische Facetten ab.

Neben den Robotern tauchten bald Denkmaschinen in der SF auf, genannt "Elektronengehirne" und "Computer". Durch ihre überlegenen Geisteskräfte waren Konflikte mit ihren menschlichen Erbauern vorprpgrammiert. In "Colossus" schließt sich die gigantische Rechenanlage des US-amerikanischen Verteidigungssystems mit ihrem russischen Gegenpart zusammen, in "2001 - Odyssee im Weltraum" bringt der Bordcomputer HAL fast die gesamte Crew einer Jupiter-Mission um, und in "Terminator 2" verursacht das Computernetzwerk "Skynet" den Ausbruch des 3. Weltkrieges, welche eine Herrschaft der Maschinen nach sich zieht.

Und dann gibt es noch die Androiden, menschenähnliche Kunstwesen, die auf biologisch-chemischem Wege erschaffen wurden. "Frankenstein", "Golem" und "Homunculus" wurden sowohl literarisch als auch im Film dargestellt, der "Data" aus Star Trek ist ein modernes Beispiel dafür. Die Nexus-6-Androiden aus dem Film "Blade Runner" konnten nur durch bestimmte Tests entlarvt werden.

Neben diesen organischen Wesen wurden für den Einsatz in lebensfeindlichen Umwelten soganannte "Cyborgs" geschaffen, kybernetische Organismen, die im Erdinnern oder auf fremden Planetenoberflächen ihre Arbeit verrichten mußten. Frederic Pohl verarbeitete dieses Thema in "Man Plus", ein Filmbeispiel ist "Robocop". Künstliche Sensoren, elektronische oder Bio-Prothesen waren die Vorstufen einer solchen Entwicklung, die zu einem Wesen führt, dessen menschliches Gehirn in einem Robotkörper steckt und diesen lenkt.

Auf die Spitze getrieben wurde die Mensch-Maschinen-Thematik mit der Verschmelzung des menschlichen Bewußtseins mit der digitalen Datenmatrix eines Computernetzwerks. Die Entwicklung des Cyberspace, einer virtuellen elektronischen Landschaft, in die sich Menschen per Interface einkoppeln können, führte zu einem neuen Verständnis von Realität. William Gibsons "Neuromancer" stellte den Beginn der Cyberspace-Kultur dar, nachdem zwei Jahre vorher bereits in dem Film "Tron" mit dieser Thematik experimentiert wurde. Später wurde das Thema in Filmen wie "Der Rasenmäher-Mann", "Enthüllung", "Das Netz", "Johnny Mnemoncic" oder "Hackers" abgehandelt. Ist vielleicht die ganze Welt eine gigantische Computersimulation, wie es Daniel Galouye in seinem Roman "Simulacron-3" (verfilmt als "Welt am Draht") nahelegt?

Was macht den Menschen aus, worin besteht die Verbindung von Gehirn und Bewußtsein, und sind künstliche Intelligenz und bewußte Maschinenwesen denkbar? Oder ist der Mensch mit seinem Bewußtsein nur ein Kunstprodukt einer wie auch immer gearteten höheren Intelligenz? Der Mensch ein Gefangener im Illusionskosmos seines Bewußtseins?

Die Erforschung der Mensch-Maschine-Problematik wird noch phantastische Erkenntnisse für das Selbstverständnis des Menschen liefern, und vielleicht wird die Lösung des Problems wieder einen kopernikanischen Wendepunkt der Geschichte darstellen.

"Im Jahre tausendneunhundertneunundneunzig siebter Monat,

ein mächtiger Schreckensherrscher wird vom Himmel kommen,

um den großen König Angoulmois wiedererstehen lassen.

Bevor Mars zum Glück regieren wird.

Dieser Vierzeiler von Nostradamus aus dem 16.Jahrhundert kündigt nicht das Ende der Welt an; es ist allerdings der Höhepunkt nicht wiedergutzumachender Wirrungen. Es ist auch das Ende der zivilisierten Welt, die die Christenheit repräsentiert.

