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Herausforderungen des Lebens.

Ob besser lernen, das Klima schützen oder gesund altern – in der Leibniz-Gemeinschaft erforschen wir Themen, die der Gesellschaft nutzen.

Frag Leibniz

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Diese Forschungsfragen haben Sie uns bereits gestellt:

Woran erkennt man, dass ein Diamant gefälscht wurde?

Es gibt prinzipiell zwei Arten von Fälschungen bei Diamant:

(1) Imitationen, d.h. Verwendung von natürlichen oder künstlichen Stoffen, die durch Aussehen oder Farbe den natürlichen Diamant imitieren, aber nicht seine physikalischen Eigenschaften oder chemische Zusammensetzung besitzen. Hierzu wird Moissanit, Zirconia, u.a. verwendet. Diese Imitationen können aufgrund der abweichenden physikalischen Eigenschaften (Kristallstruktur, z.B. durch Röntgenanalyse oder Raman-Spektroskopie bestimmbar) oder chemischen Zusammensetzung (z.B. durch energiedispersive Röntgenspektroskopie ermittelbar) erkannt werden. In vielen Fällen hilft auch die Untersuchung der Wärmeleitfähigkeit in Kombination mit der elektrischen Leitfähigkeit. Diese beiden physikalischen Parameter werden einzeln oder in Kombination in vom Handel erhältlichen  Diamantenprüfgeräten eingesetzt. Allerdings sind inzwischen auch modifizierte Moissanit-Imitationen auf dem Markt, die von solchen Diamantenprüfgeräten nicht mehr erkennt werden können, so dass hier nur die Ermittlung der chemischen Zusammensetzung und/oder Kristallstruktur weiterhilft.

(2) Synethetische Diamanten, d.h. Diamanten, die in einem industriellen Prozess aus Kohlenstoff durch Hochdrucksynthese hergestellt wurden. Diese unterscheiden sich in ihren physikalischen Eigenschaften und der chemischen Zusammensetzung nicht von natürlich entstandenen Diamanten und sind daher viel schwieriger, manchmal auch gar nicht  zweifelsfrei von natürlichen Diamanten zu unterscheiden. Viele synthetisch produzierte Diamanten sind vom Hersteller gekennzeichnet und mit einem durch einen Laser eingravierten Monogramm „CREATED“ + Labor-Identifikationsnummer versehen. Dies kann bei einer optischen Untersuchung des Stückes unter dem Mikroskop erkannt werden. Allerdings halten sich nicht alle Hersteller von synethischen Diamanten an diese Übereinkunft. Weitere Erkennungsmöglichkeiten von synthetischen Diamanten sind manchmal noch Reste eines metallischen Flussmittels, die sich in winzigen metallischen Körnern  als Einschlüsse wiederfinden oder die im Diamant vorhanden Einschlüssen. Hier zeigen synthetische Diamanten oft keine bzw.  andere Einschlüsse als natürliche Diamanten.

Die Antwort stammt von Ralf Thomas Schmitt, Kurator der mineralogischen Sammlung am Museum für Naturkunde Berlin.

 

Wie sind die chemischen Elemente entstanden?

Die chemischen Elemente sind in mehreren Phasen entstanden:

(1) In einem Zeitraum von bis zu wenigen Sekunden nach dem Urknall entstanden bei der Abkühlung des Plasma die Bausteine der Elemente, die sich innerhalb von wenigen Minuten zu den leichtesten Elementen Wasserstoff und Helium sowie in geringen Mengen Lithium und Beryllium verbanden.

(2) Mehrere hundert Millionen Jahre später entstanden die ersten Sterne, in deren heißen Zentren Kernreaktionen einsetzten. Dabei fusionierten Wasserstoff und Helium zu schwereren Elementen. In diesem Prozess können Elemente bis zur Ordnungszahl 26, dem Eisen, gebildet werden.

(3) Elemente mit höherer Ordnungszahl als 26 entstehen in den letzten Entwicklungsstadien massereicher Sterne, den sogenannten Roten Riesen, und in gewaltigen Sternexplosionen, den Supernovae.

