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@Orane Thomas/Unsplash

Loop Quantum Gravity: Is Spacetime Made Up of Small Tetrahedra?

Richard: So I’m Richard East and I’m having a slightly contrived conversation with Pierre Martin-Dussaud through which we hope to give our readers an idea about what loop quantum gravity (LQG) is and the problems it attempts to solve.

In line with this, I would say there are two simply irreconcilable perspectives in modern physics. The first is the perspective of things at the ‘large scale’ determined by general relativity as broadly described by Einstein in 1915. The second perspective is things at the ‘small scale,’ defined by quantum mechanics, which emerged formally as a field at the 5th Solvay conference in 1927. The problem centres around the fact that the very elements we, as physicists, try to work with when applying these theories are conceptually nothing alike. To understand this better, I think we first have to look at what these two theories actually say.

Pierre: Let’s start with the large scale. When it emerged as a modern science, physics was really a science of motion: which house will my cannonball fall on? Where in the sky will Jupiter be in 6 months? The underlying metaphysics is that there are bodies which exist within some immaterial medium (space) and some universal clock (time) that makes bodies move forward. This framework was a revolution in itself, and it proved extremely powerful. It took a long time before we realised it’s actually wrong. The first revision of the paradigm was special relativity (1905). Contrary to everyday-life intuition, there is no universal way to distinguish space from time. The motion of bodies can only be described consistently within a medium that mixes up the previously separated notions of space and time; thus wisely dubbed space-time. The second revision is general relativity (1915). In a sense, it is much more dramatic because it says that space-time is not a passive stage upon which motion is happening. Instead, space-time itself is moving! We say it’s dynamic. These dynamics are what we experience every day as gravity: things fall. We used to think that gravity was just a force acting within space-time, but we now understand that gravity and space-time are two sides of the same story: there can’t be one without the other.

To understand this better, you have to look at one of Einstein’s original thought experiments. Imagine you are in a windowless pod: Could you tell if you were floating in space or free-falling under the pull of gravity? Ask yourself what test you could do in the pod with the objects around you to tell? The problem is they are all either floating or in free fall with you, and objects of different weights still fall at the same speed (remember Galileo dropping different weights in Pisa?). As these two experiences of floating and falling are locally identical, we arrive at the principle of general relativity. It’s important to know that this is different from other forces. In a pod of magnetic objects, and this may not be obvious, you could tell if you were being pulled towards something magnetic or floating. The more magnetic objects are, the stronger the pull (unlike with gravity, where all things fall at the same rate). This means that there are tests that could tell you from inside the pod what was really happening, which is why there is no magnetic equivalent of general relativity.

“Gravity is not a force at all”

The reason gravity is like this is because – it’s not a force at all! To understand what this means, imagine taking two cannonballs being fired from two cannons. Let’s point one 20 degrees left of the other, so they are firing in different directions. Now imagine after firing them we found that after some long-distance they collided. How could this be? It looks like some force brought them together (like gravity). The explanation is as follows: We are firing our cannons on a tiny planet, and their paths follow a spherical surface – then it seems obvious that they would collide. Just imagine two aeroplanes taking off at 20 degrees from each other and flying around the earth without changing direction – of course, they will meet at some point. If we then abstract this idea a little further, we can discuss gravity in general. Here the ‘gravitational force’ is the result of the curvature of the universe itself. What Einstein showed us is that the degree of this curvature in any region is determined by the mass of the objects there – so objects of higher mass curve space-time more and that’s why their gravitational ‘pull’ seems stronger. Just imagine firing those cannons again. The smaller the little planet (so, the more curved the surface) we are on, the more quickly the cannonballs will meet – which if we didn’t realise we were on a curved surface, would look like the balls were being pulled together faster. In this way, gravity is not a force in space-time; it is the shape of space-time.

Richard: Okay, so now let’s change perspective and zoom into small-scale physics. We are now looking at quantum mechanics, which for most people is usually familiar through Schrödinger’s famous cat paradox. The idea is that Schrödinger has put a cat in a box with a vial of poison that will be released as soon as a radioactive isotope decays. This decay is realised when some atom, which is made up of protons, neutrons, and electrons (the building blocks of atoms) splits up in some way. This in itself, while a strange thing to do, isn’t the strangest part of the situation presented by Schrödinger’s thought experiment. The strange part is that quantum mechanics informs us that the ‘state’ of a situation can, over time, become a superposition of other states (like the cat being alive or the cat being dead). However, when we check or ‘measure’ what is going on, we only find one of the states in the superposition, and which state we find is entirely probabilistic. So what is truly weird with Schrödinger’s cat experiment is the decay of an isotope being quantum mechanical. The state of the isotope is initially un-decayed when we close the box, but with each passing moment, the state inside the box is becoming a superposition of the state where the atom is and isn’t decayed. Until we open the box and check or ‘measure’ the cat’s state, it remains in a superposition of being both alive and dead!

Richard East

A PhD at the Université Grenoble Alpes. Previously studied at the universities of Manchester and Oxford. Working on the application of diagrammatic techniques from quantum information to condensed matter and quantum gravity

Now, those paying extra close attention will, of course, point out that though our description makes it sound like the cat is alive or dead, we are just stating what we don’t know. In reality, we might say, inside the box, one of the circumstances exists: The cat is alive, or it is dead. The problem is that many experiments have shown that this cannot be the case. They say that the measurement outcomes are ‘contextual,’ which means they logically cannot have predetermined fixed properties – that is to say, the cat’s state cannot be certain before we check inside the box if our theory corresponds with broader experimental evidence!

So what is the quantum mechanical perspective of the world? It is of ‘states’ evolving smoothly through time (think of our cat moving into a superposition of being alive and dead) and sharp, discontinuous measurements where things ‘collapse’ into one of the possible measurement outcomes (think of opening the box and seeing the alive or dead cat). In opposition to general relativity, in quantum mechanics, we are talking about a world that often contains discontinuous probabilistic changes – things are not always smooth and are not always deterministic.

Pierre: Now we remain with a theory in each hand. On the one hand, we have quantum mechanics that deals with very small objects, like atoms or photons. On the other hand, we have general relativity, which looks after big objects like stars and galaxies. Both theories have been confirmed in many experiments with excellent accuracy. So, where is the catch? As we’ve been alluding to, what troubles physicists is that the physical principles and the mathematics of both theories are very different. They don’t fit well within the same framework of thinking. To put it in a nutshell, general relativity says that space-time is just like matter (it moves) and is completely deterministic. But quantum mechanics says the matter has to be “quantum”. Hence, space-time should be quantum as well and is absolutely not deterministic, which doesn’t agree with general relativity at all. Because of this, many physicists think that general relativity is just an approximation, valid on a large scale. Still, at a more fundamental level, if you zoom in, you would realise that space-time has a quantum behaviour. Finding the quantum structure of space-time: this is the ambition of scientists working on quantum gravity.

„We collapse space-time itself“

Richard: So we’re now at the point that we’ve decided on a particular order of precedence here. We’ve come to the conclusion that the notions of quantum mechanics are more primitive and we should work primarily with its concepts while trying to extend our theory to include gravity. This is exactly what loop quantum gravity tries to do, and it does this by quantising space-time itself. To understand the approach, consider that when I talked about quantum mechanics before, I talked about states in terms of Schrödinger’s poor cat and us as experimentalists: Where was space-time? It was in the background. Quantum mechanics was happening in space-time. If we want to fuse quantum mechanics and gravity, we should view these properties of space-time as fundamentally quantum mechanical measurements, too! We take particular possible volumes, angles, and areas that make up reality at the smallest scale, and we say that these too must be associated with particular quantum states.

As we now know, since these are now quantum states, they aren’t necessarily bound to only one particular set of measurements being true. We can be in a superposition of them – only when we measure a specific volume, a certain area, and so on does a measurement become determined as the state of reality at that moment (like the cat being alive or dead when we check inside the box). In this way, when we measure, we don’t just collapse a particular experimental system sitting in space-time: We collapse space-time itself!

However, for the sake of completeness, it should be said that loop quantum gravity isn’t the only approach to merging gravity and quantum mechanics. One example of a popular alternative approach is provided by string theory, which aims not only to describe how gravity and quantum mechanics function together but also to be a ‘theory of everything’. It aspires to fuse all the known fundamental interactions known to physicists into a single framework. Loop quantum gravity is a more humble endeavour seeking solely to solve how gravity and quantum mechanics can be described in the same terms. Loosely, string theory postulates that reality is made of ‘string’ like objects in space-time, which means that gravity can be understood alongside other forces. Loop quantum gravity, on the other hand, is a theory of space-time in which the quantisation of space-time itself leads to the quantisation of gravity. At present, neither theory has been verified by experiment, so modern theoretical physics is divided on which approach to take.

Pierre Martin-Dussaud

PhD at Aix-Marseille University. Post-doc at Penn State University. Working on the quantum information structure of space-time

Pierre: Focussing once again on Loop quantum gravity, the next logical question is: What does it mean to measure space-time? It means pulling out a ruler or a clock and taking note of the values they show. Nothing revolutionary so far. But if you try to do the same with very tiny rulers and very precise clocks, LQG predicts that the measured values only take integer values of some fundamental unit. Between two graduations, between a tick and a tock, there is no middle term; your eyes irremediably fall over one side or the other. It means that space-time has a granular structure that physicists call discreteness. Like the pixels of your screen, which are tiny squares with only three possible colours (red, green, blue), the grains of space would be tiny tetrahedra with different possible “spins” on their faces. We have to be careful, as this has not been observed yet, but those of us studying loop quantum gravity believe it to be true.

This would mean that life would not be a continuous evolution but a succession of fixed pictures, like in a film, with 10^44 frames per second! Granular both in space and time, space-time as a whole spreads out as a foam, which we call a spin-foam. Because it is quantum mechanical, spin-foams don’t describe a unique deterministic history of the universe but rather probabilities of many possible histories. Loop quantum gravity theoretically enables us to compute such probabilities. The hiccup is the extreme complexity of actually performing such a computation. We’re interested in answering if we could use quantum computers to perform these calculations by merging ideas from quantum gravity and quantum information. Quantum computing, however, is a subject for another time…

By Richard East

Astronomy, a Joint Effort: The Arabic Contribution to Celestial Science

@Metropolitan Arts Museum

DE

Der Weltraum fasziniert uns. Während irdische Dinge in unserer Zeit weitgehend erforscht scheinen, gibt uns der Weltraum immer neue Rätsel und Mysterien auf. Seine Weite ist für uns nicht fassbar, seine Regeln weitgehend unbekannt, und so scheint er der letzte Ort zu sein, an dem Magie noch möglich ist.

In unserem Interesse für den Weltraum schauen wir allzu oft in die Zukunft: Wann wird der Rover Perseverance vom Mars zur Erde zurückkehren, wann werden Menschen zum Mars fliegen können und wann werden wir mehr über andere Galaxien erfahren, wann auf außerirdisches Leben treffen? Doch auch die Vergangenheit ist spannend. Denn wie alle Wissenschaften ist auch die Astronomie ein Joint Effort: Sie gründet auf einer langen Tradition verschiedener Epochen und Kulturen. Einen großen Beitrag zu unserem heutigen Kenntnisstand hat nicht nur die griechische Antike, sondern auch das islamische Mittelalter geleistet.

Arabische Astronomie im Dialog mit der griechischen Antike

Antike griechische Philosophen und Denker wie Platon (gest. 348 oder 347 v.Chr.) und Aristoteles (gest. 322 v.Chr.) sind Vorläufer und Grundsteinleger vieler wissenschaftlicher Disziplinen unserer Zeit. Aristoteles entwickelte eine Form der Logik, Platons Politeia wird immer wieder in philosophischen und politikwissenschaftlichen Seminaren diskutiert und der hippokratische Eid ist auch heute noch jedem ein Begriff. Im Bereich der Astronomie wurden wichtige Überlegungen insbesondere von Aristoteles und Ptolemäus (gest. 170) angestellt.

Die Rolle der arabischen Gelehrten des islamischen Mittelalters als Bewahrer und Überlieferer philosophischer, medizinischer und astronomischer Texte des antiken Griechenlands ist in der Wissenschaft längst bekannt. Während sich Europa im dunklen Mittelalter befand und Wissenschaft dort von der Kirche häufig blockiert wurde, florierte sie in Gebieten unter islamischer Herrschaft. Besagte Texte wurden von arabischen Gelehrten aus dem Griechischen ins Arabische übersetzt. So blieben sie erhalten, wurden später – wie der Judentum-Forscher Moritz Steinschneider 1893 erstmals aufwarf oft von jüdischen Autoren – ins Hebräische und Lateinische übersetzt und fanden so schließlich Eingang in die europäische Wissenschaft der Renaissance.

Dabei wurde in der Vergangenheit aber oft die Originalität arabischer Gelehrter des islamischen Mittelalters unterschätzt. Griechische Texte wurden von ihnen nämlich nicht nur übersetzt, sondern auch kommentiert, kritisiert und weiterentwickelt. Ein verbreitetes Genre jener Zeit ist beispielsweise die šukūk (arab. Zweifel) Literatur. Hier werden die Überlegungen der antiken Griechen wiedergegeben, deren Schwachstellen und Widersprüche aufgezeigt und verbesserte Modelle vorgeschlagen.

An der vom abbasidischen Kalifen al-Maʾmūn (gest. 833) in Bagdad gegründeten Akademie mit dem Namen Haus der Weisheit (Bayt al-Ḥikmah) produzierten Gelehrte verschiedener Religionen unzählige Übersetzungen, Kommentare und Abhandlungen. Andere, wie beispielsweise Nasṭūlus (10. Jhd.), entwickelten nach antikem griechischem Vorbild Instrumente zur Darstellung der Bewegungen der Himmelskörper (Astrolabien), von denen einige bis heute erhalten sind. Der persische Gelehrte Naṣīr ad-Dīn aṭ-Ṭūsī (gest. 1274) baute ein Observatorium in Maraghah (im heutigen Iran) und verbesserte das Planetenmodell von Ptolemäus. Der Damaszener Ibn aš-Šāṭir (gest. 1375) entwickelte auf Basis von aṭ-Ṭūsī ein vollkommen konzentrisches Planetenmodell mit der Erde als gemeinsamen Mittelpunkt.

Die Rolle des Islams: Astronomie ohne Astrologie

Ibn aš-Šāṭir war nicht nur Astronom und Mathematiker, sondern auch religiöser Zeitmesser an der Umayyaden-Moschee in Damaskus. Seine Werke enthalten wie die vieler seiner Kollegen religiöse Formeln wie Gott weiß es am besten (Allāhu aʿlam). Wie George Saliba, Professor für Arabisch und Islamwissenschaft an der Amerikanischen Universität Beirut, in seiner Monographie Islamic Science and the Making of the European Renaissance beschreibt, hatte der Islam eine teilweise wissenschaftsfördernde Wirkung. Seine Rolle steht damit im Gegensatz zu der des Christentums jener Zeit in Europa. Ein möglicher Grund: Die muslimische Religion war auf astronomische Erkenntnisse angewiesen, beispielsweise um den Zeitpunkt von religiösen Feiertagen und Gebeten bestimmen zu können. So wurden zum Beispiel Tafeln für die Ermittlung der Sichtbarkeit des Mondes entwickelt. Das ist wichtig, da im muslimischen Kalender mit der ersten Sichtung der neuen Mondsichel ein neuer Monat beginnt. Die Tafeln halfen daher unter anderem auch, zu ermitteln, wann der Fastenmonat Ramadan beginnt. Auch für die Bestimmung der Gebetsrichtung (arab. qibla) bedurfte man mathematischer und wissenschaftlicher Methoden.

