Unterschätzte Frauen – Emmy Noether

Die Geschichte, die ich euch heute erzähle, zeigt deutlich wie abschätzig und wenig würdigend Frauen in der Wissenschaft lange Zeit behandelt wurden. Sie zeigt auch deutlich, dass es dabei keine Ausnahmen gibt, egal wie wichtig und bedeutet der wissenschaftliche Beitrag auch sein mag.

Es gibt alleine neun Sätze bzw mathematischen Begriffe, die nach Emmy Noether benannt sind. Das Noether-Theorem hat bis heute einen maßgeblichen Einfluss auf die theoretische Physik und wird heute als ein Meilenstein betrachtet, obwohl es Jahrzehnte dauerte bis das Ausmaß seiner Bedeutung in der wissenschaftlichen Welt erkannt wurde. Heute kommt man während des Physikstudium nicht mehr daran vorbei. Was genau das Noether-Theorem besagt, könnt ihr in einem separaten, kleinen Beitrag hier nachlesen, sobald er online ist.
Außerdem gibt es neben vielen Straßen und Schulen die nach ihr benannt sind auch das Emmy Noether Programm, welches junge Wissenschaftler:innen unterstützt und sogar Bestrebungen der Studierenden Göttingens, die Universität in „Emmy-Noether-Universität“ umzubenennen. Tatsächlich wäre sie damit die dritte Hochschule und sogar die erste Universität in Deutschland, die nach einer Frau benannt ist. Es wirkt gerade erstmal so, als sei mit der Anerkennung von Emmy Noethers Leistungen alles tutti, oder? Das sah zu ihren Lebzeiten und lange danach noch sehr anders aus.

Emmy Noether wird 1882 in Erlangen geboren. Sowohl ihr Vater, als auch später ihr kleiner Bruder sind Professoren der Mathematik. In der Schul- und Studienzeit von Emmy Noether sehen wir zunächst einige Parallelen zu der Geschichte von Clara Immerwahr. Wie Immerwahr stammt auch Emmy Noether aus einer eher liberalen jüdischen Familie, in der die weiterführende Schulbildung für Mädchen selbstverständlicher war, als zB in christlichen Familien zu dieser Zeit. Da allerdings auch die höheren Töchterschulen nicht darauf ausgelegt sind, auf das Abitur vorbereiten und besonders im naturwissenschaftlich-mathematischem Bereich nur sehr oberflächlich behandelt werden, konnte sie nicht einfach ein Studium aufnehmen. Ähnlich wie auch Clara Immerwahr, wählt den Noether den einzig nötigen Umweg, der sich als Frau damals bot: Sie legt die Staatsprüfung als Lehrerin ab, ohne vorzuhaben diesen Job auszuüben. Stattdessen durfte sie sich durch diese Staatsprüfung und eine zusätzliche Sondererlaubnis, die sie uA durch die Unterstützung ihres Vaters erhielt, als Gasthörerin an der Universität Erlangen immatrikulieren. Ebenso mithilfe eine Sondererlaubnis durfte sie dann schließlich das Abitur in Nürnberg ablegen und ab 1903 ein reguläres Studium in Bayern aufnehmen. Dieses schließt sie 1907 mit einer Promotion in der Invariantentheorie ab. Es folgt eine Periode der inoffiziellen Arbeit an der Universität Erlangen, in der sie zwar alle Pflichten einer wissenschaftlichen Mitarbeiterin hat, jedoch ohne jegliche Bezahlung arbeitete.

Emmy Noether, vor 1910 (Quelle)

1915 wird sie von Felix Klein und David Hilbert nach Göttingen, dem damaligen Weltzentrum für Mathematik, geholt. Mit ihrer Unterstützung versucht sie schließlich dort zu habilitieren, was Frauen verboten war und sie zum ersten weiblichen Fakultätsmitglied an einer deutschen Hochschule gemacht hätte. Allein den Antrag auf Habilitation zu stellen, war mit viel Gegenwind verbunden und schlussendlich nur möglich, weil sich Klein und Hilbert für sie einsetzten. Das bestätigt, was auch viele Studien nahelegen: Diskriminierende Strukturen lassen sich nur dann verringern, wenn insbesondere die Menschen in Machtpositionen sich dieser bewusst werden und eben diese Strukturen „von oben“ abbauen [mehr dazu könnt ihr hier lesen]. In diesem Fall jedoch genügt auch die Unterstützung ihrer Kollegen nichts, der Antrag wird abgelehnt. Der eher faule Kompromiss, der geschlossen wird ist, dass Emmy Noether wieder einmal die Arbeit an der Universität aufnehmen darf, ohne jedoch für irgendetwas bezahlt zu werden. Das ist ihr vor Allem durch familiäre Unterstützung bzw eine Erbschaft möglich, sie lebt allerdings wohl in extrem sparsamen Verhältnissen. Es diese Zeit in der das berühmte Noether-Theorem entsteht und nach Ende des ersten Weltkriegs und mit Beginn der Weimarer Republik darf sie schlussendlich auch als Frau habilitieren. Sie erhält zunächst den Status einer Privatdozentin, dann wurde sie 1922 zur ersten Professorin Deutschlands. Doch selbst das brachte ihr keinerlei Bezahlung ein und sie war nicht verbeamtet. Erst 1923 bekam sie durch einen Lehrauftrag ein kleines Gehalt. Davon leben konnte sie kaum und er musste jedes Jahr neu ausgehandelt werden. Ihre Forschung zur Algebra gilt in der Mathematik als bahnbrechend und Mitbegründung einer neuen Ära, der modernen Algebra

Obwohl sie nicht verbeamtet war, wurde sie aufgrund ihres jüdischen Glaubens im Jahr 1933 zunächst beurlaubt und dann ganz ihrer Lehrbefugnis entzogen. Da jetzt selbst ihr kleines Einkommen wegfällt, zieht es sie in die USA, wo sie in Pennsylvania eine Gastprofessor antritt. Mit über 50 Jahren und fast dreißig Jahre nach ihrer Promotion ist diese Stelle die erste, deren Gehalt annähernd ihrer Qualifikation entspricht. Allerdings stirbt sie bereits kurz später 1935 an den Nachfolgenden einer Operation. Viele der oben genannten Ehrungen werden Emmy Noether erst um die Jahrtausendwende zuteil. Auch die immense Bedeutung ihrer Arbeit wird erst mit der Zeit sichtbar. Trotzdem betrachte ich persönlich den Umgang heute mit ihr als positiv. Das Unrecht, welches sie zu Lebzeiten erfahren hat, können wir nicht ungeschehen machen. Doch ich habe den Eindruck, dass ihr Werk und ihr Leben heute in der wissenschaftlichen Welt gut gewürdigt werden. Es ist allerdings umso wichtiger, aus ihrer Geschichte jetzt zu lernen und den jungen Frauen in der Wissenschaft im speziellen, sowie generell allen jungen Wissenschaftler:innen, die Unterstützung zu geben, die sie brauchen. Denn besonder für diese Unterstützung der jungen Wissenschaftler:innen hat sich Emmy Noether immer sehr stark eingesetzt.

Ich denke, dies ist ein gutes Schlusswort für den heutigen Beitrag! Ich freue mich wie immer über Kommentare/Anmerkungen/etc und möchte mich ganz herzlich bedanken, dass sich auf diesem kleinen Blog mittlerweile 20 Abonnenten eingefunden haben. Das mag für Einige keine große Zahl sein, mir bedeutet es sehr viel! 💓

Belebtes Wasser, belebtes Was? – Anti Schwurbel Coaching

Ich habe euch gefragt, welche Konzepte aus den esoterischen/parawissenschaftlichen Kreisen ich mal wissenschaftlich unter die Lupe nehmen soll und ihr habt sehr fleißig viele wilde Stichworte genannt.
Ich hab mich dazu entschlossen, für den ersten Post mal ein paar Behauptungen rund um das (sehr weite) Feld „Wasser“ herauszusuchen.