Inwieweit Nostradamus die Apokalypse richtig datiert, werden die meisten der heute Lebenden aus eigener Anschauung erfahren. Handelt es sich bei dem Glauben an eine unmittelbar bevorstehende Weltkatastrophe um eine neue Version der vielzitierten "Lust am Untergang", oder gibt es umumkehrbare Trends, die notwendigerweise zu einem kolossalen Ende führen werden?

Es gab schon immer Katastrophenmeldungen, jedenfalls wenn eine Jahrhundertwende nahte, und ganz besonders im Anblick eines neuen Jahrtausends. "Chialiasmus" nannte sich der Glaube, daß Christus unmittelbar vor dem Ende dieser Weltzeit mit den auferweckten Gerechten ein Tausendjähriges Reich des Friedens errichten werde. Das Hoffen auf den Erlöser, eschatologische Visionen vom Jüngsten Gericht zeugen von dem Traum von der Überwindung der als marode, böse und unvollkommen erlebten Wirklichkeit, die von einem neuen, paradiesischen Reich abgelöst werden soll.

Ursache des Untergangs ist die Hybris des Menschen, der sich die Erde nicht nur untertan machte, sondern sich anschickte, die Schöpfung selbst zu manipulieren, ja, die Realität neu zu erschaffen. Kaum hatte er sich der alten Götter entledigt und sich aus seiner selbstverschuldeten Unmündigkeit herausgeführt, suchte er sich neue Götter aus, denen er dienen konnte: der Tanz ums Goldene Kalb hatte begonnen, das große Monopoly-Spiel um Geld und Profit, von den Befürwortern als "freie Marktwirtschaft" umschrieben, von anderen als "Kapitalismus" gebranntmarkt.

So schien gegen Ende des 2. Jahrtausends angesichts von Entwicklungen wie Umweltzerstörung, Bevölkerungsexplosion, Nord-Süd-Konflikt, AIDS, religiösen Fundamentalismen, neue Nationalismen, organisierter Kriminalität, High-Tech-Waffen oder multinationalen Konzernen die Katastrophe unabweichlich. Aber sind solche Endzeitvisionen nur ein vorübergehender Modetrend oder haben sie diesmal einen realen Hintergrund? Bereits das Ende des 19.Jahrhunderts war gekennzeichnet von gegensätzlichen Stimmungs- und Gefühlslagen. Fortschrittsglaube auf der einen und Krisenbewußtsein auf der anderen Seite bestimmten das geistige Klima der damaligen Zeit in auffälliger Weise.

Der Fortschrittsglaube ist eine der wichtigsten Ideologien der Neuzeit. Der Siegeszug der Fortschrittsidee seit dem 18.Jahrhundert steht in engem Zusammenhang mit der Entfaltung der modernen Naturwissenschaften, der Entwicklung der Technik und der damit zunehmenden Beherrschung und Kontrolle der Natur durch den Menschen. Das Bewußtsein eines unbegrenzten Fortschritts wurde durch die wirtschaftliche Entwicklung bestärkt: die Hochindustrialisierung schritt voran, immer mehr Großunternehmen entstanden, technische Innovationen veränderten das Alltagsleben: elektrische Licht, Telephon, Auto und Flugzeug waren nur die spektakulärsten.

Getragen wurde dieser Fortschrittsglaube hauptsächlich von den politischen und wirtschaftlichen Führungsschichten des Kaiserreichs und von vielen Gebildeten wie Naturwissenschaftlern, Medizinern, Technikern und Ingenieuren. Das Bewußtsein, daß es ständig weitergehe, wurde von Kaiser Wilhelm II 1892 in die berühmte Verheißung gekleidet: "Herrlichen Zeiten führe ich euch entgegen". Fast hundert Jahre später versprach ein deutscher Kanzler seinen Landsleuten "blühende Landschaften". Wie sich die Zeiten zuweilen gleichen...

Ende des 19.Jahrhunderts machte sich in Deutschland Untergangsstimmung breit. Hintergrund waren Krisen, die der rasche wirtschaftliche und gesellschaftliche Wandlungsprozeß mit sich brachte, weiterhin die wachsende Spannung zwischen der voraneilenden ökonomischen und sozialen Entwicklung zur Industriegesellschaft auf der einen und den überkommenen starren politischen Verhältnissen auf der anderen Seite. Die wachsende Kluft zwischen äußerer politischer Machtentfaltung, wirtschaftlicher Expansion und technischem Fortschritt einerseits und der Welt des Geistes und der Kunst andererseits wurden als Symptome eines zunehmenden kulturellen Zerfalls gedeutet.