Professor Saliba sieht den Islam als Ursache für eine weitere Neuerung in der Astronomie: Während im antiken Griechenland diese Wissenschaft unter anderem auch betrieben wurde, um den Einfluss der Himmelskörper auf menschliches Handeln bestimmen und so zukünftige Ereignisse vorhersagen zu können (Astrologie), beschränkten sich viele arabische Astronomen auf die Beschreibung und mathematische Erklärung der beobachtbaren Bewegungen der Himmelskörper, ohne deren Einfluss auf menschliches Handeln anzunehmen. Diese Beschränkung könnte ihren Ursprung in islamischer Doktrin haben. Würde nämlich angenommen, Menschen seien in ihrem Handeln von den Bewegungen der Himmelskörper beeinflusst, könnte sie das von der Verantwortung für ihr Handeln freisprechen. Das Einhalten religiöser Pflichten könnte dann nicht mehr verlangt, Verstöße nicht mehr geahndet werden – die Autorität der Religion würde Schaden nehmen. Professor Saliba nimmt an, deshalb sei die antike griechische Astronomie bei vielen islamischen Astronomen des Mittelalters von ihren astrologischen Elementen befreit worden. Das brachte sie der heutigen Wissenschaft der Astronomie näher.

Hat Kopernikus abgeschrieben?

Ein sehr eindrückliches Beispiel für den möglichen Einfluss der arabischen Astronomie des islamischen Mittelalters auf die Wissenschaft der europäischen Renaissance zeigt sich im Vergleich verschiedener arabischer Modelle mit jenen von Kopernikus (1473-1543). Laut Professor Saliba war es der Mathematiker und Wissenschaftshistoriker Otto Neugebauer, der im Jahr 1957 als erstes erkannte, dass das lunare Modell, das von Ibn aš-Šāṭir im Jahr 1375 entwickelt wurde, mit dem von Kopernikus in Commentariolus (1543) vorgeschlagenen beinahe identisch ist. Auf die entsprechende Handschrift von Ibn aš-Šāṭir war er von dem an der Amerikanischen Universität Beirut lehrenden Mathematikprofessor Edward Kennedy hingewiesen worden, dessen Schüler Victor Roberts wiederum nach Neugebauers Entdeckung die Parallelen der zwei Modelle in seinem Artikel The Solar and Lunar Theory of Ibn ash-Shāṭir: A Pre-Copernican Copernican Model darstellt.

Aṭ-Ṭūsī entwarf ein Modell, in dem ein kleinerer Zirkel innerhalb eines Zirkels der doppelten Größe in entgegengesetzter Richtung so kreist, dass die Ränder der beiden sich stets an einem Punkt berühren. So gelang es ihm, aus der gleichförmigen Bewegung von Kreisen die lineare Bewegung eines Punktes zu generieren (genannt Tusi Couple). Kopernikus nutzte dasselbe Modell in seinem Werk De Revolutionibus orbitum celestium.

Der deutsche Wissenschaftshistoriker Willy Hartner teilte im Jahr 1973 seine Entdeckung, dass die lateinischen Buchstaben, die Kopernikus zur Bezeichnung der geometrischen Punkte in seinem Modell verwendete, den von aṭ-Ṭūsī verwendeten arabischen Buchstaben fast ausnahmslos entsprechen. Das macht es sehr wahrscheinlich, dass Kopernikus von aṭ-Ṭūsī “abgeschrieben” hat. Michael Mosonovsky, Professor für Maschinenbau an der Universität Wisconsin, geht noch einen Schritt weiter: Er identifiziert ein hebräisches Manuskript des ursprünglich sephardisch-jüdischen Philosophen Abner von Burgos (gest. 1347) als mögliches Zwischenglied in der Überlieferung, das nach demselben Prinzip die entsprechenden Buchstaben des hebräischen Alphabets für dieselben Punkte verwendet.

Ein revolutionäres Element gibt es jedoch bei Kopernikus. Schließlich beruhten die vorherrschenden Modelle und Berechnungen der griechischen Antike und des islamischen Mittelalters, obwohl sie praktische Beobachtungen erstaunlich gut theoretisch fassen konnten, auf der gravierenden Fehlannahme, die Erde sei der Mittelpunkt des Universums. Mit der Durchsetzung seines heliozentrischen Planetenmodells revolutionierte Kopernikus die Wissenschaft der Astronomie. Wie gezeigt, könnten bei der Ausformulierung dieses Modells die Überlegungen arabischer Astronomen aber eine große Rolle gespielt haben.

Arabische Astronomie in Europa

Inzwischen gibt es zahlreiche Publikationen zu den Ähnlichkeiten zwischen Kopernikus und seinen arabischen Vordenkern, die Parallelen der beschriebenen Modelle sind in der Wissenschaft bekannt. Ob Kopernikus aber tatsächlich von Ibn aš-Šāṭir und aṭ-Ṭūsī Kenntnis hatte und ihre Modelle übernahm oder unabhängig von ihnen zu demselben Schluss gekommen ist, lässt sich nicht zweifelsfrei klären.

Obwohl keine lateinische Übersetzung ihrer Werke aus der Zeit von Kopernikus bekannt ist, sind viele Wege denkbar, auf denen ihn ihr Wissen erreicht haben könnte. Professor Saliba weist darauf hin, dass beispielsweise viele Menschen nach der Eroberung Konstantinopels durch die Osmanen im Jahr 1453 und dem Fall des Oströmischen Reiches (Byzanz) gen Westen flüchteten. Es sei aufgrund der räumlichen Nähe von Byzanz zum abbasidischen Kalifat anzunehmen, dass diese zuvor mit den arabischen Lehren in Kontakt gekommen waren. Außerdem seien manche aus religiösen Gründen oder auf der Suche nach Wissen in den arabischen Raum gereist. Das so erlangte Wissen hätten sie auf Griechisch reproduziert und schließlich nach Europa gebracht. Peter E. Pormann, Professor für Altphilologie und Griechisch-Arabische Studien an der Universität Manchester, gibt in seiner Rezension zu Professor Salibas Buch außerdem zu bedenken, Kopernikus sei auch in Italien gewesen, wo seinerzeit griechisch-arabische Handschriften produziert und diplomatische Beziehungen mit muslimischen Herrschern unterhalten wurden. Er könne auch dort von den arabischen Lehren erfahren haben.

Heute sind sich die meisten Forscher jedenfalls einig, dass die arabische Astronomie des islamischen Mittelalters nicht nur als Bewahrer und Überlieferer der antiken griechischen Astronomie, sondern auch als Kritiker und Weiterentwickler derselben einen großen Beitrag zur Astronomie der europäischen Renaissance und somit auch zur modernen Astronomie geleistet hat. Von der griechischen Antike über das islamische Mittelalter, jüdische Übersetzer und die europäische Renaissance bis zur Modernen: Unser heutiger Forschungsstand ist das Ergebnis eines Joint Efforts.

Von Tilman Wiesbeck

ENGL

Space fascinates us. Its vastness is elusive to us, its rules largely unknown, and so it is the last place where magic still seems possible. While everything on earth appears to have been explored by this point, outer space keeps presenting us with new riddles and mysteries.

In our interest in space, we all too often look to the future: When will the Mars rover Perseverance return to Earth, when will humans be able to fly to Mars, and when will we learn more about other galaxies, when encounter extraterrestrial life? But the past is thrilling, too. Like all science, astronomy is a joint effort: it is based on a long tradition of different eras and cultures. Ancient Greece and the Islamic Middle Ages have made a major contribution to our current state of knowledge.

Arabic Astronomy in Dialogue with Greek Antiquity

Ancient Greek philosophers and thinkers such as Plato (d. 348 or 347 B.C.) and Aristotle (d. 322 B.C.) laid the foundation for many scientific disciplines. Aristotle developed a form of logic, Plato’s Politeia is still being discussed time and again in philosophical and political science seminars, and the Hippocratic Oath remains a familiar concept. In astronomy, essential considerations were made, in particular by Aristotle and Ptolemy (d. 170).

The role of Arabic scholars as preservers and transmitters of philosophical, medical, and astronomical texts of ancient Greece during the Islamic Middle Ages has been long known to the scientific community. While Europe lived through the Dark Ages and science was often restricted by the Church, it flourished in areas under Islamic rule. Said texts were translated from Greek into Arabic by Arabic scholars. Thus they were preserved, later translated into Hebrew and Latin – often by Jewish authors, as was first pointed out by Moritz Steinschneider, a scholar of Judaism, in 1893 – and as a result, found their way into European scholarship during the Renaissance.

In the past, however, the originality of Arabic scholars of the Islamic Middle Ages has often been underestimated. Greek texts were not only translated by them but also commented on, criticized, and further developed. A typical genre of that time, for example, was the šukūk (ar. doubt) literature. Here, the reflections of the ancient Greeks were reproduced, their weaknesses and contradictions pointed out, and improved models proposed.

At the academy founded by the Abbasid caliph al-Maʾmūn (d. 833) in Baghdad, called the House of Wisdom (Bayt al-Ḥikmah), scholars of various religions produced innumerable translations, commentaries, and treatises. Others, such as Nasṭūlus (10th century), developed instruments for depicting the movements of the celestial bodies (astrolabes) based on ancient Greek models, some of which are still preserved to this day. The Persian scholar Naṣīr ad-Dīn aṭ-Ṭūsī (d. 1274) built an observatory in Maraghah (in present-day Iran) and improved Ptolemy’s planetary model. Based on aṭ-Ṭūsī, the Damascene Ibn aš-Šāṭir (d. 1375) developed a perfectly concentric planetary model with the Earth as the common center.

The Role of Islam: Astronomy without Astrology

Not only was Ibn aš-Šāṭir an astronomer and mathematician, he also worked as the religious timekeeper at the Umayyad Mosque in Damascus.  Like those of many of his colleagues, his works contain religious formulas such as God knows best (Allāhu aʿlam). As George Saliba, professor of Arabic and Islamic Studies at the American University of Beirut, describes in his monograph Islamic Science and the Making of the European Renaissance, Islam had in part an effect of promoting science. Its role thus contrasts with that of Christianity during this time in Europe. One possible reason is that the Muslim religion depended on astronomical knowledge: they needed it to determine the timing of religious holidays and prayers. Tables were developed for determining the visibility of the moon, for instance. In the Muslim calendar, a new month begins with the first sighting of the new crescent moon. The tables, therefore, helped to determine the beginning of the fasting month of Ramadan. Mathematical and scientific methods were also needed to determine the direction of prayer (ar. qibla).

Professor Saliba sees Islam as the cause of another innovation in astronomy: While the science was also used to determine an influence of celestial bodies on human activity and thus to predict future events (astrology) in ancient Greece, many Arabic astronomers limited themselves to the description and mathematical explanation of the observable movements of the bodies without assuming their influence on human activity. This restriction could have its origin in Islamic doctrine.  The assumption that the movements of the celestial bodies influence people’s actions could absolve them from responsibility for these actions. Then, the observance of religious duties would no longer be mandatory; violations could not be punished – the authority of religion would take harm. Professor Saliba assumes that this is why ancient Greek astronomy was stripped of its astrological elements by many Islamic astronomers of the Middle Ages. This way it was brought closer to the modern science of astronomy.

Did Copernicus copy?

An impressive example of the possible influence of the Islamic Middle Ages on the science of the European Renaissance can be seen when comparing various Arabic models with those of Copernicus (1473-1543). According to Professor Saliba, it was Otto Neugebauer, mathematician and historian of science, who first recognized in 1957 that the lunar model developed by Ibn aš-Šāṭir in 1375 is almost identical to the one proposed by Copernicus in his Commentariolus in the 16th century. The corresponding manuscript of Ibn aš-Šāṭir had been pointed out to him by Edward Kennedy, a mathematics professor teaching at the American University of Beirut, whose student Victor Roberts, in turn, after Neugebauer’s discovery delineated the parallels of the two models in his article The Solar and Lunar Theory of Ibn ash-Shāṭir: A Pre-Copernican Copernican Model.

Aṭ-Ṭūsī had designed a model in which a smaller circle orbits within a circle of twice its size in the opposite direction, so that the edges of the two always touch at a point. This way, he succeeded in generating a linear motion of a point from the uniform motion of circles (called Tusi Couple). Copernicus used the same model in his work De Revolutionibus orbitum celestium (1543).

In 1973, German historian of science Willy Hartner shared his discovery that the Latin letters Copernicus used to designate the geometric points in his model are almost identical to the Arabic letters used by aṭ-Ṭūsī. This makes it very likely that Copernicus “copied” from aṭ-Ṭūsī. Michael Mosonovsky, professor of mechanical engineering at the University of Wisconsin, goes one step further: he identified a Hebrew manuscript by the originally Sephardic Jewish philosopher Abner of Burgos (d. 1347) as a possible intermediate link to the tradition, that uses the corresponding letters of the Hebrew alphabet in the same way.

However, there is one revolutionary element in Copernicus. After all, the prevailing models and calculations of ancient Greece and the Islamic Middle Ages, although surprisingly good at theoretically accounting for practical observations, were based on the grave misconception that the Earth was the center of the universe. By enforcing his heliocentric planetary model, Copernicus revolutionized the science of astronomy. However, the considerations of Arabic astronomers may have played a major role in the exact formulation of this model.

Arabic Astronomy in Europe

In the meantime, much has been published on the similarities between Copernicus and his Arabic predecessors, and the parallels of the described models are well known in science. But whether Copernicus actually had knowledge of Ibn aš-Šāṭir and aṭ-Ṭūsī and adopted their models or came to the same conclusion independently cannot be clarified beyond doubt.

Although we know of no Latin translation of their works from the time of Copernicus, there are many possible ways their knowledge could have reached him. Professor Saliba points out, for example, that many people fled west after the Ottoman conquest of Constantinople in 1453 and the subsequent fall of the Eastern Roman Empire (Byzantium). Due to the proximity of Byzantium to the Abbasid caliphate, it can be assumed that they had previously come into contact with Arabic science. In addition, some traveled to the Arabic realm for religious reasons or in search of knowledge. They would have reproduced the knowledge thus acquired in Greek and finally brought it to Europe, Saliba claims. In his review of Professor Saliba’s book, Peter E. Pormann, Professor of Classics and Graeco-Arabic Studies at the University of Manchester, points out that Copernicus had also been to Italy, where Greek-Arabic manuscripts were produced and diplomatic relations with Muslim rulers were maintained.

Today, however, most scholars agree that the Arabic astronomy of the Islamic Middle Ages made a great contribution to the astronomy of the European Renaissance and thus also to modern astronomy, not only as preservers and transmitters of ancient Greek astronomy but also as critics and further developers of the same. From ancient Greece through the Islamic Middle Ages, Jewish translators, and the European Renaissance to the modern era: our current state of research results from a joint effort.

