Trouble in Science

by David Siegel

Trouble in Science
In Lindau, Nobel Laureates are free to talk about whatever they please. Naturally, this entails a big deal of first class science. However, it would be unfair to deny that there is the occasional hint of humour as well. And then, of course, from time to time there are talks which do not touch upon science at all… or at least not upon science that actually works. In this topic cluster, we wish to present the reader with some of these funny, curious and controversial moments. Although particular cases should be considered only with a sufficiently critical mind-set, we believe that this collection of scenes represents an integral part of the Lindau spirit. After all, where else do you find such a staggering number of scientists who already have achieved the highest of honours and can hence talk their mind in the most relaxed and unbiased way?

On the Lindau Stage
Our little odyssey begins with the German mathematician and physicist Max Born, who received a Nobel Prize in Physics for his work in the field of quantum mechanics. In 1959, Born used the first few minutes of his talk in Lindau to tell the story of what must have been the most complicated publication procedure in the history of science. If you think that the peer-review of your research papers is a lengthy, nagging and unnecessary procedure altogether, first listen to what Born experienced with his book on optics. You might just change your mind.

Max Born (1959) - Optical Problems (German presentation)

Ladies and gentlemen, The topic of optical problems is rather vague. It is a matter of letting off steam after a long, long series of errors. In 1931 I started writing a book about optics. Like every physicist, like every professor, I felt the need to record in lasting form one of the many carefully prepared lectures that I had given in my life and regularly repeated in an improved form. And many have published such material. In Germany, for example, Sommerfeld and Planck and others. Now, in the field of optics I actually managed to complete it, with the help of two students, a thick book of about 700 pages which unfortunately appeared just when Hitler also appeared. And the effect was that this book disappeared in Germany, so to speak. I don’t believe that there are many in the hands of private individuals, though the libraries should have it. I myself brought a copy with me when I emigrated to Edinburgh and then heard nothing more about it. I used it there in my lectures. At the end of the war, I once went past a bookshop and saw my book standing there, in a different form and with a different cover, and discovered that it was an American reprint using the photo offset process. And then I looked into it and discovered this: A few copies of the book had spread as far as America where, during the war, it was found to be very useful for many different optical and also radar problems, which resulted in its being delivered to a firm for reprinting by the Custodian of Alien Property which handled foreign confiscated property. And they sold it in large quantities. That annoyed me and I wrote to them and they wrote back saying that my business would be attended to "in due time". But then nothing at all happened. A few years later I saw in the Manchester Guardian a notice of a concert given by the famous Finnish composer Sibelius in New York and asked how he liked it in America. He replied, very nice, however you have confiscated all my works and I am getting nothing at all from them. Truman got very annoyed at this and so he wrote to the Custodian in Washington that this must be sorted out, and it was indeed sorted out. After that I wrote a letter to the Manchester Guardian where I raised the issue that very many others were in the same position, including myself. Subsequently, I received a letter from the Custodian in which he wrote once more that the matter would certainly be dealt with – “in due time". Then again nothing happened. And then a scientific attaché from the American embassy in London came to me one day and said that the Navy, the American Navy, would like they would like to bring out a book on optics and have produced a great plan and recruited many people. Then they happened to hear that I was planning such a book. And if this, my book, matched their intentions, they would give up their plan, which I found very honourable. And at that time I really was prepared to produce a new book. To republish my old book was no longer possible and so I wanted to produce a new one, I already had done some recruitment and presented him with my plans. These were accepted and then matters went smoothly. But then the Navy got involved, which is apparently one of the most powerful institutions in the USA, and then I needed only five more years until I received compensation and the rights to my book once more. So that was good, now I could have the old book republished, but it is of course quite out of date. In the meantime, I had started on a new book with the encouragement of many English colleagues and that succeeded since I had found in Doctor Emil Wolf, a young émigré from the Czech Republic, a colleague with a good education in optics in Cambridge. I have now worked with him for eight years on this book which should now be appearing. I can only give you an impression of all the things that happened in the meantime. Habent sua fata libelli is then really true, not only when they have appeared, but even before that. For example, one thing was: One colleague, in the end we had about seven colleagues, but many more before that who gave it a try, but that did not always work. For example, one of them delivered a manuscript which we had to refuse completely. And then he wrote furious letters to the publisher and still demanded his fee. The publisher did not agree and the case was headed for the courts until we heard that this was unnecessary, as the man had been imprisoned for deception. That had nothing to do with us but it freed us from this burden. Such things always happen. It was the first time that I had directed such a team, as one has to these days. I myself did not make much of a contribution to the book. I have read every word, all corrections, I know it quite well and it was written by Dr. Wolf. The employees supplied parts of it, but still he rewrote most of it. He also translated my old style into the English language so well that I can read it as though I had written it myself. So the book should now be appearing, I was hoping to present you with a finished copy. I do have one here but it is not quite finished. It is bound and looks the way it should, but as you know a printers' strike broke out in England a fortnight ago. Then the only thing that was not ready was the subject index. This has been defined and is not clear when it will be possible to complete it. Although I believe that Pergamon Press are doing their very best. And they have bound this book for me without the index. Otherwise it is absolutely complete, only the index is missing. As you can see, it gives rather a voluminous impression. Now, you don’t need to worry that I am going to read out large parts of this book here, what I intend to do is to pick out a few small sections. But first I would like to mention that this book here, although it is rather large, is only a minimal part of what a real physicist calls optics. In the old book we already left out the optics of very fast movements, of fast moving bodies, since that now belongs to the theory of relativity. In addition, we left out the optics of the creation, destruction and scattering of light. Since that belongs to quantum theory. But we have included something which used to be called molecular optics Meaning the temperature dependence of the optical effects. This chapter makes up about half of the old book. It is also missing from the new book. Thus everything is left out from the new one which really is of interest for the physicist. It is therefore really more of a technical book. And still I believe that it has a certain interest in terms of physics, because these fine wave phenomena which are involved here appear everywhere else in physics, in the wave theory of the electron and in other areas and so the interest is not purely optical. But all the same, my colleagues were all real optical physicists. I myself am not, and so I was directing a team of people who were of quite a different nature from me. I myself learned a lot from that. But now I have said enough for the introduction and would like to pick out a few things. One section for example ... First I would like to say that what really appears in the book is the propagation of light seen as a special case of the solutions of Maxwell's equations for continuous extended matter, without taking into account the atomic structure or at least with just a very superficial treatment of this, and the application of this to optical instruments, about which I really know a lot less than about the things mentioned earlier. All of that was therefore essentially done by my colleagues. But I learned a lot from this and I believe I can fish out a few points where I can tell you what this particular effect is actually based on. Now here among us we have the great optical physicist, Professor Zernike, and Professor Zernike criticised my first book in the kindest but strict manner, for which I am still very grateful. And now my main interest is to see Herr Zernike convinced that at least the errors that were in the old book are not in the new one. The first thing that I would like go into very briefly, is the theory of thin layers. And this for the simple reason that it is very important in practice. One can, for example, apply thin layers on a glass or other transparent surface by vapour deposition or another method, to change the reflectivity of this surface, to increase it or decrease it as one wants. The whole problem, seen mathematically, is then this: One has a series of substances which are layered on top of one another. Each layer has a particular optical refractive index and one wonders how much light exits from there and how much is reflected back? How much light goes through and how much is thrown back? The methods which are used for this today are largely due to a French researcher, Monsieur Abelès. And he provided us with a very good outline of the matter, after we had worked out these others. But then a new approach applied known as matrix calculation. I have a board here on which I would like to draw it. So here are these layers, these red lines. And now a beam of light enters here and then we distinguish two cases: one case where the electric vector oscillates parallel to the incident plane, that is in wave normal, and the other case where the magnetic vector oscillates like that. These two … I only want to consider one of these cases. In any case, each of these two cases is quite independent of the other and behaves in such a way that one can understand it like this: if this is the direction of propagation which I want to call Z, and here, let us say that the electric vector oscillates, and then here the magnetic vector in the Y direction. It is a system of perpendiculars. Now, I observe the light, which traverses a layer here, before it enters. And examine what happens to the light when it reaches the next layer, before it enters once more. This metamorphosis then includes firstly the transit through the surface layer and secondly the propagation in the next medium. There are of course simple transformation formulae for each such process, which...,let us say, for one component here, the electric component U and the other V – that is the magnetic one here – are transformed into new ones with some coefficients A-B-C-D. And these coefficients can be calculated once and for all – in the magnetic case and in the electric case, in these two cases. When one has that, then dealing with many layers, one after the other, is more of the same. One constructs this matrix, that means, I assume, today every physicist knows from quantum mechanics what a matrix is. The system of these four figures and the familiar multiplication rules. Let us take this matrix A, then we have a matrix A1 for the transition from the first to the second medium. Another A2 and A3 for the transition from the second to the third, then to the fourth etc. And if we now want to know what happens in the end. Then we first have to multiply the matrices together in accordance with the rules for matrices. This nice recipe was performed there, by Herr Abelès and also in America by Mr. Billings, and is very powerful. I would just like to show you quite a simple example that really complicated things can some out there in the end. The first image deals with the case where we only have three media. Let us say a glassy substance which is coated with a layer of another material, a thin layer, and above that is air or vacuum. So vacuum layer and glass. The thickness of the layer in wavelengths is shown here. Here is a quarter wavelength, half a wavelength, three-quarters etc. From here, another scale is used. That is why it extends so much. The scale runs up to here – that is one unit – and here are four-tenths of a unit just from here to there. So that is a very random unit. The first medium, air, has a refractive index of 1, and the third on the other side, glass, let’s say 1.5. And the one in the middle, the medium in between, can have any refractive index at all. And now the result looks like this: If the intermediate medium has a refractive index which is much greater than 1, then this upper curve applies. And you can see that one can vary this. From the reflection here we assume a reflection index – ability to reflect, how much light is reflected. From 0.04 – that is very low – to a very high value: 0.5 approximately. And that is repeated periodically with increasing thickness. But if the thin deposited medium has a refractive index lower than that of the greater of the earlier two, that is the glass, then it is the opposite, then it goes down, as this curve here shows, but only very slightly, because this scale is enormously enlarged from here downwards. And I wanted to show you that as an example of how one can very simply, if one can place a calculating demon there to work through all such examples. And that is also how it really happens in industry, where a lot happens. Now I would like to switch straight to an interesting problem. By this I mean geometrical optics. That is the limiting case where one regards the waves as so small that one can speak of rays rather than waves. There is a method for dealing with this which originated with William Rowan Hamilton. But then developed later, under the name Eikonal, by Bruns in Germany, and which I covered in my first book in a form which it acquired from the astronomer Schwarzschild. This aroused a lot of anger among the real optical physicists. It is actually very high mathematics and they don’t have much of a feeling for this and attacked me, only the simple was relevant and this was quite superfluous, and two parties were formed. Hardly anyone followed them. When we were planning this new book we were quite open and said maybe we will do it differently this time. We thoroughly tested everything with all the optical physicists available – the war was on – so we only had the English, American. And as it turned out we convinced them all, our method is the best, that of Schwarzschild. So we all converted to using this, what is known as Schwarzschild’s Eikonal, which essentially consists in regarding the wave no longer as an actually vibrating wave, all the same the surfaces of the same phase are treated as waves in their propagation, and the equation which determines this is called the Eikonal equation because that is what Bruns called it. Now I would first like to tell you, if a representation is perfect, then a light point, we have the light source Q here, it will, thanks to the imaging system, produce another light point on the other side of the screen. Point to point. That is what is known as the absolute Gaussian transformation, which only exists in the roughest approximation. Geometrical optics, alone, even without the waves, already yields errors which arise from the fact that the surfaces can never actually be so constructed that this recombination really takes place. The theory of these errors was first completely worked out by a man named Seidel, and so the lowest level of errors is called Seidel errors. There are five of them. Why does it happen to be five? That is a general problem which I think every physicist should know. Why are there five errors? These errors are called spherical aberration, astigmatism, field curvature, image distortion and coma. I would now like to tell you where it comes from, that these are five. It comes from: If you look at the entry pupil of the instrument here, in other words the opening where the light enters, and then look at the image plane here, then you have a coordinate system in each and I can, of course, arbitrarily place the point of entry of the light on an axis, for example on the y axis. And I name this distance here Y0. But here I cannot do that, here it lies somewhere or other and has an angle, which I have called theta, and a distance rho. So there are three variables. The distance Y0 of the image point from the centre, then the distance – no, of the light point from the centre – the distance of the image point from the centre in the image plane rho and the angle that this is deflected, this ray, which comes there. These must now be combined with quadratic combination, because it is easy to understand that the figures naturally do not change if I change the sign of all the quantities, so it has to be quadratic. Thus one can construct three invariant quantities, namely quantities which do not change if I simply rotate the whole instrument about its axis, then nothing should change at all. Thus the invariants are essentially Y0^2, Rho^2 und Y0-Rho-cos(Theta). That is demonstrated in the most elementary mathematics, they are the three invariants of two distances. But from three quantities one can construct three second order combinations. Namely the three squares and the three products. The first combination is Y0 and to the fourth, squaring it again. And that is assumed. So it has absolutely no clear meaning. The three products and two of the squares. But now I, and that is one of the few points where I contributed something positive to the book, have found a method to show clearly what that means. Which is: I imagine the ray arriving here, passing through the instrument and recombining here. So that is a concentric sphere which converges on that point. And the sphere is not exactly a sphere, it is a little distorted. The distortion of the sphere around a ray, which is now displayed in the figure. And there you can see 5 possible distortions and beneath each one stands what it is. So here you have the spherical aberration, proportional to Rho^4, that is 2%, these fourth powers are squares of Rho^2. That is a kind of flat, plate-like ellipse. That is the coma. This increases with Rho * Rho^2, Rho^2 * Rho cos(Theta), and also with Rho^3 cos(Theta). That is a bit of curved surface, not symmetrical. This is astigmatism. This increases with cos(Theta) and Rho^2. This is the field curvature, it increases with Rho^2, so it is a paraboloid. And finally the distortion which increases with Rho cos(Theta), making it a section through an ovaloid. I say that these figures are new, they were absolutely not to be found in any other book and they provide a very clear picture of what distortion really is in an instrument which is not completely corrected. I will come back to these image defects later on. Right now I would like to switch to a completely different problem: Is it not possible to make these image defects themselves visible? And today certain interferometers serve this purpose. That is instruments which allow a light beam to be divided in 2 and later combined again, after both parts have travelled different paths. So that path differences appear. The interferometer which I use here is a modification by Twyman and Green of Michelson’s famous instrument. I will quickly run over the principle, as with Michelson one has a glass plate for the division, which reflects a part of the light that hits it and transmits another part. Here is a collimator and here is one, and here a flat plate, a mirror. The light arrives here at the plate, is thrown out here, is reflected here, passes through the plate and is recombined here by this collimator. Here, however, in Michelson’s apparatus there is also a plate, a flat plate. Instead of this flat plate one now uses a very precise spherically ground plate and places a very well corrected lens in front of it. What happens then? No, one places the lens in front that one wants to correct. That’s how it is. Not yet corrected. The light that arrives here, if the lens were corrected, would then appear, as it were, to emanate from the centre of this spherical mirror. But if the lens has defects then they overlay each other, so to speak, over this spherical surface as little disturbances. And one can photograph that, since when the light is combined with the other undistorted light, which comes from here, interference occurs which is an exact representation of this phenomenon. There, for example, you can see the observed, above, calculated below, the first picture on the left is the spherical aberration, the second is the coma and the third the astigmatism. I think the agreement between the calculated and the observed interference behaviour is really rather nice. It is a matter of tiny effects. Naturally I cannot accept this applause. It was done by someone else, I have also written it down here, but I don’t want to bother them by name. And now, to stay with interference effects, I would like to show you another nice picture. It comes from, and here I want to mention the name, from Professor Polanski who has done a lot of work with diamonds and other crystals and is interested in the nature of their surface structure. And for this he uses multiple interference, which means that he takes the surface of the crystal and places on it a very well ground flat plate. And then he exposes it to light and arranges it so that the beam of light is reflected to and fro many times before it leaves. And as one knows from fundamental optics, the result of this is that the interference pattern is extremely fine. The more interference, the finer the pattern becomes. Now I don’t want to tell you anything more about the detailed theory of the matter, I just want to show you one of his nicest pictures. That is the split surface of a mica crystal, which was imaged in the green and in the yellow mercury line. I have the angstroms here, but it is not of interest. What you can see from this is that an irregularity runs through the crystal surface here, quite clearly, a crystalline inclusion or something of the sort. The order of magnitude which can be resolved in this way, that is very close to the resolution of X-ray images. I don’t want to go into this any deeper, but just show you the sorts of things that are possible today. Now I am approaching very insecure ground: That is, I want to talk about Herr Zernike's famous method of phase contrast, and he is here. Herr Zernike himself gave us a lecture on that here three years ago, and I must admit that I did not understand much of it at the time. In the meantime, under the pressure of the book, I have studied it somewhat and I now believe that I understand it enough to be able to explain more or less what it is about to someone who claims, someone who has absolutely no idea about optics. Two things must be distinguished. First of all, a fairly trivial mathematical matter. When, namely, an object is here and a microscope, and the rays come through, then the object will have an effect on the rays which can be represented by saying that the amplitude of the light is multiplied by a factor f(x). Where O(x) here is this direction, some direction in the object. This function f(x) is in general complex, which means that it signifies a distortion in the intensity and the phase. The form, let us say: small f x e^i Phi. That is the amplitude and the phase. Instead of that I will simply write: f x 1 + iPhi + higher terms which I will develop. The phases must be greater and lower. Now, if I make a very small cut under the microscope that produces no significant change in the intensity. Only with transparent substances, in particular, with light that is f1. And if I then calculate the intensity from it, that means squaring this ..., or multiplying it with its conjugate, in absolute terms squaring, so it is practically 1. One can see that here immediately, but also 1 here. So one does not see that at all. What can one do to be able to see something? That results from a clever thought about the nature of microscopic imaging from Abbe. According to Abbe, microscopic imaging consists in illuminating the object here. And I would like to consider the object as if it were a grating. Then the first effect of the illumination consists in the generation of a diffraction pattern here. That means first of all a direct ray and then a very much weaker ray of the first order to both sides and then a second order ray and so on. They represent the diffraction patterns of first, second and third order from such a grating and, analogously and generalized, for any arbitrary object. Then comes the imaging apparatus, it combines all these rays or at least as many of them as it can capture. If it combines all of them, then a similar image of the grating is produced here, and if some are excluded, then a dissimilar image is produced. This is the theory of Abbe in simple, in the simplest outline. He relates the resolution of a microscope to how many diffraction patterns the instrument can recombine. Now what Herr Zernike does there is this, he says: If he could turn the 1 in this function into an i, then it would go like this: i * (1 + Phi). And if I square that, then it has a linear member. I^2 is 1, but this gives 1+2Phi+i squared. Then there is only one i there of the kind that one requires. So what must I do? I must somehow manage to turn this 1, in this transparency factor, into an i. But what does the 1 correspond to? It is very easy to see that it is the direct ray of zeroth order. And the phi corresponds to a higher order. Herr Zernike, forgive me if you think this is over-simplified, but in my opinion it may be pedagogically usable. Then one just needs to interpose something here, a body, a disk, which changes the phase of the wave in transit so that the 1 becomes i. Because the i means a phase of pi by two, of a right angle. And that can be done. One has a plate which changes the phase, but only that of the light in transit, not of the diffraction patterns. And then this function is changed into this one, and the effect is there. It changes the phase effect into an amplitude effect. And that is the basic idea, which we of course extended, you can look up the precise theory in the book. I would like to show you two images of such phase figures. That is a splinter of glass, with A showing the direct image, where you hardly see anything, just the edges of the glass splinter. B and C are phase contrast images at two different apertures. Here you can see a lot of detail which you don't see here. So that is the success of this method of Zernike’s. The next image shows something organic, in fact frog epithelium. A and B are a direct image with two apertures, and C and D are a phase contrast image, again with two apertures. In A and B you can see extraordinarily little. In C and D you can see a lot of detail here, and here too, here they are exactly reversed in the intensity, that depends of course on random factors of the apertures and suchlike. But one can see here the extraordinarily high resolution which one can obtain with this method. Now I will return to my image defects. If you had an ideal image, meaning a point of light is recombined into a point of light, the question is, what does it look like from the point of view of wave theory? Not just as rays which emanate from a point and recombine here, but as a wave which is emitted here, then refracted, and is concentrated here as a spherical wave. And how does such a spherical wave behave in the centre, under the assumption, of course, that this spherical wave is not closed but, as in every instrument, limited by the aperture. The original theory was developed as far back as the year 1885 by the German Lommel, and it is still the best. Although Debye, in 1909, took another approach with integrals, which added a few new thoughts, still Lommel's calculations are quite outstanding and must be used. So we used Lommel’s formulae to work through the matter, or rather we took it from a work by Wolf and Linfoot, and I would just like to show how comfortable it looks in the vicinity of a focus. That is where one thinks that light converges nicely to a point. But what really happens is much more chaotic than that. So here is the ideal focus. The numbers written in there represent intensities. That is for my eyes very hard to read. Here it says 217, 477 … 677. Then there are a lot of little figures all around. So you can see that there a few high maxima next to the focus, which is, of course, also a high maximum, and then smaller maxima here and a lot of other maxima around. That is how the image looks in reality. It is quite a complicated mountain range. If one sections it like this, in the focal plane, then one obtains an image which one can examine here. In the centre, a high mountain accompanied by ever decreasing smaller mountains. That is the usual diffraction pattern. The Airy pattern. A maximum and then the little tails at the sides. But here it is three-dimensional and what we have is only one of many sections. A few of them also appear in the book. So that would be the ideal Gaussian transformation. But what happens now … no, unfortunately my diagrams are in the wrong order. Before I mention what happens, if I now consider the image defects, the geometrical image defects, I would like to touch on another point. One of our first colleagues, but who left us later, Professor Gabor of Imperial College in South Kensington, he published what is known as a reconstruction method, which is based on the following. Here I have to return to this figure of Abbe’s. It plays a role in electron optics. In electron optics one has problems with the resolution of the instrument which is limited by the …oh, I don’t want to go into the technical details, I just want to say what it is about here. You will remember: The object emits its diffraction pattern, the diffraction pattern is recombined by a lens, and if it combines well – everything that is there, then a similar image results. Gabor had the idea of dividing this process in two. Namely, to replace the lens with a photographic plate here, and first to photograph the diffraction pattern of the object, then to illuminate the photograph again in the same way and so to reconstruct the image. When they first told me this, that is nonsense, that won't work. Because the diffraction pattern does not contain the intensities alone, but also the phases. But the photographic plate does not take any notice of the phase, just the intensity. So what one now obtains is a distorted image because the phases are wrong. The great trick which Gabor achieved is by observing with very narrow bundles, and electron microscopy does not deal with anything else, to show that one can arrange very narrow bundles in such a way that the phases simply have a negligible effect. And that one obtains good images by dividing the whole procedure of microscopy into two parts. One makes firstly a diffraction pattern, and then one photographs the diffraction pattern and obtains the object. The same idea, by the way, was also used by Bragg in crystal theory, where X-rays are used – they provide only the diffraction pattern. And there he thought: Can’t I use the diffraction pattern to obtain a real image of the crystal by photographing it again? Of course it does not work there, because there a wide angle is involved. But still Gabor’s investigation showed what had to be done to carry it out technically. But it has, I think, as far as I know, never been carried out completely. I would like to show you one of Gabor's examples. Here we have the original. There are a few names of optical physicists: Newton, Huygens, Young, Fresnel and Bohr. Here they photographed the diffraction pattern, which of course has no trace of similarity with the original. And this diffraction pattern was sent back through the same apparatus and reproduces the original quite legibly, so I can read it from here. Once again Newton, Huygens, Young, Fresnel and Bohr. Of course it includes small distortions, because the phases cannot of course be avoided altogether. I wanted to insert this here. That is also included in the book. And now I finally return to the diffraction theory of image defects as the last point. These five image defects which I named, and which I keep forgetting, much to your amusement, they were calculated with ray optics where one assumes that light consists of real rays which are refracted. Now what becomes of this if they are waves? Then one must take these rays and regard them as carriers of waves and also take into account the phases. Of course that leads to very involved integrals according to Kirchhoff’s theory of diffraction, and again it is Herr Zernike whom we can thank for the correct method. I developed the first version of this theory in my book, as well as I could manage it; the whole book was ready within two years. I had just one month for this work. There I grabbed the formulae as they were, and tried to evaluate integrals. This did not produce very much benefit, but still an insight into the matter. Later it was taken over by various people, by Blaser and by Zernike himself. And Herr Zernike found the right method. The right method consists in developing the waves with particular functions, which are now known as Zernike polynomials, and these are polynomials, meaning XY multiplied together, provided with factors and added together. And these polynomials have this property: They are defined in circles. The circle, the aperture of the instrument … and if such a polynomial is taken in the original X,Y coordinate system and this coordinate system is rotated into a red X‘, Y‘ X dash cosine, Y dash sine and so on. And then the new polynomials which are derived from the old ones should be identical with the old, apart from a factor f which depends only on the angle of rotation. So the polynomials are thus essentially uniquely defined, which is also a normalisation, and as Herr Zernike showed they are the right elements on which this theory must be constructed. To go into the theory itself is of course pointless here. I would just like to show how one makes photos of instruments, of lens systems, which still have the various defects, which have not yet been fully corrected. How the image appears in terms of wave theory. So I have three images. The first involves a meridian plane, in other words a plane which includes the ray itself. And this ray is like that. ...or contains the axis of the instrument. That is the first, the spherical aberration. The second and the third involve planes at right-angles to the axis of the instrument. Like this. And the first involves coma and the last involves astigmatism. These are at the same time generalisations of my second figure where I showed you these small areas which represent the geometrical distortion, and also the image just shown of an ideal bundle in the focus. If you now overlap these two things, the geometrical error with the wave nature, such figures arise where the isophotes, that is the lines of equal brightness, are drawn; here is 75, goes down, here is 5, 2, 1 here it goes back up to 9. You can see the images are really very convoluted. This, as I already said, is an image of the spherical aberration in the meridian plane. The light propagates in this direction. This continuous line is what is known as the Gaussian line of geometrical optics, which I won’t go into. Up here you have three theoretical figures, calculated from the formula, for the coma, where, as those involved with optics know, this remarkable figure is distorted to one side. That is connected with the fact that the little area was so asymmetrically distorted. Up above are the theoretical images for various cases and here below are the corresponding experimental images. And if one compares this image with the theoretical one can see how nicely it corresponds here or they are not so exactly aligned, but simply to show how well experiment and theory agree with each other. The last figure, that shows the same for astigmatism, but I don’t want to go into detail. In the book can be found the exact theory for diffraction in the few cases where it is possible. This means for spheres and half-planes. If you have an aperture consisting of a half-plane and light enters, what happens to it? That is one of the famous problems that was first solved by Sommerfeld. But today this is treated quite differently by today's mathematicians. Not with plurivalent potentials as Sommerfeld did, but directly with what is known as dual integral equations. But I cannot trouble you with this either. Those are just questions of method. The figure that I want to show you now just shows how it looks if one really works through these formulas of Sommerfeld’s. He never did it himself. And here I have the phases in one figure and the intensities in the other. And it is the case, that light … here is clearly the shadow, here nothing happens. Here are the lines of equal intensity and here of equal phase. So you can see here how the shadow is produced. These are the rays which are deviated a little upwards. Here is the reflexion, the light which falls here on the shadow against the body, is deflected upwards and interferes with the incoming light and produces such interference patterns. Here is the same for the phases. Very complicated figures are produced here. This just to show how today one can work through Sommerfeld’s formulae in full detail. The last image that I want to show you involves a theory which was originally developed by the French physicist Brillouin, who predicted this phenomenon: Imagine a container and a liquid in which very short sound waves are generated, which can be done today electronically. Let us imagine these sound waves travelling upwards from below. Then these acoustic waves are locations where the refractive index changes - periodically changes. So they are a grating. And if I now let a beam of light pass through it at right angles, it will be diffracted. That sounds like a pleasant diversion, but it is much more. It happens to be the best way so far, and perhaps the only way of observing the optical properties of small bodies. I can still produce such very short acoustic waves even in tiny crystal mirrors which I can hardly see. In this way I can determine how fast light propagates – from the differences that I see. And from that I can calculate the elastic coefficient of the crystal. With this method the elastic constants of rare crystals are today known very precisely. But here I only want to discuss the theory for liquids and not for crystals. There were a lot of approaches around, from Wannier and others and then from the Indian, Sir C.V. Raman, who was also here three years ago. But who only wanted, or only was able to handle a remote marginal case. In Edinburgh with me at the time were Noble, a Canadian, and Bhatia, and Indian, and I brought them together and suggested the method to them and they then worked out the theory. There it involved this, I just want to sketch it quite briefly. Here is the container, down here is the vibrating crystal and here the acoustic wave runs upwards. Whether that is a static wave resulting from being reflected down again, or a moving one, makes no difference at all. Sound is so slow compared with light that that … that a moving wave stands still and then one has a light source here and an imaging instrument, with a parallel light bundle, it comes in here and is then recombined here by a lens, and the focal plane. Here the interference takes place, it functions like a grating through which it passes. The angle of incidence must be very small, or one sees nothing. The method that we applied here was familiar to me because it was essentially the old perturbation method is which was introduced into the quantum mechanical theory by Heisenberg and Jordan and me. With this perturbation method, which is a very curious case of degeneration, the two succeeded in completing the calculation, and now I would like to show you this image. Up here is an experimental picture from the Indian Parthasarathy. And what you may be able to see there most clearly is the asymmetry right and left. Although it surely looks as though it ought to be quite symmetrical. If one thinks about it in detail, it is not symmetrical, because the ray has a very small angle of inclination of 2 or 3° at most. But this minuscule difference has the effect that, for example, here only three lines appear above and five here below. And here the difference is even greater. And these intensity relationships are, as you can see, very convoluted. And here the angle of incidence is stated up here. It is difficult to read: Null, 0.06 etc. one to the right and the other left of the middle of the straight-through ray. And there you can see the same asymmetry. Here it is still fairly symmetrical with a really small angle, here it already starts to become very asymmetrical and then it strangely becomes symmetrical again. So that is no simple law, where it reverses from asymmetry back into symmetry. That is well expressed in the theory. Here are the theoretical values in brackets, and the observed without brackets. but it is of course also an approximation, what one wants to regard as still visible. Still, we were quite content when we had that. In any case we were now able to subsume all marginal cases that occurred in the literature under this theory. Here you have a short overview over this book. I would just like to add just one thing, a very important chapter is now this: Here we have always regarded the light source just as an illuminated point. But the light sources have a finite size. This extension has the effect that the phenomenon of partial coherence occurs, that parts of the light source no longer oscillate independently of other parts, but are coupled together. There is a very large chapter on that which comes from my colleague Wolf, and where Zernike’s results are once more exploited on a large scale. In addition, the book contains some appendices, of which one was written entirely by me. There is a generalisation of geometrical optics, known to mathematicians as variation calculus, and I have presented them there to show that the main optical phenomena still take place to a much greater extent if one takes complicated functions in place of the refractive index as the single characteristic quantity of substances. That is necessary if one is engaged in electromagnetic optics, that is to say electron microscopy. This is also covered in an appendix by Dr. Gabor. Finally, I want to show you how the thing looks today, apart from the index.

Meine Damen und Herren, das Thema optische Probleme ist etwas vage. Worum es sich handelt, ist abreagieren einer langen, langen Fehlerreihe. Ich habe im Jahre 31 angefangen ein Buch zu schreiben über Optik. Wie jeder Physiker, wie jeder Professor habe ich das Bedürfnis gehabt, eine der vielen sorgfältig vorbereiteten Vorlesungen, die ich in meinem Leben gehalten habe und immer wiederholt habe in verbesserter Form, auch niederzulegen. Und viele haben ihre veröffentlicht. In Deutschland zum Beispiel Sommerfeld und Planck und andere. Nun in der Optik bin ich ja wirklich fertig geworden und habe mit zwei Studenten ein ziemlich dickes Buch geschaffen von etwa 700 Seiten und das erschien unglücklicherweise gerade, wie der Hitler auch erschien. Und der Erfolg war, dass dieses Buch in Deutschland verschwand, sozusagen. Ich glaube nicht, dass das viel in Händen von Privatleuten ist, die Bibliotheken werden es wohl haben. Ich selbst habe ein Exemplar mitgenommen in die Emigration nach Edinburgh und hörte dann gar nichts mehr davon. Ich benützte es dort in meinen Vorlesungen. Am Ende des Krieges ging ich einmal an einem Buchladen vorbei und sah mein Buch da stehen, und zwar in einer veränderten Form mit einem veränderten Umschlag und fand heraus, dass es ein amerikanischer Neudruck war mit Lichtfotoverfahren. Und dann habe ich mich erkundigt und habe dies erfahren: Das Buch hat sich in einigen Exemplaren bis nach Amerika verbreitet, dort wurde es im Kriege als sehr nützlich empfunden für viele optische und auch Radarprobleme, daher wurde es von dem Custodian of Alien Property, dem Verwalter des auswärtigen konfiszierten Vermögens einer Firma zum Nachdruck übergeben. Und die hat es in großer Menge verkauft. Das hat mich geärgert und ich habe dahin geschrieben und die haben zurückgeschrieben, meine Sache würde behandelt werden zur rechten Zeit, "in due time". Aber dann geschah gar nichts. Ein paar Jahre später sah ich im Manchester Guardian eine Notiz, dass der berühmte finnische Komponist Sibelius ein Konzert - das war schon nach dem Kriege - in New York gegeben hat, und dass Präsident Truman, dem es sehr gut gefiel, mit ihm nachher gesprochen hatte und gefragt hat, wie es ihm denn in Amerika gefiel. Da hat er gesagt, sehr gut, bloß sie haben meine ganzen Werke konfisziert und ich habe gar nichts mehr davon. Da war Truman sehr böse und hat also nach Washington zu dem Custodian geschrieben, das muss in Ordnung kommen und es ist auch in Ordnung gekommen. Darauf habe ich ein Brief an Manchester Guardian geschrieben, wo ich auseinandergesetzt habe, dass in derselben Lage sehr viele andere auch sind, unter anderem ich. Darauf kriegte ich einen Brief von dem Custodian, in dem er mir wieder schrieb, die Sache würde schon behandelt werden - Dann passierte wieder nichts. Und dann kam eines Tages ein wissenschaftlicher Attaché der amerikanischen Botschaft in London zu mir und sagte, die Navy, also die amerikanische Marine, möchte gerne ..., die ein großer Mäzen ist und wissenschaftliche Institute unterstützt, die möchte gerne ein optisches Buch herausbringen und hat einen großen Plan gemacht und viele Mitarbeiter geworben. Dann hätten sie durch Zufall gehört, dass ich ein solches Buch vorhabe. Und wenn dieses, mein Buch, ihren Absichten entspräche, würden sie von ihrem Plan zurücktreten, was ich sehr ehrenvoll fand. Und derzeit war ich eben schon bereit, ein neues Buch zu machen. Mein altes Buch neu herauszugeben, war nicht mehr möglich und ich wollte also ein neues machen, hatte auch schon Mitarbeiter und legte ihm meine Pläne vor. Dieses wurde gebilligt und dann ging die Sache fließend. Denn dann griff die Marine eine, welche offenbar eine der wichtigsten Institutionen in den USA ist, und ich brauchte dann bloß noch fünf Jahre, bis ich eine Entschädigung und die Rechte meines Buches wieder bekam. Also dies war gut, das alte Buch könnte ich jetzt neuerscheinen lassen, aber das ist natürlich ganz veraltet. Inzwischen hatte ich auf Drängen vieler englischer Kollegen ein neues Buch angefangen und das gelang dadurch, dass ich in einem Doktor, Emil Wolf, einen aus der Tschechei vertriebenen jungen Mann, einen Mitarbeiter fand, der wirklich fachmännisch optisch ausgebildet war in Cambridge. Mit diesem habe ich nun acht Jahre an diesem Buch gearbeitet und nun sollte es erscheinen. Was dazwischen alles passiert ist, davon kann ich Ihnen nur andeuten. Es ist wirklich so habent sua fata libelli, nicht nur, wenn sie erschienen sind, sondern auch schon davor. Zum Beispiel, eine Sache war: Ein Mitarbeiter, wir haben etwa sieben Mitarbeiter am Schluss gehabt, aber vorher viel mehr, die das versuchten, aber das gelang immer nicht. Also einer zum Beispiel lieferte ein Manuskript ab, das wir ganz ablehnen mussten. Und darauf schrieb er sehr grimmige Briefe an den Verleger und verlangte trotzdem sein Honorar. Der Verleger wollte nicht und es sollte zu einem Prozess kommen, bis wir hörten, dass das überflüssig war, weil der Mann wegen Betruges ins Gefängnis gekommen war. Das hatte nichts mit uns zu tun, aber es befreite uns von dieser Last. Solche Dinge, so etwas passierte immer. Es war das erste Mal, dass ich so ein Team, wie man das ja heute muss, dirigierte. Ich selbst habe zu dem Buch wenig beigetragen. Ich habe jedes Wort gelesen, alle Korrekturen, ich kenne es ganz gut und geschrieben ist es von Dr. Wolf. Die Mitarbeiter haben Stücke davon geliefert, das meiste hat er aber auch noch umgeschrieben. Er hat außerdem meinen alten Stil, in englische Sprache übersetzt, so gut herausgebracht, dass ich es wie mein eigenes Schriftzeug lesen kann. Dann sollte das Buch jetzt erscheinen, ich hoffte, Ihnen ein fertiges Exemplar vorzulegen. Ich habe hier auch eines, aber es ist nicht ganz fertig. Es ist zwar gebunden und sieht so aus, wie es sein soll, aber wie Sie wissen, ist vor vierzehn Tagen ein Streik der Drucker in England ausgebrochen. Da war das Einzige, was noch nicht fertig war, der Sachindex. Der ist also festgelegt worden und auf unbestimmte Zeit unmöglich fertigzumachen. Obwohl ich glaube, dass sich die Pergamon Press die größte Mühe gibt. Und so haben sie mir dieses Buch gebunden ohne den Index. Also sonst ist es ganz fertig, nur der Index ist nicht drin. Es ist also, wie Sie sehen, ein ziemlich umfangreiches Gebilde. Nun haben Sie nicht Angst, dass ich Ihnen dieses Buch hier in größerem Maße vorlegen werde, was ich beabsichtige, ist, ein paar kleine Stellen herauszupicken. Zunächst möchte ich aber sagen, dass dieses Buch hier, was doch ziemlich dick ist, nur ein minimaler Teil dessen ist, was ein richtiger Physiker Optik nennt. Schon in dem alten Buch haben wir weggelassen erstens die Optik der sehr schnellen Bewegungen, der schnell bewegten Körper, denn das gehört heute in die Relativitätstheorie. Wir haben ferner weggelassen die Optik der Entstehung, Vernichtung und Streuung des Lichts. Denn das gehört in die Quantentheorie. Wir haben aber mitgenommen etwas, was sich damals molekulare Optik nannte - das heißt, eine Berücksichtigung der Bewegung der Licht emittierenden und absorbierenden Atome und Moleküle. Das heißt, die Temperaturabhängigkeit der optischen Effekte. Dieses Kapitel ist in dem alten Buch etwa die Hälfte. Das fehlt in dem neuen auch. In dem neuen ist also alles weggelassen, was wirklich für den Physiker interessant ist. Es ist also wirklich mehr ein technisches Buch. Und trotzdem glaube ich, dass es ein gewisses physikalisches Interesse hat, weil eben diese feinen Wellenphänomene, um die es sich hier handelt, überall auch sonst in der Physik vorkommen, in der Wellentheorie der Elektronen und in anderen Gebieten und darum das Interesse nicht so rein optisch ist. Aber immerhin, meine Mitarbeiter waren alle richtige Optiker. Ich bin das nicht und ich dirigierte also ein Team von Leuten, die ganz anderer Natur waren wie ich selbst. Das war für mich selber sehr lehrreich. Nun habe ich aber genug zur Einleitung gesagt und möchte nun so ein paar Dinge herauspicken. Ein Abschnitt zum Beispiel ... Als erstes möchte ich sagen, dass, was in dem Buch nun wirklich steht, ist die Ausbreitung des Lichts, betrachtet als ein spezieller Fall der Lösungen der Maxwellschen Gleichungen für kontinuierlich verbreitete Materie ohne Berücksichtigung der Atomarstruktur oder wenigstens nur mit ganz oberflächlicher Berücksichtigung dieser und die Anwendung davon auf die optischen Instrumente, von denen ich wirklich noch viel weniger weiß als von den vorher genannten Dingen. Das ist also im Wesentlichen alles gemacht von meinen Mitarbeitern. Ich habe aber dabei viel gelernt und dann glaube ich, so ein paar Pointen herauszufischen, bei denen ich Ihnen sagen kann, worauf eigentlich hier dieser Effekt beruht. Nun haben wir hier unter uns einen der großen Optiker, Professor Zernike, und Professor Zernike hat mein erstes Buch in liebenswürdigster, aber strenger Weise kritisiert, wofür ich ihm noch immer sehr dankbar bin. Und mein Hauptinteresse ist nun, zu sehen, dass Herr Zernike überzeugt wird, in dem neuen Buch sind die Fehler jedenfalls nicht mehr drin, die in dem alten waren. Das erste, was ich hier behandeln möchte ganz kurz, ist die Theorie dünner Schichten. Und zwar aus dem Grunde, weil das praktisch sehr wichtig ist. Man kann zum Beispiel durch Aufdestillieren oder in anderer Weise Anbringen von dünnen Schichten auf eine Glas- oder sonstige durchsichtige Fläche, die Reflexionskraft dieser Fläche verändern, verstärken oder schwächen, wie man will. Das ganze Problem, mathematisch gesehen, ist dann dies: Man hat eine Reihe von Substanzen, die in Schichten übereinander gelagert sind. Jede Schicht hat einen bestimmten optischen Brechungsindex und man fragt sich, was für Licht geht da heraus und wie viel Licht wird zurückgeworfen? Wie viel Licht geht durch und wie viel wird zurückgeworfen? Die Methode, die dabei heute benützt wird, verdanken wir wesentlich einem französischen Forscher, Monsieur Abelès. Und der hat uns eine sehr gute Skizze der Sache gemacht, nachdem wir diese anderen aufgearbeitet haben. Es wurde aber dann neu unter Anwendung der sogenannten Matrizenrechnung. Ich habe hier eine Tafel, auf der ich es anmalen will. Also hier sind diese Schichten, diese roten Linien. Und nun kommt hier ein Lichtstrahl herein und dann unterscheidet man zwei Fälle: ein Fall, bei der der elektrische Vektor parallel zur Einfallsebene, also in wellennormale und einfallende Richtung schwingt, und im anderen Fall, wo der magnetische Vektor so schwingt. Diese beiden ... ich will nur einen dieser Fälle betrachten. Jedenfalls, jeder dieser beiden Fälle ist vom anderen ganz unabhängig und verhält sich so, dass man es so auffassen kann, wenn hier die Fortpflanzungsrichtung ist, die ich Z nennen will und hier, sagen wir der elektrische Vektor schwingt, und dann hier der magnetische Vektor in der Y-Richtung. Es ist ein rechtwinkliges System. Nun betrachte ich das Licht, das hier eine Schicht passiert, bevor es hineingeht. Und sehe zu, was wird aus dem Licht, wenn es die nächste Schicht erreicht, ehe es wieder hereingeht. Dabei ist dann inbegriffen in dieser Verwandlung, erst einmal der Durchgang durch die Grenzfläche, und zweitens die Fortpflanzung in dem nächsten Medium. Für jeden solchen Prozess gibt es natürliche einfache Transformationsformeln, die..., sagen wir, die eine Komponente hier, die elektrische Komponente U und die andere V - das ist die magnetische hier - umwandeln in neue, mit irgendwelchen Koeffizienten A-B-C-D. Und diese Koeffizienten können ein für alle Mal ausgerechnet werden - im magnetischen Fall und im elektrischen Fall, in diesen beiden Fällen. Wenn man die hat, so kommt das Problem, viele Schichten hintereinander zu behandeln, darauf heraus. Man bildet diese Matrix, das heißt, ich nehme an, also jeder Physiker heute weiß von der Quantenmechanik her, was eine Matrix ist. Das System dieser vier Zahlen und die bekannte Multiplikationsregeln. Nehmen wir diese Matrix A, dann haben wir eine Matrix A1 für den Übergang vom ersten zum zweiten Medium. Eine andere A2 und A3 für den Übergang vom zweiten zum dritten, dann zum vierten usw. Und wenn wir jetzt wissen wollen, was am Ende passiert. So haben wir einmal die Matrizen aufzumultiplizieren nach der Matrizenregelung. Dieses schöne Rezept ist da durchgeführt worden, von dem Herrn Abelès und auch in Amerika von einem Mr. Billings und es ist sehr machtvoll. Ich möchte Ihnen nur ein ganz einfaches Beispiel zeigen, dass da schon recht komplizierte Dinge am Schluss herauskommen. In dem ersten Bilde ist der Fall behandelt, dass wir nur drei Medien haben. Sagen wir eine Glassubstanz, auf der ist eine Schicht von einem anderen Material aufgelegt, eine dünne Schicht, und darüber ist Luft oder Vakuum. Also Vakuumschicht und Glas. Aufgetragen ist hier die Dicke der Schicht in Wellenlängen. Hier ist eine viertel Wellenlänge, eine halbe Wellenlänge, dreiviertel usw. Von hier an ist eine andere Skala benützt. Darum ist es so ausgerückt. Bis hierhin ist die Skala - das ist eine Einheit - und hier sind vier Zehntel Einheiten nur von hier bis dahin. Also das ist eine sehr beliebige Einheit. Das erste Medium Luft hat den Brechungsindex 1 und das dritte auf der anderen Seite Glas, sagen wir 1,5. Und das Mittel, das dazwischen liegende Medium kann irgendwelchen Brechungsindex haben. Und nun erscheint das Resultat so: Wenn das zwischenliegende Medium einen Brechungsindex hat, der viel größer ist als die 1, dann gilt diese obere Kurve. Und Sie sehen, dass man dann variieren kann. Von den Reflexionen hier ist ausgegangen der Reflexionsindex - Reaktionsvermögen, wie viel Licht wird reflektiert. Von 0,04 - also sehr wenig - zu einem sehr hohen Wert: 0,5 etwa. Und das wiederholt sich periodisch, wenn die Dicke wächst. Wenn aber das dünne, aufgelegte Medium ein Brechungsindex hat, der kleiner ist als der größere der beiden vorher, also das Glas, dann ist es umgekehrt, dann geht es herunter, wie diese Kurve hier zeigt, aber nur winzig, denn diese Skala ist ja enorm vergrößert hier nach unten. Und das wollte ich Ihnen als ein Beispiel zeigen, wie man nun in sehr einfacher Weise, wenn man da ein Rechenmenschen hinsetzen lassen kann und alle solche Beispiele durchrechnet. Und so ist das auch in der Industrie, wo viel geschieht. Ich möchte nun gleich übergehen zu einem interessanten Problem. Da ist also die geometrische Optik. Das ist der Grenzfall, wo man die Wellen als so klein betrachtet, dass man statt von Wellen von Strahlen sprechen kann. Dann gibt es eine Methode zu behandeln, die original herstammt von Willam Rowan Hamilton. Dann aber später unter dem Namen Eikonal von Bruns in Deutschland entwickelt worden ist, und die ich aufgegriffen habe in meinem ersten Buch in einer Form, die sie von dem Astronomen Schwarzschild bekommen hat. Dieses hat sehr großen Ärger erregt bei den richtigen Optikern. Es ist nämlich sehr hohe Mathematik und die lieben das nicht sehr und haben mich angegriffen, es ging nur auf die einfache und es wäre ganz überflüssig, und es haben sich auch zwei Parteien gebildet. Kaum irgendjemand hat dem gefolgt. Wie wir nun dieses neue Buch planten, waren wir ganz offen und sagten, machen wir es vielleicht mal anders. Da haben wir alles durchprobiert mit all den uns zugänglichen Optikern - damals war Krieg - also wir hatten nur die englischen, amerikanischen. Und da stellte sich heraus, dass wir sie alle überzeugten, unsere Methode ist die beste, diese Schwarzschildmethode. Wir sind also dazu übergegangen, dieses sogenannte Schwarzschildsche Eikonal zu benützen, das im Wesentlichen daraus besteht, die Welle wird nicht mehr als wirklich vibrierende Welle angesehen, immerhin, die Flächen gleicher Phase in ihrem Fortschreiten werden als Wellenflächen behandelt und die Gleichung, die das bestimmt, wird die Eikonalgleichung genannt, weil es der Bruns es so genannt hat. Nun möchte ich Ihnen sagen, wenn eine Abbildung perfekt ist, dann wird ein Lichtpunkt, wir haben die Lichtquelle Q hier durch das abbildende System wieder ein Lichtpunkt erzeugt auf der anderen Seite der Bildfläche. Punkt zu Punkt. Das ist die sogenannte absolute Gaußsche Abbildung, die es nur in rohester Näherung gibt. Die geometrische Optik, allein, auch ohne die Wellen, liefert schon Fehler, die davon kommen, dass die Flächen eben nie so konstruiert werden können, dass diese Vereinigung wirklich stattfindet. Die Theorie dieser Fehler ist zuerst vollkommen entwickelt worden von einem Mann namens Seidel und die Fehler niederster Ordnung nennt man daher auch Seidelsche Fehler. Von denen gibt es fünf. Warum gerade fünf? Das ist also ein allgemeines Problem, von dem ich meine, jeder Physiker müsse das wissen. Warum gibt es fünf Fehler? Diese Fehler heißen sphärische Aberration, Astigmatismus, Bildkrümmung, Verzerrung und Koma. Ich möchte Ihnen jetzt sagen, woher das kommt, dass das diese fünf sind. Es kommt davon: Wenn Sie hier die Eintrittspupille des Instruments betrachten, also die Öffnung, wo das Licht hereinkommt, und dann hier die Bildebene betrachten, dann hat man in jedem ein Koordinatensystem, und ich kann hier natürlich willkürlich den Punkt, wo das Licht herkommt, auf eine Achse legen, zum Beispiel auf die y-Achse. Und diesen Abstand nenne ich Y0. Hier dagegen kann ich das nicht, sondern hier wird das irgendwo liegen und hat einen Winkel, den habe ich Theta genannt, und einen Abstand Rho. Es sind also drei Variablen. Der Abstand Y0 des Bildpunktes vom Zentrum, dann der Abstand der Abstand des Bildpunktes vom Zentrum in der Bildebene Rho und der Winkel, der das gedreht ist, dieser Strahl, der da kommt. Dieses muss man nun kombinieren zur quadratischen Kombination, denn man sieht ja leicht ein, dass die Abbildungen natürlich sich nicht ändern, wenn ich das Vorzeichen aller Größen ändere, also muss es quadratisch sein. Daher kann man drei invariante Größen bilden, das heißt Größen, die sich nicht ändern, wenn ich nur das ganze Instrument um seine Achse drehe, dann darf sich ja nichts ändern. Daher sind die Invarianten im Wesentlichen Y0^2, Rho^2 und Y0-Rho-cos(Theta). Das wohl in der elementarsten Mathematik gezeigt wird, das sind die drei Invarianten von zwei Strecken. Aus drei Größen kann man aber sechs Kombinationen bilden zweiter Ordnung. Nämlich die drei Quadrate und die drei Produkte. Die erste Kombination ist 17 und 0^4. Das noch mal quadriert. Und das ist ja gegeben. Also hat es überhaupt keine anschauliche Bedeutung. Da bleiben 5 übrig und das sind die 5 Bildfehler, die sind also im Wesentlichen Rho^4 und dann das Quadrat hiervon, zu 0^2, Rho^2, Cosinus^22 Theta, und dann die Produkte, es sind fünf. Die drei Produkte und zwei der Quadrate. Nun habe ich aber, und das ist einer der wenigen Punkte, wo ich in dem Buch etwas Positives beigetragen habe, eine Methode gefunden, um anschaulich zu zeigen, was das nun bedeutet. Nämlich: Ich denke mir, hier kommt der Strahl an, geht durch das Instrument und vereinigt sich hier. Das ist also eine konzentrische Kugel, die sich zusammenzieht ab dem Punkt. Und die Kugel ist nicht genau eine Kugel, sie ist ein bisschen verzerrt. Die Verzerrung der Kugel um einen Strahl herum, die ist jetzt auf dem Bilde aufgetragen. Und da sehen Sie 5 mögliche Verzerrungen und darunter steht nun jedes Mal, was es ist. Also hier haben Sie sphärische Aberration, das geht mit Rho^4, das sind 2% von Rho^2. Das ist so eine flache, tellerartige Ellipse. Das ist das Koma. Das geht mit Rho * Rho^2, Rho^2 * Rho cos(Theta), also das gibt Rho^3 cos(Theta). Das ist ein bisschen verkrümmt, nicht symmetrisch. Dies ist der Astigmatismus. Der geht mit cos(Theta) und Rho^2. Das ist die Feldkrümmung, die geht mit Rho^2, das ist also ein Paraboloid. Und schließlich die Verzerrung oder Distortion, die geht mit Rho cos(Theta) und ist so ein Schnitt durch ein Ovaloid. Ich sage, diese Figuren sind neu, die waren absolut in keinem anderen Buch gefunden und die geben ein sehr anschauliches Bild, was die Verzerrung eigentlich ist in einem nicht ganz genau korrigierten Instrument. Ich komme auf diese Bildfehler nachher nochmal zurück. Ich möchte im Augenblick auf ein ganz anderes Problem übergehen: Kann man nicht diese Bildfehler selber sichtbar machen? Und dazu dienen heute gewisse Interferometer. Also Instrumente, die erlauben, ein Lichtbündel zu teilen in 2 und nachher wieder zu vereinigen, nachdem die beiden Teile verschiedene Wege durchlaufen haben. Dass Gangdifferenzen auftreten. Das Interferometer, was ich hier benütze, ist eine Abänderung des berühmten Instruments von Michelson, nämlich von Twyman und Green. Also das Prinzip will ich ganz schnell andeuten, man hat zur Trennung wie beim Michelson eine Glasplatte, die, wenn sie vom Licht getroffen wird, einen Teil herausreflektiert, einen Teil durchlässt. Hier ein Kollimator und hier einen und hier eine Ebenplatte, ein Spiegel. Das Licht kommt also hier an, kommt nach der Platte, wird hier raufgeworfen, wird hier zurückgespiegelt, geht durch die Platte durch und wird hier wieder vereinigt durch diesen Kollimator. Hier dagegen bei Michelson ist auch eine Platte, eine ebene Platte. Statt dieser ebenen Platte benützt man jetzt eine sehr genau sphärisch geschnittene Platte und setzt eine sehr gut korrigierte Linse davor. Was passiert dann? Nein, man setzt die Linse davor, die man korrigieren will. So ist das. Noch nicht korrigiert. Das Licht, das hier kommt, wenn die Linse korrigiert wäre, würde dann hier gewissermaßen scheinen, von dem Zentrum dieses sphärischen Spiegels herzukommen. Wenn die Linse aber Fehler hat, überlagern die sich also sozusagen über diese sphärischen Fläche als kleine Störung. Und das kann man fotografieren, denn dadurch, dass sich das Licht nachher wieder mit dem anderen ungestörten Licht, das von hier kommt, hier vereinigt, entstehen Interferenzen, die ein genaues Abbild dieser Erscheinung sind. Da sehen Sie zum Beispiel oben, beobachtet, unten berechnet, das erste Bild links ist die sphärische Aberration, das zweite ist das Koma und das dritte der Astigmatismus. Ich denke, die Übereinstimmung zwischen den berechneten und beobachteten Interferenzverhalten ist doch recht schön. Es handelt sich um winzige Effekte. Natürlich nehme ich dieses Blatt nicht an. Es ist von irgendjemand anderes gemacht, ich habe es auch hier aufgeschrieben, aber ich will Sie nicht mit Namen behelligen. Um nun, gerade bei Interferenzen zu bleiben, möchte ich Ihnen noch eine schöne Aufnahme zeigen. Die stammt, da will ich den Namen nennen, von Professor Polanski, der sich sehr viel mit Diamanten und solchen Kristallen beschäftigt und Interesse hat, wie die Oberflächenstruktur dieser ist. Und dazu benützt er mehrfache Interferenzen, das heißt, er nimmt die Oberfläche des Kristalls und legt darüber eine sehr gut geschnittene Planplatte. Und dann lässt er Licht hereinfallen und richtet es so ein, dass der Lichtstrahl ehe er herauskommt, viele Male hin und her reflektiert wird. Und wie man ja weiß, aus der Elementaroptik ist der Effekt davon, dass die Interferenzscheiben äußerst fein werden. Je mehr man interferiert, umso feiner werden die Streifen. Ich will Ihnen nun gar nichts weiter über die feinere Theorie der Sache sagen, will Ihnen nur eines seiner schönsten Bilder zeigen. Das ist eine Spaltfläche von einem Glimmerkristall, und zwar aufgenommen in der grünen und in der gelben Quecksilberlinie. Was Sie daran sehen, ist, dass hier durch den Kristall eine Unregelmäßigkeit durchläuft durch die Oberfläche, ganz klar, also irgendeine kristallinische Besetzung oder so etwas. Die Größenordnung, die man auf diese Weise feststellen kann, die ist schon beinahe von der Ordnung von Röntgenstrahlaufnahmen. Ich will aber auf diese nicht weiter eingehen, sondern Ihnen bloß zeigen, was man heute alles machen kann. Jetzt komme ich auf einen sehr unsicheren Grund: Ich will nämlich von der berühmten Methode des Phasenkontrastes von Herrn Zernike sprechen, der hier ist. Herr Zernike hat selbst uns vor drei Jahren hier darüber vorgetragen, und ich muss gestehen, ich habe damals nicht sehr viel davon verstanden. Jetzt habe ich die Sache durch den Zwang des Buches etwas studiert und nun glaube ich, ich verstehe es so, dass es auch einen der behauptet, der überhaupt keine Idee von Optik hat, einigermaßen klarmachen können, worum es sich da handelt. Da sind zwei Sachen zu unterscheiden. Einmal eine ziemlich triviale mathematische Angelegenheit. Wenn nämlich hier ein Objekt ist und ein Mikroskop und die Strahlen kommen durch, dann wird das Objekt einen Effekt auf die Strahlen haben, den man dadurch darstellen kann, dass man sagt, die Lichtamplitude multipliziert sich mit einem Faktor f(x). O(x) hier diese Richtung, und eine Richtung in dem Objekt hat nur eine Richtung. Diese Funktion f(x) ist allgemein komplex, das heißt, sie bedeutet eine Verzerrung der Intensität und der Phasen. Die Form, sagen wir mal: klein f * e^i Phi .Das ist die Amplitude und das die Phase. Ich will stattdessen nur einfach schreiben: f * 1 + iPhi + höhere Glieder, indem ich entwickle. Die Phasen müssen größer oder kleiner sein. Nun, wenn ich im Mikroskop einen sehr dünnen Schnitt mache, so ist da keine merkliche Änderung der Intensität da. Nur bei durchsichtigen Substanzen, besonders, bei hell ist das f1. Und wenn ich daher die Intensität berechne, das heißt dieses Quadrieren ..., oder mit seinem konjugierten multipliziere, absolut quadriere, so ist das praktisch 1. Das sieht man hier sofort, aber auch hier 1. Also das sieht man hier gar nicht. Wie macht man es, dass man was sieht? Das beruht auf einer klugen Überlegung über das Wesen der mikroskopischen Abbildung nach Abbe. Nach Abbe besteht die mikroskopische Abbildung darin, dass das Objekt hier beleuchtet wird. Und ich will es mir vorstellen, als sei das Objekt ein Gitter. Dann besteht der erste Effekt von der Beleuchtung, dass hier ein Beugungsbild entsteht. Und zwar erstens einmal ein durchgehender Strahl und dann ein sehr viel schwächerer Strahl erster Ordnung nach beiden Seiten und dann ein Strahl zweiter Ordnung und so fort. Sie bilden die Beugungsbilder erster, zweiter und dritter Ordnung von einem solchen Gitter und ganz analog und verallgemeinert für ein beliebiges Objekt. Dann kommt der Abbildungsapparat, der vereinigt alle diese Strahlen oder wenigstens so viel er fassen kann. Wenn er sie alle vereinigt, entsteht hier ein ähnliches Bild des Gitters, und wenn er welche weglässt, entsteht ein unähnliches Bild des Gitters. Das ist die Abbesche Theorie in ganz groben, gröbsten Zügen. Er führt also das Auflösungsvermögen eines Mikroskops darauf zurück, wie viele der Beugungsbilder kann das Instrument wieder vereinigen. Nun, was der Herr Zernike da macht ist dies, er sagt: Wenn er in dieser Funktion hier die 1 in ein i verwandeln könnte, so würde sie lauten: i * (1 + Phi). Und wenn ich das quadriere, dann hat es ein lineares Glied. I^2 ist 1, aber dieses gibt 1+2Phi+Quadrat zu i. Dann ist ja nur ein i da, von der Art, wie man es brauchen will. Was muss ich also machen? Ich muss irgendwie erreichen, dass in diesem Durchlässigkeitsfaktor diese 1 sich in i verwandelt. Was entspricht aber der 1? Es ist sehr leicht zu sehen, das ist der durchgehende Strahl nullter Ordnung. Und das Phi entspricht einer höheren Ordnung. Herr Zernike, verzeihen Sie, wenn ich es zu sehr vereinfache in Ihrer Meinung, aber es ist so, wie ich glaube, dass es pädagogisch vielleicht brauchbar ist. Dann braucht man nur hier irgendetwas dazwischen zu tun, einen Körper, eine Scheibe, die die Phase der durchgehenden Welle so ändert, dass es 1 i wird. Denn das i bedeutet eine Phase von Pi halbe vom rechten Winkel. Und das kann man machen. Man hat also eine Platte, die die Phase ändert, und zwar nur von dem durchgehenden Licht, aber nicht von den Beugungsbildern. Und dann geht man von dieser Funktion zu dieser über, und kriegt den Effekt. Es verwandelt den Phaseneffekt in einen Amplitudeneffekt. Und das ist die Grundidee, auf der wir natürlich aufgebaut haben, die genaue exakte Theorie in dem Buch können Sie sie nachlesen. Ich möchte Ihnen zwei Bilder zeigen von solchen Phasenabbildungen. Das ist ein Glassplitter, und zwar unter A das direkte Bild, wo Sie kaum etwas sehen, nur die Grenzen des Glassplitters. Unter B und C sind Phasenkontrastbilder bei zwei verschiedenen Öffnungen. Hier sehen Sie noch eine Menge Details, die man hier nicht sieht. Das ist also der Erfolg dieser Zernikeschen Methode. Das nächste Bild zeigt etwas Organisches, nämlich ein Froschepithel. A und B sind ein direktes Bild mit zwei Öffnungen und C und D sind ein Phasenkontrastbild wieder mit zwei Öffnungen. Also in A und B sehen Sie außerordentlich wenig. In C und D sehen Sie hier eine Menge Details, und hier auch, hier sind sie gerade umgekehrt in der Stärke, das hängt natürlich von dem Zufälligkeiten der Öffnungen und so etwas ab. Aber man sieht hier die außerordentlich größere Auflösung, die man mit dieser Methode gewinnen kann. Jetzt komme ich wieder zurück auf meine Bildfehler. Wenn Sie eine ideale Abbildung hätten, also ein Lichtpunkt vereinigt wieder in einen Lichtpunkt, so ist die Frage, wie sieht die Sache nun wellentheoretisch aus? Nicht bloß als Strahlen, die von einem Punkt ausstrahlen und sich hier wieder vereinigen, sondern als eine Welle, die von hier ausgeht, dann gebrochen wird, und sich hier konzentriert auf eine Kugelwelle, und wie verhält sich eine solche Kugelwelle im Zentrum unter der Annahme natürlich, dass diese Kugelwelle nicht geschlossen ist, sondern wie in jedem Instrument durch die Blenden begrenzt. Die Originaltheorie davon stammt schon aus dem Jahre 1885 und ist von dem Deutschen Lommel und sie ist immer noch die beste. Obwohl Debye 1909 eine andere Fassung der Sache mit Integralen gegeben hat, die gibt ein paar neue Gedanken dazu, aber die Lommelschen Rechnungen sind ganz überragend und müssen benützt werden. Wir haben also die Sache durchgerechnet mit den Lommelschen Formeln oder vielmehr entnommen einer Arbeit von Wolf und Linfoot und ich möchte bloß zeigen, wie gemütlich es aussieht in der Nähe eines Fokus. Wo man also denkt, das Licht kommt schön zu einem Punkt zusammen. Stattdessen, was wirklich passiert, ist eine wilde Sache. Also hier ist der ideale Fokus. Die Zahlen, die da reingeschrieben sind, bedeuten Intensitäten. Also das ist für meine Augen sehr schlecht zu lesen. Hier steht 217, 477 ... 677. Dann kommen lauter kleine Zahlen herum. Also Sie sehen, hier gibt es ein paar hohe Maxima neben dem Fokus, der natürlich auch ein hohes Maximum ist, und dann kleinere Maxima hier und eine Menge anderer Maxima herum. So sieht das Bild in Wirklichkeit aus. Es ist ein ganz kompliziertes Gebirge. Wenn man es so durchschneidet, in der focal plane also in der Brennebene hier, dann bekommt man ein Bild, das man hier ablesen kann. In der Mitte einen hohen Berg und begleitet durch immer abklingenden kleineren Berg. Das ist das übliche Beugungsbild. Die sphärische Figur. Ein Maximum und dann die kleinen Schwänzchen an den Seiten. Aber hier ist es also dreidimensional und es macht nur eins von vielen Schnitten, die wir haben. Ein paar davon sind in dem Buch auch abgebildet. Das wäre also die ideale Gaußsche Abbildung. Was passiert nun aber ..., nein, leider sind meine Figuren aus der Reihenfolge geraten. Ich möchte, bevor ich erörtern will, was passiert, wenn ich jetzt die Bildfehler berücksichtige Einer unserer ersten Mitarbeiter, der aber nachher ausschied, Professor Gabor in South Kensington am Imperial College, der hat eine sogenannte Rekonstruktionsmethode veröffentlicht, die auf Folgendem beruht. Dazu muss ich zu dieser Abbeschen Figur zurückgehen. Sie spielt eine Rolle in der Elektronenoptik. In der Elektronenoptik gerät man in Schwierigkeiten dadurch, dass das Auflösungsvermögen des Instruments begrenzt wird durch die ..., ach, ich möchte auf die technischen Sachen nicht eingehen, sondern nur einfach sagen, worum es sich hier handelt. Sie erinnern sich: Das Objekt sendet seine Beugungsfigur aus, die Beugungsfigur wird durch eine Linse vereinigt, und wenn sie gut vereinigt - alles was da ist, entsteht ein ähnliches Abbild. Gabors Idee war, diesen Prozess in zwei zu zerlegen. Nämlich hier anstelle der Linse eine fotografische Platte hinzubringen, und das Beugungsbild des Objektes erst mal zu fotografieren und dann die Fotografie wieder ebenso zu beleuchten und dann dadurch das Bild zu rekonstruieren. Wenn man mir das sagte, das ist ja Unsinn, das geht doch nicht. Denn das Beugungsbild enthält nicht bloß die Intensitäten, sondern auch die Phasen. Die fotografische Platte kümmert sich aber nicht um die Phasen, sondern nur um die Intensität. Was man also jetzt kriegt, ist eine verzerrte Abbildung, weil die Phasen falsch liegen. Das große Kunststück, das der Gabor fertiggebracht hat, ist, durch Betrachtung über sehr enge Bündel, und nur um die handelt es sich in der Elektronenmikroskopie, zu zeigen, dass man sehr dünne Bündel so einrichten kann, dass die Phasen einfach einen vernachlässigenden Effekt haben. Und dass man also gute Abbildungen bekommt, indem man das ganze mikroskopische Verfahren in zwei Teile zerlegt. Man macht erst eine Beugungsfigur, und die Beugungsfigur fotografiert man wieder und kriegt dann das Objekt. Dieselbe Idee ist übrigens von Bragg in der Kristalltheorie auch verwandt worden, wo die X-Strahlen ja aufgenommen werden - die geben nur das Beugungsbild. Und da hat er gedacht: Kann ich nicht von dem Beugungsbild jetzt weiter durch eine zweite Fotografie das richtige Kristallbild bekommen? Das geht natürlich da nicht, weil es sich da um Weitwinkel handelt. Aber immerhin hat die Gaborsche Untersuchung gezeigt, was man machen müsste, wenn man es technisch durchführen wollte. Es ist aber, glaube ich, soweit ich weiß, noch niemals vollkommen durchgeführt worden. Ich möchte Ihnen also eins von den Gaborschen Beispielen zeigen. Also hier haben wir das Original. Da sind ein paar Namen von Optikern: Newton, Huygens, Young, Fresnel bis Bohr. Hier haben die das Beugungsbild fotografiert, das natürlich nicht die Spur von einer Ähnlichkeit mehr hat mit dem Original. Und dieses Beugungsbild ist wieder durch denselben Apparat geschickt und gibt dann das Original auch ganz lesbar wieder, also ich kann es von hier aus lesen. Auch wieder Newton, Huygens, Young, Fresnel bis Bohr. Natürlich sind kleine Verzerrungen drin, denn die Phasen sind natürlich nicht zu vermeiden. Dies wollte ich hier einschieben. Das ist auch in dem Buch enthalten. Und jetzt komme ich schließlich als letzten Punkt zurück zur Beugungstheorie der Bildfehler. Diese fünf Bildfehler, die ich genannt hatte, und die ich immer wieder vergesse, was Sie sehr amüsiert hat, die waren mit Strahlenoptik berechnet, wo man annimmt, das Licht besteht aus wirklichen Strahlen, die gebrochen werden. Was wird nun daraus, wenn es Wellen sind? Dann muss man diese Strahlen nehmen und sie betrachten als Träger von Wellen und dabei die Phasen berücksichtigen. Das führt natürlich nach der Kirchhoffschen Beugungstheorie auf sehr verwickelte Integrale und wieder ist es Herr Zernike, dem wir die richtige Methode verdanken. Ich habe in meinem Buch in der ersten Fassung diese Theorie entwickelt, so gut ich sie eben gerade konnte; innerhalb von zwei Jahren war das ganze Buch fertig. Ich hatte bloß einen Monat für diese Arbeit. Da habe ich im Eifer die Formeln genommen, wie sie waren, und versucht, Integrale auszuwerten. Das ergab nicht sehr viel Gutes, aber immerhin einen Einblick in die Sache. Später wurde es von verschiedenen Leuten, von Blaser und eben von Zernike aufgenommen. Und Herr Zernike fand die richtige Methode. Die richtige Methode besteht darin, dass man die Wellen entwickelt nach gewissen Funktionen, die wir jetzt Zernike-Polynome nennen, und die sind also Polynome, das heißt also XY multipliziert miteinander und mit Faktoren versehen und wieder addiert. Und diese Polynome haben diese Eigenschaft: Sie sind in Kreisen definiert. Der Kreis, der Öffnungskreis des Instruments... und wenn ein solches Polynom genommen wird in dem ursprünglichen Koordinatensystem XY und dieses Koordinatensystem wird gedreht in ein rotes ... X', Y' - so kann man natürlich X' und Y', X, Y und den Drehpunkt im Prinzip hier ausdrücken, in üblicher Weise. Die Striche des X-Cosinus und Y-Sinus hier usw. Und dann sollen die neuen Polynomen, die aus dem alten entstehen, mit den alten identisch sein, abgesehen von einem Faktor f, der nur von dem Drehwinkel abhängt. Dadurch sind die Polynome im Wesentlichen eindeutig bestimmt, das ist auch Normierung, und die sind, wie Herr Zernike gezeigt hat, die richtigen Elemente, auf denen man diese Theorie aufbauen muss. Auf die Theorie selbst einzugehen, hat natürlich gar keinen Sinn hier. Ich möchte nur zeigen, wie nun, wenn man Fotografien macht von Instrumenten, von Linsensystemen, welche die verschiedenen Fehler noch haben, die noch nicht vollkommen korrigiert sind. Wie dann das Bild wellentheoretisch aussieht. Also ich habe drei Bilder. Das erste bezieht sich auf die Meridianebene, das heißt eine Ebene, die den Strahl selber enthält. Und dieser Strahl ist so oder die Achse des Instruments enthält. Da ist die erste die sphärische Aberration. Das zweite und das dritte beziehen sich auf Ebenen, die senkrecht zur Achse des Instruments stehen. Also so. Und das erste bezieht sich aufs Koma und das letzte auf den Astigmatismus. Das sind also gleichzeitig Verallgemeinerungen meiner zweiten Figur, wo ich Ihnen diese kleinen Flächen zeigte, die die geometrische Verzerrung darstellen und zugleich der eben gezeigten Abbildung eines idealen Bündels im Fokus. Wenn Sie jetzt diese beiden Dinge überlagern, der geometrische Fehler mit der Wellennatur, entstehen solche Figuren, wo hier die Isophoten, das heißt, die Linien gleicher Helligkeit, eingetragen sind, hier ist 75, geht herunter, hier ist 5, 2, 1, hier geht es wieder auf 9 herauf. Sie sehen also, die Bilder werden noch sehr verwickelt. Das hier ist, wie ich schon sagte, ein Bild der sphärischen Aberration in der Meridianebene. Also das Licht pflanzt sich fort in diese Richtung. Diese durchgehende Linie ist die sogenannte Gaußsche Linie der geometrischen Optik auf die ich nicht eingehen will. Da haben Sie oben drei theoretische Figuren, nach den Formeln berechnet, für das Koma, das, wer hier Optik betreibt, weiß, diese merkwürdige Figur ist so verzerrt nach einer Seite. Das hängt damit zusammen, dass die kleine Fläche so schief verzerrt war. Oben sind die theoretischen Bilder für verschiedene Fälle und hier unten sind die entsprechenden experimentellen Bilder. Und vergleicht man dieses Bild, mit den theoretischen sieht man wie es hier schön übereinstimmt oder die sind nicht so genau zugeordnet, aber bloß um zu zeigen, wie gut Experimente und Theorie da miteinander übereinstimmen. Das letzte Bild, das zeigt dasselbe für den Astigmatismus, aber ich möchte nicht auf Einzelheiten eingehen. In dem Buch befindet sich dann weiter die exakte Theorie der Beugung für die wenigen Fälle, wo es möglich ist. Das heißt also, für Kugeln und für Halbebenen. Wenn Sie eine Blende haben, bestehend aus einer halben Ebene und das Licht fällt ein, was wird daraus. Das ist eines der berühmten Probleme, die Sommerfeld zuerst gelöst hat. Dies wird aber heute von den heutigen Mathematikern ganz anders behandelt. Nicht mit mehr solchen Potenzialen wie Sommerfeld gemacht hat, sondern direkt mit sogenannten dualen Integralgleichungen. Ich kann sie damit aber auch nicht plagen. Das sind nur methodische Fragen. Das Bild, das ich Ihnen hier zeigen will, zeigt nur, wie es aussieht, wenn man diese Sommerfeldsche Formeln wirklich mal durchrechnet. Das hat er selber nie getan. Und ich habe hier in dem einen Bild die Phasen und in dem anderen Bild die Intensitäten. Und zwar ist es so, das Licht ..., hier ist der Schatten offenbar, hier passiert gar nichts. Hier sind die Linien gleicher Intensität und hier gleicher Phase. Sie sehen also, wie hier die Schattenbildung entsteht. Das sind gewissermaßen die Strahlen, die ein bisschen nach oben gebogen werden. Hier ist die Reflexion, das Licht, das hier auf den Schatten gegen den Körper fällt, wird nach oben geworfen und interferiert mit dem ankommenden Licht und gibt solche Interferenzen. Hier ist dasselbe für die Phasen. Es entstehen hier sehr komplizierte Figuren. Das nur zu zeigen, wie man heute die Sommerfeldsche Formeln wirklich bis in alle Einzelheiten durchrechnen kann. Das letzte Bild, das ich zeigen möchte, bezieht sich auf eine Theorie, die ursprünglich von dem französischen Physiker Brillouin entworfen worden ist, der die Erscheinung vorhergesagt hat, nämlich: Denken Sie sich ein Gefäß mit einer Flüssigkeit, in dem sehr kurze Schallwellen erzeugt werden, was man ja heute elektronisch kann. Diese Schallwellen denken wir uns von unten nach oben gehend. Dann sind diese Schallwellen Stellen, wo der Refraktionsindex wechselt - periodisch wechselt. Sie sind also ein Gitter. Und wenn ich jetzt einen Lichtstrahl senkrecht dazu durchgehen lasse, wird er gebeugt. Das klingt als eine nette Spielerei, aber es ist viel mehr. Es ist nämlich bisher wohl der beste, und vielleicht der einzige Weg, um für kleine Körper optische Eigenschaften zu beobachten. Ich kann solche sehr kurzen Schallwellen selbst in Kristallspiegelchen, die ich kaum sehe, noch machen. Damit kann ich bestimmen, wie schnell das Licht durchgeht - aus den Differenzen, die ich sehe. Und dadurch kann ich rückrechnen, auf die elastischen Koeffizienten des Kristalls. Auf diese Weise sind heute die elastischen Konstanten von seltenen Kristallen sehr genau bekannt. Hier will ich aber die Theorie nur durchführen für Flüssigkeiten und nicht für Kristalle. Da war eine Menge von Ansätzen vorhanden, von Wannier und anderen und dann von dem Inder, Sir C.V. Raman, der vor drei Jahren auch hier war. Der aber nur einen entfernten Grenzfall behandeln wollte ..., konnte. Er war bei mir damals in Edinburgh ein Kanadier Noble und ein Inder Bhatia, und die habe ich zusammengebracht, und habe ihnen die Methode vorgeschlagen und die haben dann die Theorie durchgeführt. Da handelte es sich um dies, ich will es ganz kurz nochmal aufzeichnen. Hier ist das Gefäß, hier unten ist der schwingungserzeugende Kristall und hier läuft die Schallwelle nach oben. Ob das eine stehende Schallwelle ist, indem man sie runter reflektiert oder eine bewegende, ist ganz gleichgültig. Der Schall ist so langsam im Vergleich zum Licht, dass das... das eine bewegende Welle ruhig steht und dann hat man hier eine Lichtquelle und hier ein abbildendes Instrument, mit einem parallelen Lichtbündel, wenn es hier reinkommt und dann hier wieder durch eine Linse vereinigt wird, an der Brennebene. Hier entstehen die Interferenzen, es wirkt also wie ein Gitter, durch die das durchgeht. Der Einfallswinkel muss sehr klein sein, sonst sieht man nichts. Die Methode, die wir angewandt haben, war darum für mich naheliegend, weil es im Wesentlichen die alte Störungsmethode ist, die in der Theorie von Heisenberg und Jordan und mir in der Quantenmechanik eingeführt worden ist. Mit dieser Störungsmethode, und zwar ist das ein ganz merkwürdiger Fall von Degeneration, gelang es den beiden, in dieser Art durchzurechnen, und als Resultat möchte ich Ihnen jetzt dieses Bild zeigen. Hier oben ist eine experimentelle Aufnahme von dem Inder Partasariti. Und was Sie da vielleicht am deutlichsten sehen, ist die Unsymmetrie rechts und links. Obwohl es doch so aussieht, als müsste das ganz symmetrisch sein. Wenn man genau überlegt, ist das nicht symmetrisch, denn der Strahl hat einen ganz kleinen Neigungswinkel 2, 3° höchstens. Aber dieser winzig kleine Unterschied bewirkt, dass zum Beispiel hier nur drei Linien erscheinen oben und hier unten fünf. Und hier ist der Unterschied noch größer. Und diese Intensitätsverhältnisse sind, wie Sie sehen, sehr verwickelt. Und hier ist der Einfallswinkel angegeben hier oben. Man kann es schwer lesen: Null, 0,06 usw.... Grad! Und jetzt ist hier angegeben: F1 und M2 sind die Anzahl der geraden und nicht geraden Linien, eins rechts und das andere links von der Mitte vom gerade durchgehenden Strahl. Und da sehen Sie dieselbe Dissymmetrie. Hier ist es noch ziemlich symmetrisch, bei ganz kleinem Winkel, hier fängt es an, schon sehr asymmetrisch zu werden und dann wird es merkwürdigerweise wieder symmetrisch. Das ist also kein einfaches Gesetz, wo es umschlägt von einer Asymmetrie wieder in eine Symmetrie. Das ist also in der Theorie gut herausgekommen. Hier ist angegeben in Klammern, die Theorie und ohne Klammer die Beobachtung. also es ist keine absolute Übereinstimmung, aber es ist natürlich auch eine Schätzung, was man noch als sichtbar ansehen will. Immerhin waren wir ganz zufrieden, wie wir das hatten. Jedenfalls haben wir alle Grenzfälle, die in der Literatur vorhanden waren, und diese jetzt subsumieren können. Sie haben hier einen kleinen Überblick über dieses Buch. Ich möchte dann nur noch eines hinzufügen, ein sehr wesentliches Kapitel ist nun dies: Wir haben hier immer nur betrachtet die Lichtquelle als einen leuchtenden Punkt. Die Lichtquellen sind aber ausgedehnt. Diese Ausdehnung bewirkt, dass das Phänomen der partiellen Kohärenz eintritt, dass also Teile der Lichtquelle mit anderen Teilen nicht mehr unabhängig voneinander schwingen, sondern miteinander verkoppelt sind. Darüber ist ein sehr großes Kapitel, das von meinem Mitarbeiter Wolf herrührt, und bei dem auch wieder Zernikes Resultate in großem Maße ausgenützt worden sind. Ferner enthält das Buch einige Anhänge, von denen ich selbst einen ganz geschrieben habe. Es gibt eine Verallgemeinerung der geometrischen Optik, die sogenannte Variationsrechnung der Mathematiker, und die habe ich da dargestellt, um zu zeigen, dass die wesentlichen optischen Phänomene in viel weiterem Maße genauso stattfinden, wenn man statt des Brechungsindex als einzige charakteristische Größe kompliziertere Funktionen nimmt, die die Substanzen charakterisieren. Das ist dann notwendig, wenn man Elektromagnetooptik betreibt, also Elektronenmikroskope. Das ist ebenfalls in einem Anhang von Dr. Gabor behandelt worden. Zum Schluss will ich Ihnen zeigen, so sieht das Ding heute aus, abgesehen von dem Index.