Es fiel zB das Stichwort Granderwasser, benannt nach Johann Grander, der nach eigenen Angaben Methoden entwickelt haben will um Wasser zu „beleben“. Generell wird dieses Produkt aber auch unter anderen Bezeichnungen wie „belebtes Wasser“, „vitalisiertes Wasser“ oder „strukturiertes Wasser“ teuer verkauft. Das Granderwasser kostet stolze 18,50€ für 1L. Es wird hergestellt, indem man Wasser an einem mit „Informationswasser“ (noch eine andere Bezeichnung für das gleiche Produkt) gefüllten Gefäß vorbeifließen lässt. Angeblich würden nur durch das vorbeifließen dann diese nicht näher bekannten Informationen und ebenso nicht näher bekannte Eigenschaften auf das normale Wasser übertragen werden. Es wird hier im Grunde nichtmal versucht zu erklären was mit dem Wasser passiert, eher spekuliert, dass sich dabei wohl die Struktur der Wassers ändern müsse. Allerdings wird an Wirkungen wirklich das Blaue vom Himmel versprochen: Positive Wirkungen auf die Haltbarkeit von Lebensmitteln, reinere Haut wenn man sich damit wäscht, sogar bessere Gesundheit soll es einem bescheren. Noch vor 15 Jahren betrug der Jahresumsatz des Unternehmens Grander circa 12,7 Millionen €, in 2023 immerhin nur noch knapp die Hälfte.

Was sagt die Wissenschaft dazu? Natürlich, dass nichts davon stimmt.
Granderwasser hat …

… Keine entgiftende Wirkung, wie behauptet.

… Keine Wirksamkeit in der Trinkwasserhygiene, besonders im Hinblick auf mikrobizide/desinfizierende Wirkung, wie behauptet.

… Keinerlei Änderung in Oberflächenspannung, pH Wert, Härte, Leitfähigkeit oder Sauerstoffgehalt im Vergleich zu normalem Wasser, wie behauptet.

… Keine UV-absorbierende Wirkung, wie behauptet.

… Keinen Einfluss auf das Wachstum von Pflanzen, der sich von dem Einfluss von normalem Wasser unterscheidet, wie behauptet.

Weitere Behauptungen lassen sich allein physikalisch schon widerlegen:
Granderwasser sei angeblich in eine höhere Ordnung versetzt. Da das ursprüngliche Wasser und das „Informationswasser“ komplett getrennte und abgeschlossene Systeme sind, ist es unmöglich, kann das Granderwasser gemäß der Thermodynamik lediglich in einen Zustand niedriger Ordnung übergehen. Der Übergang in einen Zustand höherer Ordnung würde die Entropie abnehmen lassen.
Auch eine bleibende Umstrukturierung des Wassers ist nicht möglich. Zwar sind die Wassermoleküle tatsächlich über Wasserstoffbrückenbindungen (viele Punkte bei Scrabble) zu sogenannten Clustern verbunden und die Firma Grander macht sich dies zu nutzen, indem sie behaupten die Clustern würden bei dem Prozess umstrukturiert, jedoch sind diese Cluster unfassbar kurzlebig. Man geht davon aus, dass diese Cluster sich permanent auf einer Zeitskala von Pico-Sekunden, also 10^(-12) Sekunden umordnen. Das ist das Millionstel einer Millionstel Sekunde. Es ist also unmöglich die Cluster gezielt und langfristig zu beeinflussen.

Mit dieser angeblichen „Strukturänderung“ wirbt allerdings nicht nur Grander, es geistern immer wieder Posts durch das Netz, wie man sich ganz besonderes Wasser einfach selbst herstellen kann: So behauptet zB Kerstin Rosenberg, die sich der Ayurveda verschrieben hat, dass einkochen des Wasser „den Molekularverband verdichte und so die immunstärkenden Eigenschaften intensiviere“. Was in Wirklichkeit beim Einkochen passiert ist leider nicht so spektakulär, das Wasser wird halt einfach weniger und tatsächlich können dabei Keime abgetötet werden. Besonders dieser Aspekt ist gerne vergessen, wenn wir uns in Mitteleuropa mit Trinkwasser beschäftigen. Doch wenn wir uns speziell Konzepte wie Ayurveda betrachten, welche sich auf Jahrhunderte alte Traditionen beruft, ergibt es plötzlich Sinn, dass man das Einkochen bzw vielmehr das Abkochen von Wasser als wichtige Praxis betrachtet. Hat man jedoch Zugang zu sauberem Trinkwasser, hat das eingekochtes Wasser keinerlei Vorteile zu ’normalem‘ Wasser.

Nun ist dieser „Haushaltstipp“ immerhin wesentlich günstiger, als fast 20€ für eine Flasche Granderwasser zu blechen und wie ihr euch denken könnt geraten viele Hersteller die irgendwie mit ihrem „belebten“ Wasser werben auch ins Fadenkreuz der Justiz. Es finden sich ganze Listen mit Ordnungs- und Bußgeldern an die Unternehmen, doch am besten hat mir die Entscheidung des Oberlandesgericht Wien gefallen: Es sieht eine sachliche Begründung darin, das Granderwasser als „aus dem Esoterik-Millieu stammender, parawissenschaftlicher Unfug“ zu bezeichnen. Und ich glaube, das fasst es am Ende doch ganz wunderbar zusammen.

Welche anderen Konzepte und Behauptungen aus der Esoterik wollt ihr einmal wissenschaftlich bewertet sehen?

Frage Sucht Antwort Spezial – 2000 Physikfakten (#0001 – #0020)

#0001
Albert Einstein bekam den Nobelpreis 1921 nicht für seine Relativitätstheorie, sondern für die Interpretation des Photoelektrischen Effekts im Jahr 1905.

#0002
Das Wort Physik ist zurückzuführen auf das Griechische Wort „physis“ also „Natur“ oder „Beschaffenheit“. Das zugehörige Adjektiv lautet „physikos“ und bedeutet entsprechend „natürlich“.

#0003
Es werden zwar schon seit der Antike verschiedenste Erkenntnisse überliefert, die wir heute in die zahlreichen Untergruppen der Physik verorten, aber als eigenständige Naturwissenschaft hat sich die Physik erst in der Neuzeit etabliert. Mit Beginn des 17. Jahrhunderts wurden zB durch Galileo Galiei Messmethoden, mathematische Auswertung und Erkenntnisfindung wie wir sie noch heute nutzen entwickelt. Sie setzten sich somit von der Naturphilosophie aus der Antike aber auch verschiedensten theologischen Ansätzen aus zur Erklärung von Vorgängen ab.

#0004
Die moderne Quantenmechanik wurde maßgeblich im Jahr 1925 formuliert. Sowohl die Matrizenmechanik von Heisenberg, als auch die Schrödingergleichung sind bahnbrechend.

#0005
Gleich zwei Messmethoden in der Laseroptik haben den Namen „Frosch“. Zum einen das FROG (frequency resolved optical grating) und das GRENOUILLE (grating eliminated no nonsense observation of ultrafast incident laser light e-fields), wobei letzteres auf dem ersten basiert.

#0006
Marie Curie ist 1903 die erste Frau die einen Nobelpreis erhält. Sie ist außerdem im Jahre 1911 die erste Person überhaupt, die einen zweiten Nobelpreis erhält. Nach ihr ist dies nur 4 weiteren Männern gelungen. Außerdem sehr besonders ist, dass sie den Nobelpreis in verschiedenen Bereichen erhielt, den ersten in Physik, den zweiten in Chemie. Vergleichbares hat nur Linus Pauling geschafft, der einen Nobelpreis in Chemie (1954) und den Friedensnobelpreis erhielt (1962).

