Chad Orzel Das Heureka- Prinzip Entdecke den Wissenschaftler in dir Das Heureka-Prinzip Chad Orzel Das Heureka-Prinzip Entdecke den Wissenschaftler in dir Aus dem Amerikanischen übersetzt von Sebastian Vogel Chad Orzel Department of Physics and Astronomy Science and Engineering Center Union College Schenectady, NY, USA Die Übersetzung der amerikanischen Ausgabe: EUREKA – Discovering Your Inner Scientist von Chad Orzel, erschienen bei Basic Books 2014, Copyright © 2014 by Chad Orzel. Alle Rechte vorbehalten. ISBN 978-3-662-48231-5 ISBN 978-3-662-48232-2 (eBook) DOI 10.1007/978-3-662-48232-2 Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http:// dnb.d-nb.de abrufbar. © Springer-Verlag GmbH Deutschland 2017 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. 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Damit meine ich nicht, dass man das Spiel nutzen kann, um die physikalischen Gesetze zu untersuchen, nach denen Vögel aus einer Schleuder abgeschossen wer- den, sondern mir geht es um den Ablauf des Spiels: Um bei Angry Birds Erfolg zu haben, muss man wie ein V VI Einleitung: Entdecke den Wissenschaftler in dir Wissenschaftler denken. Wenn man mit einem neuen Level konfrontiert wird, muss man sich die Anordnung der Schweine, der Blockaden und anderer Elemente genau ansehen und herausfinden, was man zu erreichen hat. Dann entwickelt man ein mentales Modell für die Ereig- nisse, die ablaufen werden, wenn man Vögel abschießt: „Wenn ich diesen Block mit dem gelben Vogel treffe, lässt er jenen Block auf die Schweine kippen, und dieser Turm bricht zusammen …“ Anschließend überprüft man sofort das Modell und kann feststellen, ob die Prophezeiung mit der (Videospiel-)Realität übereinstimmt. Hat man rich- tig geraten, vernichtet man die Schweine und geht zum nächsten Level über; war das Modell falsch oder unvoll- ständig, kann man es verfeinern und einen neuen Versuch unternehmen. Das ist in Kurzform der Prozess der Naturwissenschaft, wie man ihn besser kaum irgendwo anders findet, und er ist höchst populär. Das ursprüngliche Smartphonespiel und seine vielen Ableger gehören zu den erfolgreichsten lizenzierten Videospielen aller Zeiten: Es wurde (Stand Anfang 2013) mehr als eine Milliarde Mal herunterge- laden und kann jeden Monat mehr als 260 Mio. Nutzer vorweisen. Es ist so einfach, dass schon ein dreijähriges Kind die Grundlagen begreift, und gleichzeitig so kompli- ziert, dass es sogar Erwachsene süchtig machen kann. Ich selbst habe Stunden damit zugebracht. Einleitung: Entdecke den Wissenschaftler in dir VII Der Erfolg von Angry Birds straft die verbreitete Vor- stellung Lügen, Naturwissenschaft sei eine geheimnisvolle, mysteriöse Angelegenheit, die das Begriffsvermögen nor- maler Menschen übersteigt. Selbst Menschen, die offen erklären, sie würden die Wissenschaft nicht verstehen und nicht mögen, spielen Angry Birds und bedienen sich dabei genau des gleichen Repertoires mentaler Kunstgriffe wie Wissenschaftler bei ihrer Suche nach den grundlegenden Regeln, die das Universum beherrschen. Einer von 20 heute lebenden Menschen verbringt jeden Monat einen Teil seiner Freizeit damit, wie ein Wissenschaftler zu han- deln – und das einfach nur durch die Beschäftigung mit einem törichten Videospiel. Wir alle, von den Dreijähri- gen bis zu den Erwachsenen, haben einen Wissenschaftler in uns. Betrachten, Denken, Überprüfen, Berichten Das mag sich nach einer seltsamen Behauptung anhö- ren. Wenn ich erkläre, in jedem Menschen stecke ein Wissenschaftler, erlebe ich häufig skeptische Reakti- onen; die Leute sagen: „Das ganze Zeug, was ich im naturwissenschaftlichen Unterricht gelernt habe, konnte ich noch nie gebrauchen.