Die Phantome der anderen

Heute habe ich das Dutzend Phantome voll gemacht – Geister von gestern, die unser Wissen von heute beherrschen, ohne dass wir davon bewusst Notiz nehmen. Doch das Phänomen ist nicht auf die Lichttechnik begrenzt. Bei anderen Disziplinen kann das lästige Erbe noch älter sein und noch tiefer im Unterbewusstsein stecken. Ob es sich bei einem Betrachtungsgegenstand um ein lästiges Erbe oder um eine wichtige Lebensgrundlage handelt, kann nicht immer gesagt werden.

Das unsinnigste Phantom – Plus ist Minus, Minus ist Plus

Jeder Ingenieur muss Physik lernen, um ein solcher zu werden. Manche Ingenieure studieren auch Elektrotechnik, wobei man häufig nicht einmal wahrnimmt, was zu Elektrotechnik gehört und was zu Physik. Man kann aber ein böses Erwachen erleben, wenn man vergisst, ob man gerade bei der Physik weilt oder bei der Technik. Man verwechselt die Pole und verursacht einen Kurzschluss.

Im 18. Jahrhundert wusste man zwar, dass Strom fließt, aber man hatte keine Ahnung von Elektronen. Benjamin Franklin (ja, der mit dem Drachen) vermutete, dass Strom eine Art unsichtbare Flüssigkeit sei. Er legte fest: Strom fließt von Plus nach Minus. Dort, wo „zu viel“ von dieser Flüssigkeit ist, ist Plus. Diese Festlegung wurde zum Standard in der Elektrotechnik. Alle Schaltpläne, Symbole und Regeln (wie die Rechte-Hand-Regel) basieren bis heute darauf. Man nennt das die technische Stromrichtung.

Die physikalische Realität (die Elektronenstromrichtung) ist genau das Gegenteil. Erst viel später entdeckte man das Elektron. Dabei stellte man fest: In metallischen Leitern sind es die negativ geladenen Elektronen, die sich bewegen. Da sich negative Ladungen zum Pluspol hingezogen fühlen, fließen sie eigentlich von Minus nach Plus. Das ist die sogenannte physikalische Stromrichtung. Als man den Fehler bemerkte, war die Elektrotechnik schon eine etablierte Wissenschaft.

So müssen Ingenieure zuweilen in ihren Büchern Weisheiten wie diese lesen: Der technische Strom fließt physikalisch gesehen in umgekehrter Richtung wie die physikalische.

Für die Berechnung eines Stromkreises ist es völlig egal, in welche Richtung die Ladungsträger fließen, solange man sich innerhalb einer Rechnung für eine Richtung entscheidet. Wer so denkt, sollte besser die Batterie seines Autos nicht selber anschließen. Als Helfer zu bevorzugen sind Laien, die keine Ahnung von diesem Phantom haben.

Wandernde Löcher

Als die Transistoren groß wie Fingerkuppen waren, konnte man sich vorstellen, wie Löcher durch sie wanderten. Jedenfalls dachten die Studenten so, wenn der Professor es ihnen erklärte. Ob sich der Professor Löcher in einem Kristall wirklich vorstellen konnte, weiß niemand. Auf jeden Fall beruht das Funktionieren von Transistoren auf dem Herauslösen eines Elektrons von seiner Stelle im Kristall, dessen unbesetzte Stelle man nunmehr als Loch bezeichnete. Die Anschaulichkeit der Löcher verschwand vollends, als man bis 290 Millionen Transistoren auf einem mm² unterbringen konnte. Da gehen auf eine Fingerkuppe ein bis zwei Milliarden Transistoren.

Physiker scherzen oft, dass ein Loch eigentlich ein Teilchen ist, das eine Identitätskrise hat – es existiert nur durch das, was nicht da ist. Was nicht da ist, kann aber nicht wandern. Eigentlich ist die Quelle des Lochs Kurt Tucholski. In seinem berühmten Text „Zur soziologischen Psychologie der Löcher“ (erschienen 1931 unter seinem Pseudonym Kaspar Hauser) schreibt er: „Ein Loch ist da, wo etwas nicht ist.“ Er stellt fest, dass das Loch ein „ewiger Begleiter“ des Nicht-Lochs (der Materie) ist. Tucholsky beobachtet messerscharf, wie sich Löcher verhalten, wenn man sie bewegt: Wenn man ein Loch verschiebt (etwa durch das Umsetzen eines Rohrs), bekommt man kein neues Loch – das alte Loch wandert einfach mit. Wenn man zwei Löcher zusammengießt, hat man am Ende nicht zwei Löcher, sondern ein großes. Die Logik der Addition versagt hier völlig. Wenn man ein Loch auffüllt, verschwindet es nicht einfach, es bewegt sich seitwärts in die Materie.

