Logo für alexandria Crowdfunding Kampagne

Die Welt der Wissenschaft

Unterstütze uns!

Pfeil nach unten
Pfeil nach unten
Pferd das läuft

SEEC photography filmen mit ultraschnellen Kameras, wie sich Licht über Objekte ausbreitet. Wie man dem schnellsten Ding des Universums über die Schulter schaut, erzählen sie im alexandria-Interview.

Zunächst herrscht Dunkelheit. Doch plötzlich taucht ein fahler Rippenbogen auf, nur um gleich wieder zu verschwinden, während das Licht über Schädel, Wirbel und Beinknochen wandert. Stets ist nur ein schmaler Streifen beleuchtet. Dann wieder Schwärze. Am Schluss des kurzen Videos erscheint der Schatten eines Hundeskeletts an der Wand, doch das Skelett selbst ist unsichtbar. Die Produzenten dieser Videos sind SEEC photography, eine Gruppe aus einer Künstlerin und drei Physikern. Mithilfe von Lasertechnologie und speziellen Kameras zeigen sie, was sonst in Sekundenbruchteilen geschieht und nicht wahrgenommen wird: Wie sich Licht über Objekte bewegt. Mittlerweile hat SEEC dem Licht schon dabei zugesehen, wie es sich über verschiedenste Dinge ausbreitet, von Zimmerpflanzen über Dinosaurierskelette bis hin zu Menschen. Dabei ist immer das Licht der Protagonist: Nach und nach schreibt es die Objekte auf den Film ein. In Zusammenarbeit mit der Wiener Soul-Band 5/8erl in Ehr’n entstand vor kurzem ein Musikvideo mit dieser Technologie. Die Macher von SEEC, die Künstlerin Enar de Dios Rodríguez, die Physiker Thomas Juffmann und Philipp Haslinger, sowie Clemens Wenger von 5/8erl in Ehr’n, erzählen alexandria wie es zu SEEC kam, wie die Videos entstehen und was Kunst und Wissenschaft verbindet.

Wir starten unsere erste Crowdfunding-Kampagne! Unterstütze unsere Arbeit und erhalte viele tolle Goodies. Du kannst unsere zweite Ausgabe dort vorbestellen oder dir schicke alexandria-Umhängetaschen aus Baumwolle sichern. Vor allem ermöglichst du uns, auch weiterhin qulitativ hochwertigen und wissenschaftlich fundierten Journalismus zu betreiben.
Unterstütze die Wissenschaft, unterstütze alexandria! Hier gehts zur Kampagne!

Ein Video von SEEC photography

Eine Fotografin, ein Soul-Musiker, zwei Physiker: Klingt nach Menschen, die sich schwer über den Weg laufen. Frau Rodríguez, wie habt ihr zusammengefunden?
Enar de Dios Rodríguez: Ich habe Philipp (Haslinger, Anm.) vor 15 Jahren während eines ERASMUS-Aufenthaltes in Krakau (Polen, Anm.) getroffen. Wir haben zwar unterschiedliche Dinge studiert, aber uns sehr gut verstanden. Philipp und Thomas (Juffmann, Anm.) haben kurz darauf begonnen im selben Labor an ihrem PhD zu arbeiten und als ich nach Wien gezogen bin, habe ich auch Thomas kennengelernt und wir sind gute Freunde geworden. Clemens (Wenger, Anm.) kam ins Spiel, als Thomas ein Experiment an der Universität Wien durchgeführt hat. Er hat einen Film gemacht, der zeigt, wie sich molekulare Interferenzmuster aus einzelnen Teilchen aufbauen. Als er das Video dann auf YouTube veröffentlichte, wollte Clemens Musik dazu machen, er hat an der Uni Wien angefragt, und so haben sich Thomas und er kennengelernt.

Quantum movie reveals single molecules

Welche Töne spielt man zu molekularer Interferenz?
Clemens Wenger:
Wir haben einen Teil einer Komposition ausgewählt, die ich ursprünglich für eine Wienerlied Gruppe geschrieben hab. Paradoxerweise hört man dabei Kalimba (afrikanisches Daumenklavier, Anm.) und Posaune, zwei Instrumente die man nicht unbedingt mit Wiener Musik assoziieren würde. Das hat Thomas und der Universität Wien am besten gefallen. Es hat einfach stimmungsmäßig gut zu den Farben und dem Tempo des Videos gepasst.