#0007
Aus physikalischer Sicht gibt es keinerlei Zweifel an der Überlegenheit von E Mobilität gegenüber konventionellen Verbrennern oder E-Fuels.

#0008
Selbst viele scheinbar einfache physikalische Probleme wie ein Fadenpendel können oft nicht analytisch gelöst werden. Man muss die ausgehenden Gleichungen erst linearisieren bzw approximieren um eine lösbare Gleichung zu erhalten, oder kann zB mit Reihen entwickeln um sich der genauen Lösung zu nähern.

#0009
Als Einstein seine Relativitätstheorie veröffentlichte, war sie genau das: Eine Theorie ohne experimentellen Hintergrund.
Er schlug deshalb drei Methoden vor um sie zu überprüfen, die heute als „klassische Tests der ART“ bekannt sind:
1. Die Periheldrehung des Orbits von Merkur
2. Die Ablenkung von Licht durch die Gravitation der Sonne
3. Die Gravitative Rot-Verschiebung von Licht.

#0010 (01. Mai Special)
Der gemeine Physiker liegt gerne in der Sonne und kippt kalte Getränke. Manchmal finden sich die Physiker dafür sogar in Gruppen zusammen, um ihrem ersten Gebot (Newtons Trägheitsprinzip) zu frönen und es zu huldigen.

#0011
Die Neigung der Erdachse von gut 23° unterliegt einer Präzession. Das bedeutet die Ausrichtung der Drehachse rotiert in etwa 25’800 Jahren einmal um sich selbst. So kommt es, dass zB unsere Sternbilder nicht mehr dort sind, wo sie vor tausenden Jahren mal verortet wurden und unsere Sternzeichen alle um etwa eines nach vorne rücken.

#0012
Die Heisenbergsche Unschärfe ist im Kern weniger ein physikalisches sondern ein mathematisches Phänomen, welches auf physikalische Prozesse angewandt wird.

#0013
Aus der Heisenbergschen Unschärfe (Energie/Zeit) lässt sich ableiten, dass das Vakuum nie ganz „leer“ sein kann, da immernoch Quantenfluktuationen in Form von virtuellen Photonen auftreten.

#0014
Das Universum ist in etwa 0,43 Exasekunden alt. Das entspricht circa 4,3 x 10^17 Sekunden oder 13,7 Milliarden Jahren.

#0015
Ein schwarzes Loch mit der Masse der Erde hätte einen Schwarzschild-Radius von nur etwa 9 mm und wäre damit so groß wie eine Kirsche

#0016
Die Maxwell Gleichungen bilden das Fundament der klassischen und Quanten-Elektrodynamik, der Optik und der Elektrotechnik. Vier scheinbar simple Gleichungen, auf denen aber unzählige Phänomene aufbauen.

#0017
Die Sonde Mars Climate Orbiter ging 1999 verloren, weil der Hersteller der Navigationssoftware in imperialen Einheiten (Pfund/Zoll/etc.) rechnete, statt wie die NASA standardmäßig in metrischen Einheiten (Kilogramm/Meter/etc.). Die Sonde war dadurch nicht 150 km, sondern nur 57 km von der Marsoberfläche entfernt und wurde durch die Reibungshitze der dichten Atmosphäre gänzlich zerstört.

#0018
Der Studiengang Physik (Bachelor) kann in Deutschland an 68 Standorten studiert werden. Wenn man nach allen Bachelor-Studiengängen im Zusammenhang nach Physik sucht, sind es sogar 242 Treffer in Deutschland.

#0019
Der erste Physiknobelpreis ging 1901 an Wilhelm Conrad Röntgen für die Entdeckung der X Strahlung (bzw im deutschsprachigen Raum nach ihm benannten Röntgenstrahlung).

#0020
Die Deutsche Physikalische Gesellschaft ist der älteste und größte Verein der ganzen Welt, welcher sich dem Fach Physik verschrieben hat. Er wurde am 14.01.1845 gegründet und hat circa 50`000 Mitglieder.

Hinaus in den Weltraum – Wie finden wir die Erde 2.0?

Im letzten Post haben wir geklärt, wie wir einen Exoplaneten, also einen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, findet.
Wie geht es danach aber weiter? Ein maßgeblicher Beweggrund, sich diese Planeten genauer anzuschauen und vor Allem nach erdähnlichen Planeten zu suchen ist, um die Bedingungen für organisches Leben und dessen Entwicklung sowohl dort als auch hier bei uns auf der Erde besser zu verstehen und neue Erkenntnisse zu erlangen. Man könnte sich an dieser Stelle vielleicht fragen, warum wir nicht auch versuchen Leben auf ganz anderer Basis zu finden, als wir es von der Erde kennen. Die Antwort liegt in gewisser Weise auf der Hand: Wir können nicht nach etwas suchen, was wir nicht kennen. Wir haben noch nichtmal alles rund um das Leben auf der Erde verstanden, sollten also die Suche auf das beschränken, was wir kennen und vergleichen können.

Wir haben an diesem Punkt bereits Abschätzungen über den Radius und die Masse des Planeten und wissen so, ob es sich eher um einen Gesteinsplaneten oder zB um einen Gasriesen handelt. Außerdem kennen wir die Periode des Planeten und können so den Radius seiner Umlaufbahn berechnen. Jetzt sehen wir uns einen bekannten Begriff an: Die habitable Zone. Diese ist im weitesten Sinne der Bereich, in dem die Oberflächentemperatur des Planeten flüssiges Wasser ermöglicht. Diese können wir durch die Leuchtkraft des Sterns bestimmen. Wenn wir nun einen Gesteinsplaneten innerhalb dieser Zone finden, haben wir dann eine neue Erde gefunden? So einfach ist es leider nicht.

Die Erde zB wird durch ein Magnetfeld vor Strahlung und Sonnenwinden geschützt. Dieses wird uA durch die metallischen Anteile des Erdkerns aufrechterhalten. Für eine zweite Erde auf der Leben blüht, wäre dies also sehr wichtig. Außerdem ist die Rotationsperiode des Planeten, sowie die Rotation um den zugehörigen Stern wichtig, quasi wie lange ein Tag bzw ein Jahr auf dem Planeten sind. Das hat massiven Einfluss auf die Ausbildung einer Atmosphäre, die wiederum entscheidend an der Entwicklung von Leben beteiligt ist. Generell ist das Klima auf einem Planeten ein komplexes Zusammenspiel verschiedener Vorgänge: Treibhauseffekt, Plattentektonik und Vulkanismus haben großen Einfluss auf die CO2 Konzentration. Auch wichtig ist die O2 Konzentration die zB durch Photosynthese reguliert wird. Ihr merkt schon, es gibt sehr viel zu beachten.

Die nächste Hürde sich der Habitabilität eines Planeten zu nähern, ist die Frage, nach was für Lebensformen wir eigentlich suchen. Realistischerweise halten wir natürlich nicht nach kleinen grauen Männchen Ausschau, viel mehr suchen wir Mikroorganismen. Es hilft sich hier anzusehen, unter welchen Bedingungen Mikroorganismen auf der Erden wachsen und gedeihen können. Die Bandbreite der Parameter ist immens und deckt sich teilweise gar nicht unbedingt mit Überlegungen die wir zuvor angestellt haben: Irdische Mikroorganismen können bei über 100° Celsius und bei pH Werten von 1 bis 11 wachsen, sie haben eine sehr hohe Strahlungsresistenz und können ganz ohne Sauerstoff, ebenso wie in purem Sauerstoff gedeihen. Für höhere Lebensformen, wie wir sie kennen, unvorstellbar. Die richtigen Kriterien anzulegen ist extrem schwierig!