Written and translated by Tilman Wiesbeck

@brenkee

Douglas Adams und die Zahl 42

@brenkee

Wir bei fortytwomagazine waren schon immer Gegner einfacher Antworten auf große Fragen. Als wir vor mehr als sechs Jahren beschlossen, ein Magazin zu gründen, wollten wir im Gespräch mit Wissenschaftler:innen zeigen, wie vielfältig die Perspektiven auf die Herausforderungen unserer Zeit sind. In der großen Diskussion um den Namen unseres Projekts warf dann plötzlich jemand diese Zahl in den Raum: 42. Die Antwort „auf die Frage nach dem Leben, dem Universum und dem ganzen Rest“, die der Super-Computer Deep Thought in Douglas Adams „Per Anhalter durch die Galaxis“ in 7,5 Millionen mühevollen Jahren errechnet. Auch der britische Autor und Satiriker Adams hatte wohl so seine Meinung zu großen Fragen und großen Antworten.

Vor rund 20 Jahren starb Douglas Adams im Alter von nur 49 Jahren. Wir stellen zu seinen Ehren eine Auswahl wissenswerter und skurriler Fakten zusammen.

Der mobile Reiseführer durch die Galaxis

In Douglas Adams bekanntestem Roman muss der Engländer Arthur Dent eines Tages mit Schrecken feststellen, dass sein Haus aufgrund einer neuen Umgehungsstraße abgerissen werden soll. Hilfe sucht er sich bei seinem Freund Ford Prefect. Der, so stellt sich heraus, kommt eigentlich von einem anderen Planeten und ist nur zu Forschungszwecken auf der Erde. Das ist ein Glück für Arthur, denn sein außerirdischer Freund besitzt neben dem lebensnotwendigen Reiseführer “Per Anhalter durch die Galaxis” auch ein enormes Wissen über den Weltraum. Nur mit Fords Hilfe gelingt es Arthur als Anhalter auf einem Raumschiff der Zerstörung der Erde zu entkommen und sich auf die Reise zu anderen Planeten zu begeben.

Diese Idee des mobilen Reiseführers „Per Anhalter durch die Galaxis“ wurde nach Veröffentlichung des Romans vom britischen Radio- und Fernsehanstalt BBC aufgegriffen und durch Adams Firma The Digital Village ins Leben gerufen. Auf der Website https://www.h2g2.com/ finden sich diverse Artikel und Inhalte zur Frage nach dem Sinn des Lebens oder zum Universum. Die erste Empfehlung im Reiseführer lautet übrigens “Keine Panik”. Und über die Erde lässt sich dort nur ein Eintrag finden: Harmlos. 

Die Zahl 42

Im Roman ist 42 die Antwort des Computers Deep Thought auf „die Frage nach dem Leben, dem Universum und dem ganzen Rest“. Das populärwissenschaftliche Magazin Spektrum hat sich im vergangenen Herbst genauer damit beschäftigt, was es mit der Zahl so auf sich hat. Eine Rolle spielen dabei zum Beispiel die alten Ägypter, die Gutenberg-Bibel, der EU-Haushalt und die seltenen Catalan-Zahlen – so wie eine ganze Reihe weiterer mathematischer Phänomene. Douglas Adams Antwort auf die Frage nach der Bedeutung der Zahl fiel Spektrum zufolge vor vielen Jahren aber ernüchternder aus: „Es war ein Witz“.

Qualvolles Schreiben

Douglas Adams schrieb Zeit seines Lebens mehr als 20 Bücher, Kurzgeschichten, Drehbücher und Radioserien. Dennoch scheint der Schaffensprozess dem Autor nicht immer Freude bereitet zu haben. Im März veröffentlichte der britische Guardian eine handgeschriebene Notiz, die Adams einst an sich selbst verfasste. Im Englischen Original steht dort unter der Überschrift “General note to myself”: “Writing isn’t so bad really when you get through the worry. Forget about the worry, just press on. Don’t be embarrassed about the bad bits. Don’t strain at them“. Schreiben ist gar nicht so schlimm – wenn man erst einmal seine Sorgen überwunden hat.

Die Keks-Anekdote

Douglas Adams Vermächtnis ist groß genug, dass auch nach seinem Tod immer wieder Bücher erscheinen, die sein Werk würdigen und bislang unveröffentlichte Texte in die Welt geben (auch die handgeschriebene Notiz ist Teil eines aktuellen Crowdfunding-Projekts). Im Jahr 2003 durfte der Spiegel eine Anekdote aus einem posthum erschienenen Buch des Briten veröffentlichen. Sie hat etwas mit Keksen zu tun und ist ein schönes Beispiel für den feinen Humor, der Douglas berühmt machte. Interessierte finden sie am Ende der Buchbesprechung auf spiegel.de

Blick in die Zukunft 

Auch wenn sich Douglas Adams zeit seines Lebens als Science-Fiction-Autor verstand, haben sich einige seiner Ideen mittlerweile verwirklicht. Beispielsweise beschreibt Adams ein fiktives Telekommunikationsnetzwerk, Sub-Etha, welches das Senden und Empfangen von Daten ermöglicht. Sub-Etha wird erstmals im Roman von 1979 erwähnt und somit einige Jahre vor der Einführung des World Wide Web und der Verbreitung von drahtlosen Datennetzwerken. Weitere Beispiele finden sich auf der Website von BBC Radio 4

Von Neele Mühlhoff und Eliana Berger

Sayler/ Morris

„Solar-Geoengineering ist keine Lösung für den Klimawandel“

Glacial, Icecap and Permafrost Melting XXXVI: Bellingshausen Base, King George Island, Antarctica, 2008. © Sayler/Morris

Solar-Geoengineering zielt darauf ab, die Atmosphäre unseres Planeten zu verändern, um das Sonnenlicht besser zu reflektieren. Anstatt den Treibhauseffekt selbst abzuschwächen, soll die Menge des Sonnenlichts verringert werden, das überhaupt in die Treibhauserde eindringt. Gernot Wagner, Geschäftsführer des Harvard-Forschungsprogramms Solar-Geoengineering, erläutert die Grundlagen, den Forschungsstand sowie die Chancen und Gefahren dieser Idee.

Professor Wagner – als Co-Direktor des Harvard-Forschungsprogramms Solar-Geoengineering, was genau versuchen Sie zu entwickeln?

Im Idealfall möchten wir alle eine vernünftige Klimapolitik betreiben – und zwar sofort. In unserer Forschung zu Solar-Geoengineering geht es jedoch insbesondere darum, die Möglichkeit zu prüfen, einen künstlichen Sonnenschutz für den Planeten zu bauen. Wie würde man einen winzigen Teil des Sonnenlichts zurück in den Weltraum reflektieren, um den Planeten zu kühlen?

Wie funktioniert das?

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, den Planeten reflektierender zu machen. Warum tragen die Menschen im Sommer Weiß und im Winter Schwarz? Der Grund dafür ist, dass Weiß das Sonnenlicht reflektiert und Schwarz es absorbiert. Im Sommer kühlt man sich ab, indem man ein weißes T-Shirt trägt. Das ist das Grundprinzip. Die Weißlackierung von Dächern hat den gleichen Effekt in größerem Maßstab, allerdings immer noch auf lokaler Ebene.

Wie würde das für den gesamten Planeten funktionieren?

Im Idealfall möchte man erreichen, dass die Sonne gleichmäßig und global heruntergefahren wird. Die am häufigsten diskutierte Methode dreht sich um Substanzen, die als stratosphärische Aerosole bezeichnet werden. Die Idee ist, diese winzigen reflektierenden Partikel in die untere Stratosphäre einzuführen, um einen kleinen Teil des Sonnenlichts wieder ins All zu reflektieren. Die beste Analogie hier sind Vulkane. Nach dem Ausbruch des Mount Pinatubo auf den Philippinen im Jahr 1991 sanken die globalen Durchschnittstemperaturen 1992 um 0,5 ° C aufgrund der daraus resultierenden Sulfat-Aerosole in der Stratosphäre. Nach etwa achtzehn Monaten fallen sie wieder aus, so dass die globalen Temperaturen im Jahr 1993 wieder so warm waren wie vor dem Ausbruch. Natürlich ist das alles nur eine Analogie. Bei der Solartechnik geht es nicht um die Explosion künstlicher Vulkane. Sie könnte speziell entwickelte Flugzeuge nutzen, um das Material in der unteren Stratosphäre zu verteilen.

Wir sprechen also von einem kontinuierlichen, langfristigen Bestreben, da diese Stoffe regelmäßig erneuert werden müssten?

Ja, in der Tat. Es muss noch ein weiteres wichtiges Merkmal beachtet werden. Es stellt sich heraus, dass die direkten Entwicklungskosten – also die Kosten, die beim Transport des Materials in die Stratosphäre entstehen – sehr, sehr günstig sind. Nach unserer groben Schätzung sprechen wir von weniger als 10 Milliarden Dollar pro Jahr, um das zu tun, was beispielsweise Pinatubo getan hat, nämlich die globalen Temperaturen um etwa 0,5 ° C zu senken.

Solar-Geoengineering hat genau die entgegengesetzten Eigenschaften einer Senkung der CO2-Emissionen. Die Abschwächung des Klimawandels gleicht einem massiven Koordinierungsaufwand, der global, langfristig und teuer ist. Es ist das am meisten perfekte Problem der Welt. Im Vergleich dazu wird Solar-Geoengineering oft als „schnell, billig und fehlerhaft“ beschrieben. Die letzte Zuschreibung ist ebenso wichtig, da es sich nicht mit der eigentlichen Ursache befasst.

Also soll Solar-Geoengineering keine Lösung für den Klimawandel sein?

Nein, absolut nicht. Man könnte es sich als medizinische Metapher vorstellen. Wir alle wissen, dass wir Diät machen und uns bewegen sollten. Iss deinen Grünkohl, und lauf jeden Morgen dreißig Minuten. Wir wissen auch, dass die meisten Menschen beides nicht tun. Jetzt haben Sie diesen siebzigjährigen übergewichtigen Herzpatienten, unsere Erde, und die große Frage ist: Was tun? Natürlich wird der Arzt ihm raten, Diät zu machen und sich zu bewegen.

Aber in diesem Stadium verlängert sich das Leben dieser Person um einiges, wenn sie täglich eine Pille mit Statinen bekommt, um ihren Cholesterinspiegel zu senken und das Risiko eines Herzinfarkts zu verringern. Das ist ähnlich wie beim Solar-Geoengineering. Es ist kein Ersatz für eine gesunde Ernährung und Bewegung – für die Reduzierung der Emissionen. Solar-Geoengineering ist keine Lösung für den Klimawandel. Es kann uns helfen, Zeit zu gewinnen und dabei etwas Gutes zu tun. Aber das war’s dann auch schon. Es ist keine Lösung.

Wenn wir nicht in der Lage sind, eine funktionierende, verbindliche, globale Vereinbarung zur Senkung der CO2-Emissionen zu treffen, warum sollte ein globales Geoengineering-System funktionieren?

Eine Antwort, die nicht ideal, aber in unserer wenig idealen politischen Welt von entscheidender Bedeutung ist: Es ist nicht notwendig, einen globalen Plan für das solare Geoengineering zu haben. Eine globale Koordinierung wäre natürlich das ideale Szenario. Aber wir leben nicht in einer idealen Welt, in der alles auf logische und rationale Weise geschieht. Allerdings ist es – zurück zu den oben genannten Eigenschaften – schnell, billig und fehlerhaft. „Billig“ ist hier das Entscheidende. Es ist so billig, dass es viele Länder gibt, von denen man sich vorstellen könnte, dass sie sich darauf einlassen. Es ist durchaus möglich, sich ein Szenario vorzustellen, in dem die Technologie ohne diese perfekte politische Steuerung eingesetzt wird. Obwohl dies eindeutig wünschenswert ist, ist ein globales Abkommen keine Voraussetzung für den Einsatz.

Aber würden sich die Bemühungen auf lokaler Ebene auf die ganze Welt auswirken?

Ja, das könnten sie. Das Klima ist global. So wie der Ausstoß einer Tonne CO2 überall das Klima beeinflusst, so haben auch bestimmte Formen des solaren Geoengineerings globale Auswirkungen. Und diese Auswirkungen sind viel stärker als bei CO2-Emissionen – um Größenordnungen stärker. Hunderttausende Tonnen Sulfat-Aerosole in der Stratosphäre könnten dazu beitragen, die durchschnittliche Auswirkung der globalen Erwärmung von Milliarden Tonnen CO2 auszugleichen. Die Hebelwirkung ist erstaunlich – nicht im positiven Sinne des Wortes, sondern im Bezug auf die schiere Kraft.

Wie weit sind die Forschungen zum Thema Solar-Geoengineering an der Harvard University fortgeschritten? Gab es irgendwelche Experimente im Freien?

Noch nicht, aber es geht tatsächlich in diese Richtung. Unter der Leitung des Atmosphärenchemikers Frank Keutsch wird nun das Projekt SCoPEx (Stratospheric Controlled Perturbation Experiment) gefördert. Er und seine Kollegen entwerfen ein kleines Experiment, bei dem ein Ballon in die untere Stratosphäre geflogen wird, um die Auswirkungen in der realen Welt zu messen.

Was passiert, wenn das Experiment schiefgeht?

Nun, es geht hier nicht darum, die Temperatur zu ändern. Selbst wenn es sich um Sulfat-Aerosole handeln würde, würde das Experiment weniger Sulfate freisetzen als ein kommerzielles Flugzeug in einer Minute Flugzeit. Es gibt heute vierzigtausend dieser Flugzeuge da oben über den USA. Aber natürlich ist dieses Experiment in der Tat ein Symbol für etwas viel Größeres. Obwohl der wissenschaftliche Aspekt wichtig ist, geht es im Gespräch vor allem darum, wofür diese Art von Experiment steht. Die sensationellen Schlagzeilen schreiben sich selbst, und viele wurden bereits geschrieben. Dabei wissen wir noch gar nicht, wann und, offen gesagt, nicht einmal ob das Experiment tatsächlich stattfinden wird. Viele Governance-Fragen müssen berücksichtigt werden, auch von einem formellen, externen Beratungsgremium.

Wie lange wird es dauern, bis die Technologie ein globales Geoengineering ermöglicht, das den Planeten effektiv kühlt?

In gewisser Weise existiert die Technologie bereits, um dies auf eine eher dumme, vorzeitige und kläglich fehlgeleitete Art zu tun. Vulkane machen das schon seit Ewigkeiten. Aber das ist ein ziemlich gefährlicher Gedanke. Es wird viel Forschung benötigt – nicht zuletzt auf der sozialwissenschaftlichen Seite, um die äußerst wichtigen Governance-Fragen zu untersuchen. Aber wäre es technisch machbar, Flugzeuge zu entwerfen, die dies bald schaffen könnten? Ja. Wäre es wünschenswert? Wahrscheinlich nicht. Niemand, der hier als Forscher arbeitet, würde vorschlagen, diese Technologie bald zu nutzen.

Warum könnte es früher eingesetzt werden, als zu hoffen ist?

Stellen Sie sich ein mittelgroßes Land vor, das besonders stark vom Klimawandel betroffen ist, vielleicht eines in den Tropen. Jetzt schlägt der x-te „hundertjährige“ Sturm erneut zu, vielleicht der dritte innerhalb von zwölf Monaten. Der nationale Sicherheitsberater des Präsidenten würde es nicht versäumen wollen, diese Möglichkeit zu erwähnen: „Wir sind uns nicht hundertprozentig sicher, ob dieses Ding die Intensität des Sturms verringern wird, aber wir sind verzweifelt. Versuchen wir also etwas, irgendetwas.“ Dies ist möglicherweise das wahrscheinlichste Einsatzszenario.