Max Born on his Publication Odyssey (in German)
(00:00:15 - 00:04:40)

Born was not the only one who faced adversity with a good sense of humour. In 1964, the German chemist and discoverer of the nuclear fission of uranium, Otto Hahn, shared with the Lindau audience how he heard about a “letter of recommendation” that was sent to his host professor Ernest Rutherford in Canada. It turned out to be very unfavourable indeed:

Otto Hahn on Skeptical Superiors (in German)
(00:06:38 - 00:07:25)

Now, let’s suppose you are a scientist and you just came up with an intriguing new theory. The only problem being, that your subject matter is theoretical particle physics, which, despite its fundamental relevance, probably won’t trigger outcries of excitement at the next cocktail reception. Or a Lindau lecture. So what do you do to honour your cause and keep the audience awake at the same time? You might as well mix in something that everybody can relate to. And you might as well do that by tapping the world of fairy tales. Listen to how Werner Heisenberg, the namesake of the Heisenberg uncertainty principle, explained the nature of the so-called “Spurion”, a fictitious, auxiliary field in quantum field theory, to the audience of the 1962 Lindau meeting:

Werner Heisenberg (1962) - Progress in the unified field theory of elementary particles (German presentation)

Ladies and Gentlemen, Mr. Menke just pointed out that I have already talked very often about fundamental particles here; in apologising for the fact that it is always the same topic I can say only that there is hardly any field of modern physics which is undergoing such rapid progress as the physics of fundamental particles. New experimental facts are being discovered almost every year, new theoretical ideas published and even since the last talk I held here 3 years ago, 10 new fundamental particles have been discovered. If one talks about a unified field theory of fundamental particles, or if one strives to produce one, one starts roughly from the following consideration: we know from the experiments during the last decades that fundamental particles can be converted into each other. The fundamental particles are therefore not, as was assumed in the past, the unchangeable eternal building blocks, the smallest building blocks of matter, instead they can be converted into each other. And, this is especially important, all fundamental particles can be converted into all others. By this I mean that if we take any two fundamental particles and fire them at each other with very high energy, new particles are formed and, in principle, particles of any type can be produced. The simplest description for this fact would be to say there is actually only one uniform matter, it could also equally well be called energy, and this matter or energy can exist in many different forms, which are called fundamental particles or just particles. There is no basic difference between fundamental and composite particles. This can also be expressed by saying: energy becomes matter by converting into the form of fundamental particles. If one starts from this general idea, it is also very natural to assume that there must be a law of nature from which the different fundamental particles with all their properties follow. I would like to talk today about a specific attempt at such a unified field theory of fundamental particles, which could maybe be characterised in the simplest way by starting with the equation which is to form the basis of such a theory. Could I please have the first slide? Here you see an attempt at an equation of matter. I only want to say a few words about the letters, and later not talk as much about mathematics as you may fear, but the quantity psi here on top represents matter so to speak, XYZ represents space-time and the gammas are matrices which Dirac introduced in connection with the representation, the mathematical representation of the Lorentz group, i.e. the properties of space-time, which we know from the theory of relativity. Maybe I should also say that re-writing this equation, which is here at the bottom, now appears to be useful in several ways, it illustrates the symmetry properties of the equation in a slightly simpler way still than the top equation. The specialist who deals with such things sees that this equation is invariant with respect to the Lorentz group; furthermore it says that this quantity psi, i.e. if one now represents matter, that it is a spinor, as the mathematicians say, in the space of Dirac’s spin variables as well as in the space of the so-called isospin, this will also be discussed later, and one can therefore see that both these group properties are contained in the equation. But this special form is not important at the moment, I want only to emphasize right at the start that it is not a particularly extravagant and unusual claim to believe that the whole complex spectrum of fundamental particles with all their properties results from an equation which looks so simple. After all, we are already very familiar with similar conditions from the theory of the atomic shell, which was the focus of interest around 40 years ago. Remember the complex optical spectrum of an iron atom with its many hundred lines of different intensities, different wavelengths, for example. And it took a very long while until it was possible to assign and explain this spectrum at all. Nevertheless, it is now known from Bohr’s theory of the atom and its mathematical specifications and quantum and wave mechanics that it is possible to write down a Schrödinger equation which looks simple, for the iron atoms, from which all these spectral lines with their intensities and other properties then follow. Now, writing down such an equation achieves very little, and when I talked about this 3 or 4 years ago, Pauli was justified in saying that this was only an empty frame in which the picture still needed to be painted. Because it was only then that the mathematical analysis started, one now needs to apply mathematical methods to try to determine what the statements of this equation really are. Whether the eigenvalues of the equation really make it possible to represent the empirically observed fundamental particles, for example. Two points of the theory which is characterised by this equation now extend very characteristically over and above the earlier quantum mechanics and earlier attempts at quantum field theory. Firstly, the mathematical axiomatic theory is different. We were forced to assume an extension of the basics such that the state space in which quantum mechanics operates does not have, as the mathematicians say, a definite metric, but an indefinite metric, and that the concept of probability thus initially becomes a problem. Secondly, it has turned out to be necessary to assume in this theory that the fundamental state, which in the earlier physics was considered simply as nothing, as the vacuum, as empty space, that this does not have the full symmetry of the equation, that it has physical properties, and must therefore really not be called vacuum, but world. And these two very radical changes have naturally caused many discussions, and the decisive progress has been achieved in these two points in particular in recent years. I would therefore like to divide up the topic of my report here into three parts. I want to first talk relatively briefly about the mathematical axiomatic theory on which this equation is based, I want to then talk in some more detail about the asymmetry of the fundamental state and the applications which one can draw from this assumption, and the theory of the so-called ‘strange particle’ and electrodynamics in particular. And then in the third part I want to discuss the comparison of what the theory allows us to derive and what has been found experimentally in recent years. So first the mathematical axiomatic theory. I want to first give you some history. When Einstein formulated the special theory of relativity, he made a radical change with respect to Newton’s mechanics. You all know that he put forward a different proposition on space and time. This different proposition on space and time had only become possible by him making a different assumption on action. While Newton claimed that there are forces acting at a distance, so-called forces with action at a distance, Einstein allowed only so-called short-range actions, i.e. really only actions from point to point. And this is the only thing which made it possible for the relativistic structure of space and time to be compatible with the idea of causality which we have to assume here. In this respect, the quantum mechanics which was developed during the 1920s continues Newton’s mechanics. It also uses forces with actions at a distance. But as soon as the physicists moved from the theory of fundamental particles to the quantum field theory, they were forced to make the same radical step which Einstein made back then from Newton’s theory to the theory of relativity. They were forced to move from action at a distance to close-range actions, to point interactions. This then had the consequence, as was observed in the 1930s, that the mathematics which apparently results as a natural generalisation of quantum mechanics in quantum field theory, that this mathematics leads to contradictions, that the values which are calculated become infinite, and therefore no longer have any meaning. There has been a long search for ways of getting out of this difficulty, and the most interesting proposal in my view was made in 1942, i.e. precisely 20 years ago, by Dirac. Dirac explains that one can avoid the mathematical difficulties, at least as a first approximation, let us say, if the metric in the state space is made indefinite. In order to not stop with this mathematical term, I would like to immediately come to the objection to this idea which was then raised by Pauli one year later. Pauli stated that if one uses an indefinite metric in Hilbert space, that the probability one calculates from the theory may then possibly have negative values, and this is nonsense, of course, because there is no such thing as negative probability. The difficulty appeared initially insurmountable and this proposal was therefore not pursued for a longer time. But around 10 years later, in 1953, we then took up Dirac’s proposal again in Göttingen. We hoped to be able to modify it in the following way. We need the probability interpretation of quantum theory where we experiment, of course. So if we place a detector somewhere with which we count fundamental particles, then what we require from the theory is that it will state the probability that fundamental particles will arrive there. Of this kind and that kind, of this frequency and that frequency. But it is not so important that we can apply the probability concept inside the atomic nucleus as well, for example, because we cannot measure inside an atomic nucleus anyway. What we measure are only ever fundamental particles which have covered long distances, i.e. into our equipment. It was therefore hoped that it would be possible to modify this theory so that the concept of probability could be maintained for fundamental particles which are separated by a large distance, i.e. for the so-called asymptotic behaviour of the waves to be dealt with in quantum theory, while the concept of probability had to be dropped for the conditions on the very small scale. Well, this idea was then tested on a very interesting model, which had been developed by the Chinese physicist Lee. And this represents, if you like, a very much simplified mathematical version of quantum electrodynamics. Pauli and Källén were able to show that if one treats this model according to the methods of quantum electrodynamics, that one then automatically enters into the indefinite metric and that one initially even gets into the difficulty with the probability concept as a matter of principle. It was then successfully shown that under specific assumptions, which have to be made in addition there, it can be arranged that the asymptotic concept of probability does become proper again, it is only lost on the small scale. You can see therefore that this whole question is very complicated, but in recent years in particular a number of papers have been published which have investigated in more detail whether this separation between asymptotic and local behaviour can be carried out, and at least different models have been provided where this is actually possible. I think it is more important that one can also provide a theoretical reason why this separation into asymptotic and local behaviour is possible. If one is also interested in the conditions in the atomic nucleus, i.e. takes all possible experiments into account, then one also has to represent all the symmetry groups which are observed in nature, in particular the Lorentz group as well. Now it is known that this group is a non-compact group, in mathematical terms, and the indefinite metric is a natural representation for non-compact groups. If one is interested in what happens at large distances, however, i.e. with the fundamental particles if they are far away from their collision point, then this group is reduced to a compact group, because one only considers processes which belong to a specific energy and a specific momentum. And for the compact groups, as I said, the definite metric as a probability concept is a natural representation. So it can be understood that the attempted division into asymptotic regions and non-asymptotic regions is reasonable here, and it may be possible to describe how the physicists view the problem at the moment in the following way. It can be said that there is firstly a conservative line of thought, maybe mainly represented by the American Whiteman, here in Germany by Nehmann, Simancik and others, which now attempts to connect this axiomatic theory as closely as possible with quantum mechanics. They try to manage with a state space of definite metric, assume the existence of a field operator and in order to represent causality they then say that the field operators should commutate and anti-commutate at points with space-like separation. A number of interesting results have been derived from this axiomatic theory, which also really fit in with experience and which obviously represent a part of reality correctly. On the other hand, it has not yet been possible to provide any mathematical model which satisfies all these axioms and contains a non-trivial interaction, i.e. it is doubtful whether the axiomatic theory, which is very narrow at this point, can be fulfilled. There is therefore a different line of thought which advocates a slightly more radical, opposite extreme and which was championed last year by Chew in America, for example. Chew gave a talk at the conference in La Jolla a year ago, which he called his “Declarations of independence”, where he said we don’t need the complete field theory, it would suffice to produce a mathematics which describes only this asymptotic behaviour of the particles. Now, to describe the mathematical tool, this asymptotic, is the so-called scattering matrix or S matrix and Chew said it should be sufficient to make a number of reasonable mathematical demands for this S matrix, e.g. in order to represent causality one had to demand that specific analytical properties existed and then one would not have to take care of the question of the metric or the particles at all. This is a very extreme point of view with the other line of thought, and maybe now I will ask for the second slide. I would like to briefly compare the different steps of the axiomatic theory which are possible here. The widest frame, which was championed by Chew last year, for example, is this axiomatic theory, which is here at the top. This assumes the existence of a scattering matrix, an S matrix, which must of course have the necessary group properties, symmetry properties, in order to represent nature correctly, and so that the demands of the relativistic, i.e. Einstein’s causality, are also maintained, this matrix must have specific analytical properties. This theory is therefore also very strongly based on the so-called dispersion relation, which is very well proven experimentally. It is possible to now narrow down this very wide framework, make it narrower, by adding something, by saying not only should this apply, but also requiring the existence of a local field operator, which in order to represent causality commutates and anti-commutates for space-like states and an appropriate Hilbert space should exist. At this point nothing is said about the metric in this Hilbert space, which can be definite or indefinite. And finally there is a third, even narrower axiomatic theory, in which both demands are made, both postulates, but a third demand is added, that the metric of the Hilbert space must be definite and that, in addition, the asymptotic states should be sufficient to open up this complete Hilbert space. This third axiomatic theory is therefore the narrowest, this is the one which I have called the conservative one, and that is the widest one, while the one in the centre is precisely the axiomatic theory which is the basis of this unified field theory, the subject of my talk here today. Now, at a Solvay conference in Brussels last autumn we also talked a lot about this axiomatic theory and provided this abstract, slightly mathematical issue with a physical aspect as well, which although it strictly is not part of it, makes the conditions very clear. If one assumes that the narrowest, the third axiomatic theory is correct, then one is actually forced to differentiate between fundamental particles and composite particles. Or let us say between real fundamental particles and only semi-fundamental particles. And the real fundamental particles are characterised by the fact that they have an infinitely hard and infinitely small, i.e. point nucleus in their centre, while the composite particles do not have this point nucleus. If one believes this last axiomatic theory, one must really differentiate between fundamental particles and those which are not fundamental. If one of the first two axiomatic theories is the basis, however, then it is very obvious to say there exists no fundamental particle at all which has such a hard, point nucleus in the centre. This question must be answered experimentally as a matter of principle, and the experimental question has a close relationship with what we have heard here at this meeting from Mr. Hofstadter. In Mr. Hofstadter’s experiments attempts are made to precisely measure the density distribution of a fundamental particle, the nucleon, for example. And it is possible to decide in principle whether the density distribution is such that there is an infinitely hard, point nucleus in the centre, which is surrounded by a cloud of matter having a diameter of around 10 E-13 cm, or whether the fundamental particle is only a cloud without a nucleus. In order to decide such a question, it is necessary to investigate collisions of extraordinarily high energy, however. It seems to be the case that, if one has a point nucleus, then elastic collisions still occur even at the highest energies possible with a considerable probability, whereas, if there is only a cloud, the elastic collisions become as rare as one wants at sufficiently high energies. I myself am convinced that fundamental particles with such a hard nucleus do not exist, but the question cannot yet be decided experimentally, because sufficiently high energies are not yet available. But maybe collision processes with the large machines in Geneva and Brookhaven will bring us closer to deciding this question in the future. And with this I would like to finish this discussion of the mathematical axiomatic theory and now come to a more physical part, the second part, i.e. to the question of the asymmetry of the fundamental state. The field theory, which I am talking about here, was forced to assume this asymmetry of the fundamental state for the following reason. There is a property in fundamental particles which is called isospin. This is a property which was introduced empirically 30 whole years ago. Mathematically it is a property, similar to the angular momentum, but graphically means the difference between a proton and a neutron. Two particles which have nearly the same mass, but one of them is charged and the other neutral. It was determined a long time ago, i.e. 30 years ago, that the interaction between fundamental particles is at least approximately symmetrical with respect to rotations in this space. If one therefore converts a neutron into a proton, the forces do not change in the first approximation. And therefore the fundamental equation, which you saw just now, is invariant in respect of such transformations. But this invariance does not apply strictly in reality. The electric charge already breaks this invariance, which you can simply see from the fact that a proton is charged and a neutron is not charged. One therefore has to draw the strange conclusion that there are symmetries in nature which only apply approximately. And the natural interpretation for this is that one says the fundamental state of the world itself is therefore not symmetrical, but the world has a large isospin. Now this means empirically that, for example, the number of neutrons and the number of protons in the world are very different and this is indeed the case. This asymmetry is what makes it possible to understand that a proton and a neutron have a slightly different mass, because the proton is then a particle whose isospin is parallel to that of the world, while the neutron’s isospin is antiparallel to the world. This forced the scientists to assume the asymmetry. Then there was something else: if the fundamental equation is initially taken as it is written here, one would expect that a particle which has half-integer Dirac’s spin also has half-integer isospin, or, if it has an integer Dirac’s spin, then it also has integer isospin. But in reality there are so-called strange particles where this is just not the case. In order to explain those, it is therefore necessary to again take into account the asymmetry of the fundamental state. This had been a slightly audacious assumption, but it has meanwhile fortunately turned out that precisely the same conditions apply in other fields of physics, and we have learned a lot from the development of the theory of superconductivity, on which Mr. Bardeen gave a talk here. It turned out that the conditions are the same in superconductivity, i.e. the fundamental state does not have the full symmetry of the equations, but is degenerate, has a lower symmetry, does not possess the so-called gauge symmetry. And then Bogoliubov correctly pointed out that basically such conditions had been known earlier at many places and had simply been no longer thought of. It has already been assumed in the theory of ferromagnetism that the fundamental state of a ferromagnet has a magnetic moment, i.e. a direction, although the equation from which one starts has rotational symmetry. In the crystal formation, in the theory of superfluidity, we have the same conditions everywhere. Nambu in particular showed that even purely mathematically there are many similarities between the theory of fundamental particles and the theory of superconductivity. The scientists gained a kind of mathematical practice ground in the theory of superconductivity and the theory of ferromagnetism. We know that there are no fundamental mathematical difficulties in these two areas, we are on completely solid ground there and can now look how far the mathematical assumptions which we made in the theory of fundamental particles also apply here. And it did indeed turn out that very many features which had been assumed in the theory of fundamental particles could now really be proved here mathematically, i.e. the conditions can really be as they had been assumed to be in the theory of fundamental particles. The following was also very encouraging: in the theory of fundamental particles we were forced to use an approximation method for the numerical calculations, and this was very problematic . But it was the only one which could be applied at all to these types of field theory. It was possible to use the very same approximation method in the theory of superconductivity in order to see whether it provided good results there, and it turned out that it provided good results even there, that it is practically as good as the exact calculation. In this respect the theory of superconductivity provided a great deal of assistance for the theory of the asymmetric fundamental state for the fundamental particles. Now I want to discuss more specifically the theory of the strange particles which has been developed by Dürr and myself meanwhile. In order to understand the strange particles in their slightly weird property Wentzel once introduced a term which he called spurion. This spurion was a slightly weird fundamental particle, i.e. it was not a particle at all, e.g. it had neither energy nor momentum, nor a position, it had only an isospin and a parity. The only illustrative comparison I can provide is the cat which appears in the English tale of Alice in Wonderland, although this is a bit mystical: it talks about a cat which disappears into a mirror, and first the tail disappears, and then the body, and then the head of the cat, and only the sneering grin of the cat remains in the room. Now the grinning of the cat is the isospin of the spurions, so to speak. Now this idea, which Wentzel made purely phenomenologically, was the result of the mathematics of the field theory, which I am talking about, of its own accord, i.e. it turned out that this mathematics invents the spurions of its own accord, i.e. this property of the degenerate vacuum so that all assumptions that Wentzel made with his term spurion can be found again in the mathematics and vice versa; this mathematics could now be tested again in the theory of ferromagnetism or superconductivity. Maybe the simplest comparison is the one from the theory of ferromagnetism, where we therefore then need to replace the isospin with the spin. One can therefore also imagine the following in a ferromagnet: let us assume an excited electron, which borrows a spin 1/2 from the total magnetic moment of the ferromagnet so that the spin of the electron is no longer 1/2, but 1. It is therefore quite possible by attaching a spin wave to the electron in this way, that in a ferromagnet electrons orbit which do not have this spin 1/2 as they should, but spin 1. I do not really know whether such ferromagnets have actually been produced, I do not believe that it has been observed, but in principle nothing prevents this being possible. Calculations have been performed with the help of this spurion term and I want to provide a few more equations, but then quickly move on. Could I please have the next slide. Now, if one takes this idea of the spurions seriously, then one must, in order to describe a strange particle, expand Dirac’s equation of the nucleon, which would include only this term, gamma mu p mu and by this term, the i kappa, one must and can expand it by precisely two terms. Other terms are not possible due to the symmetry. And this one term provides so-to-speak an interaction of the parity of the spurion, like the parity of the nucleon, and this term provides an interaction between the isospin of the spurion and the isospin of the nucleon. If this equation, which contains only two constants which still need to be determined, is solved, then one obtains such an equation for the energy, i.e. the mass of the spurion. This still depends, as I said, on the two constants alpha and eta, which have to be determined with the aid of other requirements. I would like to ask for the next slide. If one calculates masses with this equation, then one can see that the following happens: as long as the two interaction constants alpha and eta are zero, for example, we have here the eigenvalue, i.e. the mass of the nucleon. If we then take only the parity interaction, the nucleon, this state splits up, this nucleon state which slightly changes in its mass here at the bottom remains, and there is only one higher state, which can be interpreted descriptively, i.e. as nucleon + spurion, but this state has a four-fold degeneration, and if we then also take into account the eta interaction, i.e. the isospin interaction, then this state splits up into four states. We should then expect that there exists a strange particle above the nucleon, a hyperon. This here is to have isospin zero, this here isospin 1, above this there should now again be an excited particle of isospin 1 and again of isospin zero. The two particles at the bottom are experimentally known, this here is the so-called Lambda hyperon and Sigma hyperon. At the time, the two top states were not yet known. But it is possible that they have now been found, I will talk about the experiments later. If one were to calculate this more accurately than was done in these initial equations, these levels could of course be shifted slightly with respect to each other, because the constants alpha and eta can again depend on the energy themselves, but in a first approximation the split looks like this. I should possibly say here that it has been possible to determine the constant alpha correctly in the numerical calculation according to the Tamm-Dankoff method, albeit in approximation. The second constant eta, which is very much smaller, could not be determined reliably, however, because the second constant changes very strongly even if there is only a very small error in the first constant. It depends very sensitively on the first one so that we can determine this constant at best with an inaccuracy of factor 4, and then we proceeded in practice such that we have preferred to take the experimental value, i.e. the value which best represents the experiments, but I must say that even if the constant were larger by a factor 2 or so, the picture would not be fundamentally different. The next slide, please. The same calculation was then made for the so-called bosons, these are therefore particles such as the Pi meson etc. and for them there are two states without the interactions of the spurions. This one here is an isotriplet, this is a Pi meson, the second state of the isosinglet, it had not yet been found when the theory was developed. It seems to have been found now, and this state seems to be the so-called Eta meson. If eta is still zero this state splits up into two, into three and others also into three, and if this constant eta is then taken into account, the ......

Meine Damen und Herren, Herr Menke hat gerade darauf aufmerksam gemacht, dass ich hier schon sehr oft über Elementarteilchen gesprochen habe, als Entschuldigung dafür, dass es immer wieder dasselbe Thema ist, kann ich nur anführen, dass es kaum ein Gebiet der modernen Physik gibt, das so sehr in stürmischer Entwicklung begriffen ist, wie die Physik der Elementarteilchen. Fast jedes Jahr werden neue experimentelle Tatsachen gefunden, werden neue theoretische Überlegungen publiziert und allein seit dem letzten Vortrag vor 3 Jahren, den ich hier gehalten habe, sind etwa 10 neue Elementarteilchen entdeckt worden. Nun, wenn man von einer einheitlichen Feldtheorie der Elementarteilchen spricht, oder sie anstrebt, so geht man etwa von folgender Überlegung aus. Wir wissen aus den Experimenten der letzten Jahrzehnte, dass die Elementarteilchen ineinander umgewandelt werden können. Die Elementarteilchen sind also nicht, wie man etwa in früherer Zeit geglaubt hat die unveränderlichen ewigen Bausteine, kleinsten Bausteine der Materie, sondern sie können ineinander verwandelt werden. Und zwar, das ist besonders wichtig, es können alle Elementarteilchen in alle verwandelt werden. Damit meine ich, wenn wir irgend zwei Elementarteilchen nehmen und sie mit sehr großer Energie aufeinander schießen, so entstehen neue Teilchen und es können dabei grundsätzlich Teilchen jeder Art erzeugt werden. Diesen Sachverhalt wird man am einfachsten so beschreiben, dass man sagt, es gibt eigentlich nur eine einheitliche Materie, man kann es genauso gut Energie nennen, und diese Materie oder Energie, ist eben in vielen verschiedenen Formen existenzfähig, die man Elementarteilchen oder überhaupt Teilchen nennt. Einen grundsätzlichen Unterschied zwischen elementaren und zusammen gesetzten Teilchen gibt es nicht. Man kann auch etwa so formulieren, dass man sagt, die Energie wird dadurch zur Materie, dass sie sich in die Form der Elementarteilchen begibt. Wenn man von dieser allgemeinen Auffassung ausgeht, ist auch sehr natürlich anzunehmen, dass es ein Naturgesetz geben muss, aus dem die verschiedenen Elementarteilchen mit all ihren Eigenschaften folgen. Ich möchte nun heute über einen bestimmten Versuch einer solchen einheitlichen Feldtheorie der Elementarteilchen sprechen, den man vielleicht am einfachsten dadurch charakterisiert, dass man die Formel an die Spitze stellt, die die Grundlage einer solchen Theorie bilden soll. Ich bitte um das erste Bild. Sie sehen also hier, einen Versuch für eine Materiengleichung. Ich will bloß ein paar Worte über die Buchstaben sagen, aber nachher nicht so viel, wie Sie vielleicht fürchten über Mathematik sprechen, also die Größe Psi hier oben, stellt sozusagen die Materie dar, XYZ steht für Raumzeit und die Gammas sind Matrizen, die von Dirac eingeführt worden sind, im Zusammenhang mit der Darstellung, der mathematischen Darstellung der Lorentz-Gruppe, also der Raumzeit Eigenschaften, die wir aus der Relativitätstheorie kennen. Vielleicht sollte ich noch bemerken, die Umformung dieser Gleichung, die hier unten steht, ist eine Form, die uns jetzt in mancher Weise zweckmäßig erscheint, sie bringt die Symmetrieeigenschaften der Gleichung noch etwas einfacher zur Anschauung als die obere Gleichung. Der Fachmann, der mit solchen Dingen umgeht, sieht, dass diese Gleichung zunächst gegenüber der Lorentz-Gruppe invariant ist, außerdem wird gesagt, dass diese Größe Psi, also, wenn man jetzt die Materie darstellt, das die, wie der Mathematiker sagt, ein Spieler ist, obwohl im Raum der Dirac’schen Spinvariablen als auch im Raum der sogenannten Isospins, darüber wird auch später die Rede sein, und man sieht also, dass diese beiden Gruppeneigenschaften in der Gleichung stecken. Aber auf diese spezielle Form soll’s im Augenblick nicht ankommen, ich möchte bloß gleich zu Anfang betonen, dass es nicht eine besonders extravagante und ungewöhnliche Behauptung ist, zu glauben, dass man aus einer solchen einfach aussehenden Gleichung das Ganze komplizierte Spektrum der Elementarteilchen mit all ihren Eigenschaften bekommt. Denn ähnliche Verhältnisse kennen wir ja schon sehr gut, aus der Theorie der Atomhülle, die vor etwa 40 Jahren im Mittelpunkt des Interesses stand. Denken Sie etwa an das komplizierte optische Spektrum eines Eisenatoms mit seinen vielen hundert Linien verschiedener Intensitäten, verschiedener Wellenlänge. Und es hat sehr lange gedauert, bis man dieses Spektrum überhaupt ordnen und erklären konnte. Trotzdem weiß man heute, aus der Bohr‘schen Theorie der Atome und aus ihrer mathematischen Präzisierung und Quanten- und Wellenmechanik, dass man eine einfach aussehende Schrödingergleichung anschreiben kann, für das Eisenatom, aus der dann diese ganzen Spektrallinien mit ihren Intensitäten und sonstigen Eigenschaften folgen. Nun, mit dem Anschreiben einer solchen Gleichung ist noch sehr wenig getan, und als ich vor 3 oder 4 Jahren zum ersten Mal darüber vortrug, hat Pauli mit Recht gesagt, das sei ja zunächst ein leerer Rahmen in dem das Bild erst gezeichnet werden muss. Denn erst dann beginnt ja die mathematische Analyse, man muss nun mit mathematischen Methoden festzustellen suchen, was eigentlich die Aussagen dieser Gleichung sind. Ob also etwa die Eigenwerte der Gleichung wirklich die empirisch beobachteten Elementarteilchen darzustellen gestatten. Die Theorie, die durch diese Gleichung hier charakterisiert ist, st nun an zwei Stellen sehr charakteristisch hinausgegangen über die frühere Quantenmechanik und über frühere Versuche der Quantenfeldtheorie. Erstens ist die mathematische Axiomatik anders. Wir sind genötigt gewesen, eine Erweiterung der Grundlagen in der Weise anzunehmen, dass der Zustandsraum, in dem man in der Quantenmechanik operiert, nicht mit der Mathematik gesagt mit der definit Metrik sondern eine indefinite Metrik hat und dass daher der Wahrscheinlichkeitsbegriff zunächst problematisch wird. Zweitens, es hat sich als notwendig herausgestellt, in dieser Theorie anzunehmen, dass der Grundzustand, der in der früheren Physik einfach als das Nichts, als das Vakuum, als der leer Raum betrachtet wurde, das der nicht die volle Symmetrie der Gleichung hat, das also physikalische Eigenschaften besitzt, und daher eigentlich nicht Vakuum sondern Welt genannt werden muss. Und diese zwei ziemlich radikalen Änderungen haben natürlich viele Diskussionen hervorgerufen, und gerade an diesen beiden Punkten sind in den letzten Jahren die entscheidenden Fortschritte erzielt worden. Ich möchte also das, was ich Ihnen hier berichte in drei Teile teilen. Ich will zunächst relativ kurz sprechen über die mathematische Axiomatik, die dieser Gleichung zugrunde liegt, ich will dann etwas ausführlicher sprechen über die Unsymmetrie des Grundzustandes und die Anwendungen, die man jetzt schon aus dieser Annahme ziehen kann. Also insbesondere die Theorie des sogenannten strange particles, oder seltsamen Teilchen, und die Elektrodynamik. Und ich will dann im dritten Teil eingehen auf den Vergleich dessen, was die Theorie nun abzuleiten gestattet mit dem, was in den letzten Jahren experimentell gefunden worden ist. Also zunächst zur mathematischen Axiomatik. Da möchte ich zunächst etwas historisch ausholen. Als Einstein die spezielle Relativitätstheorie formulierte, hat er eine radikale Änderung gegenüber der Newton’schen Mechanik vorgenommen. Nun, Sie wissen alle, dass er eine andere Aussage über Raum und Zeit gemacht hat. Diese andere Aussage über Raum und Zeit war auch nur möglich dadurch, dass er über die Kraftwirkung eine andere Annahme gemacht hat. Während nämlich Newton behauptete, dass es Kräfte gibt, die auf lange Abstände wirken, sogenannte Fernkräfte, hat Einstein nur sogenannte nahe Wirkungen zugelassen, also eigentlich nur Wirkungen von Punkt zu Punkt. Und nur dadurch war es möglich, die relativistische Raum und Zeitstruktur mit dem Begriff von Kausalität zu vereinbaren, den wir an dieser Stelle annehmen müssen. Die Quantenmechanik, die in den 20er Jahren entwickelt worden ist, schließt sich in diesem Punkt an die Newton’sche Mechanik an. Auch sie arbeitet mit Fernkräften. In dem Moment aber, wo man zur Theorie der Elementarteilchen und zur Quantenfeldtheorie überging, war man nun gezwungen, wieder den selben radikalen Schritt zu tun, den Einstein damals getan hat von der Newton’schen zur Relativitätstheorie. Man musste also wieder von den Fernwirkungen auf nahe Wirkungen, auf Punktwechselwirkung übergehen. Das hatte dann zur Folge, wie man in den 30er Jahren gemerkt hat, dass die Mathematik, die sich scheinbar als naturgemäße Verallgemeinerung der Quantenmechanik in die Quantenfeldtheorie ergibt, dass diese Mathematik zu Widersprüchen führt. Dass die Größen, die man berechnet, unendlich werden, und keinen Sinn mehr haben. Aus dieser Schwierigkeit hat man lange nach Auswegen gesucht, und der nach meiner Ansicht interessanteste Vorschlag ist aus dem Jahr 1942, also genau vor 20 Jahren, von Dirac gemacht worden. Dirac führt an, dass man die mathematischen Schwierigkeiten wenigstens, sagen wir mal so in erster Näherung vermeiden kann, wenn man die Metrik im Zustandsraum indefinit macht. Um nicht bei diesem mathematischen Begriff stehen zu bleiben, will ich gleich zu dem Einwand kommen, der dann ein Jahr später von Pauli gegen diese Auffassung erhoben worden ist. Pauli stellte fest, dass dann, wenn man eine indefinite Metrik im Hilbertraum verwendet, dass dann die Wahrscheinlichkeit, die man aus der Theorie ausrechnet eventuell negative Werte bekommen, und das ist natürlich Unsinn. Denn negative Wahrscheinlichkeit gibt es nicht. Die Schwierigkeit schien zunächst kaum überbrückbar und daher ist dieser Vorschlag längere Zeit nicht weiter verfolgt worden. Aber etwa 10 Jahre später, im Jahr 1953 haben wir dann den Dirac’schen Vorschlag in Göttingen doch wieder aufgegriffen. Und zwar in der Hoffnung, ihn in folgender Weise modifizieren zu können. Die Wahrscheinlichkeitsdeutung der Quantentheorie brauchen wir ja dort, wo wir experimentieren. Wenn wir also irgendwo einen Auffänger hinstellen, mit dem wir Elementarteilchen zählen, dann verlangen wir von der Theorie, dass sie die Wahrscheinlichkeit dafür angibt, dass dort Elementarteilchen hinkommen. In der und der Art, in der und der Häufigkeit. Dagegen ist es nicht so wichtig, dass wir den Wahrscheinlichkeitsbegriff etwa auch im Inneren eines Atomkerns anwenden können. Denn im Inneren eines Atomkerns können wir sowieso nicht messen. Was wir messen, sind doch immer nur Elementarteilchen, die schon weite Strecken, nämlich in unseren Apparaturen gelaufen sind. Daher bestand die Hoffnung, dass man diese Theorie so modifizieren könnte, dass man den Wahrscheinlichkeitsbegriff zwar aufrecht erhalten kann für die Elementarteilchen, die in weiten Abständen voneinander sind, also für die sogenannten asymptotischen Verhalten, der in der Quantentheorie zu behandelnden Wellen, während man den Wahrscheinlichkeitsbegriff aufgeben muss für die Verhältnisse im ganz Kleinen. Nun, diese Vorstellung ist dann einer Prüfung unterzogen worden, an einem sehr interessanten Modell, was von dem chinesischen Physiker Lee entwickelt worden war. Und was, wenn man so will, eine sehr vereinfachte mathematische Ausgabe der Quantenelektrodynamik darstellt. Pauli und Källén haben zeigen können, dass, wenn man dieses Modell nach den Methoden der Quantenelektrodynamik behandelt, dass man dann automatisch in die indefinite Metrik hineinkommt und dass man zunächst sogar grundsätzlich wieder in die Schwierigkeit mit dem Wahrscheinlichkeitsbegriff gerät. Es ist aber dann auch gelungen, zu zeigen, dass man bei bestimmten Annahmen, die man nun zusätzlich da machen muss, es so einrichten kann, dass doch der asymptotische Wahrscheinlichkeitsbegriff wieder in Ordnung kommt, er nur im Kleinen verloren geht. Also, Sie sehen, dass diese ganze Frage sehr kompliziert ist, aber es sind gerade in den letzten Jahren eine Reihe von Arbeiten erschienen, in denen nun genauer untersucht wird, ob sich diese Trennung zwischen asymptotischen Verhalten und lokalem Verhalten durchführen lässt und es sind zumindest verschiedene Modelle angegeben worden, in denen das tatsächlich möglich ist. Wichtiger scheint mir, dass man auch einen guten theoretischen Grund angeben kann warum diese Trennung in Asymptotik und lokales Verhalten möglich ist. Wenn man sich für die Verhältnisse auch im Atomkern interessiert, auch sozusagen alle möglichen Experimente in Betracht zieht, dann muss man auch alle die Symmetriegruppen darstellen, die in der Natur beobachtet werden, insbesondere auch die Lorentz-Gruppe. Nun weiß man, diese Gruppe ist in der Mathematik gesagt eine nicht kompakte Gruppe und für nichtkompakte Gruppen ist die indefinite Metrik eine naturgemäße Darstellung. Wenn man sich aber für das interessiert, was in weiten Abständen passiert, also mit den Elementarteilchen, wenn sie weit von ihrem Zusammenstoßpunkt weg sind, dann reduziert sich diese Gruppe auf eine kompakte Gruppe, weil man ja nur noch Prozesse betrachtet zu einer bestimmten Energie in einem bestimmten Impuls gehört. Und für die kompakte Gruppe ist, wie gesagt, die definite Metrik als Wahrscheinlichkeitsbegriff eine naturgemäße Darstellung. Also sofern kann man einsehen, dass hier diese angestrebte Einteilung in asymptotische und nicht asymptotische Gebiete vernünftig ist. Und man kann vielleicht im Augenblick die Stimmung der Physiker zu dem Problem in folgender Weise umschreiben. Man kann sagen, es gibt als erstes eine konservative Richtung, vielleicht hauptsächlich vertreten durch den Amerikaner Whiteman, bei uns in Deutschland durch Nehmann, Simancik und andere, die versucht die Axiomatik nun möglichst eng an dieser Quantenmechanik anzuschließen. Man versucht mit einem Zustandsraum definiter Metrik auszukommen, nimmt die Existenz eines Feldoperators an und, um die Kausalität darzustellen, sagt man dann, die Feldoperatoren an raumartig getrennten Punkten sollen kommutieren und antikommutieren. Aus dieser Axiomatik sind eine Reihe von interessanten Resultaten hergeleitet worden, die auch durchaus auf die Erfahrung passen und die offenbar einen Teil der Wirklichkeit richtig wiedergeben. Andererseits ist es aber bisher nicht möglich gewesen, irgendein mathematisches Modell anzugeben, dass all diesen Axiomen genügt und eine nichttriviale Wechselwirkung enthält. Also ob die Axiomatik erfüllbar ist, die ja sehr eng ist an der Stelle, ist zweifelhaft. Daher gibt es eine andere Richtung, die etwas radikales, entgegen gesetztes Extrem vertritt und die im letzten Jahr z.B. von Chew in Amerika verfochten worden ist. Chew hat auf der Konferenz in La Jolla vor einem Jahr einen Vortrag gehalten, die er als seine „Declarations of independence“, als seine Unabhängigkeitserklärung bezeichnet hat, wo er sagte, „diese ganze Feldtheorie brauchen wir gar nicht“, es genügt, wenn wir eine Mathematik machen, die nur dieses asymptotische Verhalten der Teilchen beschreibt. Nun das mathematische Werkzeug zu beschreiben, ist Asymptotik, ist die sogenannte Streumatrix oder S-Matrix und Chew sagte also, es müsste doch genügen, für diese S-Matrix nun eine Anzahl vernünftiger mathematischer Forderungen zu stellen, z.B. um die Kausalität darzustellen, müsste man fordern, dass gewisse analytische Eigenschaften da sind und dann brauchte man sich gar nicht um die Frage der Metrik oder der Teilchen zu kümmern. So, das ist ein sehr extremer Standpunkt nach der anderen Richtung, und vielleicht darf ich jetzt um das zweite Bild bitten. Ich möchte hier die verschiedenen Schritte der Axiomatik, die hier möglich sind einmal kurz nebeneinander stellen. Der weiteste Rahmen, der also etwa jetzt von Chew im letzten Jahr vertreten worden ist, ist diese Axiomatik, die hier oben steht. Es wird also nur die Existenz einer Streumatrix, einer S-Matrix angenommen, die natürlich die notwendigen Gruppeneigenschaften, Symmetrieeigenschaften haben muss, um die Natur richtig darzustellen. Und damit außerdem die Forderung der relativistischen, also Einstein’schen Kausalität gewahrt sind, muss diese Matrix bestimmte analytische Eigenschaften haben. Man geht in dieser Theorie also sehr stark auch von der sogenannten Dispersionsrelation aus, die sich ja auch experimentell sehr gut bewährt hat. Man kann nun diese sehr weiten Rahmen dadurch verengen, enger machen, dass man etwas dazu fügt, dass man sagt, da soll nicht nur das gelten, sondern außerdem soll noch die Existenz eines lokalen Feldoperators gefordert werden, der nun, um die Kausalität darzustellen, bei raumartigen Zuständen kommutiert und antikommutiert und es soll einen dazugehörigen Hilbertraum geben. Man sagt aber an dieser Stelle noch nichts über die Metrik in diesem Hilbertraum, die kann definit oder indefinit sein. Und schließlich gibt es eine dritte, noch engere Axiomatik, in der man die beiden Forderungen stellt, die beiden Postulate, aber dann noch als dritte Forderung dazuführt, dass die Metrik im Hilbertraum definit sein muss und dass außerdem die asymptotischen Zustände schon genügen sollen, um diesen ganzen Hilbertraum aufzuspannen. Diese dritte Axiomatik ist also die engste, das ist die, die ich als die konservative bezeichnet habe und das ist die weiteste, während die hier in der Mitte ist genau diejenige Axiomatik, die dieser einheitlichen Feldtheorie zugrunde liegt, über die ich heute spreche hier. Nun, wir haben im letzten Herbst einer Solvay-Konferenz in Brüssel auch sehr über diese Axiomatik gesprochen und haben dieser abstrakten, etwas mathematischen Fragestellung auch noch einen physikalischen Aspekt gegeben, der zwar nicht in aller Strenge dazugehört, der aber doch die Verhältnisse sehr klar macht. Wenn man die engste, die dritte Axiomatik für richtig hält, dann ist man eigentlich gezwungen, zu unterscheiden zwischen Elementar- und zusammengesetzten Teilchen. Oder sagen wir zwischen eigentlichen Elementarteilchen und nur so halben Elementarteilchen. Und die eigentlichen Elementarteilchen sind dadurch charakterisiert, das sie in ihrem Zentrum einen unendlich harten und unendlich kleinen, also punktförmigen Kern haben, während die zusammengesetzten Teilchen diesen punktförmigen Kern nicht haben. Wenn man also dieser letzten Axiomatik glaubt, muss man eigentlich den Unterschied zwischen elementaren und nicht elementaren Teilchen machen. Wenn man dagegen eine der ersten beiden Axiomatiken zugrunde legt, dann liegt es sehr nahe zu sagen, es wird überhaupt kein Elementarteilchen geben, das einen solchen harten, punktförmigen Kern im Zentrum besitzt. Grundsätzlich ist diese Frage experimentell zu entscheiden und zwar steht die experimentelle Frage in enger Beziehung zu dem, was wir hier in dieser Tagung von Herrn Hofstadter gehört haben. In den Versuchen von Hofstadter versucht man ja gerade, ie Dichte-Verteilung eines Elementarteilchens z.B. des Nukleus auszumessen. Und man kann also mit solchen Methoden grundsätzlich entscheiden, ob die Dichte-Verteilung so ist, dass da im Zentrum ein unendlich harter, punktförmiger Kern ist, der von einer Wolke von Materie dann etwa von 10 E-13 cm Durchmesser umgeben ist, oder ob das Elementarteilchen nur so eine Wolke ohne Kern ist. Man muss allerdings, um eine solche Frage zu entscheiden, Zusammenstöße außerordentlich hoher Energie untersuchen. Offensichtlich ist es so, dass wenn man den punktförmigen Kern hat, dass dann auch bei allerhöchsten Energien noch elastische Zusammenstöße mit einer erheblichen Wahrscheinlichkeit auftreten, während, wenn man nur die Wolken hat, dann wird eben bei hinreichend hohen Energien das elastische Zusammenstoßen beliebig selten werden. Nun ich selbst bin überzeugt, dass es keine Elementarteilchen mit einem solchen harten Kern gibt, aber experimentell zu entscheiden ist die Frage einstweilen noch nicht, weil man noch nicht hinreichend hohe Energien hat. Vielleicht werden aber immerhin Stoßprozesse mit den großen Maschinen in Genf und Brookhaven uns in Zukunft der Entscheidung dieser Frage näher bringen. Und damit möchte ich diese Diskussion der mathematischen Axiomatik abschließen und nunmehr zu einem mehr physikalischen Teil kommen, dem zweiten Teil, nämlich zu der Frage der Unsymmetrie des Grundzustandes. Die Feldtheorie über die ich hier referiere, war gezwungen diese Unsymmetrie des Grundzustandes anzunehmen aus folgendem Grund. Es gibt in den Elementarteilchen eine Eigenschaft, die man den Isospin nennt. Und zwar, das ist eine Eigenschaft, die schon vor 30 Jahren empirisch eingeführt worden ist; es ist mathematisch eine Eigenschaft, ähnlich wie der Drehimpuls, aber bedeutet anschaulich die Unterscheidung zwischen Proton und Neutron. Zwei Teilchen, die fast die gleiche Masse haben, aber von denen das eine geladen, das andere neutral ist. Nun hat man schon lange festgestellt, eben damals vor 30 Jahren, dass die Wechselwirkung zwischen Elementarteilchen wenigsten ungefähr symmetrisch sind gegenüber Drehungen in diesem Raum. Also, wenn man ein Neutron in ein Proton verwandelt, dann ändern sich in erster Näherung die Kräfte nicht. Und daher ist auch die Grundgleichung, die Sie vorhin gesehen haben, gegenüber solchen Transformationen invariant. Aber diese Invarianz gilt in der Wirklichkeit nicht streng. Schon die elektrische Ladung verletzt die Invarianz, was Sie ja einfach daraus sehen, dass ein Proton geladen und ein Neutron ungeladen ist. Also man kommt zu dem merkwürdigen Schluss, dass es in der Natur Symmetrien gibt, die nur näherungsweise gelten. Und dafür ist nun die naturgemäße Interpretation, dass man sagt, der Grundzustand der Welt selbst ist eben nicht symmetrisch, sondern die Welt hat einen großen Isospin. Nun empirisch bedeutet das, dass etwa die Zahl der Neutronen und die Zahl der Protonen in der Welt sehr verschieden sind und das ist in der Tat der Fall. Diese Unsymmetrie macht es dann erst möglich zu verstehen, das ein Proton und ein Neutron etwas verschiedene Masse haben. Weil ja sozusagen das Proton dann ein Teilchen ist, dessen Isospin parallel dem der Welt steht, während beim Neutron der Isospin antiparallel dem der Welt steht. Also in dieser Weise war man gezwungen, die Unsymmetrie anzunehmen. Es kam noch ein weiteres hinzu, wenn die Grundgleichung zunächst so genommen wird, wie sie da steht, dann würde man ja erwarten, dass ein Teilchen, das Halbzeichen Dirac’schen Spin hat auch Halbzeichen Isospin hat, oder wenn es Ganzzeichen Dirac’schen Spin hat, dann auch Ganzzeichen Isospin hat. Es gibt aber in der Wirklichkeit die sogenannten seltsamen Teilchen, die strange particles, bei denen das gerade nicht so ist. Und um die zu erklären, muss man also auch wieder die Unsymmetrie des Grundzustandes zu Rate ziehen. Nun, das war am Anfang eine etwas kühne Annahme, aber inzwischen hat sich nun erfreulicher Weise gezeigt, dass in anderen Gebieten der Physik genau die selben Verhältnisse herrschen, und da haben wir sehr viel lernen können von der Entwicklung der Theorie der Supraleitung, über die wir hier von Herrn Bardeen gehört haben. Es hat sich herausgestellt, dass in der Supraleitung die Verhältnisse genauso sind. Das also wieder der Grundzustand nicht die volle Symmetrie der Gleichung hat, sondern entartet ist, eine geringer Symmetrie hat, dort z.B. nicht die sogenannte Eichsymmetrie hat. Und dann hat Bogoliubov mit recht darauf hingewiesen, dass man im Grunde solche Verhältnisse ja schon in früheren Zeiten an vielen Stellen kannte und bloß nicht mehr daran gedacht hat. Schon in der Theorie des Ferromagnetismus wird ja angenommen, dass der Grundzustand eines Ferromagneten ein magnetisches Moment hat, also eine Richtung hat, obwohl die Gleichung, von der man ausgeht, rotationssymmetrisch ist. Bei der Kristallbildung, bei der Theorie der Suprafluidität, überall haben wir dieselben Verhältnisse. Nambu insbesondere hat gezeigt, dass auch rein mathematisch zwischen der Theorie der Elementarteilchen und der Theorie der Supraleitung viele Ähnlichkeiten bestehen. Man hat also nun sozusagen ein mathematisches Übungsfeld gewonnen in der Theorie der Supraleitung und in der Theorie des Ferromagnetismus. Wir wissen, dass in diesen beiden Gebieten, keine grundsätzlichen mathematischen Schwierigkeiten bestehen, man steht also dort auf völlig festem Grund und man kann nun nachsehen, inwieweit die mathematischen Vermutungen, die wir bei der Theorie der Elementarteilchen hatten, auch hier zutreffen. Und da hat sich in der Tat herausgestellt, dass sehr viele Züge, die man bei der Theorie der Elementarteilchen vermutet hatte, hier nun wirklich mathematisch bewiesen werden können. Das also die Verhältnisse tatsächlich ganz so liegen können, wie man sie in der Theorie der Elementarteilchen angenommen hatte. Besonders erfreulich war auch noch folgendes: in der Theorie der Elementarteilchen hatten wir uns genötigt gesehen, zum numerischen rechnen eine Approximationsmethode zu benutzen, die recht problematisch war. Aber es war die einzige, die auf diese Art von Feldtheorien überhaupt Anwendung finden konnte. Nun konnte man in der Theorie der Supraleitung eben diese selbe Approximationsmethode verwenden und zusehen, ob sie dort gute Resultate lieferte und da stellte sich heraus, das sogar dort exakte Resultate liefert, dass sie also praktisch genauso gut ist wie die exakte Rechnung. Also in der Beziehung hat man von der Theorie der Supraleitung her sehr viel Hilfe für die Theorie des unsymmetrischen Grundzustandes bei den Elementarteilchen gewonnen. Nun will ich etwas spezieller eingehen auf die Theorie der seltsamen Teilchen, die inzwischen von Dürr und mir entwickelt worden ist. Um die seltsamen Teilchen in ihren etwas merkwürdigen Eigenschaften zu verstehen, hatte Wentzel einmal einen Begriff eingeführt, den nannte er das Spurion. Dieses Spurion war ein etwas komisches Elementarteilchen, das war nämlich gar kein Teilchen, d.h. es hatte weder Energie noch Impuls, noch einen Ort, sondern es hatte nur noch einen Isospin und eine Parität. Ich kann als anschaulichen Vergleich etwa nur finden, die Katze, die in dem Märchen von Alice im Wonderland vorkommt, dem englischen Märchen, das ist zwar etwas mystisch, da ist von einer Katze die Rede, die durch einen Spiegel verschwindet und dann verschwindet zuerst der Schwanz und dann der Körper und dann der Kopf der Katze und es bleibt nur das hämische Grinsen der Katze im Raum stehen. Nun dieses Grinsen der Katze ist sozusagen der Isospin des Spurion. Nun diese Vorstellung die Wentzel zunächst, rein phänomenologisch aufgestellt hatte, die hat sich nun, eigentlich in der Mathematik dieser Feldtheorie, über die ich hier spreche von selbst herausgestellt. D.h. es zeigte sich, dass diese Mathematik von selbst dieses Spurion erfindet, eben als Eigenschaften des entarteten Vakuums, so dass man alle die Annahmen, die Wentzel mit seinem Spurionbegriff gemacht hatte, nun in der Mathematik wiederfinden konnte. Und umgekehrt, diese Mathematik nun auch wieder an der Theorie des Ferromagnetismus oder der Supraleitung prüfen konnte. Vielleicht ist der einfachste Vergleich der aus der Theorie des Ferromagnetismus, wo wir also dann den Isospin ersetzen müssen durch den Spin. Auch in einem Ferromagneten kann man sich durchaus folgendes vorstellen. Man denke sich ein angeregtes Elektron, das sich aber von dem gesamtmagnetischen Moment des Ferromagneten eine Spin ½ borgt, so dass der Spin des Elektronmagneten nicht mehr ½, sondern 1 ist. Es ist also durchaus möglich, indem man in dieser Weise eine Spinwelle an das Elektron anhängt, dass in einem Ferromagneten Elektronen herumlaufen, die nicht wie sollten Spin ½ sondern Spin 1 haben. Ich weiß nicht, ob tatsächlich solche Ferromagneten schon hergestellt worden sind. Ich glaube nicht, dass man es beobachtet hat, aber grundsätzlich spricht nichts dagegen, dass so etwas möglich wäre. Nun, mit Hilfe dieses Spurionbegriffs sind also Rechnungen angestellt worden und ich will jetzt doch ein paar Formeln geben, aber dann schnell darüber hinweg gehen, ich bitte ums nächste Bild. Wenn man diese Idee der Spurionen ernst nimmt, dann muss man, um ein seltsames Teilchen zu beschreiben, die Dirac’sche Gleichung des Nukleons etwa, zu der nur dieses Glied gehören würde Gammy My P My und dieses Glied, I Kappa, diese Gleichung muss und kann man erweitern um genau zwei Glieder. Andere Glieder sind symmetriemäßig nicht möglich. Und das eine Glied gibt sozusagen eine Wechselwirkung der Parität des Spurions, wie der Parität des Nukleons und dieses Glied gibt eine Wechselwirkung zwischen dem Isospin des Spurions und dem Isospin des Nukleons. Wenn man diese erweiterte Gleichung, bei dem nur zwei Konstante vorkommen, die noch zu bestimmen sind, löst, dann bekommt man für die Energie, also für die Masse des Spurions eine solche Formel. Die hängt noch, wie gesagt, von den beiden Konstanten Alpha und Eta ab, die man dann noch durch andere Forderungen bestimmen muss. Ich bitte ums nächste Bild. Wenn man mit dieser Formel sich also Massen ausrechnet, dann sieht man, dass folgendes passiert. Wir haben etwa, solange die beiden Wechselwirkungskonstanten Alpha und Eta null sind, haben wir hier den Eigenwert, nämlich die Masse des Nukleons. Wenn wird dann zunächst nur die Paritätswechselwirkung nehmen, dann spaltet das Nukleon diesen Zustand auf, hier unten bleibt dieser Nukleonzustand, der sich in seiner Masse etwas verändert, und höher liegt nur ein Zustand, der anschaulich zu deuten ist, eben als Nukleon + Spurion. Aber dieser Zustand ist noch vierfach entartet, und wenn wir dann diese Wechselwirkung Eta noch mit rechnen, also die Isospinwechselwirkung, dann spaltet dieser Zustand die vier Zustände auf. Wir sollten also dann erwarten, dass es über dem Nukleon ein strange particle, ein Hyperon gibt. Dies hier soll den Isospin null haben, das hier den Isospin 1, darüber sollte nun wieder ein angeregtes Teilchen vom Isospin 1 sein und wieder vom Isospin null. Die beiden unteren Teilchen, sind experimentell bekannt, das ist das sogenannte Lambdahyperon und Sigmahyperon. Von den beiden oberen Zuständen, wusste man damals noch nichts. Aber es ist möglich, dass sie jetzt gefunden sind, über das Experimentelle will ich nachher noch sprechen. Wenn man genauer rechnen würde, als es in diesen ersten Formeln geschieht, würden natürlich diese Niveaus etwas gegeneinander verschoben werden können, denn die Konstanten Alpha und Eta können selbst wieder von Energie abhängen, aber in erster Nährung sieht die Aufspaltung also so aus. Ich sollte vielleicht noch dazu sagen: bei der numerischen Rechnung hat man die eine Konstante Alpha richtig nach der Tamm-Dankoff-Methode, wenn auch nur nährungsweise bestimmen können. Die zweite Konstante Eta, die sehr viel kleiner ist, aber ließ sich nicht zuverlässig bestimmen, weil nämlich die zweite Konstante sich sehr stark ändert, wenn in der ersten Konstante auch nur ein ganz kleiner Fehler ist. Die ist sehr empfindlich von der ersten abhängig, so dass wir eben diese Konstante bestenfalls um einen Faktor 4 Ungenauheit bestimmen können. Und dann sind wir praktisch so vorgegangen, dass wir lieber den experimentellen Wert genommen haben, also denjenigen Wert, der die Experimente am besten darstellt. Aber ich muss dazu sagen, auch wenn die Konstante etwa um Faktor 2 größer wäre, wäre das Bild nicht grundsätzlich anders. Bitte das nächste Bild. Dieselbe Rechnung ist dann auch noch gemacht worden für die sogenannten Bosonen, das sind also Teilchen, wie das Pi -Meson usw. und da gibt es ohne die Wechselwirkungen des Spurion zwei Zustände. Das eine hier, ist ein Isotriplet, das ist ein Pi-Meson, das zweite, Zustand bei Isosinglet, der war damals, wie die Theorien entwickelt wurden noch nicht gefunden. Er scheint aber jetzt gefunden zu sein, und zwar scheint dieser Zustand das sogenannte Eta-Meson zu sein. Dieser Zustand spaltet dann, wenn Eta noch null ist in zwei, in drei auf und andere auch in drei und wenn dann diese Konstante Eta mitgerechnet wird, so wird die …

Werner Heisenberg on the Nature of the Spurion (in German)
(00:30:32 - 00:31:38)

Let’s travel onward in time for about 7 years. You are still a scientist. Your new field of expertise, cancerous metabolism, is of immediate importance to the general public. Again, you have a brilliant theory. And of course, you are eager to get it out. Indeed, this time, it should go down like butter. There is only a slight problem. Despite the brilliance of your theory, you are pretty sure that it is actually too good to be entirely true. What to do? The Hungarian Albert Szent-Györgyi, Nobel Laureate in Physiology or Medicine 1937 and discoverer of vitamin C, gave the answer during the 1969 Lindau meeting in Medicine: you just present it with a smile!

Albert von Szent-Györgyi (1969) - Molecules, Electrons and Biology (German Presentation)

Count Bernadotte, Colleagues ... (inaudible), thank you. Ladies and Gentleman, As you know, biological thinking today is permeated by the influence of the molecular theory. And according to this theory, the living system is composed of closed particles with closed electron shells, molecules. And heat agitation causes these molecules to oscillate and collide on occasion. I have never really been able to believe that this is the sole source of the wonderful intricacy and adaptability and fittingness of living nature, and here in Lindau I asked myself whether our situation is not analogous to a man observing the meeting of Nobel Prize laureates in Lindau from a height of 10,000 meters. If this person were asked: "What are Nobel Prize laureates?", he would say: Sometimes they collide, then they part again, and that's all there is to it". I have never really been able to believe this, and I would say that the main outcome of my long years of research of more than 50 years is a profound respect and admiration for the marvellous complexity of living nature. That these molecules are not really as isolated and not really as closed as the molecular theory would have us believe, the first indication was discovered by Weiss in England in 1942. He found that if a strong oxidising agent and a strong reduction agent are combined they form a complex. And this complex then develops a dipole moment, meaning that the molecule has a positive and a negative charge. And straight away he understood rightly that this could only happen through an electron transferring from the one molecule, from the reductant to the oxidiser. For as we know, oxidising agents have a strong desire to accept electrons and reduction agents are keen to release electrons or hydrogen atoms. So, this all adds up well. He interpreted the whole sequence – may I have the first slide – correctly at first glance, that the electron, with the one molecule releasing an electron which becomes the donor, right? The other accepts it, thereby becoming the acceptor, and these are then given the abbreviations D or A. So as Weiss accurately reports, in the first stage they form a complex, a stable configuration held by normal forces. Then an electron is transferred within the complex. An electron passes to the acceptor. As you know, all molecules are composed of electrons which always come in pairs. There are always the two together. They come in pairs, which means that an electron spins off from its pair and transfers to the acceptor, which then becomes negatively charged. No one has ever seen this happen – it's something we can't see. All we have is a good dipole measurement from measuring the dipole moment which is awfully difficult and very complicated, but we still can't see anything. If, however, the conditions are very favourable – extremely favourable – including the relative energy, the pair may break apart and become two independent particles, an acceptor with a negative charge and a donor with a positive charge, which is what we now call a free radical. So then we have a free radical. And this, which is something we can already prove, may emit a sign or a signal in an electron spin resonance machine. The electron spin, by which I mean the machine itself, has 1,000 buttons and fills a whole room, and as you know, one of the laws is the smaller particle the larger the machine needed for proof. So the electron spin resonance spectroscope can detect when an electron has separated from its pair and is sitting there by itself. So, what's the best way of imagining this - can I have the next slide. Here - as you know, the electrons in molecules or atoms form a sort of cloud and the cloud has a certain localisation called an orbital, and these orbitals have different energy levels. This slide shows occupied orbitals, there are, of course, occupied and empty orbitals. At this point, you will say that it's not empty at all. What we have here is a physical reality, but there is nothing sitting on it, sort of like an empty chair. So here are the occupied orbitals, the ones with the thick line, and those are the thin ones, which serves to indicate what is an oxidising agent and what a reduction agent. This means that an electron is in a very high orbital, at a very high level, with a strong propensity to transfer. If the acceptor, meaning the oxidising agent, has an empty chair, namely at a low level, the electron can go and sit on it. This then generates the energy and the two charges, the positive charge This is then the ground state, with no excitation. Only the previous carrier energised. This is the transition to the ground state or, to put it another way, strong charge transfer. Another type of charge transfer was subsequently discovered and researched in detail, in particular molecules with spin-up electrons. Could I have the next slide please? Naturally, an electron could never spin to a higher level by itself. It lacks the energy to do this. If, however, it happens that an electron is energised by a photon, by light energy, this energy can send it to a higher level, which is then charge transfer in an excited state, isn't it. Life's most important chemical reaction is of this kind, as exemplified by the excitation of the chlorophyll molecule in plants. The electron is excited by light and transferred to a higher level. So, what usually happens is that the electron naturally falls back again, the cloud is distributed between the two molecules, and the electron falls back. But life has learnt to grab hold of the electron here with a metal atom, with an iron atom, and then it has a little energy, and this is the energy which sustains you, which sustains us all, from this energy supplied by the photon. So, to summarise, the next slide please. So, there are two electron transfers, where an electron jumps to a higher level and where it falls back, which is the ground state. Now a question for the biologists: What can biology make of this? Nothing whatsoever, for the simple reason that there is no light in our bodies. Consequently, when we talk about animal physiology, there is no light in the body And there is no strong oxidising agent in the body either, as we would not be able to tolerate it. They would kill us, the strong oxidisers. Which is why there are none. As a result, there would be no chance of a charge transfer. Charge transfer could, however, be extremely significant. Indeed, if there were to be just one, even in this middle ground, where the electrons, where the substances are neither powerful oxidisers nor strong reducers. If they could display just one charge transfer. Because our whole body is constructed on substances, which are not strong oxidising agents. So my main question to put to the experts is now: whether, in this middle ground, which forms the basis for the whole body, a charge transfer would be possible. But now comes the difficult part: How could you prove this? In this region, indeed, waiting for an electron, for the whole electron cloud to transfer to another molecule would be an impossible option. It would merely spread, the electron cloud. That which we observe in electrons, like a cloud. The cloud would merely distribute itself between the two molecules, the donor and the acceptor, and in this state of dissipation, getting an electron spin resonance spectrum and an indication in this machine is not yet possible. So is there a way forward? Yes, there is, with a small trick. Small tricks are indispensable in science, because if one needs especially favourable conditions for a whole electron to transfer, yes - the attempt should then be made to create such favourable conditions, and then to observe whether the electron wants to pass over with the substances that are actually present in our bodies. After all, we have all sorts of substances inside us, proteins and amino acids and, taking all this, and having created particularly favourable conditions by introducing a strong acceptor in a particularly good solvent – there are special properties which one anticipates – and we then put the whole lot in the electron spin resonance machine and what we get is a wonderful signal. Anyone who has worked with an electron spin resonance machine knows how marvellous this signal is. There are intervals which we can use to calculate everything. This is a wonderful signal. And we found that hydrogen atoms and oxygen atom can donate electrons. So, this is really astonishing. As you know, electrons are always bound in most compounds. However, hydrogen and oxygen as well as sulphur and similar atoms have electrons, two electrons, always pairs of electrons that are not bound, chemically bound. These are called a lone pair of electrons, the French always say, "cherchez la femme", so in French this would be " unmarried electrons", "électrons célibataires". So, one of these unmarried electrons can transfer perfectly easily. Both from hydrogen, especially, and from oxygen. As well as sulphur. What we get is a completely new idea about life. And about living organisms. Also about the relation between molecules, and about everything that these delicate reactions could signify. So, we have a kind of cloud, an electron cloud, which disperses across two atoms. This is a spectacularly delicate connection where anything and everything could happen with the electrons. This includes the completely unexpected. And up until now, we have always believed that carbon is present, with its four valances and large molecules, which is correct. However, oxygen and hydrogen are only present to create acid and alkaline valances and possibly hydrogen compounds and so on, otherwise they don't have a purpose. But now we come to a new idea. Perhaps this is completely wrong. And perhaps this is the essence or one of the intrinsic factors of life, these electron clouds. And each hydrogen atom and oxygen atom, along with carbon and sulphur atoms, are wonderful donors with their unmarried electrons. Yes, but such a donor only makes sense if there is an acceptor. When a girl runs around finds no one to take her in, she makes no progress. Yes, acceptors are also needed. So, what are acceptors? No atom can be an acceptor. There is, however, a compound, the C-O bond, or every double bond, every double bond is a good acceptor. Oxygen is not alone in not being an acceptor. Carbon is not an acceptor but the electron clouds, present as an occupied electron cloud always in a double bond An empty one, which is also a good acceptor. But this makes the whole thing really exciting. And this is why: - Can I have the next slide please. This is a peptide bond. As you know, Thyrell discovered, or this was known already, that all proteins are made up of a huge number of amino acids, and two amino acids join with a peptide bond. There are therefore innumerable peptide bonds. Almost only one less, as many bonds as there are amino acids in one molecule. So, here is a peptide bond and there you can see what is so exciting, that's an acceptor, this double bond, a strong acceptor group, and here is a strong donor group. So, each bond has a donor, which means the possibility of a really large number of these change transfers This gives us a completely new possibility, doesn't it, for it is then possible that these clouds, here we say a peptide chain – next slide please. These are peptide chains here, which I have simply labelled as peptide chains. And when this oxygen generates a charge transfer with the next peptide chain, and this in turn with the one after, then the whole protein molecule or two molecules touching one another here join to make up an electron cloud. And this gives rise to quite different ideas about the real significance of a protein. Indeed, this leads to infinitely new things, I mean that it is only a fanciful notion at the moment, but a beautiful fanciful notion. So, those would be the possibilities, and each such charge transfer is a bond, evolving into a very large number of bonds, with weak bonds appearing, between protein chains or various molecules. So far, so good, but how to prove it? Proving it is not possible, unfortunately that doesn’t work. Simply because these transfers, meaning the cloud, do not sit on an atom but are dispersed, and therefore do not emit an electron spin signal. So what we can do right now is to investigate simple proteins and ask: Therefore, assuming we have the picture right, there must be very many weak bonds in the peptide chains and between the molecules, a veritable multitude. And a system where the components are held together by weak bonds, many weak bonds, has properties that are quite different from a system with few strong bonds. May I have the next slide please. Here I have roughly outlined the whole thing. Two molecule surfaces bound together by a strong bond, and here two molecule surfaces bound together by many very weak bonds. So what is the difference between the two? This is quite a delicate matter. To separate the two molecules I need enough energy to break the bond, let's say around 15 calories. Indeed, if I have a few weak bonds here, say 15 of them, I need the equivalent of the same energy as before if I want to proceed in this direction. But not if I come from the side. If I start at the side, here for instance, then I only need to break one bond at the moment if I start here. This is only one calorie. Then we move to the next bond, the second calorie, and then the third, so with a minimal amount of energy, namely only one calorie, I can break up the whole thing. And this has very interesting characteristics. If I break one bond, the next will be predisposed to break. It is too weak to hold the whole thing. It breaks as well, and the whole process is self-perpetuating. And this also works in reverse: if I create a bond, the next will form more easily. As you can see, the whole thing can continue to move along. It makes up a system, an "all-or-nothing" system, where either everything happens or nothing at all. We see systems of this kind in everyday life, don't we. Take a zipper, something you are familiar with, right? The zipper on a pair of men's trousers, such a zipper. A zipper is such an "all or nothing", you know it can only be unzipped from one end if you want to open it. And the it is zipped upwards. Closed from the other if you want to reverse the process. And, sometimes to our chagrin, it parts way in the middle, which opens the whole thing up and causes great inconvenience. There are various kinds of all-or-nothing stories, which can have the same effect. And what’s more - the characteristics that emerge can be completely weird. If I have two particles which have this weak energy on the surface binding them, they can rotate freely around each other without using energy. Because on the one side I then break the bonds and, on the other, I create bonds. This activity therefore costs me nothing. They can move around without any energy. They behave, in other words, like a liquid. At the same time, however, they are always held together at one point, which means they behave like solid matter. This is really strange, they are both solid matter and liquid, in one state and in the other. And living tissue has these properties. Wonderful. Take the tissue which is most easily accessible, skin, here is my skin, and this is the point: it is neither solid In my view, very robust, my skin would do any boot proud. At the same time, however, it is fluid, I can pull on it. And then it returns to its original state, to put it another way, it is fluid in its movement. This is the way it is, and then we progress to something very important, if I cut myself, these are cells which have remained undisturbed for 75 years and they are bound together in a solid configuration, all very firm in one respect. But when I cut myself, the picture then changes completely. The cells that were formerly strongly bonded together part ways, seep in a fluid movement into the wound and disperse. And in order to disperse a cell must be fluid, because otherwise it would not be able to make this transformation. So, all of a sudden, the whole thing takes on liquid form. And with anything to do with wounds, we need to be careful, very fluid, not to be touched. And as soon as the whole thing has sealed up, it fills out and a scar forms which is even more durable than before. As you see, there are these huge changes, these "all or nothings", these all-or-nothing changes, either into the one or the other state, either a fluid, active state or firm, static state. Consequently, we need to place a new demand on the system. Namely, if this is so, in this scenario, that there are ruptures in the wound, suddenly all these bonds are ruptured and it liquefies. Consequently, these bonds must be of a kind that can be easily and suddenly split. I cannot, for each bond, something special So the bond is that way. Electron charge transfers behave in a similar way. Because if I introduce strong donors, meaning electrons, into the system, the electrons will ... let's say, here is a donor and an acceptor which form a bond, the new acceptors which I introduce will compete with these donors and have a splitting effect. So by changing the electron voltage, therefore to speak, I can cause the whole thing to break up. Or to change if I introduce an acceptor to bind all these free electrons or strong, extremely active electrons, as the chemists would be sure to say, about the low ionisation potential, then the activity needs to cease, which then achieves a stable state. So this all makes sense. And then I look around to see if nature actually applies this principle. This acceptor-donor principle in its manipulations, and I have always been interested in plant oxidisation systems, and the first system which I worked on was the polyphenol oxidase system in plants. Yes, I need to add something. If a living system is able to induce a stable state through an electron acceptor which is introduced, I can use an electron acceptor to do the same, to eliminate all active electrons. Let's take an acceptor, and the acceptor I introduce must be a lot stronger than the acceptor lasts, otherwise it won't be able to compete. So how can one – I know only one acceptor and that is the CO bond, in actual fact a double bond, although there is also CC bond as well as NN – increase the activity of this bond? The answer is that I can't. So what can be done? How about taking two. That's simple. Then it will be twice as strong, won't it? So, if we take two, and if this does not suffice, I can take two COs, which means I can then count another double bond, a jointly conjugated electron system, which then becomes extremely strong. So, what is the strongest acceptor for regulation? Next slide please. The strongest acceptor would then be this one. In other words, a simple aromatic ring, and which is then immensely strong. It's the strongest, so strong a regulation that it kills everything. Killing is also a regulation where irreversible activity to CO is done. This is what we're doing now in Vietnam. This is the strongest bond. The next strongest bond would be where one takes the two CO apart a little, and then a little more in levels, to go a little into the side chains and then the next would the aliphatic bond where only 2 CO bonds are joined. I mentioned a while ago that I was very interested in plant systems and naturally, first of all the completely obvious, by which I mean plants that change colour when they are exposed to a specific influence. For instance, if you drop an apple it will have a brown patch the next day. And the colour has changed. Next slide please. It will not have escaped your notice that this is a banana, an Austrian one to be precise, because it is black and yellow. Thank you. So, this is an Austrian black-yellow banana, which has gone black because I have been maltreating it a little, because I dunked half of it in chloroform for a moment, and the next day it had gone Austrian. So what exactly did I do? As a young boy I – yes, it's very striking, isn't it? So, as a young boy I was very interested in this and discovered – what was partly, but not fully, known – what was actually going on here. Can I have the next please, that's the same again. There is a substance in the plant, some kind of a substance, the two hydroxyl groups, so that's the donor, a harmless affair, that promotes activity. And next to it is an enzyme, which takes two or one election from it, changing it all into a very strong oxidation agent. Now I would ask you to turn your attention to two great principles. One of the principles is what does nature do when it, it changes something, doesn’t it? Nature always kills two birds with one stone. It takes a system which exists in a living plant in a harmless form. Then, when something goes wrong, when the plant is compromised, the system and the enzyme attack the substance, accepting the two electrons and making an oxidisation agent, my electron acceptor. The second principle, which is very important and interesting, is that nature will defend itself if it suffers damage, that the damage not only creates damage but, at the same time, catalyses a system which rectifies the damage or protects us against it. You all know this from real life, if you go swimming, and if on that day the sun is shining brightly, then the sun's rays will damage your skin a little, which will then turn red, won't it? And then there is a system which also contains a phenol and an enzyme, which are both delicately kept apart, a separation which can be very easily destroyed. Sunshine is damaging to them and adversely affects the separation, the things come together. The culture oxidises. Phenol creates a pigment, and the pigment defends you against the sun. This is a fundamental principle of nature. Very, very ingenious. This is all around us, if you cut yourself and bleed, the cut activates a system, an enzyme system again, which creates fibrin to stop the blood which then ceases to flow. As I said before, you will frequently come across this system. A wonderful system. Our Creator, if we have one, must have had a lot of fun with it. Take the example of a plant that gets bacteria – it thinks now I will have an excellent Bavarian breakfast, and it begins to eat, at the same time activating the system that kills it. It has fallen into a trap. Nature has set a trap for the bacteria, which protects at the same time. So, this is the story of plants, known as polyphenol oxidase. The essence is naturally contained in the undamaged plant where the enzyme needs to be separate from the substrate and this separation must be very fine so that the most minute, the tiniest pathogen can be destroyed. Enzyme and substrate join forces and trigger the whole process. Once I had found out a little about what happens to these bananas, I ... half the plants are plants which changes colour. The other half doesn't change at all, such as lemons or oranges. You can chuck them on the floor, they won't go black. So, why not? This is something I worked on for many years without any success in solving the problem. My endeavours and my time were not entirely wasted as my work led me to the chance discovery that these systems contain a strong reducing agent. Naturally, as a good boy, I isolated this, finding what you know today as ascorbic acid. Ascorbic acid is a strong reductant which can always maintain phenols in a reduced state. Precisely, in recent times I have turned my attention to this system again and discovered that these plants have this kind of system. It is very similar to this. However, when two acids are set apart, the result is not black, solid or liquid – it remains colourless. There can be no bond with proteins. Consequently, this is simply what we have: these things are present in the plant and held in a reduced state by the ascorbic acid. If the plant is damaged, the ascorbic acid is oxidised away. It disappears and is no longer active. These substances then autooxidise to become dizinon, to paradizinon, and it kills the bacteria. So the same story again. It now becomes quite clear. The animal system, however, would not be able to function in this scenario. Plants are much more robust. The animal system is very unstable and extremely sensitive. It would not be able to work with this kind of conjugated double-bond system. These are frightfully strong acceptors which will only tolerate aliphatic dicarbonyl, two COs. The simplest aliphatic compound – next slide please – is the simplest dicarbonyl with a methyl, which is a glyoxal derivative. If one now wants to combine two COs, the question that needs to be asked is what type of CO do I want to attract, there are two different types. There is the ketone CO, which is simple CO, C here and C there, which has excellent thermodynamic properties. In chemical terms, however, it is very lazy and inert. The other type is where C is replaced by hydrogen, which is then an aldehyde. Aldehyde is in thermodynamic terms not as good. It is, however, highly reactive. The ideal would therefore be an aldo-ketone. Naturally, a ketone-aldehyde where one CO is like this and the other like that. And the simplest ketone-aldehyde is the one where a simple methyl group is attached, which would be methylglyoxal. This makes it all very exciting. So what's so hot about such a silly molecule? What is so exciting is that all living cells, all of them that we so far know of, are composed of an extremely active enzymatic system that converts methylglyoxal into lactic acid. Next slide please. Here I don't want to go into detail – there is methylglyoxal , and no - here is methylglyoxal which has two enzymes and a glutathione. All of them together react, and what we get in the end is lactic acid. The active ketone-aldehyde is gone, converted into tame lactic acid that can't do any damage. All living cells – thank you, that was sufficient – all living cells have extremely active methylglyoxal. And this is what is so wonderful, you see. In the first half of the century, our greatest biochemists, Neuberg and Dakin and Racker and Hopkins, were looking into this, and then slowly interest waned as no methylglyoxal was found. But there has to been something like methylglyoxal, as the enzyme, nature itself, it has no time for luxuries. An active enzyme is not just there for beauty's sake, there has to be something else There has to be a substrate, and this substrate must have an absolutely fundamental purpose. This substrate has to be a ketone-aldehyde, which makes it a good acceptor. This, in turn, has to do with a function connected with ketone-aldehyde and with the acceptor properties of ketone aldehyde. Yes, of course, given all the time I have spent studying plants it is natural that this was a growth inhibitor, right? The real issue at stake is this: All living tissue has a great propensity to multiply. The more active the system is, the more life there is, the more activity, and life wants to multiply, doesn't it? This is evident in the population explosion, life wants to multiply, multiply, multiply. As long as bacteria and lower-state things have nourishment, they will multiply rapidly. But this will not do in a multiple-cell organism. It all needs to be held in check in the interest of the whole. How is this living tissue restrained? Then the penny drops: perhaps this is a type of ketone-aldehyde. And perhaps it was difficult to find because not very much of it is needed. We have all ketone-aldehydes which can be tolerated, structured, chemical, and have found that in the minutest, one-thousandth molar concentration, all growth is kept in check, but they don't cause any harm. They are not at all poisonous in this concentration. They don't do a thing. Simply nothing, which means that nothing can multiply. Consequently, we arrive at a theory that our tissue is kept as it is precisely through ketone-aldehyde, which is present only in the minute quantity necessary and possible, which makes it impossible or very difficult to discover. Particularly, because ketone-aldehyde is highly reactive and binds easily with sulphur. As a result, ketone-aldehyde was only discovered in tissue in the very recent days. Now I want to go one step further by saying: Assuming that everything I have said is true and that in life, tissue is kept in equilibrium by a ketone-aldehyde, and assuming this is a highly active enzyme which serves to separate a frightfully delicate system from this kind of substrate and the wall separating the two was not properly structured, and the enzyme were to constantly eat away at the substrate? The cell would then start to multiply in a disordered fashion. And if a cell does this, it is called cancer, and this is what cancer is. At the present point in time, I believe that cancer is a state where enzyme and substrate are not precisely separated from one another, that the enzyme eats up the substrate in a senseless fashion, and the cell starts to multiply. Naturally, you then say: Well, if this is true, the cancerous cell must produce lactic acid because methylglyoxal always turns into lactic acid. And if we go one step further, we would say that it can only be the cancerous cell that produces aerobic lactic acid. This is precisely what Warburg discovered. Warburg found that it is only the cancer cell which produces lactic acid, aerobic. Naturally, his explanation of the production of lactic acid is different and I regret that he is not here, as he would be very angry with me. But because he isn't here, I can go on talking about it. I have looked at all of it, the literature, the proof that it comes from metabolism and not from methylglyoxal. It all proves nothing - it's too weak. I can't and don't want to continue talking about it without Warburg being present. So, let's go back to what I mentioned before about cancer. This is a theory, but nonetheless a good theory, a very good theory. A theory doesn't need to be true. There is only one condition: Please say whatever you want, but smile a little at the same time. So, I mention the theory with a little smile. It is a good theory because it is the first theory about cancer which is a bit physiological. It really is physiological and quite, quite simple. And secondly, there are many ideas about how to stop cancer, to prevent it from growing and make it go away. We are working on this very intensively now. I have this knowledge about cancer, which is in the process of evolving. I have revealed it because I wanted to show that these very abstract issues about electron clouds which we talk so much about, and that seem so pointless in biochemistry, may not only be deeply significant, but may also help us in solving humanity's most dreadful problems, at the beside of the those are ill. Thank you.

