Warum ist nicht nichts?

Naturwissenschaft Noch immer sind viele Rätsel der Menschheit nicht gelöst. Die 20 wichtigsten offenen Fragen

1. Woraus besteht das Universum?

Astronomen sehen sich mit einem peinlichen Rätsel konfrontiert: Sie wissen bei 95 Prozent des Universums eigentlich nicht, woraus es besteht. Die Atome, aus denen all das aufgebaut ist, was wir um uns herum sehen, machen bloß jämmerliche fünf Prozent aus. Im Laufe der letzten 80 Jahre ist deutlich geworden, dass der beträchtliche Rest sich aus zwei geheimnisvollen Entitäten zusammensetzt: dunkler Materie und dunkler Energie. Erstere wurde im Jahr 1933 entdeckt und fungiert als unsichtbares Bindemittel, das Galaxien und Galaxien-Cluster zusammenhält. Der Begriff der dunklen Energie wurde erst im Jahr 1998 geprägt und bezeichnet, was die Ausdehnung des Universums mit immer größerer Geschwindigkeit vorantreibt. Die Astronomen sind der wahren Identität der beiden Unbekannten aber auf der Spur.

2. Wie ist Leben entstanden?

Vor vier Milliarden Jahren begann sich in der Ursuppe etwas zu regen. Ein paar einfache Chemikalien verbanden sich und machten Biologie. Es entstanden die ersten Moleküle, die in der Lage waren, sich zu reproduzieren. Wir Menschen stehen durch die Evolution mit diesen frühen biologischen Molekülen in Verbindung. Wie aber haben die zu dieser Zeit vorhandenen chemischen Grundstoffe sich spontan zu etwas zusammengetan, das dem ähnelte, was wir Leben nennen? Wie ist die DNA entstanden? Wie sahen die ersten Zellen aus? Mehr als ein halbes Jahrhundert nachdem der Chemiker Stanley Miller seine Theorie von der „Ursuppe“ vorgestellt hat, herrscht immer noch keine Einigkeit darüber, was damals genau passiert ist. Manche glauben, das Leben habe in heißen Tümpeln in der Nähe von Vulkanen begonnen. Andere meinen, es sei eher durch Meteoriteneinschläge im Meer entstanden.

3. Sind wir allein im Universum?

Vielleicht doch nicht. Astronomen durchforsten das Universum nach Orten, an denen Wasserwelten die Entstehung von Leben hätten ermöglichen können. Ihre Suche erstreckt sich von den Planeten Europa und Mars in unserem Sonnensystem bis hin zu Himmelskörpern, die viele Lichtjahre weit weg sind. Außerdem hören Radio-Teleskope den Himmel ab. 1977 haben sie ein Signal abgefangen, das die potenziellen Kennzeichen einer außerirdischen Botschaft trug. Heute sind Weltraumforscher in der Lage, die Atmosphären fremder Welten nach Sauerstoff und Wasser abzusuchen. Da es allein in unserer Milchstraße 60 Milliarden potenziell bewohnbare Planeten gibt, bleibt die Suche nach Außerirdischen noch die nächsten Jahrzehnte ziemlich spannend.

4. Was macht uns Menschen aus?

Der alleinige Blick auf unsere DNA vermag diese Frage nicht zu beantworten: Das menschliche Genom ist zu 99 Prozent mit dem des Schimpansen identisch – und übrigens auch zu 50 Prozent mit dem einer Banane. Wir besitzen allerdings größere Gehirne als die meisten Tiere. Es sind zwar nicht die größten überhaupt, aber sie enthalten dreimal so viele Neuronen wie die von Gorillas. 86 Milliarden, um genau zu sein. Viele der Dinge, von denen wir bisher glaubten, sie machten uns einzigartig – Sprache, der Gebrauch von Werkzeugen, die Fähigkeit, sich selbst im Spiegel wiederzuerkennen – wurden mittlerweile auch bei anderen Tieren beobachtet. Vielleicht ist es unsere Kultur – sowie deren Einfluss auf unsere Gene (und vice versa)– die den Unterschied ausmacht. Wissenschaftler sind der Ansicht, die Fähig-keit zu kochen und die Beherrschung des Feuers seien uns bei der Ausbildung eines großen Gehirns behilflich gewesen. Möglicherweise sind es aber auch unsere kollaborativen und handwerklichen Fähigkeiten, die uns wesentlich von anderen Primaten unterscheiden.

