Kommentar: Kleider machen Leute

Neulich habe ich mit einer Bekannten telefoniert. Dabei hat sie sich darüber beschwert, dass es für ihre zweijährige Tochter nur Oberteile mit “Hello Kitty” gibt. Während bei Jungs “Bob der Baumeister” die Oberteile ziert, werden Mädchen also schon alleine durch ihre Kleidung auf die soziale Schiene gelenkt. Kleider machen eben Leute, nicht nur im Berufsleben.

Einer Studie zu Folge gibt es über 1.100 Initiativen, die Schülerinnen für die MINT-Fächer begeistern wollen. Es gibt aber keinen einzigen Verein, der sich mit den Kleiderherstellern beschäftigt. Dabei wäre es doch wichtig, gerade in den jungen Jahren in denen sich der Charakter festigt, den Mädchen die MINT-Fächer näher zu bringen. Warum hat Bob der Baumeister keine Frau, die mit ihm zusammen auf der Baustelle unterwegs ist?

Ich glaube, dass die MINT-Förderung in der Schule zu spät kommt. Dort erreicht sie nur Mädchen, die ohnehin technisch interessiert sind. Viel mehr müssten Gesellschaft und Eltern für Themen aus dem Bereich MINT begeistert werden, damit sie ihre Kinder motivierten, ein Studium in diesem Bereich anzufangen. Vielleicht wäre es hier tatsächlich ein Anfang, wenn Bob der Baumeister eine Frau hätte. Eine Frau, die als Statikerin auf der Baustelle arbeitet und nicht Zuhause die Kinder hütet.

Heiß und Kalt: Die Temperatur

Sie ist jedem aus dem Alltag bekannt: Die Temperatur. Im Winter ist es kalt, im Sommer ist es heiß und wenn wir schwitzen ist meist die zu hohe Temperatur schuld. Nur ist sie im Alltag eine Größe, die jeder Mensch verschieden empfindet. Während die Frau im Raum friert, dreht der Mann die Heizung ab, weil es viel zu warm ist. Daher hat sich der Physiker irgendwann einmal daran gemacht eine einheitliche Definition der Temperatur zu entwickeln. Genau genommen kamen dabei zwei verschiedene Definitionen heraus.

Die erste Definition der Temperatur ist sehr alt. Sie kommt in allen Thermometern zum Einsatz. So wurde der Punkt, an dem Wasser gefriert als Nullpunkt festgelegt. Die Temperatur bei der Wasser verdampft, gilt als zweiter Punkt. Die Skala wurde dann in 100 Abschnitte eingeteilt, was einfach eine willkürliche Definition in Europa war und zu der Einheit °C geführt hat. In den USA haben sie nicht Wasser als Referenz genommen, sondern die Körpertemperatur von Rindern. Daraus ist die Einheit °F entstanden. Somit wird die Temperatur in Europa mit einem anderen Maß gemessen, als in den USA. Die Definition ist aber gleich, denn °C lässt sich problemlos in °F umrechnen.

Für die zweite Definition müssen wir sehr genau hinschauen. Sie beschreibt Temperatur nämlich als ein Phänomen auf winzigen Maßstäben, nämlich als Bewegung von Atomen oder Molekülen. Bewegen sich die Atome in der Luft sehr stark, so haben sie viel Bewegungsenergie und damit eine hohe Temperatur. Im Gegensatz dazu wird eine niedrige Temperatur durch eine geringe Bewegung der Moleküle definiert. Bewegen sich die Moleküle gar nicht mehr, so ist der absolute Nullpunkt erreicht. Dieser liegt übrigens für alle Gase, Flüssigkeiten und Festkörper immer bei der selben Temperatur, nämlich bei -273,15°C.

Beide Definitionen der Temperatur haben übrigens ihre Berechtigung. Immerhin wäre es sehr aufwendig, ein Thermometer zu bauen, das ständig die Bewegung der Moleküle in Luft misst und daraus die Temperatur bestimmt. Viel mehr ist es umgekehrt. Aus der Temperatur einer Flüssigkeit lässt sich schließen, wie schnell sich die Moleküle bewegen. Somit ist die zweite Definition der Temperatur eher eine Ergänzung zur ersten Definition, die vorwiegend in der Wissenschaft ihre Anwendung findet. Für den Alltag reicht die erste Definition dagegen vollkommen aus.