Graf Bernadotte, Kollege... (inaudible), ich danke Ihnen. Damen und Herren, wie Sie alle wissen, steht das biologische Denken heute ganz unter dem Einfluss der molekularen Theorie. Und diese Theorie besagt, dass das lebende System gebaut ist aus abgeschlossenen Einheiten mit einer abgeschlossenen Elektronenschale, Moleküle. Und diese Moleküle, die werden da durch die Wärmeagitation herumgestoßen und manchmal treffen sie sich. Ich habe nie wirklich glauben können, dass diese wunderbare Feinheit und Adaptabilität und Zupassung der lebenden Natur dadurch allein zustande kommen könnte und ich habe mich hier in Lindau gefragt, ob wir nicht in derselben Lage sind wie ein Mann, der die Sitzung der Nobelpreisträger in Lindau von einer Höhe von 10.000 Metern beobachten würde. Und wenn man den Menschen, den Mann, fragen würde: Und manchmal auch zusammenstoßen, dann wieder auseinandergehen, und das sei alles“. Das habe ich nie wirklich glauben können und ich würde sagen, das Hauptergebnis meiner langen Forschertätigkeit von über 50 Jahren ist eine tiefe Bewunderung für diese herrliche Feinheit der lebenden Natur. Dass diese Moleküle wirklich nicht so isoliert sind und nicht so abgeschlossen, wie uns das die molekulare Theorie will glauben lassen, den ersten Hinweis hat Weiss in England gefunden, in 1942. Der fand, dass wenn er ein starkes Oxidationsmittel und ein starkes Reduktionsmittel zusammenbringt, die machen einen Komplex. Und dieser Komplex entwickelt dann einen Dipol-Moment. Dipol-Moment heißt, dass das Molekül ein positives und ein negatives Ende hat. Und er hat gleich richtig gesehen, dass das nur dadurch zustande kommen kann, dass ein Elektron von dem einen Molekül vom Reduktionsmittel auf das Oxidationsmittel übergeht. Denn wir wissen doch, dass Oxidationsmittel die Sachen sind, die sehr gerne Elektronen aufnehmen und Reduktionsmittel sind die Sachen, die sehr gerne Elektronen oder Wasserstoffatome wieder abgeben. Also, das stimmt sehr gut. Da hat er gleich die ganze Folge - darf ich das erste Lichtbild haben – gleich richtig eingesehen, nicht wahr, also das Elektron, das eine Molekül gibt ein Elektron ab, das ist ein Donor,nicht wahr. Dann, das andere nimmt es an, das ist dann ein Akzeptor und das wird dann kurz D oder A genannt. Also wie das Weiss dann richtig gesehen hat, im ersten Schritt machen sie einen Komplex, der durch gewöhnliche Kräfte da aufrechterhalten wird. Dann, in dem Komplex, geht ein Elektron über. Ein Elektron geht auf den Akzeptor über. Wie Sie wissen, in allen Molekülen sitzen die Elektronen immer paarweise. Da sind immer zwei zusammen. Die sind paarweise, also ein Elektron reißt sich da von seinem Paar los und geht auf den Akzeptor über, der dann negativ geladen wird. Das hat eigentlich gar kein - das sieht man nicht. Nur durch die Dipolmomentmessungen, die furchtbar schwierig und sehr umständlich sind, eine gute Dipolmessung, da sieht man noch gar nichts. Aber wenn die Umstände sehr günstig sind, absolut günstig, dann kann es geschehen - und die Energieverhältnisse auch -, dass sich die zwei Sachen losreißen und dann dann sind es zwei selbständige Teilchen, ein Akzeptor mit einer negativen Ladung und ein Donor mit einer positiven Ladung und das ist, was man jetzt ein freies Radikal heißt. Das ist dann ein freies Radikal. Und das gibt, das kann man schon nachweisen, das kann ein Zeichen geben oder ein Signal geben in der Elektronspin-, ich weiß nicht wie das heißt, Elektronspinresonanzmaschine, nicht wahr. Die Elektronspin, also die Maschine, das ist so eine Maschine mit 1.000 Knöpfen und die füllt ein ganzes Zimmer, und Sie wissen, dass eines der Gesetze ist, dass je kleiner ein Teilchen ist, desto größere Maschinen man braucht, nicht wahr, um die nachzuweisen. Also das Elektronspinresonanzspektroskop, das gibt ein Zeichen, wenn sich ein Elektron von seinem Paar losgerissen hat und da alleine sitzt. Also, wie kann man sich das dann richtig vorstellen -darf ich das nächste Lichtbild haben. Hier - Sie wissen, dass die Elektronen da in jedem Molekül oder Atom so eine Wolke bilden und die Wolke hat so eine gewisse Lokalisation, die man Orbital nennt, und diese Orbitals die haben verschiedene Energieniveaus. Und auf diesem Lichtbild sind die besetzten Orbitals, natürlich, es gibt besetzte und leere Orbitals. Sie sagen dasist gar nichts leeres, das ist da, das ist eine physische Wirklichkeit, aber da sitzt nichts dran, so wie ein leerer Stuhl. Also das sind die besetzten, mit der dicken Linie, das sind die dünnen, also wenn das ein Oxidationsmittel ist, wenn das ein Reduktionsmittel ist, das heißt, dass es ein Elektron auf einem sehr hohen Orbital ist, auf einem sehr hohen Niveau und es sehr leicht abgibt, und wenn der Akzeptor, also das Oxidationsmittel einen leeren Stuhl hat, also auf einem niedrigen Niveau, dann kann das Elektron da hinübergehen, das liefert dann die Energie und die zwei Ladungen, positive Ladung -das bleibt positiv, das negativ - die auseinander, wenn diese Energie da ausreicht. Das ist dann der Grundzustand, da ist keine Erregung dabei, nur der Aufträger ist erregt, der Vorträger ist nur erregt, das ist der Übergang in den Grundzustand oder man so sagt auch starke Elektronenübertragung. Nachher hat man dann eine andere Art von Elektronenübertragung entdeckt und vielfach untersucht, besonders Mölleken, wo das Elektron raufgeht - darfich das nächste Bild. Natürlich könnte das Elektron nie tun, auf ein höheres Niveau allein zu gehen. Da gibt es keine Energie dazu. Es kann aber geschehen, dass ein Elektron durch ein Photon, durch eine Lichtenergie erregt wird, damit kann diese Energie sie dann hinüberstoßen auf das höhere Niveau, das ist dann Elektronenübertragung im erregten Zustand, nicht wahr. Die wichtigste chemische Reaktion des Lebens ist so eine Reaktion. Das ist die Erregung des Chlorophyllmoleküls in den Pflanzen, das Elektron wird durch das Licht erregt und auf ein höheres Niveau gebracht, nicht wahr. Also, was gewöhnlich geschieht, natürlich fällt das Elektron gleich wieder zurück, die Wolke verteilt sich auf die zwei Moleküle und das Elektron fällt zurück, aber das Leben hat gelernt, das Elektron hier zu packen mit einem Metallatom, mit einem Eisenatom und dann hat es ein bisschen Energie und das ist die Energie, wovon Sie alle leben, wovon wir alle leben, von dieser Energie, die dieses Photon da hineingebracht hat. Also, um zusammenzufassen, bitte das nächste Lichtbild. Also, da gibt es zwei Elektronenübertragungen, wo das Elektron hinübergeht und wie das Elektron hinuntergeht, das ist im Grundzustand. Jetzt ist die Frage für den Biologen: Was kann man damit jetzt in der Biologie machen? Gar nichts. Weil, aus dem einfachen Grunde, es gibt kein Licht in unserem Körper. Also, wenn man von tierischer Physiologie spricht, es gibt kein Licht im Körper – nur im Auge vielleicht - also das taugt nichts. Und es gibt keine starken Oxidationsmittel im Körper, die könnten wir nicht vertragen. Die würden uns töten, starke Oxidationsmittel. Also, die gibt es nicht. Da könnte man nicht mit charge transfer – wie das in Englisch heißt, Elektronenübertragung –beginnen. Die Elektronenübertragung könnte eine große Bedeutung haben. Wirklich, wenn es da auch einen, auch in dem Mittelgebiet, wo die Elektronen, wo die Substanzen keine großen Oxidationsmittel sind und keine starken Reduktionsmittel sind. Wenn die auch eine Elektronenübertragung zeigen könnten. Denn unser ganzer Körper ist auf solchen Substanzen aufgebaut, die nicht starke Oxidationsmittel sind. Also mein Haupt-Fachfrage war jetzt: Ob da in diesem Mittelgebiet, wovon der ganze Körper aufgebaut ist, es da auch eine Elektronenübertragung geben könnte. Aber ja, die Frage, die Schwierigkeit kommt jetzt: Wie könnte man die nachweisen? In diesem Gebiet, ja, könnte man nicht warten, dass ein Elektron, dass die Elektronenwolke ganz übergeht auf ein anderes Molekül. Die würde sich nur verteilen, die Elektronenwolke. Das was wir betrachten in Elektronen wie eine Wolke. Die Wolke würde sich nur verteilen über die zwei Moleküle, demDonor und dem Akzeptor, und in diesem verteilten Zustand bekommt man noch kein Elektronspinresonanzspektrum, oder kein Zeichen in dieser Maschine. Also, wie könnte man da irgendwie weiterkommen? Ja, man kann weiterkommen, mit einem kleinen Trick. Es kommt immer auf kleine Tricks in der Wissenschaft an, denn wenn man ganz besondere günstige Zustände nötig hat, um ein ganzes Elektron zu überbringen, ja – dann soll man versuchen, ganz besonders günstige Zustände zu machen und dann sehen, ob ein Elektron da übergehen will, mit Substanzen, die wirklich in unserem Körper vorkommen. Also, da haben wir doch alle möglichen Substanzen, Eiweiße und Aminosäuren und alles genommen und da den Umstand besonders günstig gemacht, dadurch, dass wir einen starken Akzeptor hineinsetzten in einem besonders guten Lösungsmittel - es gibt besondere Eigenschaften, die man abwartet – und dann haben wir die Sache in die Elektronspinresonanzmaschine hineingesteckt und da bekommen wir ein wunderbares Signal. Wer von Ihnen mit der Elektrospinresonanzmaschine gearbeitet hat, weiß, wie wunderbar dieses Signal ist. Da gibt es Abstände, aus denen man alle Sachen berechnen kann. Das ist ein wunderbares Signal. Und wir haben gefunden, dass jedes Stickstoffatom und jedes Sauerstoffatom kann Elektronen abgeben. Also, das ist sehr überraschend eigentlich. Sie wissen wohl, dass die Elektronen immer da in den meisten Verbindungen immer gebunden sind. Aber Stickstoff- und Sauerstoff- und auch Schwefel- und so Atome haben Elektronen, zwei Elektronen, immer Elektronenpaare, die nicht gebunden werden, chemisch gebunden sind. Das heißt „lone pair of electrons“, die Franzosen sagen immer „cherchez la femme“, also auf Französisch heißt das „die unverheirateten Elektronen“, „électrons célibataires“. Also, von diesen unverheirateten Elektronen kann eines furchtbar leicht übergehen. Sowohl von Stickstoff, besonders, und auch von Sauerstoff. Und auch Schwefel. Das bringt einen zu einer ganz neuen Idee über das Leben. Und über die lebende Materie. Und das Verhältnis von Molekülen und was das alles, diese feinen Reaktionen bedeuten könnten. Da gibt es dann so eine Wolke, Elektronenwolke, die sich da verteilt über zwei Atome. Das ist eine wunderbare feine Verbindung, wo mit den Elektronen alles Mögliche passieren kann. Das sind ganz unerwartete Sachen. Und bis jetzt haben wir immer gedacht, dass Kohlenstoff da ist mit seinen vier Valenzen und großen Molekülen, das ist richtig. Aber Sauerstoff und Stickstoff sind nur da, um Säure und basische Valenzen zu schaffen und vielleicht Wasserstoffverbindungen und so, aber sonst haben sie nichts zu machen. Aber jetzt, das führt zu einer neuen Idee. Vielleicht war das ganz falsch. Und vielleicht ist das Wesen oder einer der wesentlichen Faktoren der Leben diese Elektronenwolken. Und jedes Wasserstoffatom und jedes Sauerstoffatom und Kohle- und Schwefelatom ist so ein wunderbarer Donor mit seinen unverheirateten Elektronen. Ja aber, so ein Donor hat nur einen Sinn, wenn es auch einen Akzeptor gibt. Wenn so ein Mädel herumläuft und niemand findet, der sie wieder aufnimmt, dann kommt sie nicht weiter. Ja, da müssen auch Akzeptoren sein. Also was sind Akzeptoren? Es gibt kein Atom, das ein Akzeptor sein kann. Es gibt aber eine Verbindung, das ist die C-O-Bindung, oder jede Doppelbindung, jede Doppelbindung ist ein guter Akzeptor. Nicht nur Sauerstoff ist kein Akzeptor. Kohle ist kein Akzeptor, aber die Elektronenwolken, da ist eine besetzte Elektronenwolke in einer doppelten Bindung immer - so eine Paarelektronenwolke – und eine leere, ein antibonding Paarelektron-Orbital, wenn ich das ganz wissenschaftlich aussprechen soll. Eine leere, und auch das ist ein guter Akzeptor. Aber das macht die Sache furchtbar aufregend. Aus dem folgenden Grunde: Die, wie Sie wissen, Thyrell hat ihn, oder sie wussten schon früher, dass alle Proteine aus einer großen Anzahl von Aminosäuren aufgebaut sind und zwei Aminosäuren verbinden sich mit einer Peptidbindung. Also es gibt da zahllose Peptidbindungen. Beinahe eins weniger nur, so viele Bindungen, wie es Aminosäuren in einem Molekül gibt. Also da ist so eine Peptidbindung und da sehen Sie die aufregende Sache, da ist ein Akzeptor, diese Doppelbindung, eine starke Akzeptorgruppe und hier ist eine starke Donorgruppe. Also in jeder Verbindung sitzt da ein Donor, also ist da die Möglichkeit gegeben, dass da wirklich eine große Anzahl von diesen charge transfer – diese Elektronenübertragungsbindungen da - zustande kommt. Das ist eine schwache chemische Bindung von ungefähr 1 Kalorie. Also das gibt eine ganz neue Möglichkeit, nicht wahr, denn das ist möglich, dass sich diese Wolken dann, da sagen wir eine Peptid-Kette –bitte das nächste. Das sind Peptidketten hier, da habe ich einfach Peptidketten aufgeschrieben. Und wenn dieser Sauerstoff eine Elektronenübertragung mit der nächsten Peptidkette macht, und diese mit dem nächsten, dann wird das ganze Eiweißmolekül oder zwei Moleküle, die sich hier berühren, nicht, zu einer Elektronenwolke verbunden. Und das macht ganz verschiedene Ideen, was ein Protein eigentlich bedeuten könnte. Denn das kann dann endlos durchgehen, ich meine, das ist natürlich nur Phantasie im Augenblick, aber eine schöne Phantasie. Also, das wären dann die Möglichkeiten und eine solche, jede Übertragung ist eine Bindung und da würde dann eine sehr große Anzahl Bindungen, schwacher Bindungen zustande kommen, zwischen Eiweißketten oder verschiedenen Molekülen. Also – ja, es ist richtig, aber wie kann man das beweisen? Man kann das nicht beweisen, leider geht das nicht. Weil eben diese Übertragungen, das ist die Wolke, sitzt nicht auf einem Atom sondern sie verteilt sich und dann gibt sie kein Elektronspinsignal. Also was wir tun können im Augenblick, dass wir einfach Proteine untersuchen und fragen: Also, wenn das Bild richtig ist, dann muss es da sehr viele schwache Verbindungen geben in den Peptidketten und zwischen den Molekülen, sehr große. Und ein System, wo die Teilchen mit schwachen Bindungen, vielen schwachen Bindungen zusammengehalten werden, hat ganz andere Eigenschaften als ein System mit wenigen starken Bindungen. Darf ich das nächste Lichtbild haben. Hier habe ich sehr schematisch die Geschichte schematisiert. Zwei Moleküloberflächen, die mit einer starken Bindung verbunden sind und hier sind zwei Moleküloberflächen, die mit vielen, sehr schwachen Verbindungen gebunden sind. Ja, also was sind die Unterschiede zwischen den beiden? Diese Sache wird sehr spröde sein. Und um die zwei Moleküle zu teilen, muss ich dieselbe Energie aufwenden, die nötig ist, um diese Bindung zu brechen, also sagen wir rund 15 Kalorien. Ja, wenn ich hier ein paar schwache Bindungen habe, sagen wir 15 schwache Bindungen, brauche ich wieder dieselbe Energie wie vorher, wenn ich in dieser Richtung ziehe. Aber nicht, wenn ich von der Seite ziehe. Wenn ich an der Seite beginne, wie hier, sagen wir hier, in der Seite, dann muss ich, wenn ich da beginne, muss ich nur eine Bindung brechen zur Zeit. Das ist nur eine Kalorie. Und dann kommt die nächste Bindung, die zweite Kalorie und dann die Dritte, also mit einer furchtbar schwachen Kraft von einer Kalorie kann ich das ganze Ding trennen. Und das hat ganz interessante Eigenschaften. Wenn ich da einen Bond breche, dann prädisponiert der nächste zum Brechen. Das ist zu schwach, um die Sache zu halten. Dann bricht der und so läuft die Sache ganz hinüber, ganz von selbst. Und auch zurück kann sie, wenn ich eine Bindung mache, die nächste entsteht leichter. Also, die ganze Sache kann so ganz entlang laufen. Es macht ein System, was man ein „Alles-oder-nichts-System“, „All-or-Nothing“, Alles-oder-nichts-System – entweder geschieht alles oder gar nichts. Sie kennen solche Systeme aus dem Leben, nicht wahr. Sehr bekannt, das Zip, Sie wissen was Zip ist, nicht wahr? An der Herrenhose Zip, so ein Zip. Zip ist so ein„All-or-Nothing“, Sie wissen, dass man Zip nur von einer Seite öffnen kann. Und dann geht es auf, nicht wahr. Oder von der anderen Seite schließen, dann geht es wieder zu. Und manchmal passiert es, dass es in der Mitte auseinandergeht und das wird verflucht, nicht wahr, dann geht die ganze Sache auf. Und macht einem furchtbare Unannehmlichkeiten. Es gibt verschiedene solcher All-or-Nothing-Geschichten, die dasselbe erreichen können. Und außerdem - ganz verrückte Eigenschaften kommen da raus. Wenn ich zwei Teilchen habe, die an der Oberfläche diese schwachen Kräfte haben, die es verbinden. Die können frei gegeneinander rotieren, ohne Energie aufzuwenden. Denn an der einen Seite breche ich die Verbindungen, an der anderen Seite schaffe ich die Verbindungen. Also es kostet mich gar nichts. Die können ohne Energie sich da herumbewegen. Sie verhalten sich also wie eine Flüssigkeit. Aber zur gleichen Zeit, immer werden sie an einem Punkt zusammengehalten. Also verhalten sie sich wie feste Stoffe. Also ist es ganz verrückt, sie sind feste Stoffe und zugleich sind sie Flüssigkeiten, in einer Beziehung und in einer anderen. Und das lebende Gewebe hat diese Eigenschaften. Wunderbar. Also das Gewebe, das am einfachsten zugänglich ist, die Haut, also hier ist meine Haut, und das ist die Sache: sie ist weder fest – sie ist in einer Beziehung sehr fest, das ist eigentlich die Aufgabe meiner Haut, meinen Körper zusammenzuhalten, und mich zu beschützen, eigentlich, gegen alle möglichen Sachen. Also ich finde, sehr fest, meine Haut würde jedem gute Stiefel machen. Aber zur gleichen Zeit ist sie flüssig, nicht, ich kann sie herausziehen. Und dann geht sie wieder zurück, nicht wahr, da fließt sie zurück sozusagen. Also das ist so, und dann noch etwas sehr wichtiges, wenn ich mich schneide, also diese Zellen waren also für 75 Jahre in Ruhe und sie sind sehr fest zusammengehalten da, nicht wahr, darum ist das sehr fest in einer Weise. Aber wenn ich mich schneide, sagen wir, dann verändert sich das ganze Bild. Die Zellen, die früher stark zusammengehalten waren, machen sich los und die kriechen mit einer flüssigen Bewegung einer Flüssigkeit in die Wunde und verteilen sich. Und zum verteilen muss eine Zelle auch flüssig sein, sonst könnte sie nicht diese Umordnung machen. Also auf einmal wird die Sache flüssig. Und diese ganze Wundgeschichte, da muss man aufpassen, ist sehr flüssig, nicht anrühren. Und dann, sobald die Sache gefüllt ist, dann füllt sich alles aus und dann bekommt man eine Narbe, die noch viel härter ist als früher. Also, da gibt es diese großen Veränderungen, diese All-or-Nothing, diese Alles-oder-nichts-Veränderungen, entweder in diesem oder in dem anderen Zustand. Also flüssiger aktiver Zustand oder der feste Ruhezustand. Ja, aber da müssen wir dann eine neue Forderung an das System stellen. Nämlich, wenn das so ist, nicht wahr, dass in dieser Regulation, dass da Spalten sind in dieser Wunde, werden dann plötzlich alle diese Verbindungen gespalten, es wird flüssig. Also diese Verbindungen müssen so sein, dass sie gespalten werden können, plötzlich. Ich kann nicht für jede Verbindung etwas Spezielles- durch eine Veränderung in einem Parameter, in einem Faktor muss alles auseinanderfliegen, nicht wahr. Also die Verbindung ist so. Und diese Elektronenübertragungsverbindungen sind dieser Art. Denn wenn ich das System starke Donoren also Elektronen einführe, die Elektronen werden mit den, sagen wir, da ist ein Donor und ein Akzeptor, die da verbunden sind, werden neue Akzeptoren, die ich da einführe, die werden mit diesen Donoren in Konkurrenz treten und die Sache spalten, das wird dann gespalten. Also mit der Veränderung der Elektronenspannung, sozusagen, kann ich die ganze Sache auseinanderfliegen lassen. Oder verändern, wenn ich dann einen Akzeptor hineinsetze, der alle diese freien Elektronen oder starken, stark aktiven Elektronen, so würden Chemiker sicherlich sagen, vom niedrigen Ionisationspotential, da binde, dann muss die ganze Sache aufhören zu arbeiten, kommt es in den Ruhezustand, nicht wahr. Also das entspricht sehr gut. Und dann habe ich mich danach umgesehen, ob die Natur dieses Prinzip wirklich verwendet. Dieses Akzeptor-Donor-Prinzip in seinen Manipulationen, und ich habe mich schon immer sehr auch für pflanzliche Oxidationssysteme interessiert, und das erste System über das ich gearbeitet habe, war das pflanzliche Phenoloxidase-System. Ja, eins muss ich noch hinzufügen. Wenn ein lebendes System diese ganzen Sachen mit einem Elektron-Akzeptor, den man da hineinsetzt, zur Ruhe bringen kann, mit einem Elektron-Akzeptor kann ich die Sache zur Ruhe bringen, nehme alle die aktiven Elektronen weg. Mit einem Akzeptor, da muss dieser zugesetzte Akzeptor viel stärker sein wie der Akzeptor dauert, sonst kann er nicht konkurrieren. Also wie kann man - und ich kenne nur einen Akzeptor, und das ist die CO-Verbindung, oder eigentlich Doppelbindung, weil ich ja auch, es gibt auch CC-Verbindungen und NN und so, wie kann ich die Aktivität dieser Bindung erhöhen? Ich kann die nicht erhöhen. Aber was kann man da machen? Man nimmt zwei. Das ist einfach. Dann wird es zweimal so stark, nicht wahr? Also man nimmt dann zwei und wenn das nicht genügt, dann nehme ich zwei solche COs und dann zähle ich noch eine zweite Doppelbindung, das ist doch so ein gemeinschaftliches konjugiertes Elektronensystem, dann wird es furchtbar stark. Also was ist der stärkste Akzeptor für Regulation? Darf ich das nächste Bild haben. Der stärkste Akzeptor wäre dann dieser da. Zwei CO nebeneinander und nicht nur das, sondern ein System, ein ganzes System von Doppelbindungen. Das heißt, ein aromatischer Ring einfach und das ist dann furchtbar stark. Das ist das stärkste, so ein starke Regulation, dass es alles tötet, nicht wahr. Töten ist auch eine Regulation, wo man auf CO irreversible Aktivität zurückbringt. Das machen wir jetzt in Vietnam. Das ist die stärkste Verbindung. Die nächste starke Verbindung wäre, wo man die zwei CO auseinandernimmt ein bisschen, und das kann man noch ein bisschen abstufen, noch bisschen Seitengruppen hineinzugehen, und dann, die nächste wäre die aliphatische Verbindung, wo man einfach, nicht zyklisch, einfach nur 2 CO-Verbindungen nebeneinandersetzt. Ich sagte eben, ich habe mich sehr an Pflanzensystemen interessiert und zuerst natürlich, was mir gleichsam ins Auge fällt, über Pflanzen, die die Farbe verändern, wenn man Ihnen etwas antut. Also wenn Sie Ihren Apfel fallen lassen, am nächsten Tag haben sie einen braunen Fleck dran. Nicht wahr, da hat sich die Farbe verändert. Und darf ich das nächste Bild. Vielleicht erkennen Sie, das ist eine Banane, und zwar eine österreichische Banane. Weil, sie ist schwarz-gelb. Dankeschön. Das ist eine österreichische schwarz-gelbe Banane, die schwarz geworden ist, weil ich sie ein bisschen sekkiert habe. Ich habe sie halb in Chloroform getaucht für einen Augenblick, und am nächsten Tag wird sie österreichisch. Was habe ich da getan? Da als Jüngling habe ich mich - das ist sehr auffällig, nicht wahr? Also als Jüngling habe ich mich damit beschäftigt und da habe ich gefunden, dass - zum Teil war es bekannt, aber nicht ganz - was da eigentlich los ist. Darf ich das nächste Lichtbild bitte, das ist wieder das gleiche. Da gibt’s in der Pflanze eine Substanz, irgendeine Substanz, die zwei Hydroxygruppen, nicht wahr, das ist ein Donor, eine harmlose Sache, die Aktivität befördert. Und daneben hat es ein Enzym, was zwei Elektronen davon, oder ein Elektron davon abholt, und dann wird das verändert in ein furchtbar starkes Oxidationsmittel. Jetzt möchte Sie bitten, zwei große Prinzipien zu beobachten. Das eine Prinzip ist, dass -was macht die Natur, wenn sie was - sie, sie verändert etwas, nicht wahr? Die Natur tötet immer mehrere Vögel mit demselben Stein. Sie nimmt ein System, das in der lebenden Pflanze da ist in einer harmlosen Form. Und dann, wenn etwas schiefgeht, wenn die Pflanze beleidigt wird, dann geht das System, dann geht das Enzym auf die Substanz los, nimmt die zwei Elektronen ab und macht daraus ein Oxidationsmittel, mein Elektronenakzeptor. Das zweite Prinzip ist, was sehr wichtig und interessant ist, dass die Natur sich dadurch verteidigt, dass sie, wenn sie einen Schaden erleidet, dass der Schaden nicht nur Schaden macht, sondern gleich ein System aktiviert, das den Schaden wieder gut macht oder uns dagegen verteidigt, nicht wahr. Sie kennen das alle vom Leben, wenn Sie ins Schwimmbad gehen, heute ist schöner Sonnenschein, dann beschädigt der Sonnenschein Ihre Haut ein bisschen, die wird rot, nicht wahr? Und da gibt es ein System, wo es wieder so ein Phenol gibt, und ein Enzym, und diese sind getrennt durch eine sehr feine Trennung, die sehr leicht vernichtet wird. Der Sonnenschein schädigt sie und das beschädigt die Trennung, die Sachen kommen zusammen. Das Ferment oxidiert. Das Phenol macht ein Pigment, das Pigment verteidigt Sie gegen die Sonne. Das ist ein grundlegendes Prinzip der Natur. Sehr, sehr geistreich. Das finden Sie überall, wenn Sie sich schneiden und sie bluten, der Schnitt aktiviert ein System, wieder so ein Enzymsystem, das dann Fibrin macht, dies stoppt dann das Blut und dann blutet es nicht mehr, nicht wahr? Also, immer finden Sie dieses System wieder. Ein wunderbares System. Unser Schöpfer, wenn es einen gibt, muss sehr viel Spaß damit gehabt haben. Denn wenn, sagen wir so eine Pflanze und ein Bakterium kommt, jetzt werde ich ein gutes bayerisches Frühstück haben, und dann beginnt sie da zu fressen und aktiviert zugleich das System, das sie tötet. Sie ist in eine Falle gefallen, ja. Die Natur hat eine Falle für das Bakterium vorbereitet, die zugleich beschützt, nicht wahr. Also das war die Geschichte der Pflanzen, die sogenannte Polyphenoloxydase. Und das Wesentliche ist natürlich in der Pflanze, die nicht beschädigt ist, sie muss das Enzym vom Substrat getrennt sehen und die Trennung muss sehr fein sein, sodass durch die kleinste, der kleinste Schädling wird hier zerstört, Enzym und Substrat kommen zusammen und dann geht die Sache los. Nachdem ich das so ein bisschen wusste, wie das geht, bei diesen Bananen und so, habe ich mich - die Hälfte der Pflanzen sind Pflanzen, die die Farbe verändern. Die andere Hälfte der Pflanzen macht keine, wie Zitronen oder Orangen. Die können sie niederschmeißen, die werden nicht schwarz. Also, was gibt es da? Ich hab da viele Jahre darüber gearbeitet und die Sache nicht lösen können. Meine Mühe und Zeit waren nicht ganz vergeudet, denn bei dieser Arbeit habe ich zufällig gefunden, dass diese Systeme ein starkes Reduktionsmittel enthalten. Natürlich, als braver Jüngling habe ich das isoliert, die Sache, und die kennen Sie heute als Ascorbinsäure, nicht wahr. Das ist die Ascorbinsäure, ein starkes Reduktionsmittel, das Phenole immer im reduzierten Zustand erhalten kann. Genau, in letzter Zeit habe ich mich wieder diesem System zugewendet und habe gefunden, dass diese Pflanzen so ein System haben. Es ist sehr ähnlich wie dieses. Aber wenn die zwei Sauerstoffe auseinander sind, dann macht es keine schwarze Sache oder schwarze Soße, sondern es bleibt farblos. Es kann keine Verbindung mit Proteinen geben, nicht wahr. Also die Sache ist einfach die, in der Pflanze, da sind die Sachen da und die Sache wird in reduziertem Zustand gehalten durch die Ascorbinsäure. Wenn Sie die Pflanze beschädigen, dann wird die Ascorbinsäure wegoxidiert. Die verschwindet, dann macht sie nichts mehr, dann autooxidieren diese Substanzen zum Dizinon zum Paradizinon und die tötet die Bakterien. Also die gleiche Geschichte. Das ist so ziemlich klar, jetzt. Aber das tierische System das könnte nicht mit diesen Sachen arbeiten. Die Pflanzen, die sind viel fester. Das tierische System ist sehr labil und furchtbar heikel. Das könnte nicht mit solchen konjugierten Doublebond-Systemen arbeiten. Es sind furchtbar, zu starke Akzeptoren. Die können nur mit aliphatischem Dicarbonyl, zwei CO. Das einfachste aliphatische Zeug wäre - darf ich das nächste Bild – das ist das einfachste Dicarbonyl mit einem Methyl da, das ist ein Glyoxalderivat. Wenn man da jetzt zwei COs aneinanderlegen will, dann fragt man sich, was für ein CO will ich fangen, es gibt zweierlei Arten. Es gibt das ketonische CO, das ist einfach CO,und dann C hier und C hier, das ist Keton, das ist sehr gut thermodynamisch. Aber chemisch ist es furchtbar faul, es will nichts machen. Das andere ist das, wo anstelle von C ein Wasserstoff ist, das ist dann ein Aldehyd. Aldehyd ist thermodynamisch nicht so gut, aber es ist sehr reaktiv. Also das Ideal wäre ein Aldo-Keton. Natürlich ein Keton-Aldehyd, wo ein CO so ist, das andere so. Und das einfachste Keton-Aldehyd ist die Sache, wo eine einfache, so eine Methylgruppe dranhängt, ja das wäre Methylglyoxal. Das macht die Sache furchtbar aufregend. Na, was ist das Aufregende in so einem blöden Molekül? Das Aufregende ist, dass alle lebenden Zellen, alle, soweit man sie kennt, enthalten ein furchtbar aktives enzymatisches System, das das Methylglyoxal in Milchsäure und nein - hier ist Methylglyoxal, und das hat zwei Enzyme und ein Glutathion, und das zusammen macht was, und am Ende kommt Milchsäure heraus und das aktive Keton-Aldehyd ist verschwunden und wird die zahme Milchsäure, die dann nichts mehr antut. Und alle lebenden Zellen - dankeschön, das war genug - alle lebenden Zellen enthalten ein furchtbar aktives Methylglyoxal. Und das ist so wunderbar, sehen Sie, in der ersten Hälfte des Jahrhunderts haben die größten Biochemiker sich damit beschäftigt, Neuberg und Dakin und Racker und Hopkins, die besten unserer Biochemiker und dann langsam ist das Interesse verschwunden, weil man kein Methylglyoxal gefunden hat. Aber da muss so etwas da sein wie Methylglyoxal, denn das Enzym, die Natur kennt keinen Luxus, die hält kein aktives Enzym nur für die Schönheit, da muss etwas - so ein Enzym ohne Substrat wäre Unsinn, das hat keine Bedeutung. Da muss ein Substrat, und das Substrat muss etwas furchtbar grundlegendes zu tun haben. Und das Substrat muss ein Keton-Aldehyd sein, also ein guter Akzeptor. Also hat das etwas mit einer Funktion zu tun, die mit Keton-Aldehyden, mit der Akzeptoreigenschaft des Keton-Aldehyds verbunden ist. Ja, natürlich, also nach all dem Studium was ich an Pflanzen gemacht habe,ist es natürlich, dass das Wachstum dadurch hintan gehalten wird, nicht wahr. Nämlich die Frage ist, die Sache ist die: Alles lebende Gewebe hat die große Neigung, sich zu vermehren. Je mehr das System aktiv ist, je mehr Leben, je mehr Aktivität, desto mehr Leben ist da, und das Leben will sich vermehren, nicht wahr? Das sehen Sie ja an der Population-Explosion, das Leben will sich vermehren, vermehren, vermehren. Und bei Bakterien und niedrigen Sachen, die vermehren sich nur so schnell, wie es was zum Fressen gibt. Aber im mehrzelligen Organismus darf das nicht sein. Da muss jeder sich stillhalten im Interesse des Ganzen. Wie wird dieses lebende Gewebe stillgehalten? Und da kommt man zur Idee: Vielleicht ist das so ein Keton-Aldehyd. Und das hat man nie finden können, weil man vielleicht davon sehr wenig braucht. Wir haben dann alle Keton-Aldehyde, die möglich sind, aufgebaut, chemisch, und finden, dass in der kleinsten, in einer tausendstel Molar-Konzentration wird jedes Wachstum dann gehalten und die machen gar nichts. Die sind gar nicht giftig in dieser Konzentration, die machen gar nichts. Nur nichts, also gar nichts kann sich vermehren. Also kommt man zur Theorie, dass vielleicht unser Gewebe da nur gehalten wird, eben durch Keton-Aldehyde, aber so eine kleine Menge Keton-Aldehyd, die nötig ist und die sein kann, kann nie oder sehr schwer zur Entdeckung finden. Besonders, weil das Ketone-Aldehyd sehr reaktiv ist und sich mit Schwefel sehr leicht verbindet und so, also das ist so, nur in den allerletzten Tagen hat man ein Keton-Aldehyd in den Geweben entdeckt. Jetzt will ich nur noch einen Schritt weitergehen und sagen: Ja, wenn das alles wahr ist, was ich sage und da im Leben, dass wirklich das Gewebe in Ruhe gehalten wird durch ein Keton-Aldehyd, und da ist ein furchtbar aktives Enzym,wodurch ein schrecklich labiles System getrennt wird von so einem Substrat. Was würde geschehen, wenn aus irgendeinem Grunde Unordnung in diese Zelle käme und diese Wand zwischen den beiden nicht richtig aufgebaut wird und das Enzym das Substrat immer aufessen würde? Dann würde sich diese Zelle in sinnloser Weise vermehren. Und wenn sich eine Zelle in sinnloser Weise vermehrt, dann nennen sie es Cancer, das ist Cancer. Und ich denke, jetzt im Augenblick, dass Cancer eigentlich das ist, dass das Enzym und Substrat nicht ganz genau auseinandergehalten werden können, das Enzym frisst das Substrat auf, alles in sinnloser Weise, die Zelle vermehrt sich. Natürlich, dann sagen Sie: Ja, wenn das wahr ist, dann muss die Krebszelle immer Milchsäure produzieren, weil immer das Methylglyoxal in Milchsäure geht. Und wenn die noch weitergehen, sagen wir, es darf nur die Krebszelle sein, die aerob Milchsäure produziert. Ja, das was Warburg entdeckt hat. Das hat Warburg entdeckt, dass es nur die Krebszelle ist, die Milchsäure produziert, aerob. Natürlich, er erklärt es anders, die Milchsäureproduktion, und ich bedaure, dass er nicht hier ist, denn er wäre mir furchtbar böse. So, weil er nicht da ist, kann ich nicht weiter darüber sprechen. Aber ich habe alles durchgesehen, Literatur, die Beweise, dass das wirklich vom Stoffwechsel, nicht vom Methylglyoxal kommt, die beweisen gar nichts, die sind zu schwach. Ich kann und will nicht weiter darüber sprechen, weil Warburg nicht da ist. Also, ich habe diese letzte Sache mit dem Cancer eben erwähnt. Also das sind jetzt Theorien, aber es ist eine gute Theorie, wirklich eine gute Theorie. Eine Theorie braucht gar nicht wahr sein, man hat nur die Bedingung: Bitte sprechen Sie was sie wollen, aber immer bisschen lächeln dazu. Also, ich sage die Theorie mit ein bisschen Lächeln. Aber es ist eine gute Theorie, weil es ist die erste Cancer-Theorie, die ein bisschen physiologisch ist. Die ist wirklich physiologisch und ganz furchtbar einfach. Und zweitens gibt es viele Ideen, wie man Cancer einfach halten könnte, dass er nicht weiter wächst und dann wieder weggeht. Darüber arbeiten wir jetzt sehr stark. Ich habe also diese Sachkunde über Krebs, sie ist noch im Werden, aber ich habe die eben enthüllt, weil ich zeigen wollte, dass diese ganz abstrakten Fragen von Elektronenwolken, wovon wir soviel sprechen, und das so sinnlos scheint in der Biochemie, dass sie nicht nur eine sehr tiefe Bedeutung haben können, sondern dass sie uns helfen können, die furchtbarsten Probleme der Menschheit zu lösen, am Krankenbett. Ich danke Ihnen.

Albert von Szent-Györgyi on His Recipe for Enhancing the Communication of Scientific Theories (in German)
(00:43:45 - 00:45:46)

1961 Chemistry Laureate Melvin Calvin, who showed how plants may convert carbon dioxide into biomass, must have done something similar in his 1974 Lindau talk (although, due to the lack of video recordings, we cannot actually confirm him smiling). Like Szent-Györgyi, Calvin pointed out that being wrong and knowing about it does not have to be a disadvantage:

Melvin Calvin (1974) - Carcinogenesis: Chemical, Physical and Biological

Thank you Professor Fuchs, Ladies and Gentlemen, the title of the discussion as it was given in the program is "Carcinogenesis: Chemical, Physical and Biological". The concern for this subject is one of very broad character. Yesterday you heard a call for the scientific community to be concerned with matters of public interest. Well, this one is such a one. In our country, well, first of all we are all surrounded by what seemed to be a variety of agents in our environment, which may, and in fact in some cases we know, do have serious consequences for human health. These include many of the natural environmental agents such as ultraviolet radiation from the sun or ionising radiation either from outer space or from the earth surface or created by man. And of course a wide variety of chemicals. Some created by the needs of mankind, some existing in nature in ordinary food stuffs. Now, as Professor Fuchs said a moment ago, it seems a far cry from the work which he described on photosynthesis to the subject upon which I chose to talk today. In a sense it is, in another sense it isn't. After all the kinds of questions which we sought answers to when we undertook to determine or to try and find out how a green plant uses sunshine to manufacture food and material, involved the use of all sorts, of all branches, of all disciplines of science. Organic chemistry, physical chemistry, physics, biochemistry and biology. And later, as I have found in the last few years, even such matters as human behaviour and economics. This subject is a similar one in that sense, in that it involves all kinds of human knowledge. And the specific way in which I came to be involved in this is something that perhaps at least some of you will appreciate. About 4 years ago there came into my laboratory in Berkley a young man, an Italian who had had a personal, he's an organic chemist, and he had had a personal experience with the disease, a cancer. As a result of that he applied for and received a postdoctoral fellowship from one of the private agencies that exist all over the world, particularly dedicated to the problems of cancer. He also was much interested in working in our Berkley laboratory because some of his friends had been there before him and had told him a little bit about the place. So when he arrived his fellowship specified that he had to work on cancer. But we had nothing going in the laboratory on this subject specifically. And so we had a conference, Ercole and I sat down, he came into my office, we discussed what could be done that would fulfil the requirement of his fellowship and my interests. And after some discussion we agreed that the photochemistry of some carcinogenic agents in the environment would do this. And that is how in detail, specific detail we became involved in the problem. That was the beginning of it. And you see that's the nature of our lives, moving from thing to thing, from adjustment to adjustment. And expanding, always expanding our interests by virtue of the flux of young people which goes through our laboratory. It is the thing which I hopefully believe is so, that keeps us alive in that particular group of workers. Well now, without following that line, without trying to give you the details of what Ercole did and how it expanded into what I'm going to discuss today, I'll point out what he did as we go along. Now, why is this subject relevant, as I said earlier there are carcinogens, various kinds of them, physical, chemical and biological surrounding us all the time. The chemicals which we add to our food, which we use as drugs and with which we are in contact every day. Either in our clothing or in our furniture or in our houses. Contained materials some of which might be and in fact are known to induce the appearance of tumours in man. The only way in which this kind of relationship is established is by an epidemiological study, we don't do experiments with men usually. And it's interesting to remind you that the earliest known such connection was discovered by a British physician almost 200 years ago in the case of the chimney sweeps who cleaned out the chimneys of British homes. You know, each year they collect a lot of soot from the coal that they were burning and these chimney sweeps would have to go through those chimneys and sweep them out. It turned out that there was a particular kind of cancer, cancer of the scrotum which was very prevalent amongst these people. And eventually that cancer was traced to a chemical contained in the soot which collected in the chimneys. And this is the one in fact or one of them with which I will spend most of my time. There are many other such materials now that we know about. That occur in our food or in our environments. The other end of the story, in other words not only do we have a wide variety of carcinogens, that is chemicals, radiation and biological materials. The most recent of which has, and you've heard about it here before, are the viruses. But the consequences of their action, the way in which the carcinogenesis is expressed varies a great deal depending upon that part of the body in which the cancer appears. It looks very different from one to another. So we have a wide variety of agents, very different in character. And we have what looks like a wide variety of consequences also very different in overt appearance. However it is my belief and it is going to be the thrust of everything I say this morning, that this wide variety of agents act through a single kind of mechanism. Not one mechanism but a single kind of mechanism. And that the wide variety of expressions of the consequences, of the biological consequences are all of the same general sort. Involving a change in the genetic content of cells. And the expression of that change of genetic content may be in a variety of forms, but have one thing in common. And it is this commonality between the inducing agents on the one hand and the consequences on the other that I would like to bring into one story if I can. Now, as an example, yesterday at lunch I was reminded of a story or a bit of advice which I frequently find myself induced to give to some students. And what I am going to do today and I'm going to say today is really the embodiment of that advice. Very often a student will arrive or work in the laboratory and spend his entire time gathering data without really trying to integrate it. Saying that well, he doesn't have all of the information and he's going to wait until he has collected it all before he begins to think about it. Now, this isn't really the way science grows. It is true that without data science can't exist or can't continue, can't develop. But it isn't really the way in which a new generation of thought is created. At least not in my experience. And I have to tell them a little story and I do it in this way. I say to them it is not, in order to be creative in science one must, occasionally, not always, in fact very seldom, get the right answer. But occasionally you must get the right answer about how nature is working when you have only half of the data in your hand. And half of what you have is wrong and you don't know which half is wrong. And then you get the right answer, you are doing something creative. And that's what I'm going to do today. I haven't got all the data, some of what I have is wrong but I don't know which parts of it are wrong, but I'm going to try and put it together. And eventually there will emerge from this construction certain kinds of questions which one can put to the, experimental questions which one can put to the test. And as we put them to the test we will modify our concepts to fit. So that the new concept changed by the new information grows eventually into a correct one. Well, now let us go on with the nature of chemical carcinogenesis as we understand it today. Of course it might change but today there is a basic unity, at least there appears to be a basic unity in the nature, in the chemical nature of the substances which are known to be carcinogenic. Produce cancer either in man or in experimental animals or more recently in even simpler systems such as cultures of living cells in a bottle, in a flask from various sorts of animals. And still simpler systems in which we test the chemicals on certain relatively purified enzyme systems which are molecules themselves. And so we have a range of test systems from the whole animal on the one hand, well mankind on the one hand, to animals, to tissue cultures, to molecules. And we do all of them. When we look at the collection of molecules which we know to be carcinogenic in one system or another, we see that there is some commonality in their construction. And the first slide is simply a catalogue of such chemicals. All of them have one thing in common. They all produce electrophilic bits. This carbonium ion, this carbonium ion when the carbon to oxygen bond is broken. The negative charge remains on the oxygen, the positive on the carbon and this carbonium ion then is an electrophilic agent seeking a high density of electrons. And this is true of all of these first four that I have put on the slide machine here. All of them are alkylating agents, electrophilic reagents giving a positive carbon atom. Even without any enzyme interference. And the kinds of electron dense, molecules with which they react are listed over here in this column. And for those molecules which are common in cells, the electrophile, I should say the nucleophiles are mostly in the nucleic acid basis either in DNA or in RNA or in proteins. There may be others as well, these are the principle ones that seem to be involved in the change in the genetic composition of the cell. There are a number of other molecules listed in the lower half which by themselves are not electrophiles, at least not from their first look. However after they are changed enzymatically this one by oxidation of this NH bond to an NOH bond which then can be esterified with acetate or sulphate and this now drops off as a negative ion leaving behind a positive nitrogen ion, which in turn can be and is a powerful electrophile. Just as these carbonium ions are. The same sort of system occurs, the same sort of change occurs on this carcinogen, which used to be used as a food colouring many, many years go, it's no longer so used. It was found to be a carcinogen of the liver. And the mechanism of its transformation from this yellow die into a carcinogen is probably very much the same as this one here. By an oxidation of the nitrogen to the NOH and then eventually getting into a nitronium ion so that it can attack the cellular nucleophiles. The same thing can be said of these nitrogen compounds. Now, down here there is a very simple symbol, PAH meaning polycyclic aromatic hydrocarbons. And these require enzyme activation and when they are so activated they also appear to be nucleophiles. And it is this group of compounds about which I will speak mostly in terms of the chemical consequences. That group of compounds, the particular example of which is shown in the next slide. All are produced always when any combustion of any organic material occurs. For example when you burn tobacco in a cigarette. Some micrograms of benzopyrene, the one on the left, is produced. When you burn gasoline in the internal combustion engine some milligrams of benzopyrene are produced and come out the back end of the exhaust pipe. When you burn coal in a power plant or in a heating system in a home, a good bit of this polycyclic aromatic hydrocarbon is part of the combustion products. And so that particular group of compounds finds its way into our environment in many different ways. Even when you burn wood or I should say agricultural refuse as a result of the harvesting or the pruning of trees. This also is one of the products that comes out in the smoke. And so it is a common environmental component. It is perhaps most effective when it is inhaled into the lungs as a result of smoking a cigarette because then it gets right to the sensitive tissues. And so the very few micrograms from each cigarette are deposited right in the proper place if you like. Well now, the basic notion about how this material which is a relatively inert, it seems to be a relatively inert chemical, these polycyclic aromatic hydrocarbons. How can they become, how can they be made to fit into the notion of electrophilic activity which we mentioned a moment ago. In the last decade a great deal of work has been done implicating an enzyme system which is present in all living cells to some extent, but is induced to a higher level in cells, in most cells, particularly in liver when they are exposed to such materials as this. Not only this one but other materials of the same kind will do the similar thing. These are called, for obvious reasons, the aerial hydrocarbon hydroxylases. A group of mixed function oxidases, that is enzymes which will use molecular oxygen to add one of the oxygen atoms to the aromatic hydrocarbon. And use two hydrogen atoms from a reduced coenzyme to take care of the other oxygen atom. This is what is meant by mixed function oxidase. They are present in most cells and tissues but they are raised to a higher level when such cells and tissues are exposed to these aromatic hydrocarbons. Well now, the next slide shows a way in which that happens. Aromatic hydrocarbon hydroxylase and molecular oxygen and I didn't put on here the reduced pyridine nucleotide which takes the other oxygen atom. And it was proposed that one of these oxygen atoms is used to hook on to the aromatic hydrocarbon in the number three and four position making this epoxide. Now, that's a very unstable compound which with a little bit of acid opens to give a carbonium ion at one of these positions, either that one or that one, which then will react to give a hydroxyl and the remaining carbonium ion will then react with the nucleophile giving the carbon to carbon bond which I mentioned at the beginning. Thus this is proposed as an obligatory intermediate to make this compound into an electrophile which can then be carcinogenic if this reaction occurs. A side reaction which destroys this is simple hydrolysis of this epoxide linkage to give a diol. There are many lines of evidence which indicate that this hydroxylase is indeed involved in making this compound into a carcinogen if one blocks this enzyme in some way. Either by a chemical agent which blocks it or by a mutation which prevents it from being made. This material then does not become carcinogenic in such cells. So the participation of the hydroxylase seems to be well established. However the isolation of such a product has never been achieved. And so we don't really know whether this is indeed the way in which the hydroxylase produces its effect. And it was at this point that the student whose story I told you earlier on, entered the picture. He undertook to examine the reactions of these aromatic hydrocarbons with components of nucleic acids. And the one he chose was N-Methylcytosine. The next slide shows what he found. Instead of finding the hydroxylated compound on the three or four position, he found that the reaction took place on the number six position, I should say on the four or five position. The reaction took place not here but on the number six position to give this product. Now this is a photochemical induced coupling. However the same reaction can be induced with the aryl hydrocarbon hydroxylase and oxygen. Exactly the same reaction in which one gets this kind of a coupling, rather than on the sixths position or on the one and the three. One, three or six and not on the four and five. And that was his contribution then to this business. Well now, we have thus examined the chemical behaviour of a number or carcinogens, this one in particular but as yet we have no clue as to what the biological consequences of such an event might be. Why, if this happens, even if it happens, why should that produce the biological consequences that we know it produces, namely cancer. Now, here I have to leave chemical carcinogenesis, I'll say one more word about it. But we're going to leave chemical carcinogenesis for a moment and examine what we know about biological carcinogenesis. And then after I describe to you what I think is the nature of biological carcinogenesis we will see if we can't put the two things together and make a single unitary concept of the whole thing. Before we leave this chemical reaction let us see if we can imagine what the molecular consequences at least of such a change would be. Now I'm going to, I don't have pictures of it and I don't have a model, it's much too big to carry from Berkley to Lindau. So I'm going to ask you to imagine this thing. Most of you have heard of the structure, of what the structure of the genetic material of living things is, the nucleic acids, either the DNA or the RNA, most all mammalian, well all animals have DNA as their principle storage material for the genetic information. And that this DNA is primarily first constructed as a sequence of basis of which that N-Methylcytosine is one or that cytosine is one instead of the methyl group. There's a ribose sugar there. And it is a long string of such basis of which there are four different kinds, the cytosine is only one of them and there are three others. But they all have similar kinds of electron dense materials in them. They wind up in the double helical structure which you've all heard about. In which the basis are stacked like playing cards one on top of the other, 3 1/2 angstroms, roughly 3 1/2 angstroms apart. Now, if this aromatic hydrocarbon were to slip in between some of these basis and form that kind of a covalent carbon to carbon bond as it is described here. This is a carbon atom and that's a carbon atom. If this were to happen in the double helix, the normal helical structure would be distorted. In fact one could not maintain it if that reaction occurs. And the normal helical structure would be distorted so that at least one of the linear molecules would be looped out, it could not fit in the double helix. It would have to be looped out as a sort of a loop outside of the double helix. At least that, perhaps more. That is a molecular consequence of such a reaction. And at the end of this conversation I will try to deduce or introduce that again and go from that to the biological consequences of such an event. But before I can do that we have to examine what we know or what we think we know about the way in which a virus can induce cancer. Can change the character of cells to make them into malignant cells. Now, most of the work we have done in Berkley, at least in my laboratory that is, has been not with whole animals although we've done some of that and I will show you in the very last slide some of that. But mostly it has been done either with enzymes, isolated enzymes and more recently with cells of animals growing in the test tube, in a tissue culture. And we've examined the behaviour of those cells under various influences, under viral influence, under chemical influence and under both. In order for you to get some idea of how this is done I want to show you a picture of a tissue culture of mouse cells which have been infected with a virus and wherever the virus particles have been introduced into the cells and have transformed them by whatever mechanism - and we'll come to that in a moment - those cells which are transformed show as little piles of cells. And the next slide shows that tissue culture in which a few of the cells had been transformed. On the left we have only a very weak magnification, only a tenfold magnification and the dividing line is right here. This background is a background of normal cells, cells which have not been infected with virus and which grow to confluence and then stop growing. That is when they touch each other, when all the cells are touching each other they signal each other. They send signals to each other in such a way that the growth of the cell stops. However those cells which had been infected and transformed by the virus, the sarcoma virus, no longer are subject to that control mechanism. And even though they come to confluence, to touching each other, they keep on growing. And pile up on top of each other. And these little piles are called foci. And there are visible in this picture, one large focus and another smaller one and still two more smaller ones. There are I think four foci here, one large one and three small ones in which the piles of cells are visible even to the naked eye, one hardly needs a microscope. This is the same picture blown up 40 times instead of ten times, this focus plus that one. You can see, there it is. And each one of these little bright spots is a rounded up cancer cell piling up on top of some more. And here you see the big focus which is that one. And then at the edge of the smaller one here. This kind of system is one which has been widely used in the last decade to explore chemical, viral and radiation carcinogenesis. Rather than using whole animals. One of the reasons for this is one can grow a million cells on a dish only three centimetres in diameter. If one had to grow, do similar statistics with a million animals, even mice, you can imagine what kind of a housing problem that would be. Well, this has facilitated the work enormously. And it is this kind of tissue culture work which is dominant in our laboratory at the moment, it's really the next stage, most of our early work, some of you may remember, was done with single cells of plants, algae. And we kept looking for single cell cultures, we've got them now. And we can grow them both on plates and in deep cultures and this is the way we go about it. Now, what is the nature of the process of the change? Or what do we believe the nature of the change is which has transformed a normal cell into a malignant cell which keeps growing, which is not regulated. The next slide is a diagrammatic representation of that process of transformation. If we can lower it just a little bit, the top number one here represents, this is a DNA containing virus, this is a monkey virus, Simian virus 40. Which contains DNA and is represented here by this oval with the three black dots containing the DNA of the virus. When the virus infect in the cell here, is represented by the larger circle where the X is, representing the DNA of the cell. The chromosome material of the cell. The virus when it infects the cell, the virus injects or allows the DNA of the virus to enter the cytoplasm of the cell. Now, normally, normally, it's hardly normal but an infected cell may reproduce the DNA of the virus in the cytoplasm and eventually that cell membrane will rupture and more virus particles will be liberated. That's the normal course of events of a viral infection. However on a statistical basis a few cases will occur in which the viral DNA may be inserted into the cellular DNA in some way. And we're going to come back to how that happens. If that happens and this is the beginning of that process. Here is the end of it, if that happens, then the cellular nucleus contains not only cellular DNA but may contain all or some part of the viral DNA. And when it divides and grows it now has new information in it, some of it obtained from the virus, here's a pair of them. If that information, if that DNA of the virus has instructions for the manufacture of certain kinds of proteins which will change the membrane of the cell, so that when it comes in contact with another one, the message to stop growing is somehow blocked, it doesn't happen then the cell will continue to grow and we will speak of the cell as having been transformed. This will make itself evident in other ways as well. New proteins will have been, will be made by this cell which are coded for by the viral DNA. And we will see it in the membrane proteins of the cell. In the new antigens which the cell contains. As well as in terms of the nature of the growth mechanism of the cell. Both of these things have been shown. And the fact that the cell contains viral DNA has also been demonstrated by hybridisation experiments in which you measure the way in which the cellular DNA after transformation interacts with virus DNA. And you find that there is a homology between them. There is a certain amount of the viral DNA which has indeed been incorporated into the nuclear DNA as well. Well now, this is how we conceive the mechanism of transformation by a DNA containing virus, it's a monkey virus. But the fact is that the first slide I showed you, not the first one but the one ahead of this in which I showed you the transformation of mouse cells, my sarcoma virus, is not that kind of virus at all. Mouse sarcoma virus, Moloney sarcoma virus is not the DNA containing virus. It's a virus whose genetic information is RNA, not DNA. And the question then is if this is the nature of the transformation process, how can an RNA containing virus, a virus whose genetic information is entirely RNA, how can that achieve this result. Well, this was known six or eight years ago or thereabouts and Temin, a Wisconsin biochemist suggested that in order for this to happen there must be in the virus, or induced by it, an enzyme which could copy the RNA sequence into DNA. Now you should realise that this was at the time almost heresy because the gospel said that you could only go from DNA to RNA and then to protein, that you couldn't go the other way. And here was a young man suggesting that you could go the other way, in fact that you had to go the other way. Well, it took about five years before that enzyme was actually demonstrated in the mouse sarcoma virus and other oncogenic, as cancer producing RNA viruses. And thus the idea of the integration of viral information, genetic information into the chromosomes of the cell as the act of transformation from normal to cancer cell could be maintained. If such an enzyme copied the RNA virus into DNA. And the next slide shows that schematically. The copying of RNA virus, the normal behaviour of the cell, here's the DNA of the cell is copied by DNA dependent RNA polymerase to RNA which then makes proteins and a new cell and this is as shown on both sides, both to protein new cell and to replicate the DNA of the normal cell. However if we infect the cell with a viral RNA of an oncogenic virus and if it carries with it this RNA dependent DNA polymerase, RNA instructed DNA polymerase, that's what RDP is supposed to stand for, RNA dependent DNA polymerase, we can copy this piece of RNA of the virus into a piece of DNA which now represents the information. The genetic information of the virus in DNA. And then if there's a lot of it present it stands a chance of being inserted into the ordinary synthetic sequence of the cell replicating its own DNA and we could get a piece of this, some part of it at least added into the nuclear DNA of the cell. And we have then a transformed cell. If we have cellular DNA plus viral DNA, we thus get a transformed cell. Now, if this is the case, then if we were to find a chemical which could inhibit that particular enzyme, that particular enzyme. We should not only be able to inhibit the replication of the virus which has to go through this step through DNA and then back again into RNA. That's the normal replication, there's a line missing from here to there to indicate viral replication. We should not only be able to inhibit the replication of the virus, but because we prevent this copy from being made, we also inhibit the transformation. Well about the time that virus and its enzyme was discovered, I should say the enzyme was discovered. It was also found that a class of drugs which had been used to inhibit RNA polymerase in bacteria and was a very useful drug in controlling a variety of bacterial diseases, particularly tuberculosis, that one of its derivatives did indeed have specific inhibitory capacities for that enzyme. Now the next slide shows the picture of that drug and some of the derivatives which we have made. And all it is therefore is for you to get an idea of what they are. I'm not going to use them in any detail or discuss their synthesis. This is the nucleus of rifampicin, a class of antibiotics. And on this position are hooked these various side chains. The R group represents this entire rifampicin nucleus and these are a few of the several hundred of rifampicin derivatives that have been synthesised in the search for anti TB drugs. The one which has turned out to be the most useful for tuberculosis, for inhibiting the RNA polymerase of bacteria is this one. But it turns out that this one will not inhibit the RDP, the RNA dependent DNA polymerase or reverse transcriptase as it is called. The one which does that is the one below it, this one. This one does indeed inhibit that RNA dependent DNA polymerase. And in addition to this some of these others have been made and of these I'm going to speak only of this one which is a very potent inhibitor, even more potent inhibitor of RNA dependent DNA polymerase than is that one. And these are the two drugs, this one called DMB which I will speak of later and this one, well I call it, with a chain open here with two 8's, I call it R82. So later on you will see that. Those two are the only two I will speak about again. Well now, the first thing we did was to use the drugs that we had available, and the one we had available was that one, and I call it DMB, to see if it would inhibit, prevent the cancer producing virus from transforming or making a cancer. And the next slide shows the result of that experiment. Here we have, we're counting now the number of foci, that is the number of cancers which the virus produces. Without any drug we will produce 140 foci for 100,000 cells. With three micrograms of the drug in the medium we have reduced the number of foci to 90. With six we have reduced it still more, with nine we have reduced it still more. Thus the basic idea that the chemical which inhibits that particular enzyme can prevent that virus from transforming the cells is confirmed. But something else is in this slide which caused us some concern. Well, not only concern but excitement. These two columns, XC plaques, are simply devices for counting the number of virus particles that are liberated from the cells. And here you can see that in both of these experiments the drug has not reduced the number of virus particles at all. If anything, it's increased them a little bit. And so there is something wrong with the theory. Now, we don't like to throw it all away so we only threw part of it away or really we added something to it. We suggested that this same drug, these two that I mentioned earlier, too, they would inhibit the reverse transcriptase which is required for copying the viral RNA into DNA. But also there are other enzymes involved later on in the integration of that piece of DNA into the cell. And we make the suggestion which is illustrated in the next slide, that not only does the drug inhibit this enzyme but it may inhibit one or more of these which are required to insert that piece of DNA into the cellular DNA. In fact we can use a small enough amount of drug so that this stuff will not be inhibited. And we will make more virus but one of these other enzymes. And I've listed three here, is more sensitive to the drug than is this one. And at low enough levels this will operate but one of these, one or more of these will not. And thus we can separate the integration phenomenon, that is the transformation from the virus replication step. And that is what I think has happened. Now, if that's the case, then we have to find out which of these enzymes is involved in the integration, they seem all to be. And there may be others which I haven't listed here, which I don't know about, so I have to look, I have to find them. And then this has another consequence which we can test. This says, this idea suggests that if we were to activate these enzymes, if we could find a way of activating this group of enzymes here especially highly in the presence of a large amount of this stuff, we should enhance greatly the rate at which this stuff is integrated into the cellular chromosome and at which transformation occurs. Now, this is a synergism experiment. This is an experiment in which we use something to activate that excision repair system on the left here. And at the same time we will have present a large amount of viral misinformation if you like. And if that situation is true we should enhance the rate at which that misinformation is integrated into the cellular chromosome. Now, that can be done and this is now where we come to the marriage between chemical carcinogenesis and biological carcinogenesis. It turns out that one of the things that the chemicals do, as I mentioned at the beginning is to deform the cellular DNA. Loop it out, react with it and change its normal shape into an abnormal shape. Now, apparently when that happens, enzymes for cutting out the mistake that loop out are induced and the whole, these enzymes are called the excision repair system, cutting out and repairing. So if we put the chemical in which does the reaction which I described earlier and if we have at that time present a large amount of viral DNA, which is carcinogenic, the probability of inserting it is greater, should be greater, should be greater, it's a test. And I found in the literature a number of such tests. We are doing them ourselves with the hydrocarbon. And I found in the literature a number of such tests with other chemical carcinogens. And I'm going to show you one of them because it does show exactly that effect. This is some work of Stitch, a Canadian biochemist who reported it a couple of years ago. And the next slide shows his result. In which he uses a chemical carcinogen and a viral carcinogen together. The viral carcinogen in this case is an adenoma virus, adenoma virus 7. It's a DNA virus. And if he puts the adenoma virus on at the same time he puts on the chemical treatment, in this case the chemical is 4-nitroquinoline and oxide which is a very potent liver carcinogen. And this is a Syrian hamster cell tissue culture. If he puts the SA 7 on, that is the adenoma virus on alone he gets 17 foci. This is the control experiment. The virus alone introduces 17 foci per two million cells, you see here it is per two million cells, If however he puts on the chemical and then within an hour and a half he puts on the virus, you see that instead of 17 transformations he got over 400 transformations. I should tell you that the chemical alone in this particular hamster cell system produces no transformations. The chemical alone will not do it. But here the virus alone does 17, the chemical alone zero, the chemical with the virus 400 or more. A very potent synergism. A confirmation at least of the concept I gave you on the previous picture. That the chemical triggers the introduction of the misinformation which must be there at the time the triggering occurs. There is another statement here, the whole excision repair system which is induced by the nitroquinoline and oxide is over in about eight to ten hours. So 24 hours later it doesn't work. The whole excision repair system has stopped and then adding the adenoma virus doesn't do any, there is no synergism at all. In fact it seems to be suppressed a little bit. This is the sort of confirmation that the chemicals are triggering the introduction of already present strips of misinformation. And those strips could be derived from a variety of sources. In this case that piece of information is derived from the adenoma virus. But it could come from other sources. It could be in extra nuclear DNA which might be in the cell. It could be in inactive DNA in the cell which is then moved around into another part of the chromosome by this whole system. All of these are different possible processes by which an inactive piece of DNA is made to express itself in the cell. And the chemical doesn't create the information, it integrates it. It triggers the integration and this may be the unitary process of the chemical, of the ultraviolet radiation and of the viral or other plasmid information. The way in which they work together. The chemical alone could not on this theory produce the transformation without the presence of some other source of misinformation. And that the integration phenomenon with all the enzymes involved that are involved, play a role. Well now, if that's the case we want to see if those other enzymes, those ligases particularly, the ones that hook together the loose ends of the DNA, play a role in the continuing reproduction of transformed cells. And it turns out that much to our surprise they seem to do so, although the interpretation of this result that I'm going to give you now is very, very questionable. We began to explore other, the second drug that I mentioned, the one that has two C8 groups attached to the hydrazine. It seemed to be a very special drug, had all sorts of properties for penetrating cell membranes that we liked. And we went on, it had very good enzyme inhibiting properties. And so that was the drug of choice. And in order to use it we had to test its toxicity on cells, before you can use it for any experiment. You have to see is the drug itself toxic to the cells. And the next experiment is the result that we found when we studied the toxicity of the R82. Can you focus that a little better, it looks blurred to me, that's much better, thank you. I'm now speaking of another drug of that same class. Instead of that 16 membered ring, which I showed you on the whole catalogue of drugs, I have opened the ring, it's very much the same but it has, instead of having a big 16 membered ring, it has a tail of two 8's. And that's why it's called, has this name. And now on normal cells, we are counting cells and we're determining what happens to normal cells when we add this drug to the medium in which they are growing. And look at this picture on the left, this is the number of days in which the cells are growing. We inoculate roughly 100,000 cells and then we wait and we count them. And the zero here means no drug at all and you see that in three days there is over one million cells and in four days there are about two million cells. The same thing happens when we put three gammas of this drug in it, this R82. So the three gammas of the drug, three micrograms, three millions of a gram of the drug don't do anything, doesn't do anything to the cells. Even five micrograms of the drug per millilitre doesn't do anything to the cells. We have to go up to ten before we begin to see any effect on the normal cells. And by the time we get to 15 or 20 we are really killing off the cells. So the drug is toxic at high enough levels but at low levels it isn't. Now when we look at T-cells, these are transformed cells, cells which have been transformed by the sarcoma virus. These are cells which are in effect cancer cells. And here again is no drug, counting the transformed cells, which grow even a little better when there is no drug than the normal cells, they grow a little faster as they should. But even as little as three micrograms of the drug suppress the growth of the transformed cells. Five micrograms suppress the growth of the transformed cells and ten of course stop it entirely. And if you now take a section here at the second day and count the number of normal and transformed cells at the second day, 48 hours, as a function of how much drug is present. You see that the normal cells resist three, five and even ten micrograms, one has to go to 15 before one suppresses the growth of the normal cells. But the transformed cells are suppressed even at the lowest level. Now, that was a surprise to us because the transformed cells, the cancer cells are in general much more vigorous than the normal cells. And here is a case in which the thing seems to be reversed. Now let me show you just quickly the last three slides in which you see what happens to the cells themselves. That was just a count and the next slide shows some pictures of the cells themselves and you can see what happens to them. This one is the normal cell without drug. This is the normal cells with drug. Here are the transformed cells. You see the difference between transformed cells and normal cells. Normal cells are elongated with their nuclei in them and growing in stringy close packed. The transformed cells are rounded up and pile up one on top of the other. The transformed cells however in the presence of the drug have disappeared. You see there are very few left. Normal cells grow normally even in the presence of five milligrams of drug. I guess this is five or six milligrams of drug. And here the transformed cells have sort of disappeared. At least they haven't grown. Looks as though they've died. Now we've done another experiment of the same sort. We've taken a tissue culture and the next slide shows it. We've taken a tissue culture and we have infected it with Rous sarcoma virus. And this is normal cells in the periphery and this is one of the foci that you saw on the very first slide of tissue culture. And the two white arrows are intended to mark the boundaries of the focus. Here is another one just like it, two of them. This one we have simply put fresh medium on and let it grow for 82 hours. And it grows enormously. It grows into a great big focus. In fact it grows into a very large, such a large one that the centre no longer gets nutrient and is necrotic, the cells are dying in the centre but they keep growing around the outside. This is a sort of a model of a solid tumour if you like. Here is an identical one here but after the focus has been formed, we have added the drug to it. And 82 hours later you see the focus has not grown at all. If anything it seems to be fading away. So as a model of the treatment of a tumour after it appears, by this drug, this tissue culture seems to be a positive experiment. And finally looking at the cells themselves we have taken a mixture of the cells. Half of them normal and half transformed. Next slide, half normal and half transformed in the top of the slide. And you see the transformed cells are the rounded up ones and the normal ones are the long ones. You see the transformed ones and the normal ones. This is the beginning of the experiment. We add the drug and let it go for two days and it looks as though there are very few transform cells left, one, two, three, a few of them. Most of the cells are normal. We don't know whether that normality, normal appearance of the tissue culture is due to the overgrowth of the normal cells over the transformed or whether it is due to the toxicity of the drug on the transformed cells simply eliminating them. And that's a very fundamental difference. In other words does the drug reverse the transformation or does it simply kill the transformed cells. It looks as though it simply kills them but we don't know for a fact that that is the case. And that's about where the experiments are. Now as a final picture let me tell you that we have gone a little further than tissue cultures. This is chicken cells in tissue culture and you have to keep that in mind, it's a long way from a human being, very long way. But we have gone one step further, we have used not this drug but the first one, DMB drug on rats which have been induced to have mammary tumours by a chemical, a condensed ring system hydrocarbon. I'm now returning to where this talk began. If this is all, if all the ideas hang together. These chemicals should not only prevent the transformation but conceivably could have a therapeutic effect even after the transformation has become visible. That wasn't the case, that idea wasn't extent when this last experiment was done. We used a strain of animals which has in it the necessarily genetic information so that when the animal is given one injection of a condensed ring hydrocarbon, dimethyl benzanthracene or trimethyl benzanthracene, let's say dimethyl benzanthracene. It's a condensed ring hydrocarbon which is in all these combustion smokes. All the animals developed mammary tumours. They have the genetic composition to do it. And the next slide, this is the last slide, shows, look at the upper part only. Here is the control experiment, N equal 17, that is 17 animals got an injection of dimethyl benzanthracene and they were all dead at eight weeks, zero survived. Percent unaffected zero, none unaffected, all dead in fact. It's a very potent titration. You know it's a hard titration to do because it takes such a long time. And of course it's a hard titration to do with very much statistical validity because it takes a lot of animals. I mean 17 animals is not a very great number. Of course if we had a million it would be better, but we don't. I mean we don't have a barn for a million rats. So we have to do it in this way. Well now if we give, we have here 12 animals which got dimethyl benzanthracene. You see they all die after eight weeks. These 12 got ten milligrams of the drug every seven days. And the course of the disease was at least altered, it was slowed down. Eventually they all died. If however we give ten milligrams every four days, in other words more drug, the course of the disease is altered still further and some of them even survive. The significance of a whole animal experiment of this kind is very difficult to be sure of. You know it's bad enough, may I have the lights please, it's all done now the slides, it's bad enough to try and interpret an experiment with tissue cultures, with whole cells. We want to keep pushing it back to the enzyme and to the substrate as far as we can get. So I've shown you experiments at all three levels, enzyme inhibition, cell inhibition and animal inhibition. The least certain of these is the whole animal work. Next in confidence is the tissue culture or cell work. And finally the one that is most, we have most confidence in is the enzyme inhibition. But for that one we have only the one enzyme, the reverse transcriptase. The only one we know. We know that there are three or four others involved in the transformation and we are just now in the process of trying to find out which ones they are, fish them out and do the experiments on the isolated enzymes. And we'll know then what is going on. We will have to find out also in detail what the chemical change is which induces the formation of those enzymes. We only have an indication of that. And that's where we are today. Perhaps if some of you students up there three years from now won't be here I'm afraid, I don't know where you'll be, you'll be someplace else. But if things go one tenth as well as, if one tenth of the guesses I have made today are correct there will be something to tell you about another time. Thank you very much. Applause.