Und niemand weiß, ob dies in zehn, fünfzehn oder zwanzig Jahren der Fall sein wird, aber es wäre technisch durchaus machbar, dass ein Land einen so umfangreichen Noteinsatz durchführt. Wir sind an der Forschung interessiert, weil die Technologie auf dem Markt ist, aber die vollständigen Auswirkungen noch unbekannt sind, insbesondere auch für ein solch übereiltes Einsatzszenario. Und im Idealfall würde Solar-Geoengineering natürlich viel rationeller und sinnvoller eingesetzt werden. Also forschen wir besser, um herauszufinden, wie man tatsächlich verantwortungsbewusst damit umgeht, oder ob es wünschenswert ist, darüber nachzudenken, es überhaupt einzusetzen. Und selbst wenn nicht, gibt es immer die Möglichkeit des Alleinakteurs.

Haben Sie Angst, dass Ihre Forschung von der Lobby für fossile Brennstoffe missbraucht wird, um die öffentliche Wahrnehmung des Klimawandels zu verändern? Sie könnte argumentieren, dass wir nicht auf fossile Brennstoffe verzichten müssen, wenn wir den Planeten künstlich kühlen können.

Sie sprechen eine der größten Ängste da draußen an, wenn es um Solar-Geoengineering geht. Sie fällt oft unter den Begriff „Moral Hazard“ und ist einer der Gründe, warum sich viele Sozialwissenschaftler für das Thema interessieren: Dieses Phänomen des „Moral Hazards“ zu untersuchen, die politische Steuerung zu untersuchen, und all diese anderen Fragen, die ein wesentlicher Bestandteil dieses Gespräches sind. Natürlich müssen wir die technische Seite, das Engineering und die Risikobewertung, in Ordnung bringen, aber das ist nur ein Aspekt dessen, was notwendig ist. Der soziale Aspekt ist mindestens genauso wichtig und umfasst mehr öffentliche Gespräche und Forschungsprojekte als die „beschränkten” wissenschaftlichen und technologischen Fragen.

Im Zusammenhang mit „Moral Hazard“ lautet die große Frage, die wir uns stellen müssen: Könnte das bloße Gespräch über dieses Thema von der Notwendigkeit ablenken, die CO2-Emissionen überhaupt zu reduzieren? Bis zu einem gewissen Grad ist der Kompromiss zwischen Solar-Geoengineering und Schadensbegrenzung tatsächlich rational. Wenn Ihr Arzt Ihnen sagt, dass Sie 30 Minuten am Tag trainieren sollen und dass Sie eine cholesterinsenkende Pille einnehmen können, könnte es durchaus sinnvoll sein, jetzt zum Beispiel 29 ½ Minuten statt der empfohlenen 30 Minuten ohne Pille zu trainieren. Natürlich ist das eigentliche Problem: Niemand trainiert 30 Minuten pro Tag. Es gibt eine Reihe von Enthusiasten, die täglich 60 Minuten trainieren. Das sind die Umweltschützer. Und sie tun bereits das Richtige. Sie werden weiterhin nach „CO2-Steuern“ rufen und entsprechend abstimmen. Das eigentliche Problem ist, dass die überwiegende Mehrheit von uns überhaupt nicht trainiert, das heißt, sie tut viel zu wenig, wenn es um die Schadensbegrenzung geht. Das ist das klassische „Trittbrettfahrer”-Problem: Keiner von uns hat ausreichend Anreiz, um genug zu tun.

Aber wird Solar-Geoengineering nicht unsere Ignoranz gegenüber dem Klimawandel verstärken, indem es ihn weniger bedrohlich erscheinen lässt?

Vielleicht. Oder es wird genau das Gegenteil bewirken. Nennen Sie es „umgekehrter Moral Hazard“. Es gibt tatsächlich zu viele, die nicht glauben, dass der Klimawandel überhaupt existiert. Wieder ist „Moral Hazard“ real. In gewisser Weise ist der Kompromiss allgegenwärtig, und ja, es gibt den Verhaltensausgleich: Wir Forscher erwähnen Solar-Geoengineering, und die Unternehmen für fossile Brennstoffe sagen: „Ha, wir können weiter pumpen. Es wird einen Techno-Fix geben!“ Aber auch das Gegenteil kann der Fall sein: Wenn Sie den Menschen von Solar-Geoengineering erzählen und sie noch nie von diesem Thema gehört haben, kann ihre Reaktion genauso gut lauten: „Moment mal, wenn eine solche Technologie entwickelt wird und wenn ernstzunehmende Menschen darüber reden, ist vielleicht doch etwas dran an diesem Klimaproblem!“ Solar-Geoengineering könnte also in der Tat ein Weckruf sein, um die Bemühungen um Schadensbegrenzung zu verstärken. Einige gute Forschungsergebnisse weisen auf beide Möglichkeiten hin. Die große Frage ist eigentlich, unter welchen Umständen und – normativ gesehen –, wie man Menschen dazu bringt, mehr Schadensbegrenzung betreiben zu wollen, wenn sie von Solar-Geoengineering hören.

Die Kritik von links ist, dass die gesamte Idee des Solar-Geoengineering nicht mit der kapitalistischen Erzählung von endlosem Wachstum und Entwicklung bricht. Es ist ein Versuch, ein Problem, das das Ergebnis von Technologie ist, mit mehr Technologie zu lösen. Wie würden Sie darauf reagieren?

Nun, um das klarzustellen, wir müssen die CO2-Emissionen senken. Wir müssen den Preis für CO2 festlegen. Wir müssen die Marktkräfte in die richtige Richtung lenken. Und ich weiß, dass Solar-Geoengineering ein einfacher Ausweg zu sein scheint. Das ist es nicht. Nur weil die direkten Kosten an sich niedrig sind, bedeutet das nicht, dass es eine gute Idee ist. Und nur weil es im Vergleich zu Schadensbegrenzung billig ist, heißt das nicht, dass wir es anstelle von Schadensbegrenzung tun sollten. Es kann höchstens eine Ergänzung zur Schadensbegrenzung sein. Nur weil es eine Chemotherapie gibt, heißt das nicht, dass wir weiter rauchen sollten. Und ja, es gibt sicherlich diejenigen, die sich Solar-Geoengineering ansehen und sagen: „Oh, das ist der einfache Ausweg. Es gibt uns einen Ausweg, den wir nicht haben sollten, den wir nicht wollen sollten.” Ich würde sagen, die direkte Antwort darauf lautet: Zu spät. Zum einen kennen wir diese Möglichkeit schon seit Langem. Der allererste Bericht über den Klimawandel an einen US-Präsidenten ging 1965 an Lyndon B. Johnson. In diesem Bericht wird eine Lösung erwähnt, und zwar nicht die CO2-Steuer. Es war die Albedo-Modifikation, die sich in diesem speziellen Fall auf die Aufhellung der Ozeane bezog, um mehr Sonnenlicht zu reflektieren. Inzwischen wissen wir ziemlich genau, dass dies technisch nicht machbar ist, und es gäbe viele andere ökologische und sonstige Konsequenzen, die, gelinde gesagt, unpraktikabel wären. Dennoch war Geoengineering von Anfang an Teil dieses Gesprächs. Das Thema war fünfzig Jahre lang ein Tabu – und das aus gutem Grund: aus der Angst vor der Notwendigkeit von Emissionsminderungen. Solar-Geoengineering ist keine neue Idee. Es ist nicht etwas, was ein paar Wissenschaftler vor zehn Jahren aus der Luft gegriffen haben, und jetzt explodiert das Thema. Es gibt die Idee schon seit Langem.

Natürlich zieht sie jetzt, da mehr Forschung stattfindet, auch mehr Aufmerksamkeit auf sich, insbesondere die journalistische Aufmerksamkeit, weshalb wir gerade jetzt darüber sprechen. Und ja, der richtige Rahmen für dieses Gespräch ist entscheidend. Solar-Geoengineering ist keine Lösung für den Klimawandel, und es darf nicht so dargestellt werden. Trotzdem können wir nicht so tun, als ob diese Idee nicht existiert, und ja, wenn sie vernünftig durchgeführt wird, kann sie tatsächlich auch viel Gutes bewirken.

Interview: Jonas Hermann

Übersetzung: Hannah Riegert-Wirtz

Sayler/ Morris © Rose Lincoln

Gernot Wagner ist Ökonom und Geschäftsführer des Harvard-Forschungsprogramms Solar-Geoengineering. In seiner Forschung beschäftigt er sich mit den wirtschaftlichen, sozialen und politischen Folgen des Klimawandels. Zusammen mit seinem Harvard-Kollegen Martin L. Weitzman veröffentlichte er kürzlich das Buch Klimaschock: Die extremen wirtschaftlichen Konsequenzen des Klimawandels (2016). Wagner wechselt in diesem Sommer an die New York University und tritt eine Stelle am Department of Environmental Studies und der Wagner School of Public Service an.

“Solar Geoengineering is not a solution for climate change”

Glacial, Icecap and Permafrost Melting XXXVI: Bellingshausen Base, King George Island, Antarctica, 2008 © Sayler/Morris

Solar Geoengineering seeks nothing less than to modify the atmosphere of our planet in order to make it more reflective to sunlight. Rather than mitigating the greenhouse effect itself, it is supposed to decrease the amount of sunlight that enters the greenhouse Earth in the first place. Gernot Wagner, the executive director of Harvard’s Solar Geoengineering Research Program, explains the basic principles, the state of research as well as the opportunities and dangers of this idea.

Professor Wagner, as the co-director of Harvard’s Solar Geoengineering Research Program, what is it that you’re trying to engineer?

Ideally, we’d all like to engineer sensible climate policy—now. Specifically, though, our research on Solar Geoengineering is about exploring the possibility of building an artificial sunshade for the planet. How would one reflect a tiny portion of sunlight back into space in an attempt to cool the planet?

How does it work?

There are various ways to make the planet more reflective. Why do people wear white in the summer and black in the winter? The reason is that white reflects sunlight and black absorbs it. You cool yourself in the summer by wearing a white t-shirt. That’s the basic principle. Painting roofs white has the same effect on a larger scale, still locally, though.

How would that work for the entire planet?

Ideally, what one would like to achieve is to turn down the sun uniformly, globally. The most prominent method usually discussed revolves around substances called stratospheric aerosols. The idea is to introduce these tiny reflective particles into the lower stratosphere, in order to reflect a small portion of sunlight back into space. The best analogy here are volcanoes. After Mount Pinatubo in the Philippines erupted in 1991, average global temperatures in 1992 were about 0.5 °C cooler because of the resulting sulfate aerosols in the stratosphere. They all fall out again after about eighteen months, so global temperatures in 1993 were again as warm they had been without the volcano. Of course, all of that is just an analogy. Solar engineering is not about exploding artificial volcanoes. It might involve specifically designed airplanes in order to disperse the material in the lower stratosphere.

Consequently, we are talking about a continuous, long-term effort since these substances would have to be renewed on a regular basis?

Yes, indeed. There’s also another important feature to consider. It turns out the direct engineering costs—how much it costs to lift the material into the stratosphere—is very, very cheap. According to our one rough estimate, we are talking about less than $10 billion per year to do what, for example, Pinatubo has done; to lower global temperatures by around 0.5 °C.

Solar Geoengineering has the exact opposite properties of mitigating CO2 emissions in the first place. Climate change mitigation is akin to a massive coordination effort that is global, long-term, and expensive. It’s the world’s most perfect problem. By comparison, solar geoengineering is often described as “fast, cheap, and imperfect.” That last term is important, too, as it does not address the root cause.

So it’s not supposed to be a solution for climate change?

No, absolutely not. You could think of it in terms of a medical metaphor. We all know that we should diet and exercise. Eat your kale, and run thirty minutes every morning. We also know that most people don’t do either. Now you have this seventy-year-old overweight heart patient, our earth, and the big question is: what to do? Of course, the doctor will advise him to diet and exercise. But at that stage, what will prolong that person’s life for longer is to pop a pill of statins a day to lower his cholesterol level and to decrease the risk of a heart attack. That is akin to solar geoengineering. It is not a replacement for diet and exercise – for cutting emissions. Solar Geoengineering is not a solution for climate change. It may help buy us time and do some good in the process. But that’s about it. It is not a solution.

If we’re unable to install a working, compulsory global arrangement to cut CO2 emissions, why would a global geoengineering scheme work?

Here is one answer, which is less than ideal, but it’s a crucial consideration in this less-than-ideal policy world of ours: It’s not necessary to have a global plan for solar geoengineering to happen. Global coordination would, of course, be the ideal scenario. But we don’t live in an ideal world, where everything happens in a logical, rational manner. That said, back to the aforementioned properties: It’s fast, cheap, and imperfect. The second—“cheap”—is key here. It’s so cheap that there are lots of countries one could imagine pulling the trigger. So it’s certainly possible to imagine a scenario where the technology gets used without these perfect governance systems in place. So while clearly desirable, global arrangement is not a precondition for deployment here.

But would efforts on a local level, affect the entire world?

Yes, they could. Climate is global. Much like emitting a ton of CO2 anywhere affects the climate everywhere, certain forms of solar geoengineering, too, have these global effects. And these effects are much more powerful than with CO2 emissions—orders of a magnitude more powerful. Hundreds of thousands of tons of sulfate aerosols in the stratosphere could help offset the average global warming effects of billions of tons of CO2. The leverage is amazing—not in the positive sense of the word, but in terms of sheer power.

How far has the research on Solar Geoengineering at Harvard University progressed? Have there been any open air experiments?

Not yet, but things are indeed moving in that direction. There’s funding now for a project called SCoPEx (Stratospheric Controlled Perturbation Experiment), led by atmospheric chemist Frank Keutsch. He and colleagues are designing a small-scale experiment involving a balloon flown into the lower stratosphere in an effort to measure impacts in the real world.

What if the experiment goes wrong?

Well, this isn’t about trying to change the temperature. Even if sulfate aerosols were involved, the experiment would release fewer sulfates than one commercial airplane releases in one minute of flight. There are forty thousand of these planes up there today over the US. But, of course, this experiment is indeed a symbol of something much bigger. While the scientific aspect is important, lots of the conversation is really about what this kind of experiment represents. The sensationalist headlines write themselves, and many have already been written. Meanwhile, we do not yet know when—and, frankly, even if—the experiment will, in fact, happen. There are lots of governance questions to consider, including by a formal, external advisory panel.

How long will it take until the technology allows for global Solar Geoengineering that effectively cools the planet?

In some sense, the technology exists already to be doing this in a rather dumb, premature, and woefully misguided way. Volcanoes have been doing this forever. But that’s a rather dangerous thought. There’s lots of research that’s needed—not least on the social science side of things to explore the all-important governance questions. But would it be technically feasible to design the kind of planes that would be able to do this soon? Yes. Would it be desirable? Probably not. Nobody working here as a researcher would propose to use it soon.

Why might it be deployed sooner than one would hope?