Maßvolles Chaos: Die Entropie

Auf manchem Schreibtisch stapelt sich das Papier in riesigen Bergen, es liegen Stifte kreuz und quer auf der Ablage verteilt und man fragt sich, ob noch mehr Chaos überhaupt möglich ist. Ein Blick auf den eigenen Schreibtisch mag dann offenbaren: Scheinbar schon…

Die Frage dabei ist eigentlich, ob sich Unordnung irgendwie messen lässt. Die Antwort ist: Ja, mit Hilfe der Entropie. Nur was bedeutet dieser Begriff eigentlich?

Häufig wird die Entropie einfach als Maß an Unordnung definiert. Das ist auch schon eine ganz brauchbare Definition, die wir uns mit einem Beispiel aus der Physik verdeutlichen können. Nehmen wir einen Behälter voller Gas, so bewegen sich die Gas-Atome bei Raumtemperatur (20°C) unablässig in dem Behälter. Es herrscht also ein ganz schönes Chaos. Kühlt man das Gas ab, bewegen sich die Atome nicht mehr so stark, da sie weniger Energie haben. Mit sinkender Temperatur nimmt also auch das Chaos ab. Daher ist die Entropie bei Raumtemperatur größer als bei Minusgraden im Gefrierschrank.

Für Schreibtische gilt diese Betrachtung übrigens nicht, da hier die Unordnung nicht von der Temperatur abhängt. Das könnt ihr gerne ausprobieren, indem ihr im Winter die Heizung abdreht und das Fenster aufmacht. Durch die sinkende Temperatur räumt sich der Schreibtisch nicht von selbst auf…

MINT-Arbeit mit Gegenwind

Gestern war in Hamburg die 3. MINT-Forum Fachtagung. Dabei stellten Bildungsträger ihre Angebote vor und es wurde mache Statistik gewälzt. Außerdem verpasste keiner der Redner die Gelegenheit zu erzählen, wie wichtig es ist, mehr Schüler für die MINT-Fächer zu begeistern. Als ehrenamtlich engagierter Kerl auf dem Gebiet konnte ich dem nur zustimmen. Allerdings nur mit einem “aber”.

So sehr die Verbände und Vereinigungen beständig von einer MINT-Förderung reden, sie scheinen damit nur ihre eigene Arbeit rechtfertigen zu wollen. Aus eigener Erfahrung muss ich nämlich sagen, dass es sehr schwer fällt, sich einzubringen. So hatte ich mehrere Initiativen und auch das Landesinstitut für Bildung angefragt, ob es Möglichkeiten gibt, ehrenamtlich im MINT-Bereich zu arbeiten. Das Ergebnis: 90% der Mails blieben ohne Antwort. Lediglich ein Kontakt wollte mir auf der Fachtagung helfen, ein paar Kontakte zu knüpfen.

Die Fachtagung ist vorbei und ich muss feststellen, die einzigen neuen Kontakte habe ich selbst geknüpft. Dabei war ein Mann, der ehrenamtlich an einer Schule über Projekte die Begabtenförderung übernimmt. Allerdings hat er Schwierigkeiten an der Schule für seine Arbeit Räumlichkeiten zu bekommen. Ein Projekt, bei dem Schüler programmieren lernen sollten, musste er ganz absagen, weil ihm die Schule keine Rechner zur Verfügung stellen konnte.

Fazit: So sehr die Medien von der MINT-Förderung berichten, so sehr gebetsmühlenartig betont wird, wie wichtig dieser Bereich ist, so sehr bekommt man als ehrenamtlicher Mitarbeiter Gegenwind. Da stellt sich mir die Frage: Kann das mit der MINT-Förderung wirklich ernst gemeint sein?

Ein gespenstischer Begriff: Latenz

Nach dem Begriff “Infinitesimal” geht es heute wieder um ein besonderes Wort: Die “Latenz”. Dabei gibt es jedoch eine Schwierigkeit, denn Latenz ist nicht wirklich greifbar. Das macht schon die Definition aus dem Duden klar: Latenz ist das “Vorhandensein einer Sache, die noch nicht in Erscheinung getreten ist.”