5. Was ist Bewusstsein?

Wir sind uns da noch immer nicht wirklich sicher. Wir wissen, dass es eher mit der Vernetzung verschiedener Hirnregionen zu tun hat als mit einem Bereich allein. Es heißt, wir könnten nachvollziehen, wie Bewusstsein entsteht, wenn wir herausfinden, welche Regionen des Gehirns beteiligt sind und wie der neuronale Schaltkreis funktioniert. Künstliche Intelligenz und Versuche, ein Gehirn Neuron um Neuron nachzubauen, könnten dabei helfen. Die schwierigere, weil philosophische Frage lautet indes, warum etwas denn überhaupt bewusst sein sollte. Ein guter Vorschlag lautet: Indem wir eine Vielzahl von Informationen integrieren und verarbeiten und die Sinneseindrücke, mit denen wir bombardiert werden, filtern, statt auf alle zu reagieren, sind wir in der Lage, zwischen Realem und Fiktivem zu unterscheiden. So können wir uns viele mögliche Zukunftsszenarien vorstellen, die uns helfen, uns anzupassen und zu überleben.

6. Warum träumen wir?

Wir verbringen ungefähr ein Drittel unseres Lebens damit zu schlafen. In Anbetracht dieser gewaltigen Menge an Zeit sollte man meinen, dass wir bereits alles über den Schlaf wissen. Aber Wissenschaftler suchen noch immer nach einer umfänglichen Erklärung dafür, warum wir überhaupt schlafen und träumen. Freudianer halten Träume für einen Ausdruck unerfüllter Wünsche, oft sexueller Natur. Andere hingegen fragen sich, ob es sich bei Träumen nicht einfach um willkürliche Zündungen unseres schlafenden Gehirns handelt. Tierversuche und Fortschritte bei den bildgebenden Verfahren zur Darstellung des Gehirns legen nahe, dass Träume eine Rolle beim Erinnern, Lernen und Fühlen spielen könnten. Es konnte zum Beispiel gezeigt werden, dass Ratten durch das Nachspielen ihrer Wacherfahrungen im Schlaf komplexe Aufgaben besser meistern und etwa den Weg durch ein Labyrinth leichter finden.

8. Warum ist nicht nichts?

Eigentlich sollte es uns gar nicht geben. Jener Stoff, aus dem wir gemacht sind, heißt Materie. Sie findet ihr Gegenstück in der Antimaterie. Beide unterscheiden sich lediglich in ihrer elektrischen Aufladung. Wenn sie aufeinandertreffen, lösen sich beide in einem Energieblitz auf. Unsere plausibelsten Theorien besagen, dass der Urknall beide in gleicher Menge hervorgebracht hat. Folglich sollte mittlerweile alle Materie auf ihr Gegenstück Antimaterie gestoßen sein, beide wären vollständig zerstört und das Universum mit Energie überflutet. Die Natur muss also ein-deutig ein Faible für die Materie haben, sonst würde es uns nicht geben. Um diesen rätselhaften Vorgang zu verstehen, durchforschen Wissenschaftler die Daten, die etwa bei Experimenten mit dem Large Hadron Collider gewonnenen werden. Die Supersymmetrie und die Neutrinos sind ganz heiße Kandidaten für mögliche Erklärungsansätze.

7. Gibt es andere Universen?

Man kann schon von einem gewaltigen Zufall sprechen, dass es unser Universum überhaupt gibt. Wären ein paar der Rahmenbedingungen auch nur geringfügig anders, würde Leben, wie wir es kennen, bereits unmöglich. Um das Rätsel dieser, sagen wir einmal, Feineinstellung zu lösen, befassen sich Physiker zunehmend damit, sich andere Universen vorzustellen. Sollte es in einem sogenannten Multiversum eine unbegrenzte Zahl von ihnen geben, würde jede Kombination von Rahmenbedingungen irgendwo vorkommen und jeder würde sich selbstverständlich in demjenigen Universum wiederfinden, in dem er existieren kann. Es mag verrückt klingen, aber immer mehr Befunde aus der Kosmologie und Quantenphysik deuten in diese Richtung.

