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Weitere Titel aus der Reihe Erlebnis Wissenschaft:

… und zum Thema „Experimente“

Roland Full

Vom Urknall zum Gummibärchen

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Autor

Roland Full

Mozartstr. 35

63768 Hösbach

Für Evelyn, Tina, Felix, Marlene und Julius und all ihre Doppelgänger im Multiversum

Über den Autor

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Dr. Roland Full ist Studiendirektor i. R. und war bis zu seiner Pensionierung Mitglied der Schulleitung am Hanns-Seidel-Gymnasium Hösbach. Er unterrichtete die Fächer Chemie, Natur und Technik sowie Sport. Immer schon lag und liegt ihm besonders das Heranführen von Jugendlichen an das Abenteuer Forschung am Herzen. Er betreute über 100 Arbeiten seiner Schüler beim Wettbewerb »Jugend forscht«, aus denen 18 Landessieger und zwei Bundessieger hervorgingen. Seit 1982 leitete er zahlreiche Lehrerfortbildungsveranstaltungen in Bayern und in vielen anderen Bundesländern mit dem Schwerpunkt Schülerexperimente und innovative Unterrichtsexperimente mit einfachen Mitteln. Seine Expertise wurde bei Aufenthalten als Gastdozent in China hoch geschätzt. Roland Full ist Autor mehrerer Unterrichtswerke für Chemie, Natur und Technik, sowie des Kosmos-Experimentierkastens »Das große Schülerlabor Natur und Technik« und er publizierte zahlreiche Artikel in Fachzeitschriften. Außerdem machte er sich als Botschafter für schöne und unterhaltsame Naturwissenschaften mit den Chemieshows »Vivaldi goes Chemistry« und »Am Anfang war das Gummibärchen« einen Namen. Für seine Arbeit wurde Roland Full mit Preisen der Gesellschaft Deutscher Chemiker, des Bayerischen Philologenverbandes, der Helmholtz-Gemeinschaft für die Förderung des naturwissenschaftlichen Unterrichts und dem Bundesverdienstkreuz am Bande ausgezeichnet.

Vorwort mit Nachspiel

Dass die Erde eine Scheibe ist und die Sonne sich um die Erde dreht haben im Mittelalter sogar mächtige und gottesfürchtige Männer geglaubt. Und weil andere Vorstellungen bei manchem von ihnen als »sündhaft und pervers« galten, haben sie die Verbreitung der Wahrheit als Ketzerei verurteilt und mit dem Tode bestraft.

Weltbilder entstehen in Köpfen und sie setzen sich dort fest. Sie können so unterschiedlich sein wie die Menschen und sie können sich auch entwickeln wie die Menschen. Mein Weltbild ist schon über sechzig. Zwei Menschen haben seine Evolution in besonderer Weise geprägt. Einer war unser Dorfpfarrer. Er verkündete Gottes Wort, und das war die Wahrheit. Seine Erklärung zur Entstehung der Arten im Religionsunterricht der Grundschule war für mich eine Offenbarung: Beim Spielen im Sandkasten formte Jesus aus nassem Sand zwei Vögelchen. Als er sie anhauchte flogen sie davon und die Vogelwelt war geboren. Es fiel mir verdammt schwer, mich von dieser Schöpfungsgeschichte wieder zu lösen. Zu schön war die Vorstellung, dass wir alle aus dem Sandkasten Gottes stammen.