Eine Methode um Planeten in ihrer Ähnlichkeit zur Erde zu sortieren und einzuordnen, ist der Earth Similarity Index (ESI). Er beschreibt mit einer Zahl zwischen 0 und 1 wie ähnlich ein Planet der Erde ist, wobei der Wert 1 der Erde gilt. Es werden verschiedene Eigenschaften wie Masse, Radius, Oberflächentemperatur, Umlaufzeit, Alter etc. … Des Planeten mit den dazugehörigen Werten der Erde verglichen, gewichtet und multipliziert. Der demnach erdähnlichste bekannte Planet wäre Teegarden’s Star b mit einem ESI von 0,97. Der uns nächste Exoplanet Proxima Centauri b hat einen ESI von etwa 0,86 und gehört damit ebenso in die Top Ten der Planeten mit dem höchsten ESI.

Um den Rahmen nicht sprengen, endet der Beitrag hier. Falls ihr Interesse an einem weiteren Beitrag habt, in dem ich euch konkret etwas zu zB diesen Planeten oder bestimmten Forschungsmethoden/Ergebnissen berichte, lasst mich das gerne wissen! Wenn euch das Thema interessiert kann ich euch das Buch „Astrobiologie“ von Mathias Scholz sehr ans Herz legen. Ihr findet es mit etwas Glück digital in der (Uni)Bibliothek eures Vertrauens.

Hinaus in den Weltraum – Wie finde ich Exoplaneten?

Heute nehme ich euch mit auf die Jagd, auf die Jagd nach fernen Planeten, fremden Welten und in die endlosen Weiten des Universums!

Exoplaneten sind Planeten außerhalb unseres Sonnensystems und geben uns einen einzigartigen Einblick auf fremde Sonnensysteme. Gleichzeitig erhofft sich die Forschung dadurch ein besseres Verständnis unseres eigenen Sonnensystems und seiner Planeten. Natürlich ist der ‚heilige Gral‘ der Gedanke, eine zweite Erde zu finden, vielleicht sogar inklusive Leben. Speziell zu diesem Thema möchte ich einen eigenen Beitrag schreiben, den ihr nächste Woche hier lesen könnt, sobald er fertig gestellt ist.

Aber ich möchte nochmal einen Schritt zurück gehen. Um Exoplaneten zu untersuchen und Astrobiologie zu betreiben, müssen wir diese weit entfernten, in kosmischen Dimensionen winzigen Objekte erstmal finden. Das direkte Auffinden per Teleskop, auch Direct Imaging genannt, ist extrem mühselig und schwer. Zwar eröffnen uns neue Teleskope wie das JWST bessere Möglichkeiten, wirklich ergiebig wird diese Methode aber ich in nächster Zeit vermutlich nicht. Dazu sind die Entfernungen zu groß und die Planeten zu klein. Außerdem sind die im Gegensatz zu den Sternen die sie umkreisen dunkel und strahlen nicht. Es gibt also viele gute Gründe, den Stern zu untersuchen, der das Zentrum des vermuteten Sonnensystem bildet. Hier gibt es einige Methoden, die ich euch heute vorstellen möchte.

Bei Weitem die meisten Exoplaneten werden mithilfe der Transit-Methode gefunden. Dazu wird die Helligkeit eines Sterns über längere Zeit beobachtet. Bewegt sich ein Planet auf seiner Umlaufbahn von uns aus gesehen vor dem Stern, sprechen wir von einem Transit. Der dunkle Planet verdeckt somit einen kleinen Teil des Lichts, welches wir von dem Stern registrieren können. Da der Planet sich immer wieder auf der gleichen Umlaufbahn entlang bewegt, werden wir also eine periodisch wiederkehrende Minderung der Helligkeit des Sterns registrieren. Für einen Planeten in der Größenordnung der Erde wird typischerweise eine Minderung von ~  0,37 – 1 % beobachtet.
Generell gilt, dass Planeten die so entdeckt werden im Vergleich zur Erde eine eher geringe Umlaufzeit um ihren Stern aufweisen. Das liegt daran, dass man den Transit ja durchaus ein paar mal registrieren muss, um sicher zu gehen, dass es sich tatsächlich um einen Exoplaneten handelt. Hat dieser nun eine Umlaufzeit von vielen Jahren, wäre das kaum machbar bzw dauert dies extrem lange. Dauert der Umlauf nur einige Tage oder Wochen, kann man diesen gut einige Male beobachten.

Transit-Methode (Quelle)

Eine zweite sehr häufig verwendete Methode ist, zu beobachten wie die Radikalgeschwindigkeit das Licht des Sterns ändert. Gemäß Newtons Axiom Nr. 3 üben Stern und Planet die gleiche Kraft aufeinander aus. Den kleinen Planeten hält diese Kraft im Orbit. Den großen, schweren Stern bringt sie allerdings auch in Bewegung, nur eben viel weniger. Alle Sterne, auch unsere Sonne, werden durch ihre Planeten ebenfalls auf eine sehr kleine Bahn gebracht. Meist ist diese so klein, dass der Stern gerademal ein wenig „wackelt“. Liegt die Ebene, auf der der Stern und seine Planeten sich bewegen, parallel zu unserem Sonnensystem, dann gibt es einen Moment bei dem der Stern sich von uns aus gesehen weg bewegt und einen Moment, wenn er sich zu uns hin bewegt. Und vielleicht wissen ein paar von euch schon, welcher bekannte Effekt hier eine Rolle spielt …
Wir haben eine Quelle die Licht ausstrahlt und sich jeweils von uns weg oder zu uns hin bewegt. Dadurch ändert sich die Wellenlänge des Lichts, welches uns erreicht. Das ist der berühmte Dopplereffekt, den ihr zB auch bei Schallwellen hört, wenn ein Krankenwagen auf euch zu und dann an euch vorbei und weg von euch fährt. Im Falle von Licht gilt: Bewegt sich die Quelle von uns weg, wird die Wellenlänge größer bzw rotverschoben. Bewegt sie sich auf uns zu, wird die Wellenlänge kleiner bzw blauverschoben. Wenn wir einen Stern, von dem wir vermuten er hat einige Exoplaneten, eine Zeit lang beobachten, werden wir also einen periodischen Wechsel von Rot- und Blauverschiebung im Spektrum des Sternenlichts messen. Darüber können wir die Radikalgeschwindigkeit des Sterns berechnen. Zusammen mit der Masse des Sterns gibt uns das Aufschluss darüber, wie groß die Masse des Planeten bzw der Planeten sein muss, die den Stern bewegen. Hier beobachten wir, dass die meisten Planeten die mit dieser Methode gefunden werden wesentlich größer sind, als die Erde. Besonders gut funktioniert die Methode, wenn der zugehörige Stern eher klein ist. Das ist auch logisch: Ein eher großer Planet bringt seinen (kleinen) Stern mehr zum wackeln, als ein kleiner Planet. Die Genauigkeit der Geschwindigkeitsmessung liegt hier bei nur wenigen Meter pro Sekunde!