Es ist fast unheimlich: Tucholsky schrieb diesen Text 1931 – genau in dem Jahr, in dem Paul Dirac seine Theorie über die Löcher im „Elektronen-See“ (Antimaterie) konkretisierte. Dirac vermutete anfangs noch zaghaft, dass diese Löcher vielleicht Protonen sein könnten, doch die Masse passte nicht. 1931 erkannte er, dass es sich um ein völlig neues Teilchen handeln musste: das Antielektron (heute Positron genannt). Obwohl Dirac über das Vakuum sinnierte, ist die mathematische Beschreibung fast identisch mit dem, was man heute in der Halbleiterphysik nutzt.

Es ist wenig anschaulich, etwas zu beschreiben, das sich dadurch auszeichnet, dass es nicht existiert. Jedes Stück Elektronik zeigt aber, dass dies real ist. Ähnlich erging es den Zahlensystemen. Das römische System kennt kein “Nichts”, es enthält keine Null. Die Erfindung der Null bedeutete einen großen Sprung für die Wissenschaft. Sonst würden wir ein großes Ereignis der Weltgeschichte so datieren: XII. X. MCDXCII. Das ist der Tag der Entdeckung Amerikas durch Europäer.

Der unmögliche Stoff – der Äther

Schon um 1678 stellte der niederländische Astronom Christiaan Huygens die Hypothese auf, dass Licht eine Welle sei, die sich in einem Medium (dem sogenannten Äther) ausbreitet. Huygens hatte zwei Dinge beobachtet: Licht fliegt ungestört durch den Raum und die Planeten bewegen sich ebenso ungebremst durch den Raum, durch den sich das Licht ausbreitet.

Um die beobachtete Wirkung mit dem damaligen Wissen in Harmonie zu bringen, wurden dem Äther die hierfür notwendigen Eigenschaften zugesprochen:

• Äther ist elastischer als der beste Federstahl und dämpft keine Bewegungen der Planeten, aber auch härter.
• Äther ist transparent für die Planeten, d.h. trotz seiner „Härte“ durfte der Äther dem Lauf der Planeten keinen Widerstand entgegensetzen.
• Der Äther ist also masselos oder extrem dünn– ein „geisterhaftes“ Medium, durch das Materie völlig ungehindert hindurchgleiten kann.
• Der Äther füllt alles aus – den leeren Weltraum genauso wie das Innere von festen Objekten, Glas oder Wasser. Er galt als ein allgegenwärtiges Hintergrundmedium, das das gesamte Universum durchspannt.
• Der Äther war also ein „fester“, aber gleichzeitig völlig „reibungsloser“ Stoff.

 

Den Spuk beendete Albert Einstein, der den Äther einfach für „überflüssig“ erklärte. Licht braucht kein Medium – es ist ein eigenständiges Feld, das sich im leeren Raum ausbreiten kann. Was Huygens und späteren Gläubigen, unter denen auch der größte Physiker aller Zeiten, Sir Isaac Newton, befand, nicht bekannt war, war die Natur von Wellen, die keine Materie benötigen. Die Liste der großen Namen, die an den Äther glaubten, liest sich wie Who's Who der Wissenschaft, James Clerk Maxwell (1831–1879), Lord Kelvin (1824–1907), Hendrik Lorentz (1853–1928), Nikola Tesla (1856–1943). Für diese brillanten Köpfe war der Raum ohne Äther „leer“. Und die Vorstellung, dass sich etwas (eine Welle oder eine Kraft) durch das absolute Nichts ausbreiten kann, erschien ihnen damals völlig unlogisch und fast schon magisch.

“Es ist undenkbar, dass rohe unbelebte Materie ohne die Vermittlung von etwas anderem, das nicht materiell ist und ohne direkte Berührung auf andere Materie wirkt und sie beeinflusst…” – Sir Isaac Newton, an Bentley, 25.2.1692

Sogar Albert Einstein gab 1920 in einer Rede in Leiden zu, dass man den Raum ohne Äther kaum denken könne, auch wenn sein „neuer Äther“ (die Raumzeit) nichts mehr mit dem mechanischen Medium von früher zu tun hatte.

Der Begriff Äther blieb uns bis heute erhalten und gab einer genialen Erfindung den Namen: Als Robert Metcalfe und sein Team 1973 bei Xerox PARC das Ethernet entwickelten, suchten sie nach einem passenden Namen für das Medium, das Daten überträgt. So wie die Physiker des 19. Jahrhunderts dachten, dass der Äther überall vorhanden sei und Lichtwellen trage, sollte das Ethernet-Kabel das universelle Medium sein, das Datenpakete an alle angeschlossenen Stationen „ausstrahlt“. Das 1973 erfundene System sieht heute auch nicht viel komplizierter aus als bei seiner Entstehung.

