Die lebende Zelle mit den Augen des Physikers betrachtet
Erwin Schrödingers Grundlagenwerk Was ist Leben? basiert auf einer Vorlesungsreihe am renommierten Trinity College in Dublin. In der allerersten Veranstaltung stellte Schrödinger seinem Publikum folgende Frage: Warum sind Atome so winzig?
Die Frage ist so simpel wie komplex. Um sie zu beantworten, müssen wir zunächst illustrieren, wie klein Atome wirklich sind. Die Größe eines Atoms liegt zwischen 1/2000 und 1/5000 der Wellenlänge des gelben Lichts. Und diese Wellenlänge ist ungefähr so kurz wie das kleinste Staubkorn, das man eben noch unter dem Mikroskop erkennen kann. Sprich dieses Korn würde immer noch Milliarden von Atomen enthalten. So winzig sind die Dinger.
Das führte Schrödinger zu einer weiteren Frage: Wenn Atome so klein sind, und Menschen aus Atomen bestehen, warum muss der menschliche Körper dann so groß sein?
Diesmal müssen wir für die Antwort etwas ausholen. Stell dir vor, dein Körper wäre so klein, dass sein Verhalten von der Aktivität einzelner Atome bestimmt würde. Dann wärst du nicht mehr in der Lage, deine Gedanken und Handlungen zu koordinieren. Warum? Weil sich Atome völlig unkoordiniert verhalten. Zumindest auf individueller Ebene. Sie schwingen die ganze Zeit und produzieren konstant Energie. Tatsächlich gehorchen einzelne Atome oder kleinere Atomgruppen keinen erkennbaren Naturgesetzen. Das heißt, dass Atome erst in deutlich größeren Konstellationen dem gehorchen, was wir als physikalische Gesetze beobachten.
Das lässt sich an diversen Beispielen illustrieren, wie dem Magnetismus. Wenn du ein Quarzrohr mit Sauerstoff füllst und in ein Magnetfeld führst, dann siehst du, wie die Gasatome magnetisieren: Die Sauerstoffmoleküle im Rohr richten sich parallel zum Magnetfeld aus, wie die Nadel auf einem Kompass. Aber jetzt kommt’s: Das gilt nicht für alle Atome. Ein paar Sauerstoffmoleküle reagieren nicht auf die Magnetwellen. Nur der Durchschnitt der Gruppe verändert seine Ausrichtung auf koordinierte Weise.
Oder stell dir vor, du befestigst einen sehr leichten Gegenstand an einer langen, dünnen Schnur. Physiker nutzen solche Experimente häufig, um die Auswirkungen schwacher Kräfte wie Elektrizität oder Magnetismus auf die Position von Objekten zu messen. Tja, und je leichter die baumelnden Körper sind, desto stärker reagieren sie auf immer schwächere elektrische oder magnetische Wellen. Irgendwann tanzt der leichte Körper dauerhaft und unregelmäßig um seine neutrale Gleichgewichtsposition.
All das zeigt, dass Objekte wie unser menschlicher Körper eine gewisse Größe haben müssen, um nicht dem erratischen Treiben einzelner Atome ausgeliefert zu sein.
Besonders das letzte Beispiel des leichten Körpers zeigt, was passieren würde, wenn unser Körper zu klein und leicht wäre. Er würde ständig auf sämtliche Kräfte reagieren, die von außen auf ihn einwirken. Ein Organismus braucht also eine gewisse Größe, um die physikalischen Gesetze zu nutzen, die für größere Atomgruppen gelten.
Was ist Leben? (1944) ist ein Klassiker der wissenschaftlichen Literatur und basiert auf Schrödingers berühmter Vorlesungsreihe am Trinity College in Dublin. Obwohl Schrödinger renommierter Physiker war, befassten sich die Vorträge auch mit Biologie und Genetik. Vor allem interessierte ihn die Frage, wie Physik und Chemie all die wundersamen Prozesse erklären, die das organische Leben möglich machen. Seine Beobachtungen führten zu einer Revolution im Bereich der Genetik, die zahlreiche Wissenschaftler inspirierte – darunter auch die Biologen James D. Watson und Francis Crick, die gemeinsam das Doppelhelixmodell der DNS entwickelten.
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