Versteht man die Welt mit Quantenphysik besser, Prof. Dr. Genzel?

Interview mit Physik-Nobelpreisträger Prof. Dr. Reinhard Genzel

Von VIKTORIA DÜMER 

München – Er ist Experte für schwarze Löcher, Vater, Großvater und einer jener wenigen Mensch, denen das Unmögliche gelingt: Wer ihm zuhört, kann sich der Faszination für Physik kaum entziehen. Prof. Dr. Reinhard Genzel (70) ist Direktor des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik in Garching bei München. 2020 erhielt er den Nobelpreis für seine Beobachtungen des schwarzen Lochs im galaktischen Zentrum.  

Anlässlich der Fachtagung zum Thema Quantenphysik des Philologenverbandes am 1. April in München traf PROFIL ihn zum Interview. 

PROFIL: Wenn Sie sich eine Sache herauspicken müssten: Was ist das Schönste für Sie an der Physik?
Prof. Dr. Reinhard Genzel: Das Forschen! Der Drang etwas wissen und verstehen zu wollen. Ich würde Ihnen das gerne mit einer Allegorie erklären: Stellen Sie sich vor, Sie machen einen Spaziergang durch einen Wald, den Sie nicht kennen. Zunächst sehen Sie die Schönheit der Pflanzen und Tiere, machen sich vielleicht ein paar Notizen. Dabei stellen Sie fest, dass die blauen Blumen immer auf der linken Seite des Pfades wachsen, nie auf der rechten.  

An diesem Punkt zeigt sich, ob Sie ein Forscher sind: Wenn Ihnen das auffällt, wollen Sie verstehen, warum das so ist. Hier verlassen Sie den Bereich der Phänomene und die Physik beginnt. Warum wachsen diese blöden, blauen Blumen nur links? Sie können diese Beobachtung nicht ignorieren, stellen wahrscheinlich eine Hypothese auf. Zum Beispiel: Die linke Seite liegt im Osten. Da kommt der aus dem Westen kommende Regen besser an die Blumen heran und die Blumen brauchen viel Wasser. Diese Theorie müssen Sie nun verifizieren, Experimente machen, den Waldpfad weiter gehen, vielleicht etwas verwerfen und nochmal von vorn anfangen. 

Genauso ist es in der Physik! Mein Wald ist das Universum, das ich erforsche. Das Universum zu verstehen, ist mein Antrieb. 

Wollten Sie schon immer Astrophysiker werden?
Prof. Dr. Genzel: Nein. Mit ungefähr 13 Jahren wollte ich Archäologe werden.

Wer hat Ihre Begeisterung für Physik geweckt?
Prof. Dr. Genzel: Ich war in der Studienstiftung des Deutschen Volkes und hatte die Ehre, in einem Sommer vom Nobelpreisträger Manfred Eigen über die Selbstorganisation des Lebens unterrichtet zu werden. Die zentrale Frage war: Wie hat sich das Leben gebildet? Das fand ich so spannend, dass ich fast bei der Biophysik gelandet wäre. Dann aber wurde in Bonn ein neues Max-Planck-Institut mit einem Radioteleskop mit 100 Meter Durchmesser gebaut. Mein Vater schlug vor, dass ich mir das mal ansehe – und so bin ich in die Astrophysik gerutscht. Nach dem Doktor war klar, dass ich in die USA zum Forschen gehen möchte. Dort traf ich meinen zweiten, sehr wichtigen Mentor: Charles Townes, der damals in Berkeley Professor war. 

PROFIL: Charles Townes, der bekannte Nobelpreisträger.
Prof. Dr. Genzel: Genau. Er hat den Preis für die Erfindung des Lasers bekommen. Seine Arbeit ist ein gutes Beispiel dafür, dass wir in der Physik oft zufällig sehr nützliche Sachen für das alltägliche Leben erfinden. Townes hat den Laser nicht entwickelt, um Stahlträger zu zerschneiden oder um besonders präzise die Zeit messen zu können, sondern weil er einfach eine helle Lampe haben wollte in einem Wellenlängenbereich, in dem Moleküle schwingen und rotieren. Ziel war, molekulare Quanten-Phänomene zu untersuchen. Das zeigt: Nach der Neugierde und dem Verständnis kommt in der Physik manchmal auch noch die Anwendung. Ohne dass man es am Anfang notwendigerweise wollte, erfindet man Dinge, die auf einmal eine ganz wichtige, praktische Bedeutung haben. 

PROFIL: Ihr Vater und Townes wären sicher stolz auf Ihre Leistungen gewesen.
Prof. Dr. Genzel: Mit Sicherheit, ja. Leider haben es beide nicht mehr erlebt, aber ich habe es an den Reaktionen der Kinder von Charles Townes gemerkt. Als bekannt wurde, dass ich den Nobelpreis erhalte, haben sie sich gleich bei mir gemeldet und gratuliert.