Der Schöpfer eines ganz anderen Bildes von der Welt war für mich der Neurologe und Wissenschaftsjournalist Hoimar von Ditfurth. Seine brillante Formulierungskunst und seine Gabe, unvorstellbar Kompliziertes verständlich zu machen, faszinierten mich und machten ihn für den jungen Lehrer zum unerreichbaren Vorbild. Mit 30 habe ich im Urlaub sein Buch »Im Anfang war der Wasserstoff« verschlungen. Es lenkte meinen engen chemischen Blick auf Fundamentales und auf das große Ganze. Besonders faszinierte mich die Geschichte von Stanley Miller und seinem spektakulären Ursuppenexperiment. Ditfurth beschreibt ihn als ahnungslosen Studenten, dem es mit »hemdsärmeliger Unbekümmertheit« gelang, in den Tempel der Wissenschaftsgötter aufzusteigen und die Welt in Staunen zu versetzen. Ich konnte es kaum erwarten, nach dem Urlaub das Miller-Experiment zu Hause im Labor zu überprüfen, und es funktionierte: Man nehme etwas Uratmosphäre, lasse Blitze auf sie einwirken und heraus kommen Aminosäuren, die Bausteine des Lebens. Während ich vorher den Aufenthalt im Elfenbeinturm der Wissenschaft sogar genoss, begann ich zu begreifen, wie wichtig es ist, Erkenntnisse der Wissenschaft und kompliziert erscheinende Zusammenhänge für die Mitmenschen in eine verständliche Sprache zu übersetzen. Die Sendung mit der Maus ist ein faszinierendes Beispiel dafür, wie man das machen kann. So reifte schon früh der Entschluss, irgendwann einmal den Ditfurthschen roten Faden aufzugreifen und seine Maschen mit der eigenen Stricknadel aufzunehmen und weiter zu stricken. Vieles von dem, was ich Kindern und Jugendlichen tagtäglich lehrplangemäß beibringen musste, erschien mir vergleichsweise unbedeutend. 30 Jahre lang blieb es beim Vorsatz, bis mir der Blick auf die Uhr des Lebens sagte, dass die Zeit reif ist. Heraus kam ein Lese-, Wissens- und Experimentierbuch mit einem besonderen Konzept: Jugendliche erfahren nicht nur die Schöpfungsgeschichte aus der Sicht der modernen Naturwissenschaften, sie dürfen auch selbst schöpferisch tätig werden. Die Naturwissenschaft stellt Fragen an die Natur und beantwortet sie mit Experimenten. Das kann man nur verstehen, wenn man diesen fundamentalen Weg der Erkenntnisgewinnung auch einmal selbst gegangen ist. Wer bis zum Schluss durchhält, erlebt außer einem süßen Ende das Umswitchen von Sober Science auf Fiction und Fantasy. Das kurze Vorwort hat ein langes Nachspiel. Es dauert genau 281 Seiten.

Guten Appetit!

Hösbach, im Sommer 2014

Roland Full

Geräte und Materialien für das Labor

Die Versuche in diesem Buch wurden ganz bewusst so ausgewählt, dass auf einen zusätzlichen Experimentierkasten mit Spezialmaterialien verzichtet werden kann. Alle benötigten Geräte und Materialien findet man in der Regel zu Hause in der Küche, im Bad, am Schreibtisch oder in der Heimwerkstatt. Den Rest kann man sich in Supermärkten, Baumärkten, an der Tankstelle, im Schreibwarengeschäft, im Elektronikhandel, in der Drogerie oder Apotheke oder über eine Internet-Bestellung besorgen: alles Mittel, die jedem frei zugänglich sind. Dies allein garantiert schon, dass von ihnen keine Gefahren ausgehen, vor denen besonders gewarnt werden müsste. Das gilt natürlich nicht bei unsachgemäßem Umgang. Es wird empfohlen, sich einen Grundstock der im Folgenden aufgelisteten Materialien anzulegen und in einer eigenen Experimentierbox aufzubewahren. Vielleicht gibt es ja einen Einkaufsbummel mit den Eltern, bei dem der Einstieg in das häusliche Experimentieren mit einer Einkaufsliste vorbereitet wird.