Verschiedene Ereignisse um 1900 wurden dann auch als Zeichen für den drohenden Untergang gedeutet: die Cholera-Epidemie von 1892, das Erdbeben von San Francisco 1906 oder der Untergang der tItanic 1912; dazu kamen politische Ereignisse wie die beiden Marokko-Krisen 1905 und 1911 und die Balkankriege 1912/13. Propheten des Untergangs traten auf den Plan. Friedrich Nietzsche erteilte dem Fortschrittsglauben eine entschiedene Absage. Daß die Menschheit als Ganzes irgendeinem Ziel entgegenläuft, war für Nietzsche eine willkürliche Vorstellung. Er meint im Gegenteil: "Unsere ganze europäische Kultur bewegt sich seit langem schon mit einer Tortur der Spannung, die von Jahrzehnt zu Jahrzehnt wächst, wie auf eine Katastrophe los: unruhig, gewaltsam, überstürzt wie ein Strom, der ans Ende will."

Viele stimmten in Nietsches Endgesang mit ein. Oswald Spengler schrieb in "Der Untergang des Abendlandes" (1918): "Aber die Menschheit hat kein Ziel, keine Idee, keinen Plan, so wenig wie die Gattung der Schmetterlinge oder der Orchideen ein Ziel hat." Für das Abendland glaubte er, den weiteren Fortgang vorhersagen zu können: den Sieg der Gewaltpolitik als Vorstufe des endgültigen Untergangs.

Nach Ludwig Klages gründete sich der Fortschrittsglaube auf der Auffassung, "die Wissenschaft stehe auf nie zuvor erreichter Höhe, die Technik beherrsche die Natur, vor der jede frühere Menschheit zurückgewichen sei, aus den unerschöpflichen Vorräten der Natur speise sich das allgemeine Wohl." Diese Auffassung sei aber nicht nur ein Irrglaube, sondern eine bedrohliche Selbsttäuschung, weil es gerade der Fortschritt von Wissenschaft und Technik sei, der den Untergang nach sich ziehe. Die moderne westliche Zivilisation mit ihren Schienensträngen und Starkstromleitungen, mit ihren Fabriken und überall gleichen Mietskasernen überwuchere den ganzen Erdball; dadurch würde die Natur zerstört, die Lebensgrundlage vieler Völker vernichtet, zahlreiche Tierarten zum Aussterben gebracht. Klages betrachtete die zerstörerischen Tendenzen des Fortschritts als das eigentliche Charakteristikum der christlich-abendländischen Zivilisation, als Ausdruck ihres Machtwillens, sich die Erde untertan zu machen. Der ungezähmte Machtwille aber gehe letztlich und "in Wahrheit auf die Vernichtung des Lebens aus" und habe zwangsläufig die "Selbstzerstörung des Menschentums" zur Folge. Und diese "Selbstzersetzung" sah er nicht nur als Vorgang, der die äußeren Existenzbedingungen der Menschheit zu vernichten drohte, sondern als Zerstörung des eigentlichen Menschsein: "Kein Zweifel, wir stehen im Zeitalter des Untergangs der Seele".

Die Krisenerfahrungen in dem Vierteljahrhundert vor Ausbruch des Ersten Weltkrieges waren für Kunst und Wissenschaft äußerst produktiv. Krisenphänomene, wie politische und soziale Umwälzungen, Verstädterung, Technisierung, Vermassung und Verlust von herkömmlichen Werten wurden von den Künstlern als bedrohlich empfunden. Eine Weltuntergangsstimmung machte sich breit; im Begriff "Fin du Siècle" für das herannahende Jahrhundertende schwangen Befürchtungen über das Ende eines ganzen Zeitalters, nämlich der bürgerlichen Welt, mit. Für die literarische Richtung der Dècadence war charakteristisch, daß sie auf der einen Seite Empfindungen des Niedergangs und der Schwäche, Gefühle der Angst und Hilflosigkeit zum Ausdruck brachte, auf der anderen Seite sich jedoch fasziniert zeigte vom Verfall und gewaltsamer Zerstörung. Immer wieder tauchen Gewaltphantasien auf wie die folgende von Hugo von Hoffmannsthal: "Alles in mir:...das Gallen der Todesschreie, die sich an modrigen Mauern brachen; diese ineinander geknäuelten Krämpfe der Ohnmacht, durcheinander hinjagende Verzweiflungen; das wahnsinnige Suchen der Ausgänge."