Vielen Dank, Professor Fuchs. Meine Damen und Herren, der Titel der Diskussion, wie er im Programm angekündigt wurde, lautete "Karzinogenese: chemische, physikalische und biologische Aspekte". Dieses Thema findet ein sehr breit gefächertes Interesse. Gestern hörten Sie den Appell, dass sich die Gemeinschaft der Wissenschaftler mit Angelegenheiten von öffentlichem Interesse beschäftigen sollte. Nun, hierbei handelt es sich um eine solche Sache. In unserem Land..... Nun, wir alle sind zunächst einmal in unserer Umwelt von einer Vielzahl von Stoffen umgeben, von denen einige möglicherweise - bzw. in manchen Fällen definitiv - ernsthafte Konsequenzen für die menschliche Gesundheit haben, wie zum Beispiel die ultraviolette Strahlung der Sonne oder die ionisierende Strahlung, die aus dem Weltraum stammt, von der Erdoberfläche oder vom Menschen selbst produziert wurde. Und selbstverständlich von einer großen Vielzahl von chemischen Verbindungen, wobei einige von ihnen von den Bedürfnissen des Menschen geschaffen wurden, andere hingegen in der Natur in alltäglichen Lebensmitteln vorhanden sind. Nun, wie Professor Fuchs soeben gesagt hat: Es besteht ein großer Unterschied zwischen den Arbeiten zur Photosynthese, die er beschrieben hat, und dem Thema, das ich für meinen heutigen Vortrag ausgewählt habe. In gewisser Hinsicht trifft das zu, in anderer jedoch auch nicht. Schließlich spielten bei den Fragen, die wir zu beantworten versuchten, als wir zu erklären versuchten, wie grüne Pflanzen das Sonnenlicht verwenden, um Nahrungs- und andere Stoffe zu synthetisieren, höchst unterschiedliche Fächer aus allen Zweigen der Wissenschaft eine Rolle. Organische Chemie, physikalische Chemie, Physik, Biochemie und Biologie. Und später, wie ich in den letzten Jahren erfahren habe, sogar solche Dinge wie menschliches Verhalten und die Wirtschaft. Dieses Thema ist insofern ähnlich, als es alle möglichen Wissensgebiete umfasst. Der spezielle Weg, auf dem ich es damit zu tun bekam, wird zumindest für einige von Ihnen von Interesse sein. Vor etwa vier Jahren kam ein junger Mann, ein Italiener, in mein Büro in Berkeley, ein organischer Chemiker, der von dieser Krankheit, von Krebs, persönlich betroffen war. Aus diesem Grund hatte er sich bei einer der privaten Organisationen, die sich besonders den Problemen widmen, die mit Krebs in Zusammenhang stehen, und die es überall auf der Welt gibt, erfolgreich um ein Postdoc-Stipendium beworben. Außerdem wollte er unbedingt in unserem Labor in Berkeley arbeiten, weil einige seiner Freunde vor ihm dort gewesen waren und ihm einiges darüber erzählt hatten. Als er ankam, legte sein Stipendium fest, dass er über Krebs forschen sollte. Doch in unserem Labor gab es kein Projekt, das mit diesem speziellen Thema zu tun gehabt hätte. Also hielten wir eine Konferenz ab. Ercole kam in mein Büro und wir besprachen, was wir tun könnten, um die Auflagen seines Stipendiums zu genügen und dabei meine Interessen zu berücksichtigen. Nachdem wir eine Weile diskutiert hatten, waren wir uns einig, dass die Erforschung der Photochemie einiger karzinogener Stoffe der Umwelt ein geeignetes Thema sei. Auf diese besondere Weise bekam ich es mit diesem Problem zu tun. Das war der Anfang. Und Sie sehen, dass dies das Wesen unseres Lebens ist: Wir bewegen uns von einer Sache zur nächsten, von einer zu einer anderen Ausrichtung. Und wir erweitern unsere Interessen, erweitern sie ständig, und zwar mit dem Strom junger Leute, der durch unser Labor fließt. Es ist dasjenige - ich hoffe, dass dies zutrifft -, was uns in dieser besonderen Arbeitsgruppe am Leben erhält. Nun, statt diese Sache jetzt weiterzuverfolgen und ohne zu versuchen Ihnen in allen Einzelheiten zu erklären, was Ercole unternahm und wie dies sich zu dem erweiterte, was ich heute erörtern werde, werde ich im Laufe meines Vortrags auf seine Arbeiten hinweisen. Warum also ist dieses Thema relevant? Wie ich bereits sagte, gibt es krebserregende Faktoren, verschiedene Arten von ihnen, physikalische, chemische und biologische, die uns ständig umgeben: die chemischen Stoffe, die wir unseren Nahrungsmitteln hinzufügen, die wir als Medikamente verwenden und mit denen wir täglich in Berührung kommen, entweder in unserer Kleidung oder in unseren Möbeln oder in unseren Häusern. Sie enthalten Stoffe, von denen einige karzinogen sein könnten bzw. von den wir wissen, dass sie beim Menschen zur Entstehung von Tumoren führen können. Die einzige Methode, mit der sich diese Art von Zusammenhang feststellen lässt, ist eine epidemiologische Untersuchung. Normalerweise werden mit Menschen keine Versuche angestellt. Und es ist interessant sich daran zu erinnern, dass einer der ersten derartigen Zusammenhänge vor fast 200 Jahren von einem englischen Arzt entdeckt wurde, und zwar bei Schornsteinfegern, die die Schornsteine von Wohnhäusern in England säuberten. Sie wissen, dass sie jährlich große Mengen Ruß sammelten, von der Kohle, die man zum Heizen verwendete, und dass sie durch diese Schornsteine krochen und sie ausfegten. Es zeigte sich, dass es eine bestimmte Krebsform gab, einen Krebs des Skrotums, der bei diesen Leuten besonders häufig auftrat. Und schließlich konnte man diesen Krebs mit einem chemischen Stoff in Verbindung bringen, der in dem aus den Schornsteinen zusammengetragenen Ruß enthalten war. Dies ist derjenige Stoff, oder einer von ihnen, mit dem ich mich heute am längsten beschäftigen werde. Es gibt zahlreiche andere solche Stoffe, die uns heute bekannt sind, die in unserer Nahrung und in unserer Umwelt vorkommen. Das andere Ende der Geschichte: Es gibt nicht nur eine große Vielzahl von Karzinogenen, d.h. chemische Stoffe, Strahlung und biologische Materialien. Das zuletzt entdeckte - Sie haben davon an dieser Stelle bereits gehört - sind die Viren. Sondern die Folgen ihrer Wirksamkeit, die Art und Weise, wie es zur Entstehung von Krebs kommt, hängt sehr stark vom Teil des Körpers ab, an dem der Krebs auftritt. Das sieht von Fall zu Fall sehr verschieden aus. Wir haben es also mit einer großen Vielfalt von Faktoren zu tun, und zwar von sehr unterschiedlicher Art. Und wir haben es mit einer großen Vielfalt von Folgen zu tun, deren Erscheinungsbild ebenfalls sehr unterschiedlich ausfällt. Ich bin jedoch davon überzeugt, und es ist das Hauptziel von allem, was ich heute morgen sagen werde, dass diese breite Palette von Faktoren durch eine einzige Art von Mechanismus wirksam ist; nicht durch einen einzigen Mechanismus, sondern durch eine einzige Art von Mechanismus; und dass die große Vielfalt der Ausdrucksformen der Folgen, der biologischen Folgen, alle von der gleichen, allgemeinen Art sind. Sie führen zu einer Änderung im genetischen Inhalt der Zelle. Die Manifestation dieser Änderung des genetischen Inhalts kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, wird aber etwas gemeinsam haben. Es ist diese Gemeinsamkeit zwischen dem auslösenden Faktor auf der einen Seite und den Konsequenzen auf der anderen, die ich nach Möglichkeit in meine Darstellung einbringen möchte. Ein Beispiel: Beim Mittagessen wurde ich an eine Geschichte erinnert, oder an einen Ratschlag, den ich häufig Grund habe, an manche Studenten weiterzugeben. Und bei dem, was ich heute tun und was ich sagen werde, handelt es sich tatsächlich um die Verwirklichung dieses Ratschlags. Sehr häufig kommt ein Student ins Labor und arbeitet dort und verbringt seine ganze Zeit damit, Daten zu sammeln, ohne zu versuchen sie zu systematisieren. Er sagt dann, er habe noch nicht alle Informationen gesammelt und er werde warten, bis er sie zusammengetragen hat, bevor er damit beginnt, darüber nachzudenken. Nun, dies ist nicht der Weg, auf dem die Wissenschaft vorankommt. Es ist zwar wahr, dass die Wissenschaft ohne Daten nicht existieren oder fortgesetzt wird, sich nicht entwickeln kann. Doch dies ist nicht die Vorgehensweise, durch die ein neues theoretisches Kapitel aufgeschlagen wird; zumindest nicht nach meiner Erfahrung. Und ich muss Ihnen eine kleine Geschichte erzählen, und ich tue es auf folgende Weise. Ich sage ihnen, dass dies nicht der richtige Weg ist. Um in der Wissenschaft kreativ zu sein, muss man gelegentlich, nicht immer - tatsächlich nur sehr selten - die richtige Antwort finden. Hin und wieder muss man allerdings die richtige Antwort auf die Frage finden, wie die Natur funktioniert, wenn man nur die Hälfte der Daten in Händen hält, und wenn die Hälfte davon falsch ist und man nicht weiß, welche Hälfte die falsche ist. Und dann findet man die richtige Antwort, gelingt einem etwas Kreatives. Und das ist es, was ich heute tun werde. Ich verfüge nicht über alle Daten, einige von ihnen sind falsch, aber ich weiß nicht, welche das sind. Doch werde ich versuchen, sie zu systematisieren. Und schließlich werden sich aus dieser Konstruktion bestimmte Arten von Fragen ergeben, experimentelle Fragen, die man einem Test unterziehen kann. Und wenn wir sie durch Experimente zu beantworten versuchen, modifizieren wir unsere Begriffe, um sie daran anzupassen, sodass der neue, durch die neuen Informationen geänderte Begriff schließlich zu einem wahren Begriff heranwächst. Fahren wir nun fort mit dem Wesen der chemischen Karzinogenese, wie wir sie heute verstehen. Diese Theorie kann sich natürlich ändern, aber heute gehen wir davon aus, dass es eine grundlegende Einheit in der Natur, in der Natur der Substanzen gibt, von denen wir wissen, dass sie karzinogen sind, dass sie beim Menschen oder bei Tieren im Labor oder in letzter Zeit bei noch einfacheren Systemen, wie etwa Kulturen lebender Zellen von verschiedenen Tierarten in einer Flasche, einem Glaskolben, zu Krebs führen. Sogar in noch einfacheren Systemen, in denen wir die chemischen Stoffe mit bestimmten, relativ rein vorliegenden Enzymen testen, bei denen es sich um Moleküle handelt. Und somit haben wir einen ganzen Bereich von Testsystemen, vom ganzen Tier auf der einen Seite, bzw. vom Menschen auf der einen Seite, bis zu Gewebekulturen, Molekülen auf der anderen, und wir verwenden sie alle. Und dies gilt für alle dieser vier ersten Systeme, die ich hier auf dem Dia-Projektor zeige. Sie alle sind alkylierende Wirkstoffe, elektrophile Reagenzien, die ein positives Kohlenstoffatom abgeben. Sogar ohne jedes Zutun eines Enzyms. Und die Art der Elektronendichte, die Moleküle, mit denen sie reagieren, sind hier in dieser Spalte aufgelistet. Diejenigen Moleküle, die in Zellen häufig vorkommen, die elektrophilen, ich sollte sagen: die nukleophilen, befinden sich größtenteils in der Nukleinsäurebasis entweder der DNA oder in der RNA oder in Proteinen. Es mag noch andere geben. Dies sind die wichtigsten, die an der Änderung in der genetischen Zusammensetzung der Zelle scheinbar beteiligt sind. In der unteren Hälfte sind eine Reihe von Molekülen aufgelistet, die an sich nicht elektrophil sind, zumindest nicht auf den ersten Blick. Sie sind es jedoch, nachdem sie durch Enzymreaktionen geändert wurden, dieses durch Oxydation seiner NH-Bindung zu einer NOH-Bindung, die dann mit Azetat oder Sulphat verestert werden kann, und nachdem dies dann als negatives Ion abfällt, das ein positives Stickstoffion zurücklässt, das wiederum sehr elektrophil sein kann und es in diesem Fall auch ist. Ebenso, wie es diese Ionen des Kohlenstoffs sind. Dasselbe geschieht, dieselbe Art von Änderung geschieht bei diesem Karzinogen, das früher als Lebensmittelfarbstoff verwendet wurde, vor vielen, vielen Jahren; heute nicht mehr. Man stellte fest, dass es Leberkrebs verursacht. Und seine Umwandlung von diesem gelben Farbstoff zu einem Karzinogen erfolgt wahrscheinlich sehr ähnlich wie diese hier: durch eine Oxydation des Stickstoffs zu NOH, welches dann schließlich zu einem Stickstoffion wird, sodass es die nukleophilen Moleküle der Zelle angreifen kann. Dasselbe gilt für diese Stickstoffverbindungen. Hier unten befindet sich ein sehr einfaches Symbol, PAH, das für polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe steht. Sie benötigen eine Enzymaktivierung und sind anschließend scheinbar auch nukleophil. Es ist diese Gruppe von Verbindungen, über deren chemische Konsequenzen ich hauptsächlich sprechen werde. Über diese Gruppe von Verbindungen, ein konkretes Beispiel hierfür ist auf dem nächsten Dia dargestellt. Alle von ihnen entstehen jedes Mal, wenn beliebige organische Stoffe verbrannt werden; so zum Beispiel, wenn man Tabak in einer Zigarette verbrennt. Dabei entstehen einige Mikrogramm Benzopyren, der Stoff auf der linken Seite. Wenn man Diesel in einem Motor verbrennt, entstehen einige Milligramm Benzopyren und gelangen durch den Auspuff in die Umwelt. Wenn man Öl in einem Kraftwerk oder in der Heizanlage eines Hauses verbrennt, besteht ein recht großer Teil der Verbrennungsendprodukte aus diesen polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen. Diese bestimmte Gruppe von Verbindungen gelangt demnach auf vielen verschiedenen Wegen in unsere Umwelt; selbst wenn man Holz verbrennt, oder ich sollte besser sagen: landwirtschaftliche Abfälle, als Teil der Abholzung oder wenn man Bäume zurückschneidet. Auch bei ihrer Verbrennung ist es eine der im Rauch vorkommenden Verbindungen. Daher kommen sie in der Umwelt relativ häufig vor. Sie sind vielleicht am wirksamsten, wenn sie beim Rauchen von Zigaretten in die Lunge eingeatmet werden, da sie dann direkt mit den empfindlichen Geweben in Kontakt kommen. Die wenigen Mikrogramm jeder Zigarette werden also sozusagen direkt an der "richtigen" Stelle abgelagert. Nun ja, es stellt sich hier die Frage, wie dieser Stoff, der relativ reaktionsträge ist - sie scheinen ziemlich wenig reaktionsfreudig zu sein, diese polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe -, wie es dazu kommt, wie man ihn mit der Vorstellung elektrophiler Aktivität verbinden kann, die wir soeben erwähnt haben? In den letzten 10 Jahren wurde durch viele Arbeiten ein Enzymsystem damit in Verbindung gebracht, das in gewissem Umfang in allen lebenden Zellen vorkommt. Es tritt jedoch in Zellen, den meisten Zellen, besonders in der Leber, in höherer Konzentration auf, wenn sie derartigen Substanzen ausgesetzt sind. Nicht nur diese Verbindung, sondern andere Stoffe derselben Art haben eine ähnliche Wirkung. Diese werden, aus offensichtlichen Gründen, als in der Luft vorkommende Kohlenwasserstoff-Hydroxylasen bezeichnet. Hierbei handelt es sich um eine Gruppe von Oxydasen mit unterschiedlichen Funktionen, d.h. um Enzyme, die molekularen Sauerstoff verwenden, um aromatischen Kohlenwasserstoffen eines der Sauerstoffatome hinzuzufügen. Außerdem verwenden sie zwei Wasserstoffatome eines reduzierten Koenzyms, die sich mit dem anderen Sauerstoffatom verbinden. Dies ist mit der Beschreibung "Oxydase mit unterschiedlichen Funktionen" gemeint. Sie befinden sich in den meisten Zellen und Geweben, treten jedoch in einer höheren Konzentration auf, wenn solche Zellen und Gewebe diesen aromatischen Kohlenwasserstoffen ausgesetzt sind. Nun, auf dem nächsten Dia sehen Sie einen Weg, wie dies geschehen kann: aromatische Kohlenwasserstoff-Hydroxylase und molekularer Sauerstoff. Ich habe das reduzierte Pyridinnukleotid, welches das andere Sauerstoffatom aufnimmt, hier nicht mit angegeben. Man hat die Hypothese vorgeschlagen, dass eines dieser Sauerstoffatome dazu verwendet wird, in den Positionen drei und vier sich mit dem aromatischen Kohlenwasserstoff zu verbinden und auf diese Weise dieses Epoxid herzustellen. Dies ist eine sehr instabile Verbindung, die mit ein wenig Säure aufgebrochen werden kann, so dass sich in einer dieser Positionen ein Kohlenstoffion ergibt, entweder in dieser oder in jener. Dieses reagiert dann und ergibt ein Hydroxyl. Die restlichen Kohlenstoffionen reagieren dann mit den nukleophilen Molekülen, was zu der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbindung führt, die ich anfangs erwähnt habe. Man hat dies als notwendigen Zwischenschritt vorgeschlagen, der erforderlich ist, diese Verbindung elektrophil werden zu lassen, die dann krebserregend sein kann, wenn es zu dieser Reaktion kommt. Eine Nebenreaktion, wodurch diese Verbindung zerstört wird, ist die einfache Hydrolyse dieser Epoxidverbindung, wodurch ein Diol entsteht. Es gibt zahlreiche verschiedene Hinweise, die den Schluss nahelegen, dass diese Hydrolyse tatsächlich daran beteiligt ist, diese Verbindung zu einem karzinogenen Stoff werden zu lassen, wenn man dieses Enzym auf irgend eine Weise blockiert. Dies kann entweder durch einen chemischen Wirkstoff geschehen, der es blockiert, oder durch eine Mutation, die verhindert, dass es synthetisiert wird. In derartigen Zellen wird dieses Material dann nicht karzinogen. Die Beteiligung der Hydroxylase scheint demnach relativ gut belegt. Es ist jedoch bislang noch nie gelungen, ein derartiges Produkt zu isolieren, und daher wissen wir nicht wirklich, ob es sich hierbei tatsächlich um den Reaktionsweg handelt, auf dem die Hydroxylase diese Wirkung herbeiführt. Dies war der Punkt, an dem der Student, dessen Geschichte ich ihnen vorhin erzählt habe, auf den Plan trat. Er untersuchte die Reaktionen dieser aromatischen Kohlenwasserstoffe mit Komponenten der Nukleinsäuren, und er entschied sich für N-Methylcytosin. Auf dem Dia ist dargestellt, was er herausfand. Statt die hydroxylierte Verbindung in der dritten oder vierten Position zu finden, stellte er fest, dass die Reaktion in der sechsten Position stattfand. Ich sollte sagen, in der vierten oder fünften Position. Die Reaktion fand nicht hier statt, sondern in der sechsten Position, um dieses Produkt zu ergeben. Nun, hierbei handelt es sich um eine fotochemisch induzierte Verbindung. Die gleiche Reaktion kann jedoch mit der in der Luft vorkommenden Kohlenwasserstoff-Hydroxylase und mit Sauerstoff induziert werden. Exakt die gleiche Reaktion, bei der man diese Art von Verbindung erhält, statt an der sechsten Position oder an der ersten und der dritten. An der ersten, dritten oder sechsten, nicht an der vierten oder fünften. Und darin bestand sein Beitrag zu dieser Sache. Nun, wir haben bislang das chemische Verhalten einer Reihe von Karzinogenen untersucht, besonders dieses Karzinogens. Bislang haben wir jedoch noch keinen Hinweis darauf, worin die biologischen Konsequenzen eines solchen Ereignisses bestehen könnten. Warum sollte, wenn dies geschieht, selbst wenn es geschieht, warum sollte dies die biologischen Konsequenzen haben, von denen wir wissen, dass es sie zur Folge hat, nämlich die Entstehung von Krebs? Nun, an dieser Stelle muss ich das Thema der chemischen Karzinogenese abbrechen. Ich werde nur noch eine Sache dazu erwähnen. Doch wir werden gleich das Thema der chemischen Karzinogenese hinter uns lassen und betrachten, was wir über die biologische Karzinogenese wissen. Nachdem ich Ihnen beschrieben habe, was ich für das Wesen der biologischen Karzinogenese halte, werden wir uns fragen, ob wir die beiden Aspekte zusammenführen und ein einziges, einheitliches Konzept aus dem Ganzen entwickeln können. Lassen Sie uns, bevor wir die chemische Reaktion hinter uns lassen, sehen, ob wir uns zumindest vorstellen können, welches die molekularen Konsequenzen einer solchen Veränderung sein würden. Nun, ich habe keine Bilder und kein Modell davon. Es ist viel zu groß, um es von Berkeley nach Lindau zu transportieren. Ich werde Sie daher bitten, sich die Sache vorzustellen. Die meisten von Ihnen haben von der Struktur gehört, davon, was die Struktur des genetischen Materials der Lebewesen ist, von den Nukleinsäuren, entweder von DNA oder RNA. Die meisten, alle Säugetiere, nun ja, alle Tiere haben DNA als das wichtigste Speichermaterial ihrer genetischen Information. Und sie werden davon gehört haben, dass die DNA in der Hauptsache aus einer Sequenz von Basen besteht, zu denen auch N-Methylcytosin gehört, oder dass Cytosin eine Base ist, statt der Methylgruppe. Dies hier ist ein Ribose-Zucker. Es ist eine lange Kette solcher Basen, von denen es vier Arten gibt. Cytosin ist nur eine von ihnen, es gibt noch drei weitere. Sie alle enthalten jedoch Materialien von ähnlicher Elektronendichte. Sie sind in der Struktur einer Doppelhelix angeordnet, von der Sie alle gehört haben werden. Die Basen sind darin wie Spielkarten übereinander angeordnet, in einem Abstand von etwa 3 1/2 ?ngström. Nun, wenn dieser aromatische Kohlenwasserstoff zwischen einige dieser Basen rutschen und diese Art von kovalenter Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung eingehen würde - dies ist ein Kohlenstoffatom und dies ist ein Kohlenstoffatom -, wenn dies in der Doppelhelix geschieht, würde die normale Helixstruktur zerstört. Wenn es zu dieser Reaktion kommt, könnte die Struktur nicht erhalten bleiben. Die normale Helixstruktur würde verzerrt, sodass mindestens eines der linearen Moleküle eine seitliche Schleife bilden würde. Es würde nicht in die Doppelhelix passen. Es würde sich als äußere Schleife neben der Helix befinden. Zumindest dies, vielleicht käme es zu noch größeren Verzerrungen. Dies ist die molekulare Konsequenz einer solchen Reaktion. Am Ende dieses Vortrags werde ich versuchen, dies erneut abzuleiten oder einzuführen und von hier zu den biologischen Folgen eines solchen Vorgangs weitergehen. Doch bevor ich dies tue, müssen wir untersuchen, was wir über den Weg, auf dem ein Virus Krebs auslösen kann, wissen oder zu wissen glauben; den Weg, auf dem es Zellen so ändern kann, dass sie zu bösartigen Zellen werden. Nun, die meisten Arbeiten, die ich in Berkeley durchgeführt habe, zumindest in meinem Labor, wurden nicht mit Versuchstieren durchgeführt - obwohl wir einige solcher Experimente gemacht haben; auf dem letzten Dia zeige ich Ihnen einiges darüber. Größtenteils wurden die Versuche entweder mit Enzymen durchgeführt, isolierten Enzymen, und in jüngster Zeit in Reagenzgläsern mit Tierzellkulturen, in Gewebekulturen. Wir haben das Verhalten dieser Zellen unter den verschiedensten Einflüssen untersucht, unter dem Einfluss von Viren, unter chemischen und unter beiden Einflüssen. Um Ihnen eine Vorstellung davon zu geben, wie dies gemacht wird, möchte ich Ihnen das Bild einer aus Mauszellen bestehenden Gewebekultur zeigen, die mit einem Virus infiziert wurde, wobei die Viruspartikel in die Zellen eingebracht wurden und sie - durch welchen Mechanismus auch immer - umgewandelt haben. Wir werden darauf gleich noch zu sprechen kommen. Diese transformierten Zellen zeigen sich als kleine Zellhaufen. Das nächste Dia zeigt eine Gewebekultur, in der einige Zellen umgewandelt worden sind. Auf der linken Seite haben wir nur eine sehr schwache Vergrößerung, nur eine zehnfache Vergrößerung, und die Trennungslinie verläuft genau hier. Dieser Hintergrund ist ein Hintergrund normaler Zellen, von Zellen, die nicht von einem Virus infiziert wurden und die aufeinander zu wachsen und dann ihr Wachstum einstellen. Das heißt: Wenn sie sich gegenseitig berühren, wenn sich alle Zellen berühren, senden sie sich ein Signal. Sie schicken sich gegenseitig Signale mit dem Resultat, dass das Wachstum der Zellen aufhört. Diejenigen Zellen, die durch das Virus, das Sarkomvirus, infiziert und verändert wurden, unterliegen nicht mehr diesem Kontrollmechanismus. Und obwohl sie zusammenwachsen und sich gegenseitig berühren, wachsen sie weiter. Auf diese Weise entstehen Zellhaufen, und diese kleinen Anhäufungen werden als Foci bezeichnet. Sie sind auf diesem Bild zu sehen: ein größerer Focus und ein anderer kleinerer und noch zwei weitere kleine. Ich glaube, hier sind vier Foci, ein großer und drei kleine, bei denen die Zellanhäufungen mit bloßem Auge sichtbar sind. Man braucht kaum ein Mikroskop, um sie zu sehen. Dies ist dasselbe Bild, nur 40- statt 10mal vergrößert: dieser Focus und jener. Sie können sie sehen, hier sind sie. Jeder dieser kleinen hellen Flecken ist eine umwucherte Krebszelle, die über andere Zellen hinwegwächst. Und hier sehen Sie den großen Focus, bei dem es sich um diesen hier handelt, und dann am Rand hier den kleineren. Diese Art von System war in den letzten 10 Jahren zur Untersuchung der Krebsentstehung durch chemische, virale und durch Strahlungsfaktoren weit verbreitet, mehr als die Arbeit mit Versuchstieren. Einer der Gründe hierfür ist, dass man eine Million Zellen in einer Schale von 3 Zentimetern Durchmesser kultivieren kann. Wenn man eine ähnliche Statistik mit einer Million Tieren durchführen wollte, selbst mit Mäusen, können Sie sich vorstellen, welche Unterbringungsprobleme sich dabei ergeben würden. Nun, hierdurch wurde diese Arbeit enorm erleichtert. Diese Art der Arbeit mit Gewebekulturen dominiert zur Zeit in unserem Labor. Es handelt sich dabei tatsächlich um das nächste Stadium. Der größte Teil unserer frühen Arbeiten - einige von Ihnen erinnern sich vielleicht daran - wurde mit einzelnen Pflanzenzellen durchgeführt, mit Algen. Wir suchten ständig weiter nach Einzelzellkulturen, und haben sie jetzt gefunden. Wir können Sie entweder auf Schalen oder in tiefen Kulturen züchten, und dies ist unsere Vorgehensweise. Worin besteht nun das Wesen der Veränderung, oder was halten wir für das Wesen der Veränderung, die eine normale Zelle in eine bösartige Zelle verwandelt, die ständig weiter wächst und nicht gesteuert werden kann? Das nächste Dia ist eine schematische Darstellung dieses Umwandlungsprozesses. Wenn wir es vielleicht ein wenig nach unten bewegen könnten. Die obere Nummer 1 hier stellt eine DNA dar, die einen Virus enthält. Dies ist das Affenvirus, Simian Virus 40, der DNA enthält und hier durch dieses Oval mit den drei schwarzen Punkten dargestellt ist, in dem sich die DNA des Virus befindet. Wenn das Virus die Zelle hier infiziert, wird dies durch einen größeren Kreis wiedergegeben, wo sich das X befindet, der die DNA der Zelle darstellt, das chromosomale Material der Zelle. Wenn das Virus die Zelle infiziert, injiziert das Virus bzw. die Zelle erlaubt der DNA des Virus in das Zytoplasma der Zelle einzudringen. Nun, normalerweise, normalerweise - es ist wohl kaum normal, aber eine infizierte Zelle kann die DNA des Virus innerhalb des Zytoplasmas replizieren, und schließlich zerreißt diese Zellmembran und weitere Viruspartikel werden freigesetzt. Das ist die normale Ereignisfolge bei einer Virusinfektion. Entsprechend einer statistischen Grundlage treten jedoch einige wenige Fälle auf, bei denen die DNA des Virus auf irgendeine Weise in die DNA der Zelle eingefügt wird. Wie das geschieht, werden wir uns später noch ansehen. Wenn es dazu kommt, ist es der Anfang dieses Prozesses. Hier ist sein Endpunkt. Wenn sich dies ereignet, dann enthält der Zellkern nicht nur seine eigenen DNA, sondern er kann auch die gesamte DNA des Virus oder einen Teil davon enthalten. Und wenn er sich teilt und wächst, enthält er dann neue Informationen, von denen er einige von dem Virus erhalten hat. Hier ist ein Paar von ihnen. Wenn diese Information, wenn diese DNA des Virus Anweisungen zur Herstellung bestimmter Proteine enthält, die die Membran der Zelle verändern, so dass, wenn sie mit anderen Zellen in Kontakt kommt, das Signal zur Unterbrechung des Wachstums irgendwie blockiert ist, wenn es nicht ankommt, dann setzt die Zelle ihr Wachstum fort und wir reden davon, dass die Zelle transformiert wurde. Dies manifestiert sich auch auf andere Weise. Von dieser Zelle werden neue Proteine hergestellt, die von der DNA des Virus kodiert werden. Und wir erkennen es an den Membranproteinen der Zelle, an den neuen Antigenen, die die Zelle enthält, und außerdem zeigt es sich an der Natur des Wachstumsmechanismus der Zelle. Diese beiden Veränderungen konnten belegt werden, und die Tatsache, dass die Zelle Viren-DNA enthält, konnte anhand von Hybridisierungsexperimenten ebenfalls gezeigt werden. Hierbei wird gemessen, wie die DNA der Zelle nach der Transformation mit der DNA des Virus interagiert. Man stellt fest, dass zwischen beiden eine Homologie besteht. Es gibt eine bestimmte Menge viraler DNA, die tatsächlich in die DNA des Zellkerns aufgenommen wurde. Nun, so stellen wir uns den Mechanismus der Transformation durch einen DNA enthaltenen Virus vor. Es ist ein Moloney-Virus. Tatsächlich ist es nun jedoch so, dass auf dem ersten Dia, das ich Ihnen gezeigt habe - nicht auf dem ersten, sondern auf demjenigen davor, auf dem ich Ihnen die Transformation von Mauszellen gezeigt hatte - dass mein Sarkomavirus keineswegs ein Virus dieser Art ist. Das Maus-Sarkomvirus ist kein DNA enthaltendes Virus. Es ist ein Virus, dessen genetische Informationen aus RNA, nicht aus DNA bestehen. Und die Frage lautet dann, wenn es sich hierbei um das Wesen des Umwandlungsprozesses handelt: Wie kann ein RNA enthaltender Virus, ein Virus, dessen genetische Information gänzlich aus RNA besteht, wie kann ein solches Virus dieses Ergebnis erzielen? Nun, man wusste dies schon ungefähr sechs oder sieben Jahre früher, und Temin, ein Biochemiker aus Wisconsin, stellte die Hypothese auf, dass es hierzu ein Enzym geben müsse, das sich in dem Virus befindet oder dessen Herstellung durch das Virus angeregt würde, welches die RNA-Sequenz in DNA übertragen könnte. Nun sollten Sie sich klarmachen, dass dies zum damaligen Zeitpunkt fast eine Häresie war, denn es galt als unbezweifelbarer Grundsatz, dass man nur von der DNA zur RNA gelangen kann und dann zu Proteinen, dass es in der Gegenrichtung nicht möglich war. Und hier war ein junger Mann, der vorschlug, dass dies möglich sei, ja sogar, dass man diesen Weg nehmen musste. Nun, es dauerte etwa fünf Jahre, bis man dieses Enzym im Sarkomvirus der Maus und anderen RNA-Viren als krebserregend nachweisen konnte. Und auf diese Weise konnte die Theorie der Integration von Virusinformation, genetischer Information in die Chromosomen der Zelle als der Vorgang der Umwandlung von normalen zu bösartigen Zellen erhärtet werden; wenn solch ein Enzym den RNA-Virus in die DNA kopierte. Auf dem nächsten Dia ist dies schematisch dargestellt: das Kopieren des RNA-Virus, das normale Verhalten der Zelle. Hier wird die DNA der Zelle von DNA-abhängiger RNA-Polymerase zu RNA kopiert, die dann Proteine und eine neue Zelle herstellt. Dies wird auf beiden Seiten angezeigt: sowohl die Proteinsynthese für die neue Zelle, als auch die Replikation der DNA der normalen Zelle. Infizieren wir die Zelle jedoch mit der viralen RNA eines onkogenen Virus und verfügt es über diese RNA-abhängige Polymerase, von RNA angewiesene DNA-Polymerase - dies ist die Bedeutung der Abkürzung RDP: RNA-abhängige (dependent) DNA-Polymerase -, dann kann dieses Stück der RNA des Virus in ein Stück der DNA kopiert werden, die jetzt diese Information enthält, die genetische Information des Virus in der DNA. Und wenn sehr viel davon vorhanden ist, besteht die Chance, dass sie in die normale synthetische Sequenz der Zelle, die ihre eigene DNA repliziert, eingefügt wird, und es ist möglich, dass ein Teil davon, zumindest ein Teil, der DNA im Zellkern hinzugefügt wird. Wir haben es dann mit einer transformierten Zelle zu tun. Wenn wir DNA der Zelle und virale DNA vor uns haben, haben wir eine umgewandelte Zelle vor uns. Wenn dies der Fall ist, sollten wir, falls es uns gelänge eine chemische Substanz zu finden, die dieses besondere Enzym hemmen könnte, nicht nur in der Lage sein, die Replikation dieses Virus, bei dem dieser Zwischenschritt über die DNA und dann wieder zurück zur RNA erfolgen muss, zu hemmen. Das ist die normale Replikation. Von hier nach dort fehlt eine Zeile, die die Replikation des Virus anzeigt. Wir sollten nicht nur die Replikation des Virus hemmen können, sondern indem wir verhindern, dass die Kopie hergestellt wird, hemmen wir auch die Transformation. Nun, etwa zu der Zeit, zu der dieses Virus und sein Enzym entdeckt wurden - ich sollte sagen, zu der dieses Enzym entdeckt wurde -, stellte man auch fest, dass eine Klasse von Medikamenten, die verwendet worden war, um die RNA-Polymerase in Bakterien zu hemmen und die ein sehr nützliches Medikament zur Kontrolle einer Vielzahl bakterieller Erkrankungen war, besonders der Tuberkulose, dass eines seiner Derivate tatsächlich bestimmte inhibitorische Eigenschaften in Bezug auf dieses Enzym hatte. Das Dia zeigt das Bild dieses Medikaments und einige der Derivate, die wir hergestellt haben. Es soll lediglich dazu dienen, Ihnen eine Vorstellung davon zu geben, um was es sich handelt. Auf ihre Einzelheiten eingehen und ihre Synthese erörtern, werde ich nicht. Dies ist der Kern von Rifampicin, einer Klasse von Antibiotika, und an dieser Stelle sind die verschiedenen Seitenketten damit verbunden. Die R-Gruppe stellt diesen ganzen Rifampicin-Kern dar, und dies sind einige der mehreren Hundert Rifampicin-Derivate, die bei der Suche nach Medikamenten gegen Tuberkulose synthetisiert worden sind. Das für die Behandlung von Tuberkulose, für die Hemmung der RNA-Polymerase von Bakterien, nützlichste Derivat ist dieses hier. Doch es hat sich gezeigt, dass es die RDP, die RNA-abhängige DNA-Polymerase oder reverse Transkriptase, wie man sie nennt, nicht hemmt. Dasjenige, was dieses leistet, ist das darunter, dieses hier. Dieses Derivat hemmt tatsächlich die RNA-abhängige Polymerase. Und darüber hinaus wurden noch einige dieser anderen produziert, und von denen werde ich nur über dieses hier reden, bei dem es sich um einen hochwirksamen Inhibitor handelt, um einen noch effektiveren Hemmstoff der RNA-abhängigen Polymerase, als es dieser hier ist. Dies sind die beiden Medikamente, dieses wird als DMB bezeichnet. Ich werde später noch darauf eingehen. Und dieses hier, mit einer offenen Kette hier, mit zwei Achten. Ich nenne es R82. Sie werden es später noch sehen. Dies sind die beiden einzigen, über die ich später reden werde. Nun, das Erste, was wir taten, war, die Medikamente verwenden, die uns zur Verfügung standen. Und was uns zur Verfügung stand, war dieses. Ich nannte es DMB. Wir wollten sehen, ob es eine hemmende Wirkung hatte, ob es den krebserregenden Virus daran hindern würde, eine Zellumwandlung zu erreichen bzw. Krebs auszulösen. Auf dem nächsten Dia sehen Sie das Ergebnis dieses Experiments. Hier habe wir... wir zählen jetzt die Zahl der Foci. Dies entspricht der Zahl der Krebsentstehungen, die das Virus verursacht hat. Ohne irgendein Medikament erhalten wir 140 Foci pro 100.000 Zellen. Mit drei Mikrogramm des Medikaments im Medium haben wir die Zahl der Foci auf 90 gesenkt. Mit 6 Mikrogramm haben wir sie weiter gesenkt, mit 9 Mikrogramm noch weiter. Auf diese Weise wurde die grundsätzliche Idee, dass dieser chemische Stoff dieses besondere Enzym hemmen kann, bestätigt. Doch auf dem Dia können Sie noch etwas Weiteres sehen, das uns einige Sorgen bereitete. Nicht nur Sorgen bereitete, sondern für Aufregung sorgte. Diese beiden Säulen, XC-Plaques, sind nichts anderes als einfache Geräte zur Zählung der Anzahl der Viruspartikel, die aus den Zellen freigesetzt werden. Und hier können Sie sehen, dass das Medikament in diesen beiden Experimenten die Zahl der Viruspartikel in keinster Weise reduziert hat. Wenn überhaupt, ist ihre Zahl etwas angestiegen. Mit der Theorie stimmt also etwas nicht. Wir wollten sie nun nicht ganz über Bord werfen, weshalb wir einen Teil von ihr aufgaben bzw. ihr eigentlich etwas hinzufügten. Wir stellten die Vermutung auf, dass dieses selbe Medikament, diese beiden, die ich vorhin erwähnte, die reverse Transkriptase hemmen, die zum Kopieren der viralen RNA in DNA erforderlich ist. Bei der Integration dieses DNA-Stücks in die Zelle spielen zu einem späteren Zeitpunkt auch noch andere Enzyme eine Rolle. Und wir nahmen an, was auf dem nächsten Dia dargestellt ist, dass dieses Medikament nicht nur dieses Enzym hemmt, sondern auch ein oder mehrere von diesen, die benötigt werden, um dieses Stück DNA in die DNA der Zelle einzufügen. Tatsächlich können wir eine ziemlich kleine Menge des Medikaments verwenden, um zu verhindern, dass dieses Enzym gehemmt wird. Und wir produzieren mehr Virenpartikel, aber eines dieser anderen Enzyme. Ich habe hier drei aufgelistet. Dies reagiert empfindlicher auf das Medikament als dieses hier, und wenn die Konzentration niedrig genug ist, funktioniert dieses Enzym, doch eins von diesen, eins oder mehrere von diesen, funktioniert bzw. funktionieren nicht. Und auf diese Weise können wir das Phänomen der Integration, d.h. der Transformation, vom Schritt der Virusreplikation trennen. Das ist es, was, glaube ich, geschehen ist. Nun, wenn dies der Fall ist, dann müssen wir herausfinden, welche dieser Enzyme an der Integration beteiligt sind. Scheinbar sind es alle. Und es mag andere geben, die ich hier nicht aufgeführt habe, von denen ich nichts weiß. Ich muss also danach suchen und sie finden. Und dann hat dies eine andere Konsequenz, die wir testen können. Dies besagt, diese Idee legt die Vermutung nahe, dass wenn wir diese Enzyme aktivieren würden, wenn wir eine Methode finden würden, mit der wir diese Gruppe von Enzymen aktivieren könnten - hier besonders stark in Gegenwart einer großen Menge dieser Enzyme -, dass wir dann die Integrationsrate dieser genetischen Information in die Chromosomen der Zelle, durch die die Transformation geschieht, deutlich erhöhen könnten. Es handelt sich hierbei um ein synergistisches Experiment. Dies ist ein Experiment, in dem wir etwas verwenden, um dieses Exzisionsreparatursystem auf der linken Seite zu aktivieren. Und gleichzeitig haben wir eine große Menge viraler Fehlinformation vorliegen, wenn man so will. Wenn diese Situation zutrifft, sollten wir die Rate, mit der die Fehlinformation in die Chromosomen der Zelle integriert wird, erhöhen können. Nun, man kann dies tun, und an diesem Punkt kommen wir zur "Eheschließung" zwischen der chemischen und der biologischen Karzinogenese. Es zeigt sich, dass eines der Dinge, die die chemischen Substanzen bewirken - wie ich eingangs sagte - darin besteht, dass sie die zellulare DNA deformieren, zu einer externen Schleife führen, damit reagieren und ihre normale Form in eine anomale Form verwandeln. Wenn dies geschieht, werden Enzyme aktiviert, die die fehlerhaften Außenschleifen wegschneiden, und dieses Ganze, diese Enzyme werden als Exzisionsreparatursystem bezeichnet, das ausschneidet und repariert. Wenn wir nun den chemischen Stoff hinzufügen, der die Reaktion durchführt, die ich vorhin erläutert habe, und wenn wir gleichzeitig virale, karzinogene DNA in größerem Umfang vorliegen haben, ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie eingefügt wird, größer - sollte sie größer sein, sollte sie größer sein. Es ist ein Experiment. In der Literatur habe ich eine Reihe solcher Experimente gefunden. Wir führen sie mit Kohlenwasserstoff selbst durch, und ich fand in der Literatur eine Reihe solcher Tests mit anderen chemischen Karzinogenen. Ich werde Ihnen eines von ihnen zeigen, weil es diese Wirkung genau zeigt. Dies ist eine Arbeit von Stitch, von einem kanadischen Biochemiker, der vor ein paar Jahren darüber berichtet hat. Das nächste Dia zeigt sein Ergebnis. Er verwendet gleichzeitig ein chemisches und ein virales Karzinogen. Bei dem viralen Karzinogen handelt es sich in diesem Fall um ein Adenomvirus, um Adenomvirus 7. Es ist ein DNA-Virus. Und er verwendet das Adenomvirus gleichzeitig mit der chemischen Behandlung. In diesem Fall handelt es sich um die chemische Substanz 4-Nitroquinolin und um Oxyd, was ein hochwirksames Leberkarzinogen ist. Und dies ist eine Zellgewebekultur eines syrischen Hamsters. Wenn man das SA 7 hinzugibt, das heißt ausschließlich das Adenomvirus, erhält man 17 Foci. Dies ist das Kontrollexperiment. Das Virus allein führt zu 17 Foci pro 2 Millionen Zellen. Hier sehen Sie, dass es sich um 2 Millionen Zellen handelt, 17 Foci pro 2 Millionen Zellen. Wenn man jedoch die chemische Substanz hinzugibt und dann innerhalb von anderthalb Stunden das Virus, sehen Sie, dass er statt 17 Transformationen mehr als 400 Transformationen erhielt. Ich sollte Sie darauf hinweisen, dass in diesem speziellen Hamsterzellsystem die chemische Substanz zu keinen Transformationen führt. Die chemische Substanz allein hat nicht diese Wirkung. Doch hier führt das Virus allein zu 17, die chemische Substanz allein zu keinen und zusammen mit dem Virus zu 400 oder mehr Foci. Eine höchst wirksame Synergie. Dies ist zumindest eine Bestätigung des theoretischen Konzepts, das ich Ihnen auf dem vorigen Bild gegeben habe: dass die chemische Substanz die Einfügung der Fehlinformation herbeiführt, die zu dem Zeitpunkt, zu dem dieser Auslöser wirksam wird, vorhanden sein muss. Es gibt hier noch eine weitere Feststellung zu treffen: das gesamte Exzisionsreparatursystem, das durch Nitroquinolin und Oxyd angeregt wird, beendet seine Arbeit nach etwa 8-10 Stunden. und auch das Hinzufügen des Adenomvirus führt zu keiner Synergie mehr. Tatsächlich scheint es sogar ein wenig unterdrückt zu sein. Dies ist eine Art von Bestätigung dafür, dass die chemischen Stoffe die Einfügung von bereits vorhandenen Fehlinformationsstreifen auslösen. Und diese Streifen können aus einer Vielzahl verschiedener Quellen stammen. In diesem Fall stammt das Informationsstück aus dem Adenomvirus. Es hätte jedoch auch aus einer anderen Quelle stammen können. Es hätte sich dabei um ein zusätzliches Stück DNA im Zellkern handeln können. Es könnte sich um ein inaktives Stück DNA in der Zelle handeln, das dann durch dieses gesamte System in einen anderen Teil des Chromosoms verschoben werden könnte. All dies sind verschiedene mögliche Prozesse, durch die ein inaktives DNA-Stück zu seiner Expression in der Zelle gelangt. Und die chemische Substanz erstellt die Information nicht: sie integriert sie. Sie löst Integration aus, und hierbei kann es sich um den einheitlichen Prozess der chemischen Substanz handeln, der ultravioletten Strahlung und um die virale oder andere Plasmidinformationen; um die Art, wie sie zusammenarbeiten. Die chemische Substanz allein könnte nach dieser Theorie die Transformation ohne die Gegenwart einer anderen Quelle der Fehlinformation nicht bewirken. Und dass das Integrationsphänomen mit all den Enzymen, die dabei involviert sind, eine Rolle spielt. Nun, wenn dies der Fall ist, wollen wir sehen, ob diese anderen Enzyme, insbesondere diese Ligasen, die die losen Enden der DNA zusammenschließen, bei der fortgesetzten Reproduktion der transformierten Zelle eine Rolle spielen. Und es stellt sich heraus, dass sie dies - sehr zu unserer Überraschung - scheinbar tun, obwohl die Interpretation dieses Ergebnisses, das ich Ihnen jetzt geben werden, sehr, sehr fragwürdig ist. Wir haben damit begonnen, dies zu erforschen, das zweite Medikament, das ich erwähnte, dasjenige, bei dem mit dem Hydrazin zwei C8-Gruppen verbunden sind. Es scheint sich dabei um ein sehr spezielles Medikament zu handeln. Es verfügte über alle möglichen Eigenschaften zur Durchdringung der Zellmembran, die uns gefielen. Und wir setzten unsere Arbeit fort. Es verfügte über ausgezeichnete Enzymhemmungseigenschaften. Und somit war es das Medikament der Wahl. Um es verwenden zu können, mussten wir seine Toxizität für Zellen untersuchen, bevor wir es für irgendwelche Experimente einsetzen konnten. Man muss untersuchen, ob das Medikament selbst für die Zellen wichtig ist. Und das nächste Experiment ist das Ergebnis, das wir gefunden haben, als wir die Toxizität von R82 untersuchten. Können Sie das ein wenig schärfer stellen. Es erscheint mir verschwommen. Das ist viel besser. Vielen Dank. Ich spreche jetzt über ein anderes Medikament derselben Klasse. Statt des aus 16 Elementen bestehenden Rings, den ich Ihnen über den ganzen Katalog der Medikamente gezeigt habe, habe ich den Ring geöffnet. Es ist nach wie vor derselbe, doch er verfügt - statt über einen großen, 16-teiligen Ring, über einen Schwanz aus zwei Achten. Und darauf beruht sein Name. Und nun zu normalen Zellen. Wir zählen Zellen, und wir ermitteln, was mit normalen Zellen geschieht, wenn wir dem Medium, in dem sie wachsen, dieses Medikament hinzufügen. Schauen Sie sich dieses Bild auf der linken Seite an. Dies entspricht der Anzahl der Tage, über die die Zellen wachsen. Wir haben etwa 100.000 inokuliert, und dann warten wir und zählen sie. Die Null hier bedeutet, dass überhaupt kein Medikament verwendet wurde, und Sie sehen, dass es innerhalb von drei Tagen über 1 Million Zellen gibt, und in vier Tagen gibt es etwa 2 Millionen Zellen. Dasselbe geschieht, wenn wir dem Medium drei Mikrogramm dieses Medikaments hinzufügen, dieses R82. Die drei Mikrogramm dieses Medikaments, diese drei Millionstel eines Gramms des Medikaments, haben überhaupt keine Wirkung, sie lassen die Zellen unverändert. Selbst fünf Mikrogramm des Medikaments pro Milliliter wirkt sich auf die Zellen in keinster Weise aus. Wir müssen bis auf 10 Mikrogramm hochgehen, bis wir irgendeine Wirkung auf die normalen Zellen beobachten können. Und wenn wir bis zu 15 oder 20 Mikrogramm geben, töten wir die Zellen ab. Bei Konzentrationen, die hoch genug sind, ist das Medikament giftig, bei geringen jedoch nicht. Wenn wir uns nun T-Zellen ansehen, dies sind transformierte Zellen, Zellen, die durch das Sarkomvirus verändert wurden. Dies sind Zellen, bei denen es sich tatsächlich um Krebszellen handelt. Und auch hier wurde wieder kein Medikament verwendet. Wenn man die transformierten Zellen zählt, stellt man fest, dass sie sogar noch ein bisschen besser wachsen als die normalen Zellen, sie wachsen etwas schneller, als sie sollten. Doch selbst eine so geringe Konzentration wie 3 Mikrogramm des Medikaments unterdrückt das Wachstum der transformierten Zellen. Fünf Mikrogramm unterdrücken das Wachstum der transformierten Zellen und 10 Mikrogramm bringen es vollständig zum Erliegen. Wenn man nun hier am zweiten Tag einen Ausschnitt nimmt und die Zahl der normalen und transformierten Zellen am zweiten Tag zählt, nach 48 Stunden, als Funktion der vorhandenen Menge des Medikaments, sehen Sie, dass die normalen Zellen eine Resistenz gegen drei, fünf und sogar 10 Mikrogramm haben. Man muss bis auf 15 Mikrogramm hochgehen, um das Wachstum der normalen Zellen zu unterbrechen. Die transformierten Zellen werden sogar bereits bei der geringsten Konzentration unterdrückt. Nun, das war eine Überraschung für uns, denn die transformierten Zellen, die Krebszellen zeigen in der Regel ein wesentlich energischeres Wachstum als normale Zellen. Und hier liegt ein Fall vor, bei dem dies scheinbar umgekehrt ist. Lassen Sie mich Ihnen nun noch schnell die letzten drei Dias zeigen, auf denen Sie Bilder von den Zellen selbst sehen. Sie können sehen, was mit ihnen geschieht. Dies ist die normale Zelle ohne Medikament. Dies ist die normale Zelle mit Medikament. Hier sind die transformierten Zellen. Sie können sehen, welche Unterschiede zwischen transformierten und normalen Zellen bestehen. Normale Zellen sind gestreckt und haben ihre Kerne. Sie wachsen dichtgedrängt in fadenartiger Formation. Die transformierten Zellen sind abgerundet und stapeln sich übereinander auf. In Gegenwart des Medikaments sind die transformierten Zellen jedoch verschwunden. Wie Sie sehen, sind nur sehr wenige übrig geblieben. Normale Zellen wachsen selbst bei einer Konzentration von 5 Milligramm normal. Ich vermute, dass es sich hierbei um 5 oder 6 Milligramm handelt. Und hier sind die transformierten Zellen sozusagen verschwunden. Zumindest sind sie nicht gewachsen. Es sieht so aus, als wären sie abgestorben. Wir haben noch ein anderes Experiment derselben Art durchgeführt. Wir haben eine Gewebekultur genommen..... Sie ist auf dem nächsten Dia dargestellt. Wir haben eine Gewebekultur genommen und sie mit dem Rous-Sakomvirus infiziert. Und dies sind normale Zellen an der Peripherie. Dies ist einer der Foci, die Sie auf dem ersten Dia über Gewebekulturen gesehen haben. Die beiden weißen Pfeile sollen die Grenzen des Focus markieren. Hier ist ein weiterer, ebensolcher Focus, zwei von ihnen. Hier haben wir einfach ein neues Medium zugegeben und es 82 Stunden lang wachsen lassen. Es wächst enorm. Es wächst zu einem großen, dicken Fokus heran. Tatsächlich wächst es zu einem sehr großen Focus. Zu einem so großen, dass das Zentrum keine Nährstoffe mehr erhält und nekrotisch ist. Die Zellen sterben im Zentrum ab, aber wachsen auf der Außenseite weiter. Wenn Sie so wollen, ist dies eine Art Modell eines festen Tumors. Hier ist ein identisches, jedoch nachdem der Focus entfernt wurde. Wir haben das Medikament hinzugefügt. Und 83 Stunden später sehen Sie, dass der Foci nicht gewachsen ist. Wenn überhaupt, dann scheint er zurückzugehen. Als Modell der Behandlung eines Tumors mit diesem Medikament, nachdem er sichtbar geworden ist, scheint diese Gewebekultur ein positives Experiment zu sein. Schließlich kommen wir zur Betrachtung der Zellen selbst. Wir haben eine Mischung von Zellen genommen. Die Hälfte von ihnen ist normal und die Hälfte transformiert. Auf dem nächsten Dia sehen Sie am oberen Rand des Dias die Hälfte der normalen und die Hälfte der umgewandelten Zellen. Sie sehen, dass die transformierten Zellen die abgerundeten Zellen sind und die normalen Zellen die länger gestreckten. Sie sehen die transformierten und die normalen Zellen. Dies ist der Beginn des Experiments. Wir fügen das Medikament hinzu und lassen es zwei Tage wirksam sein, und es sieht so aus, als ob nur sehr wenige transformierte Zellen übrig sind, eins, zwei, drei, ein paar von ihnen. Die meisten Zellen sind normal. Wir wissen nicht, ob diese Normalität, dieses normale Aussehen der Gewebekultur auf dem übermäßigen Wachstum der normalen Zellen im Vergleich zu den umgewandelten Zellen beruht, oder auf der Toxizität des Medikaments für die transformierten Zellen, die dazu führt, dass sie einfach eliminiert werden. Das ist ein sehr fundamentaler Unterschied. Mit andern Worten: Kehrt das Medikament die Transformation um, oder bringt es einfach die transformierten Zellen zum Absterben? Es sieht so aus, als ob es sie zum Absterben bringt, doch wir wissen nicht mit Sicherheit, dass es so ist. Und das ist in etwa der aktuelle Stand der Experimente. Nun, lassen Sie mich Ihnen als Letztes auf einem Bild zeigen, dass wir mittlerweile über Zellkulturen hinausgekommen sind. Dies sind Hühnerzellen in einer Gewebekultur, und Sie müssen das im Hinterkopf behalten: Dies ist vom Menschen weit entfernt, sehr weit entfernt. Doch wir sind einen Schritt weitergegangen. Wir haben nicht dieses Medikament verwendet, sondern das erste, das Medikament DMB bei Ratten, bei denen man auf chemischem Wege mit einem Kohlenwasserstoff mit kondensiertem Ringsystem ein Mammakarzinom induziert hatte. Ich komme nun zu dem Thema zurück, mit dem ich diesen Vortrag begann, wenn dies alles ist, wenn die Ideen zusammenhängen. Diese chemischen Substanzen könnten nicht nur die Transformation verhindern, sondern es ist auch denkbar, dass sie selbst dann eine therapeutische Wirkung haben, wenn die Transformation sichtbar geworden ist. Dies war nicht der Fall, diese Idee war noch nicht vorhanden, als dieses letzte Experiment durchgeführt wurde. Wir verwendeten eine Tierreihe, die über die nötigen genetischen Informationen verfügt, sodass, wenn man einem Tier ein Injektion mit kondensierten Ring-Kohlenwasserstoffen gab, mit Di- oder Trimethylbenzanthracen; sagen wir Dimethylbenzanthracen (es ist ein kondensierter Ring-Kohlenwasserstoff, der im Rauch aller Verbrennungen vorkommt), dass sich dann stets ein Mammakarzinom entwickelte. Sie verfügten über die genetische Zusammensetzung dazu. Und das nächste Dia, dies ist das letzte Dia. Schauen Sie sich den oberen Teil hier an. Hier ist das Kontrollexperiment, N = 17, das heißt: 17 Tiere erhielten eine Injektion mit Dimethylbenzanthracen, und acht Wochen später waren alle tot, nicht eins überlebte. Prozent unbeeinflusst: 0, kein Tier war unbeeinflusst, jedes der Tiere verendete. Es ist eine höchst wirksame Titration. Wissen Sie, es ist eine nur sehr schwer zu erstellende Titration, weil sie so zeitaufwendig ist. Und natürlich ist es eine mit statistischer Gültigkeit schwer durchzuführende Titration, weil hierzu viele Tiere erforderlich sind. Ich will damit sagen, dass 17 keine große Zahl ist. Wenn wir über eine Million Tiere verfügten, wäre das besser, aber die haben wir nicht. Ich meine, wir haben keinen Stall für eine Million Ratten. Also mussten wir es auf diesem Weg durchführen. Nun ja, wenn wir... Wir haben hier 12 Tiere, die Dimethylbenzanthracen erhielten. Wie Sie sehen, verendeten sie alle nach 8 Wochen. Diese 12 erhielten 10 Milligramm des Medikaments alle sieben Tage. Und der Verlauf der Krankheit wurde zumindest verlangsamt. Schließlich erendeten jedoch alle Tiere. Wenn wir allerdings 10 Milligramm alle 4 Tage geben, mit anderen Worten: eine höhere Konzentration des Medikaments, ändert sich der Krankheitsverlauf weiter, und einige der Tiere überleben sogar. Der Aussagekraft einen Tierexperiments dieser Art kann man sich nur schwer sicher sein. Sie wissen, dass es schwierig genug ist - darf ich bitte wieder Licht haben, es gibt keine weiteren Dias - dass es schwierig genug ist, ein Experiment mit Gewebekulturen zu deuten, mit ganzen Zellen. Wir möchten die Experimente so weit wie möglich zum Enzym und Substrat vorantreiben. Ich habe Ihnen also Experimente auf allen drei Ebenen gezeigt: die Hemmung auf der Ebene des Enzyms, der Zelle und des Gesamtorganismus. Am ungewissesten sind die Arbeiten am Gesamtorganismus. Mehr Vertrauen kann man in die Experimente mit den Gewebekulturen setzen. Und den Experimenten auf der Ebene des Enzyms, der Enzymhemmung, lässt sich schließlich am meisten vertrauen. Doch für dieses Experiment haben wir nur das eine Enzym, die reverse Transkriptase. Das einzige, das wir kennen. Wir wissen, dass noch drei oder vier andere Enzyme an der Transformation beteiligt sind, und wir versuchen zur Zeit herauszufinden, um welche es sich hierbei handelt, sie "herauszufischen" und die Experimente an den isolierten Enzymen vorzunehmen. Und dann werden wir wissen, was geschieht. Wir müssen außerdem herausfinden, wie die chemische Veränderung, die zur Bildung dieser Enzyme Anlass gibt, im Einzelnen vor sich geht. Wir haben lediglich einen Hinweis darauf. Und dies ist der Punkt, an dem wir heute stehen. Vielleicht, wenn einige von Ihnen Studierenden dort oben in drei Jahren... Sie werden, fürchte ich, nicht hier sein, ich weiß nicht, wo sie sein werden, Sie werden irgendwo anders sein. Doch wenn sich die Dinge nur um ein Zehntel so gut weiterentwickeln, wenn ein Zehntel meiner heute geäußerten Vermutungen richtig sind, dann wird es Ihnen ein anderes Mal etwas zu erzählen geben. Ich danke Ihnen vielmals für Ihre Aufmerksamkeit.

Melvin Calvin on How to Make Sense of Confusing Data
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Still, what Szent-Gyorgyi and Calvin touched upon with irony and charm can quite easily turn into something completely negative: “bad science”. The latter may manifest in several forms... it may be intended, or unintended... significant, or just irrelevant... a trivial offense or severe fraud. At the 2012 Lindau Meeting, 1973 Physics Laureate Ivar Giaever took some time and good humour to discuss the different manifestations of “bad science” in the context of the on-going discussion around climate change:

Ivar Giaever (2012) - The Strange Case of Global Warming

I am happy I am allowed speak for myself after the previous speaker here. And I’m going to talk about the strange case of global warming. I am not really terribly interested in global warming. Like most physicists I really don’t think much about it. But in 2008 I was on a panel here about global warming. And I had to learn something about it. And I spent a day or so, half a day maybe on Google and I was horrified by what I learned. And I’m going to try to explain to you why that was the case. So I also, being on that panel, became very famous because if you search on my name and on global warming together, you get roughly 40,000 hits. That’s much more than I get if I search for my name on superconductivity. So you get sort of into the system. And according to me then what I said at that time and I still agree with: Global warming has become a new religion because you can’t discuss it. And that’s not right. So it starts, just as science, comes in money forms. It’s more like old real science which I hope I do. Then what it is, we have pathological science, that people who fool themselves. And that happened quite often in science. You do something, you have a theory. You do something and my god the experiment shows it, you’re very happy and you publish and you fool yourself. You’ve got to be very careful when you publish. Then we have what we call fraudulent science, which is fortunately very rare. Some people cheat in science on purpose. And I have advice to you. If you want to cheat in science on purpose cheat on something which is not important. Then you won’t be found out. You won’t be very famous either but that’s another case. And finally I have junk science. Junk science often in the medical field. Somebody has 5 people eating onion soup and 5 people eating tomato soup and the 5 people eating onion soup don’t get as much cancer as the 5 people eating the tomato soup. And you can publish that but it’s not very good. And finally we have pseudoscience. And pseudoscience is a very strange thing. Because pseudoscience you begin with a hypothesis which is very appealing to you and then you only look for things which confirm the hypothesis. You don’t look for other things. And so the question then, what I’m going to ask: Is global warming a pseudoscience? And you can be the judge. So here it starts with these 2 people, you saw pictures of them before. If you ask who is a famous scientist in the United States, they say Al Gore. And so somebody said to me you have no business dealing with global warming because you're not a climatologist. But neither is Al Gore, you know. So that’s it. And Pachauri who is a railroad engineer. These 2 people got the Nobel Prize in Peace because of this figure here. And I am ashamed of the Norwegian government who did that. This is almost as bad a Peace Prize as when Obama got the Peace Prize when he got elected. So the Peace Prize is a difficult thing to do right I think. Now, what is this curve here? They are very famous because they made this curve famous. And this is the average temperature of the earth starting from 1860 to roughly 2000. And a temperature change, it’s going from minus .4 degrees to plus 4 degrees. They don’t know it’s so little. It’s not even fever. Now, the average over space on time for the whole earth for the whole year. Now I am dealing with temperature normally, in my normal life I grow cells in tissue culture. And I have to keep the temperature at 37 degrees. And that’s very difficult. But the earth has kept the temperature in 150 years in .8 degrees. But I don’t believe anybody can measure that. It’s impossible to measure that. And because in 1880 the thermometers were placed in various places, in 1900 they were moved, in 1950 they were moved, in 2000 they were moved. How can you figure the average temperature on the earth? I don’t think that’s possible. If I gave 10 people the job of measuring the average temperature in this room you will get 10 different answers. So that’s a very difficult thing to do. So what does it mean then, this curve here? And in my opinion probably nothing. Because I mean why does it matter if the temperature is going up .8 degrees. The average temperature, if indeed you could measure it. So from 1880 to 2013 the temperature has increased then from 288 degree Kelvin to 288.8 degree Kelvin. It’s .3%. It’s very little. And if it’s true, it means to me the temperature has been amazingly stable. I was amazed that the temperature can be so stable. And from 1975 to roughly 2000 you get this curve here and the Co2 and the temperature increased in common. And that’s what the problem is, why the Co2 causes the temperature change. Co2 has very little to do with the temperature change. Water vapour is a much, much, much stronger green gas than the Co2. If you look out of the window, you see the sky, you see the clouds and you don’t see the Co2. And then we come to the hockey stick graph, which the previous speaker showed in a little different matter. And I have to say that I have to rely on H. C. Andersen and “The Emperor’s New Clothes”. But the little boy who was innocent, he didn’t see that the emperor had clothes on and I am the little boy here. I don’t see that the Co2 is the cause of all this problem. For example, and I showed you before, the temperature going up from 288 to 288.8 degrees, .3% in this 150 years. The earth population had gone up from 1.5 billion to 7 billion. Nobody talks about that. And maybe for example that all the paved roads and cut down forests causes the global warming, not the Co2. But nobody talks about that. And actually some person do. This is Steven Chu, which is a Nobel Prize winner from 1977. And he suggests to paint all roofs white because that might help. So at least he, I know him very well, he’s a smart guy but he has been bought by the global warming people and he’s now helping Obama trying to make green energy in the United States. So how come, have you heard about the Copenhagen meeting, how come that can be. Well, it can be because of societies like the American Physical Society. I, as you heard I resigned from the American Physical Society because of this statement. American Physical Society discussed the mass of the proton. The mass of the proton is not incontrovertible according to the American Physical Society but the global warming is. You see that’s religion, that’s a religious statement like the Catholic Church says the earth is not round. And the American physical society says that the global warming occurs. I mean that’s a terrible thing. So I resigned from the Physical Society. I hope I can get 1 or 2 of you to resign as well. Now the other thing is, you see here, this statement taken directly from the American Physical Society. This says: “The global warming is occurring, if non mitigation actions are taken significant disruption in the earth physical and ecological system, social system, security and human health are likely to occur.” So let’s see, look at history. In the last 150 years the earth has got warmer according to these people but human health has got better, the social system is better, everything is better. The earth is much better now than it was 150 years ago. So why is it suddenly changing? Why is it suddenly getting worse? It’s a mystery to me. Then they had a meeting in Cancun and what we get there is typical of a paper. Oxfam report showed that 21,000 people suffered weather related deaths during the first 9 months of 2010. Twice as many as the whole 2009. These are the titbits you see in the paper trying to convince people that global warming is a terrible thing. And I think that’s a strange thing. Now we have the recent meeting in Brazil and if you read in the paper, nothing much has been coming out from that. I could hardly find it when I prepared this slide. And what they try to do is to concentrate on sustainable development. Now we can all agree with that. But one thing you should be very careful, you should not confuse pollution with Co2. Co2 is not a pollution. We are all agree that pollution is a bad thing and so on but it has nothing to do with Co2. So what is the greenhouse effect then? You have heard about it already. What it is, is that without the atmosphere the earth would be roughly 35 degrees colder. The fact that Co2 has increased from 280 to 350 ppm in a 100 years. Temperatures increased .8 degrees C. Is there a cause and effect? You can try to test that. Since 1998, which was the warmest year measured, Co2 has increased up to 396 ppm. So we can then calculate what the effect of the temperature would be. And the very simplest calculation is .8 times 14 divided by 100 is .1 degree warmer. But it is colder today. It is colder now than it was in 1998. That’s 15 years or so. How can that be? If Co2 is increasing regularly, it should be warmer but it’s not. So here you see the curve. This is the Co2 increasing, this is temperatures in 1998 and you see here, I think in 1908, suddenly it dropped maybe .5 degrees or so. Almost got rid of all the global warming entirely in one year. Do you recognise the difference in measurement is very difficult? And so you can’t really measure it. That’s what bothers me that both the people who believe in global warming and the people who are deniers accept the curve. That curve should never be accepted. So here is where the temperature is measured. This is according to NASA Goddard Institute for Space Research. So here in the United States all these dots are places where temperature is measured. Between 30 and 60 degrees, you know, United States is almost completely green. But look below 60 degrees, 60 degrees south, there are 8 thermometers. That includes the South Pole, only 8 thermometers there. How can they talk about average temperature of the earth? I don’t understand it. And furthermore if I ask this rhetorical question: What is the optimal temperature for the earth? It’s clearly not the temperature we have. That would be a miracle. But nobody knows what the optimal temperature is for the earth. It may be 2 degrees warmer, it may be 2 degrees colder. I just don’t know. But it clearly is not the temperature we have today. So Nature of course has gotten into the fact and they have a journal now called Climate Change. My friend said: “Don’t make fun of Nature. Then they won’t publish your papers.” I said: “Nature doesn’t publish my papers anyway so it doesn’t matter.” So, Nature then... This issue, I found out there were several issues, but this issue was free, so I looked up and they grow corn enough for Africa. And they found out which is a big article in this paper that they lose 1% for every day at over 30 degrees C. That’s a very difficult thing to find out. It may be true, maybe not. But if you think about the corn farmers of Iowa, that they’re probably maybe 100 times as efficient as the people in Africa because of the climate and all the things we have in the United States and they grow corn. Unfortunately what we do with that corn, we turn most of it into ethanol. And they mix; in New York State they mix 10% ethanol into the gasoline. And so it affects me directly. Every time I buy gasoline I have to by 10% ethanol mixed in the gasoline. Much less efficient and very costly for the country. Should never have done that. And they don’t mention at all in here how important Co2 is for plant life. And so if you have more Co2 the plant grows better all over the earth. If you have a greenhouse and put carbon dioxide in it the plant grow faster. Plants, Co2 of course is food for plants. And believe it or not the great trees in Bad Schachen are starving. They don’t look like that but they really are because when photosynthesis was developed the carbon dioxide was much higher in the air than it is today, so the plant has a system which is geared for a much higher concentration of carbon dioxide. So here is another thing. All these kind of things, you see, I pick and choose when I do this talk like my previous speakers picked and chose too. So I pick and choose and I really like this one. This is “the body shrinks because of global warming” and all these kind of things like the strawberries have gotten smaller these days for example. The red billed gulls, California squirrels, lynx, wood rats, large number of things get smaller because of global warming, because of the .8 degrees average. Now unfortunately this does not apply to people. My observation is that people get bigger as far as global warming occurs. So here we come then to, you see, remember everything is caused by global warming and then people, it doesn’t get any warmer so we can’t really talk about that. We have to talk about something else. Let’s talk about climate change, ok. So if I look up then it takes 30 years to define a climate according to the people who should know. So when did the climate change? Yesterday, 5 days ago, 5 years ago? I don’t know but that’s what people talk about climate change. And you may have noticed when you talk about the climate change; it’s always to the worse. Nobody says: “Oh I’m so glad the climate is changing, it’s getting better.” But nobody says that. When you say climate change, you mean it’s getting worse. And here is a thing which is difficult to see maybe. Let’s focus on this graph here. This is from the Midwest United States and this is the rainfall over 100 years. And you see the Midwest United states there was a very dry period which you call the dust bowl. Became very famous because of John Steinbeck wrote The Grapes of Wrath. But you see this happened long before now. And here is 100 hundred years, a place in Africa, huge amount of rain. You see these climate things that happened always have happened. Even if you’re religious, you know about Noah, the flood in the bible. You know, that’s really a giant flood. So the climate has always changed. And then we come to people who talk specific. And the one I really like is this thing here. It says: “melting Greenland.” They don’t say the ice melts on Greenland. It sounds more adverse if you say Greenland is really melting, you know. And they show these pictures of floods. So they look at this, just to pick something. And actually if all the glaciers in the world melt, the ocean will rise 1 metre. If all the ice in Greenland melts, the ocean will rise 7 metres. If all the ice on the South Pole melts, the ocean will rise 93 metres. But the fact is that there is more ice in the South Pole now than there ever has been because it’s colder. You know that the previous speaker talked about the northern hemisphere which is getting a little warmer- But the southern hemisphere is getting colder. So that’s the way life is. Now here is a paper by, all I know about this guy is Ola M. Johannessen. He’s a Norwegian. They measure the ice inland on Greenland scientifically by using satellites. And since it’s a Norwegian guy, I’m from Norway, it has to be true, you know. And they found out the last 11 years or so the ice on Greenland has risen 5 centimetres a year, on the inland of Greenland. But you are seeing pictures from the coast. But the inland is increasing. So there are more ice on Greenland now than there was like 15 years ago. And this is a fact. If you don’t believe that you can look at Google. And here I picked up, there are several harbours in Greenland, this is the 5 coldest years measured, the 5 warmest years. These are the coldest years and these are the warmest years. The warmest years were basically in the ‘30’s. But we didn’t worry about Greenland melting at that time. And that’s true for all the temperatures in Greenland. And the coldest years include ’92 and ’93, you know. So the coldest year happened more recent than the warmest years. So we don’t have to worry about Greenland. So since it’s difficult then for the people to talk about climate change you noticed from the previous speaker talked about extreme weather. Now that’s something, you know. But every time we have extreme weather you have 100 year flood. That means it happened 100 years ago as well. You see the weather is no more extreme now than it ever would have been. When we had the big catastrophe in the United States, when New Orleans was almost wiped off the map, we had 8 hurricanes that year. Huge, the papers say this is the future, this is global warming, this is what we have to expect. The next year there was no hurricane in the United States. Nobody wrote in the papers to say there are no hurricanes, this was due to global warming, this we can expect, you know. Only when disasters happen you get into the act and say this is bad. So you feel then you have the sort of extreme weather, then you have when the ocean rises, you have to run away from it but that of course is not the fact. As the question I ask: Is the ocean level increasing? And if you look at this curve here, this is 1,000 years on this scale, 8,000 years ago, this is metres here. So the ocean has risen 15 metres in 8,000 years. If we look at the recent years, this curve here and this is the recent years, the ocean, this is now centimetres and this is 100 years. So the ocean has risen 20 centimetres in 100 years. It rose 20 centimetres in a previous 100 years and so the last 200, 300 years it’s risen roughly 20 centimetres in 100 years. But please note there are no unusual rises of sea levels. It’s not unusual. And to be sure we understand that I’ll repeat it. There is no unusual rise in the sea level. So you’ve got to... You see these are the facts people don’t want to admit to you. They say the sea level is rising. Yes, it is. It’s rising 20 centimetres a century, that’s what it does. So here then is coming back to Al Gore. This polar bear is very famous because he’s running out of ice. And the poor, the cuddly polar bears are dying. But this is the real culprit, the guy with the gun and the polar bears. And as I said I’m from Norway and Spitsbergen, it’s the protectorate of Norway, has polar bears on it. And in 1972 there were roughly hundreds to 1,000 bears there. And now in 2005 there are 4,000 bears there. The reason for that of course, you weren’t allowed to hunt them anymore. They were protected. And what everybody in Norway knows but you probably don’t know is there are more seals now than there have been for a long time. Seal is what polar bear eat. Because people have stopped buying seal skinned coats. And the Canadians and the Norwegians used to club little seal babies to make these beautiful coats. Don’t do that anymore. So there’s a huge amount of seal which is what polar bears eat. So when I resigned from the Physical Society, I got this wonderful problem by a guy named Samson and I really like that. You consider a large room, 20 feet square, 10 feet high. Actually let’s take this room. This is a very large room. And the question he asked is: “If I seal this room off, how many matches do I have to light every day to keep up with the increase in the carbon dioxide in the air due to all the cars spewing out gasoline and stuff?” There are roughly maybe 800 million cars in the world. So how many matches do I have to light in this room to keep up with the carbon dioxide increase in the atmosphere, every day? And this is a good problem for physicists. I was surprised when I saw the problem. But the facts are that for this room here if you light say 1 match you’re probably equivalent to 3 years of cars spewing carbon dioxide into the air. So 1 match in this room is equivalent to all the carbon dioxide the cars in the world put up in the room. If you take this room here, it happened to be 20 years. But this room is much bigger. That’s amazing thing. So the atmosphere is much, much bigger than you think it is. And it’s a relatively easy calculation and I hope you try to do that tonight and you will learn, you know, something about that anyway. But you are sitting here listening to me and you are polluting this room with carbon dioxide as well. So how much are you doing that? Well, you need roughly 2,000 calories a day. So let’s take sugar as the food. And if you do that you have to eat 3 bowls of sugar a day which is 2,000 calories. And the sugar will weigh 450 grams. But the carbon dioxide you breathe out weighs 800 grams. More than the sugar of course because you get the oxygen from the air. So every day you breathe out roughly 800 grams of carbon dioxide, which is equivalent to 400 kilos a year, speaking or 40 tonnes in a lifetime. That’s what you breathe out. But of course it’s only roughly 4% of the total emission because you drive cars and you heat your house and you drive in airplanes and stuff. So it’s only 4%. So it doesn’t help to save the world if you go on a diet. You don’t have to do that, doesn’t do much. So the Chinese policy from 19... This is what Chinese did which I admire very much because they did something about something. What they did, they had 1 child per family and the result is that 375 million Chinese have not been born. Think about that. That’s more than the population of the United States. If you are still worried about global warming, why don’t you try to get the government to limit the child to 1 child per woman? Then you have really done something. The reason people don’t do that of course it’s unpopular. The Chinese did it and it was a very brave and the correct decision I think. Another thing is that the green want this solution. When I see windmills in California I shudder because I see my tax money go out the window. Of course this is the right decision, atomic, nuclear plants. And I know about the earthquake and the tsunami in Japan which causes Germany to ban nuclear power. That was a wrong decision of Germany and I know they will reverse it. I can make any kind of bets on that. And I know here now in the tsunami in Japan, actually that was a dumb thing from the Japanese to begin with to build a nuclear power in an earthquake, prone earth quake area. But it was one of the biggest earthquakes ever had been seen on this earth. And what happened is that 100,000 people, roughly speaking, died in the catastrophe and as far as I know not a single person died from radiation. But we are so worried about radiation. That’s wrong. Nuclear power is the most safe power if you per kilowatt hour produced. So here then there are many ways to spend money. And I feel... Do you feel good using solar cells? I mean do you feel good using solar cells wasting your money, the manufacturing capability, the country and everything else, using solar cells? So here then is a real problem from New York City in 1900. You may think I’m joking but someone had written a book about this. The real problem in New York City was: How can we get enough horses? It’s not a joke, it was a real problem. And there was dead horses lying in the streets of New York at that time. And the other problem of course: How can we get rid of the horse manure, you know? And so now we laugh at that problem. But I say 50 years from now people will look at us and say: “How could these people be so stupid not using nuclear power? How could they possibly be?” So it’s a question I ask then: Are we afraid of change? And this is an American character who is not afraid, “What, me worry?”. And here is a picture of the Earth in some millions of years. The Earth is changing. Things are changing for heaven’s sake. We can’t keep still the same. This is the American foreign policy. They try to keep things the same because we have it well in America. So their policy is to keep things unchanged. But even the foreign policy of the United States can’t manage to do that. And we certainly can’t manage to keep the Earth not different. So I think we have to learn to live with change. That’s one thing. And here’s a picture of myself, my wife and me. We got married roughly 60 years ago. This is how we looked. This is how we look today. You see we have changed. And notice... Unfortunately we have changed. And notice also that a new picture is a colour picture. There was no colour when I got married. So as far as I'm concerned we have left the world in a better shape than we arrived. And this will continue. So here is some Antarctic ice core which I haven’t showed. You see roughly every 100,000 years we get an ice age. Does it happen now, you see, does it happen, an ice age? People lived, this is 400,000 years ago, people lived on the earth through these changes. But they come and they look like we are ready for another ice age. And then people say: “Oh please burn some coal, you know. Keep warming up the earth.” And the other interesting thing about this is that the blue line is the temperature and the temperature increases before the carbon dioxide. And a lot of peddling and writing and things to try to get that changed around. But the facts are that these are the experiments. So finally then we get to the end and this is from The Economist: “Don’t despair. Grounds for hope on global warming.” And if I ask the rhetorical question: Is climate science a pseudoscience? And if I'm going to answer the question, the answer is: Absolutely. So thank you very much. Applause.