Imagine a mid-sized country particularly affected by climate change, perhaps one located in the tropics. Now there’s the umpteenth “hundred-year” storm hitting yet again, perhaps the third within twelve months. The national security advisor to the president might be remiss not to mention the possibility: “We are not a hundred percent sure whether this thing will decrease the storm’s intensity, but we are desperate. So let’s try something, anything.” This may well be the likeliest deployment scenario. And nobody knows whether that is going to happen in ten or fifteen or twenty years, but it would indeed be technically feasible for a country to engage in such a sizeable crash deployment program. Here, we are interested in doing the research because the technology is out there, but the full ramifications are still unknown, especially also of such a hasty deployment scenario. And, of course, ideally, solar geoengineering would be used much more rationally and sensibly. So we better do the research in order to figure out how to actually do it responsibly, or whether it is desirable to contemplate doing it in the first place. And even if not, there’s always that possibility of the rogue actor.

Are you afraid that your research will be hijacked by the fossil fuels lobby in order to change the public perception of climate change? It might argue that we don’t have to stop using fossil fuels if we can artificially cool the planet.

You’ve put your finger on one of the biggest fears out there when it comes to Solar Geoengineering. It often comes under the heading of “moral hazard” and is one of the reasons why there are lots of social scientists interested in the topic: To study this “moral hazard” phenomenon, to study governance, to study all these other questions that are a crucial part of this conversation. Of course, we need to get the technical side right, the engineering, the risk assessment, but that is only one aspect of what is necessary. The social aspect is at least as important and involves more public conversations and research projects than the “narrow” scientific and technological questions.

In the context of moral hazard, the big question we have to ask is: Could the mere conversation about this topic detract from the need to mitigate CO2 emissions in the first place? To some extent, the trade-off between Solar Geoengineering and mitigation is, in fact, rational. If your doctor tells you to exercise for 30 minutes a day and he also tells you that you can pop a cholesterol-lowering pill, it might well be rational to now work out for, say, 29 ½ minutes instead of the 30 recommended without the pill. Of course, the real problem is: Nobody exercises 30 minutes a day. There is a bunch of enthusiasts who exercise 60 minutes a day. Those are the environmentalists. And they are already doing the right thing. They will continue to shout “carbon taxes!” left and right and vote accordingly. The real problem is that the vast majority of us doesn’t exercise at all, that is to say, does way too little when it comes to mitigation. That’s the classic “free rider” problem: None of us has enough of an incentive to do enough.

But isn’t Solar Geoengineering going to increase our ignorance of climate change by making it seem less threatening?

Perhaps, or it might do the exact opposite. Call it “inverse moral hazard.” There are indeed too many who do not believe that climate change even exists. Again, moral hazard is real. In some sense, the trade-off is ever-present, and yes, there’s the behavioral trade-off: We researchers mention Solar Geoengineering, and the fossil fuel companies say: “Ha, we can keep on pumping. There’ll be a techno-fix!” However, the opposite may also hold true: If you tell people about Solar Geoengineering and they have never heard of this topic before, their reaction may as well be to say “Wait! If such technology is being developed and if serious people are talking about this, maybe there is something to this climate problem after all!” Solar Geoengineering could, thus, be indeed a wake-up call to increase efforts in terms of mitigation. Some good research points to both possibilities. The big question really is which applies under which circumstances, and—normatively speaking—how to get people to want to do more mitigation when they hear about Solar Geoengineering.

The criticism coming from the left is that the entire idea of Solar Geoengineering does not break with the capitalist narrative of endless growth and development. It is an attempt to solve a problem that is the result of technology with more technology. How would you respond to that?

Well, to be clear, we do need to cut CO2 emissions. We have to price CO2. We have to guide market forces in the right direction. And I realize that Solar Geoengineering appears to be an easy way out. It is not. Just because the direct costs alone are low does not mean it’s a good idea. And just because it’s cheap compared to mitigation does not mean we should do it instead of mitigation. At best, it can be a complement to mitigation. Just because chemotherapy is available, doesn’t mean we should keep smoking. And yes, there are certainly those who look at Solar Geoengineering and say “Oh, that’s the easy way out. It gives us a way out that we shouldn’t have, that we shouldn’t want to have.” The most direct answer to that, I’d say, is: Too late. For one, we have known about this possibility for a long time. The very first report on climate change to a US president was for Lyndon B. Johnson, in 1965. This report mentions one solution, and it wasn’t CO2 taxes. It was albedo modification, which in that particular instance referred to the brightening of oceans to reflect more sunlight. By now we pretty much know that that wouldn’t be technically feasible, and there would be lots of other ecological and other consequences that make that idea impractical, to say the least. Nevertheless, geoengineering has been part of this conversation from the very beginning. That said, there had been a 50-year-long taboo around this topic, and in part for good reason, precisely because of this fear that it would detract from the need to mitigate emissions. Solar Geoengineering isn’t a new idea. It’s not something a couple of scientists pulled out of thin air ten years ago, and now the topic is exploding. It has been around for a long time.

Of course, now that there is more research happening, it also draws more attention, especially journalistic attention, which is why we are talking right now. And yes, finding the right framing for this conversation is crucial. Solar Geoengineering is not a solution to climate change, and it must not be presented that way. All that said, we cannot pretend this idea doesn’t exist, and yes, when done sensibly, it may actually do a lot of good, too.

Interview: Jonas Hermann

Rose Lincoln Photo

Gernot Wagner is an economist and the executive director of Harvard’s Solar Geoengineering Research Program. His research is concerned with the economic, social, and political consequences of climate change. Together with Harvard’s Martin L. Weitzman, he has recently published Climate Shock: The Economic Consequences of a Hotter Planet (2016). Wagner is moving to New York University this summer, taking up a post joint between the Department of Environmental Studies and the Wagner School of Public Service.

SSC (Swedish Space Corporation)

In fortytwo’s nutshell – June Edition

Baloon launch in Kiruna in 2006    @SSC (Swedish Space Corporation)

DE

Was haben Rentiere und wiederverwendbare Raketen gemeinsam? Kann Folie im Weltraum die Klimakrise lösen? Und freuen sich Mars-Rover eigentlich, wenn sie einander bei der Arbeit begegnen? Das Teleskop der Presseschau für den Juni schweift vom Polarkreis über Fragen der Sonneneinstrahlung hin zum Roten Planeten.

Schweden will Weltraumbahnhof werden

Spätestens seit Elon Musk mit SpaceX in die private Raumfahrt eingestiegen ist, scheint das öffentliche Interesse an der kommerziellen Raumfahrt explodiert zu sein. Jetzt wollen auch die Schweden mitmischen – und zwar im „Esrange Space Center“, einem von der ESA aufgegebenen Weltraumforschungszentrum mitten in der schwedischen Tundra. Wie die New York Times berichtet, wird die Anlage in der Stadt Kiruna gerade zum Testgelände mit Start- und Landeplätzen für wiederverwendbare Raketen umgebaut, 2022 sollen die ersten Flüge abheben. Damit ist Schweden das erste europäische Land, das in den Wettbewerb um die kommerzielle Raumfahrt einsteigt. Und Standort des ersten Raketenstartgelände in Europa überhaupt – bislang schießt die ESA ihre nicht-wiederverwendbaren Ariane-Raketen von Französisch-Guyana aus ins All.

Um die Forschungsobjekte zu schützen, ist das Testgelände streng bewacht und mit kilometerlangen Zäunen umgeben – was einige Rentiere nicht zu stören scheint. Immer wieder überwinden sie die Zäune und streifen über das Hochsicherheitsgebiet.

Ein kosmischer Sonnenschirm

Es ist kein Geheimnis: Unzählige technische Innovationen, die uns das Leben erleichtern, stammen aus der Raumfahrtforschung. Nun soll eine solche Innovation auch Hoffnung in der Lösung eines sehr irdischen Problems stiften – der Klimakrise.

Dreh- und Angelpunkt des Vorhabens ist ein sogenannter Lagrange-Punkt: eine Stelle im Kosmos, an der sich die Anziehungskraft der Erde und der Sonne aufheben. Deshalb könnte man an exakt dieser Position laut neuester Forschungen dank der günstigen physikalischen Eigenschaften mithilfe von 31.000 kleinen Raumsonden eine dünne Folie spannen. Die Vorrichtung würde zwei Prozent des Sonnenlichts filtern – das wäre Berechnungen zufolge gerade genug, um die prognostizierte Erderwärmung auszugleichen. An diesem Geoingeneering-Projekt forscht unter anderem der Bremer Satelliten-Bauer OHB. Die Reaktionen auf den kosmischen Sonnenschirm sind gemischt, solche sogenannten Techno-Fixes seien in der Praxis zu schwer umsetzbar, heißt es. Gegner wollen die Erderwärmung durch CO2 lieber gleich an der Wurzel – also auf der Erde – eindämmen, statt ein gewaltiges Projekt ins Weltall zu schießen, wenn es für alles andere zu spät ist.

Mehr über Geoengineering und 9 weitere Perspektiven auf die Klimakrise findet ihr in unserem fortytwomagazine #4 , “Klima im Wandel”.

Zwei Rover auf dem Mars sind besser als einer

„Ni Hao Huo Xing“ bedeutet „Hallo Mars“ auf Chinesisch und war der allgegenwärtige Slogan in Chinas Medien, als vor zwei Wochen der „Tianwen-1“ nach zehn Monaten Flugzeit auf dem Mars aufsetzte. Seine wertvolle Fracht, der Rover „Zhurong“, benannt nach dem chinesischen Feuergott, soll nun drei Monate lang Messungen auf dem Roten Planeten durchführen. Während der Landeanflug der US-Marssonde im Februar noch zum weltweiten Live-Streaming-Event wurde, blieb die chinesische Raumfahrtbehörde CNSA dem Economist zufolge zurückhaltend. Zu groß war die Sorge vor einem medienwirksamen Scheitern der komplizierten Landung. Nach dem gelungenen Manöver und lobenden Worten von Staatschef Xi Jinping dürfen begeisterte Mars-Beobachter nun abwarten, ob „Zhurong“ seinen US-Kollegen „Perseverance“ treffen wird. Und sich die Frage stellen: Was tun die beiden Mars-Rover, wenn sie in der Einsamkeit des Weltalls einen der ihren treffen?

Von Lisa Zahrobsky

ENGL

What do reindeer and reusable rockets have in common? Can foil in space solve the climate crisis? And are Mars rovers actually happy when they meet each other at work? The telescope of the June press review wanders from the Arctic Circle to questions of solar radiation on to the Red Planet.

Sweden wants to become a spaceport

Latest since Elon Musk entered private spaceflight with SpaceX, public interest in commercial spaceflight seems to have exploded. Now the Swedes want to get in on the action, too – at the “Esrange Space Center,” a space research center abandoned by the ESA in the middle of the Swedish tundra. As the New York Times reports, the facility in the city of Kiruna is currently being converted into a test site with launch and landing pads for reusable rockets, and the first flights are scheduled to take off in 2022. This will make Sweden the first European country to enter the commercial spaceflight competition. Additionally, the new center will become the first-ever rocket launch site in Europe – until now, ESA has been shooting its non-reusable Ariane rockets into space from French Guyana.

The test site is strictly guarded and surrounded by kilometer-long fences, protecting the research objects – which doesn’t seem to bother some reindeer. Time and time again, they jump over the fences and roam the high-security area.

A cosmic parasol

It’s no secret: countless technical innovations that improve our lives have originated in space research. Now such innovation is also expected to provide hope in solving a very earthly problem – the climate crisis.

At the core of the project is a so-called Lagrange point: a place in the cosmos where the Earth’s and the Sun’s gravitational pull cancel each other out. According to the latest research, thanks to Lagrange point’s favorable physical properties a thin foil could be stretched at exactly this position with the help of 31,000 small space probes. The device would filter two percent of the Sun’s radiation, which would be just enough to offset the predicted scale of global warming, calculations predict. Among others, Bremen-based satellite constructor OHB is conducting research into this geoengineering endeavour. Reactions to the cosmic parasol have been mixed; so-called techno-fixes are said to be too difficult to realize. Opponents would rather curb global warming caused by CO2 at its root – on Earth – instead of launching a massive project into space as a last-minute resort..

For more on geoengineering and 9 other perspectives on the climate crisis, see our 42 magazine #4 , “Changing Climate”.

Two rovers on Mars are better than one

“Ni Hao Huo Xing” means “Hello Mars” in Chinese and was the ubiquitous slogan in China’s media when “Tianwen-1” touched down on Mars two weeks ago after ten months of travel. Its precious cargo, the rover “Zhurong,” named after the Chinese god of fire, will now spend three months gathering information on the Red Planet. While the landing approach of the U.S. Mars probe in February still became a worldwide live-streaming event, the Chinese space agency CNSA remained cautious, according to the Economist. There was too much concern about a failure of the complicated landing and the media attention such a disaster would attract. After the successful maneuver and words of praise from the head of state Xi Jinping, enthusiastic Mars observers are now wondering whether “Zhurong” will meet its U.S. colleague “Perseverance”. The question needs to be raised:What will the two Mars rovers do when they meet one of their own in the solitude of space?

Written & translated by Lisa Zahrobsky

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Blockchain: „Ich glaube, dass es jetzt erst richtig losgeht“

© Max Dauven 0 1 1 0

Der Bitcoin-Boom hat einen digitalen Goldrausch ausgelöst und damit auch die Blockchain-Technologie in den Fokus gerückt. Aber was ist die Blockchain eigentlich? Prof. Gilbert Fridgen erklärt in diesem Interview die Idee der Blockchain. Denn neben dem Investitions- und Finanzpotential bietet die Blockchain bislang ungedachte Chancen für eine moderne Gesellschaft.

Herr Prof. Fridgen – die Blockchain scheint die Technologie der Digitalisierung zu sein. Bitcoins und andere Kryptowährungen haben in den letzten Jahren einen wahren Goldrausch erlebt. Wir wollen einen Blick auf die zugrundeliegende Technologie – die Blockchain – werfen und über das unternehmerische Potenzial dieser Technologie sprechen. Herr Prof. Fridgen, Blockchain, was ist das eigentlich?

Die Blockchain ist, einfach gesagt, ein Zusammenschluss von vielen Computern auf der ganzen Welt. Anders als etwa in einer Bank, die einen großen Server in ihrer Zentrale hat, ist die Blockchain ein dezentrales System mit verteilten Rechnern weltweit. Um dies anschaulicher zu machen, bringe ich gern ein Beispiel: Stellen Sie sich die Blockchain als ein Notizbuch vor, das jeder in der Tasche hat. Doch dieses Notizbuch hat besondere Eigenschaften. Wenn jemand etwas in das Buch schreibt, dann taucht es bei allen Buchbesitzern gleichzeitig auf, und alles, was ich in das Buch schreibe, kann ich nicht mehr herauslöschen. Diese Eigenschaften sorgen dafür, dass so etwas wie Kryptowährungen möglich sind. Denn wenn ich Ihnen etwa Geld überweisen will, dann schreibe ich das in das Notizbuch rein, und jeder kann sehen, dass ich Ihnen Geld überwiesen habe. Die Transaktion wird transparent. Wenn Sie dann einen Teil des Geldes weitergeben wollen, dann weiß jeder, der in das Notizbuch schauen kann, dass Sie das Geld weitergeben dürfen, da Sie es zuvor von mir erhalten haben. Man nennt das gemeinsame Wahrheit.

Transparenz ist also das große Stichwort. Abseits von Kryptowährungen – welche Chancen bietet die Blockchain für die Gesellschaft?