Materialien
Baumarkt
  • AlgenFrei mit dem Wirkstoff Kupfersulfat vom Baumarkt (= Kupfersulfat-Lösung), z. B. von Söll (bauhaus) (1 L: 8,99 €) oder GrünwasserFrei von Neudorff (OBI)
  • 1 kg Blitzzement vom Baumarkt ca. 3 €
  • Spiritus in allen Bau- und Supermärkten: ca. 3 €
  • 2× Kunststofftrichter, Ø = 100 mm, vom Baumarkt, Stück ca. 1 €
  • Ca. 2 m PVC-Schlauch, 8 mm (Innen Ø) ×2 mm), für unter 1 €, weitere kleine Stücke von den Stärken: 6 × 1,5 mm; 8 × 1,5 mm; 10 × 2 mm
  • Klappmeter
  • Luftballons (größere Form, z. B. 90/100) in Spielzeugläden, Baumärkten, Bastelabteilungen, Partyshops, 10 Stück ca. 2 €
  • Blumensteckdraht, 15 Stück, Länge: 40 cm, Preis: 1,25 € (z. B. Floristikabteilung)
Supermarkt
  • Sonnenblumenöl, in allen Supermärkten, für unter 2 €/L
  • Hosengummi (Gummiband), vom Supermarkt, ca. 5 €
  • Kaiser Natron, Wirkstoff: Natriumhydrogencarbonat, erhältlich in jedem Supermarkt, 250 g Packung: ca. 2 €
  • Melitta Kaffeefilter, 1 × 4, weiß, in jedem Supermarkt, 80 Stück, ca. 3 €
  • Beutelverschluss-Clips für Gefrier- und Frischhaltebeutel, in Super- und Drogeriemärkten, 5er-Pack unter 2 €
  • Chipsdose
Drogeriemarkt
  • Waschsoda von Holsten (= Natriumcarbonat) (500 g für 0,95 € vom Drogeriemarkt, z. B. von Rossmann)
  • Heitmann, reine Zitronensäure aus dem Drogeriemarkt (z. B. dm, Rossmann), 375 g unter 3 €
  • Dextro Energen Classic Würfel, 8 Täfelchen; Gesamtgewicht 46 g; Preis: knapp über 1 €
Apotheke (Internet)
  • Ca. 5 Reagenzgläser 16 × 160 mm mit 3 Stopfen aus Internet-Shops oder Apotheke; Stückpreis: 0,10–0,20 €
  • 2 × 20 mL Einwegspritzen aus der Apotheke, z. B. Omnifix Luer, Stück unter 0,50 €
  • Glycerin, 100 mL aus der Apotheke, ca. 1 – 3 €
  • Betaisodona-Lösung, 30 mL, Wirkstoff: Iod, in jeder Apotheke; Preis: 3–5 €
  • Vitamin C (Ascorbinsäure), 100g, ca. 5 €
  • 5 Kunststoffpipetten aus der Apotheke oder aus Tierhandlungen (Terraristik); Stückpreis: im Cent-Bereich
Ta nkstelle/Autowerkstatt
  • Glysantin (oder »Glycoshell«), Autofrostschutzmittel, 1,5 L für 9,50 €
Elektronik-Shop
  • Solarzelle-Kleinmodul, z. B. 0,5 V 400mA, 5,90 €
  • Digital-Multimeter, Preis: unter 10€
  • Elektrokabel mit Krokodilklemmen beidseitig, 5 Stück ca. 2 € (oft bündelweise als Sonderangebot erhältlich)
Schreibwarenhandel/Bürobedarf
  • Füllerpatronen blau, rot und grün, Schreibwarenhandel, Bürobedarf, je 6 Stück 4–5 €
  • Musikkarte (Klappkarte mit integriertem Sound-Modul), z. B. Happy-Birthday-Karte (gut ist eine Melodie mit hohen Tönen oder Glockentönen); Preis: ca. 6 €

Weitere Materialien von zu Hause

Büro, Bastelbedarf, Hygiene

Blatt Papier – Farbpapier 2 Farben – schwarzes Papier – Pappdeckel – Filzstifte – Bleistift – Lineal – Locher – Schere – Nagelschere – Föhn – Pinzette – Klebestift – Tesafilm – Klebeband – Kreppband – Flüssigkleber – doppelseitiges Klebeband – Knete – Magnetknopf von der Pinnwand – Büroklammern – Gummiringe – Faden – Wollfäden, weiß – Stecknadel (auch eine große mit Kopf) – Nähnadel – Stricknadel – Taschentuch – Sicherheitsnadel – Zahnstocher – Augenbinde – Streichhölzer – Schreibtischlampe – dickes weiches Kissen – Anzünder – Teelichter normal – Maxiteelichter – Kerze – Schnur – Wäscheklammer – Klarsichtfolie – Alufolie – Reinigungsschwamm – 2 × 10 L-Eimer – Feuchtigkeitscreme – Watte – Babywindel – Handspiegel – Schuhschachtel – Filmdöschen – Trinkhalme – transparente Jumbo-Trinkhalme – Pinstift – Radiergummi.