Die Antwort stammt von Ralf Thomas Schmitt, Kurator der mineralogischen Sammlung am Museum für Naturkunde Berlin.

 

Ist das Weltall irgendwo zu Ende?

Wie groß ist das Weltall? Die ehrliche Antwort ist: Wir wissen es nicht – und es spielt eigentlich auch keine Rolle. Wir wissen, dass das Universum etwa 13,8 Milliarden Jahre alt ist. Da die Lichtgeschwindigkeit endlich ist, können wir nicht weiter sehen als maximal 13,8 Milliarden Lichtjahre, also die Distanz, die das Licht in dieser Zeit zurücklegen kann. In der Tat kommen wir dieser Grenze sehr nahe, die gemessene kosmische Hintergrundstrahlung entstand, als das Universum gerade einmal 400.000 Jahre alt war.
Wir erreichen die theoretische Grenze unseres Horizonts also bis auf 400.000 Jahre. Innerhalb dieses Horizonts sehen wir keinerlei Hinweise auf eine Grenze, im Gegenteil: Alles spricht dafür, dass das Universum sehr viel größer ist als der Teil, den wir beobachten können. Womöglich ist es sogar unendlich groß. Allerdings hat die genaue Größe auch keine unmittelbare Bedeutung, denn da sich alle Kräfte im Kosmos ebenfalls maximal mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten können, entfalten mögliche Bereiche des Universums außerhalb unseres Horizonts auf den uns sichtbaren Bereich keine Wirkung.

Die Antwort stammt von Matthias Steinmetz, wissenschaftlicher Vorstand des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) und Direktor des Forschungsbereichs Extragalaktische Astrophysik.

Wieviel Engel passen auf eine Nadelspitze?

Diese Aufgabe klingt in den Ohren eines Angewandten Mathematikers zunächst nach einem Optimierungsproblem dichtester Kugelpackungen. Bei genauerer Betrachtung der Frage kommen ihm allerdings ein paar Modellierungsfragen: Welche Form hat denn ein Engel? Ist sie dreidimensional oder liegt sie in einem speziellen topologischen Raum?  Welche Definition eines Engels soll denn verwendet werden? „Gottesbote“ hilft nicht viel weiter. Sind die benutzten Engel alle gleich? Wie groß ist ein Engel? Und andererseits: Wie groß ist die Nadelspitze? Ziemlich schnell versteht er, dass „Nadelspitze“ synonym sein soll für „ein Punkt“.  In Zeiten eines Elektronenmikroskops kann man allerdings eine Nadelspitze durchaus auch molekular auflösen und ihren Molekülen geometrische Angaben zuordnen wie Dicke, Abstände, Volumina. Aber da unser Angewandter Mathematiker auch nach längerem Nachdenken und Googeln keine Idee hat, welches räumliche Modell er für einen Engel ansetzen soll, kommt er bald zum Schluss, dass das Problem eher ein philosophisches ist.

Er kommt auf eine neue Bedeutungsebene: Die Nadelspitze ist nur ein Punkt im elementarsten Sinne des Wortes; sie hat keinerlei räumliche Ausdehnung. Und ein Engel kann auch nichts Räumliches sein, sondern etwa eine Idee, etwas Immaterielles. So weit gekommen, ist der nächste Reflex unseres Angewandten Mathematikers, dass die Frage trivial ist in der Hinsicht, dass natürlich unendlich viele solche unfassbaren, materielosen Dinge in einem Punkt Platz haben müssen, denn sie nehmen ja nicht einmal den unendlich kleinen Raum ein, den ein Punkt bietet. Aber schon tauchen die nächsten Fragen auf: Wie viele Engel sind es denn, die ich zur Verfügung habe, um sie in diesen Punkt zu setzen? Endlich viele? Unendliche viele? Überabzählbar viele? Aus der Maßtheorie kennt man ja den Umgang mit der Unendlichkeit, dass Unendlich mal Null gleich Null ist, aber was soll „Überabzählbar unendlich mal Null“ sein? Auch Null? Am einfachsten wäre es, wenn es nur endlich viele Engel gäbe, aber wer kann das einem schon garantieren? Schon der Umgang mit abzählbarer Undendlichkeit ist nicht leicht und hielt und hält die Mathematik seit Jahrhunderten auf Trab.