Die Quantenphysik gilt für alle Objekte, egal wie groß oder klein. Doch bei makroskopischen Dingen beobachten wir keine seltsame Quanteneffekte wie Verschränkung. Wo genau beginnt also die Welt, sich quantenphysikalisch zu verhalten? Um das herauszufinden, führen Physiker:innen mit immer größeren Teilchen Interferenzexperimente durch. Die Quantenphysik beschreibt den Ort von Teilchen mittels einer Wellenfunktion, die wie Licht- oder Wasserwellen an schmalen Spalten gebeugt und überlagert werden kann. Dadurch entstehen charakteristische Hell-Dunkel-Muster. Dies konnte bisher bereits mit sehr großen Molekülen wie Farbstoffen und Vitaminen gezeigt werden.

Herr Haslinger, wie funktioniert SEEC photography genau?
Philipp Haslinger:
Wenn man Fotos machen will, braucht man zwei Sachen: Eine Kamera und ein ausgeleuchtetes Objekt. Um Bewegungen zu fotografieren, braucht man noch kurze Belichtungszeiten. Jetzt wollen wir etwas sehr Schnelles fotografieren, nämlich das Schnellste, das es gibt: Licht. Wir wollen, dass das Licht der Protagonist ist, dass es sich bewegt. Wir möchten die Änderung von Schatten auf Licht auf Schatten festhalten.
Licht ist sehr schnell, man braucht also eine extrem kurze Belichtungszeit. Doch wie realisiert man das? Die klassische Fotografie funktioniert mit mechanischen Shuttern, die sich bewegen, so schafft man ca. 1-0,1 Millisekunden Belichtungszeit. Aber massive Objekte so zu bewegen, dass sie mit der Lichtgeschwindigkeit mithalten können, ist sehr schwierig. Deswegen bedient man sich eines speziellen Tricks. In unserer Kamera werden die vom Objekt gestreuten Photonen (Lichtteilchen, Anm.) zuerst in Elektronen umgewandelt, die mit elektrischen Feldern sehr schnell entweder abgelenkt oder durchgelassen werden können. Angenommen ein Elektron kommt durch, dann wird es verstärkt und trifft auf einen Phosphorschirm, um wieder Photonen zu erzeugen, die dann mit einem herkömmlichen Kamera-Chip detektiert werden.
Zusätzlich braucht man noch einen sehr kurzen Lichtpuls, um das Schatten-Licht-Schatten-Muster aufzunehmen. Wir erzeugen einen Lichtpuls und stellen an der Kamera ein bestimmtes Delay ein. Das ist der Zeitabstand von der Erzeugung des Lichtpulses bis zum Öffnen des Shutters der Kamera. Erst dann lässt die Kamera für sehr kurze Zeit Licht rein. Die Kamera sieht also nur Licht, das eine bestimmte Zeit unterwegs war, um vom Laser zum Objekt, und von dort zur Kamera zu kommen. Das wiederholt man dann mit einem anderen Delay, wodurch nach und nach die einzelnen Frames eines Filmes entstehen.

Ein Foto nimmt also den Lichtpuls in einer Position auf?
Thomas Juffmann:
Genau. Dann ändert man das Delay. Man sieht also nicht einen einzelnen Lichtpuls durchwandern, sondern viele. Jetzt seid ihr uns auf die Schliche gekommen! (lacht)

Wie SEEC funktioniert

Abbildung 1: Aufbau für SEEC photography: Laserpulse werden von der Linse gebündelt und streichen über das Objekt. Mittels des Lichtsensors wird ein Delay erzeugt, sodass die ultraschnelle Kamera nur Licht hineinlässt, das eine bestimmte Zeit unterwegs war. So kann die Lichtfront in verschiedenen Positionen aufgenommen werden.