PROFIL: Der Deutsche Philologenverband veranstaltet eine Fachtagung zum Thema Quantenphysik. Warum ist es wichtig, diesen Bereich an Schüler zu vermitteln?
Prof. Dr. Genzel: Physik als Ganzes ist das Fundament. Mit den Naturgesetzen, die wir kennen und die wir noch erforschen, können wir verstehen, wie und warum unser Universum tickt. Auf großen Skalen dominiert die Schwerkraft, die die Planeten um die Sonne treibt und die Galaxien zusammenhält.  

Auf den kleinsten Skalen, denen der Quantenphysik, geht es um andere Naturgesetze, wie die elektromagnetische Wechselwirkung, die starke und die schwache Kernkraft. Hier sind die Fragen: Warum gibt es Moleküle? Warum gibt es Atome? Wie funktioniert das, das sie zusammenhalten und sich bewegen?  

Wenn man das beantworten will, muss man dasselbe tun, was ich anfangs beschrieben habe. Die Phänomene anschauen und versuchen, sie zu verstehen. In der Quantenphysik kommt allerdings ein neues Prinzip hinzu: Es nützt nichts, sich die Gleichung hinzuschreiben und eine Lösung zu finden. Sie müssen eine Messung durchführen, um die Ladung, einen Energiezustand oder die Größe zu verstehen. 

PROFIL: Was sollte jeder Mensch über Quantenphysik wissen?
Prof. Dr. Reinhard Genzel: Sie lässt sich nicht mit den Augen erfassen, sondern nur über die Sprache der statistischen Mathematik beschreiben. Wenn man auf ganz kleinen Skalen misst, muss man sehr scharf messen. Das normale Licht zum Beispiel hat eine Wellenlängendistanz, die viel zu groß ist. Das heißt, man muss elektromagnetische Strahlung nehmen, die viel kürzere Wellenlängen hat, zum Beispiel Röntgen- oder Gammastrahlung. Jetzt aber kommt der Punkt: Wenn man einen Gamma-Strahl auf ein Atom leuchtet, dann gibt es einen Energie- und Impulsübertrag. Das heißt, die Messung beeinflusst den Zustand.  

Zum Vergleich: Wenn ich mir als Astrophysiker die Sonne mit einem Fernrohr anschaue, dann passiert gar nichts. Wenn ich einen Laserstrahl zur Sonne schicke, wird die Welt keinen Mucks machen.  

Wenn ein Quantenphysiker aber auf der kleinsten Skala Teilchen mit anderen Teilchen oder mit Strahlung beschießt, dann verändert sich der Zustand. Das heißt, man weiß nicht mehr genau, was dort passiert, und kann die Physik nur noch in einem statistischen Sinne beschreiben. Im Mittel ist die Größe so groß…, im Mittel ist die Energie so groß… Man weiß es aber zu jedem Zeitpunkt nicht ganz genau. Denn mit jeder Messung beeinflusst man das System.  

Wir als Menschen kommen viel besser klar mit den Planeten, die sich um die Sonnen drehen. Das kann man aufschreiben und mit den Newtonschen Gesetzen eine Lösung finden. Dann schaut man durchs Teleskop und es passiert genauso wie errechnet.  

In der Quanten-Physik dagegen ist alles sehr viel unschärfer – das ist die berühmte Heisenbergsche Unschärferelation. Die ist nicht intuitiv für uns Menschen. Einen Punkt können wir uns mathematisch gut vorstellen. Aber in der Quantenwelt gibt es keine Punkte. Je genauer man hinschaut, desto unschärfer wird es. Dadurch wird die Sache sehr komplex. 

PROFIL: Versteht man die Welt trotzdem mit Quantenphysik besser?
Prof. Dr. Genzel: Absolut! Es ist der Wunsch den anfangs beschriebenen Wald auf den kleinsten Skalen zu verstehen und Aussagen darüber machen zu können. Für Physiker ist das kein Problem, aber für normale Menschen ist die Sprache, die in der Quantenphysik benutzt wird, sehr mathematisch und sehr stark von dieser Unschärfe geprägt. Es kann nichts auf den Punkt gebracht werden. Dadurch meint man, dass irgendwas verloren gegangen ist – dabei ist nichts verloren gegangen, es war schon immer so unscharf und wird so bleiben.

PROFIL: Welchen Rat würden Sie Schülern geben, die Physik als zu kompliziert empfinden?
Prof. Dr. Genzel: Sie müssen ihre Stärken finden und den Bereich, der sie interessiert. Das muss nicht unbedingt in der Physik sein! Außerdem gilt leider: Von nix kommt nix. Wissen Sie, ich spiele sehr gerne Klavier und habe einen tollen Flügel zuhause stehen. Nun war ich aufgrund meines Berufs aber viele Jahre sehr beschäftigt und oft auf Reisen. Für unsere Forschung sind wir zum Beispiel nach Chile in die Atacama-Wüste gereist, um im Paranal-Observatorium Messungen durchzuführen. 