Der eigentliche Geist hinter diesem Phantom bildet das Bemühen, Beobachtungen mit dem vorhandenen Wissen zu erklären. Diesem Geist entsprechen Modelle, mit deren Hilfe wir komplexe Dinge versuchen zu verstehen. Modelle sind nie richtig oder falsch, sondern immer in gewisser Hinsicht hilfreich. Über Licht gibt es sogar zwei Modelle, die jeweils bestimmte Erscheinungen erklären, für andere aber falsch sind. Die „Dualität der Lichtmodelle“ – besser bekannt als Welle-Teilchen-Dualismus – ist eine der provokantesten Erkenntnisse der modernen Physik. Sie markiert den Moment, in dem das kartesische Denken (Entweder-oder) an seine Grenzen stieß und durch die Quantenmechanik abgelöst wurde. Seit 1927 betrachten Physiker die Dualität nicht mehr als ungelöstes Problem, sondern als faktischen Zustand. Sie besteht also seit fast 100 Jahren als Standardmodell.

Der „Stammbaum“ der Evolution (Der Marsch des Fortschritts)

Gemeint ist das berühmte Bild, auf dem ein gebeugter Affe langsam aufsteht, bis er zum aufrechten Menschen wird. Es suggeriert, Evolution sei eine gerade Linie hin zur „Perfektion“ (dem Menschen). In Wahrheit ist Evolution ein wild wuchernder Busch mit unzähligen ausgestorbenen Seitenlinien. Das Bild befeuert das Missverständnis, dass wir „vom Affen abstammen“ (wir haben lediglich gemeinsame Vorfahren) und dass Evolution ein Ziel verfolgt. Die Letzterere Glaube wirkt am schlimmsten. Während man Sprüche wie “Gott würfelt nicht” (Albert Einstein) doch widerlegen konnte, glauben unendlich viele Menschen, die Evolution verfolge Ziele.

Ich bin stolz darauf, dass meine Arbeiten eine letzte Phase diesem Bild hinzugefügt haben.

Das Original von dem letzten Menschen stammt aus einem Foto von meinem Buch, das 1976 in Hamburg geschossen wurde.

Das Gehirn als „Computer“

Seit der Aufklärung vergleichen wir das Gehirn immer mit der neuesten Technologie: Früher war es eine hydraulische Maschine, dann eine Telegrafenstation, heute ist es eine Festplatte mit Prozessor. Das Gehirn speichert aber Daten nicht in Binärcode an festen Adressen. Es ist ein biologisches Netzwerk, das sich bei jeder Benutzung physisch verändert. Begriffe wie „neu verdrahten“ (rewiring) oder „Daten verarbeiten“ prägen unsere gesamte Psychologie und die Entwicklung der KI, obwohl die Biologie ganz anders funktioniert.

Der Begriff KI wie künstliche Intelligenz suggeriert, die Anwendung habe was mit der Intelligenz zu tun. Diese Annahme scheint plausibel, weil wir viel früher das Gehirn als Computer vorgestellt haben.

Die vier Temperamente (Humoralpathologie)

Das Bestreben, Menschen in Kategorien einzuordnen, hat nicht nur zu der Irrlehre des Rassismus geführt. Eine besondere Form bestand durch die Einordnung der Charaktere als Choleriker, Sanguiniker, Melancholiker oder Phlegmatiker. Diese beruht auf der Säftelehre der Antike. Die Säftelehre (Humoralpathologie) prägte über 2.000 Jahre lang das medizinische Denken im Abendland und im Orient. Sie basierte auf der Annahme, dass die Gesundheit von einem Gleichgewicht der vier Körpersäfte abhängt: Blut, Schleim, gelbe Galle und schwarze Galle.

In der Renaissance und im Barock war das Wissen um die Säfte Allgemeingut. Shakespeare, Molière und andere Autoren gestalteten ihre Charaktere oft exakt nach den Vorgaben der Temperamentenlehre, um dem Publikum sofort verständlich zu machen, wie eine Figur reagieren würde. Über Jahrhunderte wurden psychische Leiden (wie Depressionen) als rein physisches Problem der "schwarzen Galle" gesehen, was eine psychotherapeutische Auseinandersetzung mit Traumata oder Lebensumständen oft verhinderte.