Wie lang muss man dann still sitzen, bis man ein Foto hat?
Philipp Haslinger:
Einzelne Fotos gehen schnell, bei Videos dauert es länger: Ein Foto braucht etwa eine Sekunde, will man also ein Video aufnehmen mit beispielsweise 15-30 fps (Frames per second, Anzahl der Fotos pro Sekunde Film, Anm.) muss man dann für eine Sekunde Video 15 – 30 Sekunden warten.
Thomas Juffmann: Man sieht zum Teil auch bei unseren Filmen, dass die Objekte ein bisschen wackeln.

Eure Kamera hat eine Verschlusszeit von 0,1 Nanosekunden. Herr Juffmann, wofür werden solche Kameras in Ihrer Forschung eingesetzt? Wo im Alltag?
Thomas Juffmann:
Unsere Kamera wird vor allem in der Fluoreszenzlebenszeit-Mikroskopie genutzt. Sie wird von Zellbiologen und von Strukturbiologen eingesetzt. Auch in der Klinik findet sie verschiedene Anwendungen; beispielsweise bei der Diagnose von Hautkrebs. Dabei werden Fluorophore, das sind Farbstoffe, mit einem Laser angeregt: Schießt man einen Laserpuls auf den Farbstoff, dann kommt ein paar Nanosekunden später Licht einer anderen Wellenlänge wieder raus. Misst man den mittleren Zeitabstand zwischen dem Zeitpunkt der Anregung und dem Zeitpunkt, zu dem das Licht wieder rauskommt, dann kennt man die Fluoreszenzlebensdauer dieses Farbstoffs, die von seiner Umgebung abhängt. Das heißt vom pH-Wert, der Ionenkonzentration, der Temperatur usw. So können also Rückschlüsse auf die Umgebung des Farbstoffes gezogen werden und damit lernt man etwas über die Zelle, über die lokalen Gegebenheiten.
Allgemein wird das Prinzip, dass man Distanz in Zeit umrechnen kann, sehr oft verwendet, etwa bei Light Detection And Ranging (LIDAR). Das funktioniert wie Radar, nur mit Licht, und findet heutzutage Anwendungen bei autonom fahrenden Autos, die damit die Umgebung abtasten. Auf den Autodächern dreht sich ein Laser, der Pulse aussendet und ein Detektor, der misst, wann Licht wieder zurückkommt. Mit LIDAR wurden aber auch bereits Mayastädte vermessen, und es wird verwendet, um das Schweizer Stromnetz zu überwachen, beispielsweise ob Bäume in die Nähe der Leitungen kommen. LIDAR ist mittlerweile ein riesengroßes Thema.

LIDAR ist also die technische Nutzung dessen, was ihr ästhetisch macht, kann man das so sagen?
Thomas Juffmann:
Ja, das kann man so sagen.

Das Labor, wo eure Aufnahmen entstehen, sieht ja nicht nach dem typischen Atelier aus: Frau Rodríguez, wie sind Sie auf die Idee gekommen, aus einer wissenschaftlichen eine künstlerische Technik zu machen? Wie kam diese Transformation zustande?
Enar de Dios Rodríguez:
SEEC photography ist erst in den USA entstanden, als Philipp, Thomas und ich in der San Francisco Bay Area (Kalifornien, USA, Anm.) gelebt haben. Einmal haben wir bei Thomas in Palo Alto zu Abend gegessen und er begann von einer coolen Kamera zu erzählen, die er auf eBay gekauft hatte. Er verwendete sie für Experimente. Da ich Fotografie an der Angewandten studiert hatte, begannen wir darüber nachzudenken, ob man die Kamera auch verwenden könnte, um zu filmen, wie sich Licht über Alltagsgegenstände ausbreitet. Es war anfangs wirklich bloße Neugier; wie das wohl aussehen würde? Ist das überhaupt möglich? Am nächsten Morgen sind wir ins Labor gegangen, haben herumprobiert und tatsächlich ein Bild bekommen. Dann haben wir einfach weitergemacht. Es hat sich Schritt für Schritt entwickelt. Unsere Videos stießen im künstlerischen und wissenschaftlichen Umfeld der Bay Area auf großes Interesse, wir hatten in Folge eine große Ausstellung in Oakland, und hielten viele Vorträge. SEEC ist also eher durch einen schönen Abend und Zufall entstanden.
Es ist schwer zu sagen, wo die Wissenschaft aufhört und die Kunst beginnt. Man denke nur daran, dass Fotografie selbst anfangs im wissenschaftlichen Kontext entstanden ist: Die Pioniere wie Marey und Muybridge, an die wir einige unserer Videos anlehnen, haben ihre Bilder in wissenschaftlichen Magazinen veröffentlicht. Heute wird ihre Arbeit in jedem Kunstgeschichtekurs an Universitäten studiert, ihre Bilder hängen in den besten Museen. Die Frage, ob Kunst oder Wissenschaft, ist also auch eine Frage der geschichtlichen Veränderung.