Beim weiteren Grübeln und Suche nach einem guten mathematischen Modell kommt unserem Angewandten Mathematiker eine weitere Frage: Wo ist diese Nadelspitze eigentlich? Ist sie irgendwo verortet, kann man hinreisen? Oder steht sie einfach nur für einen „Ort“ schlechthin? Vielleicht auch gar nicht in einem euklidischen Vektorraum, nicht einmal in einer hyperbolischen Mannigfaltigkeit, sondern vielleicht nur in den Gedanken eines Menschen? Welches Menschen? Ich kann doch nicht gemeint sein, oder? Vielleicht sollte man hier die Gedanken eines Menschen ansetzen, der sich auskennt mit den Voraussetzungen des Problems? Da gibt es doch ziemlich viele. Aber dann bin ich eigentlich doch gar nicht zuständig!

Und so kommt schließlich unser Angewandter Mathematiker zum endgültigen Schluss, dass dieses Problem gar nicht seine Sache ist, sondern am besten in die Hände eines Geistlichen gelegt werden sollte. Als er ein wenig weiter googelt, stellt er plötzlich fest, dass er mit dieser Ansicht auch gar nicht alleine ist: Jemand aus einer ganz anderen Zunft, nämlich der Zunft der Dichter, hat dies schon lange vor ihm geschlossen:

Scholastikerprobleme

 

I

Wieviel Engel sitzen können

auf der Spitze einer Nadel –

wolle dem dein Denken gönnen,

Leser sonder Furcht und Tadel!

 

„Alle!“ wirds dein Hirn durchblitzen.

„Denn die Engel sind doch Geister!

Und ein ob auch noch so feister

Geist bedarf schier nichts zum Sitzen.“

 

Ich hingegen stell den Satz auf:

Keiner! – Denn die nie Erspähten

können einzig nehmen Platz auf

geistlichen Lokalitäten.

[…]

 

Christian Morgenstern

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Die Antwort stammt von Wolfgang König, stellvertretender Direktor und Leiter der Forschungsgruppe „Stochastische Systeme und Wechselwirkungen“ am Weierstraß-Institut sowie Professor für Wahrscheinlichkeitstheorie am Institut für Mathematik der Technischen Universität Berlin.

Gibt es Gott?

Dies ist eine Glaubensfrage, die zu allen Zeiten immer wieder gestellt wurde. Jeder und jede muss sie individuell, für sich selbst beantworten. Denn wissenschaftlich nachweisen kann man die Existenz Gottes bzw. eines Gottes nicht. Aber überliefert sind uralte Geschichten, die, wie z.B. in der Bibel, von menschlichen Begegnungen mit einem Gott erzählen, der sich – im Alten Testament – selbst als Jahwe vorgestellt und sich – wie die Geschichten des Neuen Testaments berichten – später in einem Menschen offenbart habe, der den Namen Jesus trägt und aus Nazareth stammt. Dies sind religiöse Traditionen, deren Wahrheitsgehalt nur geglaubt, nicht aber bewiesen werden kann. Dennoch hat man schon im Mittelalter versucht, die Existenz Gottes wissenschaftlich-philosophisch zu erweisen. Der Theologe Anselm von Canterbury entwickelte (vor dem Hintergrund einer platonisch-augustinischen Ontologie und Erkenntnistheorie) einen aus Selbst- und Welterkenntnis abgeleiteten Gottesbeweis, der in Gott das erkennt, „über das hinaus nichts Größeres gedacht werden kann“ und das zugleich das „höchste Gut(e)“ ist. Thomas von Aquin erstellte einen Gottesbeweis auf der Basis des Kausalitätsdenkens und definierte Gott als den „ersten Beweger“. Dennoch blieb er zutiefst davon überzeugt, dass die menschliche Vernunft die Existenz Gottes nicht begründen könne. Selbst ein Aufklärer wie René Descartes entfaltete einen Gottesbeweis, der davon ausging, dass der Mensch als endliches, begrenztes Wesen die Idee eines unendlichen göttlichen Wesens nicht selbst hervorgebracht haben könne, sondern dass ihm diese Gottesidee eingepflanzt sei. Der Begriff des Unendlichen müsse also dem Endlichen vorausgehen.