Was heißt das jetzt aber konkret? Das können wir uns ganz einfach klar machen, indem wir einen Haufen leerer Pfandflaschen vorstellen. Jede dieser Pfandflaschen hat einen Wert von 25 ct, bei 10 Flaschen sind das immerhin 2,50 EUR. Allerdings handelt es sich dabei um latentes Geld, weil es nicht in Form von Münzen vorliegt. Das Geld ist also noch nicht in Erscheinung getreten, obwohl wir es besitzen. In Zukunft müsst ihr daher nicht mehr sagen: “Schatz, vergiss nicht die Pfandflaschen mit zu nehmen.” Viel mehr könnt ihr sagen: “Schatz, vergiss nicht das latente Geld.” Klingt doch viel schöner, oder?

Übrigens gibt es das Wort “Latenz” auch in der Informatik. Dort kommt es bei der Kommunikation über Netzwerke oder das Internet vor. So schickt ein Rechner eine Anfrage an einen Server. Dieser nimmt die Anfrage an und schickt seine Antwort zurück. Die Zeit, die vergeht, bis der Rechner die Antwort des Servers erhält nennt man “Latenz”. So ist die Antwort des Servers während dieser Zeit “noch nicht in Erscheinung getreten”.

Die Physik kennt den Begriff “latente” Wärme. Wird Wasser erhitzt, so steigt die Temperatur kontinuierlich an. Das kann man einfach mit einem Thermometer beobachten. Erreicht es aber 100°C so ändert sich die Temperatur nicht mehr. Viel mehr wird die Energie in den Phasenübergang investiert. So verdampft Wasser bei 100°C, weshalb es von der flüssigen Phase in die Gasphase übergeht, aus Wasser wird Wasserdampf. Da sich die Temperatur jedoch nicht mehr ändert, tritt die investierte Energie am Thermometer nicht in Erscheinung. Daher spricht mal hier von “latenter Wärme”.

Vielleicht begegnet euch die nächste Zeit irgendwo der Begriff “Latenz” im Alltag, dann wisst ihr jetzt: Es geht um etwas, das noch nicht in Erscheinung getreten ist. Das muss aber nicht zwangsläufig ein Gespenst sein…

Klein, kleiner, am kleinsten, infinitesimal

Schon das Wort “Infinitesimalrechnung” schreckt viele Schüler und Studenten ab, sich mit dem Fach Mathematik zu befassen. Dabei handelt es sich um nichts anderes als der Umgang mit winzig kleinen Mengen.

Anwendung findet die Rechnung bei Vorgängen, deren Verlauf unbekannt ist. So wächst eine Bakterien-Kolonie zu Beginn eher langsam, weil es noch nicht viele Bakterien gibt. Nach einiger Zeit wird das Wachstum sehr groß, weil es sehr viele Bakterien gibt, die sich teilen. Allerdings geht irgendwann die Nahrung knapp, weshalb der Wachstum gebremst wird.

Teilen wir den Wachstum nun in sehr, sehr kleine Zeitabschnitte ein und betrachtet zu jedem der Zeitpunkte die Anzahl an Bakterien, so lässt sich die Entwicklung der Kolonie genau beschreiben. Werden die Zeitabschnitte nun immer kleiner, so sind sie irgendwann unendlich klein (englisch = “infinite small”). Die Infinitesimalrechnung beschreibt also das Arbeiten mit unendlich kleinen Einheiten. So schlimm wie das Wort es vermuten lässt, ist das also gar nicht.

Das böse Geschenk: Der Trojaner

Sobald die Nachrichten von Cyber-Kriminalität sprechen, ist der “Trojaner” mit von der Partie. Was macht einen Trojaner jetzt aber so gefährlich, dass selbst die Massenmedien davor warnen?