9. Wohin mit dem ganzen Kohlendioxid?

Die zurückliegenden paar Jahrhunderte hindurch haben wir Kohlendioxid in die Atmosphäre hineingegeben. Durch Verbrennung fossiler Kraftstoffe, die den Kohlenstoff zuvor unter der Erdoberfläche weggeschlossen hatten. Jetzt müssen wir es wieder dahin zurückbringen, oder wir riskieren die Konsequenzen der Klimaerwärmung. Wie aber sollen wir das anstellen? In alte Öl- und Gasfelder pressen oder auf dem Meeresgrund lagern? Wir wissen aber nicht, wie lange es dort bleiben würde und welche Risiken damit einhergingen. Unterdessen müssen wir natürliche, dauerhafte CO2-Speicher wie Wälder oder Torfmoore erhalten und mit der Produktion von Energie beginnen, die nicht noch mehr Kohlendioxid ausstößt.

10. Wie nutzen wir Sonnenenergie?

Aufgrund der schwindenden Vorkommnisse fossiler Brennstoffe brauchen wir neue Möglichkeiten, unseren Planeten mit Energie zu versorgen. Der uns am nächsten befindliche Stern bietet mehr als nur eine mögliche Lösung. Wir nutzen die Kraft der Sonne bereits zur Gewinnung von Solarenergie. Eine andere Idee besteht darin, mit dieser Kraft Wasser in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff aufzuspalten und so möglicherweise einen sauberen Treibstoff für das Auto von morgen zu gewinnen. Wissenschaftler arbeiten auch an einer Energielösung, die darauf beruht, jene Prozesse nachzubilden, die im Inneren von Sternen selbst vonstatten gehen. Das Ziel ist eine Maschine zur Kernfusion.

11. Wie werden wir mit Bakterien fertig?

Antibiotika zählen zu den Wundern der modernen Medizin. Diese von Sir Alexander Fleming erfundene und mit einem Nobelpreis gewürdigte Entdeckung führte zu Medikamenten, mit denen einige der gefährlichsten Krankheiten bekämpft werden können und die Chirurgie, Transplantationen und Chemotherapie ermöglichen. Doch dieses Erbe ist in Gefahr: Allein in Europa sterben jährlich rund 25.000 Menschen an multiresistenten Keimen. Unsere Medikamenten-Pipeline sprudelt seit Jahrzehnten, Überverschreibung und der Missbrauch von Antibiotika haben das Problem verschärft. Schätzungsweise 80 Prozent der US-amerikanischen Antibiotika werden zur Wachstumsförderung bei Nutztieren verwendet. Glücklicherweise helfen die Fortschritte der DNA-Sequenzierung dabei, neue, bislang völlig unbekannte und von Bakterien erzeugte Antibiotika zu entdecken. Doch mithilfe innovativer, wenn auch seltsam anmutender Methoden wie der Transplantation sogenannter guter Bakterien aus Fäkalien und der Suche nach neuen Bakterien in den Tiefen des Ozeans werden wir vielleicht mit diesen Organismen Schritt halten können, die drei Milliarden Jahre älter sind als wir.

12. Was ist das Geheimnis von Primzahlen?

Dass wir sicher im Internet einkaufen können, verdanken wir den Primzahlen. Zahlen, die nur durch sich selbst und eins geteilt werden können. Das Public-Key-Verschlüsselungsverfahren, also das Herzstück des Internethandels, verwendet Primzahlen zur Erstellung von Verschlüsselungen, mit denen unsere sensiblen Daten vor neugierigen Augen geschützt werden. Aber trotz ihrer grundlegenden Bedeutung für unser tägliches Leben bleiben die Primzahlen ein Geheimnis. Einige der größten Köpfe der Mathematik quälen sich seit Jahrhunderten mit der Frage herum, ob ihnen ein gemeinsames Muster zugrunde liegt (vgl. die Riemannsche Vermutung). Bislang ist es allerdings noch niemandem gelungen, die Eigentümlichkeit der Primzahlen zu durchschauen. Aber das würde dann vielleicht auch dem Internet zum Verhängnis.