Auf die Seiten des „Notizbuchs“, also der Blockchain, können Sie viel mehr schreiben als ein Währungssystem. Die Idee der gemeinsamen Wahrheit ist die Basis. Der nächste Schritt sind sogenannte Smart Contracts. Das sind Verträge, die durch die Eigenschaften der Blockchain gültig werden. Also dadurch, dass jeder die digitalen Vorgänge einsehen kann, sind sie transparent. Mit Transparenz werden sie kontrollierbar, mit Kontrolle und Anerkennung werden sie gültig. Durch diese allgemeine Gültigkeit fällt der Intermediär, also ein Vermittler zwischen zwei oder mehreren „Parteien“, weg. Und das ist spannend.

Warum? Können Sie das präzisieren?

Ich kann plötzlich vertrauensvoll Verträge schließen und Vorgänge abwickeln, ohne dass ich dafür eine dritte Instanz brauche. Das Netzwerk, also die Blockchain, validiert eine Transaktion oder einen Vertrag selbst. Also brauche ich beispielsweise keine Bank mehr, die als Intermediär für mich die Finanzgeschäfte koordiniert und abwickelt. Und das bietet viele neue Chancen – auch für die Gesellschaft.

Werden Banken also künftig überflüssig?

Nein. Die Banken sind früh auf das Thema Blockchain und Kryptowährungen aufmerksam geworden. Eben weil sie sich als Intermediär bedroht sahen. Die Banken hatten durchaus Angst, dass man künftig keine Finanzdienstleister mehr braucht. Es stimmt zwar, dass manche Transaktionsprozesse künftig ganz ohne Bank, oder zumindest deutlich leichter abgewickelt werden können. Aber Banken tun noch mehr für die Gesellschaft und die Kunden, als ein reiner Transaktionsabwickler zu sein. In der Anlageberatung, bei der Ihnen ein echter Mensch gegenübersitzt und mit Ihnen die Altersvorsorge plant, wird die Blockchain den Bankangestellten beispielsweise nicht ersetzen können. Spannend wird es mit der Blockchain vor allem dort, wo es den Intermediär bislang gar nicht gibt.

Und doch ist vieles durch Zwischeninstanzen geregelt. Gesetzgeber, Staatenbund, Management – wo fehlt uns denn ein Intermediär?

Das sind meistens Gebiete, in denen geographisch oder organisatorisch etwas gegen einen Intermediär spricht. Lassen Sie mich dafür ein Beispiel anbringen. Es gibt bereits viele Initiativen, die versuchen, einen Intermediär einzusetzen. Das erste große Feld ist die Internationale Handelsfinanzierung – International Trade Finance. Da schreibt man der Blockchain viel Potenzial zu, denn bis heute ist der internationale Handel papierbasiert. Wenn Sie als deutscher Importeur aus China einen Schiffscontainer Ware bestellen, dann kommt zu dieser Containerladung etwa ein 15 Zentimeter hoher Papierstapel mit Dokumenten, die den Handel regeln und dokumentieren, überprüfen und gültig machen. Und dieser Dokumentenstapel liegt nicht etwa im Container drin, sondern wird zwischen den verschiedenen Handelspartnern, Banken, Hafenbehörden und dem Zoll hin- und hergeschickt, zum Teil mehrfach um die Welt.

Warum sind so viele auf Papier gedruckt Dokumente nötig? Und wie kann die Blockchain helfen?

Man hat bis heute keinen digitalen Standard für den Internationalen Handel etabliert, denn die Einführung ist komplex. Es gibt eine Vielzahl von Parteien mit unterschiedlichen Zielsetzungen, die teilweise im Konflikt stehen. All diese Interessen müssten sich in einem gemeinschaftlichen Abkommen wiederfinden. Das ist extrem wichtig, denn eigentlich schreit das ganze System nach einem Plattformbetreiber für den internationalen Handel. Einem Intermediär, der die Prozesse kontrolliert und abwickelt. Aber dann kommen die großen Fragen auf: Welchen Standort soll der Plattformbetreiber, der Intermediär, auswählen? Wer betreibt die Plattform? Wenn die Amerikaner die Plattform betreiben, werden die Chinesen ihren Warenhandel nicht über diese Plattform abwickeln. Schon gar nicht, wenn der Firmensitz in dem Rechtsgebiet liegt, das von Donald Trump beeinflussbar ist. Andersherum wäre es übrigens genauso – dafür ist der internationale Handel zu wichtig und komplex. Und hier kommt die Blockchain, die regionsunabhängig ist, ins Spiel. Basierend auf der Idee der gemeinsamen Wahrheit wären alle Transaktionen und Prozesse, Abkommen und Aktionen transparent. Für alle am Handel beteiligten Parteien, unabhängig von geographischen Grenzen. Die Blockchain könnte der Intermediär für den Internationalen Handel werden. Und, ganz nebenbei, würde man einen Haufen Papier sparen.

Wann, schätzen Sie, erreicht uns diese Technologie denn im Alltag?

Ich glaube, dass sie uns spätestens im kommenden Jahr erreicht. Wenn sie es nicht schon bereits getan hat. Ich hoffe nur, dass Sie das gar nicht merken.

Warum hoffen Sie das?

Wenn Sie sich aktuell Blockchain-Lösungen für Kryptowährungen, Intermediäre und internationalen Handel anschauen, dann sind sie für den Laien viel zu kompliziert. Die Blockchain wird nie ein breites Verständnis finden. Das muss sie aber auch nicht, denn der Endnutzer muss die Blockchain nicht aktiv nutzen. Ich glaube eher, dass wir uns daran gewöhnen, dass Dinge künftig schneller und einfacher funktionieren. Was genau dann im Hintergrund mit der Blockchain passiert, das muss nicht jeder begreifen. Es ist ein bisschen wie beim Online-Banking. Daran haben wir uns auch gewöhnt und nutzen es tagtäglich, ohne zu wissen, was genau da jetzt auf den Bank-Servern passiert. Es funktioniert einfach. Wenn Sie heute jemanden auf der Straße fragen, wie Online-Banking funktioniert, dann wird er Ihnen sagen, dass er seinen Browser öffnet, auf die Seite seiner Bank geht und Geld überweist. Das Wie ist nicht entscheidend. Und so wird es auch mit der Blockchain-Technologie sein. Überspitzt gesagt, ist die Technologie in unseren Alltag integriert, wenn wir nichts davon merken.

Aber der Internationale Handel ist ein großes Feld, die Vorgänge – ob mit oder ohne Blockchain – sind schwierig nachzuvollziehen. Wieso bietet die Blockchain hier eine Chance für die Gesellschaft?

Wenn die Technologie im Alltag angekommen ist, dann werden Sie es im Kleinen merken. Plötzlich werden Produkte im Supermarkt billiger, weil Bürokratie- und Verwaltungskosten wegfallen, da alle Transaktionen transparent über die Blockchain abgewickelt werden. Oder Sie lesen von einer besseren Öko-Bilanz, weil nicht mehr Millionen Papierseiten für den Handel durch die Welt geflogen werden müssen. Dann haben auch die Produkte, die Sie kaufen, automatisch einen besseren ökologischen Fußabdruck.

Das wäre wünschenswert. Aber gibt es nicht praktischere Anwendungsmöglichkeiten im Alltag, bei denen mir die Blockchain aktiv hilft?

Ja, ich hoffe, dass es sie geben wird. Aber um das genauer zu erklären, muss ich nochmal klar sagen, dass die Blockchain als vermittelnde, transparente Instanz zwischen Parteien funktionieren kann: als Intermediär. Und zwar anders als bislang. Aktuell haben Sie als Intermediäre fast ausschließlich Dienstleister und Unternehmen, die sich ihre Funktion als Intermediär bezahlen lassen. Sie haben ein wirtschaftliches Interesse – die Blockchain hat das nicht. Was bedeutet das für Nutzer, Kunden, Privatpersonen? Lassen Sie mich ein weiteres Beispiel anführen. Wenn Sie eine Reise buchen, etwa zu mir zur Universität Bayreuth, wie würden Sie vorgehen?

Wahrscheinlich würde ich zum Bahnhof fahren, ein Ticket nach Bayreuth buchen und mit dem Zug losfahren. In Bayreuth würde ich mir dann vielleicht ein Taxi nehmen oder mit den öffentlichen Verkehrsmitteln fahren.

Genau. Vielleicht würden Sie aber noch weitergehen. Vielleicht buchen Sie sich über einen Bike-Sharing-Service am Handy ein Rad zum Bahnhof, kaufen ein Zugticket, fahren nach Bayreuth, mieten sich dort ein Auto bei einem Car-Sharing-Service und fahren zu mir. Sie würden in jedem Fall verschiedene Verkehrsmittel vergleichen oder sogar kombinieren. Dafür gibt es bereits Apps und Portale, die Ihnen einen Weg vorschlagen und die möglichen Verkehrsmittel anbieten. Was es allerdings nicht gibt, ist der „Buchen“-Knopf. Und zwar ein einziger Knopf für alle Verkehrsmittel. Eine Buchung für die komplette Tour von Startpunkt bis zum Zielort. Warum gibt es diesen Knopf in der App nicht, wobei wohl fast jeder Reisende zustimmen würde, dass dies sehr praktisch wäre?

Es fehlt der Intermediär, der zwischen den Unternehmen und Angeboten vermittelt?

Exakt. Und warum gibt es den nicht? Weil jeder Anbieter gern auch Intermediär wäre. Daran könnten die Unternehmen zusätzlich verdienen. Und weil jeder gerne die vermittelnde Instanz wäre, stellen sich alle quer, und am Ende wird es niemand.

Die Deutsche Bahn ist da am weitesten. Die hat in der „DB Navigator”-App zu ihrem Bahnangebot zumindest noch die öffentlichen Verkehrsangebote integriert. Aber die Automobilkonzerne schlafen nicht. Wenn autonomes Fahren präsenter wird, dann werden wohl autonome Taxis über die Straße fahren, und das wird die Zukunft der Automobilkonzerne sein – nicht der reine Autobau, sondern das Angebot als Mobilitätsdienstleister. Die Konzerne wollen dann der sein, bei dem Sie ihre Reise buchen. Also drängt sich jeder in die Rolle des Intermediärs. Weil dies nur mit Kooperation gelingen kann, wird es am Ende keiner. Obwohl es bereits einige Start-Ups gab, die versucht haben, als Vermittler zwischen den großen Unternehmen aufzutreten. Aber sobald ein großer Konzern einsteigt, machen die anderen dicht. Das wirtschaftliche Interesse schlägt die Nutzbarkeit für den Kunden.

Und deswegen könnte auch hier die Blockchain helfen?

Genau, wie beim Internationalen Warenhandel fällt das wirtschaftliche Interesse bei der Blockchain weg. Überwiegen würde dann die Transparenz für die Unternehmen und die Nutzbarkeit für den Kunden. Ich, als vielreisender Mensch, würde mich jedenfalls riesig über den „Buchen“-Button freuen. Und so würde es jedem Reisenden gehen. Dass im Hintergrund die Blockchain als Intermediär arbeitet, das wird dann egal sein. Genau wie jetzt beim Online-Banking.

Transparenz, Nutzerfreundlichkeit, Fairness, unveränderbare Regeln – das klingt, als wäre die Blockchain die ultimative Lösung. Hat die Technologie auch Schwachstellen und Probleme? Birgt sie vielleicht sogar Gefahren?

Ja, aber das ist nicht der Kritikpunkt, der immer zuerst genannt wird, und zwar der Stromverbrauch. Es stimmt, die Blockchain – damit ist die Bitcoin-Blockchain gemeint – verbraucht viel Strom. Aber die Technologie ist zehn Jahre alt und längst überholt. Das wäre so, als würden Sie sich den ersten Computer anschauen und sagen, der ist ganz schön langsam und verbraucht viel Strom. Die Technologie wurde aber weiterentwickelt, es gibt nun viel effizientere Systeme.

Welcher Makel der Blockchain ist für Sie dann größer?

Die Blockchain ist eine Maschine und handelt auch so. Dementsprechend führt sie die auf ihr geschriebenen Regeln, Verträge und Prozesse aus, ohne nachzudenken.

Können Sie das etwas greifbarer machen?

Natürlich. Es gibt Überlegungen, unsere öffentliche Verwaltung mit der Blockchain-Technologie zu digitalisieren und über transparente Verträge laufen zu lassen. Auch hier würden wir viel Papier sparen, keine Frage. Aber dann haben wir eine Dimension der Bürokratie, die wir uns nicht vorstellen können. Die Blockchain würde nach harten Regeln handeln und entscheiden. Jegliches Augenmaß und menschliche Kontrolle würden uns irgendwann fehlen. Und dann werden wir uns wie Getriebene fühlen. Getrieben von der Maschine. Das ist eine Gefahr. Aber es ist auch lösbar. Es ist komplex, aber trotzdem unsere Aufgabe, das Problem aktiv anzugehen und zu lösen.

Gibt es weitere Probleme der Blockchain?

Ja, einige. Eine wichtige Schwierigkeit ist, dass die Blockchain keiner Gerichtsbarkeit unterliegt, da sie nicht in einem geographischen Rechtsraum angesiedelt ist, sondern international ist. Wenn ich Ihnen etwa zu viel Geld via Blockchain überweise, Sie sich weigern, mir das Geld zurückzugeben, und in einem Land sitzen, mit dem kein Rechtsabkommen besteht, dann habe ich derzeit keine Möglichkeit, um das Problem zu lösen. Deswegen müssen wir dringend eine internationale Rechtsgrundlage für die Blockchain schaffen. Denn wenn wir erst einmal anfangen, mehr und mehr Prozesse auf die Blockchain umzulegen, dann werden wir irgendwann auf Probleme stoßen, die sich dann nur noch sehr schwer lösen lassen werden. Und das ist kein rein technologisches Thema. Wir müssen dazu interdisziplinär arbeiten – mit Wirtschaft, Recht, Gesellschaft.

Wohin geht die Reise mit der Blockchain?

Mit dem Boom des Bitcoins wurde das Thema in der breiten Gesellschaft präsent. Plötzlich wollte jeder dabei sein und dachte, die Blockchain wird schon morgen die Welt revolutionieren. Ich fand es positiv, dass sich die Menschen mit neuer Technologie befasst haben. Und diejenigen, die früh dabei waren und mit dem Bitcoin-Boom reich geworden sind, sind das meiner Meinung nach zu Recht geworden. Sie haben die Chancen erkannt und sind meistens diejenigen, die sich nun ihr Start-Up mit spannenden neuen Ideen für die Gesellschaft finanzieren können. Geld wurde in einen innovativen und kreativen Bereich gespült, das finde ich erstmal positiv. Außerdem glaube ich, dass unser bisheriges Wirtschaftssystem nicht von den Kryptowährungen abgelöst wird. Viel mehr denke ich, dass die Europäische Zentralbank früher oder später den Euro auch als Kryptowährung anbieten wird. Und zwar, weil wir immer noch am liebsten mit einer harten Währung wie dem Euro handeln und uns nicht auf Bitcoin, Ethereum oder ein anderes digitales Zahlungsmittel verlassen wollen. Das geht sogar so weit, dass sich Leute ihren Bitcoin als Münze mit einem Code drucken lassen.

Ich glaube, dass es jetzt erst richtig losgeht. Der Hype und der Goldrausch sind erst mal vorbei. Nun setzen sich Unternehmen und Kreative mit der Technologie auseinander und versuchen, die neuen Potentiale wirklich umzusetzen. Die Technologie wird uns weiter begleiten, aber nicht primär als Kryptowährung, sondern als höherwertige Infrastruktur.