Küche: Geschirr und Geräte

Teller, flach – Suppenteller – Glastellerchen – Plastikteller – Spülschüssel – kleinere Schüssel – große Glasschüssel – flache Plastikschüssel – hohe Schüssel (für Mixer) – Trinkgläser – großes Trinkglas > 300 mL – Schnapsgläser – Plastikbecher 50 ml – 0,5 L-Plastikbecher – großes Gurkenglas – Unterteller – Kaffeelöffel – Esslöffel – Gabel – scharfes Messer – spitzes Messer – Teesieb – Trichter – Küchenreibe – Nudelholz – Puderzucker-Streudose – Messbecher – Pfefferstreuer – Pfeffermühle – Backpapier – Stabmixer – Schraubdeckel vom Marmeladenglas – Wasserkocher – Stövchen – Edelstahlkochtopf – Herdplatte – Küchenwaage – evtl. Mikrowelle – Geschirrspülmittel – Vollwaschmittel – Oxireiniger – Scheuermittel – Küchenrolle – Schaschlikspieße – Butterbrotpapier.

Küche: Lebensmittel

Apfel – Banane – Zitrone – Kiwi – Möhre – Kartoffel – Zwiebel – Sellerie – Rotkohl – Glas Waldheidelbeeren – Glas Kirschen – Rote-Bete-Saft – Weizenmehl – Salz – Zucker – Würfelzucker – Honig – Fleischsuppe in Würfeln – H-Milch – Eier – Speiseessig – Essigessenz – Tomatenmark – Tomatensaft – Tortenguss – Gelatine – Backhefe – Vanilleschote – Zitronenaroma – Vanillearoma – Kurkuma – Malventee – Mineralwasser mit Kohlendioxid – Brausetabletten – Vitamin C-Brausetabletten, weiß – Grapefruitsaft – 2 L Cola light – diverse Lakritz- und Fruchtgummisüßigkeiten – Gummibärchen – Mentos – Götterspeise, grün – Götterspeise, rot – Götterspeise, gelb – Powerade, blau – Powerade, rot – Lebensmittelfarbe, rot – Heu.

Werkstatt, Elektro-, Gartenbedarf

Hammer – Kreuzschlitzschraubenzieher – Beißzange – Kombizange – Rundfeile – Schraubenschlüssel – Cutter-Messer – Meterstab – grobes Schmirgelpapier – dünner, langer Nagel – rostiger Nagel – lange Nägel – Eisendraht – feine Stahlwolle – Schutzbrille – Gips – kleines Brett – 9 V-Batterieblock – 1,5 V Batterien – Elektrokabel – Glasplatten von billigen Bilderrahmen – Schreibtischlampe – Mikroskop – Waschlappen – schwarze Unterlage – Y- oder T-förmige Schlauchverbindung – Blumentopf – Blumenerde – Gras – Heu – dicke Bohne – 0,33 L-PET Flasche – 2 × 0,33 L-PET-Flasche mit breitem Schraubdeckel (z. B. rio d’oro, ALDI) – 1 L-PET-Flasche mit Taille in der Mitte – billiger Softball (Spielzeugladen, 1 € -Shop) – 0,5 L-PET Flasche – Korken – Gasfeuerzeug – Münzen – Tierfiguren aus Glas – Armbanduhr.