Auch in Thomas Manns "Tod in Venedig" erlebt der Schriftsteller Aschenbach die "Raserei des Untergangs" in einem Traum, entsetzt, zugleich aber fasziniert, in einer Mischung aus "Angst und Lust".

Alfred Kubins Roman "Die andere Seite" kann insgesamt als Traumvision von Gewalt, Tod und Untergang betrachtet werden. Er spielt an einem Ort, an dem die Gesetze und Verhaltensweisen des normalen Lebens aufgehoben sind, an dem schrecklichsten und unwahrscheinlichsten Ereignisse passieren, an einem Ort, der ausdrücklich "Traumreich" genannt wird. Der Grundton der Stimmungen im Traumreich wird dadurch vorgegeben, daß der Himmel immer bewölkt ist und nie die Sonne scheint. Der Rohstoff des Lebens im Traumreich setzt sich aus alten malerischen, aber unheimlichen Häusern zusammen, die aus allen Teilen der Welt herbeigeschafft worden sind, in denen es spukte oder ein Verbrechen verübt worden war. Bevölkert sind diese Häuser von Menschen, die alle Spielarten der Dekadenz repräsentieren.

Die Vision des Weltuntergangs gehört seit jeher zu den zentralen Vorstellungen der Apokalypse. Den wichtigsten Anstoß für die Tradition apokalyptischen Denkens gab die Offenbarung des Johannes im Neuen Testament. Sie ist die christliche Vision vom Untergang der irdischen, gegenwärtigen Welt, und vom Hereinbrechen des Reichs Gottes. Der Weltuntergang war nur eine Durchgangsphase zu einer "neuen Erde", einem "neuen Jerusalem": die alte, unvollkommene und verdorbene Welt muß zerstört werden, damit eine neue, vollkommene aufgerichtet werden kann. Im Endzeitmythos tritt der Antichrist als Feind des Messias und teuflischer Verführer der Christen auf, ebenso die apokalyptischen Reiter Pest, Hungersnot, Krieg und Tod.

Apokalyptische Endzeitvisionen entstehen fast immer in Krisensituationen, wenn Menschen empfinden, daß sie in ihrer gesamten Existenz, sei es politisch, religiös oder sozial, benachteiligt und gefährdet, daß sie unterdrückt und verfolgt sind. Die Welt erscheint sinnentleert, dem Untergang geweiht, verdorben und böse. Erlösung, so glauben die Menschen, lasse sich nur dadurch erreichen, daß die alte, verbrauchte Welt untergehe und der böse Feind, der das Verderben verschuldet hat, vernichtet werde. Eine vollständige Vernichtung der Welt war vor 1945 außerhalb der religiösen Apokalypse nicht vorstellbar, erst seit Hiroshima ist diese Möglichkeit denkbar geworden, mittlerweile nicht nur durch einen nuklearen Krieg, sondern auch durch die ungebremste Umweltzerstörung.

Die Science Fiction scheint dazu prädestiniert, apokalyptische Szenarien bis ins kleinste Detail auszumalen. Die großen SF-Erfolgsfilme der letzten Jahre wie "Blade Runner", "Terminator", "Alien", "Robocop", "Total Recall", "Judge Dredd", "Waterworld", "Strange Days" oder "Screamers" schildern düstere Zukunftswelten, die durch Überbevölkerung, Atomkriege, teuflische Genexperimente oder ökonomische Ausbeutung verunstaltet sind und in denen die Menschen dahinvegetieren. Trotz dieser Hoffnungslosigkeit kämpfen die unerschrockenen Helden dieser Geschichten für eine bessere Welt, wie etwa "Mad Max" oder der "Demolition Man". Zuweilen opfern sie sich auch für eine bessere Zukunft, wie Ripley in "Alien 3" oder der gute Maschinenmensch in "Terminator 2", weil sie das Böse in Form einer außerirdischen Bestie oder eines todbringenden Mikrochips in sich tragen.