Radial Velocity Methode (Quelle)

Mit diesen zwei Methoden werden die allermeisten Exoplaneten gefunden. Einige Planeten werde außerdem durch Gravitational Microlensing gefunden. Dabei werden Effekte der Allgemeinen Relativitätstheorie genutzt. Ein großer, massereicher Stern übt viel Gravitation auf die Raumzeit aus. Dadurch wird das Licht von den Sternen, die von uns aus gesehen hinter diesem Stern liegen, abgelenkt und der vordere Stern wirkt wie eine Art Linse, weshalb die Methode Microlensing genannt wird. Die Masse von Planeten, gerade der großen Planeten verstärkt diesen Effekt, was sich anhand der bekannten Sternmasse und der Ablenkung des Lichts ergibt. Umkreist ein Planet statt einem Stern einen Pulsar [lest gerne hier nach, um was es sich dabei handelt und hier die spannende Geschichte ihrer Entdeckerin, Jocelyn Bell Burnell], dann wackelt auch er ähnlich wie der Radialgeschwindigkeits-Methode um den gemeinsamen Schwerpunkt des Systems. Hierdurch ändert sich das Timing, mit dem wir die periodischen Signale des Pulsars registrieren. Obwohl nicht viele Planeten so gefunden werden, wurde mit dieser Methode tatsächlich 1992 die ersten Exoplaneten gefunden. Sie tragen die passenden Namen:
– Draugr, benannt nach Sagengestalten aus der nordischen Mythologie, welche Wiedergängern ähneln.
– Poltergeist, benannt nach dem allseits beliebten Spukphänomen
– Phobetor, benannt nach Einem der drei griechischen Traumdämonen

Zum Schluss ist hier noch eine Grafik, in der die bereits gefundenen Exoplaneten nach Masse, Umlaufzeit und Detektionsmethode sortiert sind:

Exoplanet Census, NASA. Diese Abbildung habe ich letztes Jahr in einem Vortrag verwendet, allerdings ist diese Grafik jetzt nicht mehr länger online abrufbar, daher kein Link.

Ich hoffe wie immer der Beitrag hat euch gefallen und ich konnte euch mitnehmen in die Welt der Exoplaneten, in der wir auch nächste Woche noch etwas verweilen werden.
Wie immer freue ich mich über Likes, ein Abonnement oder auch Kommentare. Schreibt mir doch gerne, welche der vorgestellten Methoden ihr am spannendsten findet! Vielen Dank für euren Support ❤

Science 101: Publikations-Bias am Beispiel des „Apfel-Essig-Hype“

Habt ihr schon mitbekommen, dass momentan Apfel-Essig als angebliches Wundermittel total gehypt wird? Generelle Gesundheit und vor Allem müheloses Abnehmen versprechen gerade einige Influencer:innen und haben natürlich das passende Apfel-Essig Produkt in ihrem Online-Shop. Es gibt Pulver, Kapseln oder Gummibärchen, manchmal auch zusammen mit anderen Nahrungsergänzungen in Einem. So muss man nicht jeden Morgen ein ganzes Glas verdünnten, sauren Essig trinken, sofern man bereit ist für die teuren Produkte zu zahlen.

Und natürlich gibt es auch Forschung zu diesem Thema. In verschiedenen Studien werden die Auswirkungen von Apfel-Essig auf den Körper untersucht. Besonders viel zitiert ist eine Studie der Holy Spirit University in Kaslik (Libanon). Über 12 Wochen werden 120 junge Menschen begleitet die unterschiedlich viel Apfel-Essig morgens verdünnt trinken. Beobachtet wurden mehr Gewichtsreduktion und bessere Blutfettwerte als in der zugehörigen Kontrollgruppe. Ähnliche leicht positive Effekte finden auch andere Studien. Das wäre aber natürlich zu einfach: Es gibt verschiedene Aspekte, die die Aussagekraft dieser Studien beeinträchtigen (und oft auch in den Studien selbst beleuchtet werden, so wie es bei guter wissenschaftlicher Arbeit sein sollte). Zum Einen ist die Zahl der Versuchspersonen sehr gering. Die Vergleichbarkeit ist teilweise auch eingeschränkt, denn gerade Ernährung, Verdauung oder Gewichtsschwankungen funktionieren so individuell und kompliziert, dass es extrem schwer ist rauszufinden ob es nun zB der Apfel-Essig war, der den Unterschied gemacht hat. Im Fall der Studie aus dem Libanon handelte es sich zB um junge Menschen die übergewichtig sind, was die Vermutung nahe legt, dass Manche von ihnen sowieso versucht haben ihr Gewicht zu reduzieren. In einer japanischen Studie wurde beobachtet, dass die Probanden das verlorene Gewicht nach einigen Monaten einfach wieder zugenommen hatten.

Was aber auch eine Rolle spielt und unseren Blick verzerrt ist der sogenannte Publikations-Bias: Eine Studie wird eher veröffentlicht wenn denn tatsächlich etwas gefunden wird. Und das klingt natürlich erstmal logisch, stellt euch vor es fließen viele Monate Forschung und Gelder in ein Projekt an dessen Ende die Erkenntnis lautet „Wir können aus den Daten keine genaue Aussage treffen ob unsere Hypothese stimmt oder nicht“. Solche Studien werden viel öfter nicht veröffentlicht. Entweder, weil Forscher gar nicht versuchen sie zu veröffentlichen oder weil sie schwieriger durch den Publikationsprozess kommen. Aber sie verzerren die Wahrnehmung zu bestimmten Themen. Bleiben wir bei dem Beispiel Apfel-Essig und stellen uns vor es gäbe neben den Studien die einen positiven Zusammenhang finden, eine große Menge an Studien die keinen oder nur einen sehr schwachen Zusammenhang finden.
Unsere Bewertung würde sich ändern, gäbe es nur diese wenigen positiven Studien. Besonders kritisch ist es dann noch, wenn zusätzlich bestimmte Geldgeber im Hintergrund stehen und den Druck auf die Forschung erhöhen „gute“ Ergebnisse zu liefern.

Wie können wir erkennen ob ein Publikations-Bias vorliegt? Dafür gibt es die Methode der Funnel-Plots. Werden Studien verglichen und untereinander analysiert, spricht man von einer Meta-Analyse. Bei einem Funnel-Plot wird der Effekt gegen die Studiengröße aufgetragen:

Beispiel Funnel-Plot (Quelle)

Der Balken in der Mitte markiert dabei den mittleren Effekt aller Studien zu dem Thema, die schrägen Seitenlinien sind der „Vertrauensbereich“ der meist mit 95% gegeben ist. Wir gehen also davon aus, dass die Wahrscheinlichkeit bei einer sauber geführten Studie außerhalb dieses Bereichs zu landen nur bei 5% liegt, was also sehr unwahrscheinlich ist. Studien außerhalb des Vertrauensbereichs, also weit weg vom mittleren Effekt aller Studien liegen, sollten demnach mit sehr viel Vorsicht betrachtet werden! Je größer die Studie angelegt ist, desto näher sollte sie dem mittleren Effekt liegen, deshalb läuft der Vertrauensbereich nach oben spitz zu, während er unten, also bei den kleinen Studien breiter ist, da dort statistische Schwankungen viel größer sind. Der Publikations-Bias ist niedrig, wenn die Studien symmetrisch um die Mitte verteilt sind. Ist die Verteilung jedoch asymmetrisch zu einer Seite und hat auch noch einige Ausreißer zu dieser, muss man von einem hohen Publikations-Bias in diese Richtung ausgehen.

Die Verteilung gibt Aufschluss darüber, wie stark der Publikations-Bias ist (Quelle)

Wie lässt sich dem Publikations-Bias entgegenwirken? Zum Einen können die Fachzeitschriften verlangen, dass Studien vor der Durchführung angemeldet werden. Zu diesem Zeitpunkt ist eben nicht klar, ob man später zu signifikanten Ergebnissen kommt oder nicht. Dadurch wird verhindert, dass Studien mit nicht signifikanten Ergebnissen unbemerkt in Schubladen verschwinden. Außerdem gibt es Projekte wie das „Journal of unsolved Questions“ aus Mainz, welches gezielt Studien veröffentlicht die eben zu keinem klaren Ergebnis kommen, sogenannte „Nullresultate“. Außerdem ist es wichtig Meta-Analysen wie die Funnel-Plots zu nutzen und sicherzustellen, dass Forschung frei von Lobbyismus oder Druck seitens Geldgebern ist. Genau dies ist leider ein zunehmendes Problem. Das allerdings, führt hier zu weit und wäre mindestens einen eigenen Post wert.