5/8erl in Ehr´n & SEEC photography: Schau wo wir jetzt sind

Herr Wenger, SEEC wurde für das Musikvideo zu eurem Song “Schau wo wir jetzt sind” verwendet. Dabei gleitet das Licht über Instrumente, aber auch über euch als Band. Um das zu sehen, muss das Video effektiv 500.000.000-fach verlangsamt werden: Welche Musik spielt man zu so einer Slowmotion?
Clemens Wenger:
Wir haben uns gar nicht die Frage gestellt, wie man die Musik zum Video macht, sondern die Bilder nach der Musik gesucht. Am Anfang stand ein gegenseitiger Inspirationsprozess: Ich kannte SEEC photography bereits und die Idee war, mit 5/8erl in Ehr’n ein gemeinsames Projekt zu machen. Wir sind mit der Band an die Uni gekommen, haben einen Vortrag gehört und uns die Geräte angeschaut. Mit diesen Eindrücken haben wir ein Lied komponiert; weniger zu der Zeitlupe, als zum Vortrag. Dort ging es um die Geschichte der Fotografie, wie zum ersten Mal die Lichtgeschwindigkeit gemessen wurde, was man zu welchen Zeitpunkten in der Geschichte gewusst hat und was nicht. Dieses Suchen nach Fakten war die Inspiration für die Musik. Erst danach haben wir uns überlegt, welche Bilder gut zu dem Lied passen. Enar und ich hatten dann die Idee alte Bilder unserer Bandgeschichte nachzustellen und zu zeigen, wie die Bühne ohne uns aussieht. Wir haben auch über Alternativen diskutiert – Thomas wollte unbedingt eine Liebesszene filmen. (lacht)
Enar de Dios Rodríguez: Das wollte er schon seit es SEEC gibt!
Thomas Juffmann: Ich wollte nur Tänzer und den Kuss von Klimt. (lacht)

Auf mich hat das Musikvideo, allgemein die Bilder von SEEC, eine sehr eigentümliche Wirkung. Es stimmt mich melancholisch und berührt mich.
Philipp Haslinger:
Man weiß ja auch gar nicht wirklich, was man da sieht. Nur die wenigsten kennen das. Daher hat das etwas Ungewöhnliches, obwohl jedes Mal, wenn wir das Licht aufdrehen, es sich ausbreitet und über Objekte streicht, nur sieht man das nicht.

Herr Haslinger, wie ist das mit der Kunst und der Wissenschaft? Ist Kunst eine Inspirationsquelle für Ihre Forschung? Oder pointiert formuliert: Sollte man Physiker:innen ins Kunsthistorische Museum Wien zerren?
Philipp Haslinger:
Oder Künstler:innen ins Labor? Ich glaube, was Thomas, Clemens, Enar und ich machen sind Ideen. Man möchte etwas Neues schaffen, nicht nur kopieren. Selbst wenn man kopiert, aber etwas in einem neuen Licht betrachtet, ist es schon neu. Es geht darum, sich zu inspirieren und Ideen zu finden.