Ich freue mich, dass ich nach meinem Vorredner selbst sprechen darf. Ich möchte über das sonderbare Phänomen der globalen Erwärmung sprechen. Ich interessiere mich nicht sonderlich für dieses Thema. Wie die meisten Physiker denke ich eigentlich nicht viel darüber nach. Ich habe einen ganzen Tag oder vielleicht einen halben gegoogelt und war entsetzt über das, was ich gelesen habe. Ich werde versuchen Ihnen zu erklären warum. Dadurch, dass ich an dieser Diskussionsrunde teilgenommen habe, bin ich zudem sehr bekannt geworden. Wenn Sie nach meinem Namen in Kombination mit der globalen Erwärmung suchen, erhalten Sie rund 40.000 Treffer. Das ist erheblich mehr als Sie erhalten, wenn Sie meinen Namen und den Begriff Supraleitfähigkeit eingeben. Man wird also irgendwie Teil des Systems. Meiner Ansicht nach - ich habe das damals schon gesagt und bin nach wie vor dieser Meinung - ist die globale Erwärmung eine Art neue Religion geworden, weil man sie nicht diskutieren kann. Das ist nicht in Ordnung. Wissenschaft kann viele Gesichter haben. Was ich mache, ist hoffentlich eher die gute alte Wissenschaft. Es gibt aber auch eine pathologische Wissenschaft, also Leute, die sich selbst etwas vormachen. Das kommt in der Wissenschaft recht häufig vor. Sie machen etwas, haben eine Theorie und das Experiment belegt es; Sie sind glücklich, publizieren die Ergebnisse und blamieren sich. Sie müssen beim Publizieren sehr vorsichtig sein. Dann gibt es die arglistige Wissenschaft, die glücklicherweise sehr selten auftritt. Mancher Wissenschaftler betrügt vorsätzlich. Ich habe diesbezüglich einen Rat für Sie: Wenn Sie in der Wissenschaft vorsätzlich betrügen wollen, tun Sie es bei einem eher unwichtigen Thema, dann fliegen Sie nicht auf. Andererseits werden Sie dann auch nicht wirklich berühmt, aber das steht auf einem anderen Blatt. Und schließlich gibt es die Schrottwissenschaft, häufig im medizinischen Bereich. Da essen 5 Leute Zwiebelsuppe und 5 Tomatensuppe, und die 5 Leute, die Zwiebelsuppe essen, kriegen genauso wenig Krebs wie die 5 Leute, die Tomatensuppe essen. Das können Sie publizieren, aber es hat keinen großen Wert. Zu guter Letzt haben wir die Pseudowissenschaft. Dabei handelt es sich um ein sehr merkwürdiges Phänomen, denn die Pseudowissenschaft beginnt mit einer sehr ansprechenden Hypothese, so dass Sie nur nach Fakten suchen, die diese Hypothese bestätigen. Nach etwas anderem suchen Sie nicht. Die Frage, die ich stellen möchte, lautet also: Handelt es sich bei der globalen Erwärmung um Pseudowissenschaft? Sie können entscheiden. Wir beginnen mit diesen beiden Personen hier; Sie haben bereits Bilder von ihnen gesehen. Fragt man, wer ein berühmter Wissenschaftler in den Vereinigten Staaten ist, ist die Antwort Al Gore. Jemand hat zu mir gesagt, ich wäre beim Thema globale Erwärmung nicht kompetent, weil ich kein Klimaforscher bin. Al Gore aber auch nicht. So ist das. Pachauri ist Eisenbahningenieur. Diese beiden Menschen haben den Friedensnobelpreis erhalten, und zwar aufgrund dieser Zahl. Ich schäme mich für die norwegische Regierung, die dafür verantwortlich ist. Dieser Friedensnobelpreis ist fast so schlimm wie der, der Obama zu Beginn seiner Amtszeit verliehen wurde. Mit diesem Preis ist das so eine Sache. Was bedeutet diese Kurve hier? Die beiden sind so berühmt, weil sie diese Kurve berühmt gemacht haben. Sie stellt die Durchschnittstemperatur der Erde von 1860 bis etwa 2000 dar, eine Temperaturveränderung von -0,4 bis +0,4 Grad. Bei der globalen Erwärmung geht es also um 0,8 Grad. Sie wissen nicht, dass die Veränderung nur so gering ist. Das ist noch nicht einmal Fieber. Die Kurve stellt den zeitlichen und räumlichen Verlauf des Temperaturdurchschnitts für die gesamte Erde über das ganze Jahr dar. Ich kenne mich mit Temperatur aus, normalerweise züchte ich Zellen in einer Gewebekultur und muss die Temperatur bei 37 Grad halten. Das ist sehr schwierig. Doch die Erde hat ihre Temperatur in 150 Jahren nur um 0,8 Grad verändert. Obwohl ich glaube, dass keiner das messen kann; das ist nicht messbar. Wie kann man die Durchschnittstemperatur auf der Erde ermitteln? Ich halte das nicht für möglich. Würde ich 10 Leute damit beauftragen, die Durchschnittstemperatur in diesem Raum zu messen, würden wir 10 verschiedene Antworten erhalten. Das ist also sehr schwierig. Was bedeutet diese Kurve also? Meiner Meinung nach wahrscheinlich nichts. Warum ist es wichtig, wenn die Durchschnittstemperatur um 0,8 Grad steigt, sofern man sie überhaupt messen kann? Von 1880 bis 2013 hat die Temperatur von 288 Grad Kelvin auf 288,8 Grad Kelvin, also um 0,3% zugenommen. Das ist sehr wenig. Wenn das stimmt, ist die Temperatur meiner Ansicht nach erstaunlich stabil geblieben. Ich war überrascht, dass die Temperatur so stabil sein kann. Von 1975 bis etwa 2000 erhält man diese Kurve hier; CO2 und die Temperatur steigen gleichermaßen an. Und genau das ist das Problem: Warum bewirkt CO2 eine Temperaturveränderung? CO2 hat damit nur sehr wenig zu tun. Wasserdampf ist ein wesentlich stärkeres Treibhausgas als CO2. Wenn Sie aus dem Fenster schauen, sehen Sie den Himmel, die Wolken, aber kein CO2. Jetzt kommen wir wieder zu der Hockeyschlägerkurve, die Ihnen mein Vorredner in einem etwas anderen Zusammenhang gezeigt hat. Ich stütze mich hier auf das Märchen "Des Kaisers neue Kleider" von H. C. Andersen. Der kleine unschuldige Junge sah nicht, dass der Kaiser angezogen war, und ich bin jetzt dieser kleine Junge. Ich sehe nicht, dass CO2 all diese Probleme verursacht. Wie ich Ihnen vorhin gezeigt habe, ist die Temperatur in diesen 150 Jahren um 0,3% von 288 auf 288,8 Grad gestiegen. Die Weltbevölkerung hat von 1,5 auf 7 Milliarden zugenommen. Darüber spricht niemand. Es könnte z.B. sein, dass die geteerten Straßen und abgeholzten Wälder die globale Erwärmung verursachen und nicht das CO2. Aber darüber spricht niemand. Bis auf einen, Steven Chu, Nobelpreisträger von 1977. Er schlägt vor, alle Dächer weiß zu streichen, denn das könnte helfen. Ich kenne ihn gut, er ist ein schlauer Kopf, doch er hat sich von den Anhängern der globalen Erwärmung kaufen lassen und unterstützt jetzt Obama bei der Erzeugung von grüner Energie in den Vereinigten Staaten. Haben Sie von der Konferenz in Kopenhagen gehört? Wie kann so etwas geschehen? Weil es Gesellschaften wie die American Physical Society (APS) gibt. Wie Sie vielleicht gehört haben, bin ich aus dieser Gesellschaft ausgetreten, weil es dort hieß "Die Beweise sind unumstößlich." In der American Physical Society wurde die Protonenmasse diskutiert. Die Protonenmasse ist laut APS nicht unumstößlich, wohl aber die globale Erwärmung. Sie sehen, das ist Religion, eine religiöse Behauptung, wie wenn die katholische Kirche sagt, die Erde ist nicht rund. Die American Physical Society erklärt, dass die globale Erwärmung stattfindet. Das ist doch grauenhaft. Also bin ich aus der American Physical Society ausgetreten. Ich hoffe, ich kann den einen oder anderen von Ihnen auch dazu bewegen. Diese Aussage stammt ebenfalls direkt von der American Physical Society: "Die globale Erwärmung findet statt; erfolgen keine Maßnahmen zur Schadensbegrenzung, wird es wahrscheinlich zu Störungen im physikalischen und ökologischen System der Erde sowie zu sozialen, sicherheitstechnischen und gesundheitlichen Problemen kommen." Schauen wir uns einmal die Geschichte an. In den letzten 150 Jahren hat sich die Erde nach Angaben dieser Leute erwärmt, der Gesundheitszustand der Menschen, das Sozialsystem usw. haben sich dagegen verbessert. Der Erde geht es wesentlich besser als vor 150 Jahren. Warum verändert sie sich also plötzlich? Warum geht es ihr auf einmal schlechter? Das ist mir ein Rätsel. Dann gab es eine Konferenz in Cancun; hier sehen Sie ein typisches Paper. Im Oxfam-Bericht stand, dass in den ersten 9 Monaten des Jahres 2010 21.000 Menschen wetterbedingt starben, doppelt so viele wie im gesamten Jahr 2009. Das sind die Leckerbissen in dem Paper, mit denen die Leute überzeugt werden sollen, dass die globale Erwärmung eine schlimme Sache ist. Ich finde das seltsam. Hier haben wir die letzte Tagung in Brasilien; wenn Sie Zeitung lesen, wissen Sie, dass nicht viel dabei herausgekommen ist. Bei der Erstellung dieser Folie konnte ich kaum Informationen dazu finden. Man will sich auf eine nachhaltige Entwicklung konzentrieren. Damit sind wir alle einverstanden. Bei einer Sache sollten Sie sehr vorsichtig sein - verwechseln Sie nicht Umweltverschmutzung mit CO2. CO2 ist kein Schadstoff. Wir sind uns alle einig, dass Umweltverschmutzung schlecht ist, aber das hat nichts mit CO2 zu tun. Aber was bedeutet dann der Treibhauseffekt? Sie haben bereits davon gehört. Er bedeutet, dass die Erde ohne die Atmosphäre etwa 35 Grad kälter wäre. CO2 ist innerhalb von 100 Jahren von 280 auf 350 ppm angestiegen, die Temperatur hat um 0,8 Grad Celsius zugenommen. Handelt es sich hier um Ursache und Wirkung? Das lässt sich überprüfen. Seit 1998, dem wärmsten jemals gemessenen Jahr, ist CO2 auf bis zu 396 ppm angestiegen. Wir berechnen nun ganz einfach die Auswirkung auf die Temperatur: 0,8 mal 14 geteilt durch 100 ist 0,1 Grad wärmer. Es ist aber heute kälter als 1998. Das ist eine Zeitspanne von 15 Jahren. Wie kann das sein? Bei einer konstanten CO2-Zunahme sollte es heute wärmer sein. Das ist aber nicht der Fall. Hier sehen Sie die Kurve. Das ist der CO2-Anstieg, das die Temperatur 1998 und 1908; plötzlich ist sie um vielleicht 0,5 Grad, also um fast die gesamte globale Erwärmung in einem Jahr gefallen. Wie Sie merken, ist der Unterschied in der Messung sehr schwierig; man kann ihn nicht wirklich messen. Es macht mir Sorgen, dass sowohl die Leute, die an die globale Erwärmung glauben, als auch die, die es nicht tun, dieser Kurve Glauben schenken. Niemand sollte das tun. Hier sehen Sie die Temperaturmesspunkte gemäß dem NASA Goddard Institute for Space Research. All diese Punkte hier in den Vereinigten Staaten zwischen dem 30. und dem 60. Breitengrad sind Stellen, an denen die Temperatur gemessen wird. Sie wissen, die Vereinigten Staaten sind fast überall grün. Südlich des 60. Breitengrades finden sich nur an acht Stellen inklusive dem Südpol Thermometer. Wie kann man da von einer Durchschnittstemperatur der Erde sprechen? Das verstehe ich nicht. Außerdem möchte ich diese rhetorische Frage stellen: Was ist die optimale Temperatur für die Erde? Sicherlich nicht die Temperatur, die wir haben. Das wäre ein Wunder. Doch niemand kennt die optimale Temperatur für die Erde. Vielleicht 2 Grad wärmer oder 2 Grad kälter - ich weiß es nicht. Doch sicher nicht die Temperatur, die wie heute haben. Natürlich hat sich auch Nature mit dem Thema beschäftigt und bringt jetzt eine Fachzeitschrift namens Climate Change heraus. Ein Freund von mir meinte: "Mach dich nicht über Nature lustig. Sie werden Deine Paper nicht mehr veröffentlichen." Ich sagte: "Das macht nichts - Nature veröffentlich meine Paper sowieso nicht." Tja, Nature... ich habe mir dieses Heft durchgeblättert - es gab mehrere, aber dieses war umsonst - und gelesen, dass vor allem in Nordafrika Mais angebaut wird. Man hat jedoch festgestellt - ein großer Artikel in diesem Heft beschäftigt sich damit - dass man an jedem Tag mit einer Temperatur über 30 Grad Celsius mit 1% Verlust rechnen muss. Das ist nicht leicht zu ermitteln. Vielleicht stimmt es, vielleicht auch nicht. Die Maisbauern in Iowa sind wegen des Klimas und all der Dinge, die wir in den Vereinigten Staaten haben, wahrscheinlich 100 Mal effizienter als die Menschen in Afrika - und was machen wir? Wir wandeln den Mais zum Großteil in Ethanol um. Im Bundesstaat New York werden dem Benzin 10% Ethanol beigemengt. Das betrifft mich also direkt. Jedes Mal, wenn ich tanke, habe ich 10% Ethanol im Benzin. Erheblich weniger effizient und sehr kostspielig für das Land. Das hätte man niemals machen sollen. An keiner Stelle wird erwähnt, wie wichtig CO2 für die Pflanzenwelt ist. Steigt der CO2-Gehalt, wachsen überall auf der Welt die Pflanzen besser. Leitet man Kohlendioxid in ein Gewächshaus, wachsen die Pflanzen schneller. CO2 ist ein Pflanzennährstoff. Und ob Sie es glauben oder nicht, die großen Bäume in Bad Schachen hungern. Sie sehen nicht so aus, aber sie tun es, denn als sich die Photosynthese entwickelte, war der Kohlendioxidgehalt in der Luft wesentlich höher als heute. Pflanzen verfügen also über ein System, das für eine erheblich höhere Kohlendioxidkonzentration ausgelegt ist. Eine weitere Folie. Sie sehen, ich picke mir bei diesem Vortrag die Rosinen heraus, genau wie meine Vorredner. Diese Folie z.B. gefällt mir besonders: "Der Körper schrumpft aufgrund der globalen Erwärmung". All diese Sachen, z.B. dass die Erdbeeren heutzutage kleiner sind. Die Rotschnabelmöwe, das kalifornische Eichhörnchen, der Luchs, die Buschratte - vieles wird aufgrund der globalen Erwärmung von durchschnittlich 0,8 Grad kleiner. Leider trifft das nicht auf Menschen zu. Meine Beobachtung ist, dass die Menschen mit zunehmender globaler Erwärmung immer dicker werden. Jetzt sind wir wieder an dem Punkt, Sie erinnern sich, an dem alles durch die globale Erwärmung verursacht wird. Die Leute sagen "Es wird nicht wärmer, also können wir eigentlich nicht darüber reden. Wir müssen über etwas anderes reden. Reden wir doch über den Klimawandel." Laut denjenigen, die es wissen sollten, benötigt man zur Definition des Klimas 30 Jahre. Wann hat sich also das Klima verändert? Gestern, vor 5 Tagen, vor 5 Jahren? Ich weiß es nicht, aber genau so wird über den Klimawandel geredet. Sie haben bei Gesprächen zu dem Thema vielleicht bemerkt, dass es sich immer um eine Veränderung zum Schlechten handelt. Niemand sagt: "Oh, ich bin ja so froh, dass sich das Klima verändert, es wird besser." Niemand sagt das. Mit Klimawandel meint man immer den Wandel zum Schlechten. Das hier können Sie vielleicht nicht gut erkennen. Konzentrieren wir uns deshalb auf diese Kurve. Sie stellt die Niederschläge im mittleren Westen der Vereinigten Staaten in den letzten 100 Jahren dar. Wie Sie sehen, gab es in den Bundesstaaten des mittleren Westens der USA eine starke Dürreperiode; diese Staaten wurden daher als "dust bowl", Staubschüssel bezeichnet. Berühmt wurden sie durch den Roman "Früchte des Zorns" von John Steinbeck. Das war vor langer Zeit. Wenn Sie religiös sind, kennen Sie die Geschichte von Noah und der Sintflut aus der Bibel. Das war wirklich eine gigantische Flut. Das Klima hat sich also stets gewandelt. Jetzt kommen wir zu Leuten, die ihre ganz eigene Ausdrucksweise haben. Ein Bild, das mir besonders gefällt, ist dieses hier: "Schmelzendes Grönland." Sie sagen nicht, dass das Eis auf Grönland schmilzt. Es klingt dramatischer, wenn man sagt, Grönland selbst schmilzt, und dann Flutbilder zeigt. Das nur als Beispiel. Wenn alle Gletscher auf der Welt schmelzen, steigt der Meeresspiegel um 1 Meter. Schmilzt das gesamte Eis in Grönland, steigt der Meeresspiegel um 7 Meter. Schmilzt das gesamte Eis am Südpol, steigt der Meeresspiegel um 93 Meter. Es ist jedoch eine Tatsache, dass sich derzeit mehr Eis am Südpol findet als je zuvor, weil es kälter ist. Sie wissen, dass mein Vorredner über die nördliche Hemisphäre gesprochen hat, die sich leicht erwärmt. Die südliche Hemisphäre wird dagegen kälter. So ist das Leben. Hier haben wir ein Paper von - alles, was ich von ihm weiß ist, dass er Ole M. Johannessen heißt und Norweger ist. Er hat das grönländische Inlandeis mittels Satelliten wissenschaftlich vermessen. Und da ich auch Norweger bin, muss er Recht haben. Sie fanden heraus, dass das Inlandeis auf Grönland in den letzten 11 Jahren um 5 Zentimeter jährlich angewachsen ist. Sie sehen immer nur Bilder von der Küste; das Inlandeis aber nimmt zu. Es gibt also mehr Eis auf Grönland als vor 15 Jahren. Das ist eine Tatsache. Wenn Sie das nicht glauben, schauen Sie bei Google nach. Hier habe ich eine Folie mit den Temperaturen für verschiedene Häfen in Grönland herausgesucht; das sind die 5 kältesten bzw. wärmsten jemals gemessenen Tage. Das sind die kältesten und die wärmsten Jahre. Die wärmsten Jahre gab es mehr oder weniger in den 30er Jahren; damals hat man sich über ein schmelzendes Grönland jedoch keine Sorgen gemacht, egal bei welchen Temperaturen. Zu den kältesten Jahren gehörten 1992 und 1993. Das kälteste Jahr war also neueren Datums als die wärmsten Jahre. Wir müssen uns somit um Grönland keine Sorgen machen. Da es schwierig ist von Klimawandel zu sprechen, benutzte mein Vorredner, wie Sie vielleicht bemerkt haben, den Begriff Wetterextreme. Na, das ist doch mal was. Wenn wir aber bei jeder extremen Wetterlage eine Jahrhundertflut haben, bedeutet das, dass es so etwas vor 100 Jahren auch schon gegeben hat. Sie sehen, das Wetter ist heute nicht extremer als früher. In dem Jahr, als wir die große Katastrophe in den Vereinigten Staaten hatten, bei der New Orleans beinahe von der Landkarte getilgt wurde, gab es acht Wirbelstürme. Laut den Zeitungen ist das unsere Zukunft, das ist die globale Erwärmung, damit müssen wir rechnen. Im nächsten Jahr gab es keinen Hurrikan in den Vereinigten Staaten. Die Zeitungen schrieben aber nicht, dass es aufgrund der globalen Erwärmung keine Wirbelstürme gab und so die Zukunft aussieht. Nur wenn Katastrophen geschehen, wird man aufmerksam und sagt, das ist schlimm. Bei diesen Extremwetterlagen oder einem ansteigenden Meeresspiegel hat man das Gefühl davonrennen zu müssen. Aber dem ist natürlich nicht so. Meine Frage lautet daher: Steigt der Meeresspiegel? Betrachten Sie diese Kurve hier; das sind 1000 Jahre auf dieser Skala, also insgesamt 8000 Jahre, ausgedrückt in Metern. Der Meeresspiegel ist also in 8000 Jahren um 15 Meter gestiegen. Diese Kurve hier stellt den Meeresspiegel in den letzten Jahren dar, diesmal in Zentimetern pro 100 Jahre. Der Meeresspiegel ist also in 100 Jahren um 20 Zentimeter gestiegen. Er ist auch in den 100 Jahren davor um 20 Zentimeter gestiegen. In den letzten 200, 300 Jahren ist er jeweils um etwa 20 Zentimeter pro 100 Jahre gestiegen. Ich weise darauf hin, dass es keinen ungewöhnlichen Anstieg des Meeresspiegels gibt. Daran ist nichts Ungewöhnliches. Ich wiederhole das noch mal, damit Sie es auch wirklich verstehen. Es gibt keinen ungewöhnlichen Anstieg des Meeresspiegels. Das sind die Fakten, die die Leute nicht zugeben wollen. Sie sagen, der Meeresspiegel steigt. Ja, das tut er. Er steigt in einem Jahrhundert um 20 Zentimeter. An dieser Stelle komme ich wieder auf Al Gore zurück. Dieser Eisbär ist berühmt, weil sein Eis zur Neige geht. Die armen, knuddeligen Eisbären sterben. Der eigentliche Übeltäter ist aber der Typ hier mit dem Gewehr. Ich bin wie gesagt Norweger und komme aus Spitzbergen, einem norwegischen Protektorat. Dort leben Eisbären. Der Grund dafür ist natürlich, dass sie nicht mehr gejagt werden dürfen. Sie wurden geschützt. Was jeder in Norwegen weiß, aber Sie vermutlich nicht, ist, dass es heute mehr Seehunde gibt als früher - sie sind Beutetiere der Eisbären - weil die Leute keine Mäntel aus Seehundfell mehr kaufen. Früher haben die Kanadier und Norweger kleine Seehundbabys erschlagen, um daraus schöne Pelze zu machen. Das tun sie heute nicht mehr. Deswegen gibt es viele Seehunde, von denen sich die Eisbären ernähren. Als ich aus der American Physical Society ausgetreten bin, hat mir ein Typ namens Samson ein kniffliges Problem mit auf den Weg gegeben, das mir sehr gefällt. Denken Sie sich einen großen Raum von 6 mal 6 Metern, 3 Meter hoch. Wir können auch diesen Raum hier nehmen, er ist sehr groß. Die Frage lautet: "Wenn ich diesen Raum versiegle, wie viele Streichhölzer muss ich täglich anzünden, damit dies dem Kohlendioxidanstieg in der Luft infolge der weltweiten Autoabgase entspricht?" Es gibt ungefähr 800 Millionen Autos auf der Welt. Wie viele Streichhölzer muss ich also täglich in diesem Raum anzünden, um mit dem Kohlendioxidanstieg in der Atmosphäre Schritt zu halten? Das ist ein gutes Problem für Physiker, es hat mich überrascht. Wenn Sie in diesem Raum ein Streichholz anzünden, entspricht das wahrscheinlich dem Kohlendioxidausstoß aller Autos weltweit innerhalb von 3 Jahren. Für unseren Raum hier wären es 20 Jahre, aber er ist ja auch viel größer. Das ist wirklich erstaunlich. Die Atmosphäre ist erheblich weitläufiger als man denkt. Es handelt sich um eine relativ einfache Berechnung und ich hoffe, Sie probieren sie heute Abend aus und lernen etwas dabei. Sie sitzen jetzt hier und hören mir zu; dabei kontaminieren Sie den Raum mit Kohlendioxid. In welchem Ausmaß tun Sie das? Nun, man benötigt etwa 2000 Kalorien am Tag. Wenn wir Zucker als Nährstoff nehmen, müssten Sie am Tag drei Schüsselchen Zucker essen, das sind 2000 Kalorien. Der Zucker wiegt 450 Gramm. Das Kohlendioxid, das Sie ausatmen, wiegt aber aufgrund des Sauerstoffs aus der Luft 800 Gramm, also mehr als der Zucker. Sie atmen also jeden Tag ungefähr 800 Gramm Kohlendioxid aus, das entspricht 400 Kilogramm im Jahr und 40 Tonnen bis zum Lebensende. Das sind aber natürlich nur etwa 4% Ihrer Gesamtemissionen, denn Sie fahren Auto, heizen Ihr Haus, fliegen und so weiter. Es sind also nur 4%, so dass man die Welt durch Diät nicht retten kann. Lassen Sie das, es nützt nicht viel. Die Chinesen haben Folgendes getan, wofür ich sie sehr bewundere, denn immerhin haben sie überhaupt etwas getan: sie haben nur ein Kind pro Familie. Das Ergebnis ist, dass 375 Millionen Chinesen nicht geboren wurden. Denken Sie mal darüber nach, das ist mehr als die Bevölkerung der Vereinigten Staaten. Wenn Sie sich immer noch Sorgen um die globale Erwärmung machen, warum versuchen Sie dann nicht die Regierung dazu zu veranlassen, pro Frau nur noch ein Kind zu erlauben? Dann haben Sie wirklich etwas erreicht. Der Grund, warum die Leute das nicht machen, ist natürlich, dass es unpopulär ist. Die Chinesen haben es getan, was meiner Ansicht nach eine sehr mutige und richtige Entscheidung war. Die Grünen wollen dagegen diese Lösung. Wenn ich Windräder in Kalifornien sehe, schaudert es mich, weil ich sehe, wie meine Steuergelder zum Fenster rausgeschmissen werden. Natürlich ist das hier die richtige Entscheidung - Atomkraftwerke. Ich weiß, dass Deutschland wegen des Erdbebens und des Tsunamis in Japan aus der Atomkraft ausgestiegen ist. Diese Entscheidung war falsch und ich bin mir sicher, dass Deutschland sie rückgängig machen wird. Darauf wette ich. Wegen des Tsunamis in Japan muss man sagen, dass es ein Fehler war, dass Japan überhaupt ein Atomkraftwerk in einem erdbebengefährdeten Gebiet gebaut hat. Bei dem Erdbeben handelte es sich um eines der schwersten Erdbeben überhaupt. Bei der Katastrophe starben ungefähr 100.000 Menschen, soweit ich weiß jedoch keiner aufgrund von Strahlung. Wir haben so Angst vor Strahlung, aber das ist Unsinn. Atomkraft ist die sicherste Energieform pro erzeugter Kilowattstunde. Es gibt viele Wege Geld auszugeben. Sind Sie zufrieden, wenn Sie Solarzellen benutzen? Ich meine, sind Sie zufrieden, wenn Sie Ihr Geld, die Herstellungskapazitäten, die Landfläche und alles andere durch Verwendung von Solarzellen verschwenden? Hier haben wir ein echtes Problem der Stadt New York um 1900. Sie denken vielleicht, ich mache Witze, aber jemand hat darüber ein Buch geschrieben. Das eigentliche Problem in New York war: Wie können wir genügend Pferde bekommen? Das ist kein Witz, das war ein echtes Problem. In den Straßen der Stadt lagen damals tote Pferde. Das andere Problem war natürlich: Wie können wir den Pferdemist entsorgen? Heute lachen wir über dieses Problem. In 50 Jahren werden die Leute uns anschauen und sagen: "Wie konnten die nur so dumm sein und aus der Atomkraft aussteigen?" Deshalb frage ich: Haben wir Angst vor Veränderungen? Das hier ist eine amerikanische Figur, die keine Angst hat: "Was, ich Angst?" Hier haben wir ein Bild von der Erde in einigen Millionen Jahren. Die Erde verändert sich, die Dinge verändern sich. Wir können nicht dieselben bleiben. Das ist die amerikanische Außenpolitik. Die Dinge sollen so bleiben, wie sie sind, denn es geht den Amerikanern gut. Deshalb verfolgt man eine Politik des Stillstands. Doch selbst die Außenpolitik der Vereinigten Staaten schafft das nicht, und wir können die Erde auch nicht davon abhalten sich zu verändern. Wir müssen also meiner Ansicht nach lernen mit Veränderungen zu leben. Das ist das eine. Sie sehen hier ein Bild von mir und meiner Frau. Wir haben vor etwa 60 Jahren geheiratet. Damals sahen wir so aus. Und jetzt schauen Sie, wie wir heute aussehen. Wir haben uns verändert. Leider haben wir uns verändert. Wie Sie sehen, ist das neue Bild ein Farbfoto. Als ich geheiratet habe, gab es das nicht. Was mich betrifft, so verlasse ich die Welt also in einem besseren Zustand als bei meiner Ankunft. Und so wird es weitergehen. Hier sehen Sie einen antarktischen Eiskern, den ich Ihnen noch nicht gezeigt habe. Rund alle 100.000 Jahre tritt eine Eiszeit ein. Geschieht das vielleicht gerade jetzt? Die Menschen - das hier war vor 400.000 Jahren - haben diese Veränderungen auf der Erde schon immer durchlebt. Wenn heute eine neue Eiszeit droht, sagen die Leute: "Oh, bitte verbrennt Kohle, um die Erde aufzuwärmen." Interessant ist auch, dass die Temperatur - die blaue Linie - vor dem Kohlendioxid ansteigt. Man kann tun und machen, was man will, um etwas daran zu drehen, es ändert nichts an der Tatsache, dass dies die Experimente sind. Hiermit komme ich zum Ende und möchte aus dem Economist zitieren: "Verzweifeln Sie nicht. Begründete Hoffnung bezüglich der globalen Erwärmung." Und ich stelle noch einmal die rhetorische Frage: Ist Klimaforschung eine Pseudowissenschaft? Die Antwort lautet: Absolut. Vielen Dank.

Ivar Giaever on the Various Forms of Science
(00:01:43 - 00:03:19)

One of the important points made by Giaever is that scientists may quite easily become victims of their own convictions and enthusiasm, thus losing objectivity. In the field of medicine this was acknowledged some time ago. If, for example, a new drug is tested on patients today, it is mandatory to conduct a double-blind study. In such studies, neither the patient nor the treating physician know, whether the administered pills contain an actual drug or are just a placebo. In any other scenario, the patient might be - consciously or subconsciously - tricked into experiencing the well-known “placebo effect” - an improvement of his symptoms based solely on the belief in the applied treatment.

But let’s go back to Giaever’s talk, which is in fact a truly remarkable one. As of February 2013, this particular lecture is the most frequently viewed item in the Mediatheque of the Lindau Nobel Laureate Meetings. And it is not very likely that this situation will change anytime soon. The reasons are certainly not Giaever’s comments on the manifestations of “bad science” - but the message he delivered a couple of minutes later. A message, which is perfectly suited to stir up attention:

Ivar Giaever (2012) - The Strange Case of Global Warming

I am happy I am allowed speak for myself after the previous speaker here. And I’m going to talk about the strange case of global warming. I am not really terribly interested in global warming. Like most physicists I really don’t think much about it. But in 2008 I was on a panel here about global warming. And I had to learn something about it. And I spent a day or so, half a day maybe on Google and I was horrified by what I learned. And I’m going to try to explain to you why that was the case. So I also, being on that panel, became very famous because if you search on my name and on global warming together, you get roughly 40,000 hits. That’s much more than I get if I search for my name on superconductivity. So you get sort of into the system. And according to me then what I said at that time and I still agree with: Global warming has become a new religion because you can’t discuss it. And that’s not right. So it starts, just as science, comes in money forms. It’s more like old real science which I hope I do. Then what it is, we have pathological science, that people who fool themselves. And that happened quite often in science. You do something, you have a theory. You do something and my god the experiment shows it, you’re very happy and you publish and you fool yourself. You’ve got to be very careful when you publish. Then we have what we call fraudulent science, which is fortunately very rare. Some people cheat in science on purpose. And I have advice to you. If you want to cheat in science on purpose cheat on something which is not important. Then you won’t be found out. You won’t be very famous either but that’s another case. And finally I have junk science. Junk science often in the medical field. Somebody has 5 people eating onion soup and 5 people eating tomato soup and the 5 people eating onion soup don’t get as much cancer as the 5 people eating the tomato soup. And you can publish that but it’s not very good. And finally we have pseudoscience. And pseudoscience is a very strange thing. Because pseudoscience you begin with a hypothesis which is very appealing to you and then you only look for things which confirm the hypothesis. You don’t look for other things. And so the question then, what I’m going to ask: Is global warming a pseudoscience? And you can be the judge. So here it starts with these 2 people, you saw pictures of them before. If you ask who is a famous scientist in the United States, they say Al Gore. And so somebody said to me you have no business dealing with global warming because you're not a climatologist. But neither is Al Gore, you know. So that’s it. And Pachauri who is a railroad engineer. These 2 people got the Nobel Prize in Peace because of this figure here. And I am ashamed of the Norwegian government who did that. This is almost as bad a Peace Prize as when Obama got the Peace Prize when he got elected. So the Peace Prize is a difficult thing to do right I think. Now, what is this curve here? They are very famous because they made this curve famous. And this is the average temperature of the earth starting from 1860 to roughly 2000. And a temperature change, it’s going from minus .4 degrees to plus 4 degrees. They don’t know it’s so little. It’s not even fever. Now, the average over space on time for the whole earth for the whole year. Now I am dealing with temperature normally, in my normal life I grow cells in tissue culture. And I have to keep the temperature at 37 degrees. And that’s very difficult. But the earth has kept the temperature in 150 years in .8 degrees. But I don’t believe anybody can measure that. It’s impossible to measure that. And because in 1880 the thermometers were placed in various places, in 1900 they were moved, in 1950 they were moved, in 2000 they were moved. How can you figure the average temperature on the earth? I don’t think that’s possible. If I gave 10 people the job of measuring the average temperature in this room you will get 10 different answers. So that’s a very difficult thing to do. So what does it mean then, this curve here? And in my opinion probably nothing. Because I mean why does it matter if the temperature is going up .8 degrees. The average temperature, if indeed you could measure it. So from 1880 to 2013 the temperature has increased then from 288 degree Kelvin to 288.8 degree Kelvin. It’s .3%. It’s very little. And if it’s true, it means to me the temperature has been amazingly stable. I was amazed that the temperature can be so stable. And from 1975 to roughly 2000 you get this curve here and the Co2 and the temperature increased in common. And that’s what the problem is, why the Co2 causes the temperature change. Co2 has very little to do with the temperature change. Water vapour is a much, much, much stronger green gas than the Co2. If you look out of the window, you see the sky, you see the clouds and you don’t see the Co2. And then we come to the hockey stick graph, which the previous speaker showed in a little different matter. And I have to say that I have to rely on H. C. Andersen and “The Emperor’s New Clothes”. But the little boy who was innocent, he didn’t see that the emperor had clothes on and I am the little boy here. I don’t see that the Co2 is the cause of all this problem. For example, and I showed you before, the temperature going up from 288 to 288.8 degrees, .3% in this 150 years. The earth population had gone up from 1.5 billion to 7 billion. Nobody talks about that. And maybe for example that all the paved roads and cut down forests causes the global warming, not the Co2. But nobody talks about that. And actually some person do. This is Steven Chu, which is a Nobel Prize winner from 1977. And he suggests to paint all roofs white because that might help. So at least he, I know him very well, he’s a smart guy but he has been bought by the global warming people and he’s now helping Obama trying to make green energy in the United States. So how come, have you heard about the Copenhagen meeting, how come that can be. Well, it can be because of societies like the American Physical Society. I, as you heard I resigned from the American Physical Society because of this statement. American Physical Society discussed the mass of the proton. The mass of the proton is not incontrovertible according to the American Physical Society but the global warming is. You see that’s religion, that’s a religious statement like the Catholic Church says the earth is not round. And the American physical society says that the global warming occurs. I mean that’s a terrible thing. So I resigned from the Physical Society. I hope I can get 1 or 2 of you to resign as well. Now the other thing is, you see here, this statement taken directly from the American Physical Society. This says: “The global warming is occurring, if non mitigation actions are taken significant disruption in the earth physical and ecological system, social system, security and human health are likely to occur.” So let’s see, look at history. In the last 150 years the earth has got warmer according to these people but human health has got better, the social system is better, everything is better. The earth is much better now than it was 150 years ago. So why is it suddenly changing? Why is it suddenly getting worse? It’s a mystery to me. Then they had a meeting in Cancun and what we get there is typical of a paper. Oxfam report showed that 21,000 people suffered weather related deaths during the first 9 months of 2010. Twice as many as the whole 2009. These are the titbits you see in the paper trying to convince people that global warming is a terrible thing. And I think that’s a strange thing. Now we have the recent meeting in Brazil and if you read in the paper, nothing much has been coming out from that. I could hardly find it when I prepared this slide. And what they try to do is to concentrate on sustainable development. Now we can all agree with that. But one thing you should be very careful, you should not confuse pollution with Co2. Co2 is not a pollution. We are all agree that pollution is a bad thing and so on but it has nothing to do with Co2. So what is the greenhouse effect then? You have heard about it already. What it is, is that without the atmosphere the earth would be roughly 35 degrees colder. The fact that Co2 has increased from 280 to 350 ppm in a 100 years. Temperatures increased .8 degrees C. Is there a cause and effect? You can try to test that. Since 1998, which was the warmest year measured, Co2 has increased up to 396 ppm. So we can then calculate what the effect of the temperature would be. And the very simplest calculation is .8 times 14 divided by 100 is .1 degree warmer. But it is colder today. It is colder now than it was in 1998. That’s 15 years or so. How can that be? If Co2 is increasing regularly, it should be warmer but it’s not. So here you see the curve. This is the Co2 increasing, this is temperatures in 1998 and you see here, I think in 1908, suddenly it dropped maybe .5 degrees or so. Almost got rid of all the global warming entirely in one year. Do you recognise the difference in measurement is very difficult? And so you can’t really measure it. That’s what bothers me that both the people who believe in global warming and the people who are deniers accept the curve. That curve should never be accepted. So here is where the temperature is measured. This is according to NASA Goddard Institute for Space Research. So here in the United States all these dots are places where temperature is measured. Between 30 and 60 degrees, you know, United States is almost completely green. But look below 60 degrees, 60 degrees south, there are 8 thermometers. That includes the South Pole, only 8 thermometers there. How can they talk about average temperature of the earth? I don’t understand it. And furthermore if I ask this rhetorical question: What is the optimal temperature for the earth? It’s clearly not the temperature we have. That would be a miracle. But nobody knows what the optimal temperature is for the earth. It may be 2 degrees warmer, it may be 2 degrees colder. I just don’t know. But it clearly is not the temperature we have today. So Nature of course has gotten into the fact and they have a journal now called Climate Change. My friend said: “Don’t make fun of Nature. Then they won’t publish your papers.” I said: “Nature doesn’t publish my papers anyway so it doesn’t matter.” So, Nature then... This issue, I found out there were several issues, but this issue was free, so I looked up and they grow corn enough for Africa. And they found out which is a big article in this paper that they lose 1% for every day at over 30 degrees C. That’s a very difficult thing to find out. It may be true, maybe not. But if you think about the corn farmers of Iowa, that they’re probably maybe 100 times as efficient as the people in Africa because of the climate and all the things we have in the United States and they grow corn. Unfortunately what we do with that corn, we turn most of it into ethanol. And they mix; in New York State they mix 10% ethanol into the gasoline. And so it affects me directly. Every time I buy gasoline I have to by 10% ethanol mixed in the gasoline. Much less efficient and very costly for the country. Should never have done that. And they don’t mention at all in here how important Co2 is for plant life. And so if you have more Co2 the plant grows better all over the earth. If you have a greenhouse and put carbon dioxide in it the plant grow faster. Plants, Co2 of course is food for plants. And believe it or not the great trees in Bad Schachen are starving. They don’t look like that but they really are because when photosynthesis was developed the carbon dioxide was much higher in the air than it is today, so the plant has a system which is geared for a much higher concentration of carbon dioxide. So here is another thing. All these kind of things, you see, I pick and choose when I do this talk like my previous speakers picked and chose too. So I pick and choose and I really like this one. This is “the body shrinks because of global warming” and all these kind of things like the strawberries have gotten smaller these days for example. The red billed gulls, California squirrels, lynx, wood rats, large number of things get smaller because of global warming, because of the .8 degrees average. Now unfortunately this does not apply to people. My observation is that people get bigger as far as global warming occurs. So here we come then to, you see, remember everything is caused by global warming and then people, it doesn’t get any warmer so we can’t really talk about that. We have to talk about something else. Let’s talk about climate change, ok. So if I look up then it takes 30 years to define a climate according to the people who should know. So when did the climate change? Yesterday, 5 days ago, 5 years ago? I don’t know but that’s what people talk about climate change. And you may have noticed when you talk about the climate change; it’s always to the worse. Nobody says: “Oh I’m so glad the climate is changing, it’s getting better.” But nobody says that. When you say climate change, you mean it’s getting worse. And here is a thing which is difficult to see maybe. Let’s focus on this graph here. This is from the Midwest United States and this is the rainfall over 100 years. And you see the Midwest United states there was a very dry period which you call the dust bowl. Became very famous because of John Steinbeck wrote The Grapes of Wrath. But you see this happened long before now. And here is 100 hundred years, a place in Africa, huge amount of rain. You see these climate things that happened always have happened. Even if you’re religious, you know about Noah, the flood in the bible. You know, that’s really a giant flood. So the climate has always changed. And then we come to people who talk specific. And the one I really like is this thing here. It says: “melting Greenland.” They don’t say the ice melts on Greenland. It sounds more adverse if you say Greenland is really melting, you know. And they show these pictures of floods. So they look at this, just to pick something. And actually if all the glaciers in the world melt, the ocean will rise 1 metre. If all the ice in Greenland melts, the ocean will rise 7 metres. If all the ice on the South Pole melts, the ocean will rise 93 metres. But the fact is that there is more ice in the South Pole now than there ever has been because it’s colder. You know that the previous speaker talked about the northern hemisphere which is getting a little warmer- But the southern hemisphere is getting colder. So that’s the way life is. Now here is a paper by, all I know about this guy is Ola M. Johannessen. He’s a Norwegian. They measure the ice inland on Greenland scientifically by using satellites. And since it’s a Norwegian guy, I’m from Norway, it has to be true, you know. And they found out the last 11 years or so the ice on Greenland has risen 5 centimetres a year, on the inland of Greenland. But you are seeing pictures from the coast. But the inland is increasing. So there are more ice on Greenland now than there was like 15 years ago. And this is a fact. If you don’t believe that you can look at Google. And here I picked up, there are several harbours in Greenland, this is the 5 coldest years measured, the 5 warmest years. These are the coldest years and these are the warmest years. The warmest years were basically in the ‘30’s. But we didn’t worry about Greenland melting at that time. And that’s true for all the temperatures in Greenland. And the coldest years include ’92 and ’93, you know. So the coldest year happened more recent than the warmest years. So we don’t have to worry about Greenland. So since it’s difficult then for the people to talk about climate change you noticed from the previous speaker talked about extreme weather. Now that’s something, you know. But every time we have extreme weather you have 100 year flood. That means it happened 100 years ago as well. You see the weather is no more extreme now than it ever would have been. When we had the big catastrophe in the United States, when New Orleans was almost wiped off the map, we had 8 hurricanes that year. Huge, the papers say this is the future, this is global warming, this is what we have to expect. The next year there was no hurricane in the United States. Nobody wrote in the papers to say there are no hurricanes, this was due to global warming, this we can expect, you know. Only when disasters happen you get into the act and say this is bad. So you feel then you have the sort of extreme weather, then you have when the ocean rises, you have to run away from it but that of course is not the fact. As the question I ask: Is the ocean level increasing? And if you look at this curve here, this is 1,000 years on this scale, 8,000 years ago, this is metres here. So the ocean has risen 15 metres in 8,000 years. If we look at the recent years, this curve here and this is the recent years, the ocean, this is now centimetres and this is 100 years. So the ocean has risen 20 centimetres in 100 years. It rose 20 centimetres in a previous 100 years and so the last 200, 300 years it’s risen roughly 20 centimetres in 100 years. But please note there are no unusual rises of sea levels. It’s not unusual. And to be sure we understand that I’ll repeat it. There is no unusual rise in the sea level. So you’ve got to... You see these are the facts people don’t want to admit to you. They say the sea level is rising. Yes, it is. It’s rising 20 centimetres a century, that’s what it does. So here then is coming back to Al Gore. This polar bear is very famous because he’s running out of ice. And the poor, the cuddly polar bears are dying. But this is the real culprit, the guy with the gun and the polar bears. And as I said I’m from Norway and Spitsbergen, it’s the protectorate of Norway, has polar bears on it. And in 1972 there were roughly hundreds to 1,000 bears there. And now in 2005 there are 4,000 bears there. The reason for that of course, you weren’t allowed to hunt them anymore. They were protected. And what everybody in Norway knows but you probably don’t know is there are more seals now than there have been for a long time. Seal is what polar bear eat. Because people have stopped buying seal skinned coats. And the Canadians and the Norwegians used to club little seal babies to make these beautiful coats. Don’t do that anymore. So there’s a huge amount of seal which is what polar bears eat. So when I resigned from the Physical Society, I got this wonderful problem by a guy named Samson and I really like that. You consider a large room, 20 feet square, 10 feet high. Actually let’s take this room. This is a very large room. And the question he asked is: “If I seal this room off, how many matches do I have to light every day to keep up with the increase in the carbon dioxide in the air due to all the cars spewing out gasoline and stuff?” There are roughly maybe 800 million cars in the world. So how many matches do I have to light in this room to keep up with the carbon dioxide increase in the atmosphere, every day? And this is a good problem for physicists. I was surprised when I saw the problem. But the facts are that for this room here if you light say 1 match you’re probably equivalent to 3 years of cars spewing carbon dioxide into the air. So 1 match in this room is equivalent to all the carbon dioxide the cars in the world put up in the room. If you take this room here, it happened to be 20 years. But this room is much bigger. That’s amazing thing. So the atmosphere is much, much bigger than you think it is. And it’s a relatively easy calculation and I hope you try to do that tonight and you will learn, you know, something about that anyway. But you are sitting here listening to me and you are polluting this room with carbon dioxide as well. So how much are you doing that? Well, you need roughly 2,000 calories a day. So let’s take sugar as the food. And if you do that you have to eat 3 bowls of sugar a day which is 2,000 calories. And the sugar will weigh 450 grams. But the carbon dioxide you breathe out weighs 800 grams. More than the sugar of course because you get the oxygen from the air. So every day you breathe out roughly 800 grams of carbon dioxide, which is equivalent to 400 kilos a year, speaking or 40 tonnes in a lifetime. That’s what you breathe out. But of course it’s only roughly 4% of the total emission because you drive cars and you heat your house and you drive in airplanes and stuff. So it’s only 4%. So it doesn’t help to save the world if you go on a diet. You don’t have to do that, doesn’t do much. So the Chinese policy from 19... This is what Chinese did which I admire very much because they did something about something. What they did, they had 1 child per family and the result is that 375 million Chinese have not been born. Think about that. That’s more than the population of the United States. If you are still worried about global warming, why don’t you try to get the government to limit the child to 1 child per woman? Then you have really done something. The reason people don’t do that of course it’s unpopular. The Chinese did it and it was a very brave and the correct decision I think. Another thing is that the green want this solution. When I see windmills in California I shudder because I see my tax money go out the window. Of course this is the right decision, atomic, nuclear plants. And I know about the earthquake and the tsunami in Japan which causes Germany to ban nuclear power. That was a wrong decision of Germany and I know they will reverse it. I can make any kind of bets on that. And I know here now in the tsunami in Japan, actually that was a dumb thing from the Japanese to begin with to build a nuclear power in an earthquake, prone earth quake area. But it was one of the biggest earthquakes ever had been seen on this earth. And what happened is that 100,000 people, roughly speaking, died in the catastrophe and as far as I know not a single person died from radiation. But we are so worried about radiation. That’s wrong. Nuclear power is the most safe power if you per kilowatt hour produced. So here then there are many ways to spend money. And I feel... Do you feel good using solar cells? I mean do you feel good using solar cells wasting your money, the manufacturing capability, the country and everything else, using solar cells? So here then is a real problem from New York City in 1900. You may think I’m joking but someone had written a book about this. The real problem in New York City was: How can we get enough horses? It’s not a joke, it was a real problem. And there was dead horses lying in the streets of New York at that time. And the other problem of course: How can we get rid of the horse manure, you know? And so now we laugh at that problem. But I say 50 years from now people will look at us and say: “How could these people be so stupid not using nuclear power? How could they possibly be?” So it’s a question I ask then: Are we afraid of change? And this is an American character who is not afraid, “What, me worry?”. And here is a picture of the Earth in some millions of years. The Earth is changing. Things are changing for heaven’s sake. We can’t keep still the same. This is the American foreign policy. They try to keep things the same because we have it well in America. So their policy is to keep things unchanged. But even the foreign policy of the United States can’t manage to do that. And we certainly can’t manage to keep the Earth not different. So I think we have to learn to live with change. That’s one thing. And here’s a picture of myself, my wife and me. We got married roughly 60 years ago. This is how we looked. This is how we look today. You see we have changed. And notice... Unfortunately we have changed. And notice also that a new picture is a colour picture. There was no colour when I got married. So as far as I'm concerned we have left the world in a better shape than we arrived. And this will continue. So here is some Antarctic ice core which I haven’t showed. You see roughly every 100,000 years we get an ice age. Does it happen now, you see, does it happen, an ice age? People lived, this is 400,000 years ago, people lived on the earth through these changes. But they come and they look like we are ready for another ice age. And then people say: “Oh please burn some coal, you know. Keep warming up the earth.” And the other interesting thing about this is that the blue line is the temperature and the temperature increases before the carbon dioxide. And a lot of peddling and writing and things to try to get that changed around. But the facts are that these are the experiments. So finally then we get to the end and this is from The Economist: “Don’t despair. Grounds for hope on global warming.” And if I ask the rhetorical question: Is climate science a pseudoscience? And if I'm going to answer the question, the answer is: Absolutely. So thank you very much. Applause.

Ich freue mich, dass ich nach meinem Vorredner selbst sprechen darf. Ich möchte über das sonderbare Phänomen der globalen Erwärmung sprechen. Ich interessiere mich nicht sonderlich für dieses Thema. Wie die meisten Physiker denke ich eigentlich nicht viel darüber nach. Ich habe einen ganzen Tag oder vielleicht einen halben gegoogelt und war entsetzt über das, was ich gelesen habe. Ich werde versuchen Ihnen zu erklären warum. Dadurch, dass ich an dieser Diskussionsrunde teilgenommen habe, bin ich zudem sehr bekannt geworden. Wenn Sie nach meinem Namen in Kombination mit der globalen Erwärmung suchen, erhalten Sie rund 40.000 Treffer. Das ist erheblich mehr als Sie erhalten, wenn Sie meinen Namen und den Begriff Supraleitfähigkeit eingeben. Man wird also irgendwie Teil des Systems. Meiner Ansicht nach - ich habe das damals schon gesagt und bin nach wie vor dieser Meinung - ist die globale Erwärmung eine Art neue Religion geworden, weil man sie nicht diskutieren kann. Das ist nicht in Ordnung. Wissenschaft kann viele Gesichter haben. Was ich mache, ist hoffentlich eher die gute alte Wissenschaft. Es gibt aber auch eine pathologische Wissenschaft, also Leute, die sich selbst etwas vormachen. Das kommt in der Wissenschaft recht häufig vor. Sie machen etwas, haben eine Theorie und das Experiment belegt es; Sie sind glücklich, publizieren die Ergebnisse und blamieren sich. Sie müssen beim Publizieren sehr vorsichtig sein. Dann gibt es die arglistige Wissenschaft, die glücklicherweise sehr selten auftritt. Mancher Wissenschaftler betrügt vorsätzlich. Ich habe diesbezüglich einen Rat für Sie: Wenn Sie in der Wissenschaft vorsätzlich betrügen wollen, tun Sie es bei einem eher unwichtigen Thema, dann fliegen Sie nicht auf. Andererseits werden Sie dann auch nicht wirklich berühmt, aber das steht auf einem anderen Blatt. Und schließlich gibt es die Schrottwissenschaft, häufig im medizinischen Bereich. Da essen 5 Leute Zwiebelsuppe und 5 Tomatensuppe, und die 5 Leute, die Zwiebelsuppe essen, kriegen genauso wenig Krebs wie die 5 Leute, die Tomatensuppe essen. Das können Sie publizieren, aber es hat keinen großen Wert. Zu guter Letzt haben wir die Pseudowissenschaft. Dabei handelt es sich um ein sehr merkwürdiges Phänomen, denn die Pseudowissenschaft beginnt mit einer sehr ansprechenden Hypothese, so dass Sie nur nach Fakten suchen, die diese Hypothese bestätigen. Nach etwas anderem suchen Sie nicht. Die Frage, die ich stellen möchte, lautet also: Handelt es sich bei der globalen Erwärmung um Pseudowissenschaft? Sie können entscheiden. Wir beginnen mit diesen beiden Personen hier; Sie haben bereits Bilder von ihnen gesehen. Fragt man, wer ein berühmter Wissenschaftler in den Vereinigten Staaten ist, ist die Antwort Al Gore. Jemand hat zu mir gesagt, ich wäre beim Thema globale Erwärmung nicht kompetent, weil ich kein Klimaforscher bin. Al Gore aber auch nicht. So ist das. Pachauri ist Eisenbahningenieur. Diese beiden Menschen haben den Friedensnobelpreis erhalten, und zwar aufgrund dieser Zahl. Ich schäme mich für die norwegische Regierung, die dafür verantwortlich ist. Dieser Friedensnobelpreis ist fast so schlimm wie der, der Obama zu Beginn seiner Amtszeit verliehen wurde. Mit diesem Preis ist das so eine Sache. Was bedeutet diese Kurve hier? Die beiden sind so berühmt, weil sie diese Kurve berühmt gemacht haben. Sie stellt die Durchschnittstemperatur der Erde von 1860 bis etwa 2000 dar, eine Temperaturveränderung von -0,4 bis +0,4 Grad. Bei der globalen Erwärmung geht es also um 0,8 Grad. Sie wissen nicht, dass die Veränderung nur so gering ist. Das ist noch nicht einmal Fieber. Die Kurve stellt den zeitlichen und räumlichen Verlauf des Temperaturdurchschnitts für die gesamte Erde über das ganze Jahr dar. Ich kenne mich mit Temperatur aus, normalerweise züchte ich Zellen in einer Gewebekultur und muss die Temperatur bei 37 Grad halten. Das ist sehr schwierig. Doch die Erde hat ihre Temperatur in 150 Jahren nur um 0,8 Grad verändert. Obwohl ich glaube, dass keiner das messen kann; das ist nicht messbar. Wie kann man die Durchschnittstemperatur auf der Erde ermitteln? Ich halte das nicht für möglich. Würde ich 10 Leute damit beauftragen, die Durchschnittstemperatur in diesem Raum zu messen, würden wir 10 verschiedene Antworten erhalten. Das ist also sehr schwierig. Was bedeutet diese Kurve also? Meiner Meinung nach wahrscheinlich nichts. Warum ist es wichtig, wenn die Durchschnittstemperatur um 0,8 Grad steigt, sofern man sie überhaupt messen kann? Von 1880 bis 2013 hat die Temperatur von 288 Grad Kelvin auf 288,8 Grad Kelvin, also um 0,3% zugenommen. Das ist sehr wenig. Wenn das stimmt, ist die Temperatur meiner Ansicht nach erstaunlich stabil geblieben. Ich war überrascht, dass die Temperatur so stabil sein kann. Von 1975 bis etwa 2000 erhält man diese Kurve hier; CO2 und die Temperatur steigen gleichermaßen an. Und genau das ist das Problem: Warum bewirkt CO2 eine Temperaturveränderung? CO2 hat damit nur sehr wenig zu tun. Wasserdampf ist ein wesentlich stärkeres Treibhausgas als CO2. Wenn Sie aus dem Fenster schauen, sehen Sie den Himmel, die Wolken, aber kein CO2. Jetzt kommen wir wieder zu der Hockeyschlägerkurve, die Ihnen mein Vorredner in einem etwas anderen Zusammenhang gezeigt hat. Ich stütze mich hier auf das Märchen "Des Kaisers neue Kleider" von H. C. Andersen. Der kleine unschuldige Junge sah nicht, dass der Kaiser angezogen war, und ich bin jetzt dieser kleine Junge. Ich sehe nicht, dass CO2 all diese Probleme verursacht. Wie ich Ihnen vorhin gezeigt habe, ist die Temperatur in diesen 150 Jahren um 0,3% von 288 auf 288,8 Grad gestiegen. Die Weltbevölkerung hat von 1,5 auf 7 Milliarden zugenommen. Darüber spricht niemand. Es könnte z.B. sein, dass die geteerten Straßen und abgeholzten Wälder die globale Erwärmung verursachen und nicht das CO2. Aber darüber spricht niemand. Bis auf einen, Steven Chu, Nobelpreisträger von 1977. Er schlägt vor, alle Dächer weiß zu streichen, denn das könnte helfen. Ich kenne ihn gut, er ist ein schlauer Kopf, doch er hat sich von den Anhängern der globalen Erwärmung kaufen lassen und unterstützt jetzt Obama bei der Erzeugung von grüner Energie in den Vereinigten Staaten. Haben Sie von der Konferenz in Kopenhagen gehört? Wie kann so etwas geschehen? Weil es Gesellschaften wie die American Physical Society (APS) gibt. Wie Sie vielleicht gehört haben, bin ich aus dieser Gesellschaft ausgetreten, weil es dort hieß "Die Beweise sind unumstößlich." In der American Physical Society wurde die Protonenmasse diskutiert. Die Protonenmasse ist laut APS nicht unumstößlich, wohl aber die globale Erwärmung. Sie sehen, das ist Religion, eine religiöse Behauptung, wie wenn die katholische Kirche sagt, die Erde ist nicht rund. Die American Physical Society erklärt, dass die globale Erwärmung stattfindet. Das ist doch grauenhaft. Also bin ich aus der American Physical Society ausgetreten. Ich hoffe, ich kann den einen oder anderen von Ihnen auch dazu bewegen. Diese Aussage stammt ebenfalls direkt von der American Physical Society: "Die globale Erwärmung findet statt; erfolgen keine Maßnahmen zur Schadensbegrenzung, wird es wahrscheinlich zu Störungen im physikalischen und ökologischen System der Erde sowie zu sozialen, sicherheitstechnischen und gesundheitlichen Problemen kommen." Schauen wir uns einmal die Geschichte an. In den letzten 150 Jahren hat sich die Erde nach Angaben dieser Leute erwärmt, der Gesundheitszustand der Menschen, das Sozialsystem usw. haben sich dagegen verbessert. Der Erde geht es wesentlich besser als vor 150 Jahren. Warum verändert sie sich also plötzlich? Warum geht es ihr auf einmal schlechter? Das ist mir ein Rätsel. Dann gab es eine Konferenz in Cancun; hier sehen Sie ein typisches Paper. Im Oxfam-Bericht stand, dass in den ersten 9 Monaten des Jahres 2010 21.000 Menschen wetterbedingt starben, doppelt so viele wie im gesamten Jahr 2009. Das sind die Leckerbissen in dem Paper, mit denen die Leute überzeugt werden sollen, dass die globale Erwärmung eine schlimme Sache ist. Ich finde das seltsam. Hier haben wir die letzte Tagung in Brasilien; wenn Sie Zeitung lesen, wissen Sie, dass nicht viel dabei herausgekommen ist. Bei der Erstellung dieser Folie konnte ich kaum Informationen dazu finden. Man will sich auf eine nachhaltige Entwicklung konzentrieren. Damit sind wir alle einverstanden. Bei einer Sache sollten Sie sehr vorsichtig sein - verwechseln Sie nicht Umweltverschmutzung mit CO2. CO2 ist kein Schadstoff. Wir sind uns alle einig, dass Umweltverschmutzung schlecht ist, aber das hat nichts mit CO2 zu tun. Aber was bedeutet dann der Treibhauseffekt? Sie haben bereits davon gehört. Er bedeutet, dass die Erde ohne die Atmosphäre etwa 35 Grad kälter wäre. CO2 ist innerhalb von 100 Jahren von 280 auf 350 ppm angestiegen, die Temperatur hat um 0,8 Grad Celsius zugenommen. Handelt es sich hier um Ursache und Wirkung? Das lässt sich überprüfen. Seit 1998, dem wärmsten jemals gemessenen Jahr, ist CO2 auf bis zu 396 ppm angestiegen. Wir berechnen nun ganz einfach die Auswirkung auf die Temperatur: 0,8 mal 14 geteilt durch 100 ist 0,1 Grad wärmer. Es ist aber heute kälter als 1998. Das ist eine Zeitspanne von 15 Jahren. Wie kann das sein? Bei einer konstanten CO2-Zunahme sollte es heute wärmer sein. Das ist aber nicht der Fall. Hier sehen Sie die Kurve. Das ist der CO2-Anstieg, das die Temperatur 1998 und 1908; plötzlich ist sie um vielleicht 0,5 Grad, also um fast die gesamte globale Erwärmung in einem Jahr gefallen. Wie Sie merken, ist der Unterschied in der Messung sehr schwierig; man kann ihn nicht wirklich messen. Es macht mir Sorgen, dass sowohl die Leute, die an die globale Erwärmung glauben, als auch die, die es nicht tun, dieser Kurve Glauben schenken. Niemand sollte das tun. Hier sehen Sie die Temperaturmesspunkte gemäß dem NASA Goddard Institute for Space Research. All diese Punkte hier in den Vereinigten Staaten zwischen dem 30. und dem 60. Breitengrad sind Stellen, an denen die Temperatur gemessen wird. Sie wissen, die Vereinigten Staaten sind fast überall grün. Südlich des 60. Breitengrades finden sich nur an acht Stellen inklusive dem Südpol Thermometer. Wie kann man da von einer Durchschnittstemperatur der Erde sprechen? Das verstehe ich nicht. Außerdem möchte ich diese rhetorische Frage stellen: Was ist die optimale Temperatur für die Erde? Sicherlich nicht die Temperatur, die wir haben. Das wäre ein Wunder. Doch niemand kennt die optimale Temperatur für die Erde. Vielleicht 2 Grad wärmer oder 2 Grad kälter - ich weiß es nicht. Doch sicher nicht die Temperatur, die wie heute haben. Natürlich hat sich auch Nature mit dem Thema beschäftigt und bringt jetzt eine Fachzeitschrift namens Climate Change heraus. Ein Freund von mir meinte: "Mach dich nicht über Nature lustig. Sie werden Deine Paper nicht mehr veröffentlichen." Ich sagte: "Das macht nichts - Nature veröffentlich meine Paper sowieso nicht." Tja, Nature... ich habe mir dieses Heft durchgeblättert - es gab mehrere, aber dieses war umsonst - und gelesen, dass vor allem in Nordafrika Mais angebaut wird. Man hat jedoch festgestellt - ein großer Artikel in diesem Heft beschäftigt sich damit - dass man an jedem Tag mit einer Temperatur über 30 Grad Celsius mit 1% Verlust rechnen muss. Das ist nicht leicht zu ermitteln. Vielleicht stimmt es, vielleicht auch nicht. Die Maisbauern in Iowa sind wegen des Klimas und all der Dinge, die wir in den Vereinigten Staaten haben, wahrscheinlich 100 Mal effizienter als die Menschen in Afrika - und was machen wir? Wir wandeln den Mais zum Großteil in Ethanol um. Im Bundesstaat New York werden dem Benzin 10% Ethanol beigemengt. Das betrifft mich also direkt. Jedes Mal, wenn ich tanke, habe ich 10% Ethanol im Benzin. Erheblich weniger effizient und sehr kostspielig für das Land. Das hätte man niemals machen sollen. An keiner Stelle wird erwähnt, wie wichtig CO2 für die Pflanzenwelt ist. Steigt der CO2-Gehalt, wachsen überall auf der Welt die Pflanzen besser. Leitet man Kohlendioxid in ein Gewächshaus, wachsen die Pflanzen schneller. CO2 ist ein Pflanzennährstoff. Und ob Sie es glauben oder nicht, die großen Bäume in Bad Schachen hungern. Sie sehen nicht so aus, aber sie tun es, denn als sich die Photosynthese entwickelte, war der Kohlendioxidgehalt in der Luft wesentlich höher als heute. Pflanzen verfügen also über ein System, das für eine erheblich höhere Kohlendioxidkonzentration ausgelegt ist. Eine weitere Folie. Sie sehen, ich picke mir bei diesem Vortrag die Rosinen heraus, genau wie meine Vorredner. Diese Folie z.B. gefällt mir besonders: "Der Körper schrumpft aufgrund der globalen Erwärmung". All diese Sachen, z.B. dass die Erdbeeren heutzutage kleiner sind. Die Rotschnabelmöwe, das kalifornische Eichhörnchen, der Luchs, die Buschratte - vieles wird aufgrund der globalen Erwärmung von durchschnittlich 0,8 Grad kleiner. Leider trifft das nicht auf Menschen zu. Meine Beobachtung ist, dass die Menschen mit zunehmender globaler Erwärmung immer dicker werden. Jetzt sind wir wieder an dem Punkt, Sie erinnern sich, an dem alles durch die globale Erwärmung verursacht wird. Die Leute sagen "Es wird nicht wärmer, also können wir eigentlich nicht darüber reden. Wir müssen über etwas anderes reden. Reden wir doch über den Klimawandel." Laut denjenigen, die es wissen sollten, benötigt man zur Definition des Klimas 30 Jahre. Wann hat sich also das Klima verändert? Gestern, vor 5 Tagen, vor 5 Jahren? Ich weiß es nicht, aber genau so wird über den Klimawandel geredet. Sie haben bei Gesprächen zu dem Thema vielleicht bemerkt, dass es sich immer um eine Veränderung zum Schlechten handelt. Niemand sagt: "Oh, ich bin ja so froh, dass sich das Klima verändert, es wird besser." Niemand sagt das. Mit Klimawandel meint man immer den Wandel zum Schlechten. Das hier können Sie vielleicht nicht gut erkennen. Konzentrieren wir uns deshalb auf diese Kurve. Sie stellt die Niederschläge im mittleren Westen der Vereinigten Staaten in den letzten 100 Jahren dar. Wie Sie sehen, gab es in den Bundesstaaten des mittleren Westens der USA eine starke Dürreperiode; diese Staaten wurden daher als "dust bowl", Staubschüssel bezeichnet. Berühmt wurden sie durch den Roman "Früchte des Zorns" von John Steinbeck. Das war vor langer Zeit. Wenn Sie religiös sind, kennen Sie die Geschichte von Noah und der Sintflut aus der Bibel. Das war wirklich eine gigantische Flut. Das Klima hat sich also stets gewandelt. Jetzt kommen wir zu Leuten, die ihre ganz eigene Ausdrucksweise haben. Ein Bild, das mir besonders gefällt, ist dieses hier: "Schmelzendes Grönland." Sie sagen nicht, dass das Eis auf Grönland schmilzt. Es klingt dramatischer, wenn man sagt, Grönland selbst schmilzt, und dann Flutbilder zeigt. Das nur als Beispiel. Wenn alle Gletscher auf der Welt schmelzen, steigt der Meeresspiegel um 1 Meter. Schmilzt das gesamte Eis in Grönland, steigt der Meeresspiegel um 7 Meter. Schmilzt das gesamte Eis am Südpol, steigt der Meeresspiegel um 93 Meter. Es ist jedoch eine Tatsache, dass sich derzeit mehr Eis am Südpol findet als je zuvor, weil es kälter ist. Sie wissen, dass mein Vorredner über die nördliche Hemisphäre gesprochen hat, die sich leicht erwärmt. Die südliche Hemisphäre wird dagegen kälter. So ist das Leben. Hier haben wir ein Paper von - alles, was ich von ihm weiß ist, dass er Ole M. Johannessen heißt und Norweger ist. Er hat das grönländische Inlandeis mittels Satelliten wissenschaftlich vermessen. Und da ich auch Norweger bin, muss er Recht haben. Sie fanden heraus, dass das Inlandeis auf Grönland in den letzten 11 Jahren um 5 Zentimeter jährlich angewachsen ist. Sie sehen immer nur Bilder von der Küste; das Inlandeis aber nimmt zu. Es gibt also mehr Eis auf Grönland als vor 15 Jahren. Das ist eine Tatsache. Wenn Sie das nicht glauben, schauen Sie bei Google nach. Hier habe ich eine Folie mit den Temperaturen für verschiedene Häfen in Grönland herausgesucht; das sind die 5 kältesten bzw. wärmsten jemals gemessenen Tage. Das sind die kältesten und die wärmsten Jahre. Die wärmsten Jahre gab es mehr oder weniger in den 30er Jahren; damals hat man sich über ein schmelzendes Grönland jedoch keine Sorgen gemacht, egal bei welchen Temperaturen. Zu den kältesten Jahren gehörten 1992 und 1993. Das kälteste Jahr war also neueren Datums als die wärmsten Jahre. Wir müssen uns somit um Grönland keine Sorgen machen. Da es schwierig ist von Klimawandel zu sprechen, benutzte mein Vorredner, wie Sie vielleicht bemerkt haben, den Begriff Wetterextreme. Na, das ist doch mal was. Wenn wir aber bei jeder extremen Wetterlage eine Jahrhundertflut haben, bedeutet das, dass es so etwas vor 100 Jahren auch schon gegeben hat. Sie sehen, das Wetter ist heute nicht extremer als früher. In dem Jahr, als wir die große Katastrophe in den Vereinigten Staaten hatten, bei der New Orleans beinahe von der Landkarte getilgt wurde, gab es acht Wirbelstürme. Laut den Zeitungen ist das unsere Zukunft, das ist die globale Erwärmung, damit müssen wir rechnen. Im nächsten Jahr gab es keinen Hurrikan in den Vereinigten Staaten. Die Zeitungen schrieben aber nicht, dass es aufgrund der globalen Erwärmung keine Wirbelstürme gab und so die Zukunft aussieht. Nur wenn Katastrophen geschehen, wird man aufmerksam und sagt, das ist schlimm. Bei diesen Extremwetterlagen oder einem ansteigenden Meeresspiegel hat man das Gefühl davonrennen zu müssen. Aber dem ist natürlich nicht so. Meine Frage lautet daher: Steigt der Meeresspiegel? Betrachten Sie diese Kurve hier; das sind 1000 Jahre auf dieser Skala, also insgesamt 8000 Jahre, ausgedrückt in Metern. Der Meeresspiegel ist also in 8000 Jahren um 15 Meter gestiegen. Diese Kurve hier stellt den Meeresspiegel in den letzten Jahren dar, diesmal in Zentimetern pro 100 Jahre. Der Meeresspiegel ist also in 100 Jahren um 20 Zentimeter gestiegen. Er ist auch in den 100 Jahren davor um 20 Zentimeter gestiegen. In den letzten 200, 300 Jahren ist er jeweils um etwa 20 Zentimeter pro 100 Jahre gestiegen. Ich weise darauf hin, dass es keinen ungewöhnlichen Anstieg des Meeresspiegels gibt. Daran ist nichts Ungewöhnliches. Ich wiederhole das noch mal, damit Sie es auch wirklich verstehen. Es gibt keinen ungewöhnlichen Anstieg des Meeresspiegels. Das sind die Fakten, die die Leute nicht zugeben wollen. Sie sagen, der Meeresspiegel steigt. Ja, das tut er. Er steigt in einem Jahrhundert um 20 Zentimeter. An dieser Stelle komme ich wieder auf Al Gore zurück. Dieser Eisbär ist berühmt, weil sein Eis zur Neige geht. Die armen, knuddeligen Eisbären sterben. Der eigentliche Übeltäter ist aber der Typ hier mit dem Gewehr. Ich bin wie gesagt Norweger und komme aus Spitzbergen, einem norwegischen Protektorat. Dort leben Eisbären. Der Grund dafür ist natürlich, dass sie nicht mehr gejagt werden dürfen. Sie wurden geschützt. Was jeder in Norwegen weiß, aber Sie vermutlich nicht, ist, dass es heute mehr Seehunde gibt als früher - sie sind Beutetiere der Eisbären - weil die Leute keine Mäntel aus Seehundfell mehr kaufen. Früher haben die Kanadier und Norweger kleine Seehundbabys erschlagen, um daraus schöne Pelze zu machen. Das tun sie heute nicht mehr. Deswegen gibt es viele Seehunde, von denen sich die Eisbären ernähren. Als ich aus der American Physical Society ausgetreten bin, hat mir ein Typ namens Samson ein kniffliges Problem mit auf den Weg gegeben, das mir sehr gefällt. Denken Sie sich einen großen Raum von 6 mal 6 Metern, 3 Meter hoch. Wir können auch diesen Raum hier nehmen, er ist sehr groß. Die Frage lautet: "Wenn ich diesen Raum versiegle, wie viele Streichhölzer muss ich täglich anzünden, damit dies dem Kohlendioxidanstieg in der Luft infolge der weltweiten Autoabgase entspricht?" Es gibt ungefähr 800 Millionen Autos auf der Welt. Wie viele Streichhölzer muss ich also täglich in diesem Raum anzünden, um mit dem Kohlendioxidanstieg in der Atmosphäre Schritt zu halten? Das ist ein gutes Problem für Physiker, es hat mich überrascht. Wenn Sie in diesem Raum ein Streichholz anzünden, entspricht das wahrscheinlich dem Kohlendioxidausstoß aller Autos weltweit innerhalb von 3 Jahren. Für unseren Raum hier wären es 20 Jahre, aber er ist ja auch viel größer. Das ist wirklich erstaunlich. Die Atmosphäre ist erheblich weitläufiger als man denkt. Es handelt sich um eine relativ einfache Berechnung und ich hoffe, Sie probieren sie heute Abend aus und lernen etwas dabei. Sie sitzen jetzt hier und hören mir zu; dabei kontaminieren Sie den Raum mit Kohlendioxid. In welchem Ausmaß tun Sie das? Nun, man benötigt etwa 2000 Kalorien am Tag. Wenn wir Zucker als Nährstoff nehmen, müssten Sie am Tag drei Schüsselchen Zucker essen, das sind 2000 Kalorien. Der Zucker wiegt 450 Gramm. Das Kohlendioxid, das Sie ausatmen, wiegt aber aufgrund des Sauerstoffs aus der Luft 800 Gramm, also mehr als der Zucker. Sie atmen also jeden Tag ungefähr 800 Gramm Kohlendioxid aus, das entspricht 400 Kilogramm im Jahr und 40 Tonnen bis zum Lebensende. Das sind aber natürlich nur etwa 4% Ihrer Gesamtemissionen, denn Sie fahren Auto, heizen Ihr Haus, fliegen und so weiter. Es sind also nur 4%, so dass man die Welt durch Diät nicht retten kann. Lassen Sie das, es nützt nicht viel. Die Chinesen haben Folgendes getan, wofür ich sie sehr bewundere, denn immerhin haben sie überhaupt etwas getan: sie haben nur ein Kind pro Familie. Das Ergebnis ist, dass 375 Millionen Chinesen nicht geboren wurden. Denken Sie mal darüber nach, das ist mehr als die Bevölkerung der Vereinigten Staaten. Wenn Sie sich immer noch Sorgen um die globale Erwärmung machen, warum versuchen Sie dann nicht die Regierung dazu zu veranlassen, pro Frau nur noch ein Kind zu erlauben? Dann haben Sie wirklich etwas erreicht. Der Grund, warum die Leute das nicht machen, ist natürlich, dass es unpopulär ist. Die Chinesen haben es getan, was meiner Ansicht nach eine sehr mutige und richtige Entscheidung war. Die Grünen wollen dagegen diese Lösung. Wenn ich Windräder in Kalifornien sehe, schaudert es mich, weil ich sehe, wie meine Steuergelder zum Fenster rausgeschmissen werden. Natürlich ist das hier die richtige Entscheidung - Atomkraftwerke. Ich weiß, dass Deutschland wegen des Erdbebens und des Tsunamis in Japan aus der Atomkraft ausgestiegen ist. Diese Entscheidung war falsch und ich bin mir sicher, dass Deutschland sie rückgängig machen wird. Darauf wette ich. Wegen des Tsunamis in Japan muss man sagen, dass es ein Fehler war, dass Japan überhaupt ein Atomkraftwerk in einem erdbebengefährdeten Gebiet gebaut hat. Bei dem Erdbeben handelte es sich um eines der schwersten Erdbeben überhaupt. Bei der Katastrophe starben ungefähr 100.000 Menschen, soweit ich weiß jedoch keiner aufgrund von Strahlung. Wir haben so Angst vor Strahlung, aber das ist Unsinn. Atomkraft ist die sicherste Energieform pro erzeugter Kilowattstunde. Es gibt viele Wege Geld auszugeben. Sind Sie zufrieden, wenn Sie Solarzellen benutzen? Ich meine, sind Sie zufrieden, wenn Sie Ihr Geld, die Herstellungskapazitäten, die Landfläche und alles andere durch Verwendung von Solarzellen verschwenden? Hier haben wir ein echtes Problem der Stadt New York um 1900. Sie denken vielleicht, ich mache Witze, aber jemand hat darüber ein Buch geschrieben. Das eigentliche Problem in New York war: Wie können wir genügend Pferde bekommen? Das ist kein Witz, das war ein echtes Problem. In den Straßen der Stadt lagen damals tote Pferde. Das andere Problem war natürlich: Wie können wir den Pferdemist entsorgen? Heute lachen wir über dieses Problem. In 50 Jahren werden die Leute uns anschauen und sagen: "Wie konnten die nur so dumm sein und aus der Atomkraft aussteigen?" Deshalb frage ich: Haben wir Angst vor Veränderungen? Das hier ist eine amerikanische Figur, die keine Angst hat: "Was, ich Angst?" Hier haben wir ein Bild von der Erde in einigen Millionen Jahren. Die Erde verändert sich, die Dinge verändern sich. Wir können nicht dieselben bleiben. Das ist die amerikanische Außenpolitik. Die Dinge sollen so bleiben, wie sie sind, denn es geht den Amerikanern gut. Deshalb verfolgt man eine Politik des Stillstands. Doch selbst die Außenpolitik der Vereinigten Staaten schafft das nicht, und wir können die Erde auch nicht davon abhalten sich zu verändern. Wir müssen also meiner Ansicht nach lernen mit Veränderungen zu leben. Das ist das eine. Sie sehen hier ein Bild von mir und meiner Frau. Wir haben vor etwa 60 Jahren geheiratet. Damals sahen wir so aus. Und jetzt schauen Sie, wie wir heute aussehen. Wir haben uns verändert. Leider haben wir uns verändert. Wie Sie sehen, ist das neue Bild ein Farbfoto. Als ich geheiratet habe, gab es das nicht. Was mich betrifft, so verlasse ich die Welt also in einem besseren Zustand als bei meiner Ankunft. Und so wird es weitergehen. Hier sehen Sie einen antarktischen Eiskern, den ich Ihnen noch nicht gezeigt habe. Rund alle 100.000 Jahre tritt eine Eiszeit ein. Geschieht das vielleicht gerade jetzt? Die Menschen - das hier war vor 400.000 Jahren - haben diese Veränderungen auf der Erde schon immer durchlebt. Wenn heute eine neue Eiszeit droht, sagen die Leute: "Oh, bitte verbrennt Kohle, um die Erde aufzuwärmen." Interessant ist auch, dass die Temperatur - die blaue Linie - vor dem Kohlendioxid ansteigt. Man kann tun und machen, was man will, um etwas daran zu drehen, es ändert nichts an der Tatsache, dass dies die Experimente sind. Hiermit komme ich zum Ende und möchte aus dem Economist zitieren: "Verzweifeln Sie nicht. Begründete Hoffnung bezüglich der globalen Erwärmung." Und ich stelle noch einmal die rhetorische Frage: Ist Klimaforschung eine Pseudowissenschaft? Die Antwort lautet: Absolut. Vielen Dank.