Interview: Martin Böhmer

Blockchain

Gilbert Fridgen ist Professor für Wirtschaftsinformatik und Nachhaltiges IT-Management an der Universität Bayreuth. Zudem leitet er stellvertretend die Projektgruppe Wirtschaftsinformatik des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Informationstechnik (FIT) und ist Gründer wie auch Leiter des Fraunhofer Blockchain Labors.

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Blockchain: „I think it is just getting started”

0 1 1 0 © Max Dauven

The bitcoin boom has initiated a digital Gold Rush and has also put focus on blockchain technology. But what is blockchain actually? Prof. Gilbert Fridgen explains blockchain in this interview, since blockchain offers – apart from its potential for investing and financing – surprising opportunities for a modern society.

Prof. Fridgen – blockchain seems to be the defining technology of digital transformation. Bitcoin and other crypto currencies have truly caused a Gold Rush in the last few years. We would like to investigate the technology on which those are based – the blockchain – and its potential for business. Prof. Fridgen, what is blockchain?

To put it simply, the blockchain is a network between many computers all over the world. It is different from a bank which has just one big server in its seat; the blockchain is a decentralised system with devices strewn all over the world. Just imagine the blockchain as a notebook everybody carries in their bag. But in this case, it is a notebook with special features. Whenever someone writes anything down in their book, the writing appears in everyone’s book and once I’ve written something down in my book, I cannot erase it anymore.

These features set the possibilities for crypto currencies. When I want to transfer money to you I’ll write it in my notebook and everybody can see that I have transferred you some money. The transaction becomes transparent. If you want to forward part of that money, everybody who has got a notebook can see that you are able to transfer the money because you got it from me before that. That is what you call “common truth”.

So transparency is the keyword. What opportunities does blockchain offer for society, apart from crypto currencies?

You can write a lot more than just a crypto currency on the pages of your “notebook”. The idea of the common truth is the base. Smart Contracts are the next step. These are contracts which become valid because of the features the blockchain inherits: Everybody can see the digital transactions, therefore they are transparent. Through that transparency, it is possible for them to be controlled, and via control and acknowledge, they become valid. Due to this common validity, the intermediary between two or more parties becomes obsolete. That is the interesting part.

Why is that so?

Suddenly I am able to make contracts and transactions without the need for a third party. The blockchain as a network validates a transaction or a contract on its own. For example, I do not need a bank for me to coordinate and execute my transactions any longer. That offers a lot of new possibilities – also for society.

So, will banks become obsolete in the future?

No. Banks have become aware of blockchain and crypto currencies very early on, also because they saw their positions as mediators threatened. The banks feared people no longer needing a provider for financial services. It is in fact true that in the future, some transactional processes may be executed without banks at all or at least with less barriers. However, banks provide a lot more services for society and for their clients than just financial transactions. The blockchain will not be able to substitute personal contact between humans, for example when one needs financial advice or wants to plan their pension. What is interesting about the blockchain are the cases in which there is currently no intermediary at all.

There is still a lot of control via third parties: legislature, union of states, management – at what point do we lack an intermediary?

For the most part those are fields in which there are arguments against an intermediary due to geographic or organisational reasons. One of the big fields is the International Trade Finance. There is definitely a chance for the blockchain in that department since international trade is still very much executed on paper. If a German merchant orders a container of goods from China, he not only receives the container with the goods but also a stack of paper documents about 15 cm high. These papers document the trade, control it, validate it. And this stack of papers is not delivered with the container – it is transferred between the trade partners, banks, the port authorities, and the custom services, often a few times around the world.

Why are those paper documents necessary? How can the blockchain improve the situation?

A digital standard for international trade has not yet been established. This is mostly because introducing it would be very complex. There are several parties involved with different goals that sometimes clash with each other. All these interests would have to be included in a common agreement. That is extremely important since the system is actually desperately in need of a platform provider for international trade, an intermediary to coordinate and execute the processes. But this raises some questions: where would the provider, for example the intermediary, be based geographically? Who would be providing the services?

If the Americans were to provide the service, the Chinese would not use it for their trade business, especially not if the seat of that company is geographically located in a legal area under the influence of Donald Trump. And it is the same situation the other way around – international trade is just too complex and important. This is the part where a geographically independent blockchain comes into play. All transactions, processes, contracts and actions would be transparent, based upon the idea of a “common truth”, for all parties involved in the trade, not depending on geographic borders. The blockchain could become the intermediary for international trade. And apart from that one would save a lot of paper.

Make an educated guess: When will this technology impact everyday life?

I reckon the blockchain will hit us next year, if it hasn’t done so already. I just hope you won’t notice at all.

Why would you hope so?

Solutions for crypto currencies, intermediaries and international trade involving the blockchain are far too complicated for amateurs. The blockchain will never be understood by everyone. That is not necessary since the consumer is not the one who uses the blockchain actively. I just think that we have to get used to stuff happening more quickly and simply in the future. The background activities involving the blockchain are not for everyone to understand. It is just like online banking: we got used to it and use it every day without questioning what is happening on our bank’s server. It just works. If you were to ask someone on the street how their online banking works, they will tell you that they open their browser to open the website of their bank and then they start transferring money. It is not important how that is happening, and that is how it will be with blockchain technology. Technology is really embedded into our lives once we do not notice it anymore.

But international trade is a complicated field to understand, with or without blockchain. Why does the blockchain offer an opportunity for society in that context?

Once the technology has entered everyday life, you will notice the details. Suddenly, groceries will become cheaper because costs for bureaucracy and administration vanish for all the transactions are executed via blockchain. Or you will read about its positive impact on the environment because there are millions of documents that will no longer need to be flown around the world. The products you buy will have a smaller ecological footprint.

That is indeed something to wish for. But are there more practical uses for the blockchain in my everyday life?

I hope that there will be opportunities for that. But I have to repeat: The blockchain is an intermediary, a transparent institution which is different from what was used before. We currently have only companies and we pay those for their services. If you were to book a trip to visit me at the University of Bayreuth, how would you do it?

I would probably go to the station and get a ticket to Bayreuth and then take the train. In Bayreuth, I would get a taxi or use public transport.

Exactly. But you might go further than that. You might book a bike via a bike sharing service, using your phone, then buy a ticket, take the train to Bayreuth. In Bayreuth, you would book a car at a car-sharing service and drive to my place. In any case, you would start comparing different modes of transportation or combine them with each other for your journey. There are apps and online services that offer routes and possible ways of transportation. However, you do not have a “Book Now” button for all transport services at once. There is no way to book a complete trip from your starting point up to the final destination. Why does that button not exist, even though almost everyone who travels would agree on that being highly useful?

Probably because the intermediary is missing?

Exactly. Why is it missing? Because every provider would like to be the intermediary. Companies could get extra money from that, and since everyone wants to be the mediating institution, everybody blocks everyone else and, in the end, you have nobody in this position.

The German railroad company Deutsche Bahn is one of the more integrative companies. They have their own app, the “DB Navigator”, which also features other public transport systems apart from theirs in the search option. The automobile companies are also open to these possibilities. As self-driving cars become more popular, there will be self-driving taxis on the streets. That will be the future of the companies – not just building the cars, but also offering services as a mobility provider. They will want you to plan your travels with their assistance. Everybody is aiming to be the intermediary and because that could only work if everyone cooperated, the position remains vacant. There have been start-ups that tried to mediate between big companies, but as soon as a big corporate group enters the deal, everyone else quits. The economic interest is more important than usability for the customers.

So that is why the blockchain might be helpful in that context?

Exactly. Just as it is with international trade, there is no economic interest with the blockchain. Transparency for the companies and usability for the customers would be more important. I travel a lot and I would be so happy to have a “Book Now”-button, and that is how everyone who travels would feel. Nobody would care if the blockchain worked as an intermediary in the background, just as it is with online banking in the present.

Transparency, usability, fairness, unchangeable rules – sounds just like blockchain were an ultimate solution. Does that technology have disadvantages and problems, too? Could it be even dangerous?

Yes, but the major problem is power usage. It is true that the blockchain – that is, the bitcoin blockchain – does need a lot of power. But that technology is ten years old and not up to date. That would be just like looking at the first computer and saying that It is slow and has a high power drain. The technology has been updated and more efficient systems exist now.

What is the bigger problem, then, with the blockchain?

The blockchain is a machine and therefore it acts like a machine. It acts upon the rules, contracts, and processes without thinking.

Could you elaborate on that?

Sure. Some have considered digitalising our public administration via blockchain technology and using transparent contracts to do so. We’d save a lot of paper that way. Still, we would have a dimension of bureaucracy we cannot begin to imagine. The blockchain would act and decide upon hard rules. It would end up as a system without empathy and human control. We would feel like we were being chased by the machine. So that is a danger, but there is also a solution. It is quite complex, but nevertheless, it is our duty to take up on that problem and solve it.

Are there further problems with the blockchain?

Yes, there are some. It is a severe problem that the blockchain is not under any legal rule because it is international and not located anywhere geographically. For example: if I transferred too much money to you and you refused to return it, and you were based in a country which is not participating in a legal agreement, then I would have no chance to solve that problem. That is why we have to establish an international legal standard for blockchains. As soon as we start to transfer more and more processes to the blockchain we will discover problems that would be hard to solve without a standard. This problem is not just technological, so we have to start working interdisciplinarily: economy, law, society.

Where do you think will we end up with the blockchain?

The bitcoin boom opened the topic to the public. Right away everyone wanted to be involved and a lot of people thought the blockchain would change the world in a day. I was in favour of people getting to know the new technology. The ones that were involved early on and got rich due to the bitcoin boom thrived, and rightfully so. They took the chance and are the ones who can finance their start-ups and now develop new, exciting ideas for society. Money flowed into an innovative and creative sector, so I think that was a positive aspect of bitcoin. Additionally, I think that the European Central Bank should offer the Euro as a crypto currency sooner or later. We still want to do trade with a hard currency such as the Euro; we do not like to rely on bitcoin, Ethereum or other digital currencies. That even goes as far as people printing their bitcoin as a physical coin with a code on it.

I think it is just getting started. The hype and the gold rush are over. Now companies and the creative industry will really get to know the technology and try to use its new potential. The technology will still play a role, not as a currency, but as a valuable infrastructure.

Interview: Martin Böhmer

Translation: Paulin Sander

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Gilbert Fridgen is Professor for Business Informatics and Sustainable IT-Management at the University of Bayreuth. He also is deputy leader of the project group for Business Informatics at the Fraunhofer Institute for Applied Information Technics and founder as well as leader of the Fraunhofer Blockchain Laboratory.

Peter Dargartz/Pixabay

In fortytwo’s nutshell – May Edition

@Peter Dargartz/Pixabay

DE

Die Presseschau dieses Monats gestaltet sich – wie das Wetter – sehr abwechslungsreich. Von kulinarischen Köstlichkeiten aus dem All über tierisch anmutende Roboter bis hin zu möglichen Hinweisen auf die Entstehung von Leben auf der Erde – da sollte für jeden etwas Spannendes dabei sein.

Delikatesse aus dem All

Eine Meldung der New York Times wird vor allem die Herzen aller Weinfreunde unter uns höher schlagen lassen: das Auktionshaus Christies versteigert die Flasche eines französischen Weins, die sich vierzehn Monate auf der Internationalen Raumstation befand. Das Unternehmen Space Cargo Unlimited hat insgesamt zwölf Weinflaschen ins All geschickt. Einige ausgewählte Weinkenner:innen und Wissenschaftler:innen durften bereits im März diesen Jahres den weit gereisten Wein probieren. Ob die Schwerelosigkeit im Weltall einen Einfluss auf den Geschmack hat, ist bisher unklar. Immerhin scheint der Wein durch seine Reise gealtert zu sein.

Der gute Tropfen lässt sich allerdings einiges kosten. Für rund eine Millionen Dollar plant das Auktionshaus die Flasche zu versteigern. Mit dem Erlös sollen weitere Experimente des Unternehmens im All gefördert werden. Wer weiß, was für „spacige“ Getränke wir in Zukunft im Supermarkt finden…

Eine Spinne für den Mond

Die Europäische Weltraumorganisation ESA plant bereits in vier Jahren die erste Mondmission für sogenannte In-Situ Resource Utilization (ISRU). Dabei sollen Ressourcen, die für uns Menschen überlebenswichtig sind, mithilfe von Robotern direkt auf dem Mond produziert werden. Dafür müssen Roboter allerdings zunächst lernen, autonom im Team zusammenzuarbeiten. Gefördert von der Europäischen Kommission entstand zu dem Zweck 2019 das Projekt „Pro Act“ mit dem Ziel, entsprechende Technologien zu entwickeln. Daraus ist unter anderem der Laufroboter Mantis des Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) entstanden, der mit seinen sechs Beinen an eine Spinne erinnert. Gemeinsam mit dem Rover VELES soll Mantis eine ISRU-Anlage aufbauen, berichtet die Astronews-Website.

Proben aus der Ferne

Vergangene Woche hat ein Raumfahrzeug der NASA nach zweijähriger Reise durch das Weltall seinen Rückweg in Richtung Erde angetreten. Das OSIRIS-REx Raumfahrzeug hat Proben eines Asteroiden mit im Gepäck, welcher rund 320 Kilometer von der Erde entfernt ist. Die Proben weisen anscheinend Spuren von Hydrogen- und Sauerstoffmolekülen auf – beides Moleküle, die für die Entstehung von Wasser notwendig sind. Leider müssen wir uns noch etwas gedulden, bis wir sie genauer untersuchen können: Die Rückreise von OSIRIS-REx wird wohl noch rund zwei Jahre dauern. Aber das Warten lohnt sich: Laut Wissenschaftler:innen könnten die Proben Hinweise auf den Ursprung von Leben auf der Erde enthalten!

Von Neele Mühlhoff

ENGL

This month’s press review – like the weather – is very mixed. From culinary delicacies from outer space to animal-like robots to possible clues about the origin of life on Earth – there should be something exciting for everyone.

Special delivery from space

A report in the New York Times will make the hearts of all wine lovers skip a beat: Christie’s is auctioning off a bottle of French wine that had been on the International Space Station for fourteen months. The company Space Cargo Unlimited sent a total of twelve wine bottles into space. Some selected wine connoisseurs and scientists got to taste the well-traveled wine in March. The wine seems to have aged due to its journey, but at this point it is unclear whether the weightlessness in space influences the taste.

The extraordinary bottle comes with a hefty price tag. The auction house plans to sell the bottle for around one million dollars. The proceeds are to be used to promote the company’s further experiments in space. Who knows what kind of “spacey” drinks we’ll find in the supermarkets of the future…

A spider for the moon

The European Space Agency (ESA) is planning their first lunar mission for so-called In-Situ Resource Utilization (ISRU), set to launch in just four years. The idea is to have resources essential for human survival produced by robots directly on the moon. However, robots must first learn to work autonomously as a team. Funded by the European Commission, the “Pro Act” project was launched in 2019 with the aim to develop appropriate technologies. Among other innovations, this has resulted in the walking robot Mantis from the Robotics Innovation Center of the German Research Center for Artificial Intelligence (DFKI). The robot resembles a spider with its six legs. The Astronews website reports that Mantis will build an ISRU facility with help from the rover VELES.