13. Können Computer noch schneller werden?

Unsere Tablets und Smartphones sind Minicomputer, die mehr Rechenleistung aufweisen als Astronauten im Jahr 1969 mit auf den Mond nahmen. Wie aber wollen wir die Rechenleistung, die wir in unseren Taschen mit uns herumtragen, immer weiter erhöhen? Die Anzahl der Komponenten, die man auf einen Computerchip packen kann, ist begrenzt. Ist die Grenze erreicht, oder gibt es noch eine andere Möglichkeit, einen Computer herzustellen? Wissenschaftler ziehen dafür bereits neue Materialien und Systeme in Erwägung: etwa das aus atomar dünnem Kohlenstoff bestehende Graphen oder das Quantum-Computing.

14. Werden wir Krebs je heilen können?

Die Antwort lautet: nein. Denn bei Krebs handelt es sich nicht um eine einzige Krankheit, sondern um eine Gruppe vieler hundert verschiedener Krankheiten, die seit den Zeiten der Dinosaurier existieren und von defekten Genen verursacht werden. Das Risiko, an ihnen zu erkranken, trägt jeder von uns in sich. Je länger wir leben, desto wahrscheinlicher wird es, dass auf irgendeine Art und Weise etwas schief läuft. Denn Krebs ist etwas Lebendiges, das sich immer weiterentwickelt um zu überleben. Doch auch wenn das Ganze unendlich kompliziert ist, lehrt uns die Genetik immer mehr darüber, wie Krebs entsteht und sich ausbreitet. So können wir die Krankheit immer besser behandeln und ihr vorbeugen. Fast die Hälfte aller Krebserkrankungen sind mittlerweile vermeidbar, immerhin 3,7 Millionen pro Jahr. Hören Sie auf zu rauchen, trinken und essen Sie gesund. Seien Sie aktiv und setzen Sie sich nicht der Mittagssonne aus!

15. Wann kriegen wir einen elektronischen Butler?

Roboter können bereits Getränke servieren und Koffer tragen. Die moderne Robotik bietet uns ein Personal individuell spezialisierter Roboter: Sie machen unsere Amazon-Bestellungen lieferfertig, melken unsere Kühe, sortieren unsere E-Mails und befördern uns zwischen Flughafen-Terminals hin und her. Aber für einen wirklich intelligenten Roboter müssen wir die künstliche Intelligenz knacken. Denn die eigentliche Frage lautet: Würden Sie Ihre Großmutter mit so einem elektronischen Butler allein zu Hause lassen? Japan plant, bis im Jahr 2025 seine älteren Bürger von robotisierten Helfern pflegen zu lassen: Das Thema ist also topaktuell.

16. Was liegt am Grunde des Ozeans?

95 Prozent der Weltmeere sind unerforscht. Was befindet sich da unten? Im Jahr 1960 sind Don Walsh und Jacques Piccard sieben Meilen in den tiefsten Teil des Ozeans hinunter getaucht, um nach Antworten zu suchen. Ihre Reise hat die Grenzen dessen, was Menschen zu leisten vermögen, zwar erweitert, verschaffte ihnen aber nur einen flüchtigen Blick auf das Leben am Meeresboden. Es ist so schwierig, auf den Grund des Ozeans zu gelangen, dass wir uns meistens damit begnügen müssen, unbemannte Fahrzeuge als Kundschafter zu entsenden. Die Entdeckungen, die wir bislang gemacht haben – von kuriosen Fischen wie etwa dem Gespensterfisch mit seinem durchsichtigen Kopf bis hin zu einem möglichen Mittel gegen Alzheimer, das von Krebsstieren produziert wird – sind lediglich ein kleiner Bruchteil der sonderbaren Welt, die unter der Oberfläche des Meeres verborgen liegt.