Ivar Giaever's Perspective on Gobal Warming
(00:03:25 - 00:08:34)

It is intriguing to know, that Giaever’s talk followed directly upon another talk on the same subject by 1995 Chemistry Laureate Mario Molina, who had received his share of the Prize for his work on atmospheric chemistry. While Giaever attacked “climate change” by every trick in the book, calling it a religion and pseudo-science, MIT-professor Molina took the completely opposite stance:

Mario Molina (2012) - The Science and Policy of Climate Change

Thank you very much. I very much appreciate the opportunity to be able to talk to you today. Let me start by...I’m going to copy my colleague Paul Crutzen and copy as well many of you young people here in the front. Guess what, just by taking off my coat because it's much more pleasant this way. But more seriously, I do want to say a few words admiring my colleague Paul from whom I’ve learned a lot over the years. You know, Paul is not really a chemist. When he started worrying about the atmosphere he did not know much chemistry. But he did get the Nobel Prize in chemistry after all. So he shows how efficiently one can do that. I should also mention in passing that we share the Nobel Prize also with Sherry Rowland, my mentor from whom I also learned a great deal over the years. And as most of you know he passed away just a few months ago. So I will be talking about climate change. There’s been a little bit of overlap with some of the ideas that Paul presented. But what I want to do is start just reviewing briefly the science of climate change. What I’m going to try to add, two pieces of information which are: Is there something we can do about it and how difficult is that? And the second one perhaps I can address this question of the authenticity of climate change science. Again most of you know that it is being questioned, particularly by many politicians and particularly so in the United States. The United States congress dominated by the Republican Party really considers climate change not to be valid. So that’s a very worrisome situation. Also it’s not only politicians. I’ll try to set the stage up to ask a few questions about: Why is this happening and maybe is there a way we can understand it? But I’ll start with this photograph of our planet. As you know we’re not in the Holocene anymore, we are in the Anthropocene as Paul has really very nicely explained. But the problem we have is that our planet has limited natural resources and we are doing all sorts of things to deplete those resources. In principle that can be done sustainably but that’s not what we’re doing. And Paul’s lecture was just a very good description of all that. Now, the atmosphere is one of those limited resources. Not that we’re doing away with the atmosphere but we are somehow rather challenging, stressing the natural capacity of the atmosphere to deal with the unwanted side products of human activities. Now the atmosphere is actually very thin. It’s like a skin of an apple. And that’s why we can understand how mankind’s activities have as a consequence all sorts of problems including global problems. And one way to further understand that is if there are some emissions of certain compounds in the atmosphere that are reasonably long lived, we know in a matter of months they mix very well within each hemisphere. And it takes maybe about a year or two to mix in the entire planet. So species like carbon dioxide, CFCs, others that Paul mentioned it’s clear it doesn’t matter where they are emitted, they affect the entire atmosphere. And those are truly global issues then the ones we’re dealing with. So let me start with climate change again. Just to stress that the atmosphere, you know the pressure decreases with altitude. Most of the mass is confined to the first maybe 10, 15 kilometres above the earth surface. That’s where the troposphere is, where climate is most important. You know Mount Everest is about 8 kilometres high. You cannot breathe anymore at the top of Mount Everest. So the atmosphere gets really thin very fast. And that again, it explains that we can actually affect it with human activities. But first just a few words: How does climate function? What does science tell us about climate itself? And we know that there’s a thermal balance and that’s what we’re in principle affecting. The energy balance of the planet is very simple to understand. For millions of years already the planet receives energy from the sun, mostly in the form of visible radiation, visible light. And it emits practically the same amount of energy. Ok, so it’s this balance, we can call it a dynamic equilibrium or a steady state. And that can be explained using very basic science laws. Some very important discoveries that occurred at the beginning of the 20th century that revolutionised science as we know it. The discovery of quantum mechanics for example by Planck and so on. This affects so many activities from today. TVs, iPhones, aviation and so on depends so much on solid state physics. Chemistry, the modern view of chemistry, as you know, is very much influenced by quantum mechanics. So these are very well established laws. They are not really in question anymore. It’s just interesting that Planck’s distribution law, when Planck discovered quantum mechanics, is connected with this question of trying to calculate for a body, some object, how much energy does it lose depending what its temperature. And that’s precisely the question that is relevant to estimate what's the temperature of our planet, of the earth surface. So, it’s Planck’s distribution law that tells us how that works. And by the way it also tells us that energy comes in packets, hence quantum mechanics. Einstein also contributed here that light also comes in packets you know, photons. That’s what actually gave Einstein his Nobel Prize. It was not relativity theory. And of course there are other very important scientists like Boltzmann that also had such an important influence in physics, physical chemistry in general. But the point is, these are well established laws and here is what happens then with the climate. If you use Planck’s distribution law you can measure how much energy our planet receives from the sun and you can also measure that only about 2/3 of that energies are absorbed by the planet, the rest is reflected by clouds and snow. You solve the equation and the average surface temperature should be about -18 degrees Celsius. Fortunately that’s not the case, something is wrong. We wouldn’t be here because the oceans would be frozen. It turns out that it’s not Planck’s law that is wrong. It’s just that that’s not the temperature of the earth surface. It’s in fact the average temperature of emission of infrared radiation of the planet. But it’s somewhere above the earth surface. And that’s because the atmosphere, you know, oxygen, nitrogen are transparent to infrared radiation but it has certain amounts of trace gases that absorb this infrared radiation emitted by the surface according to Planck’s law. But that radiation is absorbed partially by this species that we call green house gases and so it’s absorbed, reemitted and so on. And the net effect is for the atmosphere to function as a blanket in some sort of simple way to look at it. An extreme case of this situation is the planet Venus. It’s of course closer to the sun but it’s whiter than our planet. So the amount of energy absorbed by Venus from the sun is smaller than the amount of energy our planet absorbs. And yet, Venus’s surface is more than 400 degrees Celsius. So it’s like a very hot oven because its atmosphere is mostly green house gas, carbon dioxide. So again the basic science will establish, I won’t dwell into it, but it’s well understood: Because of this the average surface temperature is +15 rather than -18 degrees Celsius. And that’s what we call the natural green house effect. This temperature difference of 33 degrees Celsius, nothing else. So which are these species that absorb infrared radiation? They are very well characterised. In fact the main one is water vapour, it absorbs about ¾ of this infrared radiation emitted by the surface. But then carbon dioxide, methane, the CFCs, there are several others, recently black carbon is also, soot is also understood to be a very important component affecting climate. I won’t have time to talk about black carbon. But carbon dioxide and water vapour. But one could argue then we should worry mostly about water vapour. But it turns out that water vapour, the amount of water vapour in the atmosphere is not independent. There is an unlimited amount of water in the ocean that’s liquid water. So how much you have in the atmosphere depends on the average temperature. So one way to illustrate this situation, if you do a simple experiment, you can do it with pencil and paper but also with more sophisticated computer programs. And if you suddenly remove the gases that absorb infrared radiation, that non-condensable gases, carbon dioxide, methane and so on. And you would expect the atmosphere to begin to cool somewhat and water vapour begins to condense. That’s the Clausius-Clapeyron equation, also there’s more snow, more rain. And that keeps happening and quite clearly in just a few decades without Co2 and these other green house gases, the water would condense to such an extent that the average temperature will actually be below these -18 degrees Celsius. Why below? Because it would be a lot of snow and that reflects even more solar radiation. So that’s why we consider carbon dioxide actually the key here and the other green house gases that do not condense. It’s a clima-thermostate. And there’s a lot of information from geological time scales, paleo-climate studies that strongly corroborate this. That’s why we worry about carbon dioxide. Now a few more pieces of information. So far I’ve just talked about the natural green house effect. There’s really very little question about that, well understood. This figure Paul already showed it. I’m just showing it again, just this sudden jump in the concentration of these green house gases absorbing infrared radiation. By the way methane as you know which is in the lower curve is produced by anaerobic fermentation. Microbes produce that in the absence of oxygen. Those are the conditions you have in the digestive system of cattle. That’s why cattle matters so much. Also rice paddies and so on. So that’s why it has also jumped with population. But I’m showing it here to make the following point. These are measurements, analytical chemistry, very well established, very little doubt about these ones. There is another set of measurements that has been questioned also by people and it’s very well established indeed and that is what has happened to temperature. Now temperature 1,000 years ago could not be measured readily, there were no thermometers. But you could infer this average temperature, for example, studying the width of tree rings or coral reefs, sediments in lakes and oceans. There are all sorts of ways to do that and different groups interpret then the temperature slightly different because you have uncertainties of course. But in more recent times with thermometers it’s just very clear that the temperature has increased. Not very much but considering how stable it had been throughout most of the Holocene, it really jumps. So it’s almost 0.8 degrees, 0.7, 0.8 degrees Celsius. Now amazingly this is one of those issues that is questioned also by some scientists but that are not really in this field. And the reason is you can do so called cherry picking. There are so many temperature data that you can choose the ones you wish to show, any trend you’d like to. But if you do it properly statistically and so on the answer is very clear. But I will show you one interesting thing that happened. The scientific community was very sure about this. But there was one group of scientists at Berkeley, I happened to know. I did talk to Richard Muller some years ago. And he was bothered by this sort of inconsistency that some people were pointing out. The temperature data are not perfect. There are errors and it’s not always measured the way it should be. So he reanalysed with his group the strength. But the point here is he was funded partially from these groups that are powerful interest groups, like coal companies, that really want to question the validity of climate science. And unfortunately for this group that funded the research he ended up just corroborating what we knew already: Temperature is indeed increasing. So there is little question then about that fact. Ok, but now the point I want to make. Paul also mentioned this intergovernmental panel on climate change, the IPPC, a group that shared the Nobel Peace Prize with Al Gore in 2007. And about every 4 or 5 years they come up with a report. And in this report of 2007, the last one, they concluded that these 2 observations I showed you are indeed connected. Namely, this temperature change is caused by this change in the chemical composition. But climate is complicated, the basic science, well established as I explained, but it’s a complex system. Like our body, our brain, there are a number of complex systems that science deals with anyhow. So the conclusion is: They say: And so there in their estimate, these are experts on climate and again I was in several of these meetings, particularly the last one where they had these conclusions. They had to state just a probability that this temperature change is caused by human activities and it’s just a mere 90%, ok 90%. So it’s just very likely but not absolutely certain. Ok, so that’s the situation as far as the experts show. But very rapidly let me move on to show a few more things. We don’t worry so much about this small temperature change but the temperature extremes is what's beginning to worry. You see the number of floods is increasing, there are questions about the statistics which I won’t dwell into. Wild fires, forest fires have also been increasing quite dramatically particularly in some areas. And so the question is are these extreme events linked to global warming. And the scientific community is very conservative. So just a year ago they were still... Many scientists were really debating and asking: It’s possible but we can’t really say very much about it.” But this is really changing now. And perhaps this article, Kevin Trenberth’s article, explains in good part what's happening. It depends what question you ask. You can ask the wrong question. Namely, if you have an extreme event, a flood or a heat wave, and you say: Is this caused by climate change, by human activities? Well no, maybe that event would have happened anyhow. The important question: Is it more extreme? Can you do statistics? Maybe in the future you will have some events that would not have occurred without human activities. But here we’re just asking whether they are more intense. And the answer is quite clear. Yes for heat waves, the statistics is not quite as good for floods but everything points to that. The science in particular predicts that. It’s something that comes out of your understanding of the climate and certainly of the models themselves. And so the simplest way to see that this is almost obvious, if the temperature has drifted 0.8 degrees and you define a heat wave as a temperature increase which is sort of 3 standard deviations, 3 Sigmas above normal. Then just by doing the statistics, knowing what is the distribution and so on. You compute as Jim Hansen’s group did that the probability of extreme heat waves has increased about 40 times in just the last 50 years. And this is no longer a model or speculation, this comes from satellite measurements. The measurements indicate that this is indeed happening. Ok next topic, I’m going to try to move here very fast. What should society do? First I must clarify; scientists don’t tell society what to do. They just tell you what might happen, as I do myself, if you do certain things. And what options you have to do in other things and so on. But society has to respond, but I certainly can have my opinion as an individual, as a member of a democracy, as a member of the world’s community. Suggesting what should society do in light of what science tells us? Anyhow, here is an interesting president in Copenhagen with one of those international meetings trying to reach an international agreement that hasn’t happened unfortunately. We’re still far from that, an international agreement to deal with climate change. In large countries where the international agreement that already dealt with the stratospheric ozone issue that Paul Crutzen mentioned. Ok, that is solved. One global environmental problem has been solved but it’s the only one. Climate change, we’re still far from that. Anyhow in this meeting there were more than 120 heads of state, 130 or so. I happen to be there as well. And they all agreed but it was an aspirational goal, it was not officially sort of approved how to do it. But the agreement is: Let’s try to keep the average temperature increase below 2 degrees. Because more than 2 degrees and here sometimes people say it’s the science. Well, it’s a mix of science and economics, ok? More than 2 degrees is just risky. It’s something we should try to avoid if at all possible. So the next question is: Can society actually do that? Where do these green house gases come from? Well, more than 2/3 already comes from the use of energy. But one important component has to do with photosynthesis. You know of course carbon dioxide is balanced in the atmosphere, converted back to oxygen by photosynthesis otherwise we would no longer have oxygen in our atmosphere. And so photosynthesis has also been affected by deforestation and so on and so forth. So we have to deal with all the sources of this green house gases. And here is what society should do according to the scientific understanding which has uncertainties of course. We have to change from the upper red curve which are emissions, how much is emitted in terms of carbon dioxide, methane and other. Methane is no longer being emitted as Paul just clarified. But CFCs, there are other species. And so it’s growing because the economy depends heavily on the use of fossil fuels which is the main source of carbon dioxide. Fossil fuels, coal or petroleum. So we would have to change to the yellow curve in between. That means we have to stop emitting, very soon, in more detail, you can see that in just a few decades. These are again calculations. You see that by 2030, in just a few decades we have to decrease emissions by 50%. That’s a huge change, that’s a revolution in the way society functions. And almost 30% just by the end of this century, we’re not on that path. Society hasn’t recognised the urgency of this problem in terms of actually responding this way and in terms of reducing emissions. Is it possible? Well the experts claim, and I agree it is in fact possible. Here is again another curve of emissions. We have to delete the green part and go all the way down to the blue part. Reduce emissions, how to do that, there is no magic bullet. We have to do many things simultaneously. Use different sources of energy, renewables. And to begin with and that’s very important as well, to use energy much more efficiently. So if we do these activities, more than 10 or so simultaneously then we do have a chance to reduce emissions as needed. Are we doing that, well we’re just beginning. For example, you know, wind energy is a renewable energy and it’s already working quite well, almost as cheaply as fossil fuels. But it has limitations, it’s intermittent, you need to be able to store it. But for example in Denmark they just made a commitment to double from 20 to 40% roughly the amount of wind energy they use. So it’s feasible but its only part of the solution. Solar energy is still too expensive. But the price is coming down fast and here you have solar thermal energy. Like there are already some big plans for example in Spain, in Seville. Or photovoltaic cells. Until just a few years ago they were 5 or 6 times more expensive than fossil fuels but the price has come down remarkably fast. So they’re competing now with concentrated solar thermal. Still more expensive than solid fuels but not that far anymore. Nuclear, we could spend a whole hour discussing just nuclear energy. You know Germany has already decided not to use it. Japan also except that they restarted 2 of their old reactors. Well here at least the consensus, maybe my view as well is that should be an option to have at the very least in terms of continuing to develop new generations. Third and fourth generations of nuclear power plants which are more secure. You can deal with the nuclear waste actually quite efficiently, it’s not that much. So it’s possible to advance. One very worrisome aspect is proliferation, ok? That some countries can still use it to develop weapons of mass destruction. We know Iran, North Korea and so on. So that’s a political issue, not a technical one. Anyhow I won’t discuss anymore nuclear but the point is that it can be done. But to do that, in order to enforce these 10 measures or more that I’m talking about, the best thing would be, not the only way but the most practical one to have an international agreement. Which at the moment is out of the question because it will not pass congress in the United States as long as it’s dominated by Republicans. Although they’re beginning to change. But at the moment it’s still a party line that climate change is not valid, ok? Anyhow, we need an international agreement but we need to invest even more on research. Energy technology research which is one of the topics of this meeting. And society is making a lot of progress but the question is whether it’s fast enough. But we certainly should put more effort there. Also international cooperation because it's naïve now to think that it’s just developed countries that can solve the problem. China, India, Brazil, Mexico and so on have to participate, of course. And they’re well aware of that. So this expectation that the problem has to be solved by the developed countries alone is completely obsolete now. But there has to be international cooperation of course. There has to be transfer of technology, perhaps transfer of resources. As was the case with the stratospheric ozone issue. But at least, at the very least that’s beginning to happen but not extensively enough. Accelerate win, win measures, what's that? Energy efficiency, it turns out that many industries are actually making more profits because they are using energy more efficiently. Many countries, many companies. So that’s beginning to happen. But let me move to this sort of summary, I have one more important topic to cover but I’ll do the summary very fast. Which comes from my colleagues at MIT. I was at MIT many years working with them. And because of the complexity of the climate system. Because there are uncertainties. What society is doing is functioning as if playing a game of roulette. We don’t know what will happen in the future exactly but we can do probabilities. But we have the roulette of the left, because we haven’t started really to do anything about it. So that means that it’s very likely that the temperature will, the surface temperature, will increase more than 4 degrees. And what’s very worrisome is it might increase even 6 or 7 degrees. It's not very likely, wow but that’s, 10, 20%, that’s enormous, ok? We can change roulette. We can buy the other one, doing these measures, these wedges that I just talked about. The question: How much does it cost? Now some of you might be gamblers or if not gamblers you know about gambling, ok. So imagine you’re playing a game of $100,000. But you only earn, if the temperature does increase more than 3 degrees. That’s your choice but you have the roulette of the left. You have the choice of buying the blue one but you have to pay me something from this $100,000. But it’s much more likely that you'll win. So the question is: How much would you be willing to pay? Well, with the other one you’re most likely going to lose. So it’s sensible, maybe $20,000, $30,000, who knows, it’s a personal gambling experience. But economists have actually done this job, not gambling but doing the calculations and understanding how the economy works. And they all tend to agree. Some of them disagree on the methodology. But the result is to change roulette, this $100,000 roulette costs about $1,000, maybe $2,000. So that means we’re talking about 1, 2% of global GDP. So it’s really a bargain. Society can do it quite cheaply and that’s because the way energy functions and because we do have alternative energies, at somewhat more price and so on. But the difficulties are losers, winners and so on. The point where almost everybody agrees doing this sort of calculations is that the cost of the damage, these extreme weather events that we’re seeing, is clearly much larger, ok. So now I’m going to skip because I see I am very late now. The worry with reaching this red zone, more than 6 degrees, is some things might happen that are very worrisome that are not very likely. But things like the Amazon would disappear and so on. So I won’t dwell into except to claim that some economists argue that that’s what we should concentrate upon, that’s the way insurance companies work. Society should not take such a very high risk, 20, 15% risk of these calamities is not acceptable, strictly from an economic perspective. Ok. So let me finish with the last topic, I have 2 minutes, maybe I can do it. Scientific evidence is really overwhelming. Most experts agree there. I know many of them and really they don’t have a case and I know exactly where they are wrong and so on. But there are a few. Most scientists agree, ok? But the media, oh, they always like to show both sides of each issue, ok? On the one hand this happens but it’s also possible that climate is changing naturally. Of course, it’s also possible that it’s astrology. The stars actually tell us what's happening. Ok, the percentage is actually a little more favourable for astrology as I’ll tell you in a moment. But the public perception responds to the media. And so less than half people in the United States, these are surveys in the US, are convinced. This is a little bit misleading because about half the population actually would agree with climate change being a reality if you ask the right question. But it’s really the statistics, it’s only about 12% of population that really dismisses climate change as a hoax. As something to actively work against. But that’s 50% in US congress or almost 100%, it was, not too long ago with the Republican Party. And that stops an international agreement. Ok, so hopefully that’s changing. I’m talking myself to a number of Republican people in congress who are much more liberal but they have a lot of constraints because the party line works the other way around. So I’ll just finish with this, recognising our next speaker. I want to briefly touch on a topic. It’s not just Republicans or not just non-scientist that question this. There are also some scientists but they’re not the experts. Ok, the statistic of non-scientists is very different. So there was a Wall Street Journal editorial that claimed, they report our next speaker that this is really very exaggerated, we shouldn’t worry about it. But in this article they really make some incredible assumptions that I would be very ashamed myself if I were to be in that list, extraordinary ashamed I would. I would feel that I would get thrown tomatoes and eggs anywhere I would show up in the street. But anyway they signed anyhow. But they also claim that we claim that we that are in favour of doing something about it, that we are saying carbon dioxide will destroy civilisation, nonsense. Or that temperature hasn’t really changed and the last 10 years the statistics is just showing that there is no climate change. That’s again nonsense. If you look at the detail. Of course, temperature goes up and down. The last decade it has been the warmest on record for a long time. It doesn’t increase every year, it goes up and down. So the statistics here again is extremely clear. So I’ll let you read the details but again just to set up the stage for our next speaker. First of all the scientist responded. Ok, you don’t go to your dentist if you have a problem with your heart. I should clarify, if I go to my dentist and tell him: But then there might be some dentist that claimed that they are the ones that know everything. But furthermore Professor Giaever, he was annoyed by the American Physical Society claiming that the evidence was incontrovertible. Well according to the American Physical Society what is unequivocal, what they are absolutely certain is that they did not say that, ok? They merely claim that it’s very likely that indeed society can actually solve the problem. Because there are things, there are very few things that are unequivocal or totally certain. But I think there are some. For example the existence of molecules. Who would dare now to write a serious paper and say: It was possible. But many things in science are very well settled, among them quantum mechanics, quantum law. Climate change has a lot of uncertainties but we do have enough evidence just to state that it’s a very significant risk. And it’s a matter of risk, society should respond to this risk. For economic reasons but for ethical reasons as well. We do have a responsibility with future generations to leave a reasonable planet for them. Thank you for your attention. Applause.

Vielen Dank. Ich weiß die Gelegenheit, hier heute zu Ihnen sprechen zu können, sehr zu schätzen. Lassen Sie mich damit beginnen ... Ich werde jetzt meinen Kollegen Paul Crutzen sowie viele von Euch jungen Menschen hier vorne kopieren. Raten Sie mal, wie? Einfach, indem ich meine Jacke ausziehe, weil es dann viel angenehmer wird. Aber ernsthaft, ich möchte einige Worte der Bewunderung für meinen Kollegen Paul loswerden, von dem ich im Laufe der Zeit so viel gelernt habe. Sie wissen, dass Paul eigentlich kein Chemiker ist. Als er begann, sich Sorgen über die Atmosphäre zu machen, wusste er nicht so viel von der Chemie. Aber letztendlich wurde ihm der Nobelpreis in Chemie verliehen. Er hat also bewiesen, wie effizient man da sein kann. Ich möchte auch noch erwähnen, dass wir den Nobelpreis darüber hinaus mit Sherry Rowland, meinem Mentor, geteilt haben, von dem ich im Laufe der Zeit auch sehr viel gelernt habe. Und wie die meisten von Ihnen vielleicht wissen, ist er erst vor wenigen Monaten gestorben. Ich werde über den Klimawandel reden. Einiges überschneidet sich ein bisschen mit den Ideen, die Paul vorgestellt hat. Ich möchte aber damit beginnen, kurz auf die Klimawandelforschung zurückzublicken. Und ich möchte zwei Informationsteile ergänzen, nämlich: Was können wir tun und wie schwierig ist das? Und zweitens kann ich vielleicht die Frage der Authentizität der Klimawandelforschung in den Blick nehmen. Viele von Ihnen wissen, dass der Klimawandel insbesondere von zahlreichen Politikern, speziell in den USA, in Frage gestellt wurde. Der von der Republikanischen Partei dominierte US-Kongress hält den Klimawandel tatsächlich für nicht existent. Das ist eine ziemlich beunruhigende Situation. Und das betrifft nicht nur Politiker. Ich möchte versuchen, den Rahmen für eine Diskussion zu stecken, in der einige Fragen gestellt werden: Warum geschieht dies und gibt es möglicherweise einen Weg, das alles zu verstehen? Beginnen möchte ich aber mit diesem Foto unseres Planeten. Wie Sie wissen, befinden wir uns nicht im Holozän, sondern im Anthropozän, wie Paul bereits so gut erklärt hat. Das Problem aber ist, dass die natürlichen Ressourcen unseres Planeten begrenzt sind, wir aber alles Mögliche tun, um diese Ressourcen zu erschöpfen. Grundsätzlich kann das alles in nachhaltiger Weise erfolgen, aber das machen wir nicht. Und der Vortrag von Paul war wirklich eine sehr gute Beschreibung dieser gesamten Entwicklung. Eine dieser begrenzten Ressourcen ist die Atmosphäre. Es ist ja nicht so, dass wir die Atmosphäre ganz vernichten. Aber dennoch belasten und fordern wir die natürliche Fähigkeit der Atmosphäre enorm, indem wir sie mit den unerwünschten Nebenwirkungen menschlicher Aktivitäten konfrontieren. Die Atmosphäre ist wirklich sehr dünn, wie die Schale eines Apfels. Und so lässt sich verstehen, dass die Aktivitäten der Menschheit alle möglichen Probleme, einschließlich von globalen Problemen, hervorrufen. Und um das besser zu verstehen, sollten wir wissen, dass die Emissionen bestimmter Verbindungen in die Atmosphäre ziemlich langlebig sind und wir davon ausgehen können, dass sie sich innerhalb von Monaten sehr gut in beiden Hemisphären vermischen. Und es dauert vielleicht ein Jahr oder zwei Jahre, bis sie sich um den gesamten Planeten verteilt haben. Deshalb wirken sich Spezies wie Kohlendioxid, FCKW und andere, die Paul erwähnt hat, unabhängig vom Ort ihrer Emission auf die gesamte Atmosphäre aus. Wir haben es also wahrlich mit globalen Problemen zu tun. Lassen Sie mich noch einmal mit dem Klimawandel beginnen. Der Druck der Atmosphäre nimmt mit zunehmender Höhe ab. Ein Großteil der Masse ist auf die ersten zehn bis fünfzehn Kilometer über der Erdoberfläche begrenzt. Dort, wo sich die Troposphäre befindet, spielt das Klima die größte Rolle. Der Mount Everest ist bekanntlich ungefähr 8.000 Meter hoch. Und auf dem Gipfel des Mount Everest kann man nicht mehr atmen. Die Atmosphäre ist dort bereits sehr dünn. Und auch das ist eine Bestätigung dafür, dass wir die Atmosphäre wirklich mit unseren Aktivitäten beeinflussen können. Aber zunächst einige Worte dazu, wie Klima funktioniert. Was sagt die Wissenschaft zum Klima? Wir wissen, dass es eine Wärmebilanz gibt, auf die wir grundlegend Einfluss nehmen. Die Energiebilanz des Planeten ist sehr einfach nachzuvollziehen. Der Planet erhält bereits seit Millionen von Jahren Energie von der Sonne, größtenteils in Form sichtbarer Strahlung, sichtbaren Lichts.Und er gibt praktisch die gleiche Menge an Energie wieder ab. So sieht also diese Bilanz aus. Wir können das als Fließgleichgewicht oder stabilen Zustand bezeichnen. Und das lässt sich mit sehr grundlegenden Naturgesetzen erklären, einigen sehr wichtigen Entdeckungen, die zu Beginn des 20. Jahrhunderts erfolgt sind und die Wissenschaft enorm revolutioniert haben. Dazu zählt beispielsweise die Entdeckung der Quantenmechanik durch Planck. Das hat sich auf so viele Tätigkeiten und Aktivitäten der heutigen Zeit ausgewirkt. Fernsehen, Smartphones, Luftfahrt usw. hängen enorm von der Festkörperphysik ab. Und die Chemie, die moderne Sichtweise der Chemie, ist bekanntlich sehr stark von der Quantenmechanik beeinflusst worden. Das sind also eingeführte, geltende Gesetze. Sie stehen überhaupt nicht mehr in Frage. Es ist interessant, dass das Verteilungsgesetz von Max Planck im Rahmen seiner Entdeckung der Quantenmechanik mit dem Versuch verbunden war, für einen Körper, einen Gegenstand zu berechnen, wie viel Energie er - abhängig von seiner Temperatur - verliert. Und genau das ist doch die Frage, die für die Einschätzung relevant ist, welche Temperatur unser Planet, die Erdoberfläche hat. Plancks Verteilungsgesetz erklärt uns also, wie das funktioniert. Und im Übrigen besagt es auch, dass Energie in Form von Paketen auftritt, daher Quantenmechanik. Und Einstein brachte hierzu ein, dass auch Licht in Form von Paketen erscheint, nämlich Photonenpaketen. Genau dafür erhielt Einstein schließlich seinen Nobelpreis, nicht für die Relativitätstheorie. Und dann gibt es natürlich noch weitere, sehr bedeutende Wissenschaftler wie Boltzmann, die die Physik, die grundlegende physikalische Chemie ebenfalls enorm beeinflusst haben. Aber der Punkt ist, dass es auf der einen Seite sehr gut eingeführte Gesetze gibt und auf der anderen Seite das, was tatsächlich mit dem Klima passiert. Wenn man das Verteilungsgesetz von Planck anwendet, kann man messen, wie viel Energie unser Planet von der Sonne erhält. Man kann auch messen, dass nur rund zwei Drittel dieser Energien vom Planeten absorbiert werden. Der Rest wird von Wolken und Schnee reflektiert. Löst man die Gleichung, so dürfte die durchschnittliche Oberflächentemperatur bei rund -18 Grad Celsius liegen. Glücklicherweise ist das nicht der Fall. Etwas stimmt also nicht. Es gäbe uns nicht, weil die Weltmeere gefroren wären. Aber nicht das Gesetz von Planck ist falsch. Das ist nämlich nicht die Temperatur der Erdoberfläche, sondern die durchschnittliche Temperatur der Infrarotstrahlung-Emission des Planeten. Und das spielt sich irgendwo über der Erdoberfläche ab und zwar deshalb, weil die Atmosphäre, also Sauerstoff, Stickstoff für Infrarotstrahlung durchlässig ist, aber bestimmte Mengen von Spurengasen enthält, die diese von der Erde gemäß dem Planck'schen Gesetz abgegebene Infrarotstrahlung absorbieren. Diese Strahlung wird zum Teil durch die Spezies absorbiert, die wir als Treibhausgase bezeichnen. Sie wird also absorbiert, wieder abgegeben usw. Und so fungiert die Atmosphäre im Ergebnis wie eine Decke, um es einmal ganz einfach zu veranschaulichen. Ein extremes Beispiel für diese Situation ist der Planet Venus. Er befindet sich natürlich näher an der Sonne, ist aber heller als die Erde. Deshalb ist die Energiemenge, die die Venus von der Sonne absorbiert, geringer als die Energiemenge, die unser Planet absorbiert. Und dennoch ist die Venus-Oberfläche über 400 Grad Celsius heiß. Das ist also ein enorm heißer Ofen, weil seine Atmosphäre größtenteils aus Treibhausgas, Kohlendioxid besteht. Die Grundlagenforschung bestätigt sich also auch hier. Ich möchte darauf nicht weiter eingehen, aber das ist gut aufgeklärt. Deshalb liegt die durchschnittliche Oberflächentemperatur bei +15 statt -18 Grad Celsius. Und das ist dann das, was wir als den natürlichen Treibhauseffekt bezeichnen, dieser Temperaturunterschied von 33 Grad Celsius, nichts anderes. Was sind das für Spezies, die die Infrarotstrahlen absorbieren? Sie sind sehr gut beschrieben. Tatsächlich macht Wasserdampf den großen Teil aus. Wasserdampf absorbiert rund drei Viertel dieser Infrarotstrahlung, die von der Oberfläche abgegeben wird. Dann sind da noch Kohlendioxid, Methan, die FCKWs und andere. In neuerer Zeit wurde auch schwarzer Kohlenstoff, Ruß als weiterer entscheidender Faktor mit Klimaauswirkungen benannt. Ich habe keine Zeit, um hier auf den schwarzen Kohlenstoff einzugehen, aber auf Kohlendioxid und Wasserdampf. Man könnte denken, dass wir uns am meisten Sorgen über Wasserdampf machen sollten. Die Wasserdampfmenge in der Atmosphäre, so weiß man, ist nicht unabhängig von anderen Faktoren. Es gibt eine unbegrenzte Wassermenge im Meer. Das ist flüssiges Wasser. Wie viel Wasserdampf sich in der Atmosphäre befindet, hängt von der Durchschnittstemperatur ab. Eine Möglichkeit, diese Situation zu verdeutlichen, ist ein ganz einfaches Experiment. Das kann man mit Stift und Papier machen, aber auch mit komplexen Computerprogrammen. Wenn man schlagartig alle Gase entfernen würde, die die Infrarotstrahlung absorbieren, diese nicht kondensierbaren Gase Kohlendioxid, Methan usw., würde man erwarten, dass die Atmosphäre etwas abkühlt und der Wasserdampf zu kondensieren beginnt. Das ist die Clausius-Clapeyron Gleichung. Dann gibt es auch mehr Schnee und Regen. Und das geschieht. In nur wenigen Jahrzehnten ohne Co2 und diese anderen Treibhausgase würde das Wasser in einem solchen Ausmaß kondensieren, dass die Durchschnittstemperatur tatsächlich unter diese -18 Grad Celsius fallen würde. Warum darunter? Weil es eine Menge Schnee geben würde und der Schnee die Sonnenstrahlung noch stärker reflektiert. Deshalb halten wir Kohlendioxid und die anderen Treibhausgase, die nicht kondensieren, tatsächlich für den Schlüssel. Das ist ein Klimathermostat. Und wir verfügen über jede Menge Informationen aus geologischen Zeitskalen, paläoklimatologischen Studien, die dies stark untermauern. Darum machen wir uns ernsthafte Gedanken über Kohlendioxid. Einige weitere Informationen dazu. Bis jetzt habe ich über den natürlichen Treibhauseffekt gesprochen. Da gibt es kaum Fragen, das ist gut verstanden. Ich möchte noch mal die Abbildung zeigen, die Paul bereits präsentiert hat. Da ist dieser plötzliche Sprung in der Konzentration von Treibhausgasen zu sehen, die die Infrarotstrahlen absorbieren. Übrigens wird Methan, hier in der unteren Kurve zu sehen, ja bekanntlich durch die anaerobe Fermentierung erzeugt. Mikroben erzeugen das in Abwesenheit von Sauerstoff. Das sind die Bedingungen, die im Verdauungssystem von Rindvieh herrschen. Deshalb macht Rinderhaltung so viel aus. Das gilt auch für Reisfelder usw. Das sind also auch alles Gründe dafür, warum die Werte mit wachsenden Bevölkerungszahlen so sprunghaft angestiegen sind. Ich zeige dies hier aber, um auf das Folgende hinzuweisen. Dies hier sind Messungen, analytische Chemie, sehr gut verstanden, kaum anzuzweifeln. Und es gibt weitere Messungen, die ebenfalls von Menschen angezweifelt wurden. Und die sind wirklich gut belegt, nämlich Temperaturänderungen. Die Temperatur konnte vor 1.000 Jahren noch nicht ohne Weiteres gemessen werden, denn es gab keine Thermometer. Aber man konnte die Durchschnittstemperaturen beispielsweise durch Messung der Jahresringe von Bäumen oder Korallenriffen, Ablagerungen in Seen und Meeren untersuchen. Es gibt vielzählige Möglichkeiten für solche Analysen. Und verschiedene Gruppen interpretieren dann die Temperatur etwas anders, weil es natürlich auch Unwägbarkeiten gibt. Aber in neuerer Zeit ist es aufgrund der Verfügbarkeit von Thermometern wirklich sehr deutlich, dass die Temperatur angestiegen ist. Nicht sehr viel, aber wenn man berücksichtigt, wie stabil die Temperatur während des Großteils des Holozäns war, ist sie wirklich sprunghaft gestiegen. Es geht um fast 0,8°C, 0,7°C, 0,8°C. Und erstaunlicherweise zählt das zu den Problemen, das von einigen Wissenschaftlern, die sich aber auf diesem Gebiet nicht wirklich auskennen, in Frage gestellt wird. Der Grund dafür ist die so genannte Rosinenpickerei. Es gibt so viele Temperaturdaten, dass man sich genau die heraussuchen kann, die man sich wünscht. So erhält man praktisch jeden Trend, den man haben will. Aber wenn man solche Untersuchungen statistisch sorgfältig durchführt, ist die Antwort eindeutig. Ich möchte Sie noch auf eine interessante Sache aufmerksam machen, die sich zugetragen hat. Die Wissenschaftsgemeinschaft war sich sehr sicher bezüglich dieser Entwicklungen. Aber es gab eine Gruppe von Wissenschaftlern in Berkeley, die ich kenne. Und ich sprach vor einigen Jahren mit Richard Muller. Er beschäftigte sich mit der Inkonsistenz, auf die einige Menschen aufmerksam gemacht hatten. Die Temperaturdaten sind nicht perfekt. Es gibt Fehler und es wird nicht immer so gemessen, wie es sein sollte. Deshalb stellte er mit seiner Gruppe die Aussagekraft der vorliegenden Daten erneut auf den Prüfstand. Anzumerken ist, dass seine Arbeit zum Teil von mächtigen Interessengruppen wie Kohleunternehmen finanziert wurde, die die Gültigkeit der Ergebnisse der Klimaforschung wirklich in Frage stellen wollen. Und zum Bedauern seiner Geldgeber kam auch er zu dem Schluss und bestätigte, was wir bereits wussten: Die Temperatur steigt tatsächlich. Es gibt also kaum mehr Zweifel an dieser Tatsache. Aber jetzt zu dem Punkt, auf den ich hinaus will. Paul erwähnte bereits dieses zwischenstaatliche Expertengremium für Klimaänderungen IPPC, eine Gruppe, der 2007 gemeinsam mit Al Gore der Nobelpreis verliehen wurde. Alle vier bis fünf Jahre veröffentlichen sie einen Bericht. Und in ihrem letzten Bericht im Jahr 2007 kamen sie zu dem Schluss, dass diese beiden Beobachtungen, die ich aufgezeigt habe, tatsächlich zusammenhängen, dass nämlich die Temperaturveränderung durch die Veränderung in der chemischen Zusammensetzung verursacht wird. Aber das Thema Klima ist kompliziert. Wie ich sagte, ist die Grundlagenforschung gut etabliert. Aber es geht um ein komplexes System. Wie bei unserem Körper, unserem Gehirn gibt es zahlreiche komplexe Systeme, mit denen die Wissenschaft in diesem Bereich zu tun hat. Deshalb sagt sie: "Wir sind nicht absolut sicher, es ist lediglich eine Frage der Wahrscheinlichkeit." Diese Klimaexperten geben deshalb nur Einschätzungen ab. Ich war bei mehreren ihrer Treffen zugegen, insbesondere beim letzten, als sie diese Schlussfolgerungen zusammenfassten. Und deshalb konstatieren sie lediglich eine Wahrscheinlichkeit, dass diese Temperaturänderung durch menschliche Aktivitäten verursacht wird. Und es sind nur 90%, okay 90%. Es besteht also eine sehr große Wahrscheinlichkeit, aber keine absolute Sicherheit. Das ist also die Situation aus der Sicht der Experten. Lassen Sie mich aber noch schnell auf einige andere Dinge eingehen. Wir sorgen uns nicht so sehr über diese geringe Temperaturveränderung, sondern über die Temperaturextreme. Die machen uns zunehmend Sorgen. Die Zahl der Überschwemmungen nimmt zu. Es gibt Zweifel an den Statistiken. Darauf kann ich hier nicht näher eingehen. Flächen- und Waldbrände haben ebenfalls ziemlich drastisch zugenommen, insbesondere in einigen Gebieten. Die Frage ist, ob diese extremen Ereignisse mit der globalen Erwärmung zusammenhängen. Und die Wissenschaftsgemeinschaft ist da sehr konservativ. Vor einem Jahr noch haben viele Wissenschaftler diskutiert und tatsächlich gesagt: "Wir haben nicht genug Beweise dafür. Es ist möglich, aber wir können tatsächlich nicht sehr viel darüber sagen." Aber das ändert sich jetzt wirklich. Und vielleicht erklärt dieser Artikel von Kevin Trenberth den Großteil dessen, was passiert. Es hängt davon ab, welche Fragen man stellt. Man kann die falschen Fragen stellen. Wenn man Extremereignisse wie eine Überschwemmung oder eine Hitzewelle erlebt und dann die Frage stellt, ob das durch den Klimawandel, durch menschliche Aktivitäten verursacht wurde, lautet die Antwort: Wohl nicht. Dieses Ereignis hätte auf jeden Fall eintreten können. Die wichtigere Frage müsste deshalb lauten: Verläuft das Ereignis extremer? Gibt es darüber Statistiken? Vielleicht gibt es in der Zukunft Ereignisse, die ohne menschliche Aktivitäten nicht eingetreten wären. Aber jetzt geht es eher um die Frage, ob diese Ereignisse intensiver werden. Und da lautet die Antwort ziemlich eindeutig "Ja" für Hitzewellen. Für Überschwemmungen ist die statistische Datenlage noch nicht genauso gut. Aber alles deutet darauf hin. Die Wissenschaft prognostiziert das. Es ist etwas, das aus unserem Verständnis von Klima hervorgeht und mit den Modellen selbst zu tun hat. Der einfachste Weg, die Offensichtlichkeit dieser Entwicklung zu bestätigen, ist der Folgende: Wenn sich die Temperatur um 0,8 Grad verändert hat und man eine Hitzewelle als eine Temperaturerhöhung definiert, die zum Beispiel drei Standardabweichungen, drei Sigma über normal liegt, kann man einfach statistisch unter Voraussetzung der bekannten Verteilung usw. berechnen, wie es die Gruppe von Jim Hansen getan hat, dass sich die Wahrscheinlichkeit extremer Hitzewellen allein in den letzten 50 Jahren um das 40-Fache erhöht hat. Das ist dann kein Modell und keine Spekulation mehr. Das stammt aus Satellitenmessungen. Die Messungen signalisieren, dass das in der Tat passiert. Ok, nächstes Thema. Ich versuche hier schnell durchzugehen. Wie sollte die Gesellschaft reagieren? Zunächst muss ich eines klarstellen: Wissenschaftler geben der Gesellschaft nicht vor, was sie zu tun hat. Sie, wie auch ich, berichten nur, was geschehen könnte, wenn bestimmte Dinge passieren. Und sie sagen, welche Optionen in anderer Hinsicht bestehen usw. Reagieren darauf muss aber die Gesellschaft. Ich kann aber sicherlich meine Meinung als Individuum, als Mitglied einer Demokratie, als Mitglied einer weltweiten Gemeinschaft vertreten. Aber was sollte die Gesellschaft im Lichte dessen tun, was die Wissenschaft uns erzählt? Hier ist ein interessanter Präsident in Kopenhagen bei einer dieser internationalen Konferenzen, bei der man internationale Vereinbarungen erzielen will, was leider bisher noch nicht passiert ist. Wir sind immer noch weit davon entfernt, ein internationales Abkommen für den Umgang mit dem Klimawandel zu erreichen. In großen Ländern gibt es ein internationales Abkommen im Zusammenhang mit dem von Paul Crutzen erwähnten Problem der stratosphärischen Ozonschicht. Das ist gelöst. Eines der globalen Umweltprobleme wurde gelöst. Aber das ist nur eines. Was den Klimawandel betrifft, sind wir noch weit davon entfernt. Jedenfalls waren bei diesem Treffen mehr als 120 oder sogar 130 Staatsoberhäupter vertreten. Ich war auch dort. Und sie waren sich alle einig. Aber es ging um ein erstrebenswertes Ziel, keine offizielle Vereinbarung mit Handlungsfolgen. Die Vereinbarung lautet: Lassen wir uns versuchen, den durchschnittlichen Temperaturanstieg auf unter zwei Grad zu begrenzen, weil mehr als zwei Grad - und dies nennen manche Wissenschaft, aber es ist eine Mischung aus Wissenschaft und Wirtschaft - mehr als zwei Grad wirklich riskant sind. Das sollten wir zu vermeiden versuchen, wenn überhaupt möglich. Die nächste Frage lautet dann: Kann die Gesellschaft das tatsächlich leisten? Woher kommen diese Treibhausgase? Über zwei Drittel stammen heute bereits aus der Nutzung von Energie. Aber ein wichtiger Bestandteil hat mit der Photosynthese zu tun. Bekanntlich wird Kohlendioxid in der Atmosphäre ausgeglichen, durch Photosynthese in Sauerstoff umgewandelt. Sonst hätten wir keinen Sauerstoff mehr in unserer Atmosphäre. Und auch die Photosynthese wurde durch Abholzung usw. beeinträchtigt. Und wir haben mit allen möglichen Quellen von Treibhausgas zu tun. Hier ist zu sehen, was die Gesellschaft nach dem wissenschaftlichen Verständnis, das natürlich mit Unsicherheiten behaftet ist, tun sollte. Wir müssen es schaffen, die obere rote Linie zu verändern. Diese Linie stellt die Emissionen dar, also wie viel Kohlendioxid, Methan usw. abgegeben wird. Methan wird nicht mehr emittiert, wie Paul gerade verdeutlichte, aber FCKWs und die anderen Spezies. Und die Emissionen nehmen zu, weil die Wirtschaft enorm von der Nutzung fossiler Brennstoffe, den Hauptquellen von Kohlendioxid, abhängig ist. Fossile Brennstoffe, Kohle oder Benzin. Wir müssen es schaffen, die gelbe Linie dazwischen zu erreichen. Wir müssen also den Emissionen Einhalt gebieten, sehr bald, genauer gesagt in einigen wenigen Jahrzehnten. Das sind Berechnungen. Sie sehen hier, dass wir die Emissionen in nur wenigen Jahrzehnten, also bis 2030, um 50% senken müssen. Das ist eine enorme Veränderung. Das bedeutet eine Revolution für die Art und Weise, in der die Gesellschaft funktioniert. Und allein bis zum Ende dieses Jahrhunderts um fast 30%. Wir machen nicht genug, um das zu erreichen. Die Gesellschaft hat sich die Dringlichkeit des Problems im Sinne einer Reaktion und einer Reduzierung von Emissionen nicht wirklich realisiert. Und ist das überhaupt möglich? Die Experten behaupten, dass das durchaus möglich ist - und ich stimme dem zu. Hier ist eine weitere Emissionskurve. Wir müssen den grünen Teil abbauen und bis ganz auf den blauen Teil zurückfahren. Emissionsreduzierung, wie geht das? Es gibt keine Wunderwaffe. Wir müssen viele Dinge gleichzeitig tun, zum Beispiel verschiedene Energiequellen nutzen, erneuerbare Energien einsetzen und zunächst und zuallererst - das ist sehr wichtig - müssen wir die Energie wesentlich effizienter verwenden. Wenn wir also diese Aktivitäten - und das sind zehn oder mehr Aktivitäten, die gleichzeitig geschehen können - umsetzen, haben wir eine Chance, die Emissionen so zu senken, wie dies erforderlich ist. Aber tun wir das auch? Wir stehen gerade erst am Anfang. Mit der Windenergie, einer erneuerbaren Energie, funktioniert das bereits sehr gut. Sie ist inzwischen fast so preisgünstig wie fossile Brennstoffe. Aber die Windenergie hat Grenzen. Sie steht nur diskontinuierlich zur Verfügung. Man muss sie speichern können. In Dänemark hat man sich allerdings jetzt das verpflichtende Ziel gesetzt, die Menge der genutzten Windenergie grob von 20% auf rund 40% zu verdoppeln. Das ist machbar, aber auch nur ein Teil der Lösung. Sonnenenergie ist nach wie vor zu teuer. Aber der Preis fällt und hier gibt es auch die Solarthermie. Es wurden bereits einige riesige Anlagen errichtet, beispielsweise in Spanien, in Sevilla. Oder Photovoltaikzellen. Noch vor wenigen Jahren haben sie das fünf- bis sechsfache der fossilen Brennstoffe gekostet, aber der Preis fällt bemerkenswert schnell. Deshalb konkurrieren sie jetzt mit konzentrierter solarthermischer Energie. Immer noch teurer als Festbrennstoffe, aber bei weitem nicht mehr so viel teurer. Und was die Kernenergie betrifft, könnten wir hier eine ganze Stunde nur über diese Energie debattieren. In Deutschland hat man ja bereits entschieden, sie nicht mehr einzusetzen. In Japan wohl auch, mit der Ausnahme, dass man dort zwei der alten Reaktoren wieder in Betrieb genommen hat. Hier gibt es zumindest den Konsens, und da bin ich auch einverstanden, dass die Option aufrechterhalten werden sollte, die Entwicklung neuer Generationen dieser Technik in Erwägung zu ziehen. Die dritte und vierte Generation von Kernkraftwerken, die sicherer sind. Und man kann mit dem Atommüll doch ziemlich effizient umgehen. Das ist nicht so viel. Also auch auf diesem Gebiet sind Fortschritte möglich. Beunruhigend ist allerdings die Verbreitung dieser Energie, also die Tatsache, dass einige Länder diese Energie zur Entwicklung von Massenvernichtungswaffen nutzen können. Wir wissen das vom Iran, von Nordkorea, usw. Das ist ein politisches Thema, kein technisches. Ich möchte hier nicht weiter auf die Kernenergie eingehen. Aber der Punkt ist doch, dass Veränderungen möglich sind. Aber um diese ungefähr zehn Maßnahmen durchzusetzen, von denen ich hier rede, wäre es das Beste - nicht der einzige Weg, aber der praktikabelste Weg -, ein internationales Abkommen zu erzielen. Und das lässt sich derzeit nicht durchsetzen, weil es den US-Kongress nicht passieren wird, solange der von den Republikanern dominiert wird. Aber auch dort sind erste Änderungen zu bemerken. Aber dennoch besagt die Parteilinie momentan immer noch, dass es keinen Klimawandel gibt. Nichts desto trotz: Wir brauchen ein internationales Abkommen. Aber wir müssen auch noch mehr in die Forschung investieren, in die energietechnologische Forschung, was ja eines der Themen dieses Treffens ist. Die Gesellschaft macht eine Menge Fortschritte. Die Frage ist aber, ob das reicht. Wir müssen sicherlich noch mehr Anstrengungen unternehmen. Es geht auch um die internationale Zusammenarbeit, weil es naiv wäre zu denken, dass die Industrieländer dieses Problem allein lösen können. China, Indien, Brasilien, Mexiko usw. müssen natürlich mitwirken. Und sie wissen das auch. Die Erwartung, dass das Problem allein durch die Industrieländer gelöst werden müsste, ist heute also vollkommen überholt. Es muss unbedingt internationale Kooperationen geben. Und wir brauchen einen Technologietransfer, vielleicht auch einen Ressourcentransfer, wie dies ja bei dem Problem des stratosphärischen Ozons auch der Fall war. Zumindest gibt es erste Ansätze. Aber das reicht noch nicht aus. Die Win-Win-Maßnahmen müssen beschleunigt werden. Was bedeutet das? Energieeffizienz. Es zeigt sich doch, dass viele Industrien tatsächlich mehr Gewinne machen, weil sie die Energie effizienter einsetzen. Viele Länder, viele Unternehmen. Das geschieht doch bereits. Aber lassen Sie mich zu dieser Übersicht weitergehen. Es gibt ein weiteres Thema zu besprechen. Ich werde diese Übersicht sehr schnell abhandeln. Sie stammt von meinen Kollegen am MIT. Ich habe viele Jahre mit ihnen am MIT zusammengearbeitet. Aufgrund der Komplexität des Klimasystems und aufgrund der vielen Ungewissheiten tut die Gesellschaft so, als ob es um ein Roulettespiel ginge. Wir wissen nicht, was in der Zukunft exakt passieren wird, aber wir spielen mit Wahrscheinlichkeiten. Wir befinden uns in der Roulettesituation, die links zu sehen ist, denn wir haben nicht einmal damit begonnen, irgendetwas zu tun. Das bedeutet, dass die Temperatur, die Oberflächentemperatur sehr wahrscheinlich um mehr als vier Grad ansteigen wird. Und das Beunruhigende ist, dass sie sogar um sechs oder sieben Grad ansteigen könnte. Das ist zwar nicht sehr wahrscheinlich. Aber 10%, 20%, das ist doch enorm. Wir können das Roulettespiel verändern. Wir können uns für die andere Lösung rechts entscheiden, indem wir diese Maßnahmen ergreifen, diese Simultanmaßnahmen, von denen ich eben gesprochen habe. Die Frage ist: Wie viel kostet das? Einige von Ihnen sind vielleicht Glücksspieler. Oder wenn Sie keine Glücksspieler sind, kennen Sie vielleicht Glücksspiele. Stellen Sie sich also vor, dass Sie ein Spiel um $ 100.000 spielen. Sie gewinnen aber nur, wenn die Temperatur um mehr als drei Prozent ansteigt. Das ist Ihre Wahl, aber es geht um das Roulettespiel auf der linken Seite. Sie können sich aber auch für die blaue Seite entscheiden. Dann müssten Sie mir aber einen Teil dieser $ 100.000 bezahlen. Aber dann wäre die Wahrscheinlichkeit, dass Sie gewinnen, wesentlich höher. Die Frage ist also: Wie viel sind wir bereit zu bezahlen? Nun, bei dem anderen Roulette besteht eine hohe Verlustwahrscheinlichkeit. Es wäre also vernünftig, $ 20.000, $ 30.000, wer weiß es schon genau, einzusetzen. Es ist eine persönliche Glückspielerfahrung. Wirtschaftswissenschaftler haben dies aber bereits berechnet und wissen, wie die Wirtschaft funktioniert. Und sie sind sich tendenziell einig. Einige widersprechen der Methode. Aber das Ergebnis ist, dass zur Änderung der Chancen dieses $-100.000-Roulette einen Einsatz von $ 1.000, vielleicht $ 2.000 erfordern würde. Das bedeutet, dass wir über 1% oder 2% des weltweiten BIP sprechen. Es ist also in Wirklichkeit ein Geschäft. Die Gesellschaft kann das aufgrund der Art und Weise, wie Energie funktioniert, ziemlich preisgünstig haben, und zu einem etwas höheren Preis, wenn sie alternative Energien wählt. Aber die Schwierigkeit ist die Tatsache, dass es Gewinner und Verlierer gibt. Fast jedem, der diese Art von Berechnungen anstellt, ist aber wohl klar, dass die Kosten für die Schäden, für diese extremen Wetterereignisse, die wir erleben, deutlich höher sind. Ich überspringe jetzt mal Einiges, weil ich in Zeitverzug bin. Die Besorgnis in Bezug auf das Erreichen dieser roten Zone hier, also mehr als sechs Grad, hängt damit zusammen, dass hier sehr beunruhigende Dinge passieren können, die zwar nicht sehr wahrscheinlich sind, aber beispielsweise, dass der Amazonas verschwinden würde usw. Ich will darauf nicht näher eingehen. Außer auf die Aussage, die einige Wirtschaftswissenschaftler vorbringen, dass wir uns nämlich damit beschäftigen sollten, wie unsere Versicherungen funktionieren. Die Gesellschaft sollte keine zu hohen Risiken von 20% oder 15% aus diesen Katastrophen in Kauf nehmen. Das ist aus rein wirtschaftlicher Perspektive nicht akzeptabel. Lassen Sie mich also zum letzten Thema wechseln. Ich habe noch zwei Minuten. Vielleicht reicht das. Die wissenschaftlichen Belege sind wirklich überwältigend. Die meisten Experten sind sich da einig. Aber zwei oder drei von 100 stimmen dem nicht zu. Ich kenne viele von ihnen. Sie haben wirklich keine guten Argumente und ich weiß exakt, wo sie falsch liegen. Aber sie sind wenige. Die meisten Wissenschaftler stimmen dem zu. Die Medien wollen aber immer beide Seiten eines Problems zeigen. Auf der einen Seite passiert dies. Aber möglicherweise verändert sich das Klima ja auch aufgrund natürlicher Ursachen. Oder es ist eine Frage der Astrologie. Die Sterne sagen uns, was passiert. Ok, der Prozentsatz fällt für die Astrologie tatsächlich etwas günstiger aus, wie ich Ihnen gleich erzählen werde. Aber die öffentliche Wahrnehmung reagiert auf die Medien. Und deshalb ist laut Umfragen in den USA weniger als die Hälfte der US-Einwohner davon überzeugt. Das ist ein bisschen irreführend, weil rund die Hälfte der Bevölkerung tatsächlich der Aussage zustimmen würde, dass der Klimawandel Realität ist, wenn man nur die richtige Frage stellt. Aber es geht ja um Statistik. Nur rund 12% der Bevölkerung tut den Klimawandel als Schwindel, also als etwas ab, gegen das man aktiv vorgehen muss. Aber es gibt diese 50% im US-Kongress oder vor nicht allzu langer Zeit die fast 100% in der Republikanischen Partei. Und das verhindert ein internationales Abkommen. Das wird sich hoffentlich ändern. Ich spreche regelmäßig mit verschiedenen Republikanern im Kongress, die wesentlich liberaler sind, aber aufgrund der entgegengesetzten Parteilinie noch eine Menge Bedenken haben. Ich will aber jetzt langsam zum Ende kommen, weil schon der nächste Vortragende bereit steht. Ich möchte kurz noch ein Thema ansprechen. Es sind nicht nur die Republikaner oder die Nichtwissenschaftler, die den Klimawandel anzweifeln. Es sind auch einige Wissenschaftler, die aber keine Experten auf dem Gebiet sind. Die Statistik der Nichtwissenschaftler ist ganz anders. Es gab einen Leitartikel im Wall Street Journal, in dem behauptet wurde - der nächste Vortragende wird auch zitiert -, dass dies absolut übertrieben ist und wir uns darüber keine Sorgen machen sollten. Aber in diesem Artikel werden wirklich einige unglaubliche Aussagen gemacht, für die ich mich sehr schämen würde, wenn ich zu den Unterzeichnern zählen würde. Ich würde mich außerordentlich schämen. Ich hätte das Gefühl, man würde mich mit Tomaten und Eier bewerfen, wenn ich mich überhaupt noch auf die Straße traute. Aber dennoch wurde das unterzeichnet.Und dort wird auch gesagt, dass wir, die wir geltend machen, etwas tun zu können, behaupten, Kohlendioxid werde die Zivilisation zerstören. Das ist Unfug. Oder, dass sich die Temperatur tatsächlich nicht verändert hat und die Statistik der letzten zehn Jahre nur zeigt, dass es keinen Klimawandel gibt. Auch das ist Unsinn, wenn man sich das genau anschaut. Temperaturen steigen und fallen natürlich. Dennoch war das letzte Jahrzehnt das wärmste seit langer Zeit. Der Anstieg erfolgt nicht Jahr um Jahr. Es geht rauf und runter. Aber die Statistik ist doch auch hier extrem eindeutig. Hier können Sie zur Vorbereitung auf den nächsten Sprecher die Details lesen. Als Erstes haben die Wissenschaftler mit der Aussage geantwortet, dass man ja auch nicht zum Zahnarzt geht, wenn man ein Problem mit dem Herzen hat. Wenn ich zum Zahnarzt gehe und ihm sage: "Ich habe Herzprobleme", würde er mir direkt sagen: Aber möglicherweise gibt es auch Zahnärzte, die in einem solchen Fall behaupten, dass sie sich in allen Gebieten auskennen. Darüber hinaus ärgerte sich Professor Giaever darüber, dass die American Physical Society behauptet hatte, die Belege seien unwiderlegbar. Aber was ist laut American Physical Society zweifelsfrei? Sie ist sich absolut sicher, dass sie so etwas nie behauptet hat. Sie behauptet nur, dass die Gesellschaft das Problem in der Tat sehr wahrscheinlich lösen könnte, weil es Dinge gibt, einige wenige Dinge, die zweifelsfrei und absolut sicher sind. Aber auch solche Dinge gibt es meiner Meinung nach. Zum Beispiel die Existenz von Molekülen. Wer würde es wagen, ein ernstzunehmendes Papier mit der Aussage zu schreiben: "Ich glaube nicht, dass Moleküle wirklich existieren." Das passierte Boltzmann, aber das war vor 100 Jahren. Das war möglich. Aber viele Dinge in der Wissenschaft sind anerkannt, darunter die Quantenmechanik, das Quantengesetz. Mit dem Klimawandel sind eine Menge von Unsicherheiten verbunden, aber dennoch haben wir genug Belege, um sagen zu können, dass das ein sehr bedeutendes Risiko ist. Es ist eine Frage der Risikoabschätzung. Die Gesellschaft sollte auf dieses Risiko reagieren. Aus wirtschaftlichen ebenso wie aus moralischen Gründen. Wir haben gegenüber künftigen Generationen die Verantwortung, ihnen einen akzeptablen Planeten zu hinterlassen. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.

Mario Molina on the Challenge of Climate Change
(00:12:45 - 00:16:10)

As of February 2013, Molina’s talk is the second most viewed item in the Mediatheque. Taken together, both talks are a rare occasion of uncalled confrontation on the Lindau stage... we will leave it to the reader to make up his own mind about whom to believe.