Selbstverständlich hatten auch die Jahrzehnte vorher ihre Untergangsängste. War es in den 50erJAhren die Paranoia vor einer kommunistischen Infiltration, die sich in Filmen wie "Invasion of the Body Snatchers" manifestierte, so folgte in den 60er Jahren die Angst vor einem Atomkrieg, filmisch verarbeitet in dem

fiktiv-dokumentarischen "The War Game" oder dem bitterbösen "Dr. Strangelove", und in den 70er Jahren die Gefahren einer ökologischen Katastrophe ("Silent Running").

Waren diese Zeiten jedoch noch geprägt von wirtschaftlichem Wachstum und technologischen Innovationen, die ein Konsum-Eldorado versprachen, so schwenkte in den 70er Jahren der Zeitgeist um. Wurden bereits Ende der 60er Jahre die bestehenden politischen, wirtschaftlichen und sozialen Verhältnisse hinterfragt, so wurde nun der Sinn der ökonomisch-technologischen Entwicklung in Frage gestellt: ein permantes Wirtschaftswachstum verbrauchte die nur begrenzt vorhandenen Ressourcen und zerstörte die Umwelt, und die Technik wurde nach dem Höhepunkt der Mondlandung 1969 langsam zu einem Damoklesschwert, welches die Menschheit bedrohte. Atomkraftwerke wurden zum Symbol für diese Gefahr, und in Harrisburg und vor allem Tschernobyl wurde aus den Ängsten grausame Realität.

Doch fast gänzlich unbemerkt, ging der militärisch-industrielle Komplex in die Offensive. Das SDI-Projekt wurde ins Leben gerufen, Mikrochips konnten Kriege entscheiden, wie sich am Golf zeigte, und die Technik erlebte einen neuen Innovationsschub. Die Erfolge der High-Tech mit immer leistungsfähigeren Computern und Kommunikationsmitteln und ungeahnte Neuerungen im Bereich der Bio- und Gentechnologie verhießen wiederum ein irdisches Paradies, zumal das verhaßte kommunistische System in die Brüche ging. Aber damit war nicht das "Ende der Geschichte" gekommen, wie manche schadenfroh frohlockten, im Gegenteil, die Geschichte begann zu galoppieren. Gegen die kalte Rationalität des Westens wandten sich zunehmend islamische Gotteskrieger, die den globalen Gottesstaat herbeibomben wollten. Die USA versuchten mit ihren Lakaien von den UN Weltpolizei zu spielen und eine globale Pax Americana zu schaffen, um mit zweifelhaften amerikanischen Werten die Welt zu beglücken. Gelang dieses Unterfangen noch gegen den bösen Saddam Hussein, in einem virtuellen Krieg, in dem Blut gegen Öl gesetzt wurde, so scheiterte der Plan bereits in Somalia. Dies waren nur Einzelfälle in einer langen Reihe von zynischen Demonstrationen der Macht: Vietnam in den 60er Jahren, Grenada 1983, Lybien 1986, Panama 1989, Haiti 1995, Nordkorea 1995, und seit 1996 der Iran. Irgendwie erinnerte dies alles an das alte Rom: brachen damals in einer Provinz Unruhen aus, wurden sofort Legionen hingesandt, um die Lage zu beruhigen. Und doch brach das Römische Imperium in den Stürmen der Völkerwanderung auseinander. Heute sitzt der Feind außen als auch innen: Bombenattentate auf das World Trade Center, auf ein Regierungsgebäude in Oklahoma City, auf die Olympische Spiele in Atlanta, ein Anschlag auf einen Militärstützpunkt in Dhahran, ein mysteriöser Absturz eines TWA-Jumbos - der Terrorismus wandte sich gegen die Weltmacht. Es scheint so, daß wenn ein Unruheherd befriedet ist, sofort andernorts neue entstehen, wie der Kopf einer Hydra. Und wie im militärischen Bereich ging es im ökonomischen: in Ost- und Südostasien wuchsen neue Wirtschaftsgiganten heran, die einen Weltwirtschaftkrieg befürchten lassen: nicht nur Japan und die Tiger aus Südkorea, Taiwan, Hongkong und Singapur, sondern vor allem der Drache China. Den Ländern der Dritten Welt blieb angesichts solcher Turbulenzen schier nur die Verzweiflung.