Zu meinem Aufhänger, dem Apfel-Essig habe ich übrigens keinen schönen Funnel-Plot oder tolle Meta-Analysen gefunden. Das liegt entweder an der geringen Studienlage oder an meiner begrenzten Zeit für Recherche diese Woche. Für einen gesunden Menschen ist es wohl aber unbedenklich, einen Selbsttest durchzuführen. Zwei Dinge solltet ihr aber beachten: Zum Einen solltet ihr den Essig keinesfalls pur trinken, da er den Zahnschmelz und die Schleimhäute angreift. 15 ml, also ein guter Esslöffel auf ein Glas Wasser, war die Höchstdosis in der libanesischen Studie. Zum Anderen solltet ihr nicht auf die überteuerten Produkte der Influencer zurückgreifen. Eine Flasche Apfel-Essig bekommt ihr in jedem Supermarkt für 1-2€.

Ich hoffe wie immer, dass es euch gefallen hat und ihr etwas neues lernen konntet! Wenn ihr mehr solcher Beiträge lesen möchtet, unterstützt den Blog doch gerne mit einem Abo. Ihr benötigt dafür keinen Account, sondern nur eine E-Mail Adresse und bekommt die Beiträge dann bequem in euer Postfach.

Science 101: Suvivorship Bias

Unser Bild von bestimmten Themenkomplexen kann verzerrt werden, wenn wir nur einen Teil davon sehen können. Oft ist dabei so, dass wir die „Erfolgsereignisse“ sehen, die „Misserfolge“ aber nicht. Der Begriff Suvivorship Bias, also „Überlebenden-Verzerrung“ wurde dabei maßgeblich durch den zweiten Weltkrieg geprägt: Die US-Navy versuchte die Panzerung von Flugzeugen zu verbessern. Da eine insgesamt stärkere Panzerung aufgrund des höheren Gewichts keine Option war, versuchte man durch Untersuchungen an wiederkehrenden Flugzeugen (also den Überlebenden) die beste Position für verstärkte Panzerung heraus zu finden. Typische Muster von Beschuss sahen etwa so aus:

Wir sehen viele Einschusslöcher an den äußeren Tragflächen, dem Mittelbereich und dem Heck. Die erste Intuition wäre vermutlich, genau an diesen Stellen die Panzerung zu verbessern. Der Beauftragte Mathematiker Abraham Wald jedoch erkennt, dass diese Bereiche bei Beschuss zwar Schaden nehmen, aber eben nicht direkt zum Absturz des Flugzeugs führen. Er leitet ab, dass Beschuss an an den inneren Tragflächen und im Bereich des Tanks deshalb nicht beobachtet wird, weil genau dieser viel wahrscheinlicher zum Absturz der Maschine führt. Man sollte also genau an den scheinbar unintuitiven Stellen die Panzerung verstärken, damit mehr Flieger sicher zurückkehren und überleben.

Weitere Beispiele gibt es aus verschiedensten Bereichen: Wenn wir zB Architektur aus der Vergangenheit betrachten, sehen wir vermehrt teure Prunkbauten, die die Jahrhunderte überdauert haben und können so fälschlicherweise zu dem Schluss kommen, dass früher generell immer stabiler und prunkvoller gebaut wurde. Das ist ein Trugschluss, da natürlich die weniger prunkvollen/stabilen Bauten aus dieser Zeit einfach nicht mehr existieren. Ähnliches sehen wir in der Wirtschaft, bei der Unternehmensgründung. Wir sehen hier oft die erfolgreichen Unternehmen im Rampenlicht, selten die gescheiterten Versuche und haben so einen verzerrten Blick darauf, wie schwer die Gründung eines Unternehmens tatsächlich ist.
Besonders fatal ist meines Erachtens, wenn es um Erfahrungsberichte im Gesundheitsbereich geht. Ein drastisches Beispiel: Einige Influencer behaupten allein mit Nahrungsergänzungen und diversen Hausmitteln selbst schwere Krankheiten wie Krebs geheilt zu haben. Solche Aussagen sind wissenschaftlich unhaltbar und richten großen Schaden an. Diese Influencer haben nämlich wohl nur durch Glück diese Krankheit überstanden. Folgen Andere diesem Beispiel und begeben sich nicht in vernünftige ärztliche Behandlung, werden vermutlich Viele von ihnen nicht überleben und können nicht berichten, dass diese Entscheidung ihnen das Leben gekostet hat. Die Wenigen die ebenso eher mit Glück überleben, werden aber natürlich das Narrativ bestätigen, durch solche „alternativen“ Methoden geheilt worden zu sein.

Es ist also immer wichtig zu beachten, ob man alle Teile des Problems sichtbar vor sich hat, order nicht. Und falls nicht, welche Rückschlüsse über die „unsichtbaren“ Aspekte des Problems zu ziehen sind.

Ich hoffe wie immer, der Beitrag hat euch gefallen. Unterstützt gerne diesen Blog durch Interaktion und ein Abo, vielen Dank!

Unterschätzte Frauen – Clara Immerwahr

– Im heutigen Text wird unter Anderem das Thema Suizid behandelt –

Clara Immerwahr, circa 1890 (Quelle)

Die Geschichte von Clara Immerwahr enthält viele Parallelen zu den Geschichten anderer Wissenschaftlerinnen im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert. Sie wird 1870 in Preußen geboren und besuchte wie auch ihre Schwestern die Höhere Töchterschule. Diese Schulen bieten zwar Bildung über die Grundschule hinaus, zielten aber vor Allem darauf ab, Mädchen auf ihre späteren gesellschaftlichen Pflichten als Hausfrau und Mutter vorzubereiten und boten keinerlei Möglichkeit eines tatsächlichen Abschlusses. Doch auch der Besuch einer solchen Schule war Ende des 19. Jahrhunderts in Preußen nicht selbstverständlich. Mädchen aus jüdischen Familien, wie auch Immerwahr, besuchten schätzungsweise bis zu 15 mal häufiger diese höhere Schule, als die aus nicht-jüdischen Familien. Speziell in der Familie Immerwahr gab es zudem viele Mitglieder die bereits naturwissenschaftlich studiert sind.

Erst im Laufe der 1890er Jahre wurde es in Preußen auch Frauen ermöglicht Schulabschlüsse wie die mittlere Reife oder das Abitur zu erlangen. Außerdem wurde es Universitäten erlaubt in eigenem Ermessen Frauen als Gasthörerinnen zu erlauben. Bis dahin war das sogenannte Lehrerinnenseminar, also die Ausbildung zur Lehrerin, die einzige Möglichkeit höhere Bildung wahrzunehmen. So besuchte auch Clara Immerwahr 1892/1893 dieses Seminar in Breslau. Bereits hier entwickelt sie ein großes Interesse an Naturwissenschaften, speziell der Chemie. Im Jahr 1896 konnte sie eine mittlere Reife erlangen und anschließend als Gasthörerin an der Universität in Breslau Experimentalphysik Vorlesungen besuchen.
1897 besteht sie dann im Alter von 27 das Abitur. Während dieser Zeit hatte sie stets Unterstützung und Rückhalt ihres Vaters. Danach studiert sie Chemie in Breslau und interessiert sich speziell für die physikalische Chemie. Im März 1899 legte Clara Immerwahr als erste Frau überhaupt das Verbandsexamen in Chemie ab. Diese Prüfung war Vorraussetzung für die Promotion, doch diese konnte sie erst 1900 ablegen, als per Beschluss den preußischen Gasthörer:innen an den Universitäten erlaubt war einen Abschluss zu erlangen. Die Promotion war damals der gängige Studienabschluss. Ihre Verteidigung der Dissertation im Bereich der Elektrochemie war von hohem öffentlichen Interesse und zog auch die Aufmerksamkeit vieler junger Frauen auf sich. Sie war die erste Frau die an der Universität Breslau promovierte und die zweite Frau in ganz Deutschland mit einem Doktorgrad in Chemie. Gleichzeitig empfindet Clara Immerwahr den Weg zu ihrer Promotion durch die zahlreichem Widerstände, die ihr in den Weg gelegt wurden, als sehr belastend und große psychische Anstrengung.