Grundregeln für sicheres Experimentieren

Die Versuche sind so gehalten, dass Substanzen und Geräte eingesetzt werden, die eher alltagsbezogen als spezifisch chemisch oder physikalisch sind. Bei richtigem Umgang sollten keine Gefahren von ihnen ausgehen, auch wenn einige Chemikalien als »gesundheitsschädlich« eingestuft sind. Gefahren kann man auch dadurch vermeiden, dass man die Versuchsvorschriften genau durchliest und korrekt nacharbeitet. Hier noch einige Hinweise zum sicheren Experimentieren:

Farbtafeln

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Farbtafel 1 Hubble-Bild mit Detailansicht der Krebsnebel. www.dvidshub.net/image/738704/most-detailed-image-crab-nebula

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Farbtafel 2 Rosettennebel – Infrarotbild vom NASA-Weltraumteleskop. www.dvidshub.net/image/718672/heart-rosette

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Farbtafel 3 Künstliche Widergabe unserer Milchstraße als Spiralnebel-System. www.dvidshub.net/image/699908/milky-way-bar

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Farbtafel 4 Titan-Oberfläche fotografiert von Cassini im Vorbeiflug. www.dvidshub.net/image/698614/titan-mosaic-feb-2005, www.dvidshub.net/image/729972/radar-shows-titan-live-and-color

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Farbtafel 5 Andromeda-Galaxie aus der Sicht des ESA-Weltraumteleskops. www.dvidshub.net/image/841039/andromedas-once-and-future-stars

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Farbtafel 6 Spinne auf einem gedehnten Gummiband.

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Farbtafel 7 Gesamtmenge des Wassers auf der Erde in einem Würfel mit 1115 km Kantenlänge.

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Farbtafel 8 Miller-Apparatur zur Erzeugung der »Ursuppe«.

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Farbtafel 9 DNS-Spirale aus lauter Süßigkeiten.

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Farbtafel 10 Volvox-Verwandte: Chlamydomonas und Gonium.

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Farbtafel 11 Karikatur von Charles Darwin als Affenmensch.

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Farbtafel 12 Gleichgewicht halten, barfuß und einbeinig auf einem Kissen.

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Farbtafel 13 Farbmuster mit Tintenfarbstoffen auf Glyzerin.

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Farbtafel 14 »Himmels-Fernsehen« mit Szenen von der Erde und der Antierde.

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Farbtafel 15 Selbstgemachte Gummibärchen aus der Gießform.

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Farbtafel 16 Chemische Experimente mit Gummibärchen in der Petrischale; Foto: C.P. Horn.

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Farbtafel 17 Paralleluniversum im Suppenteller mit Pflanzenöl und Tintenfarbstoffen.

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Farbtafel 18 Riechen von Zitrone- und Vanillearoma.

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Farbtafel 19 Brechung des Sonnenlichtes durch ein Prisma.

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Farbtafel 20 Farbe entsteht.

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Farbtafel 21 Wellenlängen des Lichtes. (© http//farbe.wisotop.de).

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Farbtafel 22

Teil I
Science

Was wissen wir über die Entstehung des Universums und des Lebens?

Am Anfang ist das Vorwort: Gott oder Urknall?

Die Bibel erzählt: »Am ersten Tag schuf Gott das Licht. Und es wurde hell. Und Gott sah, dass das Licht gut war. Am zweiten Tag erschuf Gott das Himmelsgewölbe. Am dritten Tag trennte Gott das Land vom Meer. Er ließ Getreide und Bäume wachsen. Und Gott sah, dass es gut war. Am vierten Tag schuf Gott Sonne, Mond und Sterne, und Gott sah, dass es gut war. Am fünften Tag schuf Gott die Fische und die Vögel. Und Gott sah, dass es gut war. Am sechsten Tag schuf Gott die Rinder, die Hasen, die Elefanten und die Schlangen. Und er segnete sie. Zuletzt schuf er den Menschen. Er schuf ihn als Mann und Frau. Und siehe, alles war gut. Am siebten Tag ruhte Gott und bestimmte den siebten Tag zum Ruhetag, für sich und für die Menschen.«

Der Bericht der Bibel vom Anfang der Welt ist, soweit wir das wissen, über zweieinhalbtausend Jahre alt. Noch keine hundert Jahre ist es her, dass der belgische Astronom und Priester Lemaître die revolutionäre Vorstellung formulierte, dass ein winziges Uratom die Keimzelle unseres Universums ist. Etwas später entwickelte der russische Physiker Gamow daraus die Theorie, dass es einen spektakulären Anfang gegeben haben muss, den man heute »Urknall« nennt. Seine Geschichte klang so abenteuerlich, dass es über 20 Jahre dauerte, bis sie zunächst in Insiderkreisen Anerkennung fand. Generationen von Naturforschern, von Aristoteles über Kopernikus und Newton bis hin zum jungen Einstein, waren bis dahin davon ausgegangen, dass das Universum seit ewigen Zeiten existiert. Heute wird das Urknall-Modell nicht nur von allen bedeutenden Naturwissenschaftlern der Welt anerkannt. Dass unser Universum vor 14 Milliarden Jahren mit dem Urknall geboren wurde, zählt heute schon längst zum Grundwissen an Schulen.

