Physik Journal 5 / 2020

Im Moment befinden wir uns mitten in der Corona-­Krise. Was sind die nächsten Schritte der DPG?

In erster Linie gilt es, neue Rücklagen zu bilden. Temporäre Einsparpotenziale sehe ich derzeit genug. Auf der anderen Seite müssen wir Projekte sorgfältig bewerten: Es wäre fatal, alles auf Eis zu legen. Sinnvolle Projekte müssen wir nach wie vor angehen – beispielsweise über einen längeren Zeitraum gestreckt.

Will oder kann die DPG auch direkt dazu beitragen, die Corona-Krise zu überwinden?

Da ist unser Beitrag eher gering, auch wenn jeder einzelne sich privat engagieren kann oder Physiker auch helfen, die Ausbreitung einer Pandemie zu modellieren. Wichtig ist für uns, in den normalen Geschäftsbetrieb zurückzukehren und unser Programm langsam wieder hochzufahren, sobald die Ausgangs- und Kontaktverbote aufgehoben sind. Im Moment halten wir alle die Luft an und warten darauf, dass wir wieder atmen dürfen. (...)

Ob die Erde der einzige Ort im Universum ist, an dem es Leben gibt, beschäftigt die Menschheit bis heute so sehr, dass der jüngste Physik-Nobelpreis die Entdeckung eines Exoplaneten um einen sonnenähnlichen Stern auszeichnete. Bei der Suche nach extraterrestrischen Lebensformen geht es zunächst meist darum, flüssiges Wasser zu finden. Daher ist die „habitable Zone“ definiert als der Abstandsbereich, in dem sich ein Planet von seinem Zentralgestirn befinden muss, damit Wasser dauerhaft in flüssiger Form als Voraussetzung für erdähnliches Leben auf der Oberfläche vorliegen kann.

Wasser allein reicht jedoch nicht aus, um Organismen hervorzubringen. Astrobiologen zählen außerdem eine konstante Energiequelle und „biogene“ Elemente, darunter Kohlenstoff, Wasserstoff, Schwefel oder Phosphor, als Grundvoraussetzungen auf. Entsprechend beschreiben auch Evolutionsbiologen das Milieu um die sogenannten Schwarzen und Weißen Raucher am Boden der Tiefsee als das optimale Szenario, in dem wahrscheinlich vor mehr als 3,8 Milliarden Jahren aus leblosen Kohlenstoffverbindungen die ersten, wenngleich noch primitiven Lebensformen des Planeten Erde entstanden.

Bei diesen Rauchern handelt es sich um hydrothermale Quellen, angetrieben durch geologische Aktivität: Heißes, mit alkalinen Elementen und Sulfiden angereichertes Wasser dringt aus der Erdkruste durch das Gestein. Beim Kontakt mit dem kalten, pH-sauren Ozeanwasser fallen die mitgeführten Stoffe aus und bilden die Schornsteine der Raucher. Außerdem entstehen kleine Partikel die – je nach Zusammensetzung – als schwarze oder weiße Wolken aus den Schornsteinen quellen. Solche Umgebungen, in denen Wasser, Energie und Bausteine organischer Chemie vorliegen, gelten als Voraussetzung, um extraterrestrisches Leben zu ermöglichen. Diese Bedingungen könnten auf Exoplaneten vorliegen. Allem Anschein nach finden sie sich aber auch weit außerhalb der habitablen Zone unseres Sonnensystems, beispielsweise auf dem Saturnmond Enceladus. (...)

 

In seinem Vortrag „There’s Plenty of Room at the Bottom“ beschrieb Richard Feynman seine Vision, experimentell in die Welt einzelner Atome vorzudringen und Materie Atom für Atom zu platzieren und diese miteinander reagieren zu lassen. Die Entwicklung der Rastersonden­mikroskopie in den 1980er-Jahren (Infokasten) schuf die notwendigen Werkzeuge dafür. Nur wenige Jahre später gelang es Donald Eigler und Erhard Schweizer am IBM Labor in San José, tatsächlich mit dem Rastertunnelmikroskop einzelne Atome auf Oberflächen zu platzieren [1]. Für dieses Eingreifen in die Struktur der Probe hat sich seitdem die Bezeichnung „Manipulation“ etabliert.

Ein Durchbruch für Untersuchungen an einzelnen Molekülen war die Einführung atomar funktionalisierter Spitzen [2, 3]. Die Messspitze nimmt dabei gezielt ein bestimmtes Atom oder Molekül auf, um die Auflösung zu erhöhen. Kohlenmonoxid (CO), mit dem sich Atome und Bindungen in Molekülen extrem kontrastreich visualisieren lassen, eignet sich dafür besonders [4]. (...)

 

Die Kernlehrpläne im Fach Physik in Deutschland sehen das Thema 3D-Druck (Infokasten) aktuell zwar nicht explizit vor, aber es hat mehrere Anknüpfungspunkte im modernen Schulunterricht. In den Naturwissenschaften ist der offensichtlichste die Herstellung von Experimentiermaterial sowie von haptischen Anschauungs- und Funktionsmodellen. Die Materialkosten sind meist selbst für schulische Maßstäbe sehr gering. So lassen sich oftmals ganze Klassensätze herstellen, um verschiedene Themen und Experimente aus dem Lehrplan abzudecken. Im Internet finden sich viele 3D-Dateien zu unterschiedlichen Themenbereichen – vor allem aus der Mathematik und den Naturwissenschaften –, die meist recht einfach zu drucken sind.

Indem die Lernenden 3D-Objekte z. B. nach Schritt-für-Schritt-Anleitung erstellen, variieren und selbst ausdrucken sowie für Experimente verwenden, können sie neben fachlichen Kompetenzen, Experimentier- und Problemlösefähigkeiten auch Kenntnisse im Umgang mit digitalen Technologien erwerben, die für sehr viele Berufsfelder von Bedeutung sind. Hierzu gehören der Umgang mit komplexen Computerprogrammen, die Programmierung von Maschinen oder die Planung von Prozessen. (...)

 

Woher kommt Ihr Interesse für die Physik?

Mein Vater ist Physiker und hat mir Physik von klein auf anschaulich erklärt. Daher war ich in der Schule schon auf Mathe und Physik fixiert. Im Physikstudium haben mich allerdings viele auf meinen Vater angesprochen, deswegen wollte ich mich auf ein anderes Fachgebiet konzentrieren. Bei einem Praktikum in der Gruppe von Herrmann Gaub habe ich mein Interesse für die Bio­physik entdeckt.

Also sind Sie in der Biophysik geblieben?

Das war genau meine Welt. Ich bin immer gern ins Labor gegangen und fand die Zusammenarbeit zwischen Physikern, Biologen und Chemikern sehr spannend.

Wie ging es nach der Promotion weiter?

Ein halbes Jahr habe ich an der LMU München Wissenschaftsmanagement gemacht. Allerdings war das nichts für mich: Ich habe immer nur zugesehen, wie andere tolle Forschung machen, konnte aber selbst nicht forschen. Deswegen habe ich mir eine Postdoc-Stelle gesucht und bin dann letztlich doch bei meinem Vater am Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik gelandet. (...)