Schauen wir uns zunächst an, woher der Name kommt. Der Begriff “Trojaner” ist die kurze Form für “Trojanisches Pferd”. Dieses taucht in den griechischen Sagen auf, die von einer Belagerung der Stadt “Troja” erzählen. Die griechische Armee belagert die Stadt viele Jahre, ohne Aussicht auf Sieg. Schließlich bauen die tückischen Befehlshaber von Griechenland ein großes hölzernes Pferd, das sie der Stadt Troja schenken. Offiziell, um ihre Niederlage gegen die Stadt zu verkünden. Tatsächlich waren im Bauch des Pferdes jedoch die mächtigsten Krieger der griechischen Armee versteckt. Die Trojaner ahnten nichts von dem gefährlichen Inhalt und nahmen das Geschenk an. Sie brachten es auf den Marktplatz innerhalb der Stadtmauern. In der Nacht öffneten die griechischen Kämpfer unbemerkt die Luke, um den Palast des Königs zu stürmen. So brachte das Geschenk großes Unheil über die Stadt Troja.

In der IT tarnt sich ein Trojaner auch immer als Geschenk. Eine nette E-Mail verspricht einen Gewinn, ein heißes Date oder sonst einen Vorteil. Wenn man allerdings den Anhang der E-Mail öffnet oder dem angegebenen Link folgt, dann holt man das Trojanische Pferd auf den heimischen Rechner. So wie es die Bürger von Troja auf den Markplatz gestellt haben.

Das Trojanische Pferd an sich ist dabei auch nicht gefährlich, erst wenn sich die Luke öffnet und die Krieger aussteigen, wird es kritisch. Der IT-Trojaner verbindet sich dabei mit dem Internet und holt die eigentlichen Schadprogramme auf den Rechner. Dabei kann es sich um Key-Logger (Programme, die alle Eingaben der Tastatur aufzeichnet), um Password-Seeker (Programme, die nach Passwörtern suchen, die im Internet Explorer, Firefox, Chrome oder dem E-Mail Programm gespeichert sind) oder um einen Zombie-Converter (Ein Programm, das unbemerkt Spam E-Mails über den eigenen Rechner verschickt) handeln. Diese Programme entsprechen den Kriegern im inneren des Trojanischen Pferdes und richten verheerende Schäden an.

Wenn ihr also das nächste Mal von einem Trojaner hört, dann denkt an die Stadt Troja, die vorschnell ein zweifelhaftes Geschenk angenommen hat und daran zugrunde ging.

Enzyme – Die Werkzeuge der Natur

Sicherlich habt ihr schon einmal etwas von Enzymen gehört. Diese winzigen Anordnungen von Molekülen kommen in allen Menschen und Tieren vor. Sie sichern das Überleben von uns allen. Doch was macht diese Wintzlinge so wichtig?

Enzyme sind die Werkzeuge der Lebewesen. Wie in einer Holzwerkstatt gibt es dabei sehr viele verschiedene Varianten. Jedes Enzym ist dabei für einen ganz bestimmten Zweck ausgelegt, wie es bei viele Werkzeugen auch der Fall ist. So werden Schraubendreher eben dazu verwendet, Schrauben fest oder lose zu drehen. Genauso gibt es im Magen Enzyme, die Eiweiß spalten. Für Kohlenhydrate gibt es dagegen wieder andere Enzyme.

Genauso wie ein Handwerker seine Aufträge nur mit dem passenden Werkzeug bearbeiten kann, benötigt der Körper viele verschiedene Enzyme für seine vielen verschiedenen Aufgaben. Passt also gut auf eure Enzyme auf, ihr werdet sie vermissen, wenn sie nicht mehr da sind.

Der Laser – Licht im Gleichschritt

Der Laser ist heutzutage jedem ein Begriff. Seit dem CD-Player und dem Laser-Pointer drängt er sich immer mehr in unseren Alltag. Da stellt sich die Frage, was einen Laser so besonders macht, dass er immer mehr Bereiche der Technik verändert. Die Besonderheit steckt im ausgesandten Licht des Lasers. Um das zu verstehen, werfen wir zunächst einen Blick auf das Licht selbst.