17. Was ist auf dem Grund eines Schwarzen Lochs?

Zur Beantwortung dieser Frage fehlen uns noch die Werkzeuge. Albert Einsteins allgemeine Relativitätstheorie besagt, dass sich ein Schwarzes Loch nach seiner Entstehung durch einen großen, sterbenden Stern immer tiefer eingräbt, bis ein unglaublich kleiner, dichter Punkt entsteht, der Singularität genannt wird. Doch in diesem Bereich dürfte die Quantenphysik ebenfalls noch ein Wörtchen mitzureden haben. Leider gehen Relativitätstheorie und Quantenphysik allerdings nicht so recht zusammen. Seit Jahrzehnten widerstehen sie allen Versuchen, miteinander verbunden zu werden. Eine aktuell diskutierte Annahme, die sogenannte M-Theorie, könnte eines Tages aber womöglich das unsichtbare Zentrum einer der extremsten Schöpfungen des Universums erklären.

18. Können wir ewig leben?

Wir leben in einer bemerkenswerten Zeit. Zu altern betrachten wir nicht mehr als eine Tatsache des Lebens, sondern als eine Krankheit, die behandelt, möglicherweise verhindert oder doch zumindest sehr lange aufgeschoben werden kann. Unser Wissen darüber, was uns altern lässt und was manchen Tieren ermöglicht, länger zu leben als andere, erweitert sich rasant. Alle Details kennen wir freilich noch nicht. Dennoch ergeben die Anhaltspunkte, die wir über die Schädigung der DNA, das Verhältnis zwischen Alterung, Stoffwechsel und reproduktiver Eignung sowie die regulierenden Gene sammeln, ein größeres Gesamtbild, das eines Tages zu einer medikamentösen Behandlung führen könnte. Die eigentliche Frage lautet allerdings nicht, wie wir länger leben werden, sondern wie wir länger gut leben werden. Und da viele Krankheiten wie Diabetes oder Krebs Alterskrankheiten sind, könnte der Schlüssel durchaus in der Behandlung des Alters selbst liegen.

19. Wie lösen wir das Bevölkerungsproblem?

Die Zahl der Menschen auf unserem Planeten hat sich seit den Sechzigern auf über sieben Milliarden verdoppelt und wird 2050 Schätzungen zufolge bei mindestens neun Milliarden liegen. Wo werden wir alle leben? Wie werden wir ausreichend Nahrungsmittel und Treibstoff für unsere immer weiter wachsende Weltbevölkerung produzieren? Werden wir eines Tages auf den Mars übersiedeln oder anfangen, unterirdische Wohnblocks zu errichten? Werden wir uns von Laborfleisch ernähren? Noch mag das klingen wie Science Fiction. Es könnte aber sein, dass wir bald doch anfangen müssen, ernsthaft darüber nachzudenken.

20. Sind Zeitreisen möglich?

Zeitreisende bewegen sich bereits unter uns. Dank Albert Einsteins Theorie der speziellen Relativität läuft für die Astronauten, die die Erde in der Internationalen Raumstation umkreisen, die Zeit langsamer ab. Bei der gegenwärtigen Geschwindigkeit ist die Wirkung minimal. Wenn man sie aber erhöht, könnte das dazu führen, dass die Menschen eines Tages tausende von Jahren in die Zukunft reisen können. In die Vergangenheit zurückzureisen ist da schon bedeutend schwieriger. Physiker haben allerdings einen komplizierten Plan ausgeklügelt, wie man es mithilfe von Wurmlöchern und Raumschiffen dennoch bewerkstelligen könnte. Man könnte sich damit sogar selbst ein Weihnachtsgeschenk übergeben oder einige der vielen Fragen beantworten, die die großen Unbekannten des Universums umgeben.

Die Fragen stammen aus The Big Questions in Science: The Quest to Solve the Great Unknowns von Mun Keat Looi, Hayley Birch und Colin Stuart. Erschienen 2013 bei Andre Deutsch Ltd in London

 

06:00 22.01.2014
Geschrieben von

Hayley Birch, Colin Stuart, Mun Keat Looi | The Guardian

Der Freitag ist Syndication-Partner der britischen Tageszeitung The Guardian
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The Guardian

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