Wenn ich mich heute hinsetze und versuche, Beethovens Mondscheinsonate zu spielen, dann kann ich es nicht. Ich bin zu dumm! Ich sage es noch einmal: Von nix kommt nix. Um in einer Sache gut zu sein, muss man üben, üben, üben.

PROFIL: Hatten Sie in Physik immer 15 Punkte?
Prof. Dr. Genzel: Ja, das hatte ich wohl schon. Ich hatte das Glück, ein guter Schüler zu sein. Aber ich war auch ein guter Sportler! Deshalb wurde ich von den anderen geduldet und nicht als Streber gesehen. (Anm.d.Red.: Prof. Dr. Genzel zählte zu den besten deutschen Nachwuchstalenten im Speerwurf.) 

PROFIL: Wie kann man Schüler für Physik begeistern?
Prof. Dr. Genzel: Ich glaube, dass die Darstellung und eine Verbindung zu den ganz einfachen Fragen des Lebens wichtig sind. Die Physik kann das oft beantworten. Heutzutage kann man im Unterricht auch Filme über die Entstehung des Universums zeigen. Das ist Kino! Pure Schönheit! 

PROFIL: Haben Sie Netflix?
Prof. Dr. Reinhard Genzel: Ja? 

PROFIL: Haben Sie dort den neuen Film mit Leonardo DiCaprio und Meryl Streep gesehen? Er heißt „Don’t Look Up“ und es geht um Astrophysiker, die feststellen, dass ein Komet die Erde treffen und zerstören wird. Leider wollen Politik und Gesellschaft ihnen nicht glauben und nichts unternehmen, um den Zusammenstoß zu verhindern. Es ist eine Satire mit Parallelen zum wahren Leben. 

Prof. Dr. Genzel: Diesen Film habe ich noch nicht gesehen. Aber Misstrauen gegenüber der Wissenschaft sehen wir auch heute – denken Sie nur an die Biontech-Erfinder. Jahrelang haben sie an Medikamenten auf mRNA-Basis geforscht und eine fantastische Arbeit geleistet, die uns jetzt zugutekommt. Wir hatten einfach Glück, dass sie zu Beginn dieser Pandemie in ihrer Forschung so weit waren, dass sie sie in einem sagenhaften Tempo abschließen konnten und damit jetzt Covid bekämpft werden kann. Der Impfstoff ist zufällig genau zum richtigen Zeitpunkt fertig geworden.  

Stellen Sie sich bitte vor, das wäre bei anderen schlimmen Krankheiten, wie Aids, gelungen. Der Menschheit wäre viel Leid erspart geblieben. Wir sollten deshalb dankbar sein, dass es den Impfstoff gibt – und deshalb verstehe ich diese ganze Impf-Debatte auch nicht. Das Ganze zeigt aber auch, wie wichtig es ist, Schülern eine gute naturwissenschaftliche Basis zu vermitteln. Wer im Stande ist, Forschung zu verstehen, der kann auf dieser Grundlage die richtigen, eigenen Entscheidungen treffen. 

PROFIL: Sie haben im Jahr 2020 zusammen mit Ihren Kollegen Roger Penrose und Andrea Ghez den Physik-Nobelpreis erhalten – haben Sie damit alles erreicht, was man als Physiker erreichen kann?
Prof. Dr. Genzel: Nein! Wissen Sie, Physiker haben einen Spieltrieb wie Kinder. Mein jüngster Enkel nimmt einen Ball in die Hand, lässt ihn fallen, beobachtet, wohin er rollt, macht es nochmal. Diese Neugierde und Freude und Befriedigung darin, den Dingen auf den Grund zu gehen, habe ich noch immer, obwohl ich jetzt schon 70 Jahre alt bin.  

Überlegen Sie doch mal: Den Menschen als Spezies gibt es ein paar Millionen Jahre. Der Fortschritt, der in den vergleichsweise sehr wenigen letzten Jahren erzielt wurde, ist unglaublich! Aber natürlich haben wir noch nicht alles verstanden. Also forsche ich weiter und die Max-Planck-Gesellschaft unterstützt mich zum Glück darin. 

PROFIL: Sind Sie froh, dass Sie nicht Archäologe geworden sind? 

Prof. Dr. Reinhard Genzel: Es ist alles gut, wie es gekommen ist. Sollte es ein nächstes Leben geben, werde ich allerdings Neuroforscher, wie meine zwei Töchter. Das ist so spannend – das würde ich auch gern machen.