Im Jahr 1901 nimmt ihr Leben eine Wende auf eine andere Art und Weise: Fritz Haber, der ebenso Chemiker in Breslau ist und mit dem Clara Immerwahr bereits seit etwa 10 Jahren liiert ist, macht ihr einen Heiratsantrag. Obwohl sie zunächst zögert, heiraten Beide noch im gleichen Jahr und ziehen nach Karlsruhe, wo Haber eine Professur hatte. Das Paar kann sich keine Angestellten leisten, wodurch Immerwahr sich nun in der Rolle der Hausfrau wiederfindet. Dazu kommt eine sehr anstrengende Schwangerschaft und die darauffolgende intensive Betreuung des Sohns Hermann. Dieser ist oft krank und benötigt Pflege, gleichzeitig ist Fritz Haber ein Workaholic. Die konservative Position als Hausfrau und Mutter zementiert sich. Ein Muster, welches man auch heute noch sehr gut beobachten kann. Paare die zunächst in einer progressiven Konstellation leben, fallen durch äußere Widerstände zurück in altmodische Rollenbilder und Strukturen. Und zwar leiden auch Männer nachweislich unter patriarchalen Strukturen, doch das große Nachsehen liegt am Ende bei den Frauen und besonders Müttern. Während der Coronapandemie konnten wir dies zB im großen Stil beobachten. Clara Immerwahr hat auch in Briefen an Arbeitskollegen immer wieder klar gemacht, wie gerne sie wissenschaftlich arbeiten würde, wie sehr ihr diese Arbeit fehlt und die Situation sie belastet. Wenn sie bei der Arbeit ihres Mannes Hilfe leisten konnte, ging es ihr tatsächlich sogar besser. Sie versuchte auch später immer wieder zB mit Vorträgen zur Chemie im Haushalt zumindest ein wenig ihrer alten Arbeit in ihren Alltag zu integrieren.
Auch Haber hat gesundheitliche Probleme, physischer und psychischer Natur. All diese Umstände belasteten die Ehe der Habers sehr.

Es gibt nebenbei gesagt, ähnlich wie bei Mileva Maric-Einstein, eine ähnliche Debatte inwiefern Clara Immerwahr an der Arbeit ihres Mannes beteiligt war, ohne ausreichend Würdigung dafür erhalten zu haben. Generell fügt sie sich aber in ihre jetztige Rolle der Hausfrau und Mutter. Man könnte nun denken, dass sie damit die Erwartungen ihres Umfeld erfüllt. Doch auch hier zeigt sich wie so oft, dass auch dies sehr kritisch beäugt wurde. So wurde Clara Immerwahr vorgehalten, sie würde ihren Mann zu sehr mit Themen des Haushalts und der Kindererziehung „belästigen“. Außerdem war ihr Mann mittlerweile beruflich aufgestiegen und sie wurde verspottet, sich nicht standesgemäß wie die Gattin eines Professors zu verhalten und zu präsentieren. Ihre Kleidung war zu schlicht, sie erledigte selbst die Einkäufe und würde nicht genug Distanz zum Personal halten. In der hochrangigen Gesellschaft von Karlsruhe und später Berlin eckte sie damit stark an. Sie beschreibt in einem Brief, dass sie alles was ihr Mann gewonnen hätte, selbst verloren hat und zutiefst unglücklich in ihrer Ehe sei. Haber ließ wohl seine Launen und Reizbarkeit oft an seiner Frau aus, wodurch die Gesundheit von Clara Immerwahr sich ebenfalls verschlechterte.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts hat Fritz Haber mit Carl Bosch bahnbrechende Entwicklungen zur Herstellung von Ammoniak gemacht. Durch das Haber-Bosch Verfahren konnte dieses industriell hergestellt werden und machen es zu einer der wichtigsten Entwicklungen unserer Zeit: Die Herstellung von Dünger und Kältemitteln beruht auf Ammoniak. „Brot aus Luft“ wurde es damals getitelt und gab eine nie da gewesene Sicherheit für landwirtschaftliche Produktion. Unser alltägliches Leben wäre ohne dieses Verfahren undenkbar.
Sofort nach Kriegsausbruch in 1914 meldet sich Haber freiwillig und ist fortan maßgeblich an der Entwicklung und Herstellung chemischer Waffen beteiligt. Besonders die Entwicklung und der Einsatz von Giftgasen, den Haber sogar in Frontnähe direkt betreute, sind rückblickend scharf zu verurteilen. Diese aufzuarbeiten und einzuordnen, soll aber nicht in diesem Beitrag passieren. Clara Immerwahr berichtet zwar in gesellschaftlichen Kreisen scheinbar stolz von diesen (zweifelhaften) Erfolgen ihres Mannes, doch die Menschen in ihrem Umfeld berichten maßgeblich, dass sie entsetzt und zutiefst ablehnend reagierte.

Doch im Laufe des Krieges erreicht auch der eheliche Konflikt der Habers seinen Zenith. Bei einer gesellschaftlichen Zusammenkunft am 01. Mai 1915 überrascht Clara Immerwahr ihren Mann Fritz Haber wohl in einer „vergänglichen Situation“ mit der anwesenden Charlotte Nathan, welche später seine zweite Ehefrau sein wird.
Die Umstände des Krieges, die zerrüttete und unglückliche Ehe und der schlechte gesundheitliche Zustand von Clara Immerwahr führen wohl dazu, dass sie sich noch in der Nacht vom 01. auf den 02. Mai im Garten der Villa der Habers erschießt. Ihr eigener Sohn wird sie dort in den Morgenstunden auffinden.
Fritz Haber hat den Befehl noch am selben Tag an die Ostfront zu reisen und wird diesem Folge leisten.

Die Geschichte von Clara Immerwahr als Wissenschaftlerin und Wegbereiterin aller Frauen die einen naturwissenschaftlichen Abschluss anstreben, endet im Grunde bereits mit ihrer Promotion. Diese ist bahnbrechend und die noch junge Frau versprach sich eine Karriere in der Chemie. Doch stattdessen findet sie sich in einer unglücklichen Ehe und dem immensen gesellschaftlichen Druck wieder, der damals auf Frauen lastet. Ich möchte an dieser Stelle nicht spekulieren welche individuellen Beweggründe sie genau hatte, ihr Leben so früh zu beenden. Doch wäre es in meinen Augen falsch das System dahinter zu ignorieren.
Die Diskriminierung von Frauen hat System.
Die Diskriminierung von Frauen in der Wissenschaft hat System.
Die Stigmatisierung von psychischen Erkrankungen hat System.
All das damals, aber auch heute noch.

Das Leben von Clara Immerwahr ist einzigartig und steht doch exemplarisch für all diese systematischen Probleme. Deshalb finde ich es wichtig ihre gesamte Lebensgeschichte zu betrachten, nicht nur ihren wissenschaftlichen Werdegang.
Dieser Beitrag ist etwas schwerere Kost und ich hoffe dennoch, ihr konntet etwas daraus mitnehmen. Die Geschichten anderer unterschätzter Frauen findet ihr hier.
Ich würde mich freuen wenn ihr diesen Blog mit einem Abo unterstützt.

