Hi Leute, ich bin hier im Zeiss Museum der Optik mit der Photonik Akademie 2016. Hier können Studenten eine Woche lang Unternehmen aus dem Bereich der Photonik, also der Wissenschaft rund ums Licht, besuchen und viele spannende Experimente ausprobieren. Ich hab hier in der letzten Woche schon ne Menge spannender Dinge gelernt und ich erzähl euch gerne mehr am Ende des Videos. Aber jetzt geht's erstmal um ein Highlight der Veranstaltung: Ein Vortrag von einem Nobelpreisträger. Um genauer zu sein Prof. Dr. Stefan Hell, der 2014 den Nobelpreis in Chemie gewonnen hat.
Wie er das genau angestellt hat und was man für einen Nobelpreis eigentlich können muss, das finden wir jetzt heraus. Bei dem Problem in diesem Video geht es um Mikroskope. Die Werkzeuge, die es uns erlauben in kleinste Welten einzutauchen und ohne die es so viele Dinge in unserem alltäglichen Leben einfach nicht geben würde. Die ersten Mikroskope waren noch recht simpel gebaut und konnten nicht mehr als eine 50-fache Vergrößerung darstellen. Doch mit der Zeit wurden Mikroskope immer komplexer und erhielten mehr und mehr Elemente, sodass man immer kleinere Objekte beobachten konnte. Aber eins nach dem anderen.
Gehen wir einmal zurück. Um genau zu sein ins Jahr 1873. In eine Welt in der Autos gerade erfunden werden und man von Quantenphysik oder elektronischen Computern noch nicht einmal träumte. Dort beschrieb der Physiker Ernst Abbe erstmals eine fundamentale Grenze der Mikroskopie, nämlich die Auflösungsgrenze mit der man kleinste Teilchen gerade noch so voneinander unterscheiden kann. Heute ist sie als Abbe'sche Formel bekannt. Diese Formel sagt im Grunde genommen aus, dass alles, was kleiner ist als die halbe Wellenlänge des Lichts, mit dem man es beleuchtet, nicht zu erkennen ist, weil es vom Licht nicht getroffen wird.
Das bedeutet für uns: Egal wie gut das Objektiv eines Mikroskops das Licht bündelt, egal wie scharf das Glas ist, die Physik unseres Universums hält uns davon ab mit sichtbarem Licht Dinge zu mikroskopieren, die kleiner sind als ca. 200 Nanometer. Und das ist echt schade, weil viele spannende Dinge in unserem Universum kleiner sind als 200 Nanometer. Verschiedene Viren, einzelne Moleküle und auch unser DNS-Strang zum Beispiel, all das sieht unter einem Lichtmikroskop einfach nur verschwommen aus. Über Einhundert Jahre lang galt das sogenannte Abbe-Limit.
Forscher entwickelten andere Verfahren wie die Elektronenstrahlmikroskopie oder sie pushten die Grenzen, indem sie die Wellenlänge immer weiter verkleinerten. Und auch wenn diese Techniken toll sind, so haben sie doch ihre Grenzen. Zum Beispiel kann man damit keine Lebenden Organismen mikroskopieren, weil sie beim Vorgang durch die Strahlung oder ein Vakuum abgetötet werden. Eine andere Entdeckung, die in der Zwischenzeit gemacht wurde, betrifft den Teil eines Mikroskops, der leuchtet. Anstatt kleine Teilchen, also zum Beispiel Moleküle, von unten mit Licht zu bestrahlen färbt man sie ein.
Und zwar mit einer Lösung, die von alleine leuchten kann. Fluoreszierende Stoffe nennt man das und die kann man zum Beispiel in manchen Soft-Drinks vorfinden. Hält man so eine Flasche an einem sonnigen Tag ins UV-Licht der Sonne, dann fängt ein Stoff namens Chinin in der Flasche von sich aus an zu Leuchten, weil der Stoff vom UV-Licht angeregt wird. Das löst unser Problem aber immer noch nicht. Auch der selbstleuchtende Stoff ist unter dem Mikroskop noch total unscharf. Aber an dieser Stelle kommt der junge Physiker Stefan Hell ins Spiel. Er hatte eine geniale Idee.
nämlich die, dass man einzelne Moleküle an- und ausschalten kann. Wie einen Lichtschalter kann man bestimmen ob das Licht an sein soll oder nicht. Stellt euch ein paar Moleküle vor, die wir beobachten möchten. Alles, was in diesem Kreis hier ist können wir nicht wirklich sehen. Es verschmilzt zu einer unscharfen Ebene. Das ist aber nur der Fall, wenn alle Moleküle gleichzeitig leuchten. Wenn ich jetzt mit einem grünen Licht Moleküle anschalte und mit einem roten Licht alle anderen drumherum ausschalte, dann schaffe ich es nur wenige Moleküle gleichzeitig zum Leuchten zu bringen.
Und das Licht dieser wenigen Moleküle kann ich dann genau zuordnen und ein wesentlich schärferes Bild erhalten. Das war der Durchbruch: STED heißt dieses Verfahren und wird an solchen unglaublich kompliziert Aufbauten durchgeführt. Hier wurden die Laser durch Trockeneisnebel sichtbar gemacht. Und das Ergebnis ist nicht zu verleumden: Aus solchen Bildern… wurden solche. Dieser Durchbruch sollte Stefan Hell und den zwei Kollegen Wiliam Moerner und Eric Betzig 2014 den Nobelpreis in Chemie bescheren.
Nur leider kam der Erfolg nicht sofort. Von der ersten Veröffentlichung der Idee bis zum Nobelpreis vergingen etwa 20 Jahre. Anfangs glaubten viele Forscher nicht an die Technik und die meisten Wissenschaftsmagazine weigerten sich seine Publikation zu drucken. Doch irgendwann gewann das Verfahren doch die verdiente Anerkennung und ist heute ein wichtiges Instrument für Forscher weltweit. Und das ist das wichtigste Kriterium für einen Nobelpreis. Der Schwede Alfred Nobel schrieb in seinem Testament, dass jedes Jahr die Menschen ausgezeichnet werden sollen, die den größten Nutzen für die Menschheit gebracht haben.
Als Belohnung erhält man zu gleichen Teilen die Zinsen des Vermögens von Alfred Nobel aus diesem Jahr. Das beläuft sich inzwischen auf etwas unter 1 Millionen Euro. Außer der Voraussetzung, dass man noch leben muss um den Preis zu erhalten und dass man seine Entdeckung in irgendeiner Form publiziert haben muss, spricht nichts gegen eine Nominierung für einen Nobelpreis. Und falls euch das nicht genug motiviert, dann hört euch doch mal an was ein echter Nobelpreisträger zu seiner Motivation sagt. - Also meine Empfehlung ist dass man immer das tut was einem Spaß macht. Wenn man etwas von Herzen tut, dann bringt man auch die Energie auf das richtig zu machen.
