Wenn Atome Schatten werfen

Oliver Hochadel | aus HEUREKA 3/04 vom 09.12.2004

Farbig abgestuft stehen die Atome in Reih und Glied, Minimedizinroboter schießen durch unsere Blutbahnen. Es sind nicht zuletzt die spektakulären Illustrationen, denen die Nanotechnologie die große Aufmerksamkeit bei Geldgebern und in der Öffentlichkeit verdankt. Wie aber entstehen diese Bilder? Und wie realistisch sind sie?

Der heilige Gral. Es war die Erfüllung eines Menschheitstraumes. Schon die Atomisten unter den alten Griechen hatten sie postuliert, jene kleinsten Teilchen, aus denen sich die Materie zusammensetzt. Die folgenden 2500 Jahre aber musste man sich mit Zeichnungen, Modellen, Berechnungen, Kondensspuren in der Nebelkammer und indirektem Schließen zufrieden geben. Dann aber, dank der Entwicklung des Rastertunnelmikroskops im IBM-Labor im Schweizerischen Rüschlikon Anfang der Achtzigerjahre, konnte man endlich die Atome sehen, mit eigenen Augen!

1990 folgte der nächste Coup. Der für IBM tätige US-Physiker Donald Eigler "schrieb" mit Xenonatomen den Namen seines Arbeitgebers. Die Botschaft war eindeutig: Der Mensch war nicht nur in den atomaren Bereich vorgestoßen, sondern er schickte sich auch an, diesen zu beherrschen. Schrift steht für absolute Kontrolle.

Freilich, diese "Durchbruchserzählung" ist gleich in mehrerer Hinsicht problematisch. So konnte man mit dem Feldionenmikroskop Atome schon früher zumindest indirekt abbilden, nur waren die Bilder weit weniger beeindruckend. Auch sei das "Schreiben mit Atomen" eine reine "Show-Case-Inszenierung", so der Wissenschaftshistoriker Arne Hessenbruch vom MIT in Cambridge/Massachusetts, denn diese Technik habe keine industrielle Anwendung gefunden. Die Bilder dienten allein dem Image, wie nicht zuletzt die Wahl der Sujets zeigt. Mittlerweile gibt es auch US-Flaggen aus Atomen. "Das zweidimensionale Arrangement chemisch träger Xenonatome ist nicht zu vergleichen mit der dreidimensionalen Anordnung von Molekülen mit komplexen energetischen Zuständen", so Hessenbruch.

Und schließlich, es ist leider die traurige Wahrheit, sieht man keine Atome, wenn man durch das Rastertunnelmikroskop blickt. Jedenfalls nicht im herkömmlichen Sinne eines unmittelbaren Sehens. Was man mittlerweile "in real time" und 3-D-Auflösung "sieht", ist das Produkt einer ausgeklügelten Software, die suggeriert, dass Atome eine feste Oberfläche haben. Tatsächlich sind es aber nur Flächen gleichen Tunnelstroms, der konstant gehalten wird. Was man tatsächlich sieht, ist die Wahrscheinlichkeitsverteilung von Elektronen.

Atome einfärben. Die Software setzt die Signale in die Helligkeit von Pixeln um. "Die Farbgebung folgt dabei bestimmten Konventionen, etwa denen von geografischen Karten. Dann sind die Höhen braun und die Tiefen blau", erklärt Erminald Bertel, Professor am Institut für Physikalische Chemie der Universität Innsbruck. Der Realitätseffekt ist verblüffend. "Mich fragen noch Studenten im zweiten Semester: ,Wie kommt die Farbe auf die Atome? Ist das ein physikalisches Phänomen?'"

Ein Großteil der Abbildungen, die nun die Informationsfolder der Österreichischen Nanoinitiative (s. S. 14) zieren, stammen von Bertels Innsbrucker Institut. Die rastertunnelmikroskopischen Abbildungen von gewellten oder mit Halogenatomen belegten Platinoberflächen haben zweifelsohne ihren eigenen ästhetischen Reiz. "Man muss das Bild auch von Störungen befreien, dabei aber sehr aufpassen, dass man nicht das Falsche herausfiltert", so Ertel. Die Bearbeitung eines Bildes ist also zunächst einmal alles andere als eine verzerrende Manipulation, sondern dient der Verdeutlichung von Strukturen, ist also integraler Bestandteil des wissenschaftlichen Erkenntnisprozesses.

Bildübertragung. Problematisch wird die Bearbeitung nur, wenn die komplexe Übersetzungsleistung ausgeblendet wird. Die renommierte Wissenschaftsfotografin Felice Frankel vom MIT plädiert dafür, bei jedem Bild anzugeben, wie es bearbeitet wurde - analog zum Methodenteil eines naturwissenschaftlichen Aufsatzes. In der Praxis geschieht dies hingegen häufig nicht, und zwar vor allem dann nicht, wenn die Bilder in einen anderen Kontext übertragen werden.