Remaining in the realm of controversial lectures for a little longer, let’s have a look at Luc Montagnier’s 2010 Lindau Lecture. Montagnier had been awarded a share of a 2008 Nobel Prize in Physiology or Medicine for his contributions to the discovery of HIV. In Lindau, he talked about new results he obtained on a phenomenon which is considered by scientists to be highly controversial, to say the least [1]. Montagnier proposed that DNA, when dissolved, induces structural changes in water, which lead to measurable electromagnetic signals. These signals are claimed to persist, even if the water is diluted so highly, that no DNA molecules are present anymore:

Luc  Montagnier (2010) - DNA between Physics and Biology

Thank you very much, I'm going back to a very old story at the beginning, that of DNA. DNA is of course the origin of memory, genetic memory, since a very long time, perhaps from the beginning of life, of organised life, 3.5 billions of years. But I like to show you that maybe this is not the end of the story and DNA exist also because of water. I'd like to show this morning some recent work we have done showing that water is not only a solvent, it's also a polymer which could interact with the DNA, help the DNA and also the information from DNA to water can exist through the emission of very low electromagnetic waves. So just to remind you that the story of DNA discovery is very long. Starting by the first evidence that bacteria characters could be originating from DNA, Avery-MacLeod-McCarty. And then of course came the very important finding of the double helix structure. But I like also to emphasise that since that there are many important steps and most of the steps have been achieved by Nobel Laureates, some of them are here. But I'd like to stress the importance of DNA sequencing, the reverse transcription by retroviruses, the restriction enzymes allowing the cloning of course. And also the polymerase, more recently the polymerase chain reaction by Kary Mullis who got the Nobel Prize in chemistry in 1993. And followed very soon by the use of a polymerase, a DNA polymerase highly heat resistant from thermophilic bacteria, the taq polymerase. And then came of course the sequencing, the human genome and the high technology to sequence this high speed DNA. How I came to this field and what I like to add something to this, those past discovery came 10 years ago when I did a very strange experiment using a small bacterium called mycoplasma pirum you can see here this shape, this mycoplasma like to live at the surface of human lympocytes, actually is fragment component of HIV, at least in the invitro studies. This mycoplasma has a very small size, but of course larger than the virus itself, it's about 300 nanometre in size and I decided very simply and very naively to filtrate, to separate this mycoplasma from the virus by using filters. And first I made a controlled experiment using only the mycoplasma and checking lymphocyte, no virus. By filtrating we should remove all the mycoplasma. And indeed when we used the filtrate after 0.2 micron or 0.1 filter to grow the mycoplasma in a cellular medium, SP4, which is a classical medium for growing mycoplasma, the filtrate was sterile, no growth at all. But if I put the same filtrate on a culture of human lymphocyte, of course controlled for not having any kind of mycoplasma infection obviously, this showed that after 2, 3 weeks we got the mycoplasma back. And I did this experiment and my associate also many times, it was not an artefact of the filtration for instance. We also checked by PCR, unlisted PCR which is a technique which can amplify millions of times, one sequence of DNA, we use a gene, we have previously cloned called adhesin gene, which allow the mycoplasma to bind the lymphocyte, no signals. So this led me to think maybe the genetic information of mycoplasma was still in the filtrate, not under the form of DNA but under the form of something else. And 5 years ago I tried to investigate with some of my associates the possibility that some forms of water could be involved in this. And we came across a very surprising thing which is the fact that dilution of that DNA of the mycoplasma, also microorganism could emit some very low frequency electromagnetic waves in high dilution of water. So the equipment at the beginning is very simple, we put the sample on a sensor coil in a plastic tube, in a solution and we amplified the signals, the electric current coming from the magnetic part of the waves. The electric current is then analysed on a computer in the appropriate way. And the surprise that we could also detect similar signals with many filtrate or microorganisms, virus and bacteria but also from the plasma of human people infected with the same agents. So I'm going to describe you the possible of each experiment receiving the signals. We have to filtrate, it's not just to remove the initial microorganism, it's probably to disassociate some structure in the water. We have to filtrate, then we have to dilute out and only in some dilution, you see in yellow the high dilution are producing the signals. And we use, first we use electromagnetic background of very low frequency, And of course we have several ways of recording, you can see the waves over the background, which are very easy to detect. It is a good representation of the amplitude of this signal, we shall also hear the noise. And we can do some Fourier transformation to analyse the peaks produced. Here is background noise in which in yellow you see the 50Hz coming from the electric power which is always there. We have to realise that we are always exposed to this very low electromagnetic field. And when we have got positive signal we see a shift to higher frequency. Of course there are several means to quantitate this and also I show you here on the left the background and then on the right the positive signals. And on the bottom you see that we get several harmonic peaks but I have to tell you first that this is not specific of a specific DNA, we get these kind of signals depending on the background for they are all similar for all bacterial DNA or viral DNA. But we cannot exclude that using more refined technology to capture and analyse the signals to see some slight differences according to the DNA species. Of course we investigate the nature of the structure which could produce those signals and we found that they are resistant to all kinds of antiemetic agent, it's not DNA, it's not RNA, not sensitive to detergent, to acidic pH, to ion concentration, even to ethanol. But the structure are rather heat sensitive, they are destroyed by freezing and also by magnetic field. And using filters we could discriminate between viral induced nanostructure which are smaller, less than 20 nanometres, the virus size is between 150 and 25 nanometres. And for bacteria we could find a slightly higher, between filtration by 20 nanometres that suppress by filtration (inaudible 10.20) nanometre. So those structures were found also rather stable in our hands, in our solution and of course we investigate the relationship with the microorganism from which they were originating from. And it was also very clear that there is no linear correlation with another microorganism present before filtration. For instance we use Escherichia coli suspension and even with 10 to the 9 of 10 we have the same similar signals. I must say that this problem fits with the idea that we are dealing with non linear phenomenon. We found this emission from many pathogenic bacteria listed here. Of course the list is not complete. Also from some virus, we haven't completely investigated all the viral families but of course as I say by what's happening in HIV and AIDS, also influence hepatitis B and hepatitis C virus. And for some, in some example we found that 1 gene only was sufficient, or even a fragment of gene, of DNA was sufficient to induce the signal, this was the case of the adhesin gene, we have clone from mycoplasma pirum and also I show you later for some HIV genes. So of course this imply that probably some conformational DNA is involved in this emission but not excluding the possibility that this is a general phenomenon occurring for all kinds of DNA. But we are just picking up the tip of the ice berg, the sequences which are more emitting than others. Condition for EMS induction is very strict in that we have to filtrate, we have to use high dilution in water, we have to use mechanical agitation between each dilution and you have to excite the system by the ambient electromagnetic background, starting very low frequency, 7Hz and this is prevented by some alloy like µmetal which will absorb the waves. And this is a resonance phenomenon. The energy comes from outside, from the electromagnetic background. And of course now we are using very specified excitation waves starting with 7Hz. This has been described in more detail in a paper published last year. Now I come to the theoretic explanation of this. Of course this is just preliminary, we have to talk with physicist and we have simply to give them the facts so they can work on those observation. But it seems to be clear that DNA is very important first and we know from the very first work on x-ray diffraction of DNA by Wilkins and Franklin that there are water molecules strongly associated with DNA and they are contributing to the stability of the molecules. And also they can interact with the basis to make new hydrogen bonds, there could be hydrogen bonds in water. So our idea is that perhaps this atmosphere of molecules, of water molecules can enlarge and from large aggregates in the water solution. And indeed the physicists are telling us that water molecules can form large polymers by hydrogen bonds. Now they are very short-lived. However more recently stable structure can emerge, quantum coherent domains, this is the theory of Emilio Del Guidice, which could be self-maintained by the EMS emission, upon excitation by natural waves. So where those natural waves comes from, humanities but also the Schumann Resonance. Schumann resonance were discovered by Otto Schumann in this country for when he measured the waves which are guided between the surface of the earth and the plasma of the ionosphere. And those waves are produced by lightning. So at any time, any point of the earth there is always lightning. And this lightning maintain a circulation of waves around the surface of the earth. And those waves start at 7Hz with multiple of this but they are very low frequency. We can detect them in our system. Also those can change with also the solar wind but the most important thing for us now are human activities because we are living in a world of waves, we use waves all the time, but high frequency waves. Here we are dealing with very low frequency waves, which have very low wavelengths, 1,000 kilometres. Another possibility, another theory that since we are shaking very strongly the dilution we are forming nanobubbles with the gas and this could also modify the structure of water at the interface. So our current interpretation is the following. So we get in low dilution formation of structural crystal like gels, like this, which are not moving but if we dilute them out we see this type of structure perhaps and use also by electromagnetic waves of the (inaudible 16.50). And if we look at the possible orientation of water molecules, it's quite possible we have laser like system of activation of water molecules, electromagnetic field. And you can see on the right the explanation of Del Giudice in which we are forming in water structures which are of course surrounded by non-coherent molecules but those coherent structures are maintained perhaps by the electromagnetic emission. So I went further. If I come back to my first experiment in (inaudible 17.34) which should imply that a structure induced in water maintain in some way the genetic information of DNA. So I'm going to show you very recent experiment, but we have done them several times, yes, for at least some short DNA sequence we can reproduce this sequence in water. So I show you what we have done with HIV, one of my favourite objects, and HIV DNA has a very complex structure as you see here. But you can see at both ends, this is what we call long-terminal repeat which contains the sequence of radiation for expression. So what we did, we used the sequence of the LTR to make short DNA amplification by PCR and you can see here both a large fragment of DNA, starting at the top and going back to the, almost the bottom LTR out and then inside this amplification we secondary amplify a shorter sequence which correspond to the in polymer LTR in, LTR in at the bottom. And this is a sequence 104 base pair long containing mostly a region of the DNA called TAR, TAR means transcription activated region which is bound by a protein of HIV called TAT and this binding along with complexation with cellular kinase, allow the extension of all messenger RNA's. So we use this sequence for our experiments which is described here. So we first diluted the TAR, so-called TAR DNA in water, we had of course some signals coming from dilution. So we choose one tube of dilution minus 6 for instance or minus 4 and this was put in a container of µmetal to insulate this from the external electromagnetic background. And of course we inject a frequency of 7Hz in a coil so this induce a magnetic field and inside we put our dilution of the tube. Close to but not completely attached to another tube of water. And actually we could have a distance of 10 centimetre between the 2 tubes. So the one does not touch the other. We then generate the current and we had to wait 18 hours, if we had just 1, 2 hours it's not sufficient, it's very slow process. Then we take the tube of water, we dilute it out and found again the EMS, the signal production in some dilution, of course which are lower because we start from minus 6. So now minus 2 from minus 6 means minus 8. So we had positive tubes and of course the question was this information transmitted by electromagnetic waves from one tube to another containing the DNA information. So we did some very specific PCR using the primer as described before and analyse the DNA produced in electrophoresis, which this shows (inaudible 21:50) and on the top you see the donor tube and there dilution minus 2, minus 3, minus 4, not surprising. But on the bottom you see the DNA bands forms in water. And they go far, up to 10 minus 8. And we check by sequencing, by cloning the DNA and sequencing it, it was really the LTR HIV DNA. The same sequence up to 98%, there is only 2 nucleotide difference. So I think we have shown in this experiment, we have repeated many times, that at least for some sequence, short sequence of DNA, we can transfer the information in to water. So this happen of course a large field of exploration, I like to do with physicist of course, to explain this but it's clear that water is not simply a solvent, it's much more in our life. Now the last part I will go quickly, the medical application. We can detect those signals coming from the plasma, the fresh plasma of patients infected with some infectious agents which is not surprising. But for Borrelia for instance it's important because Lyme disease caused by Borrelia burgdorferi is a chronic disease and we have some difficulty to detect the presence of Borrelia in chronic infection. We can do it easy by our technology. But more interesting is the case of diseases which are not known to be of infectious origin, like 7 neurodegenerative disease, Alzheimer, Parkinson, Multiple sclerosis, various neuropathies, chronic Lyme syndrome, autism, in some case, rheumatoid arthritis, even some cancers. So of course the idea is that perhaps those signals are coming from places of infectious, chronic infection by bacteria or viruses. So of course here the objective is clear, is to notify the bacterium or the virus involved which might come from our own gut actually. But I'd like to terminate by the special case of a child. Indeed in patients infected with base HIV we could not detect very much the signals, when the virus load in their plasma was high. On the contrary we couldn't detect very alarming signals coming from HIV DNA sequences. They are perhaps integrated, they may come from fragment of pro-viral DNA released by dying cells, possibly in the circulation. But it could also represent some kind of episomal DNA application. We use reverse transcriptase inhibitors and also protease inhibitor and the combination can keep most of the patients alive. They don't cure, the patients are still a reservoir of virus. If we treat we reduce the reservoir but if we interrupt the treatment there is induced again a highly active application and we lose the advantage. So what we found regularly in the patient which had no virus load in their blood, signals coming from DNA and that DNA we analyse more classically by PCR is made of several genes like polymer gene but also the long terminal IP, the LTR. So whatever the explanation we have now a biomarker for detecting the virus which commence after the antiretroviral therapy. So this open the way to target this reservoir by complementary treatments, complementary to the antiretroviral therapy. This has been also recently published. And I'd like now to finish by saying that we are just exploring a new field, DNA water waves which could lead to some medical application and lead to blood safety, preventing nosocomial disease, especially after heart surgery, we can detect signals coming after heart surgery from the fact we are addressing (inaudible 26.44) probably in the gut, because is suffering and release some micro-products into the circulation. We can also as I said look for chronic diseases, the role of microbial agents would be one of the factor on the disease, I'm not saying they are all the cause. And for HIV of course use this at times to eradicate the infection. I'd like to thank my collaborators in those studies and I should add also Claude Lavallee who was involved in the latest experiment. And thank you very much. End.

Haben Sie vielen Dank. Ich werde zu Beginn auf eine sehr alte Geschichte zurückkommen: auf die Geschichte der DNA. Die DNA ist natürlich der Beginn des Gedächtnisses, des genetischen Gedächtnisses, seit sehr langer Zeit, vielleicht seit Beginn des Lebens, des organisierten Lebens, seit 3,5 Milliarden Jahren. Doch ich möchte Ihnen zeigen, dass dies vielleicht noch nicht das Ende der Geschichte ist, und dass die DNA auch deshalb existiert, weil es Wasser gibt. Ich möchte heute morgen einige neuere Arbeiten vorstellen, die wir durchgeführt haben, die zeigen, dass Wasser nicht nur ein Lösungsmittel ist, sondern auch ein Polymer, das mit der DNA in Wechselwirkung treten kann, der DNA helfen kann, und auch, dass es eine Informationsübertragung von DNA zu Wasser geben kann, die durch die Emission elektromagnetischer Wellen sehr niedriger Frequenz zustande kommen kann. Nur zu ihrer Erinnerung: Die Entdeckung der DNA hat eine sehr lange Geschichte. Sie begann mit Avery-MacLeod-McCarty und ersten Hinweisen darauf, dass Eigenschaften von Bakterien auf ihre DNA zurückgeführt werden konnten. Und darauf folgte natürlich die äußerst wichtige Entdeckung der Doppelhelixstruktur. Doch ich möchte auch hervorheben, dass seither viele weitere wichtige Entdeckungsschritte gemacht wurden, und die meisten dieser Schritte wurden von Nobelpreisträgern getan, von denen einige hier anwesend sind. Ich möchte allerdings auch die Bedeutung der Sequenzierung der DNA, der reversen Transkription durch Retroviren und natürlich auch die Bedeutung der Restriktionsenzyme betonen, die das Klonen ermöglichen; ebenso die Bedeutung der Polymerase. Erst kürzlich wurde durch Kary Mullis, die 1993 den Nobelpreis für Chemie dafür erhalten hat, die Polymerasekettenreaktion aufgeklärt, und im Anschuss daran sehr bald die Verwendung einer Polymerase, einer sehr wärmebeständigen DNA-Polymerase thermophiler Bakterien, der Taq-Polymerase. Dann kam natürlich die Sequenzierung, das menschliche Genom und die Hightech-Methoden zur Sequenzierung dieser Hochgeschwindigkeits-DNA. Wie ich zu diesem Forschungsgebiet kam und wie ich es erweitern möchte... Diese vergangenen Entdeckungen erfolgten vor 10 Jahren, als ich mit einem kleinen Bakterium namens mycoplasma pirum ein sehr merkwürdiges Experiment durchführte. Sie können hier diese Gestalt erkennen. Mycoplasma lebt vorzugsweise an der Oberfläche von menschlichen Lymphozyten. Es handelt sich dabei tatsächlich um das Fragment einer Komponente von HIV, zumindest bei Untersuchungen invitro. Dieses Mycoplasma-Bakterium ist sehr klein, aber es ist natürlich größer als das Virus selbst. Es ist etwa 300 Nanometer groß, und ich entschied einfach und sehr naiv zu filtrieren, dieses Mycoplasma mit Hilfe von Filtern vom Virus zu trennen. Und zuerst führte ich ein Kontrollexperiment durch, indem ich nur das Mycoplama-Bakterium verwendete und Lymphozyten untersuchte, kein Virus. Durch Filtern sollten wir alle Mycoplama-Bakterien entfernen. Und tatsächlich ergab sich, wenn wir das Filtrat nach Verwendung eines 0,2 Mikron- oder 0,1 Mikron-Filters für das Wachstum von Mycoplasma in einem zellfreien Medium, SP4, bei dem es sich um ein klassisches Medium für das Züchten von Mycoplasma-Bakterien handelt, verwendeten, dass das Filtrat steril war. Es zeigte sich keinerlei Wachstum. Wenn ich dasselbe Filtrat jedoch einer Kultur mit menschlichen Lymphozyten hinzugab, die natürlich auf das Vorhandensein einer Mycoplasma-Infektion untersucht worden war, zeigte sich nach 2 oder 3 Wochen, dass die Mycoplasma-Bakterien erneut vorhanden waren. Ich selbst und mein Mitarbeiter haben dieses Experiment viele Male durchgeführt. Es war beispielsweise kein Artefakt der Filtration. Wir überprüften die Sache auch mit der Polymerase-Kettenreaktion (engl. Polymerase Chain Reaction, PCR), wobei es sich um eine Technologie handelt, die eine DNA-Sequenz millionenfach vervielfältigen kann. Wir verwendeten ein zuvor geklontes Gen namens Adhesin, das es dem Mycoplasma-Bakterium erlaubt, sich an Lymphozyten zu binden - keine Anzeichen. Dies brachte mich auf den Gedanken, dass sich die genetische Information von Mycoplasma möglicherweise noch im Filtrat befand, nicht in der Form von DNA, sondern in anderer Form. Vor 5 Jahren versuchte ich mit einigen von meinen Mitarbeitern die Möglichkeit zu erforschen, dass einige Wasserformen hieran beteiligt sein konnten. Und wir machten eine sehr überraschende Entdeckung: dass die Lösung dieser DNA von Mycoplasma, auch von Mikroorganismen, bei hoher Verdünnung in Wasser einige elektromagnetische Wellen mit niedriger Frequenz aussenden konnte. Die Ausrüstung ist anfangs ganz einfach: Wir brachten die Probe auf eine Sensordrahtspule in einer Plastikröhre, in einer Lösung, und wir verstärkten die Signale, den elektrischen Strom, der aus dem magnetischen Teil der Wellen stammte. Der elektrische Strom wird daraufhin von einem Computer mit der entsprechenden Software analysiert. Die Überraschung bestand nun darin, dass wir ähnliche Signale bei vielen Filtraten oder Mikroorganismen, Viren und Bakterien, finden konnten, jedoch auch im Plasma von Personen, die mit denselben Agenzien infiziert waren. Ich beschreibe ihnen nun die Möglichkeit jedes der Experimente, bei denen die Signale empfangen wurden. Wir müssen filtrieren, nicht nur um die anfänglichen Mikroorganismen zu entfernen, sondern wahrscheinlich auch, um irgendeine Struktur im Wasser aufzulösen. Wir müssen filtrieren, dann müssen wir verdünnen. Nur bei einigen Verdünnungen - sie sehen [hier] in gelb die hohen Verdünnungen - werden Signale erzeugt. Zuerst verwenden wir einen elektromagnetischen Hintergrund einer sehr niedrigen Frequenz, von 7 Hz bis 100 Hz, und wir erhalten ein Signal einer höheren Frequenz, von 1000 bis 3000 Hz. Und natürlich verfügen wir über verschiedene Aufzeichnungsmethoden. Sie sehen hier die Wellen über dem Hintergrund, die sehr leicht zu erkennen sind. Dies ist eine gute Darstellung der Amplitude dieses Signals. Wir werden auch das Geräusch hören. Und wir können einige Fourier-Transformationen durchführen, um die erzeugten Spitzenwerte zu analysieren. Hier ist das Hintergrundgeräusch. In gelb sehen Sie die 50 Hz, die von der elektrischen Stromquelle stammen, die stets vorhanden sind. Wir müssen uns bewusst sein, dass wir diesem schwachen elektromagnetischen Feld ständig ausgesetzt sind. Und wenn wir ein positives Signal erhalten, sehen wir eine Verschiebung zu höheren Frequenzen. Natürlich gibt es verschiedene Methoden, dies zu quantifizieren, und hier auf der linken Seite zeige ich ihnen den Hintergrund und auf der rechten die positiven Signale. Am unteren Rand sehen Sie, dass wir verschiedene harmonische Spitzen erhalten, doch ich muss Ihnen zuvor erklären, dass dies nicht spezifisch für eine bestimmte DNA ist. Wir erhalten diese Art von Signalen je nach dem Hintergrund, denn sie sind für sämtliche Bakterien- und Viren-DNA ähnlich. Wir können allerdings nicht ausschließen, dass sich bei Verwendung einer präziseren Technologie zur Aufzeichnung und Analyse der Signale je nach der Art von DNA einige geringfügige Unterschiede ergeben werden. Selbstverständlich untersuchen wir die Natur der Struktur, die diese Signale erzeugen könnte, und wir haben festgestellt, dass sie gegen alle möglichen Arten antiemetischer Agenzien resistent sind, es ist keine DNA, keine RNA, nicht empfindlich gegen Waschmittel, gegen saure pH-Werte, gegen Ionenkonzentrationen, selbst nicht gegen Äthanol. Die Strukturen sind jedoch sehr wärme-empfindlich. Sie werden durch Gefrieren zerstört und auch durch magnetische Felder. Mit Hilfe von Filtern konnten wir zwischen Nanostrukturen, die von Viren induziert wurden und kleiner sind, kleiner als 20 Nanometer (die Virusgröße liegt zwischen 150 und 25 Nanometer) und Strukturen unterscheiden, die von Bakterien induziert wurden und etwas größer sind; zwischen einer Filtration mit 20 Nanometer, die durch Filtration unterdrücken ... (unhörbar bei 10.20) ... Nanometer. Diese Strukturen stellten sich für uns, in unserer Lösung, also als ziemlich stabil heraus, und natürlich untersuchen wir die Beziehung zu den Mikroorganismen, von denen sie ausgehen. Und es war außerdem sehr deutlich, dass es keine lineare Korrelation mit einem anderen Mikroorganismus gab, der vor der Filtration vorhanden war. Wir verwenden zum Beispiel eine Escherichia coli-Lösung, und bei einer Konzentration von 1:109 erhalten wir die gleichen, ähnlichen Signale. Ich muss sagen, dass dieses Phänomen zu der Vorstellung passt, dass wir es mit einem nicht-linearen Phänomen zu tun haben. Wir konnten diese Emission bei zahlreichen pathogenen Bakterien feststellen, die hier aufgelistet sind. Die Liste ist natürlich nicht vollständig. Bei einigen Viren haben wir die ganzen Virenfamilien noch nicht vollständig untersucht, doch, wie ich bereits sagte: dadurch, dass wir untersuchten, was bei HIV und AIDS geschieht, ebenso den Einfluss auf den Hepatitis B- und Hepatitis C-Virus. Und in einigen Fällen stellten wir fest, dass ein Gen ausreichte, oder selbst ein Fragment eines Gens, der DNA, reichte aus, um das Signal zu induzieren. Dies war der Fall bei dem Adhesin-Gen. Wir haben es von mycoplasma pirum geklont und - später zeige ich Ihnen das noch - auch für einige HIV-Gene. Dies bedeutet natürlich, dass an dieser Emission wahrscheinlich eine konformationelle DNA beteiligt ist. Wir schließen jedoch die Möglichkeit nicht aus, dass es sich hierbei um ein generelles Phänomen handelt, das bei allen möglichen Arten von DNA auftritt. Doch wir registrieren lediglich die Spitze des Eisberges, diejenigen Sequenzen, die stärker emittieren als andere. Die Bedingung für EMS-Induktion ist sehr streng, insofern wir filtrieren müssen, wir müssen eine hohe Verdünnung in Wasser verwenden, wir müssen die Lösung nach jeder Verdünnung schütteln und man muss das System mit einer elektromagnetischen Umgebung im Hintergrund anregen, beginnend mit einer sehr niedrigen Frequenz von 7 Hz. Von einigen legierungsähnlichen Mu-Metallen, die diese Wellen absorbieren, wird dies verhindert. Dies ist ein Resonanzphänomen. Die Energie kommt von außen, aus dem elektromagnetischen Hintergrund. Und mittlerweile verwenden wir natürlich sehr spezialisierte Anregungswellen, beginnend bei 7 Hz. In einem im letzten Jahr erschienenen Aufsatz ist dies detaillierter beschrieben. Nun komme ich zur theoretischen Erklärung dieses Phänomens. Natürlich ist sie erst vorläufig; wir müssen mit Physikern reden und wir müssen ihnen einfach die Fakten geben, damit sie diese Beobachtungen bearbeiten können. Doch es scheint klar zu sein, dass vor allem die DNA sehr wichtig ist. Und wir wissen aus den anfänglichen Arbeiten zur Röntgenstrahlbeugung von Wilkins and Franklin, dass Wassermoleküle mit der DNA eng verbunden sind und dass sie zur Stabilität der Moleküle einen wesentlichen Beitrag leisten. Außerdem können sie mit der Grundstruktur des Moleküls in Wechselwirkung treten, um neue Wasserstoffbindungen zu erzeugen. Es kann Wasserstoffbindungen in Wasser geben. Unsere Vorstellung ist daher, dass diese "Molekülatmosphäre" sich vergrößern und umfangreiche Aggregate in der Wasserlösung bilden kann. Und tatsächlich sagen uns die Physiker, dass Wassermoleküle mit Hilfe von Wasserstoffbindungen große Polymere bilden können. Sie sind allerdings sehr kurzlebig. In letzter Zeit wurde jedoch entdeckt, dass sich stabilere Strukturen ergeben können, quantenkohärente Domänen. Dies ist die Theorie von Emilio Del Giudice, gemäß der sie sich nach der Anregung durch natürliche Wellen durch die EMS-Emission selbst erhalten könnten. Woher stammen nun diese natürlichen Wellen? Handelt es sich um ein geomagnetisches Phänomen, oder um die Schuman-Resonanz? Die Schuman-Resonanz wurde von Otto Schumann in diesem Land entdeckt, in München, als er die Wellen maß, die zwischen der Oberfläche der Erde und dem Plasma der Ionosphäre geleitet werden. Und diese Wellen werden durch Blitze erzeugt. Zu jedem Zeitpunkt gibt es an irgendeinem Punkt der Erde Blitze. Und diese Blitze haben zur Folge, dass um die Erde eine Zirkulation von Wellen aufrechterhalten wird. Diese Wellen beginnen bei 7 Hz mit Vielfachen dieses Wertes, haben allerdings eine sehr niedrige Frequenz. Wir können sie mit unserem System registrieren. Außerdem können sie sich mit dem Sonnenwind ändern, doch die wichtigsten Ereignisse sind für uns jetzt menschliche Aktivitäten, denn wir leben in einer Welt der Wellen. Wir verwenden ständig Wellen, allerdings Wellen mit hoher Frequenz. Hier haben wir es mit Wellen sehr niedriger Frequenz zu tun, die sehr große Wellenlängen haben, von 1000 Kilometer. Eine andere Möglichkeit, eine andere Theorie ist folgende: Da wir [die Lösung] sehr heftig schütteln, bilden wir Nanobläschen mit dem Gas, und dies könnte ebenfalls zur Veränderung der Wasserstruktur an der Schnittfläche führen. Unsere gegenwärtige Deutung ist also folgende: Bei stark verdünnten Lösungen kommt es zur Bildung von strukturierten, kristallähnlichen Gels, wie diesem, die sich nicht bewegen. Wenn wir sie jedoch weiter verdünnen, sehen wir vielleicht diese Art von Struktur und die Verwendung von elektromagnetischen Wellen der .... (nicht hörbar bei 16.50). Und wenn wir uns die mögliche Ausrichtung der Wassermoleküle anschauen, dann ist es gut möglich, dass wir es mit einem laserähnlichen Aktivierungssystem der Wassermoleküle zu tun haben, mit einem elektromagnetischen Feld. Und auf der rechten Seite sehen Sie die Erklärung von Del Giudice, bei der es um die Bildung von Wasserstrukturen geht, die natürlich von nicht-kohärenten Molekülen umgeben sind. Doch diese kohärenten Strukturen werden möglicherweise von den elektromagnetischen Emissionen aufrechterhalten. Ich ging also weiter. Wenn ich auf mein erstes Experiment in (nicht hörbar bei 17.34) ... zurückkomme, aus dem hervorgehen sollte, dass eine in Wasser induzierte Struktur auf irgendeine Weise die genetischen Informationen der DNA bewahrt. Ich werde Ihnen jetzt ein Experiment aus jüngster Zeit vorstellen, das wir mehrfach durchgeführt haben, mindestens achtmal, und es ergab sich immer dasselbe Phänomen. Ja, zumindest für einige kurze DNA-Sequenzen können wir diese Sequenz in Wasser reproduzieren. Ich zeige Ihnen, was wir mit der DNA des HIV-Virus gemacht haben, einem meiner Lieblingsversuchsobjekte. Wie Sie hier sehen, hat die DNA des HIV-Virus eine sehr komplexe Struktur. Sie können an beiden Enden etwas erkennen, das wir als LTR (long terminal repeat) bezeichnen, der die Sequenz ... Wir taten also Folgendes: Wir verwendeten die Sequenz des LTR, um kurze DNA-Amplifikation durch PCR herzustellen, und Sie sehen hier sowohl ein großes DNA-Fragment, das oben beginnt und fast bis zum unteren Rand des LTR zurückgeht, LTR out, und dann in diese Amplifikation amplifizieren wir sekundär eine kürzere Sequenz, die dem in Primer entspricht, LTR in, am unteren Rand. Dies ist eine Sequenz einer Länge von 104 Basenpaaren. Sie enthält hauptsächlich einen als TAR bezeichneten Bereich der DNA. TAR steht für "transkriptionsaktivierte Region" (transcription activated region). Sie wird durch ein HIV-Protein namens TAT begrenzt. Und diese Bindung zusammen mit der Komplexbildung mit Hilfe von zellularer Kinase erlaubt die Verlängerung sämtlicher Messenger-RNAs. Wir verwenden also die hier beschriebene Sequenz für unsere Experimente: Zuerst verdünnten wir die TAR, die sogenannte TAR DNA in Wasser. Natürlich erhielten wir einige Signale von der Lösung. Wir wählten also eine Reagenzglas mit einer Verdünnung von 1:10^-6 oder 1:10^-4 und stellten es in einen Behälter aus Mu-Metall, um es gegen den externen elektromagnetischen Hintergrund zu isolieren. Und natürlich erzeugten wir mit einer Drahtspule eine Frequenz von 7 Hz, sodass dies ein magnetisches Feld induzierte, in das wir das Reagenzglas brachten, in der Nähe, jedoch nicht direkt neben einem anderen Glas mit Wasser. Tatsächlich konnte der Abstand zwischen den beiden Gläsern bis zu 10 Zentimeter betragen; so dass eines das andere nicht berührte. Wir erzeugten dann den Strom, und wir mussten dann 18 Stunden warten. Wenn wir ein oder zwei Stunden Zeit hatten, reichte das nicht. Es ist ein sehr langsamer Prozess. Wir nahmen dann das Glas mit dem Wasser, wir verdünnten es und fanden wieder das EMS, die Signalerzeugung in einer verdünnten Lösung, die natürlich geringer war, weil wir bei 1:10^-6 begannen. Eine Weiterverdünnung um 1:10^-2 von 1:10^-6 bedeutet einen Verdünnung von 1:10^-8. Wir hatten also positive Gläser, und die Frage betraf natürlich diese Übertragung der Information durch elektromagnetische Wellen von einem Glas zu einem anderen, das die DNA-Daten enthielt. Wir führten also eine sehr spezielle Polymerase-Kettenreaktion (PCR) durch, wobei wir - wie zuvor beschrieben - den Primer verwendeten, und wir analysierten die erzeugte DNA mit Hilfe der Elektrophorese, was hier dargestellt ist (nicht hörbar bei 21:50) Oben sehen Sie die Donorgläser und ihre Verdünnungen von 1:10^-2, 1:10^-3 und 1:10^-4, was nicht weiter verwundert. Unten sehen Sie jedoch die in Wasser gebildeten DNA-Banden. Und sie reichen sehr weit, bis zu 1:10^-8. Und wir überprüfen unser Ergebnis durch Sequenzierung, indem wir die DNA klonen und sequenzieren. Es war tatsächlich die LTR-DNA des HIV Virus. Die selbe Sequenz in nahezu 98 % der Fälle. Es gibt nur 2 Nukleotidunterschiede. Ich denke also, dass wir in diesem Experiment, das wir viele Male wiederholt haben, zeigen konnten, dass wir zumindest für eine Sequenz, für eine kurze DNA-Sequenz, die Information in Wasser übertragen können. Dies eröffnet natürlich ein großes Forschungsfeld, das ich mit Physikern untersuchen möchte, um dies zu erklären. Es ist immerhin klar, dass Wasser nicht einfach ein Lösungsmittel ist, es ist mit unserem Leben wesentlich enger verbunden. Den letzten Teil werde ich nur kurz darstellen: die medizinische Anwendung. Wir können diese Signale aus dem Plasma, dem frischen Plasma von Patienten empfangen, die mit einem ansteckenden Erreger infiziert sind, was nicht verwunderlich ist. Doch für Borrelien ist es beispielsweise wichtig, weil die von Borrelia burgdorferi hervorgerufene Lyme-Borreliose eine chronische Erkrankung ist und weil es recht schwierig ist, das Vorhandensein von Borrelien bei einer chronischen Infektion festzustellen. Mit unserer Technologie lässt sich dies leicht ermitteln. Interessanter ist jedoch der Fall von Krankheiten, von denen man nicht weiß, ob sie auf einer Infektion beruhen, wie zum Beispiel mehrere neurodegenerative Krankheiten: Alzheimer, Parkinson, multiple Sklerose, verschiedenen Neuropathien, chronisches Lyme-Syndrom, Autismus, in einigen Fällen, rheumatoide Arthritis, sogar einige Krebsarten. Natürlich gibt es die Vorstellung, dass diese Signale von Spuren ansteckender, chronischer Infektion durch Bakterien oder Viren stammen. Selbstverständlich ist das Ziel daher klar: das Bakterium oder den Virus zu erkennen, der bzw. das hieran beteiligt ist und möglicherweise sogar aus unserem eigenen Darm stammt. Beenden möchte ich meinen Vortrag mit der Darstellung eines besonderen Falles von HIV. Tatsächlich konnten wir bei Patienten mit einer normalen HIV-Infektion kaum Signale registrieren, als die Zahl der Viren im Plasma sehr hoch war. Im Gegenteil: Wir konnten keine sehr alarmierenden Signale entdecken, die von HIV-DNA-Sequenzen stammten. Vielleicht sind sie integriert, vielleicht stammen sie von Fragmenten pro-viraler DNA, die von sterbenden Zellen abgegeben wird, möglicherweise im Blutkreislauf. Doch es könnte auch eine Art episomaler DNA-Anwendung darstellen. Sie erinnern sich bestimmt, dass die Behandlung von HIV zahlreiche Fortschritte gemacht hat. Wir verwenden Inhibitoren reverser Transkriptasen und außerdem Protease-Inhibitoren, und diese Kombination kann die meisten Patienten am Leben erhalten. Sie können keine Heilung bewirken, die Patienten sind weiterhin Träger des Virus. Durch unsere Behandlung verringern wir die Zahl der Viren, wenn wir jedoch die Behandlung unterbrechen, kommt es erneut zu einer höchst aktiven Anwendung und wir verlieren den Vorteil. Was wir also regelmäßig bei denjenigen Patienten feststellten, in deren Blut sich keine Viren befanden, waren von der DNA stammende Signale. Und diese DNA untersuchten wir auf klassische Weise mit Hilfe von PCA (Polymerase-Kettenreaktionen). Die DNA besteht aus mehreren Polymergenen ähnlichen Genen, jedoch auch aus dem LTR (long terminal repeat). Wie auch immer die Erklärung dafür aussieht: Wir verfügen heute über einen Biomarker zur Erkennung des Virus, der nach Beginn der anti-viralen Therapie verwendet wird. Dies eröffnet so den Weg, dieses Virenreservoir, als Ergänzung der anti-viralen Therapie, durch komplementäre Behandlungen anzugreifen. Hierüber ist vor Kurzem ebenfalls ein Aufsatz erschienen. Ich möchte zum Schluss noch sagen, dass wir soeben erst ein neues Feld erforschen; die DNA-Wasserwellen, die zu einigen medizinischen Anwendungen und zu größerer Blutsicherheit führen. Dies wird das Auftreten nosokomialer Infektion verhindern, besonders nach Herzoperationen. Wir können nach Herzoperationen Signale feststellen, die darauf zurückgehen, dass wir eine Ischämie verursachen, wahrscheinlich im Darm, der darunter leidet und einige Mikroprodukte in den Blutstrom abgibt. Wir können, wie ich bereits sagte, auch nach chronischen Krankheiten suchen, die Rolle der mikrobischen Erreger wäre einer der Faktoren der Erkrankung, ich sage nicht, dass sie die alleinige Ursache wäre. Und für HIV könnten wir dies manchmal zur Beseitigung der Infektion verwenden. Ich möchte meinen Mitarbeitern an diesen Untersuchungen danken, zu denen ich auch Claude Lavellee hinzuzählen möchte, der an dem zuletzt beschriebenen Experiment beteiligt war. Und auch Ihnen herzlichen Dank.

Luc Montagnier on His Theory of Electromagnetic Signals From Water
(00:05:05 - 00:07:11)

Although Montagnier’s results received quite some attention from homeopaths, who similarly claim to achieve beneficial effects with extremely diluted active agents, the response of the scientific community was negative. Some even described Montagnier’s latest work as what Ivar Giaever had outlined as “pathological science” in the snipped shown above [2]. In any case, Montagnier’s results have not been confirmed by other laboratories so far. Unable to obtain funding for his work in France, he is now heading an institute at the Chinese Jiaotong University in Shanghai [1].

While DNA restructuring water remains a shaky concept, some things can be considered certain - with a clear conscience. For example, that a Nobel Prize changes a scientist's life - and not just by a small margin. Many Nobel Laureates have commented on these changes and many have bemoaned the necessity to talk about their Nobel Prize research again and again. To avoid the latter, some Laureates have taken rather creative approaches.

Amongst them, Harold (“Harry”) Kroto, one of the discoverers of the C60 Buckminsterfullerene, would probably earn the award for the most refreshing way of presenting. His technique relies on a quick succession of, sometimes loosely connected, images, which are, in a most creative fashion, gathered from the spheres of history, arts, science, society etc. This brings about a relaxed and - at the same time - enriched and intense atmosphere, which is highly appreciated by the Lindau audiences. Let’s have a little taste:

Sir Harold Kroto (2012) - Science - Lost in Translation?

Ok, it's a pleasure to be back at Lindau yet again and talk to you. It's a great place and I enjoy coming. It's going to be science lost in translation. But first is: How did I get here? In fact, I was once as young and many of us were as young as some of you are, originally. And I thought I'd show you what happened at school because that's the start of it. Really I didn't want to be a scientist. What I really wanted to be was Superman. And as all scientists know you need evidence and here is the evidence for this. Flying was difficult so I did other things like play tennis and gymnastics. And I acted in a play, Henry V, at school and I thought I'd show you these 2 guys. I'm the handsome guy on the right here just in case you didn't know. And I tell young people like you: You know, don't become an actor because the guy in front, actually be a scientist, not an actor because he is now 5,000 years old and I'm a lot younger than he is. Alright, Ian and I were in the same year at school. Fantastic actor and he came out to stay with us at Tallahassee a couple of year ago. So those are the sorts of things and also perhaps more important than science for me is art and graphics. And I did a lot of drawing and at university did posters and things of this nature, designed the cover of the university magazine. I think it's very important to actually open up those facets of your creative ability. And in fact my first award was not for science, it was for this design and it got into a national newspaper and I used to look like this. Now, I'm old and decrepit now and you're going to look, you're beautiful and young now and you'll look like me one day so I get my own back. So, painting and doing these... I'm not quite sure what that is so I'll gloss over that. Basically those are the sorts of things and this is Margaret, my wife, who is in the audience. And I now do logos and this is my favourite for the Australians here. Yeah, hopefully you'll be better at soccer than the English, rather than cricket, as we know. And I always like ideas. And in fact I designed this Darwin T-shirt and Prishant where are you, are you anywhere around, there you go, there's my T-shirt actually. It's a secret society, you see, it's Darwin's phylogenetic tree. Ok, it's my former co-worker. This is my latest bumper sticker, which I think very importantly. And, oh, I redesigned the Japanese flag, so hopefully that's good. The other thing, in the '60s you had to play a guitar or you wouldn't get to parties, so I had to do that as well. But I think more than anything else what made me a chemist was photography. And I thought I'd show you what it was like to take a photograph. I think Doug Osheroff knows something about that of course because he has the biggest camera on the campus. So you really had to have an incentive to do that. And I did have one and she's in the audience over there. But today all you need to do is that, ok. And you've lost so much. And it epitomises technology that is so inscrutable and that today it's so hard to know what's going on. I also had Meccano and in fact I thought I'd show you an advert from those days. It was basically this one: Meccano boys, and of course today you've got to add the girls in there, are keen, ambitious, inventive. No boy or girl who follows the Meccano hobby can be a bad boy or bad girl. But here it is, we used our hands and made things. And this epitomises what science is. It's not about running around and enjoying things; it's being totally absorbed in things. And I used to make things with nuts and bolts and now it's with electrons and atoms. So basically there's not a lot of difference. And with my youngest son who is a cartoonist we just produced a book in Japan for children. The other thing that was important for me was architecture. I was fascinated by this. In some ways I think I might have ended up one. And I drew this drawing of the town hall in Stockholm where the Nobel Prize is awarded long before I knew what the Nobel Prize was because I was fascinated by the building and by Le Corbusier and Frank Lloyd Wright's image. There is some interesting architecture at Sussex where I was for 37 years and I played around with these things. But the architecture that was most important really was this, Buckminster Fuller's dome which was at expo which we visited. And it was rather crucial in deciding what the structure of C60 was. So there it is. You'd never know when your other ideas might be important. And I think that's an issue I think today. Ok, so now let's go to basically science lost in translation. And I'm dedicating this to Giordano Bruno. How many of you know about Giordano Bruno? If you don't, find out because he's... I'm not a big man for saints but if there is a saint this is the saint of science. Basically I'm not here to make you feel comfortable. I'm here to make you think. And in fact the issue, when I give this lecture I usually quote this one from Don Marquis: "If you make people think, they're thinking they love you. But if you really make them think they hate you." Now, it may be the case that you will hate me at the end of this lecture. But at least I'll have made you think. So there you go. I want to start with one of my all time favourite people. It's the Australian scientist John Cornforth who has been deaf since the age of 18. And he wrote a fantastic article which you must all read, its "Scientists are Citizens". It's on my Vega website. Scientists do not believe, they check. I'm not asking you to believe anything I say on the scientific matter and I would say on any matter. Only that there is tested evidence for all of it. I know the nature of that evidence and I can make a judgement of its worth." It's a powerful statement. In the interesting book by Richard Feynman in "The Meaning of it All", I love this book very much, he says: And I do not want to forget the importance of that struggle and by default let it fall away. If you know that you are unsure you have a chance to change the situation." And I love this line: That's for you. Well, what do I think? There are 3 senses. Common sense, common sense is interesting because it tells us that the sun goes around the earth. Who agrees with me? I should bloody well hope so. It starts over here and ends over there. Common sense tells us the sun goes around the earth. How many agree with me now, yes. It's uncommon sense which tells us that the earth is turning on its axis and makes it seem like that. It's the uncommon sense and bravery of Copernicus, Galileo and Giordano Bruno. And if you want watch on the internet and you can see Giordano Bruno's film by Carlo Ponte. You will never forget it because these people fought for you to have the freedom to doubt. Now, most people have accepted the claim that the earth goes around the sun. How many accept that? Almost all of you. Ok, who knows the evidence? Not too many, more than usual because there are a few physicists around. Not many of them know the evidence either. But what else, and this is the important thing, what else have you accepted without knowing the evidence? Ok, many people, in fact probably the majority, maybe 90, 95% of people accept claims for which there is no evidence whatsoever. Think about it. The Royal Society has a crest, "Nullius in verba", which means: Take nobody's word for it, don't take my word for it or my colleagues, just because they're Nobel Prize winners. Listen to what they say but assess it; think of it as a scientist. The problem is that nonsense is common now. And I'm going to give you one beautiful example of creativity at the Kentucky Fried Creation Museum in Cincinnati. Did humans live with dinosaurs? Well, if they did, we obviously put saddles on them and must have ridden them, ok. What did they originally eat? You don't need those teeth to eat a lettuce. What happened to the dinosaurs that didn't go in Noah's Ark? I have met teachers in Florida, science teachers, who claim this. Think about it. There's Noah's Ark and Noah is there and he's Scottish. Any Scots around? You didn't know that, he's got a Scottish accent. There's a big flood coming and we've got to build a big boat. So that's the problem. In my lifetime we've discovered something beautiful and fantastic. And look at the humanity in the face of it. It's obviously an Italian football supporter last week. Mind you it was an English football supporter the week before. But there you go. And this I love; 70% of our genes the same as a pumpkin. And you only have to look at the average politician to actually see the evidence for that. There's more evidence for evolution than any other truth we have discovered. And the attack on evolution is not just an attack on Darwin. It's an attack on the whole of the sciences because the evidence comes from all of these places. And we've got to fight it and shove it down the throats of some very stupid people, including some people who want to be president of the United States. No one has described science better than the great American writer Walt Whitman. That's the great writer, the great line, the double take. The willingness to surrender ideas when the evidence is against him. This is ultimately fine. It keeps the way beyond open. Whitman has drawn an important... Attention, something very important here. All the constructs, all of them, are locked forever, maybe 1,000's of years, in unshakable dogmatic opinion, intrinsically impervious to rational criticism. You haven't got any way of attacking it. Even some sciences who should know better do not appreciate this. That is obvious in what they write. The great enemy of the truth is very often not the lie deliberate, contrived and dishonest, but the myth persistent, persuasive and unrealistic. Belief in myths allows the comfort of opinion without the discomfort of thought." You may be surprised who said it. It was Kennedy; it's a great line. Look around. Well what about Feynman again, the greatest communicator that I've ever seen. If you're interested in the ultimate character of the physical world, the complete world, and at the present time our only way to understand that is through a mathematical type of reasoning, then I don't think a person can fully appreciate or in fact can appreciate much of these particular aspects of the world, the great depth and character of the universality of the laws, the relationships of things, without an understanding of mathematics. I think it's just... I don't know any other way to do it. We don't know any other way to describe it accurately and well or to see the interrelationships without it. So I don't think a person who hasn't developed some mathematical sense is capable of fully appreciating this aspect of the world. Don't misunderstand me, there are many, many aspects of the world that mathematics is unnecessary for such as love. And which are very delightful and wonderful to appreciate and to feel awed and mysterious about. And I don't mean to say that the only thing in the world is physics but you were talking about physics and if that's what you're talking about then to not know mathematics is a severe limitation in understanding the world. That's from a fantastic film made by a friend of mine, Chris Sykes. If you get a chance to see it, watch it, amazing piece of sort of science but television. Well, let's go and think about mathematics. It certainly goes back to the Indians. But also Al-Karismi in about the 8th century, 7th or 8th century, wrote this book. And he formulated the rules of algebra but they were in words, ok. It was all in prose, no equations, ok. Diophantus in the second century certainly had equations and here are some... the way in which it was written and you can disentangle that. So it goes back a long time. But the first book in English was written by Robert Recorde. And it's very interesting because in this book, the first book, he invented the equal sign. And in fact in this book it tells you how to do subtraction. So, that was about 1550. So it goes certainly to do that. Now there are some people who actually appreciate mathematics and I thought... And here we have them. And in fact there's something missing there. That is wonderful because here we see young people who are prepared to see something beautiful in science and mathematics itself. I'll gloss over that. That was LSD just in case you want to synthesise it. But look at this, Nicole a physics graduate student, she says: I consider it the most beautiful thing I have ever learned." Look at, listen to that. And believe it or not. And I was actually able to get the full, well not the full because it goes on to infinity, it would have been tricky to, to photograph the whole of it. But anyway here is Nicole, wonderful student who was here at Lindau in 2010. Ok, so now let's think about science and how old is it? It's not actually very old. Abaelard in the 12th century said basically: And this is a very profound statement, really about science. Of course doubt and questioning are intrinsic dangers to those who believe in dogma and use that for their authority. And Abaelard is somebody who got into hot water and more. Francis Bacon in this book, which was interestingly titled "Novum Oganum", new instrument, actually laid down the foundations of scientific method basically. Determining what is intrinsically true, if that's important to you, it's not important to everybody, certainly not some people who shall be nameless. Observation, hypothesis, supporting evidence and physical law. If we invert Abaelard's statement, we arrive at the most profound axiom of all time: To determine truth we must doubt and enquire, we must not accept. This has explosive consequences. The new instrument intrinsically undermines the assumptions and claims that it had been held sway heretofore for 1,000 years, that fundamental truth was to be found in the Holy Scriptures. Those who followed this axiom found themselves in conflict with dogma based authority and many were executed, Giordano Bruno for one. And that's why I need to dedicate this to him. We owe it to him for the freedoms that we have today to question and doubt. And if you look around, the one place, the one place or those places where basically natural philosophy has really undermined dogma, there you have democracy and science. That's an interesting observation. But who was the first physicist? Well here's another quotation, I love them very much and this one particularly: Anyway I love this quotation very much that I decided to go to Google to find out who actually said it. And when I got there and put it in I actually discovered it was me. But if you change it slightly to "know the answers", then you discover it's Kung Fu. Great, alright there we go. So probably Confucianism and Taoism. So it is a question of what physics is. However, what we need to know is who wrote the first equation of physics. Well let's look at the simplest, Hooke's law, lectures on spring, Hooke's wrote, that is in words: That is if one power stretch it or bend it one space, 2 will bend it 2 and so forth. Now the theory is very short so the way of trying is very easy." So, basically it tells this and basically if you put something else on there, we put that on there and it goes down, ok. Hooke's law, no equations; who did that? That's an interesting point. Christiaan Huygens is supposed to have done it but I haven't actually found it. He knew something about momentum transfer but I still have to confirm that he wrote the first equations. Science started with this guy, ok. And I'm willing to argue it. This is fantastic equipment and just look at the exquisite beauty of this engraving. He used that to measure the orbits of the planets. But it was Kepler who got hold of those data and in this book... He actually had to develop his own logarithms to do the calculations. He showed that the orbit of Mars was an ellipse with the sun at one focus. That was the moment at which science began. And that is in the Rudolphine Tables. Newton came along and explained it. A key guy that I never heard of is Willem 's Gravesande, in this book he writes (reading in French): Mr Leibnitz was the first to suggest that the force (kinetic energy) of the moving body is not proportional to the velocity, according to ordinary view, but to the square; so if the velocity is doubled the force (kinetic energy) is quadrupled. Typical Englishman trying to speak French, but there you go. But it was Leibniz who showed that kinetic energy is 1/2 mV^2 and Willem 's Gravesande showed that by dropping balls into soft clay. That was a major point. And it was Émilie du Châtelet who corrected Newton on kinetic energy because he thought it was momentum. Calculus was required as you know and basically what you need to do is to be able to integrate that. And I don't think you can do that in words and what you get then is the beautiful parabolic curve of the harmonic oscillator. Those are required for the sciences. And in fact that's important. Now we move on to an important guy, Einstein. And Einstein as you know developed the theory of relativity. And this was attacked by quite a number of people including Cardinal O'Connell who said: A New York rabbi decided to write a telegram and said do you believe in god, Albert? That's an interesting statement. So who is this Spinoza guy? He lived in Amsterdam. He outlined in precise detail his philosophical views backing them with logical argument which he claimed were irrefutable. The synagogue authorities decided they had no alternative; they had to get rid of him, ok. A great horn was blown, candles were extinguished one by one. A curse was read out: And cursed be he by day. And cursed be he by night. And cursed when he's lying down and when he's rising up and going out and basically coming back in again." None may speak with him with word of mouth nor by writing now show any favour to him. Nor be under one roof, nor come within 4 cubits of him, nor read any document by him." Well you've got to read this guy, right? With that sort of recommendation. But unfortunately it's in Latin, ok. But this is Strathern's book: This suggests that Spinoza's religion of disenchantment could in fact be a pressing description of modern science. A pantheistic universe whose truth we can comprehend only by the use of reason, mathematics and rational experiment." That's what we're doing here. I don't have the Higgs boson under there, but maybe we will do one day. The orderly harmony of what exists. Let's take the numbers 1, 3 and 5 and look at chemistry because I'm a chemist. I know I'm an interloper amongst all you physicists but there you go. The earth orbits the sun; we use classical mechanics. For an electron orbiting a nucleus we use quantum mechanics. But according to quantum mechanics the orientations of a spinning object only have certain orientations, ok? Not all are allowed. And the quantum number j has the values 0, 1, 2, 3, 4. And the orientations are termed by a very simple formula 2j+1.Therefore when j=0, 2j+1=1. When j=1, 2j+1=3 and when j=2, 2j+1=5, ok? Hence 1, 3 and 5. Now then I'm going to double that, double that set and double that set, move this to there and that to there. Double that set, double that set, double that and move this to there and that to there. And what have we got? It explains the whole of chemistry, all of life and all the useful bits of physics if any. Ok, we chemists have to get back at the great champions of the sciences. Of course physics is the overall arching of the sciences. But chemistry is that massive part of physics that pertains to you, the everyday world, to biology and all these things. And it's based on the numbers 1, 3 and 5. That is science, something so elegant and beautiful. And the value to the human race is also important. I want to show you what it was like to have an amputation without an anaesthetic. No IPhones to measure these things; just have a good look at it. Ah yeah, that was what it was like. People died in shock. There can be no more humanitarian contribution to the human race than anaesthetics from chemistry ok. Penicillin, this simple molecule is really a miracle, you don't have to pray. This little girl in 1942 was cured in 3 weeks. She would have died a year earlier. And one of the heroes is this person who is almost unknown. The future bacteria are evolving with an immunity to antibiotics. Think about it, we need you brilliant young people to solve the problems of the future. And there's misplaced credit for these things. This is a very interesting story of a man in Tallahassee where we live 9 months a year. Alan Cross has spent 24 years in a Florida jail for a crime he did not commit, ok. He got out; he said: His faith kept him going. Incredible guy, but science got him out. And who was the person? Alec Jeffrey's from Leicester University developed DNA fingerprinting. Science is a humanitarian construct. And what is it? Well, we've talked a little bit about it and I'm going to come to my analysis of it. There are aspects of science. One is it's a body of knowledge, another one is the application of that knowledge; it's technology. Another one, very important, is that way that scientific knowledge is actually uncovered. But there's something much more important. And really because science is so useful, people have forgotten what that is. They don't understand what it is. Basically politicians have no idea; they think that you only do science because it's useful. Before science was useful it had another name and it was called natural philosophy. And by far the most important aspect is that natural philosophy is the only philosophical construct we have devised to determine truth with any degree of reliability. Now I'm going to define it, I'm going to say: We have a construct. That construct is the construct that determines truth with any degree of reliability and that I'm going to define as natural philosophy. And the ethical purpose of education must involve the teaching of young people how they can decide what they're being told is actually true. I'm sure we must agree on that. If we don't, we've got problems. Thus the teaching of a sceptical, evidence based assessment of all claims without exception is an intellectual integrity issue that all teachers must address. Without evidence anything goes. Think about it, look around and see that that's the fact. Let me go back to this fantastic article by "Kappa" (John W. Cornforth), great Australian guy and close friend. Australians you want to be proud of this guy, he's such a great man. In this article "Scientists as Citizens" he says: There is what I call public truth, the obligation to record what you have done as accurately as you can, never fabricating, never distorting and never suppressing findings unfavourable to your conclusions. Private truth is even more important. As a scientist interacting with your experiments, you receive an education in the implacability of truth. And your own capacity to be deceived by your expectations, your hopes or just your stupidity that is unlike any other experience I know. I know scientists who are able to go through this and just overlook these things. They should know better." I won't go on, there's a lot more there. You can see it on our website. Now my view is that knowledge cannot guarantee good decisions but common sense suggests that wisdom is an unlikely consequence of ignorance. And why... what do we need? Well, we really need education. We can teach young children at the age of 6, 7 and 8 algebra. And I do that with young children all over the world. Ok, in Japan, Santa Barbara, Mexico, Malaysia, by internet to Iceland, across the whole of Australia. And when I show this sometimes in England there are screams of young woman in the background. But it's not me, it's the bloke on the left that they're sort of... he was at Manchester United. Oh, I love this guy; he's the only guy who has found a use for C60 molecule. But this is my favourite image which shows that science can bring people together from totally different races and that's important. In fact the best reason for being a scientist, that it's the only truly international family. And the reason is we're not personal; it's the universe that is our task master. And here you see the group with my 2 colleagues who aren't here, our group in the UK. And here's another group and you see the internationality of the group in Florida State. Prishan is in the audience here from India or was there. Actually Paul Dirac never comes in at all, never mind. But he was, I mean I don't know, I just would like him to come because we do have some problems that he might be able to solve. So, I set up the Vega Science Trust many years ago to make programs for television and we got Max Perutz, we got fantastic programs by Feynman which were given to us from Auckland. And we had pioneered a new concept in TV debate and that's that participants should actually know something. They're on that website. However, something has happened. Something fantastic has happened. How many of you have looked at an encyclopaedia? This week? Yes that's what we were faced. But you have a revolution. I call it basically the "Goo You Wiki World". And it's a fantastic revolution ok. If you want an image, you used to have to go to Encyclopaedia Britannica. That was not too imaginative but if you go to the Google image browser and put all those in, what you will get are pages and pages and pages and pages and pages and pages and pages and pages and pages and pages and pages and pages and you will even get rotating buckeyballs. Now, that's very difficult to get in Encyclopaedia Britannia. It's a triple revolution, a fantastic revolution, a paradigm shift in seeking, finding, accessing information in seconds. You can create your own material, you can be creative, you can add to that knowledge. And Wikipedia I think is one of the greatest things ever invented. Half a million people contributing their knowledge, their passion, what they're interested in for you, altruistically and anonymously. We're creating something a little bit associated, a global cash of your own links, and you can help. It's GYWW 2.0; I call it GEOSET, Global Educational Outreach for Science, Engineering and Technology. We use a capture station. We're using the technology that's going on here. You've got to see it is exactly the same thing; we're doing it as well. But we're enabling you to do it, not just bloody Nobel laureates, you can do it yourself. And we can show you how to do it. And we're doing that with our students. It's the future of broadcasting basically. John Cornforth who is an Australian, he hated Murdock and he sent him a question, he says: John hated him 15 years ago; he's an Australian. He was ashamed that Murdoch was an Australian. And he said: "Did you lose your respect for the truth gradually or did you never have it?" That was Rupert Murdoch, 15 years ago. I'm going to show you what our students are doing. I've got to show you this because they're just fantastic. Hi, my name is Kerry Gilmore and I am a graduate student here at Florida State University. I work for Doctor L. Coogan as an organic chemist. Now, I love organic chemistry because it provides you the opportunity to go through and be an architect, an engineer, builder, because you can go through and you can really look at designing... I'm going to have to cut it off because there are just a few things I want to say. But our students are doing fantastic work. Just google GEOSET, you'll see something on wolves and secret agents and if you want to know what I'm doing here, you'll find it. We've revolutionised the résumé, ok. Basically we've put you on top of the pile. If you want a job, you can get it by working in this way. Assessment, basically instead of that I can do this and I can assess you drinking a glass of wine, ok. Hall of fame, our students are getting jobs and scholarships. Fully a Fulbright, we got a rich media award. Prishan, 4 tenure-track offers, got into medical school, got a job, got a scholarship, got into vet school, got a Gold Water Scholarship, got a job at NHK. This is the important one, Sino in Japan, a postdoc sent her presentation to India and she got a job at the Mahatma Gandhi University. So these are the people that are associated and someone who knows where we are is my wife Margaret over here. I don't have time for this. I've got 2 other things I want to say. The first is about attitude. Basically they tell you that you should enjoy things, it's not quite the same as that. Basically just do things, give it your best shot. Don't do anything second rate. Just don't do it if it's second rate. If second rate doesn't satisfy you, don't do it. Only be satisfied yourself, not the teacher or something else, not whoever you're working for, if you do that you'll really do well. My favourite poster I want to show you this. Basically I'm an alien creature. I was sent from another planet with a message of goodwill from my people. The message says: And we will give you a coupon for 10% off all deep dish pizzas too. Sincerely, Bob." Peace and harmony, I'm sure about this. Isn't it incredible that our politicians can't solve problems without sending young people like you to go and kill each other? We've got to solve that problem, that's the first important one. But there's a sense of humour in pizza. Without the pizza I don't think I could go on living, ok. Leonard Cohan said in Rolling Stone: I think of the pessimist as someone who is waiting for it to rain and I feel soaked to the skin." Me I'm an optimist, I'll be well out of here when the shit hits the fan. Science only tells you how to think, all other constricts what to think. Think about it. If you're interested in this contact me. Thank you very much. Applause.

