"Digital"

Mein neues Buch erscheint im September 2019 bei Springer:

Rückentext

„Mehr ist anders“, sagte ein Nobelpreisträger und meinte damit das Phänomen der „Emergenz“ — dass bei einer Zunahme von Quantität eine neue Qualität, etwas grundsätzlich Neues entstehen kann.
Genau dies führt der Autor am Thema „Digitalisierung“ vor: Der Computer, der nach einfachsten technischen Prinzipien funktioniert, wird zum mächtigen Werkzeug, ja „Denkzeug“. Milliarden Computer, miteinander vernetzt, schaffen erneut einen Quali- tätssprung: die Entstehung eines weltweiten Informations-, aber auch Überwa- chungsnetzes. Und wir erleben eine technische Revolution, die vor allem durch die „Künstliche Intelligenz“ ausgelöst wird.
Diese Entwicklung wird in einfacher Sprache und mit vielen konkreten Beispielen in diesem Buch verständlich dargestellt.
Ausgehend von der technischen Funktionsweise klassischer Computer sowie neuro- naler Netze wird die Modellierung der Wirklichkeit in Form von Daten und Prozessen beschrieben. Aufbauend auf diesem Verständnis wird ein Teil der mannigfaltigen As- pekte der digitalen Vernetzung anschaulich geschildert und bewertet. So lernen die Leser, wie Computer „denken“.
Letztendlich geht es um die Frage, ob die Digitalisierung Segen oder Fluch der Menschheit sein wird. Die Antwort des Autors wird Sie überraschen.

Inhalt

Einleitung

„Wie Computer denken“ – das ist doppeldeutig. Es kann bedeuten, dass hier erläutert wird, wie Computer „denken“, d. h. wie sie funktionieren. Dass Computer denken, ist natürlich nur eine Metapher, ein Gleichnis. Denn wie wir Menschen „denken“, das können sie nicht. Denken können nur wir Menschen und einige andere Lebewesen (und niemand weiß, wie wir uns „Gedanken machen“, sie herstellen). Oder? Wir werden sehen. 

Es kann aber auch bedeuten, dass die Leserin oder der Leser¹lernen soll, wie ein Computer zu denken, also ähnlich systematisch, schematisch, exakt und rational vorzugehen und oft gemachte menschliche Denk-Fehler zu vermeiden. Egal, wie Sie es interpretieren, Sie werden nach der Lektüre dieses Buches verstehen, wie Algorithmen mit Daten umgehen. Denn der Computer „denkt“ mit Algorithmen. Wobei natürlich erklärt wird, was es mit dem Zungenbrecher „Algorithmus“ auf sich hat. Wenn Sie dieser Fachbegriff erschreckt, was wollen Sie dann sagen, wenn ich Ihnen verrate, dass er von einem arabischen Rechenmeister und Astronomen namens Muhammad Ibn-Mūsā al-H̱wārizmī abgeleitet wurde, eine Verballhornung seines Namens. Er war sozusagen der Adam Riese des Orients. Nehmen wir den Ausdruck hier erst einmal als Fachbegriff für beliebige Rechenverfahren.

„Wie Computer denken“ ist also ein falscher Untertitel. Sie tun es nicht. Sie verarbeiten nur Zahlen und Texte und gegebenenfalls technische Signale, z. B. aus einem Mikrofon oder von den Sensoren einer Heizung – letztlich nur Bits und Bytes. Sie denken nicht, sie sind so dumm wie der Schalter einer Nachttischlampe: AN und AUS. Wirklich? Wieso reden die Fachleute aber dann von künstlicher Intelligenz? Wieso schlägt „Watson“² menschliche Gegenspieler bei Jopardy, wieso gewinnen Computer GO und Schach? Dazu gibt es einen simplen aber tiefsinnigen Spruch: „Mehr ist anders“. Ein Neuron, sozusagen das Bit in unserem Kopf, kann auch nicht denken. Aber die 86 Milliarden (in Zahlen: 86.000.000.000) in Ihrem Kopf, die können es. Hoffe ich. Schon der Fadenwurm Caenorhabditis elegansmit 136 Neuronen kann es.³„Aber er hat kein Bewusstsein“, sagen viele. Wenn wir uns darauf einigen, was das ist, dann können wir es vielleicht beurteilen. Und spekulieren, ob der Computer eins hat oder irgendwann haben wird. Auch das wird unser Thema sein.