Angesichts solcher Entwicklungen klangen Songs wie "Welcome to the Jungle" oder "Civil War" von Guns N`Roses wie der Sondtrack der untergehenden westlichen Zivilisation. Der enthemmte Kapitalismus mit seiner Rückkehr zur totalen Ausgrenzungs- und Ellbogengesellschaft, in der nur noch Geld und Macht zählt, förderte den totalen Irrsinn, der da mahnt: Du mußt schneller, rücksichtsloser, habgieriger und gefräßiger sein, wenn du noch etwas abkriegen willst. Was bleibt den Zukurzgekommenen und Verlorenen unter diesen Bedingungen da noch übrig? Ist dies der tiefere Grund warum sich Jugendliche einem dumpfen Rechtsradikalismus oder Moslems einem militanten Glauben an einen zornigen Gott zuwenden? Und welche inneren Kompensationsmechanismen haben Menschen im Innern dieses entfesselten Wahnsinnssystems, die permanent mit banalem Informationsmüll und Werbespots bombadiert werden? Die Realität ist am Schwinden, wird aufgelöst in einem illusionären Cyberspace. Zuweilen gleicht dieses Leben in virtuellen Realitäten dem Tanz ums Goldene Kalb, und ist da nicht der Wunsch verständlich, ein zorniger Gott oder irgendeine Katastrophe möge diesem Irrsinn ein Ende bereiten? Augenblicklich kulminieren alle Makrotrends in einem neuen Turm zu Babel, wobei der Zusammenbruck vorprogrammiert ist.

In Francis Ford Coppola`s Vietnam-Epos "Apocalypse Now" verlieren sich Soldaten in den archetypischen Tiefen des Dschungels und werden wahnsinnig; untermalt wird dieses Szenario im Herzen der Finsternis durch Jim Morrison`s unvergessenen Song "The End". Eine SF-Version dieses Themas war Lucius Shepard`s "Life during Wartime". "Das Leben im Krieg" - ist dies die zutreffende Metapher für den Zustand der Welt?

Wolfgang Jeschke charakterisierte die Lage so: "In den siebziger Jahren starben endgültig die Hoffnungen auf die Segnungen von Wissenschaft und Technik. Es begann der Rückzug in die Psyche und ihr Verhältniszu dem, was - vielleicht irrtümlich - Realität ist. Kehraus-Stimmung dominiert.

Kein ernsthafter SF-Autor glaubt heute mehr dran, daß die Menschheit zu retten ist... Die weltweite Verelendung schreitet zügig voran. Das düstere 21.Jahrhundert der Cyberpunks zieht herauf. Ein weltweites Somalia wird die technische Zivilisation ablösen. Der Verfall staatlicher Macht, der Krieg jeder gegen jeden, der erbarmungslose Kampf um die letzten Ressourcen, mit Söldnern, deren elektronisch hochgerüsteten Gehirne direkt mit ihren Waffen verbunden sind und die satellitengestützt operieren. Gen-Katastrophen, unbeherrschbare Seuchen à la Aids suchen den Planeten heim. Religiöser Fundamentalismus, Rassismus, Nationalismus und Faschismus wüten... Jetzt, zum Ausgang dieses Jahrhunderts, ziehen die SF-Autoren noch einmal sämtliche Register... Schaurige, schöne Weltuntergangspanoramen haben Konjunktur. Und sicherlich wird bis zur Silvesternacht 1999 noch so manche Endzeitprophetie hinzukommen."

Falls sich nicht Realität und Fiktion irgendwann vermischen...