Samples from afar

Last week, a NASA spacecraft began its return trip towards Earth after a two-year journey through space. The OSIRIS-REx spacecraft is carrying samples from an asteroid that is positioned about 320 kilometers away from our planet. The samples show traces of hydrogen and oxygen molecules – which are both necessary for water formation. Unfortunately, we will have to be patient for a while longer; OSIRIS-REx’s return trip will probably take another two years or so. Nonetheless, the long wait will be worth it: According to scientists, the samples could contain clues to the origin of life on Earth!

By Neele Mühlhoff

Decrypting the Universe through Black Holes

Anna-Christina Eilers forscht als NASA Hubble Fellow am Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, USA. Mit uns sprach sie über erstaunliche Erkenntnisse ihrer aktuellen Forschung, ihre Faszination für Quasare und die Möglichkeit, durch schwarze Löcher die Entwicklung des Universums (etwas besser) zu verstehen.

Schwarze Löcher üben eine große Faszination auf uns auf. Sie beeinflussen die Entstehung und Entwicklung der Galaxien und stellen dennoch die Grenzen unseres Wissens dar. Aktiv wachsende schwarze Löchern werden auch Quasare genannt. Genau damit beschäftigen Sie sich in Ihre Forschung. Was fasziniert Sie an schwarzen Löchern am meisten? 

Ihre Unvorstellbarkeit! Alles an ihnen übersteigt unser Vorstellungsvermögen. Schwarze Löcher können 10 Milliarden mal schwerer als unsere Sonne werden. Man kann sie nicht sehen, da sie so massereich sind, dass selbst Licht komplett verschluckt wird, wenn es einem schwarzen Loch genügend nahe kommt. Aber wachsende schwarze Löcher sind paradoxerweise die hellsten Objekte, die wir im Universum kennen. In der Wachstumsphase wird ein Teil der angezogenen Materie in Energie umgewandelt. Dieser Anziehungsprozess ist so leuchtkräftig und energetisch, dass wir solche wachsenden schwarzen Löcher, sogenannte Quasare, auch dann noch beobachten können, wenn sie viele Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt sind. Und schwarze Löcher können Wellen in Raum und Zeit erzeugen, sogenannte Gravitationswellen, die wir seit ein paar Jahren nach vielen Jahrzehnten Forschung zum ersten Mal nachweisen konnten. All diese Eigenschaften schwarzer Löcher sind einfach unvorstellbar und viele Größenordnungen schwerer, größer und energiereicher als alles, was wir so kennen.

Das Phänomen der schwarzen Löcher zu verstehen fällt Laien oft sehr schwer. In der aktuellen Ausgabe unseres Magazins rät die Astrophysikerin Priyamvada Natarajan, sich schwarze Löcher als kompakte Objekte mit einer enormen Masse vorzustellen. Wie würden Sie diese rätselhaften Objekte beschreiben? 

Das ist eine ziemlich gute Beschreibung! Schwarze Löcher sind unvorstellbar dichte und kompakte Objekte, das heißt, ihre Masse ist so groß auf ganz kleinem Raum, dass ihre Gravitationskraft so enorm ist, dass nicht einmal Licht entkommen kann. Man kann zum Beispiel ausrechnen, wie groß die Erde sein müsste, damit sie so kompakt wie ein schwarzes Loch wäre: Wenn man die komplette Erde auf die Größe einer Murmel schrumpfen würde mit einem Durchmesser von weniger als 2 cm, dann wäre sie kompakt genug, dass nicht einmal Licht entkommen könnte und hätte damit die Eigenschaften eines schwarzen Lochs. 

Als Astrophyiker:in blickt man meistens in die Vergangenheit. Welche Erkenntnisse können Sie aus der Beobachtung der Quasare ziehen? Was hat Sie dabei besonders überrascht? 

Jede astronomische Beobachtung, die wir durchführen, schaut in die Vergangenheit. Das Licht von Sternen, die wir heute am Nachthimmel sehen, ist oft viele Jahre lang unterwegs, bis es bei uns auf der Erde ankommt. Das Licht derjenigen Quasare, die mich besonders interessieren, hat mehr als 13 Milliarden Jahre gebraucht, bis wir es mit unseren Teleskopen auf der Erde beobachten konnten. Dadurch erlauben uns diese weit entfernten Quasare einen Blick in die Geschichte unseres Universums, sie nehmen uns sozusagen auf eine Zeitreise. Dadurch können wir verstehen, wie und auf welche Weise sich das Universum entwickelt hat. 

In meiner Forschung habe ich eine sehr überraschende Entdeckung gemacht: Wir konnten feststellen, dass die schwarzen Löcher im Zentrum der Quasare bereits vor 13 Milliarden Jahren unglaublich schwer und massereich waren. Das hat uns sehr überrascht, da alle Modelle zum Wachstum schwarzer Löcher bisher davon ausgegangen sind, dass es sehr, sehr lange dauert, bis die schwarzen Löcher genügend Materie angezogen und verschlungen haben, damit sie so massereich sein würden. Diese Ergebnisse stellen uns momentan vor große Rätsel und wir müssen unsere Modelle überarbeiten, um zu verstehen, wie und wie schnell schwarze Löcher tatsächlich wachsen können. 

Glauben Sie, dass es der Wissenschaft irgendwann gelingt, schwarze Löcher komplett zu begreifen? 

Nein, ich glaube, dass Astronomen auch noch in vielen Jahrzehnten und Jahrhunderten damit beschäftigt sind werden, schwarze Löcher zu entschlüsseln! Allerdings finde ich es immer wieder auf’s Neue beeindruckend, wie viel wir auch schon wissen! Das schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße wurde beispielsweise schon sehr genau untersucht und vermessen, obwohl wir erst seit den 90er Jahren wissen, dass es wirklich existiert. Und seit ein paar Jahren können wir schwarze Löcher auch mit Gravitationswellen nachweisen und untersuchen, was ganz neue und einzigartige Möglichkeiten öffnet.

Anna-Christina Eilers studierte Physik in Göttingen und Heidelberg und promovierte anschließend am Max-Planck-Institut für Astronomie. Mittlerweile forscht sie als NASA Hubble Fellow am Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, USA. 2020 wurde sie mit dem KlarText-Preis für Wissenschaftskommunikation der Klaus Tschira Stiftung im Fachbereich Physik ausgezeichnet.

Anna-Christina Eilers majored in physics in Göttingen and Heidelberg before earning her doctorate at the Max-Planck Institute for Astronomy. Currently, she is a NASA Hubble Fellow at the Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, USA. In 2020, she was awarded the Klaus Tschira Foundation’s KlarText Award for Science Communication in physics. For this interview, she told us about amazing insights from her current research, her fascination with Quasars, and the possibility of using black holes to understand the universe’s evolution (a little better).

Black holes are fascinating to us. They influence the formation and evolution of galaxies and yet represent the limits of our knowledge. Actively growing black holes are also called Quasars, which you deal with in your research. What fascinates you most about black holes? 

How unfathomable they are! Everything about them exceeds what we can imagine or comprehend. Black holes can become 10 billion times heavier than our sun. You cannot see them because their massive size completely swallows light if it gets close enough to a black hole. However, growing black holes are paradoxically the brightest objects we know of in the universe. During their growth phase, black holes convert some of the matter they attract into energy. This attraction process is so bright and powerful that we can observe growing black holes, called Quasars, even when they are many billions of light-years away from Earth.

Additionally, black holes can generate gravitational waves. We have been able to detect these waves in space and time only for the last few years after many decades of research. The attributes of black holes are many times heavier, larger, and more energetic than anything we know and, therefore, difficult to grasp.

Understanding the phenomenon of black holes is often very difficult for amateurs. In the current issue of our magazine, astrophysicist Priyamvada Natarajan advises people to think of black holes as compact objects consist enormous mass. How would you describe these enigmatic objects? 

That’s a pretty good description! Black holes are unimaginably dense and compact objects. Their mass is so large in a minimal space that their gravitational force is enormous enough that not even light can escape. As an example, we can calculate how large the Earth would have to be for it to be as condensed as a black hole. Suppose you were to shrink the entire Earth to the size of a marble with a diameter of less than 2 cm. In that case, not even light could escape that size, thus achieving the properties of a black hole.

As an astrophysicist, you mostly look into the past. What insights can you draw from observing the Quasars? What surprised you? 

Every astronomical observation looks into the past. The light from stars that we see in the night sky today often travels for many years before it reaches Earth. The light from those Quasars is of particular interest to me, as it took more than 13 billion years before we could observe it with our telescopes on Earth. As a result, these distant Quasars allow us a glimpse into the history of our universe, taking us on a journey through time. They allow us to understand how and in what way the universe has evolved.

Through my research, I discovered something remarkable. We were able to determine that the black holes at the center of the quasars were already incredibly dense and massive 13 billion years ago. Up to this point, all models of black hole growth assumed that it would take long periods of time for the black holes to attract and engulf enough matter to achieve a mass of such remarkable size. These new discoveries surprised us and have created many further questions. We need to revise our models to understand the way black holes grow and at what speed they increase in size.

Do you think that science will eventually succeed in completely understanding black holes? 

No, I believe that astronomers will still be deciphering black holes in many decades and centuries to come! However, I am consistently impressed at how much we know already! For example, the black hole in the center of our Milky Way has already been carefully examined and measured, despite only knowing of its existence since the 1990s. And for a few years now, we have been able to detect and investigate black holes with gravitational waves, which opens up completely new and unique possibilities.

Interview: Neele Mühlhoff

In fortytwo’s nutshell – April Edition

DE

Während wir uns noch immer im Corona-Lockdown befinden und Urlaub in anderen Ländern nur eingeschränkt möglich ist, erfreuen wir uns an den etwas anderen Fotos aus der Ferne: In diesem Monat hat der Marsrover “Perseverance” erstmalig Bilder vom Mars geschickt. Außerdem reisen wir im April nach Tibet, um einem aufregenden Experiment beizuwohnen, bei dem es um „surfende“ Teilchen in der Erdatmosphäre geht. Und zu guter Letzt staunen wir über die enormen Mengen an Weltraummüll, der unsere Erde umkreist, wie gefährlich die herumfliegenden Teile sind und was getan wird, um den Müll wieder einzufangen.

Fotos aus der Ferne

Bereits in der März-Ausgabe der Presseschau haben wir von dem Marsrover “Perseverance” und dem kleinen Hubschrauber “Ingenuity” berichtet. Beide befinden sich aktuell auf ihrer ersten Mission auf dem Mars. Im März gab es die ersten Audio-Aufnahmen, diesen Monat dürfen wir uns über Bilder aus der Marsatmosphäre freuen. Die beiden haben uns nämlich Anfang April das obligatorische Selfie zugesendet. 

Eigentlich war auch ein erster Flug von „Ingenuity“ geplant gewesen. Dieser musste allerdings aufgrund technischer Probleme vorerst verschoben werden. Sollte die Mission erfolgreich sein, können wir auf viele weitere, spektakuläre Bilder vom Mars gespannt sein. Es wäre der erste Motorflug auf einem anderen Planeten.

Superschnelle „Surfer“ im Kosmos

Im tibetischen Hochland ist es Wissenschaftler:innen gelungen, 23 Strahlungsquanten mit enorm hoher Energie nachzuweisen. Diese stammen aus unserer Galaxie, lassen sich dort allerdings bisher keiner bekannten astronomischen Quelle zuordnen. Es scheint so, als wäre die Gammastrahlung im Raum zwischen den Sternen entstanden. Wie das Wissenschaftsmagazin Spektrum berichtet, steht damit für die Astrophysiker:innen des „Tibet AS-Gamma Experiment“ fest: Irgendwo in unserer Milchstraße gibt es Regionen, die Teilchen auf extreme Energien von bis zu einer Billiarde Elektronvolt beschleunigen. In Frage kommen hier die Stoßfronten von Supernova-Explosionen, die Materie für Jahrtausende vor sich her schieben. Geladene Teilchen können auf dieser Welle „surfen“, sie wiederholt überqueren und dadurch immer mehr Energie erlangen. Kollidieren sie später mit interstellarem Gas, setzt der Zusammenstoß Gammastrahlung frei. Das Experiment stellt für die Forscher:innen einen Hinweis auf den Ursprung kosmischer Strahlung dar. 

Müll im Weltraum

Im LEO, dem low earth orbit, einer Umlaufbahn unseres Planeten, schwirren mit rund 15.500 Objekten sowohl die meisten Satelliten als auch der meiste Weltraumschrott herum. Dieser Schrott entsteht durch Explosionen oder Kollisionen mit anderen Objekten. Am gefährlichsten sind dabei herumfliegende Teile, die eine Größe zwischen einem und zehn Zentimeter haben. Für eine Beobachtung sind sie zu klein, dennoch können sie Satelliten zerstören oder beschädigen. Es wird daher versucht, den Weltraumschrott mithilfe von kreativen Methoden wie beispielsweise Netzen oder aufblasbaren Segeln wieder einzufangen. Diese und weitere Informationen hat die ZEIT in anschaulichen Grafiken dargestellt. Auch in unserer aktuellen fortytwo-Ausgabe gibt es zu dem Thema übrigens ein spannendes Interview mit Tiago Soares.

EN

While Corona lockdowns are still in place and travel to other countries is not permitted, we can still enjoy impressions from afar. This month, the Mars rover “Perseverance” sent the first pictures from its explorations on our neighbouring planet. April also sees us traveling to Tibet in April, just in time to witness an exciting experiment involving “surfing” particles in the Earth’s atmosphere. And last but not least, we marvel at the enormous amounts of space debris orbiting Earth while exploring how dangerous the floating pieces really are, as well as what is being done to recapture the trash.

Impressions from afar

In the March issue of the press review, we already reported on the Mars rover “Perseverance” and the small helicopter “Ingenuity”. Both are currently on their first mission to Mars. In March, we received the first audio recordings, this month we can look forward to pictures from the Martian atmosphere. The two sent us the obligatory selfie at the beginning of April. 

Originally, Ingenuity’s first flight was scheduled. However, it had to be postponed for the time being due to technical issues. If the mission is successful, we can look forward to many more spectacular pictures from Mars. It would be the first powered flight on another planet

Speedy cosmic “surfers”

In the Tibetan highlands, scientists have successfully detected 23 radiation quanta with enormously high power. Albeit we know that they originate from within our galaxy, no known astronomical source has been conclusively assigned to the radiation quanta. 

It seems as if the gamma radiation originates from the space between the stars. As the science magazine Spektrum reports, the astrophysicists of the “Tibet AS-Gamma Experiment” are certain that somewhere in our Milky Way, there are regions that accelerate particles to extreme energies of up to a quadrillion electronvolts. A possibility might be the shock fronts of supernova explosions, which are capable of pushing matter ahead of them for millennia. Charged particles can “surf” on this wave, crossing it repeatedly and gaining increasingly more energy. If they later collide with interstellar gas, the collision releases gamma rays. For the researchers, the experiment is a lead towards understanding the origin of cosmic rays. 

Space garbage

Roughly 15,500 objects are floating around within LEO (low earth orbit), comprised of satellites and space debris. This junk is created when explosions occur, or objects collide in space. The most dangerous pieces flying around are between one and ten centimeters in size. They are too small for observation, yet they can destroy or damage satellites. Therefore, attempts are being made to recapture the space debris using creative methods such as nets or inflatable sails. ZEIT has presented this and other information in vivid graphics. By the way, there is also an exciting interview on this topic in our current fortytwo issue with researcher Tiago Soares of ESA.

wirtten by Neele Mühlhoff, translated by Laura Emily Schulze