Wer hat Recht, die Bibel oder die Naturwissenschaften?

Die biblische Geschichte von der Entstehung der Welt steht in der Tat im Widerspruch zur Urknall-Theorie und zur Vorstellung von der Entwicklung des Lebens aus einem gemeinsamen Ursprung (Evolution), aber nur, wenn man sie ganz wörtlich nimmt. Übereinstimmung kann es nicht geben, weil die Schöpfungsgeschichte nur so schlau sein kann wie die Menschen, die sie formulieren. Die Schreiber der Bibel hatten als Kinder ihrer Zeit ein völlig anderes Weltbild als Newton und Einstein.

Aber auch die Sichtweise des Herrn Gamow scheint schon wieder altmodisch, wenn man sie an einer Theorie misst, die in jüngster Zeit die Wissenschaft erobert. Sie vertritt die von manchen als » unverschämt« bezeichnete Vorstellung, dass unser Universum nur eines von vielen ist und dass jeder Mensch in den unendlichen Weiten des Kosmos unzählige Doppelgänger auf anderen Planeten hat.

Der Stand unseres Wissens kann also kaum als Grundlage für die Entscheidung dienen, ob wir an Gott als Schöpfer von Himmel und Erde glauben wollen oder nicht. Obwohl die Naturwissenschaften sagen können, dass die Entstehung der Sonnensysteme und des Lebens sich zwangsläufig aus den Naturgesetzen ohne die ständig eingreifende Hand Gottes ergibt, bleiben viele wissenschaftliche Rätsel ungelöst. Auch Naturwissenschaftler wissen nicht, was vor dem Urknall war und keiner kann die Frage beantworten, woher die Naturgesetze kommen und wer den Urknall in Gang gesetzt hat. Das allein beweist Gott nicht, aber es gibt allen, die an ihn glauben wollen, genügend Spielraum, ihre religiöse Überzeugung mit einem naturwissenschaftlich geprägten Weltbild in Einklang zu bringen. Und wer es tut, sollte der Versuchung widerstehen, Gott als Lückenbüßer für Ungeklärtes in der Urknall- und Evolutionstheorie zu benutzen. Um die offenen Fragen zu klären, braucht man neue naturwissenschaftliche Erkenntnisse und keine Wunder. Man kann die Bibel auch so verstehen, dass sie uns nur sagen will, dass Gott die Welt gemacht hat. Zu erforschen, wie sie entstanden ist, ist Sache der Naturwissenschaften. Einer der größten Naturwissenschaftler aller Zeiten, Albert Einstein, der uns in diesem Buch noch öfters begegnen wird, hat es so formuliert: »Die Naturwissenschaft ohne Religion ist lahm, die Religion ohne Naturwissenschaft ist blind!«

Die Autoren der Bibel konnten selbstverständlich nichts wissen von moderner Kosmologie, Biologie und Molekulargenetik. Das Unwissen der damaligen Zeit mag auch der wesentliche Grund dafür sein, dass die Schöpfungsgeschichte kaum zwei Seiten in der Bibel ausmacht. Trotz des riesigen Altersunterschiedes zwischen Bibel und Urknalltheorie gibt es aber durchaus Gemeinsamkeiten: Die Welt hatte einen Anfang, die Welt hat eine Geschichte und sie hat wahrscheinlich auch ein Ende. Urknalltheorie und Schöpfungsbericht gehen beide von einem Riesendurcheinander am Anfang aus, aus dem sich erst allmählich so etwas wie eine Ordnung gebildet hat. Und schließlich haben zwei Dinge in beiden Konzepten eine große Bedeutung: Licht und Energie!