Ich freue mich, wieder hier in Lindau zu sein und einen Vortrag halten zu dürfen. Das hier ist ein großartiger Ort und ich komme sehr gerne hierher. Mein Thema heißt "Science - Lost in Translation". Aber zunächst mal das: Wie kam ich hierher? Ich war ja auch mal so jung wie Sie. Viele von uns waren einmal so jung wie einige von Ihnen. Deshalb zeige ich Ihnen, was in der Schule passiert ist, denn dort begann alles. Eigentlich wollte ich gar kein Wissenschaftler werden. Ich träumte davon, Superman zu sein. Und wie alle Wissenschaftler wissen, ist die Evidenz entscheidend. Und hier ist sie. Fliegen war schwierig, weshalb ich mich mit anderen Dingen wie Tennisspielen oder Turnen beschäftigte. Und ich spielte in einem Theaterstück, Henry V., in der Schule und möchte Ihnen gerne diese beiden Jungens hier zeigen. Ich bin der hübsche Junge rechts - nur für den Fall, dass Ihnen das nicht aufgefallen ist. Und ich rate jungen Menschen wie Ihnen immer: Werden Sie bloß nicht Schauspieler, weil der Typ da vorne jetzt 5.000 Jahre alt ist und ich bin viel jünger als er. Werden Sie Wissenschaftler, nicht Schauspieler! Nun gut, Ian und ich sind in dieselbe Klasse gegangen. Ein fantastischer Schauspieler. Er hat uns mal vor einigen Jahren in Tallahassee besucht. So ist das also. Vielleicht sind für mich Dinge wie Kunst und Graphik noch wichtiger als die Wissenschaft. Ich habe viele Zeichnungen angefertigt und während des Studiums Plakate und Sachen dieser Art entworfen, beispielsweise auch das Titelblatt des Hochschulmagazins. Ich glaube, dass es sehr wichtig ist, seine kreativen Fähigkeiten auch auf andere Facetten zu erweitern. Meine erste Auszeichnung erhielt ich tatsächlich nicht für eine wissenschaftliche Arbeit, sondern für diesen Entwurf hier. Und das wurde in der nationalen Zeitung veröffentlicht. So sah ich damals aus. Heute bin ich alt und gebrechlich. Und auch Sie, die Sie heute so jung und schön sind, werden irgendwann eines Tages so aussehen wie ich, sodass ich meine Revanche habe. Ja, Malen und solche Dinge... Ich weiß nicht so genau, was hier jetzt kommt und überschlage das mal schnell. Das sind also alles Dinge, die mich auch interessieren und das ist Margaret, meine Frau, die hier im Publikum sitzt. Und heute entwerfe ich auch Logos und das ist mein Favorit für die Australier, die hier vertreten sind. Ich hoffe also, dass Sie bessere Fußballer sind als die Engländer, besser als im Kricket, wie wir wissen. Ich mag es immer wieder, mir neue Dinge einfallen zu lassen. Und tatsächlich habe ich dieses Darwin-T-Shirt entworfen und... Prishant, wo bist du? Bist du da irgendwo? Ja, da. Das ist tatsächlich das von mir entworfene T-Shirt. Das ist ein Geheimbund, das ist Darwins Stammbaum. Okay, das ist mein früherer Kollege. Das hier ist mein neuester Autoaufkleber, den ich für sehr bedeutend halte. Und ich habe die japanische Flagge umgestaltet. Ich hoffe, das gefällt Ihnen. Was man in den 60er Jahren außerdem noch können musste, war Gitarre spielen. Oder man kam auf keine Party. Das habe ich dann also auch gemacht. Aber ich glaube, was mich mehr als alles andere zum Chemiker gemacht hat, war die Fotografie. Ich möchte Ihnen gerne zeigen, was es damals bedeutete zu fotografieren. Ich denke, Doug Osheroff kennt das, weil er doch die größte Kamera auf dem Campus besitzt. Man brauchte natürlich auch einen Anreiz dafür. Den hatte ich natürlich auch. Sie sitzt dort im Publikum. Aber heute braucht man nur noch das hier. Und es ist so viel verloren gegangen. Das steht für eine Technologie, die so unvorhersehbar ist. Deshalb lässt sich heute nur schwer vorhersagen, was geschehen wird. Ich hatte natürlich auch einen Meccano-Metallbaukasten. Ich möchte Ihnen gerne eine Anzeige aus der damaligen Zeit zeigen. Das ging ungefähr so: "Meccano-Jungs" - und heute würde man natürlich die Mädchen auch einbeziehen - das je mit Meccano gespielt hat, könnte sich wohl zu einem Bad Boy (oder Bad Girl) entwickeln". Aber hier sehen Sie es: Wir haben unsere Hände benutzt und Dinge zusammengebastelt. Und das versinnbildlicht, was Wissenschaft ist. Wissenschaft heißt nicht herumrennen und sich vergnügen. Es bedeutet, sich von etwas völlig absorbieren zu lassen. Ich habe früher Sachen aus Muttern und Bolzen gebaut. Und heute sind es Elektronen und Atome. Grundsätzlich besteht da also kein so großer Unterschied. Und mit meinem jüngsten Sohn, einem Karikaturisten, habe ich vor Kurzem gemeinsam in Japan ein Buch für Kinder produziert. Eine andere wichtige Sache war für mich immer die Architektur. Das hat mich fasziniert. Irgendwie hätte ich auch dort enden können. Diese Zeichnung, die ich vom Rathaus in Stockholm angefertigt habe, wo ja der Nobelpreis überreicht wird, ist lange vor der Zeit entstanden, in der ich überhaupt wusste, was der Nobelpreis ist. Ich war so fasziniert von dem Gebäude und auch von Le Corbusier und dem Bild von Frank LloydWright. In Sussex, wo ich 37 Jahre gelebt habe, gibt es interessante Architektur zu sehen. Ich habe mit solchen Motiven gespielt. Aber die Architektur, die wirklich am Bedeutendsten war, war diese: der Buckminster-Fuller-Dom bei der Expo, den wir besuchten. Und das war wirklich entscheidend für die Aufklärung der Struktur von C60. Hier ist das zu sehen. Man kann auch nie wissen, wann die eigenen Ideen vielleicht Bedeutung erhalten. Und das ist, glaube ich, heutzutage ein wichtiges Thema. Gut, ich komme jetzt zum eigentlichen Thema "Science - Lost in Translation". Und ich widme das Giordano Bruno. Wer von Ihnen kennt Giordano Bruno? Falls nicht, beschäftigen Sie sich einmal mit ihm ...weil er...ich halte nicht viel von Heiligen, aber wenn es einen Heiligen gibt, dann ist er der Heilige der Wissenschaft. Ich bin im Grunde genommen nicht hier, damit Sie sich wohlfühlen, sondern ich bin hier, um Sie zum Denken anzuregen. Wenn ich diesen Vortrag halte, zitiere ich meistens diesen Spruch von Don Marquis: Wenn Du sie wirklich zum Denken bringst, werden sie Dich hassen." Vielleicht hassen Sie mich ja am Ende dieses Vortrages, aber zumindest habe ich Sie zum Denken gebracht. Na also. Ich möchte mit meinem absoluten Liebling beginnen. Es ist der australische Wissenschaftler John Cornforth, der seit seinem 18. Lebensjahr taub ist. Und er hat einen fantastischen Aufsatz geschrieben, den Sie alle lesen sollten, nämlich "Scientists as Citizens" (Wissenschaftler sind Bürger. Sie finden das auf meiner Vega-Website. dass ein auf Zweifeln basierendes Wissenssystem die treibende Kraft für die Entwicklung der modernen Zivilisation sein konnte. Wissenschaftler glauben nicht, sondern sie überprüfen. Ich bitte Sie nicht darum, irgendetwas von dem zu glauben, was ich über wissenschaftliche - und ich würde sagen über alle - Fragen zu sagen habe. Es sollte für alles ein Nachweis erbracht werden. Ich kenne die Beschaffenheit eines solchen Nachweises und kann seinen Wert beurteilen." Das ist eine kraftvolle Aussage. Richard Feynman sagt in seinem Buch "The Meaning of it All" - ich mag dieses Buch sehr - das Folgende: Sie ist entstanden aus einem Kampf. Es war der Kampf darum, zweifeln zu dürfen, um sicher sein zu dürfen. Und ich möchte die Bedeutung dieses Kampfes nie vergessen und ich möchte darin auch nie nachlassen. Wenn man weiß, dass man unsicher ist, hat man die Möglichkeit, die Situation zu verändern." Und ich liebe auch diese Zeile: Den gesunden Menschenverstand (Common Sense). Der ist interessant, weil er uns sagt, dass sich die Sonne um die Erde dreht. Wer stimmt mir zu? Das bleibt verdammt noch mal zu hoffen. Sie startet hier und endet dort. Der gesunde Menschenverstand sagt uns, dass sich die Sonne um die Erde bewegt. Wer stimmt mir jetzt immer noch zu? Ja. Der außerordentliche Verstand (Uncommon Sense) sagt uns, dass sich die Erde um ihre eigene Achse dreht und dass es so erscheint wie hier. Das ist der außerordentliche Verstand und Mut von Menschen wie Copernicus, Galileo und Giordano Bruno. Schauen Sie sich das doch im Internet an und sehen Sie sich den Kinofilm von Carlo Ponte über Giordano Bruno an. Sie werden das nie vergessen, weil diese Menschen dafür gekämpft haben, dass Sie heute die Freiheit des Zweifels leben können. Inzwischen haben die meisten Menschen die Behauptung akzeptiert, dass sich die Erde um die Sonne bewegt. Wie viele akzeptieren das? Fast alle. Und wer kennt den Beweis? Nicht so viele, mehr als gewöhnlich, weil hier doch einige Physiker vertreten sind. Aber auch viele von denen kennen den Beweis dafür nicht. Aber was - und darum geht es hier - was haben Sie noch alles akzeptiert, ohne den Nachweis dafür zu kennen? Viele Menschen, wahrscheinlich der Großteil, schätzungsweise 90%, 95% akzeptieren Aussagen, für die sie überhaupt keinen Nachweis haben. Denken Sie darüber nach. Die Royal Society hat das Motto "Nullius in verba", was soviel bedeutet wie: "Nach Niemandes Worten". Glauben Sie niemandem, auch mir nicht oder meinen Kollegen, bloß weil sie Nobelpreisträger sind. Hören Sie zu, was sie zu sagen haben, aber bewerten Sie das auch. Denken Sie darüber als Wissenschaftler nach. Das Problem ist, dass heute der Nonsens verbreitet ist. Und ich möchte Ihnen ein wunderbares Beispiel für die Kreativität des Kentucky Fried Creation Museum in Cincinnati geben. Das hat 27 Millionen Dollar gekostet. Busladungen von Kindern werden dahin gekarrt und andere Gruppen ebenfalls. Deshalb lebten Dinosaurier und Menschen zur gleichen Zeit." Wenn das wirklich der Fall war, haben wir die Dinosaurier wahrscheinlich auch gesattelt und sind darauf herum geritten. Und "Was haben Dinosaurier ursprünglich gefressen?" "Bevor Adam gesündigt hat, waren alle Tiere - auch die Dinosaurier - Vegetarier." Man braucht nicht solche ein Gebiss, um Salat zu essen. ertranken (vor rund 4350 Jahren) in den Fluten und viele wurden begraben und sind als Fossil erhalten geblieben." Ich habe doch tatsächlich Lehrer in Florida getroffen, Naturkundelehrer, die das behaupten. Denken Sie darüber nach. Das ist die Arche Noah und das ist Noah. Und er ist Schotte. Sind hier Schotten unter uns? Sie haben das wahrscheinlich nicht gewusst, aber er hat einen schottischen Akzent: Im Laufe meines Lebens wurden wunderbare und fantastische Dinge entdeckt. Das ist offensichtlich ein italienischer Fußballfan letzte Woche. Oder ein englischer Fußballfan eine Woche vorher. Na also. 70% Übereinstimmung mit diesem Kerl und 50% mit den Genen einer Fruchtfliege und auch mit den Maden. Und das hier mag ich: 70% unserer Gene entsprechen denen von einem Kürbis. Und man braucht sich doch nur den durchschnittlichen Politiker anzuschauen, um tatsächlich den Nachweis dafür zu erhalten ... Es gibt mehr Beweise für die Evolution als für jede andere Wahrheit, die wir entdeckt haben. Der Angriff auf die Evolution ist nicht nur eine Attacke auf Darwin. Es ist ein Angriff auf die gesamten Wissenschaften, weil die Beweise aus diesen Bereichen kommen. Und wir müssen dagegen angehen und das auch einigen sehr dummen Menschen eintrichtern, auch solchen, die Präsident der Vereinigten Staaten werden wollen. Niemand hat die Wissenschaften besser beschrieben als der großartige amerikanische Autor Walt Whitman. Das ist der großartige Schriftsteller, die großartige Zeile, die doppelte Auslegung. Es hält die Möglichkeiten offen. Whitman hat etwas Wichtiges, wirklich sehr Wichtiges aufgeschrieben. Konstrukte sind allesamt für immer eingesperrt, möglicherweise Tausende von Jahren, in unerschütterlichen dogmatischen Positionen, unempfindlich gegen rationale Kritik. Es gibt keine Möglichkeit des Angriffs. Selbst einige Wissenschaften, die es besser wissen sollten, sehen das nicht ein. Das wird daran deutlich, was sie schreiben. Der große Feind der Wahrheit ist oft nicht die bewusste, erfundene und unehrliche Lüge, sondern der hartnäckige und überzeugende und unrealistische Mythos. Der Glaube an Mythen ermöglicht die Bequemlichkeit einer Meinung ohne die Unbequemlichkeit des Denkens." Vielleicht erstaunt Sie, wer das hier gesagt hat. Es war Kennedy. Das war ein großer Satz. Und was sagt Feynman, der begnadetste Kommunikator, den ich je erlebt habe, dazu? Wenn man an dem ultimativen Charakter der physikalischen Welt, der gesamten Welt interessiert ist - und in der gegenwärtigen Zeit besteht unsere einzige Möglichkeit, sie zu verstehen, in einer Form von mathematischen Überlegungen - kann man, so meine ich, all diese speziellen Aspekte der Welt, die großartige Tiefe und die Merkmale der Universalität der Gesetze, der Beziehungen der Dinge untereinander nicht voll und ganz ohne ein mathematisches Grundverständnis erfassen. Ich glaube bzw. kenne keinen anderen Weg. Wir kennen keine andere Möglichkeit, das ohne diese Grundlage exakt und gut zu beschreiben oder die Wirkzusammenhänge zu sehen. Deshalb wird jemand, glaube ich, der nicht ein wenig mathematisches Gespür entwickelt hat, nicht in der Lage sein, diese Aspekte der Welt in vollem Umfang zu erfassen. Missverstehen Sie mich bitte nicht. Es gibt viele, viele Aspekte der Welt, für die man keine Mathematik benötigt, etwa für die Liebe, die man mit voller Bewunderung und Ergötzlichkeit schätzen kann und die einem Ehrfurcht einflößen und geheimnisvoll erscheinen kann. Und ich will auch gar nicht behaupten, dass die Physik das Einzige in der Welt ist. Aber Sie haben über die Physik gesprochen und wenn man darüber spricht, ist die Tatsache, nichts über Mathematik zu wissen, eine große Einschränkung für das Weltverständnis. Das ist ein Zitat aus einem phantastischen Film, den einer meiner Freunde, Chris Sykes, gedreht hat. Wenn Sie die Möglichkeit haben, schauen Sie sich diesen Film an. Das ist wirklich ein Stück Wissenschaft im Film. Lassen Sie uns also über Mathematik nachdenken. Die geht mit Sicherheit auf die Indianer zurück. Aber auch Al-Khwarizmi hat im 8. Jahrhundert, im 7. oder 8. Jahrhundert, dieses Buch geschrieben. Und er hat die Regeln der Algebra formuliert, aber in Form von Worten, in Prosa, nicht in Form von Gleichungen. Diophantus schrieb im zweiten Jahrhundert tatsächlich Gleichungen auf. Hier sind einige ... hier sehen Sie die Art, in der sie aufgeschrieben wurden. Und die kann man lösen. Das reicht also wirklich weit zurück. Aber das erste Buch in englischer Sprache wurde von Robert Recorde geschrieben. Und das ist interessant, weil er in seinem ersten Buch das Gleichheitszeichen erfand. Und in diesem Buch wird auch erklärt, wie man subtrahiert. Das war so um 1550 herum. Es geht also mit Sicherheit so weit zurück. Und es soll Menschen geben, die die Mathematik tatsächlich lieben und ich dachte ... Hier sind sie. Und hier an dieser Stelle fehlt tatsächlich etwas [in der Formel]. Das ist wunderbar, weil wir hier junge Menschen erleben, die bereit sind, etwas Wunderbares in der Wissenschaft und der Mathematik zu entdecken. Ich überschlage das mal. Das war gerade LSD, nur für den Fall, dass Sie das synthetisch herstellen möchten. Aber schauen Sie sich das hier an, Nicole, eine Doktorandin der Physik. Sie sagt: "Mein Tattoo ist die Sinusexpansion von Taylor. Für mich ist das das schönste, was ich jemals gelernt habe." Hören Sie sich das an. Und glauben Sie das oder auch nicht. Wir waren vor zwei Jahren im Garten vor der Inselhalle. Und dort spazierte mein Lieblingstattoo vorbei. Diese Nicole aus Stanford war tatsächlich vor zwei Jahren hier. Und ich war tatsächlich in der Lage, das Gesamtbild zu fotografieren, nein nicht alles, weil das ja in der Unendlichkeit verschwindet. Das wäre doch sehr durchtrieben gewesen, das Ganze zu fotografieren. Aber egal. Das hier ist Nicole, eine wunderbare Studentin, die 2010 in Lindau war. Lassen Sie uns jetzt also über die Wissenschaft nachdenken und wie alt sie ist. Sie ist nicht wirklich sehr alt. Abaelard hat im 12. Jahrhundert so ungefähr das Folgende gesagt: "Indem wir nämlich zweifeln, gelangen wir zur Untersuchung und durch diese erfassen wir die Wahrheit." Und das ist eine sehr grundlegende Aussage über die Wissenschaft. Denn Zweifel und Hinterfragungen sind die eigentliche Bedrohung für Menschen, die an Dogmen glauben und diese für ihre Autoritätsposition nutzen. Und Abaelard zählt zu denjenigen, die wirklich in Teufelsküche usw. gekommen sind. In seinem interessanterweise als "Novum Organum" (Neues Instrument) betitelten Buch beschrieb Francis Bacon die Grundlagen wissenschaftlicher Methodik. Herausfinden, was an sich wahr ist. Wenn es für einen selbst Bedeutung hat, muss das nicht für alle anderen auch gelten, bestimmt nicht für Leute, die ich hier nicht zu nennen brauche. Beobachtung, Hypothese, unterstützende Nachweise und physikalisches Gesetz. Wenn wir Abaelards Aussage umkehren, kommen wir zum tiefgründigsten Axiom aller Zeiten: Wenn wir die Wahrheit finden wollen, müssen wir zweifeln und untersuchen und dürfen nichts akzeptieren. Das hat enorme Folgen. Das neue Instrument untergräbt die Annahmen und Behauptungen, die zuvor mehr als 1.000 Jahre lang dominiert hatten, dass nämlich die fundamentale Wahrheit in der Heiligen Schrift zu finden sei. Und viele, die diesem Axiom folgten, befanden sich in heftigen Konflikten mit der dogmagestützten Autorität. Viele von ihnen wurden ermordet, so auch Giordano Bruno. Und deshalb ist es mir ein Anliegen, ihm diesen Vortrag hier zu widmen. Wir sind es ihm schuldig für die Freiheiten, die wir heute haben, alles zu hinterfragen und anzuzweifeln. Und wenn man sich anschaut, dann herrscht genau an den Orten, wo die Naturphilosophie das Dogma grundlegend unterhöhlt hat, Demokratie und Wissenschaft. Das ist eine interessante Beobachtung. Aber wer war eigentlich der erste Physiker? Hier kommt ein weiteres Zitat. Ich mag Zitate und dieses ganz besonders: "Ich suche nicht die Antwort, sondern will die Frage verstehen." Was ist Physik? Übrigens mag ich dieses Zitat wirklich sehr und habe deshalb mal bei Google versucht herauszufinden, wer das tatsächlich gesagt hat. Und dort entdeckte ich, dass ich es war. Wenn man das aber dann etwas verändert in "die Antwort herauszufinden", entdeckt man, dass es Kung Fu war. Großartig, machen wir weiter. Also wahrscheinlich Konfuzianismus und Taoismus. Es stellt sich also die Frage, was Physik ist. Was wir aber eigentlich wissen müssen, ist, wer die erste Gleichung in der Physik aufgeschrieben hat. Schauen wir doch zunächst auf das Einfachste, das Hookesche Gesetz, Vorlesungen zur Feder. Hooke hat das so beschrieben: "Die Kraft einer Feder ist proportional zu ihrer Spannung. Das heißt: Bei einer Energieeinheit wird die Feder um eine Raumeinheit gedehnt oder verformt, bei zwei Energieeinheiten um zwei usw. Die Theorie ist also sehr kurz und die Möglichkeit, das auszuprobieren, sehr einfach." Also das ist die grundlegende Botschaft. Wenn man dort etwas hinzugibt, wirkt es sich an dieser Stelle aus. Okay. Das Hookesche Gesetz, keine Gleichung. Wer war es dann? Das ist eine interessante Frage. Christiaan Huygens soll es gewesen sein, aber ich habe dazu eigentlich nichts gefunden. Er wusste etwas über Impulsüberträge. Aber ich muss erst noch die Bestätigung dafür finden, dass er auch tatsächlich die ersten Gleichungen aufgeschrieben hat. Die Wissenschaft begann mit diesem Typen hier. Okay. Ich bin bereit, das zu begründen. Das ist ein fantastisches Gerät. Und schauen Sie sich nur die außergewöhnliche Schönheit dieser Gravur an. Er hat das verwendet, um die Bahnen der Planeten zu messen. Aber es war Kepler, der diese Daten in die Hände bekam und in diesem Buch ... Er musste tatsächlich seine eigenen Logarithmen entwickeln, um die Berechnungen anzustellen. Er wies nach, dass die Bahn des Mars eine Ellipse ist und die Sonne in einem Fokus liegt. Das war der Moment, an dem die Wissenschaft begann. Und das ist in den Tabulae Rudolphine festgehalten. Dann kam Newton und erklärte das. Ein entscheidender Mann, von dem ich nie gehört hatte, ist Willem 's Gravesande, der in seinem Buch schreibt (liest Französisch): "Herr Leibnitz war der erste, der darauf hinwies, dass die Kraft (kinetische Energie) eines sich bewegenden Körpers nicht proportional zur Geschwindigkeit ist, wie es der üblichen Auffassung entspricht, sondern proportional zum Quadrat dieses Wertes, sodass die Geschwindigkeit sich verdoppelt, wenn sich die Kraft (kinetische Energie) vervierfacht." Typisch Engländer, der versucht Französisch zu sprechen. Aber dabei bleibt es dann auch. Es war also Leibniz, der nachwies, dass die kinetische Energie 1/2 mV^2 ist. Und es war Willem 's Gravesande, der das durch Fallenlassen von Bällen in Weichkaolin nachweisen konnte. Das war ein wichtiger Punkt. Und es war Émilie du Châtelet, die Newton bezüglich der kinetischen Energie korrigierte, denn er hatte das für einen Impuls gehalten. Kalkül war erforderlich, wie Sie wissen. Und es geht grundsätzlich um die Fähigkeit, das zu integrieren. Und das ist meiner Meinung nach nicht mit Worten möglich. Was man dann als Ergebnis erhält, ist die wunderschöne Parabolkurve des harmonischen Quantenoszillators. Das braucht man für die Wissenschaften. Und das ist wirklich wichtig. Jetzt kommen wir zu einem bedeutenden Menschen, nämlich Einstein. Und Einstein hat, wie Sie wissen, die Relativitätstheorie entwickelt. Und die wurde von einigen Menschen angegriffen, unter anderem von Cardinal O'Connell, der sagte: die einen grundlegenden Zweifel an Gott und seiner Schöpfung verbreitet haben." Ein New Yorker Rabbiner schickte Einstein ein Telegramm mit der Frage "Glauben Sie an Gott, Albert?" der sich mit Schicksalen und Handlungen der Menschen abgibt." Das ist eine interessante Aussage. Wer war eigentlich dieser Spinoza? Er lebte in Amsterdam. Er skizzierte in präziser Detailtreue seine philosophischen Einsichten und untermauerte sie mit logischen Argumenten, die ihm zufolge unwiderlegbar waren. Die Obrigkeiten der Synagoge sahen keine andere Alternative, als ihn aus ihrer Gemeinschaft auszuschließen. Ein bombastisches Horn wurde geblasen. Die Kerzen wurden nach und nach gelöscht und ein Fluch wurde vorgelesen: Verflucht sei er Tag für Tag. Und verflucht sei er Nacht für Nacht. Und verflucht sei er, wenn er sich niederlegt und wenn er aufsteht. Wenn er ausgeht und auch, wenn er wieder zurückkehrt." Niemand darf mehr auch nur ein Wort zu ihm sprechen oder schreiben oder ihm Gnade erweisen, mit ihm unter einem Dach leben oder sich ihm auf weniger als vier Ellenlängen nähern oder etwas lesen, was er geschrieben hat." Sie sollten unbedingt Texte von diesem Menschen lesen, der sich auf diese Art und Weise empfohlen hat. Aber leider ist alles in Lateinisch. Aber dann gibt es auch noch das Buch von Strathern: "Ein universeller Gott, der nur durch Anwendung von Vernunft auf die Welt um uns herum richtig verstanden werden kann. Das lässt vermuten, dass Spinozas Religion der Ernüchterung tatsächlich eine überzeugende Beschreibung der modernen Wissenschaft sein könnte. Ein pantheistisches Universum, dessen Wahrheit wir nur durch Gebrauch von Vernunft, Mathematik und rationalem Experiment verstehen können." Und das machen wir hier. Wir haben das Higgs-Boson hier nicht dabei, aber vielleicht ist auch das irgendwann der Fall. Die ordentliche Harmonie dessen, was existiert. Lassen Sie uns die Zahlen 1, 3 und 5 nehmen und die Chemie anschauen, weil ich Chemiker bin. Ich weiß, dass ich unter all den Physikern unter Ihnen ein Eindringling bin, aber hier bin ich nun mal. Die Erde dreht sich um die Sonne. Wir arbeiten mit der klassischen Mechanik. Für ein Elektron, das um einen Kern kreist, arbeiten wir mit der Quantenmechanik. Aber laut Quantenmechanik kann ein sich drehendes Objekt nur bestimmte Ausrichtungen aufweisen. Richtig? Es sind nicht alle Ausrichtungen zulässig. Und die Quantenzahl j hat die Werte 0, 1, 2, 3, 4. Und die Ausrichtungen werden durch eine sehr einfache Formel, nämlich 2j+1, angegeben. Wenn also j=0, dann ist 2j+1=1. Wenn j=1, dann ist 2j+1=3 und wenn j=2, dann ist 2j+1=5, richtig? Also 1, 3 und 5. Und wenn ich jetzt hingehe und das verdopple, also diese Reihe und diese Reihe verdopple, das dorthin bewege und das dorthin, diese Reihe verdopple und diese Reihe verdopple, das hier verdopple und das hier verdopple und das hier bewege und das so: Was ist dann das Ergebnis? Damit ist die gesamte Chemie erklärt, das gesamte Leben und das gesamte sinnvolle bisschen Physik, wenn es das überhaupt gibt. Okay, wir Chemiker müssen es den großartigen Meistern der Wissenschaften heimzahlen. Natürlich ist die Physik der alles überspannende Bogen der Wissenschaften. Aber Chemie repräsentiert diesen enormen Teil der Physik, der uns betrifft, also die Alltagswelt, die Biologie und all diese Dinge. Und das basiert auf den Zahlen 1, 3 und 5. Das ist Wissenschaft, etwas so Elegantes und Schönes. Und der Wert für die Menschheit ist enorm wichtig. Ich möchte Ihnen zeigen, wie es war, als wir Amputationen ohne Anästhesie durchführen mussten. Da helfen auch keine iPhones weiter. Schauen Sie sich das gut an. Ja, genauso sah es aus. Die Menschen starben im Schock. Es kann kaum einen humaneren Beitrag für die Menschheit geben als die aus der Chemie stammende Anästhesie. Penicillin, dieses simple Molekül, ist wirklich ein Wunder. Man muss nicht beten. Dieses kleine Mädchen wurde 1942 innerhalb von drei Wochen geheilt. Ein Jahr früher wäre es noch gestorben. Und einer der Helden ist diese kaum bekannte Person. Künftige Bakterien werden unempfindlich gegenüber Antibiotika sein. Denken Sie darüber nach. Wir brauchen so brillante junge Menschen wie Sie, damit wir die Probleme der Zukunft lösen können. Manchmal werden auch nicht die Richtigen gewürdigt. Es gibt die interessante Geschichte eines Mannes aus Tallahassee, wo wir neun Monate des Jahres verbringen. Alan Cross saß 24 Jahre in einem Gefängnis in Florida für ein Verbrechen ein, das er nicht begangen hat. Bei seiner Entlassung aus dem Gefängnis sagte er: "Dieser Zeitpunkt hat lange auf sich warten lassen. Ich danke Gott für diesen Tag." Sein Vertrauen ließ ihn durchhalten. Unglaublicher Mensch. Aber die Wissenschaft hat ihn aus dem Gefängnis geholt. Und wer war der Erfinder? Alec Jeffrey, ein Freund von mir von der Leicester University, der die DNS-Spurenidentifikationsmethode entwickelte. Die Wissenschaft ist ein humanitäres Konstrukt. Und was ist das? Wir haben ja ein bisschen darüber erfahren und ich komme jetzt zu meiner Analyse. Die Wissenschaft hat verschiedene Aspekte. Einer ist das Wissen, ein anderer die Anwendung dieses Wissens, die Technologie. Ein weiterer sehr bedeutender Aspekt ist der Weg, auf dem das wissenschaftliche Wissen tatsächlich entdeckt wird. Aber dann gibt es auch noch etwas viel Wichtigeres. Und weil die Wissenschaft so nützlich ist, haben viele Menschen das vergessen. Sie verstehen nicht, was das ist. Im Grunde genommen haben auch Politiker keine Ahnung davon. Sie denken, dass man Wissenschaft nur deshalb betreibt, weil sie zweckmäßig ist. Aber bevor die Wissenschaft nützlich wurde, hatte sie eine andere Bezeichnung. Sie wurde als Naturphilosophie bezeichnet. Und der bei weitem bedeutendste Aspekt ist, dass die Naturphilosophie das einzige philosophische Konstrukt ist, das wir mit dem Ziel entwickelt haben, die Wahrheit mit einem gewissen Grad der Zuverlässigkeit aufzuklären. Das möchte ich jetzt definieren. Ich sage: Wir haben ein Konstrukt. Das Konstrukt ist das Konstrukt, mit dem die Wahrheit mit einem gewissen Grad der Zuverlässigkeit aufgeklärt wird. Und das definiere ich dann als Naturphilosophie. Und ein ethisches Bildungsziel muss auch darin bestehen, jungen Menschen beizubringen, wie sie feststellen können, ob das, was man ihnen erzählt, tatsächlich wahr ist. Ich bin sicher, dass wir uns darauf einigen müssen. Wenn wir das nicht machen, bekommen wir Probleme. Die Unterrichtung einer skeptischen, evidenzbasierten Beurteilung aller Behauptungen - ausnahmslos - ist eine Frage der intellektuellen Integrität, die alle Lehrer berücksichtigen sollten. Ohne Evidenz ist alles erlaubt, was gefällt. Denken Sie darüber nach. Schauen Sie sich um und finden Sie heraus, dass das Fakt ist. Ich möchte noch einmal auf diesen phantastischen Artikel von "Kappa" (John W. Cornforth), diesen großartigen Australier und guten Freund, zurückkommen. Australier, Ihr könnt wirklich stolz auf diesen Kerl sein. Er ist ein so großartiger Mensch. In seinem Aufsatz "Scientists as Citizens" sagt er: Das ist das, was ich als öffentliche Wahrheit bezeichne, nämlich die Verpflichtung, alles, was man getan hat, so exakt wie möglich zu erfassen und niemals Ergebnisse zu erfinden, zu verdrehen und zu unterdrücken, die ungünstig für die eigenen Schlussfolgerungen sind. Die persönliche Wahrheit ist sogar noch wichtiger. Als Wissenschaftler, der mit Experimenten umgeht, erhalten Sie eine Ausbildung in der Unerbittlichkeit der Wahrheit und Ihrer eigenen Fähigkeit, sich von den eigenen Erwartungen, Hoffnungen oder nur der eigenen Dummheit täuschen zu lassen. Das lässt sich mit keiner anderen Erfahrung vergleichen, die ich kenne. Ich kenne Wissenschaftler, die wirklich darüber hinweg gehen und diese Dinge einfach übersehen. Sie sollten es eigentlich besser wissen." Ich höre hier auf, obwohl es noch viel mehr zu sagen gäbe. Das können Sie alles auf unserer Website nachlesen. Meiner Ansicht nach garantiert Wissen keine guten Entscheidungen. Aber der gesunde Menschenverstand legt nahe, dass Weisheit eine unwahrscheinliche Konsequenz von Ignoranz ist. Und warum ... was brauchen wir? Nun, wir brauchen wirklich Bildung. Wir können Kindern im Alter von 6, 7 und 8 die Algebra beibringen. Und ich mache das mit Kindern in der ganzen Welt, in Japan, Santa Barbara, Mexiko, Malaysia, per Internet in Island und in ganz Australien. Wenn ich das hier in England zeige, gibt es manchmal hysterische Schreie von jungen Frauen. Die gelten aber dann nicht mir, sondern diesem Kerl links. Der ist irgendwie ... er war mal bei Manchester United. Oh, ich mag diesen Kerl wirklich. Er ist der Einzige, der eine Verwendung für das C60-Molekül gefunden hat. Aber das hier ist mein Lieblingsbild, weil es zeigt, dass die Wissenschaft Menschen der unterschiedlichsten Völker zusammenbringt. Und das ist wichtig. Der beste Grund, Wissenschaftler zu werden, ist doch, dass das die einzig wirklich internationale Familie ist. Und der Grund dafür ist, dass wir nicht personenbezogen denken. Unser strenger Vorgesetzter ist das Universum selbst. Und hier sehen Sie das Team mit meinen beiden Kollegen, die nicht hier sind. Das ist unsere Gruppe in Großbritannien. Und hier ist eine weitere Gruppe und Sie erkennen, wie international diese Gruppe in Florida State ist. Prishan aus Indien sitzt hier im Publikum. Er war früher auch dort. Eigentlich kommt Paul Dirac gar nicht mehr zu uns. Egal, aber er kam früher. Ich weiß nicht, ich hätte es einfach gerne, dass er käme, weil wir Probleme haben, die er möglicherweise lösen könnte. Ich habe den Vega Science Trust vor vielen Jahren mit dem Ziel gegründet, Programme für das Fernsehen zu entwickeln. Wir konnten Max Perutz gewinnen und wir hatten phantastische Programme mit Feynman, die wir aus Auckland erhielten. Und wir haben ein neues Konzept für Fernsehdebatten eingeführt. Und das besteht darin, dass die Teilnehmer tatsächlich etwas wissen sollten. Sie sind auf dieser Website zu finden. Allerdings ist etwas Phantastisches passiert. Wer von Ihnen hat in eine Enzyklopädie geschaut? In dieser Woche? Ja, wir standen noch vor dieser Herausforderung. Aber jetzt geschieht etwas Revolutionäres. Ich bezeichne das als "Goo You Wiki World". Und das ist wirklich eine phantastische Revolution. Früher musste man zur Encyclopedia Britannica greifen, wenn man ein Bild brauchte. Das war nicht sehr phantasievoll. Aber wenn man den Bilder-Browser von Google benutzt und alles eingibt, was man sucht, erhält man Seiten über Seiten und Seiten und Seiten und Seiten und Seiten und Seiten und Seiten und Seiten und Seiten und Seiten und Seiten und Seiten und kann sogar rotierende Buckyballs betrachten. Uns so etwas ist natürlich in der Encyclopedia Britannica schwierig zu realisieren. Das ist eine Revolution in dreifachem Sinne, eine phantastische Revolution, eine Paradigmenverschiebung, was das Suchen, Finden und Zugreifen auf Informationen in Sekundenschnelle betrifft. Man kann sein eigenes Material erstellen, kreativ sein, vorhandenes Wissen ergänzen. Und Wikipedia ist meiner Meinung nach eine der großartigsten Einrichtungen, die jemals erfunden wurden. Eine halbe Million Menschen, die ihr Wissen, ihre Leidenschaft, ihre Interessen altruistisch und anonym für uns bereitstellen. Wir schaffen gerade etwas, das auch ein bisschen in diese Richtung geht, ein globales Währungsmittel der eigenen Links. Und Sie können dazu beitragen. Es heißt GYWW 2.0. Ich nenne es GEOSET, Global Educational Outreach for Science, Engineering and Technology. Wir verwenden eine Erfassungsstation. Wir nutzen die Technologie. Das passiert hier. Schauen Sie sich das an. Das ist genau das Gleiche. Wir machen das auch so. Aber wir befähigen Sie dazu, das selbst zu verwenden. Nicht nur diese verdammten Nobelpreisträger. Sie können es selbst verwenden. Und wir zeigen Ihnen, wie das geht. Und wir machen das auch mit unseren Studenten. Das ist eigentlich die Zukunft der Sendetechnik. John Cornforth, ein Australier, hasste Murdock und stellte ihm die folgende Frage: "Haben Sie ...". John hasste ihn seit 15 Jahren. Er ist Australier und schämte sich dafür, dass Murdoch ein Australier war. Und er fragte: "Haben Sie Ihren Respekt vor der Wahrheit allmählich verloren oder hatten Sie den nie?" Das war Rupert Murdoch, vor 15 Jahren. Ich zeige Ihnen, was unsere Studenten machen. Ich möchte Ihnen das zeigen, weil sie einfach so phantastisch sind. Hi, mein Name ist Kerry Gilmore und ich bin Doktorand hier an der Florida State University. Ich arbeite für Doctor L. Coogan als Organiker. Ich liebe die organische Chemie, weil sie mir die Möglichkeit bietet, etwas durchzuexerzieren und Architekt zu sein, Ingenieur zu sein, Konstrukteur zu sein, weil man wirklich etwas durchspielen kann und wirklich etwas entwickeln kann ... Und ich muss das jetzt hier etwas abkürzen, weil ich noch Einiges sagen möchte. Aber unsere Studenten machen wirklich phantastische Arbeit. Googeln Sie einfach GEOSET. Sie finden dort Dinge über Wölfe und Geheimagenten. Und wenn Sie wissen wollen, was ich da mache, finden Sie das auch dort. Wir haben den Lebenslauf revolutioniert. Wir legen Ihre Bewerbung ganz oben auf den Stapel. Wenn Sie einen Job wollen, haben Sie eine Chance, wenn Sie so arbeiten. Assessment. Grundsätzlich kann ich anstelle dessen das hier tun und ein Glas Wein dabei trinken. Die Hall of Fame. Unsere Studenten erhalten Jobs und Stipendien. Fully a Fulbright, wir haben einen tollen Medienpreis bekommen. Prishan hat vier unbefristete Stellen angeboten bekommen, ging zur medizinischen Fakultät, erhielt einen Job, erhielt ein Stipendium, ging zur Akademie, erhielt ein Gold-Water-Stipendium, erhielt einen Job beim NHK. Die hier ist wichtig. Sino in Japan, eine Postdoktorandin, schickte ihre Bewerbung nach Indien und erhielt einen Job an der Mahatma Gandhi University. Das sind also die Menschen, die mit uns verbunden sind. Und jemand, der weiß, wo wir stehen, ist meine Frau Margaret da vorne. Ich habe nicht mehr genug Zeit. Ich möchte aber noch zwei Dinge loswerden. Das eine betrifft die Haltung. Grundsätzlich wird einem immer erzählt, dass man Dinge tun soll, die einen begeistern. Das ist nicht ganz das Gleiche wie das hier: Tun Sie einfach etwas und geben Sie Ihr Bestes. Machen Sie nie etwas Zweitklassiges. Lassen Sie einfach die Finger davon, wenn es zweitklassig wäre. Wenn Sie das Zweitklassige nicht befriedigt, lassen Sie es besser sein. Sorgen Sie dafür, dass Sie selbst zufrieden sind, nicht der Lehrer oder irgendjemand anderes, für den Sie arbeiten. Wenn Sie so handeln, machen Sie es richtig. Das hier ist mein Lieblingsplakat. Im Grunde genommen bin ich ein fremdartiges Wesen. Ich wurde von einem anderen Planeten mit einer Botschaft des guten Willens von meinem Volk gesandt. Die Botschaft lautet: "Liebe Erdbewohner, wenn Ihr schließlich Euren Planeten zerstört habt, könnt Ihr zu uns kommen und bei uns leben und wir werden Euch beibringen, wie man in Frieden und Harmonie lebt. Und wir geben Euch einen 10%-Rabatt-Gutschein auf alle delikaten Pizzen. Mit freundlichen Grüßen Bob." Drei Dinge: Die Zerstörung des Planeten, wir haben gehört, dass wir Probleme bekommen werden. Frieden und Harmonie, ich bin davon überzeugt. Ist es nicht unglaublich, dass unsere Politiker die Probleme nicht lösen können, ohne so junge Menschen wie Sie in die Welt hinaus zu schicken, damit sie einander töten? Wir müssen das Problem lösen. Das ist das Wichtigste. Aber es steckt auch Humor in der Pizza. Ohne die Pizza könnte ich, glaube ich, nicht weiterleben. Leonard Cohen sagte einmal im Magazin Rolling Stone: "Ich betrachte mich nicht als Pessimist. Ein Pessimist ist jemand, der darauf wartet, dass es regnet. Und ich fühle mich durchnässt bis auf die Haut." Ich bin Optimist. Ich werde weg sein, wenn die Kacke am Dampfen ist. Wissenschaft gibt nur Aufschluss darüber, wie man zu denken hat. Alles andere verengt, was man zu denken hat. Denken Sie darüber nach. Wenn Sie daran interessiert sind, setzen Sie sich mit mir in Verbindung. Vielen Dank.

Harold Kroto's Art of Presentation

And then, of course, there is Peter Agre’s 2009 talk. This lecture, which Agre himself called “special” is probably the least scientific ever given by a Laureate on the Lindau stage. Agre, who is today leading the Johns Hopkins Malaria Research Institute in Baltimore, had received a 2003 Nobel Prize in Chemistry for his work on channels in cell membranes. In 2009, however, he reported on a canoeing trip in the arctic. And some issues relating to food preparation:

Peter Agre (2009) - Canoeing in the Arctic, a Scientist´s Perspective

Thank you all, I realise I separate you from lunch, going to try to give this talk expediently. It’s a special lecture I’ve prepared for today and I’m doing so because I felt the theme of this year’s meeting is particularly important. Designing the ability to sustain into the future. And what I’m going to show you is not a technical lecture, I often talk about the biology of water and I’m going to bypass that today to share with you I think some images of what we are losing as the current energy consumption patterns continue. And this represents also a passion of mine outside of the laboratory and I suspect we all have interests which sustain us in our careers. So I’ve entitled this “Canoeing in the Arctic, a Scientists Perspective”. So in truth when we think of North America often times the greatest attention is put upon the United States. And if we could have the lights down, I’d be grateful because the show is the slide, not me. So the attention of course is on the United States and the border of Canada for more than 99% of the people in North America live in this region and in Mexico. But north of this is a vast expanse which is often times ignored until some special resources become obvious. And these discoveries in the Arctic and the Sub-Artic are threatening this right now. Presently, we have not only the green house gasses emitted from this part of north America which are poisoning the environment in the Arctic and Sub-Arctic, but the discovery of gem stones, precious minerals leading to expansive mining efforts up in Canada, as well as the horrific environmental challenges resulting from the harvesting of oil from the oil sands in northern Alberta. Combine that with the drilling in the Arctic and northern Alaska, we have a large region of the world which is in peril. Now the topic of my talk is not so much specifically the environmental insults but what is up there, what natural organisms reside in the Arctic and Sub-Arctic, what people live there because while it’s sparsely populated, there’s a beautiful indigenous population that lives there even today. So I’m going to talk about 4 different expeditions I’ve participated in, in the Sub-Arctic and Arctic, the Hayes River, the Hayes being the old fur trading route. All of the felt hats prepared in Europe in the 18th and 19th century came from furs transported down this river. The Seal River and the Thelon River in Nunavut. And these trips were led by Chris Pankow a graduate student at the University of Minnesota who in his summers leads expeditions into the North. Our trip into Alaska was a voyage down the Noatak River from the gates of Arctic national park here to the Bearing Sea. Now we hear a lot about Alaska, there was a presidential, a vice presidential candidate and most of these people are people that lived down here round around Anchorage and what I learned in Alaska is that people in the interior of Alaska refer to this as near Alaska, this being the real Alaska. And we had a really remarkable adventure up there. And our leader for that, Alexander Huhle, former graduate student in physical chemistry from the University of Dresden. So how do you get up to the Sub-Arctic, there are no buses, there are no roads, there are no commercial flights, you basically have to organise float plane transport to get in. And so it’s an expensive proposition. But a group of scientist friends and family members joined me on these trips. And here we are packing off from the North West territories up to the Thelon River. This is, I’m going to combine these trips so this is not in any chronological order, all these different rivers shown concomitantly, so we’re going to jump from one field to another. In Alaska there’s a barrier called the Brooks Range, almost as high as the Alps that one must cross and these little planes actually are not designed to fly over the mountains. We were actually flying through the mountain passes, which raise the hair on the back of my head I can tell you. On the other side then you see the beginnings, the origins of the Noatak, a beautiful Arctic river, it meanders probably 500 kilometres or so from the ice melt to the Bearing Sea so it’s a very cold river, the water temperature being between 2 and 5 degrees Celsius. Then we put down. To the east now the water is flowing into Hudson Bay from Canada, travels a very flat expanse so eastern, north eastern Canada is very flat and marshy. And the waters have to travel a long distance, probably 1,500 kilometres or so before they reach the Hudson Bay so the water is considerably warmer. The rivers are really very beautiful from the air and of course with the midnight sun you arrive in the late evening and it’s still daylight. Put down and unload. And by some miracle these pilots can put these planes down and take off again and you’re on your own for 2 weeks, 3 weeks or longer. So what is up there, what did we find. Well first thing we had to put together the canoes and Alex’s precise and organised nature, obviously a product of his graduate study, we had all the 5 canoes here put out, laid out and assembled with great precision because they had to withstand significant stress in order to make this voyage. The Noatak River of about 500 kilometres. And of course we had consumed enormous amounts of food, you just do a little back of the envelop calculation, basically human caloric consumption of about 3,000 kilocalories; we were 2 to 3 times that. So in the end we had probably approaching 800 kilograms of food that we needed to bring to sustain ourselves. We were able to catch some fish as well. So we pushed off on the most beautiful trips imaginable. Now the snow melt in the Arctic is considerable so there’s no summer season, winter season, there’s a gradual decline during the summer season so these torrents in the early spring declined and there was relatively small streams with huge expanse of beaches. And when we climbed up to the top of this ridge to get a view, we saw that the river really extended as far as the eye could see. Now the issue is anybody up there, has anybody been there, and the answer is yes to both of those questions. This is an Inukshuk, a small statue of stones created by the native Inuit who live in this part and lived up there for thousands of years. With both religious and geological information. But in fact it’s empty, we were there probably not more than a few hundred people go there in any summer season. But the turf is guarded, sometimes jealously, here’s an Arctic Tern who thought Elizabeth’s hat looked like a good target, she got out of the way of trouble. And again you can get a view of it, in the summer torrent of course all of this is water rushing by and in the later summer when we were there this declined to a rather small river and almost a desert like environment. So the Arctic is actually composed of many different micro environments and some of them really quite fragile. Camping there was a challenge because to gain enough fire wood to cook without trees in most of the areas, we had to gather shrubs and cut it up. Then other areas where the micro environment was protected, there’d be some small pockets of forest, where people have in the past lived, here’s a trappers cabin, obviously had some long months in the winter, he carved gargoyles on the ends of the logs. One learns in the Arctic to look at the sky, first off it’s beautiful and secondly it provides information because the weather is always changing. Beautiful sun sets. And the passage was really remarkable also for a sense of how miniscule we humans actually are in the grand landscape of all of this. We’re like dots on the horizon here, it’s hard to believe that our species is poisoning this part of the world. So I’ll tell you about a few of my friends here just as we’re passing because they aren’t vagrant homeless people, this is actually a distinguished biophysicist from the University of Calgary, Robert French and this is my son Clark, an artist. Here’s the dean of Duke Medical School, Sandy Williams and a son, a student at Duke. And we were in awe of the scenery as we pedalled along, it was ever changing. And as a result of this extreme exercise we were pretty exhausted and took frequent breaks to get some rest. So the weather changes fast and the winds can kick up in the far north as high as 80 to 100 kilometres per hour in a matter of hours. Bringing changes in temperature of 25 degrees or more Celsius. So one has to be very careful, one has to be prepared, but there’s no alternative but to keep pedalling, protecting ourselves as well as we could. Hoping always that the storms would pass, bright sun shine would return and we could continue. There are other barriers to being in this part of the world, water itself has enormous force when there’s a disequilibrium and of course in the laboratory we’ve studied the aqua pourings allowing water to cross cell membranes but on a global scale the energy in water is enormous. So we had to face barriers such as rapids where even a drop of 1 or 2 metres lead to severe challenges to get through. Here’s Professor Bennett, I’ll show you some more pictures of him, and Chris pedalling for their lives through the Seal River, the deaf rapids, they made it, we all made it, but some didn’t. Here’s a broken canoe discovered in one of the rapids, unfortunate couple, not well prepared, were marooned there for 3 weeks until help could come. Again a vast landscape, in some ways similar to the desert. Tranquil beautiful river. Now in the southern latitudes, and I say southern being at about the 58th down to the latitude and below the residue left from the last ice age, called eskers, these are large sand bars which represent the deposited debris of rivers flowing under glaziers. And these turned out to be the highways by which the Caribou, the large, the principle large mammal of the north would migrate from the tundra in the north where they will graze in the summer to the forests in the winter where they would live. And so here are some of our campsites, always different, often times majestic. But again strikingly small, miniscule, negligible in terms of the grand landscape of the Arctic. Now the terrain in the southern latitude changes from a boreal forest to tundra by going through the taiga phase and the native people, the Deni Indians in this region refer to this as the land of the little sticks, and I think this illustrates how fragile the Arctic micro or environment is. These small trees will grow up for just a few years and then a subtle change in weather patterns kills everything, there’ll be dead trees to the horizon, they call this the land of the little sticks. And of course horrific forest fires will emerge which is part of the natural process and the pine cones which are dropped will then germinate, the seeds will grow and forests will grow again. But again it’s a very fragile environment. So there’s a lot of life up in the Arctic that you can’t see because it’s under water and here’s Professor Bennett, my colleague doing his best to catch some of these species, here’s a northern pike, here’s Chris our guide with a nice lake trout, here’s our son Clark with a chum salmon, this is from the, now the Alaska trip, the previous 2 are from the Hudson bay trips. And Doctor Bennett to amuse us, maybe disgust us decided he would demonstrate the true art of sushi preparation by eating the roe right out of the fish, I tried it, I didn’t care for it too much myself. So preparing fires to cook the food was often a challenge but these delicious fish steaks would sustain us. And of course when you’re hungry, when you’re cold, when you’re tired, nothing is as good as a hot meal. So here’s my Professor friends, here’s my brother Jim, Professor at the University of Minnesota and here’s Dean Williams from Duke. And here’s our guide Alex who has perfected the art of baking bread, I mean this guy deserves a Nobel Prize in baking, to prepare something like this in the Arctic and I’ll explain it later but basically he had a hot fire with rocks in the bottom, a little platform, he could bake bread which we just relished. And there were other delicious food prepared for us. Now this seems like a simple thing, another innovation by a graduate student leading, this is Chris who developed something that I think Star Bucks ought to consider. This is called cowboy coffee, you boil up a pot full of grounds and then you centrifuge it with this round the clock motion, pouring out a brown substance which will put energy in your system you’ve never seen before. And Alex has designed a very simple system, a shelter system for us to use which we use in sunny weather and foul weather and in really foul weather this is our shelter against the Arctic winds, there’s nothing else up there. And there’s also the place where we would carefully change clothes because our sleeping environments in the tents, we had to have clothes that were never used while we were eating, so this is my brother putting on his sleeping gear, very distinguished long underwear set as we head out to the sleeping tents. Because of the hazards of bears in the region, one couldn’t eat in the same clothes and have them in the tent because you might meet a big surprise in the middle of the night. And in Canada it’s required that expeditions carry a shotgun. We of course never used it but the team posed here for an interesting group picture. So the tundra itself is amazing, anyone who has been to the Arctic will tell you that it’s a vast expanse to the horizon with nothing that you can see, just permafrost. And of course the permafrost reaches, is important in the eruption of sub permafrost heaving’s, these are called pingos. This is clay from beneath the permafrost, permafrost under pressure would erupt in these small hills. So at the end of a day when the weather is warm there is also a risk of mosquitoes, black flies and other insects. I didn’t take this photo to catch the flies but you can see that they are pretty abundant. And so we had to take some precautions to keep our hide. This didn’t work, I’m going to ask Harry Kroto if he can help us with it, as far as I can tell scare flies don’t scare the flies, but these are pretty nice, you can have a nice meal in an enclosed area. Now behind the river banks, back through the muddy areas is often times an immensely lush glade where the tropic greenery is incredibly intense and this is of course where the caribou graze, it’s incredibly green and it provides the nutrients for that species. And also beautiful Arctic flowers in all different colours and shapes. These are cloud berries, these are delicious berries, you can pick them by the bucket. And of course on the bare rocks the lichens would grow very slowly and there is considerable wild life. Here are 2 Arctic swans. And there’s often evidence of mammals but you don’t see the mammals too often, here’s the skull of a musk ox and here are the tracks of the caribou which seem to be ubiquitous even though on most of the trips the caribou were very evasive, hard to see. Here’s our daughter Claire with 2 caribou antlers. And I’d like to draw your attention to the shapes of these because you should notice on the front of one of each of the antlers, this one is a scoop like area, which is used by the caribou to scrape snow away from the tundra while grazing in the winter. And Professor Bennett found some caribou fur which he thought would be useful in terms of maybe some underpants or a hat. So where there are caribou there are wolves, we would hear them frequently, we would see them rarely. But there was evidence that they were very carefully hiding from us, lodging themselves in the river sides, waiting for the great migrations of the caribou because the caribou move in tens of thousands from the far north to the south. And of course there’s evidence of a lot of caribou slaughter by the wolves. And here if you look carefully is an Arctic wolf, I just caught it across the river at some distance. So we finally at the end of our Thelon River trip saw a caribou. This is the sentinel, there are actually hundreds of caribou hidden on the other side of the river. So he was sent out to scout, sent out a few more, we got some glimpses of these. And of course before the young caribou will cross the river the bulls will scout things out. And here I have a picture of a remarkable caribou bull, this is Chris, our guide. Now the caribou provide the nutrition for the people of the north, the average Inuit family needs 8 caribou to survive the winter. And here’s a cabin, a wrecked cabin of a group of hunters who because of an alternation in the migration of the caribou and this is where global climate change is wreaking havoc with their lives. Because it’s no longer predictable when the caribou will move from the far north to the south and they missed timed it and they starved to death. So when the weather is nice and warm and there’s enough breeze to keep the flies off, like everybody everywhere, we take our clothes off to enjoy the sun. So the Americans seem to enjoy taking their shirts off. Doctor Bennett showing us his wrestler’s physique. The German’s, this is Heiko, they seem to prefer to take their pants off. And the Canadians seem to want to take everything off and go fishing. Usually head wear was pretty important because not only the sun which can be blistering, the rain, the wind, so here’s Elizabeth Cousens, a business woman from Winnipeg who was on one of our trips and me with new hats, we’re sort of dandified. Here’s Chris and Van with their old hats, Van’s hat was so old and dilapidated it disintegrated at the end of this trip so he now has a new hat. Here’s John Holman, a friend of ours with male pattern baldness who covered his head very compulsively to protect himself and he was very sensitive to mosquitoes. Here’s the young people, they appear to prefer the ball caps, here’s our son Clark, here’s our friend Linden, a software engineer from North Caroline and here’s Heiko, a German engineer from Ravensburg who insisted to enjoy the full Arctic, he would not wear a hat, when reminded to wear a hat he would give us a grimace like that. So there are a number of visitors we found in our campsites, here’s a porcupine that came along one night for a meal, a beautiful little red fox. And seals on the Seal River, here’s a bearded seal, handsome, I wish I could grow my moustache like that. There are some predators, often times out of sight, here’s a young grizzly on the banks. and of course these are the hazards we had to be very careful of. But they’re timid, he trotted for the cover. But near the coast, particularly the coast of Hudson bay are the polar bears and they’re enormous in size, here’s a polar bear that entered our camping area one night. This is my foot and that’s his foot. They’re 500, 600 kilograms in the male species. Here’s Bob French’s hand and a fore paw of a polar bear. And the Muskox, amazing beautiful animals, looking at them from a safe distance, you're looking back on a species whose lives have been unaltered since the last ice age, wouldn’t that fur feel nice and warm on a cold winter day. And then the bay itself, of course beluga whales. And so Hudson bay is an interesting, very interesting, very shallow interior sea, when the tides are out it’s an enormous expanse of mud and rocks. When the tides are in it’s quite a beautiful coast line. And we ended our journeys at the coast. Here I am with our daughter and our son after a 2 ½ week paddle down the Seal River. Here’s the end of another voyage on the Hayes River, the fur trading river, to a place called York Factory, a large settlement in the 18th and 19th century, with perhaps a thousand or more individuals working in this area. Now it’s a parks Canada location cared for by Floyd the Cree Indian keeper. And surrounded by swampy area where the polar bears live in the summer, in a state of semi starvation so he carries the rifle just as a precaution. And here Clark and I are just as we left. The village itself now is gone, nature reclaims its own, it’s just a graveyard and then the parks Canada site which is preserved. And flying away in a small float plane you get a glimpse of how tiny this York Factory really is in the great expanse of eastern Canada. Other voyages ended in Inuit villages, this is the Seal River in Alaska, our last day after 3 weeks of pedalling, a couple, this lady and her husband, an Eskimo couple, Inuit is the term used in eastern Canada, Eskimo is the term used in Alaska. And you’ll see in their boat are logs and the sad truth is they’re out cutting down trees and the trees of course take decades if not centuries to grow that far north because the cost of heating oil is now out of reach. The myth that areas and regions that generate a lot of oil will provide cheap revenue locally is not true. In Alaska last summer the cost of heating oil, a barrel of heating oil, I guess that would be about 200 litres of oil was more than $500, unaffordable so they’re burning the trees in preparation for the winter. And the villages themselves are very modest and there’s a sadness because there’s a conflict here between the technology of modern life and their own technology. They’re very religious people but the young have adopted these dune buggies, all terrain vehicles even though the roads to no where, just to amuse themselves. And of course like anything man made it has a finite life. But the culture of the Inuit is preserved and this is I think one of the special joys of the trip, this is a sign at the recreation centre in Baker Lake, an Inuit village on Hudson bay and the instructions, if you can’t read them, to the young people, no fighting, no spitting, no intoxicated person is allowed in the building or the Royal Canadian mounted police will be notified. No drinking of alcohol, drugs or solvent abuse. And of course solvent abuse, gasoline huffing is a huge problem in the young in the north. No running around, no swearing, anyone damaging hamlet property will be asked to leave the building. And helmets must be worn by every person playing ice hockey. It’s a very family oriented culture and we were fortunate to arrive in this village the day of their annual fall feast. And what you see here is a caribou feast. And although we asked if we could pay to participate, they insisted on inviting us in and refused to accept any money. It’s a very family oriented culture. This gentle lady, Irene Amaruq, her name Irene a Christian name, Amaruq the Inuit for wolf, brought us a plate to eat. And here we have a family, I think there were 4 generations, possibly 5 generations, all sitting together, very family oriented. And there’s a young mother and her baby. And babies are revered in their culture. Her great grandmother now has the same baby on display. And of course here’s a little child with a little pooh bear in her papoose. And they’ve retained their culture as well as they can and here’s some of the native costumes at this wonderful festival. And they performed singing and dancing, notice their leggings. And we were asked to participate in the judging of the costumes and it’s very interesting, the Inuit in their culture, they don’t have judges to provide a single prize, there were 12 contestants, there were 12 judges and every contestant won a prize. They have a different idea about competition. And here are 2 beautiful old women who were singing the most beautiful songs. I asked a young Inuit what they were singing and he listened carefully and he said they’re singing about the past before the white people came. And then he looked at me kind of sadly and he says now they’re singing about what it will be like when the white people go again, because they expect us to disappear. They realise that global climate change is real and they expect to survive because they can adapt to their environment, but they worry about us. So this is a picture I guess relevant to the topic of the Nobel Prize and here I am with my family. And I’d just like to make 2 points to the young people here. In his will Alfred Nobel asked the prizes to be awarded to individuals whose invention or discovery was of the greatest benefit to mankind. And I think this latter statement is very important to keep in mind. The research we do in our laboratories is novel, it’s exciting but in the end we should keep in mind how this can be applied to protect mankind and also the wilderness. So the Nobel Prize every year creates a wave of publicity, every October, the first story on every new station is the Nobel Prize in medicine, physics, chemistry and then they go on to economics, literature and finally peace. And so the prize itself is awarded to a recipient but I think many of us feel like it’s not exactly given that we should get the prize, perhaps the larger message is that the prize is awarded and all of science benefits from the recognition of what we do because there’s so much great science ongoing in laboratories all around the world. it’s a very important endeavour. And there’s a second prize here and that’s the people standing around with me, my wife Mary who is here at the conference, our children, our 4 kids, because each of us has a family and friends and it’s important that we recognise their contributions into our careers and we take some time to acknowledge that and thank them. So I guess as we grow older, while the Nobel part of our careers is very important, we’ll think back perhaps just as much on these times we spent with family and friends and I hope some of you have a chance to go to the Arctic and enjoy the wilderness. So that’s my presentation and I think now it’s time for lunch, thank you so much.

Ich danke Ihnen allen, ich weiß, es ist bald Zeit für das Mittagessen und ich werde meinen Beitrag daher möglichst kurz halten. Ich habe heute einen etwas anderen Vortrag vorbereitet, weil ich denke, dass das Thema der diesjährigen Tagung „Designing the ability to sustain into the future“ besonders wichtig ist. Daher werde ich heute keinen Fachvortrag halten, ich spreche oft genug über die Biologie des Wassers und will dies heute nicht weiter vertiefen; vielmehr möchte ich mit Ihnen einige Impressionen dessen teilen, was wir verlieren, wenn unser Energieverbrauch ungehemmt weitergeht. Gleichzeitig ist dies auch eines meiner Anliegen außerhalb des Labors und ich denke, jeder von uns hat Interessen, die ihn auch in seinem beruflichen Werdegang begleiten. Ich habe für meinen Vortrag den Titel „Canoeing in the Arctic, a Scientists Perspective“ Wenn die Rede von Nordamerika ist, denkt man meist vor allem an die Vereinigten Staaten. Könnten wir bitte die Lichter abdunkeln, das wäre schön, weil es hier um die Bilder geht, nicht um mich. Im Mittelpunkt stehen also meistens die Vereinigten Staaten und die Grenze zu Kanada, weil in dieser Region und in Mexiko 99% der nordamerikanischen Bevölkerung leben. Aber im Norden dieser Region liegt ein riesiges Gebiet, das oft ignoriert wird, solange es nicht um einige spezielle Ressourcen geht. Und deren Entdeckungen in der Arktis und Subarktis gefährden jetzt genau dieses Gebiet. Wir haben im Moment nicht nur die Treibhausgasemissionen aus diesem Teil von Nordamerika, die die Umwelt der Arktis und Subarktis vergiften, sondern auch den aufwändigen Abbau von Edelsteinen und wertvollen Mineralien oben in Kanada, sowie die enormen Umweltprobleme durch die Ölgewinnung aus dem Ölsand in Nord-Alberta. Und betrachtet man dann noch die Bohrungen in der Arktis und in Nord-Alaska, dann haben wir eine große Region der Welt, die akut bedroht ist. Gegenstand meines Vortrags sind jedoch nicht an erster Stelle die Umweltschäden, sondern das, was man dort oben findet, die Pflanzen und Tiere, die in der Arktis und Subarktis zu Hause sind, die Menschen, die dort leben, denn auch wenn die Region nur spärlich bevölkert ist, gibt es eine wunderbare indigene Bevölkerung, die bis heute dort zu Hause ist. Ich möchte Ihnen daher von vier Expeditionen in die Arktis und Subarktis berichten, an denen ich teilnahm, drei in Kanada, bei denen wir auf den großen Flüssen des Nordens gereist sind, dem Seal River in Nord-Manitoba und dem Hayes River, der alten Pelzhandelsroute. Die Pelze für alle Pelzmützen, die im 18. und 19. Jahrhundert in Europa hergestellt wurden, wurden über diesen Wasserweg transportiert. Also Seal River und Thelon River in Nunavut. Angeführt wurden diese Touren von Chris Pankow, einem Doktoranden der Universität Minnesota, der in den Sommerferien Expeditionen in den Norden leitet. Unsere Reise nach Alaska führte uns den Noatak River hinunter, vom Gates-of-the-Arctic-Nationalpark hier bis zur Beringsee. Man hört ja vieles über Alaska, sie hatten einen Präsidentschafts- und einen Vizepräsidentschaftskandidaten, die meisten dieser Leute leben hier in der Gegend um Anchorage und ich habe in Alaska erfahren, dass die Leute, die im Inneren Alaskas leben, diese Gegend als „Near Alaska“ bezeichnen, während dies das wahre Alaska ist. Wir haben hier fantastische Abenteuer erlebt und unser Führer war hier Alexander Huhle, ein ehemaliger Doktorand in physikalischer Chemie an der Universität Dresden. Wie kommt man also in die Subarktis, hier gibt es keine Busse, keine Straßen, keine kommerziellen Flüge, man braucht zunächst ein Schwimmflugzeug, um dorthin zu kommen. Das ist also nicht ganz billig. Ich wurde auf diesen Reisen von befreundeten Wissenschaftlern und Familienmitgliedern begleitet, und hier sieht man uns, wie wir von den Nordwest-Territorien zum Thelon River aufbrechen. Ich habe Bilder von allen Reisen zusammengeschnitten, sie sind also nicht in der richtigen chronologischen Reihenfolge, sie sehen all diese Flüsse bunt gemischt, wir springen also von einem Ort zum anderen. In Alaska gibt es eine Bergkette namens Brooks Range, die fast so hoch wie die Alpen ist und die man überqueren muss. Diese kleinen Flugzeuge sind aber nicht für Flüge über die Berge konstruiert. Tatsächlich flogen wir durch die Bergpässe und da haben sich mir wirklich die Haare aufgestellt, das können Sie mir glauben. Aber dann sieht man den Ursprung, den Anfang des Noatak, eines herrlichen arktischen Flusses, er mäandert vielleicht 500 Kilometer von den Gletschern bis zur Beringsee, das heißt, er ist ein sehr kalter Fluss, seine Wassertemperatur liegt zwischen zwei und fünf Grad Celsius. Dann sind wir gelandet. Nach Osten fließt das Wasser in die Hudson Bay von Kanada aus und fließt dann durch ein sehr flaches Gebiet, denn der Osten und Nordosten Kanadas ist sehr flach und sumpfig. Der Fluss hat also einen langen Weg, vielleicht 1.500 Kilometer, bis er die Hudson Bay erreicht, wo das Wasser deutlich wärmer ist. Die Flüsse sind aus der Luft wunderschön, durch die Mitternachtssonne kommt man am späten Abend an und es ist immer noch hell. Hier sind wir gelandet und laden unser Gepäck aus. Und erstaunlicherweise sind diese Piloten in der Lage, die Flugzeuge zu landen und wieder zu starten – dann ist man die nächsten zwei, drei oder mehr Wochen allein. Also was ist da oben, was haben wir entdeckt? Als erstes mussten wir die Kanus zusammenbauen und dank der präzisen, organisierten Art von Alex und zwar mit höchster Sorgfalt, denn sie mussten bei dieser Reise einiges aushalten. Der Noatak River ist etwa 500 Kilometer lang und natürlich hatten wir riesige Mengen an Lebensmitteln dabei; nur um ihnen eine Vorstellung von unseren Vorräten zu geben, ein Mensch verbraucht im Normalfall etwa 3000 Kilokalorien täglich und wir hatten mit dem Zwei- bis Dreifachen kalkuliert. Das heißt, wir hatten vielleicht 800 kg Lebensmittel für die Reise mitgenommen. Wir waren auch dafür ausgerüstet, Fische zu fangen. Und dann ging es los auf eine der schönsten Reisen, die man sich vorstellen kann. Die Schneeschmelze in der Arktis ist einzigartig, es gibt keinen ausgeprägten Sommer und Winter, im Sommer geht das Schmelzwasser nach und nach zurück, diese Sturzbäche aus dem Frühjahr waren daher kleiner geworden und es gab relativ kleine Ströme mit riesigen Küstenbereichen. Als wir diesen Abhang erklommen, um uns einen Überblick zu verschaffen, konnten wir sehen, dass der Fluss sich so weit ausdehnte, wie das Auge reichte. Es stellt sich die Frage: Ist hier irgendjemand, war hier irgendjemand? Und die Antwort lautet in jedem Fall „Ja“. Dies ist ein Inukshuk, ein kleines Gebilde aus Stein von den Inuit gebaut, die in diesem Teil der Region seit Tausenden von Jahren leben, mit religiösen und geologischen Informationen. Tatsächlich ist die Region aber leer, im Sommer sind vielleicht in paar Hundert Leute dort. Aber das Land wird bewacht, manchmal eifersüchtig bewacht, hier sehen wir eine arktische Seeschwalbe, die dachte, der Hut von Elizabeth wäre ein gutes Ziel, sie machte sich schleunigst aus dem Staub. Und hier können Sie es noch einmal sehen, im Sommer ist natürlich dieses ganze Wasser ein tosender Fluss und im Spätsommer, als wir dort waren, ist nur noch ein kleines Flüsschen übrig geblieben und eine fast wüstenartige Landschaft. Die Arktis besteht also in Wirklichkeit aus vielen einzelnen Mikrokosmen, von denen einige sehr gefährdet sind. Das Campen war hier eine echte Herausforderung, denn um in einer Gegend fast ohne Bäume ausreichend Feuerholz zum Kochen zu haben, mussten wir Sträucher sammeln und kleinschneiden. In anderen Gegenden, in denen die Landschaft geschützt ist, gab es kleine Wäldchen, in denen früher Menschen lebten, hier ist die Hütte eines Fallenstellers, ihm wurde die Zeit im Winter offenbar sehr lang, denn er schnitzte Wasserspeier aus den Baumstämmen. In der Arktis lernt man, den Himmel zu beobachten, erstens wegen seiner Schönheit, aber auch weil er Informationen über das äußerst wechselhafte Wetter liefert. Wunderschöne Sonnenuntergänge und eine Fahrt, die einem zeigt, wie klein wir Menschen in dieser großartigen Landschaft wirklich sind. Wir sind wie Pünktchen auf dem Horizont, man kann kaum glauben, dass unsere Spezies im Begriff ist, diesen Teil der Welt zu zerstören. Nebenbei möchte ich einige meiner Freunde hier näher vorstellen, denn das sind keine wohnsitzlosen Vagabunden, dieser hier ist Robert French, ein hervorragender Biophysiker von der Universität Calgary, und das ist mein Sohn Clark, ein Künstler. Dies ist der Dekan der Duke Medical School, Sandy Williams, mit seinem Sohn, der an der Duke studiert. Und voller Ehrfurcht fuhren wir durch diese Landschaft, die sich ständig veränderte. Das alles war unglaublich anstrengend und wir mussten häufige Pausen einlegen, um auszuruhen. Das Wetter dort oben ändert sich schnell und der Wind kann im hohen Norden innerhalb weniger Stunden Geschwindigkeiten von 80 bis 100 Stundenkilometern erreichen, die Temperaturschwankungen von 25 Grad Celsius und mehr mit sich bringen. Man muss also sehr vorsichtig und gut vorbereitet sein, aber wir konnten nichts tun, als weiterzupaddeln und uns bestmöglich zu schützen. Immer in der Hoffnung, dass der Sturm vorbeigeht, die Sonne zurückkehrt und wir weiterfahren konnten. Dieser Teil der Erde birgt aber noch andere Widrigkeiten für den Menschen, das Wasser selbst hat eine enorme Kraft, wenn sein Gleichgewicht gestört ist. Im Labor hatten wir natürlich schon fließendes Wasser untersucht und es durch Zellmembranen geleitet, aber in der Realität hat Wasser eine enorme Energie. So mussten wir beispielsweise Stromschnellen überwinden, bei denen schon ein Höhenunterschied von ein oder zwei Metern eine echte Herausforderung ist. Hier ist Professor Bennett, sie werden ihn später noch öfter sehen, und Chris, wie sie im Seal River mit fast unpassierbaren Stromschnellen um ihr Leben paddeln, aber sie haben es geschafft, wir alle haben es geschafft, aber das Glück hatte nicht jeder. Hier sieht man ein zerbrochenes Kanu, das wir in einer der Stromschnellen entdeckten, von einem Paar, das nicht gut genug vorbereitet war und weniger Glück hatte als wir. Sie mussten dort oben drei Wochen ausharren, bis Hilfe kam. Auch hier eine endlose Landschaft, fast wie eine Wüste. Ein ruhiger, schöner Fluss. In den südlichen Breitengraden – und mit südlich meine ich die Gegend um den 58. Breitengrad – finden sich Reste der letzten Eiszeit, so genannte Esker, große Sandaufschüttungen, die durch subglaziale Schmelzwässer während der Eiszeit entstanden. Sie wurden zu Routen, über die das Karibu, das wichtigste große Säugetier des Nordens, von der Tundra im Norden, wo es im Sommer grast, zu den Wäldern wandert, wo es den Winter verbringt. Hier sehen Sie einige der Plätze, an denen wir unsere Zelte aufschlugen, jeder anders, oft majestätische Anblicke. Aber auch diese sind winzig, klein, fast bedeutungslos im Vergleich zu der riesigen Landschaft der Arktis. In den südlichen Breitengraden verändert sich das Gelände vom borealen Wald über Taiga zur Tundra und die einheimischen Deni-Indianer dieser Region bezeichnen das Gebiet als das Land der kleinen Stöcke; auch das zeigt, wie zerbrechlich die arktischen Landschaften und die Arktis als solche ist. Diese kleinen Bäume werden einige Jahre wachsen, dann wird eine plötzliche Klimaveränderung alles vernichten, bis zum Horizont wird man nur tote Bäume sehen, das Land der kleinen Stöcke. Und natürlich werden schreckliche Waldbrände entstehen, das ist Teil des natürlichen Prozesses, die Kiefernzapfen fallen herunter und keimen wieder, die Keime gehen auf und es werden neue Wälder wachsen. Auch dies eine überaus sensible Landschaft. Es gibt also viel Leben in der Arktis, das man teilweise nicht sieht, weil es unter dem Wasser versteckt ist. Hier sehen Sie meinen Kollegen Professor Bennett beim Versuch, einige dieser Tiere zu fangen, hier ein arktischer Hecht, und hier ist unser Führer Chris mit einer schönen Seeforelle, hier unser Sohn Clark mit einem Lachs, diese Bilder sind von der Alaska-Reise, die zwei davor von den Reisen in die Hudson-Bay. Und Doktor Bennett wollte uns zum Spaß, vielleicht auch als Abschreckung, die echte Art der Sushi-Zubereitung zeigen und hat den Rogen direkt aus dem Fisch gegessen, ich habe es auch probiert, es hat mich aber nicht wirklich begeistert. Feuer zum Kochen zu machen, war oft ein Problem, aber diese leckeren Fischsteaks brauchten wir unbedingt. Und wenn man hungrig ist, friert und müde ist, dann gibt es nichts besseres als eine warme Mahlzeit. Sie sehen hier meinen befreundeten Professor, meinen Bruder Jim, Professor an der Universität Minnesota und hier Dekan Williams von Duke. Und hier ist unser Führer Alex, der die Kunst des Brotbackens perfektioniert hat, er hat echt den Nobelpreis verdient dafür, dass er so etwas in der Arktis gebacken hat, ich werde später noch genauer erklären, wie es funktionierte, auf jeden Fall machte er ein heißes Feuer mit Steinen am Boden, wie eine kleine Plattform, und damit konnte er ein Brot backen, das wir vergötterten. Und noch viele andere wunderbare Mahlzeiten wurden für uns zubereitet. Dies sieht auch wieder ganz einfach aus, eine weitere Neuheit, die einer unserer Doktoranden entwickelt hat und die bestimmt auch für Star Bucks interessant wäre. Es heißt Cowboy-Kaffee, man brüht einen Topf voll Kaffeepulver auf und zentrifugiert ihn mit dieser kreisenden Bewegung, dann erhält man eine braune Flüssigkeit, die richtig Power verleiht, das können Sie mir glauben. Alex hat auch ein sehr einfaches System entwickelt, das uns bei sonnigem und schlechtem Wetter als Schutz diente und bei richtigem schlechtem Wetter war dies unser Schutz gegen den arktischen Wind, da oben gibt es sonst nichts. Und hier sehen Sie, wie wir uns sorgfältig umziehen, weil wir für das Schlafen in den Zelten nie die Kleidung tragen durften, die wir beim Essen trugen. Hier ist mein Bruder, wie er seine Schlafkleidung anzieht, sehr hübsche lange Unterhosen, so gingen wir zu den Schlafzelten. Weil es in der Gegend Bären gibt, durfte man die Kleidung, die man beim Essen trug, nie im Zelt tragen, sonst konnte man in der Nacht eine sehr unliebsame Überraschung erleben. Und in Kanada müssen Expeditionen ein Gewehr mitführen. Wir haben es natürlich nie benutzt, aber unser Team hat sich hier für ein interessantes Gruppenbild aufgestellt. Die Tundra selbst ist schon erstaunlich, jeder, der die Arktis besucht hat, wird Ihnen erzählen, dass es ein riesiges Gebiet ist, das sich bis zum Horizont erstreckt, ohne irgendetwas außer Permafrost. Und im Permafrost bilden sich diese Anhebungen, die so genannten Pingos. Das ist Ton, der unter dem Permafrost entstanden ist und der Permafrost eruptiert unter Druck zu diesen kleinen Hügeln. Bei warmem Wetter gibt es natürlich auch Schnaken, Kriebelmücken und viele andere Insekten. Ich wollte in diesem Bild eigentlich nicht die Fliegen einfangen, aber man sieht, es sind sehr viele. Wir mussten also Maßnahmen treffen, um uns zu schützen. Das hat nicht funktioniert. Ich werde Harry Kroto fragen, ob er Rat weiß, ich kann nur sagen, dass Mücken sich durch nichts abschrecken lassen, das hier hat einigermaßen funktioniert, wird konnten wenigstens unbehelligt essen. Hinter den Ufern der Flüsse und der schlammigen Gebiete findet man oft extrem üppige Schneisen, in denen unglaublich viele tropische Pflanzen gedeihen und hier grasen natürlich die Karibus, hier finden sie üppiges Grün mit allen wichtigen Nährstoffen. Und wunderschöne arktische Blumen in allen Farben und Formen. Das sind Moltebeeren, sie schmecken sehr gut und man kann sie eimerweise ernten. Auf den blanken Felsen wächst das Moos natürlich sehr langsam und es gibt hier viele Tiere. Hier zwei arktische Schwäne. Und oft findet man auch Hinweise auf Säugetiere, aber die Tiere selbst sieht man nicht häufig, hier der Schädel eines Moschusochsen und hier Karibuspuren, die allgegenwärtig erscheinen, obwohl die Karibus auf den meisten Reisen, die wir unternahmen, sehr scheu und kaum zu sehen waren. Hier ist unsere Tochter Claire mit zwei Karibu-Geweihen. Beachten Sie die Form dieser Geweihe, an jeder dieser Geweihsprossen ist an der Vorderseite ein schaufelförmiger Bereich zu sehen, damit fegen die Karibus in der Tundra den Schnee weg, um im Winter zu grasen. Professor Bennett fand Karibufell, von dem er dachte, es könnte zum Beispiel für Unterhosen verwendet werden, oder Mützen. Aber wo es Karibus gibt, gibt es auch Wölfe, wir hörten sie oft, aber sahen sie nur selten. Es war klar, dass sie sich sorgfältig vor uns versteckten und sich an den Flussufern verbargen, während sie auf die großen Karibuwanderungen warteten. Karibus wandern zu Zehntausenden vom äußersten Norden bis in den Süden. Und natürlich werden viele Karibus von Wölfen getötet. Hier können Sie, wenn Sie genau hinschauen, einen Polarwolf erkennen, ich habe ihn in einiger Entfernung auf der anderen Flussseite aufnehmen können. Am Ende unserer Reise auf dem Thelon River sahen wir also endlich ein Karibu. Dieses hier ist der Wächter, auf der anderen Seite des Flusses verstecken sich Hunderte Karibus. Der Wächter soll die Umgebung sichern, dann werden weitere Tiere vorangeschickt, die wir auch in der Ferne sahen. Und natürlich sichern die Bullen die Lage, bevor die jungen Karibus den Fluss überqueren. Hier habe ich ein Bild eines beeindruckenden Karibu-Bullens, das ist Chris, unser Führer. Karibus liefern Nahrung für die Menschen, die im Norden leben, eine durchschnittliche Inuit-Familie braucht acht Karibus, um den Winter zu überleben. Hier sehen wir die Reste einer Hütte, die verfallene Behausung einer Gruppe von Jägern, die erleben mussten, dass sich die uralten Wanderungen der Karibuherden verändert haben. Und genau hier wirkt sich der globale Klimawandel auch auf ihr Leben verheerend aus. Man kann nicht mehr vorhersagen, wann die Karibus vom hohen Norden in den Süden wandern werden, diese Menschen haben die richtige Zeit verpasst und sind verhungert. Wenn das Wetter schön und warm war und genug Wind die Mücken vertrieb, haben wir hier wie jedermann unsere Kleider abgelegt und die Sonne genossen. Die Amerikaner ziehen ja gerne ihre Hemden aus, hier zeigt uns Doktor Bennett mit Stolz seinen gestählten Oberkörper. Die Deutschen, dies ist Heiko, ziehen anscheinend lieber ihre Hosen aus. Und die Kanadier ziehen am liebsten alles aus und gehen Fischen. Eine Kopfbedeckung war immer wichtig, nicht nur wegen der Sonne, die die Haut verbrennen kann, sondern auch als Schutz gegen Regen und Wind. Hier sehen wir Elizabeth Cousens, eine Geschäftsfrau aus Winnipeg, die an einer unserer Reisen teilnahm, und mich selbst mit neuen Hüten, richtig schick. Hier sind Chris und Van mit ihren alten Hüten, Vans Hut war so alt und zerschlissen, dass er am Ende dieser Reise auseinanderfiel, jetzt hat er also auch einen neuen. Hier ist John Holman, ein Freund von uns, männlich kahl, der seinen Kopf natürlich immer schützen musste und er war durch die Mücken besonders geplagt. Die jungen Leute zogen Baseball-Caps vor, hier unser Sohn Clark, unser Freund Linden, ein Softwareingenieur aus North Carolina, und hier Heiko, ein deutscher Ingenieur aus Ravensburg, der die Arktis pur erleben wollte, er wollte keinen Hut, als wir ihn aufforderten, einen Hut zu tragen, schnitt er eine Grimasse. Hier sehen Sie einige Gäste, die unser Lager besuchten, hier ein Stachelschwein, das eines Nachts auf eine Mahlzeit vorbeischaute, ein schöner kleiner Rotfuchs. Und Robben auf dem Seal River, hier eine Bartrobbe, sehr hübsch, ich wünsche mir auch so einen Schnurrbart. Und es gibt natürlich auch Raubtiere, oft sieht man sie nicht einmal, hier zum Beispiel ein junger Grizzly am Ufer, auf diese Gefahren mussten wir natürlich besonders achten. Aber die meisten sind scheu, er zog sich ins Unterholz zurück. Aber in Küstennähe, vor allem im Bereich der Hudson Bay, gibt es Eisbären, sie sind riesengroß, hier sehen Sie einen Eisbären, der eines Nachts durch unser Lage spazierte. Das ist mein Fuß und das ist seiner. Die Männchen erreichen ein Gewicht von 500, 600 Kilogramm. Hier ist die Hand von Bob French und die Vorderpranke eines Eisbären. Und Moschusochsen, wunderbare, großartige Tiere, wenn man sie aus sicherer Entfernung betrachtet; eine Art, deren Leben sich seit der letzten Eiszeit nicht verändert hat – und was für ein weicher, warmer Pelz für kalte Wintertage. Und in der Hudson Bay selbst natürlich Belugawale. Die Hudson Bay ist ein hochinteressantes, sehr flaches Randmeer, bei Ebbe ist es eine riesige Fläche aus Schlamm und Felsen. Bei Flut hat man einen herrlichen Küstenstreifen. Und unsere Touren endeten meist an der Küste. Hier bin ich mit unserer Tochter und unserem Sohn nach einer zweieinhalbwöchigen Paddeltour auf dem Seal River gelandet. Hier sehen Sie uns am Ende einer anderen Fahrt auf dem Hayes River, der Pelzhandelsroute, zu einem Ort namens York Factory, der im 18. und 19. Jahrhundert eine große Siedlung mit 1000 oder mehr Menschen beherbergte, die hier arbeiteten. Heute gehört es zu Parks Canada und wird von Floyd, einem Cree-Indianer, gepflegt. Umgeben ist der Ort von einem Sumpfgebiet, in dem die Eisbären sich im Sommer aufhalten, sie sind dann fast ausgehungert, daher trägt er zur Vorsicht ein Gewehr. Und hier sind Clark und ich bei der Abreise. Den Ort gibt es nicht mehr, die Natur hat sich das Land zurückerobert, es gibt nur einen Friedhof und das Parks Canada-Gelände, das geschützt ist. Beim Abflug mit einem kleinen Schwimmflugzeug erkennt man, wie winzig dieses York Factory in der riesigen Weite von Kanadas Osten wirklich ist. Einige Reisen endeten in Inuit-Dörfern, dies ist der Seal River in Alaska, unser letzter Tag nach drei Wochen Paddeln, ein Eskimopaar, diese Frau mit ihrem Mann; die Bezeichnung Inuit wird im Osten von Kanada gebraucht, Eskimo in Alaska. In ihrem Boot erkennt man Baumstämme und die traurige Wahrheit ist, dass sie Bäume fällen, weil sie sich kein Heizöl leisten können, und diese Bäume Jahrzehnte oder gar Jahrhunderte brauchen, um so weit im Norden nachzuwachsen. Die Behauptung, dass das Öl in Gegenden, in denen viel Öl gewonnen wird, für die Bevölkerung billig ist, stimmt leider nicht. In Alaska kostete ein Barrel Öl zum Heizen, das sind ungefähr 200 Liter, letzten Sommer über $500, das ist fast unerschwinglich, daher werden Bäume gefällt und als Brennstoff benutzt. Die Dörfer selbst sind recht bescheiden, wir erleben hier leider den Konflikt zwischen der modernen Technik und der Tradition der Ureinwohner. Es sind sehr religiöse Menschen, aber die Jungen lieben diese Dune Buggies, Allradfahrzeuge, mit denen sie einfach aus Spaß durch die Gegend fahren. Und wie alles, was der Mensch macht, haben sie natürlich auch keine unendliche Lebensdauer. Aber die Kultur der Inuit wird bewahrt und dies ist etwas, was uns auf dieser Reise besonders gefreut hat. Hier sehen Sie ein Schild am Freizeit-Center in Baker Lake, einem Inuit-Dorf an der Hudson Bay, mit Anweisungen für die Jugendlichen – falls Sie es nicht lesen können –, keine Kämpfe, kein Spucken, keine Drogen im Gebäude, sonst wird die berittene Polizei der Royal Canadian gerufen. Kein Alkohol, keine Drogen oder Lösungsmittel – gerade das Schnüffeln von Benzindämpfen ist bei den Jugendlichen im Norden ein großes Problem. Es ist verboten herumzurennen, zu fluchen, und wer Eigentum beschädigt, wird des Gebäudes verwiesen. Und jeder Eishockey-Spieler muss einen Helm tragen. Die Inuit haben eine sehr familienorientierte Kultur und wir hatten das Glück, am Tag des jährlichen Herbstfestes in dieses Dorf zu kommen. Hier sehen Sie ein Karibu-Festmahl. Wir fragten, ob wir für unsere Teilnahme etwas zahlen dürften, aber sie bestanden darauf, uns einzuladen und wollten auf keinen Fall unser Geld annehmen. Diese freundliche Dame, Irene Amaruq – ihr Name Irene ist ein christlicher Name, Amaruq ist das Inuit-Wort für Wolf – brachte uns einen Teller mit Essen. Und hier sehen wir eine Familie, ich glaube es waren vier, vielleicht auch fünf Generationen, die alle zusammensaßen, die Familie ist hier sehr wichtig. Und hier eine junge Mutter mit ihrem Baby. Babies werden in dieser Kultur besonders verehrt. Hier hält die Urgroßmutter das Kleine in der Trage. Und hier ein Kleinkind mit einem kleinen Bären auf seinem Tuch. Sie haben ihre Kultur bewahrt, so gut es ging und hier sehen wir einige ihrer traditionellen Kostüme auf diesem wundervollen Fest. Sie sangen und tanzten, beachten Sie die Beinkleider. Wir wurden aufgefordert, bei der Bewertung der Kostüme mitzumachen; interessant ist, dass die Inuit in ihrer Kultur keine Richter kennen, die einen Preis verleihen. Es gab zwölf Konkurrenten und zwölf Richter und jeder Konkurrent erhielt einen Preis. Sie haben eben eine andere Vorstellung von Wettbewerb. Und hier haben wir zwei schöne Frauen, die die herrlichsten Lieder sangen. Ich fragte einen jungen Inuit, was sie singen, er hörte genau hin und sagte mir dann, sie singen über die Zeit von früher, bevor die Weißen kamen. Dann sah er mich etwas traurig an und sagte, und jetzt singen sie über die Zeit, wenn die Weißen wieder gehen, denn sie glauben, dass wir wieder verschwinden werden. Sie wissen, dass der globale Klimawandel real ist und sind überzeugt, dass sie überleben werden, weil sie sich an ihre Umgebung anpassen können, von uns glauben sie das nicht. Dies ist ein Bild, das wieder mit dem Nobelpreis zu tun hat, das bin ich mit meiner Familie. Ich möchte den jungen Leuten hier zwei Punkte mit auf den Weg geben. In seinem Testament verfügte Alfred Nobel, dass die Preise an Personen vergeben werden sollten, deren Erfindung oder Entdeckung den größten Nutzen für die Menschheit hat. Daran sollten wir immer denken. Unsere Forschung im Labor ist wichtig, aufregend, aber letztlich müssen wir immer überlegen, wie unsere Arbeit für den Schutz der Menschen und auch der Natur eingesetzt werden kann. Der Nobelpreis erzeugt alljährlich großes Aufsehen, jedes Jahr im Oktober ist das große Thema in jedem Nachrichtensender der Nobelpreis für Medizin, Physik, Chemie, dann geht es weiter mit Wirtschaft, Literatur und schließlich dem Friedensnobelpreis. Den Preis selbst erhält natürlich eine Person, aber ich glaube, für viele von uns ist das nicht das Wichtigste, wichtiger ist die Botschaft, dass überhaupt ein Preis vergeben wird und die gesamte Forschung profitiert von dem, was wir tun, denn es findet so viel tolle Forschung in Labors auf der ganzen Welt statt. Das ist eine sehr wichtige Arbeit. Und hier sehen wir einen weiteren Preis, das sind die Menschen um mich herum, meine Frau Mary, die hier anwesend ist, unsere Kinder, unsere vier Kinder, jeder von uns hat eine Familie und Freunde, und es ist wichtig, dass wir ihren Anteil an unserer Arbeit anerkennen und uns manchmal die Zeit nehmen, ihnen dafür zu danken. Ich denke, wenn wir älter werden, werden wir uns zwar immer gerne an den Nobelpreis als einen wichtigen Punkt in unserer Karriere erinnern, aber wahrscheinlich ebenso sehr an die Zeit, die wir mit Familie und Freunden verbracht haben, und ich hoffe, dass einige von Ihnen die Gelegenheit haben werden, in die Arktis zu reisen und sich an der unberührten Natur zu erfreuen. Damit schließe ich meinen Vortrag und ich denke, es ist jetzt Zeit für das Mittagessen, vielen Dank.

Peter Agre on Canoeing in the Arctic
(00:12:34 - 00:15:01)

Beyond the Lindau Stage
What Agre quite clearly did not have in the Arctic was a decent wine. A Laureate, who might have been able to help him out there is Brian Schmidt, who received a share of a 2011 Nobel Prize in Physics for proving the accelerating expansion of the universe. And since a glass of wine with Schmidt seems to be an ideal means to put all the “Trouble in Science” discussed here into the right context, let us fast travel from Lindau to Australia and see what he has in store:

Enter Brian Schmidt's Nobel Lab and Find More About His Wine-Growing
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Last but not least, what goes better with wine than gazing at a distinguished collection of sophisticated paintings? Fortunately, the group of Martin Chalfie, recipient of a share of the 2008 Nobel Prize in Chemistry for his work on the green fluorescent protein, is in rich supply of high class art and not reluctant to share it. So, from Australia to New York it is:

Visit the Chalfie Lab Art Gallery
Visit the Chalfie Lab Art Gallery

With the Chalfie group art, our tour through some of the more unusual of the Lindau meetings comes to an end. We hope you enjoyed this rather colourful mix of snippets. While they might not broaden our scientific knowledge in the narrow sense of the word, they do have the potential to remind us of a few things we might be inclined to forget at times: science can be controversial, even on the highest level. A good dose of humour does not hurt. And: at the end of the day, even Nobel Laureates are only human.


Footnotes:
[1] Science, 2010, Vol. 330, p. 1732.
[2] New Scientist, 2011, issue 2795.