Die Zeit der Gottesbeweise ist heute lange vorbei. Schon im frühen 19. Jahrhundert wurde das Bestreben, die Existenz Gottes mit wissenschaftlichem Objektivitätsanspruch nachzuweisen, endgültig aufgegeben. Theologie, Geistes- und Naturwissenschaften bildeten gemeinsam den Wissenschaftskosmos der Neuzeit. Denn weder die theologischen Wissenschaften noch die Religionsgeschichte zielen darauf, solche Nachweise zu entfalten. Ihr Anliegen ist vielmehr zu analysieren, wie Gottesglaube und Religion zu allen Zeiten das Zusammenleben der Menschen beeinflussten und die Welt in ihren politischen und gesellschaftlichen Konstellationen beständig veränderten, unabhängig davon, ob ein Gott letzten Endes existiert oder nicht. Gibt es Gott? Darauf kann nur der individuelle Glaube antworten, nicht aber die Wissenschaft.

Die Antwort stammt von Irene Dingel, Direktorin des Leibniz-Instituts für Europäische Geschichte (IEG).

Eine weitere Antwort stammt von Samuli SchielkeLeibniz-Zentrum Moderner Orient (ZMO):

Unabhängig davon, ob Gott eine Erfindung von Menschen ist oder ihr Schöpfer, kann man sagen, dass es ihn gibt. Wenn Gläubige ihn anbeten, ihre Hoffnungen und Werte an ihn knüpfen, ist das aus Sicht der Sozialwissenschaften eine unbestreitbare Realität. Gottes Befehle werden in Praxis umgesetzt, seine Gnade und Liebe bieten Menschen Trost, und die Androhung seiner Strafe nach dem Jüngsten Gericht lässt Menschen ihn fürchten. Diese Handlungen und Gefühle gibt es. Ohne solche Beziehungen, die Menschen mit Gott und Göttern pflegen, kann man Religionen nicht richtig verstehen. Ob das nun aber daher rührt, dass Menschen von sich aus in einer sinn- und seelenlosen Welt Sinn und Seelen erfinden und erschaffen, oder ob eine unsichtbare übermenschliche Wirklichkeit dahinter steht – solche Fragen gehören nicht in den Aufgabenbereich der Sozialwissenschaften.

Weiterführende Informationen von Samuli Schielke zum Thema finden Sie hier.

Gibt es Außerirdische?

Kommt darauf an, was man mit Außerirdischen meint. Bislang hat die Menschheit einige Tausend Planeten in anderen Sonnensystemen entdeckt. Diverse davon befinden sich in einer Umlaufbahn, wo theoretisch flüssiges Wasser auf der Planetenoberfläche existieren könnte – dies gilt allgemein als eine Grundbedingung für Leben, wir wir es kennen. Wenn man von den bisher entdeckten Planeten hochrechnet, dann kann man sogar erwarten, dass etwa einer von sechs Sternen einen erdähnlichen Planeten in dieser sogenannten „bewohnbaren Zone“ beherbergen könnte. Damit kommt man auf wirklich sehr viele Planeten allein in unserer Milchstraße, auf denen sich Leben entwickelt haben könnte – vermutlich mehr als 10 Milliarden. Zumindest das Entstehen von einfachen Lebensformen wie Bakterien auf irgendeinem anderen Planeten ist bei einer solch großen Zahl von Chancen nicht unwahrscheinlich. Wenn man mit Außerirdischen aber nicht Einzeller, sondern ganze Zivilisationen meint, dann wird es natürlich sehr viel schwieriger. Da bleibt als Antwort nur ein sehr dehnbares „Vielleicht“.

Die Antwort stammt von Katja Poppenhäger vom Leibniz-Institut für Astrophysik (AIP).