Auf der IBM-Homepage sieht der von Eigler kreierte Schriftzug, der zunächst im Wissenschaftsmagazin "nature" veröffentlicht wurde, gleich ganz anders aus: Die Xenonatome wurden in die Konzernfarbe getaucht, das Bild wurde gekippt, um mehr Relief zu zeigen. Aus der Bildunterschrift sind alle Informationen zur Bildproduktion verschwunden, also etwa der Verweis, dass der Untergrund aus Nickelatomen nicht aufgelöst wurde. Nun steht dort verheißungsvoll "The Beginning. Media: Xenon on Nickel (110)". Das Atomlogo wird zum Kunstwerk im Stile von "Öl auf Leinwand".

Nanophantasmen. "Der Boom der Nanotechnologie ist nur durch das Rastertunnelmikroskop und die Bilder, die es hervorbringen kann, zu erklären", sagt der Physiker und Wissenschaftsforscher Jochen Hennig von der Berliner Humboldt-Universität. Die Visualisierung des nanoskaligen Bereichs hat in den letzten Jahren bunte Blüten getrieben und ziert nun die Cover der Fach- wie auch der populären Wissenschaftsmagazine. Die Bandbreite reicht dabei von der spröden schwarz-weißen Schraffur bis hin zu "Nanopop", wobei keinesfalls immer deutlich gemacht wird, wo die Wissenschaft aufhört und die Kunst anfängt.

Atome, die wundersamerweise auch Schatten werfen, werden mittels großem Malkasten eingefärbt. Die in der Nanorhetorik weit verbreitete Legometapher wird in kunterbunten Molekülkonstruktionen "realisiert". "Das sind oft reine Fantasieprodukte, bei denen nicht erkenntlich ist, wie sie je konstruiert werden könnten", so Jochen Hennig. Mitunter schleichen sich auch völlig veraltete Miniaturisierungsfantasien ein, in denen die Nano-U-Boote durch Blutbahnen navigieren und mit Laserkanonen auf Tumore schießen. Immer wieder werden Atomlandschaften mit dem Weltall im Hintergrund kombiniert. Reisen in den Kosmos und in den Körper, das Vordringen in an sich unzugängliche Bereiche, haben eine lange Tradition im kollektiven Imaginären.

Bilder in der Wissenschaft sind keine neutralen Repräsentationen von Ergebnissen. Die Sichtbarmachung funktioniert nur, wenn diese an makroskopische Sehgewohnheiten anschließen kann. "Jede Form von wissenschaftlicher Illustration setzt eine gewisse Lesbarkeit voraus", sagt Alfred Nordmann, Wissenschaftsphilosoph an der TU Darmstadt. "Wenn Wissenschaftler über den Nanobereich reden, sagen sie, wie merkwürdig dieser Bereich sei, wie viel Platz es ,da unten' gebe, nur noch Oberfläche, kein Volumen mehr." In den Bildern sehe das hingegen völlig anders aus. "Die sind prall gefüllt, da gibt es scharfe Grenzen zwischen den Atomen."

Bildpropaganda. Ob da wohl Kalkül dahintersteckt? Lässt sich mit eindrucksvoll gestylten nanoskopischen Aufnahmen bei potenziellen Geldgebern Eindruck schinden? Erminald Bertel verneint dies: "Die künstlerische Ausgestaltung von Bildern bringt bei Gutachtern nichts, da ist es völlig egal, ob die Atome blau oder rot sind." Wichtig sei vielmehr, dass die Bilder technisch sauber gemacht sind - also etwa, dass in den Rohdaten das "Rauschen" wesentlich geringer als das zur Informationsgewinnung herangezogene Signal ist. Als Kompetenznachweis sind Bilder demnach aber schon von Bedeutung. Alfred Nordmann nennt diese Demonstration der Kontrolle über die Phänomene "eine Art Mitgliedsausweis". Dennoch: Bei der Forschungsförderung im Peer-Review-Verfahren kommt es auf die Texte an. Nichtexperten hingegen schauen eher auf die Bilder, und dies sei vor allem beim politischen Lobbying entscheidend. Die "National Nanotechnology Initiative" in den USA nannte denn auch ihre programmatische Schrift von 1999 "Shaping the World Atom by Atom", mit der sie erreichte, dass Bill Clinton und später dann auch George W. Bush dreistellige Millionenbeträge lockermachten.

Nordmann hat sich eingehend mit der visuellen Rhetorik der US-Nanolobby beschäftigt und kommt zu dem Schluss, dass Realität hier nur mehr in Bildern kommuniziert werde. Ob Europa da einen anderen Kurs steuere? Auch die EU-Kommission hat einen animierten Nanofilm herstellen lassen, berichtet Nordmann, den man am besten mit dem Ausdruck "live action" beschreibe.

www.ifs.tu-darmstadt.de/phil /NanoSpace

Science + Fiction. Zwischen Nanowelt und globaler Kultur. Ausstellung im Deutschen Museum in München, noch bis 9.1.2005

www.deutsches-museum.de

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