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Goldene Theorien

Ohne die Ideen von Nobelpreisträgern gäbe es weder Computer noch Bluttests. Strikten Anwendungsbezug fordern viele von der Forschung. Wie dumm eine so einspurige Ausrichtung sein kann, zeigt ein Blick auf scheinbar weltfremde Grundlagenforschung. Selbst die Quantenmechanik hat zu Produkten geführt.

Erst durch die Quantenmechanik hat man verstanden, wie es um Aufbau und Stabilität der Atome bestellt ist. Erst durch die Quantenmechanik wurde das Periodensystem der Elemente verstanden, also das chemische Ordnungsprinzip durch eine atomare Erklärung plausibel. Dafür haben unter anderem Niels Bohr (1922), Wolfgang Pauli (1945) und Ernest Rutherford (1908) Nobelpreise bekommen – die ersten beiden für Physik und der andere für Chemie.

Ohne die Quantentheorie wären Festkörper und ihre Fähigkeiten in großen Teilen ein Rätsel geblieben, weil nur so zu verstehen ist, wie etwa in Metallen einzelne Elektronen ihr Atom verlassen können, um sich in der Kristallstruktur zu bewegen und so für Leitfähigkeit sorgen. Der Siegeszug der Halbleiter hätte nicht stattgefunden. Denn bis dahin wußte niemand, wie durch Einbau von Fremdatomen in eine Kristallstruktur das Angebot an Elektronen gesteuert und damit die Leitfähigkeit manipuliert werden können. Man hätte nie Transistoren austüfteln, keine großen Raketen bauen und nicht zum Mars fliegen können. Moderne Computer und integrierte Schaltkreise gäbe es bis heute nicht.

Wie abhängig wir von Transistoren sind, für deren Entwicklung 1956 der Nobelpreis der Physik an die Amerikaner William Shockley, John Bardeen und Walter Brattain verliehen wurde, offenbart ein Blick in einen Supercomputer. Der weltgrößte dieser Art steht bei den Sandia National Laboratories in New Mexico (USA) und enthält rund 40 Milliarden Stück davon.

Es gibt nur noch einen Zweig der Nobel-notablen Naturwissenschaft, der unsere moderne Zivilisation ähnlich stark geprägt hat wie die Quantenmechanik: die Molekularbiologie. Ihr Wegbereiter waren Leute wie der Deutsche Max Delbrück, der Italo-Amerikaner Salvador Luria oder der Amerikaner Alfred Hershey, die 1969 mit dem Nobelpreis für „Physiologie oder Medizin“ (so heißt der Preis offiziell) ausgezeichnet wurden. Neue Medikamente, Pflanzen, die sich selber düngen oder die Gentherapie als letzte Hoffnung für Schwerstkranke sind Beispiele für den Anwendungsbezug der theoretischen Vorarbeiten.

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Als Delbrück Mitte der dreißiger Jahre die Tür zur heutigen Molekularbiologie einen Spalt öffnete, dachte er in Berlin darüber nach, ob die neue Theorie der Atome – die Quantenmechanik – auch in der Lage sei, zu einer Theorie der Gene beizutragen. Bis dahin wußten die Biologen, daß eine Mutation ebenso stabil sein kann wie die ursprüngliche Form des Gens. Andererseits sahen die Forscher, daß Röntgenstrahlen Gene verändern. Delbrück zeigte damals, daß beide Eigenschaften zu erklären waren, wenn man annahm, daß Gene aus vielen Atomen bestehen. Unter dieser Voraussetzung gelang es, die bis dahin getrennt von den physikalischen und chemischen Wissenschaften betriebene Genetik unter ein gemeinsames Dach zu bringen: die Molekularbiologie.

Ihren Anfang hatte die Molekularbiologie genommen, als die Struktur der genetischen Moleküle durch Francis Crick und James Watson beschrieben wurde. 1953 schlugen die beiden die legendäre Doppelhelix vor, für die sie 1962 vom schwedischen König den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin bekamen. Die Doppelhelix konnte nur entdeckt werden, weil man mit Hilfe der Quantenphysik gelernt hatte, daß Gene Moleküle sind. Die Quantenphysik stand schließlich auch Pate, als man erstmals versuchte, die Struktur von kristallinen Molekülen mit Röntgenstrahlen zu analysieren.

Entdeckt wurden diese überraschenden Beziehungen mit Hilfe der Quantenmechanik. Diese Theorie ist mit den Namen Werner Heisenberg (Nobelpreis 1932) und Erwin Schrödinger (1933) verbunden. Vor allem die Form, die Schrödinger mit der nach ihm benannten Gleichung der neuen Atomphysik geben konnte, brachte ein phantastisches Ergebnis.

Die Schrödinger-Gleichung, zunächst nur für die Bewegung eines Elektrons in einem Atom konzipiert, war so umfassend, daß sie auch das Umlaufen von zwei und mehr Elektronen um zwei und mehr Atomkerne beschreiben konnte und verdeutlichte, was man „chemische Bindung“ nennt. Das heißt, Physik und Chemie hatten auf einmal eine gemeinsame Wurzel. Als später die Biologie noch hinzukam, erwies sich die Quantenmechanik als universelle Theorie der Materie, die von den Kernen bis zu den Sternen reicht. Sie hat sich bis heute in Millionen Experimenten als verläßlich und korrekt erwiesen.

Manche mit dem Nobelpreis gekürten Wissenschaftler fanden immerhin Eingang in die Fachsprache: – Radioaktivität wird in Curie und Becquerel gemessen – die Träger der Namen haben ihre Preise 1903 bekommen. – Molekulare Wechselwirkungen werden als Van-der-Waals-Kräfte bezeichnet – der holländische Träger des Namens wurde 1910 geehrt. – Es gibt einen Krebs-Zyklus in der Biochemie des Stoffwechsels – dessen Entdecker, Hans Adolf Krebs, wurde 1953 ausgezeichnet.

Heute, da fast alles nach ökonomischen Gesichtspunkten bewertet wird, hat es die Grundlagenforschung schwer, sich Gehör zu verschaffen. Institute werden geschlossen, wenn die Verantwortlichen nicht rasch mit praktischen Ergebnissen zur Hand sind. Die eindimensionale Sicht vieler Manager und Politiker – nur angewandte Forschung ist bezahlbare Forschung – führt dazu, daß es auch guten Forschern immer weniger vergönnt ist, scheinbar ruhig in einer Ecke zu sitzen und sich etwas auszudenken, von dem niemand auch nur ahnt, wie sehr es die Welt verändern wird.

In der Oktober-Ausgabe von bild der wissenschaft lesen Sie weiter über die stillen Stars: Wie der Nobelpreis ihr Leben veränderte, warum nicht jeder den Ruhm verkraftete und wer die Superstars unter den bisherigen Preisträgern waren.

Ein hervorragendes Archiv mit allen bisherigen Nobelpreisträgern bietet Almaz Enterprises im Internet.

Ernst Peter Fischer
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