Licht lässt sich in der Quantenmechanik in winzige Lichtteilchen, die Photonen, einteilen. Diese Photonen haben ganz bestimmte Eigenschaften, wie z.B. Energie und Masse. Während von einer Leuchtdiode jetzt Photonen ausgesandt werden, die sich in ihren Eigenschaften leicht unterscheiden, strahlt ein Laser immer Photonen mit den exakt gleichen Eigenschaften aus. Diese haben aber nicht nur gleiche Energie und Masse, sondern bewegen sich auch gleich. Die Photonen eines Lasers “marschieren” also im Gleichschritt, während die Photonen einer Leuchtdiode eher mit dem Gewusel in einer Fußgängerzone verglichen werden können.

Photonen, die aus einem Laser kommen und daher die selben Eigenschaften haben nennt man “kohärent” zueinander. Genau das ist die Besonderheit beim Laser: Er sendet kohärentes Licht aus. Die Kohärenz bleibt dabei über weite Entfernungen erhalten, weshalb ein Laserstrahl bis zum Mond und wieder zurück kommt, während sich das Licht eines Scheinwerfers im Abendhimmel verteilt. Das kohärente Licht bietet aber noch mehr Anwendungsmöglichkeiten. Daher findest du sicherlich irgendwo bei dir Zuhause ein Gerät mit einem Laser.

 

Sichtbare Logik: Der Bildschirm

Heute will ich der Frage nachgehen, warum ihr diesen Blog überhaupt lesen könnt. Wie kommt also das Bild auf den Monitor?

Zunächst haben alle, die sich einen neuen Monitor oder Smartphone gekauft haben sicherlich die Angabe gesehen: Full-HD mit 1920×1080 Pixel. Es stellt sich nur die Frage, was sich hinter dieser Angabe verbirgt und ob das ein guter Wert ist.

Dazu muss man wissen, dass die Fläche jedes Bildschirms in winzige Vierecke eingeteilt ist. Bei obiger Angabe sind es 2.073.600 (1920×1080) solche Bereiche. Um heraus zu finden, ob das ein guter Wert ist, könnt ihr ein Stück Papier nehmen, das genauso groß ist, wie euer Bildschirm. Teilt es in der Breite in 1920 Abschnitte und in der Höhe in 1080 Abschnitte ein. Ihr werdet feststellen, dass der Stift viel zu dick ist, um eine sichtbare Einteilung vorzunehmen. Es handelt sich also um sehr kleine Bereiche, was sehr gut ist. Je mehr Pixel ein Bildschirm hat, umso mehr Details kann er nämlich darstellen. Das ist einfach nach zu vollziehen: Teilt den Bildschirm vor euch in nur 10 Teile. Dann könntet ihr vielleicht zwei Buchstaben darauf abbilden, aber sicherlich keine Blumenwiese.

Soweit das Konzept der Pixel, doch wie kommt jetzt mein Hintergrundbild auf den Monitor? Das ist harte Arbeit für die Grafikkarte. Die sagt dem Monitor nämlich folgendes:

Pixel 1: weiß; Pixel 2: schwarz; Pixel 3: schwarz; …. Pixel 2.073.599: schwarz; Pixel 2.073.600: weiß.

Damit haben wir jetzt zumindest eine schwarz/weiß Anzeige. Kommen Farben ins Spiel, so muss die Grafikkarte dem Bildschirm für jedes Pixel drei Angaben weitergeben, nämlich den Anteil von “rot”, “grün”, “blau”. Das sieht dann so aus:

Pixel 1: 0,3 rot – 0,2 grün – 0,5 blau; Pixel 2: 0,8 rot – 0,2 grün- 0,0 blau; …

Daran zeigt sich schon, dass sich die Grafikkarte sehr viel mit dem Bildschirm unterhalten muss, um die ganzen Informationen weiter zu geben. Außerdem wird klar, warum es in den Anfängen der Fernseher nur schwarz/weiiß Geräte gab. Damals war es nämlich einfach nicht möglich, die Datenflut eines Farbbildes zu übertragen.

Wenn ihr also das nächste Mal ein Video anschaut, dann würdigt einen kurzen Moment der Grafikkarte, die während dem Film ununterbrochen eine große Flut an Informationen an den Monitor gibt. Nebenher muss sie dann auch noch die Daten der CPU in Pixel übersetzen. Nur so werden die logischen Berechnungen des Computers für uns Menschen sichtbar.