Die Säftelehre beeinflusste nicht nur die Medizin, sondern auch die Psychologie. Man glaubte, dass der dominierende Saft den Charakter eines Menschen bestimmt. Diese Begriffe verwenden wir teilweise heute noch:

• Sanguiniker (Blut): Heiter, lebhaft, sorglos.
• Phlegmatiker (Schleim): Ruhig, langsam, schwerfällig.
• Choleriker (gelbe Galle): Aufbrausend, jähzornig, energisch.
• Melancholiker (schwarze Galle): Traurig, nachdenklich, schwermütig.

Diese Denke blockierte den medizinischen Fortschritt über Jahrhunderte.

In der wissenschaftlichen Psychologie spielt die Säftelehre heute keine Rolle mehr. Dennoch sind die Begriffe "Choleriker" oder "Sanguiniker" im allgemeinen Sprachgebrauch fest verankert, um menschliches Verhalten intuitiv zu beschreiben.

Das mechanistische Weltbild (Die Welt als Maschine)

Dieses Modell entstand in der frühen Neuzeit (Descartes, Newton). Es stellt sich das Universum und den menschlichen Körper wie ein komplexes Uhrwerk vor. Unsere gesamte moderne Medizin und Technik basieren weitgehend darauf, ohne dass wir es merken. Wenn etwas „kaputt“ ist (ein Organ oder ein Motor), wird es repariert oder ausgetauscht. Wir neigen dazu, komplexe Systeme in Einzelteile zu zerlegen, um sie zu verstehen. Der Nachteil ist, dass ganzheitliche Zusammenhänge oft übersehen werden.

Der größte Einfluss geht dabei von Descartes aus (“kartesisches” Diagramm, kartesische Koordinaten). Dass kartesische Diagramme (das klassische x-y-Koordinatensystem) bei komplexen Aufgaben oft in die Irre führen, liegt an der fundamentalen Art und Weise, wie sie Informationen filtern. René Descartes schuf damit zwar die Basis der modernen Geometrie, doch für komplexe Systeme ist dieses Modell oft zu unterkomplex. Die Vorstellung nährt die Illusion der Mono-Kausalität: “Das kommt davon!” Wer nicht erkennt, dass es sich um eine Illusion handelt, versucht den einen Grund zu ermitteln, auch wenn es diesen nicht gibt.

In einem Koordinatensystem sind die Achsen unabhängig voneinander (orthogonal). In der Realität komplexer Aufgaben sind die Variablen jedoch oft interdependent – sie beeinflussen sich gegenseitig. Beispiel: In einem Diagramm für „Arbeitszeit vs. Produktivität“ wird oft eine Gerade erwartet. In der Realität beeinflusst die Arbeitszeit aber die Ermüdung, die wiederum die Fehlerquote erhöht, was die effektive Produktivität sinkt. Diese Dynamik lässt sich auf zwei starren Achsen nur schwer abbilden. Dennoch streitet sich die große Politik in Deutschland um die Frage, ob man hierzulande genug arbeitet. Mancher sieht die Lösung aller wirtschaftlichen Probleme erreicht, wenn die Wochenarbeitszeit um 5 Stunden verlängert wird. Wäre der Mensch eine Maschine, würde der Sprung von 35 h/Woche auf 40 h/Woche zu einer mathematisch berechenbaren Mehrleistung von 14,29 %. Allerdings gilt diese Berechnung nur für Maschinen, die wartungsfrei sind. Ob Menschen bei einer längeren Arbeitszeit auch tatsächlich mehr leisten, ist nicht sicher.

Um eine komplexe Aufgabe in ein x-y-Diagramm zu pressen, müssen wir Daten massiv reduzieren. Dabei geht oft der Kontext verloren. Das kartesische Denken ist meist linear: von links nach rechts. Komplexe Systeme funktionieren aber zirkulär: Ein Ergebnis wirkt häufig auf die Ursache zurück (Feedback-Loop). Ein Standard-Diagramm stellt diese Kreisläufe meist nur als wirre Zick-Zack-Linien dar, anstatt die zugrunde liegende Struktur des Kreislaufs zu verdeutlichen.

Die Denke von Descartes beherrscht uns bis in die Geschehnisse des Alltags, ohne dass wir dies wahrzunehmen imstande sind. Dabei beweisen uns mächtige Katastrophen wie der Klimawandel die Schwachstellen unserer Denke. Aber selbst Leuten, die diese erkennen, fällt es schwer, gegen die kulturellen Einflüsse aktiv vorzugehen. Wer in einem System hängt, kann dessen Bewegungen nur selten erfassen. So merken wir z.B. nicht, dass wir uns ständig bewegen, schneller als Schall am Äquator durch die Erdrotation und mit 600 km/s durch das Weltall mit der MIlchstraße.