Wie messe ich Zeptosekunden?

Willkommen zurück, heute präsentiere ich euch ein konkretes Experiment aus der Physik, mit welchem ich mich in letzter Zeit beschäftigt habe. Alle relevanten Infos und Abbildungen stammen aus diesem Paper von Grundmann et al.

Das Ziel ist, auf dem Level von Zeptosekunden, also 10^(-21) Sekunden zu messen, wie lange ein Photon braucht, um sich innerhalb eines Moleküls zu bewegen. Wenn ihr euch unter Zeptosekunden nicht so viel vorstellen könnt, findet ihr hier meinen letzten Beitrag, in dem wir uns mit den Basics der Skalen in der Wissenschaft beschäftigen.

Die genaue Idee ist wie folgt:
Ein Wasserstoffmolekül H2 besteht aus zwei Wasserstoffatomen, mit einem durchschnittlichen Abstand von 0,74 Ångström, also 0,74 x 10^(-10) m. Ein Wasserstoffatom wiederum ist das einfachste Element und besitzt neben einem Proton im Kern noch ein Elektron in der Hülle. Wir wollen nun mit einem Photon beide Atome ionisieren, also beide Elektronen aus dem jeweiligen Atom herauslösen. Von diesen beiden Elektronen gehen dann zwei Photo-Elektronen Wellen aus, deren Überlagerung wir in Form von Interferenz messen können. Diese Interferenz ist der Schlüssel zu unserer Zeptosekunden-Stoppuhr. Denn wenn zuerst das eine Atom ionisiert wird und dann das andere, dann hat eine der Photo-Elektronen Welle eine Verzögerung, das sogenannte Birth Time Delay. Da sich Photonen mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet und bei genau paralleler Ausrichtung von Molekül zum einfallenden Licht eine Strecke von etwa 0,74 Å zurücklegt, lässt sich einfach abschätzen, dass dieser Delay etwa 247 Zeptosekunden betragen sollte. Wie groß dieser Delay tatsächlich ist, lässt sich über das Interferenzmuster messen. Dieses verschiebt sich, wenn eine der beiden Photo-Elektronen Wellen zeitlichen Delay aufweist. Hier findet ihr ein Schema des Konzepts:

Das Intensitätsmaximum des Interferenzmusters verschiebt sich durch den Birthtime Delay nach vorne. Quelle: Grundmann et al. (Siehe oben)

Gemessen wird das ganze mit einem COLTRIMS Aufbau, den ich euch bei anderer Gelegenheit genauer erklären werde. Kurzgefasst können wir darüber die Energie und den Impuls aller beteiligten Partikel messen. Die Ergebnisse kann man so nach dem Winkel zwischen Molekül und Licht auftragen. Wie erwartet, ist der Shift des Interfenzmusters am Größten, wenn der Weg zwischen den beiden Atomen maximal ist, den das Licht zurücklegen muss. Der Verlauf ist linear und deckt sich gut mit den Erwartungen, allerdings müssen zusätzliche Effekte und Näherungen miteinbezogen werden, um die Ergebnisse zu verfeinern.

Die Ergebnisse findet ihr hier aufgetragen:

Das Maximum wird linear in Abhängigkeit des Molekül-Winkels verschoben, das Muster wirkt dadurch schräg. Quelle: Grundmann et al. (Siehe oben)

Es ist also tatsächlich möglich Vorgänge zu messen, die im Zeptosekundenbereich liegen!
Mich hat dieses Experiment sehr fasziniert und ich hoffe ich konnte es euch etwas näher bringen. Lasst mich gerne wissen, ob der Beitrag gut verständlich ist und ob ihr das Thema interessant findet 🙂

Science 101: Skalen in der Wissenschaft – Warum ein Elektron und der Urknall gleich weit weg von einer Sekunde sind

Dieser Beitrag soll als Einstieg gelten, die Größenordnungen der Wissenschaft besser zu verstehen und die zugehörigen Begrifflichkeiten kennenzulernen. Wer diese schon kennt, wird wohl nicht viel lernen. Aber auch das gehört dazu, ich möchte ja möglichst viele Leute abholen und für Wissenschaft begeistern, auch die, die noch eher am Anfang stehen. Wenn ihr Themenvorschläge für die Reihe „Science 101“ habt, kommentiert diese gerne!

Um nicht immer alle großen/kleinen Zahlen ausschreiben zu müssen, nutzt die Wissenschaft verschiedene Abkürzungen, die teilweise auch in unserem Alltag sehr gängig sind. So wissen vermutlich alle, dass es sich bei einem Kilogramm um tausend Gramm und einem Kilometer um tausend Meter handelt. In die andere Richtung ist ein Milligramm ein Tausendstel eines Gramms, ein Millimeter das Tausendstel eines Meters. Soweit, so gut. Wissenschaftlich ersetzt also die Vorsilbe Kilo den Faktor 10^3, die Vorsilbe Milli den Faktor 10^(-3).

Mit Weiterentwicklung der Datenspeicher und immer größer werdenden Dateien sind uns mittlerweile auch Mega, Giga und Terrabyte nicht mehr fremd. Diese werden den Faktoren 10^6, 10^9 und 10^12 zugerechnet und gehen immer tausender Schritte. Tausend Megabyte werden zum Gigabyte, tausend Gigabyte zum Terrabyte und so weiter.

Hier findet ihr eine Tabelle mit allen gängigen Abkürzungen:

Wenn wir in extrem kleine oder extrem große Bereiche kommen, zB in der Zeit, können wir spannende Phänomene beobachten. Schauen wir zunächst auf die großen Zahlen: Menschliches Leben spielt sich meist im Gigasekundenbereich ab, die letzte Eiszeit im Terasekundenbereich und die Bildung von Braunkohle im Petasekundenbereich. Das Alter des Universums liegt mit etwa 14 Billionen Jahren im Bereich von Exasekunden, also einer 1 gefolgt von 18 Nullen. Nun zu den kurzen Zeitspannen: Der Auslöser einer Kamera liegt im Millisekundenbereich, moderne und sehr schnelle Elektronik sogar im Nanosekundenbereich. Die kürzesten Laserpulse in den Laboren der Uni Kassel liegen im Femtosekundenbereich. Die Bewegung von Elektronen innerhalb eines Atoms liegen im Attosekundenbereich, also bei einer 0, dann 17 weiteren Nullen hinter dem Komma und einer 1 an der 18. Nachkommastelle. Quasi super aktuell wurde Pierre Agostini, Ferenc Krausz und Anne L’Huillier in 2023 für Forschung mit solchen Attosekunden-Lichtpulsen der Nobelpreis für Physik verliehen.

Der Beginn des Universums ist also von einer Sekunde genauso weit entfernt, wie eine Sekunde von der Bewegung eines Elektrons entfernt ist. Krass, oder?

Was wenn ich euch jetzt sage, dass die aktuelle Forschung bereits jetzt in der Lage ist, noch kleinere Zeiträume zu messen? Nämlich im Zeptosekundenbereich, also 10^(-21) Sekunden, noch eine Größenordnung kleiner also Attosekunden. Darum wird es dann bei meinem nächsten Beitrag gehen, den ihr hier findet, sobald er fertig ist.

Ich hoffe ihr konntet hiermit einen kleinen Einblick bekommen, wie Größenordnungen in der Wissenschaft gehandhabt werden. Wenn eich dieser Text gefällt, seid doch bitte so lieb und lasst Likes/Kommentare/Abos da, das hilft mir extrem weiter!