Was sagen die Künstler:innen zu dem Thema? Soll man Künstler:innen in den TU Forschungsreaktor schicken?
Enar de Dios Rodríguez:
Ja, ich denke, es ist wichtig verschiedene Wissensbereiche zu mischen. Sie so zu separieren, wie wir es jetzt tun, ist ein Fehler. Die Menschen würden sich auf ganz unterschiedliche, radikal neue Art gegenseitig inspirieren, die wir uns davor gar nicht vorstellen können. Denn wenn man auf ein Feld konzentriert ist, folgt man sozusagen nur einem Licht. Kommt dann jemand, der Licht in die entgegengesetzte Richtung schickt, kann das sehr fruchtbar sein.
Clemens Wenger: Es gibt in der Kunst, genauso wie in der Wissenschaft, sehr viele Spezialisten, die ein Ding gut können und ihr ganzes Leben lang nur dasselbe machen. In der Kunst wird das manchmal fad. Es ist immer interessant, wenn Künstler:innen sich weiterentwickeln und nach Neuem suchen. Nur ist die Kunst selber kein Fass ohne Boden, da kann man nicht nur rausnehmen, man braucht von wo anders auch Inspirationen. Ich finde es wunderbar, sich von der Wissenschaft inspirieren zu lassen, aber auch von anderen Kunstrichtungen.

Das Team von SEEC beim Interview

Das Team von SEEC (und alexandria-Redakteur Dorian)

Kommen wir allgemein zum Verhältnis von Kunst und Wissenschaft, daher wird's jetzt philosophisch. Ein wichtiger Begriff der Kunst ist Schönheit: Herr Juffmann, welche Rolle spielt für Sie Schönheit in der Wissenschaft?
Thomas Juffmann:
In der Wissenschaft liegt für mich eine gewisse Schönheit in der Einfachheit und der Allgemeinheit. Beim Licht zum Beispiel die Maxwell-Gleichungen, das sind vier halbe Zeilen, die fast alle elektromagnetischen Phänomene beschrieben, egal ob im Festkörper, im freien Raum, egal ob Licht oder Radiowellen. Das hat einfach eine unglaubliche Eleganz, die ich sehr schön finde.

Was sagt die Kunstfraktion? Würdet ihr euch eine Gleichung an die Wand hängen?
Enar de Dios Rodríguez:
Ich glaube, ich mag das Chaos mehr. Als ich das erste Mal in ein Physiklabor gekommen bin, war ich schwer begeistert, so viele Geräte und Kabel! Ich habe mir gedacht, dass hier wirklich etwas Wichtiges entsteht, das ich nie verstehen werde. (lacht)
Philipp Haslinger: Dabei sind die meisten Kabel nicht angeschlossen. (lacht)
Enar de Dios Rodríguez: Also für mich ist es eher das Gegenteil von dem was Thomas gesagt hat. Ich finde das Unbegreifliche, das Chaos und die unendlichen Möglichkeiten, die so ein Physiklabor bietet, spannend.

Da besteht jetzt eine interessante Spannung: Schönheit ist einerseits, wenn man etwas möglichst allgemein versteht und andererseits, wenn es einen überfordert und man es nicht versteht. Abschließend, was kommt als nächstes bei SEEC?
Enar de Dios Rodríguez:
Wir haben uns wegen des Covid19-Lockdowns seit langem nicht gesehen. Heute Abend essen wir gemeinsam, also wer weiß? (lacht)
Thomas Juffmann: Wenn man immer weiß, was als nächstes kommt, ist es fad.

Thomas Juffmann, Physiker, nutzt Quanten- und Laserphysik um Licht- und Elektronenspektroskope zu optimieren.
Philipp Haslinger, Physiker, misst mittels Materiewellen-Interferometrie kleinste Kräfte auf Atome und Elektronen.
Enar de Dios Rodríguez, visuelle Künstlerin, beschäftigte sich zuletzt mit der Produktion sozio-ökonomischer Räume.
Clemens Wenger, Musiker und Komponist, macht Sounddesign für FIlm und Medien, schreibt für und spielt bei 5/8erl in Ehr’n

- Ein Video über Leben und Schaffen von Eadweard Muybridge (englisch): "Slices of Time: Eadweard Muybridge‘s Cinematic Legacy"
     (San Francisco MoMA)
- Über Quantenphänomene und Interferenz: "Wann wird ein Quantenobjekt klassisch?" (Uni Wien)
- Mehr Infos zur Chronofotographie von Marey und Muybridge: Chronophotographie (Lexikon der Filmbegriffe, Uni Kiel)

Weitere Artikel