“ In dieser Reaktion werden zwei Bedeutungen von Wissenschaft durcheinanderge- worfen: zum einen die Produkte der Wissenschaft, das heißt die Kenntnisse über Elementarteilchen, Moleküle, Tiere, Planeten und Sterne – Tatsachen, die man sich im VIII Einleitung: Entdecke den Wissenschaftler in dir naturwissenschaftlichen Unterricht einprägt; das andere ist der Prozess der Naturwissenschaft. Und dieser Prozess ent- spricht in meiner Vorstellung der grundsätzlicheren, wich- tigeren Definition von Wissenschaft. Der Prozess der Wissenschaft besteht aus vier Schritten: • Betrachte die Welt um dich herum und erkenne ein Phänomen, das du gerne verstehen würdest. • Denke dir ein Modell aus, mit dem man erklären könnte, wie und warum dieses Phänomen nach den allgemeinen Gesetzmäßigkeiten für die Funktionsweise des Universums auftreten könnte. • Überprüfe deine Theorie mit weiteren Beobachtun- gen und Stelle Experimente an, um festzustellen, ob die Voraussagen deines Modells mit der Realität übereinstimmen. • Berichte allen, die du kennst, über deinen Erklärungs- vorschlag und die Ergebnisse deiner Tests. Um bei Angry Birds ein Level beenden zu können, muss man nacheinander die Schritte des wissenschaftlichen Pro- zesses vollziehen. Man betrachtet das Level, denkt sich eine mögliche Taktik zur Beseitigung der Schweine aus und überprüft das Modell, indem man die Vögel auf das ausge- wählte Ziel abschießt. Und wenn man mit Freunden oder Kindern spielt, berichtet man ihnen, wie man es gemacht hat, und teilt die Ergebnisse über Bestenlisten und sons- tige soziale Medien mit anderen Menschen. Dieser Vier-Schritt-Prozess ist die beste Methode, die wir kennen, um zuverlässige Kenntnisse über die Welt zu Einleitung: Entdecke den Wissenschaftler in dir IX gewinnen. Gleichzeitig ist er eine der grundsätzlichsten Tätigkeiten der Menschen; dieser Prozess und seine Pro- dukte haben uns – im Guten wie im Schlechten – zur beherrschenden Spezies unseres Planeten gemacht. Wissenschaft macht uns zu Menschen Im Jahr 2011 machten Wissenschaftler bei Ausgra- bungsarbeiten in der Blombos-Höhle in Südafrika eine interessante Entdeckung: Sie brachten „prähistorische Farbkästen“ ans Licht, wie sie sie nannten. Die auf ein Alter von 100.000 Jahren datierten Fundstücke, Behälter aus Muschelschalen und einfache Steinwerkzeuge, trugen Spuren farbiger Mineralien. Die Spuren an den Werk- zeugen zeigen, dass die Mineralien zu Pulver zermahlen wurden, und Spuren in den Behältern deuten darauf hin, dass man aus dem Pulver durch Mischen mit Holzkohle und Tierfett eine Paste herstellte. Bei früheren Ausgrabun- gen hatte man bereits rote Ockerstücke aus der Zeit vor 75.000 Jahren gefunden, in die ein Zackenmuster ein- geritzt war. Dies sind einige der ältesten unmittelbaren Belege für symbolisches Denken bei Menschen: Sie produ- zierten Farbstoffe als Schmuck und kennzeichneten Roh- material absichtlich mit abstrakten Mustern. Die Werkzeuge zur Farbenherstellung bieten auch klare Belege für prähistorische Wissenschaft. Die Mine- ralien, aus denen man damals die Pigmente herstellte, wurden mehrere Kilometer entfernt ausgegraben und in X Einleitung: Entdecke den Wissenschaftler in dir die Höhle gebracht. Zur Zubereitung der Paste wurden mehrere Bestandteile verwendet, die zunächst einzeln verarbeitet und dann gezielt vermischt wurden. Die Spu- ren an einem der Mahlsteine lassen erkennen, dass dieser zunächst zum Zermahlen von Stücken aus gelbem Goethit benutzt wurde; anschließend schlug man von einem Ende Steinsplitter ab, um das Werkzeug zu reinigen oder neu zu schärfen, und dann diente es zum Zerkleinern von rotem Ocker. Zusammengenommen zeigen die Funde, dass die Men- schen bereits vor 100.000 Jahren Wissenschaft betrieben. Sie hatten durch Ausprobieren einen komplizierten, aus mehreren Schritten bestehenden Prozess zur Herstellung farbiger Pasten entwickelt. Sie hatten herausgefunden, welche Mineralstoffe sie brauchten, um bestimmte Far- ben zu erzielen; dann hatten sie gute Quellen dafür aus- findig gemacht und eine Methode ausgearbeitet, nach der sie die Mineralien malen und mit anderen Materialien vermischen mussten, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Sie wussten sogar, wie man verschiedene Minera- lien zur Produktion verschiedener Farben verwendet, und achteten sorgfältig darauf, sie nicht zu vermischen. Darü- ber hinaus teilten sie die Informationen auch anderen mit und gaben sie über die Jahrtausende, in denen die Höhle bewohnt war, weiter. Menschen betreiben also Wissenschaft, solange es Menschen gibt. Der Prozess, die Welt zu betrachten, her- auszufinden, wie Dinge funktionieren, die Kenntnisse zu überprüfen und sie mit anderen zu teilen, muss als ein definierendes Merkmal unserer Spezies gelten. Der Pro- zess der Wissenschaft ist kein zufälliges Nebenprodukt