Ebenso offen ist ja noch die Frage, was „Denken““ ist.Das ist schwer zu definieren, wie so viele sehr abstrakte Begriffe. Aber jeder verbindet eine klare Vorstellung damit (was auch schon ein Denkvorgang ist). Das Undefinierbare des Offensichtlichen. Den französischen Philosophen René Descartes kennen viele wegen seines berühmten Satzes: „cogito ergo sum“ (lateinisch für ‚Ich denke, also bin ich’). Denken scheint eine Grundvoraussetzung unserer geistigen Existenz zu sein.

„Noch ein Buch über Bits und Bytes?!“, werden Sie fragen. Muss das sein? Ja. Das Wissen über „das Digitale“ ist immer noch nicht überall vorhanden. Es ist aber inzwischen Mode zu verlangen, Kinder sollten Programmiersprachen lernen, um den Computer und das Internet zu verstehen. Das ist richtig und falsch zugleich. Richtig ist es, um zu erkennen, dass ein Computer kein magisches geheimnisvolles Wesen ist, sondern eine einfache Maschine. Falsch ist es, weil man nicht wissen muss, wie ein Dieselmotor funktioniert, um seine Umweltbelastung zu beurteilen und über den Sinn des motorisierten Individualverkehrs nachzudenken, der fossile Brennstoffe verbraucht. Dieses Buch versucht, eine Balance zwischen diesen beiden Meinungen zu finden. Dadurch, dass Sie nicht programmieren lernen, aber sehen und ein Gefühl dafür bekommen, wie ein Programm aussieht. Damit Sie den Computer so weit verstehen, um Möglichkeiten und Grenzen beurteilen zu können. Und zu erkennen, wie wir ihn steuern können und wie er uns steuert.

Ich möchte nicht nur komplizierte Sachverhalte in verständlicher Weise beschreiben, sondern sie zusätzlich in einfache Gedanken, in kleine verständliche Häppchen zerlegen (ich bin jedoch kein Freund von „Leichter Sprache“)⁴. Allerdings gibt es schon Nebensätze, Einschübe, Fußnoten und gängige Fremdwörter. Das Buch behandelt keine Spezialthemen und bietet elektronische Einzelheiten, sondern gibt einen realitätsbezogenen Überblick über die wichtigsten Gebiete, in denen die Phänomene der Digitalisierung erscheinen. Es nennt und erklärt die wichtigsten Fachbegriffe und macht sie durch Wiederholungen geläufig. Der Schwerpunkt wird nicht auf das technische Funktionieren gelegt, sondern auf die Verbindung des Digitalen mit dem „normalen Leben“.

Karl Marx benannte 1867 in „Das Kapital“ als die drei wichtigsten Unternehmensressourcen Material, Kapital und Arbeit. Dass Information die vierte Ressource der Wirtschaft sein würde, sah damals noch niemand. Im Zeitalter des Informationskapitalismus haben Material und Arbeit in vielen Bereichen ihre Bedeutung verloren. Und dass man Informationen einmal automatisch verarbeiten würde wie Stahl oder Damenstrümpfe, das ahnte damals erst recht kein Mensch.

Inzwischen sind wir durch drei „industrielle Revolutionen“ gegangen. Die drei Revolutionen werden von verschiedenen Autoren unterschiedlich benannt. Die Mechanisierung von Handarbeit durch Maschinen und die Erfindung der Dampfmaschine durch Thomas Newcomon und ihre Weiterentwicklung durch James Watt Ende des 18. Jahrhunderts gehören sicher dazu. Viele bezeichnen die Elektrifizierung und die Erfindung des Computers als den dritten Umbruch – schließlich bescherte uns das unter anderem das Internet, die universelle Wissensquelle (und Unsinnsquelle gleichermaßen). Das Internet löste die vierte industrielle Revolution aus („Industrie 4.0“ genannt) und trat seinen Siegeszug an in unsere Wohnzimmer, ja in die Jeanstaschen unserer Teenager.

Noch vor einem halben Jahrhundert waren Computer zimmergroß, standen in klimatisierten Räumen und kosteten ein Vermögen. Sie waren für Sonderaufgaben der Datenverarbeitung in Unternehmen gedacht. Heute sind sie tragbar, haben Räder (man nennt sie „Autos“), können fliegen und bestimmen unser Leben und unser Denken. Milliarden Menschen halten sie manchmal an ihr Ohr, um mit anderen zu telefonieren. Meine Espressomaschine ist ein Computer mit einem Algorithmus: Wenn Sensorsignal 17 dann Anzeige „Wassertank leer“. Ich könnte sogar meine bevorzugte Cappuccino-Mischung über das Internet einprogrammieren.

Die Geschichte der Computer erinnert an die ersten Probebohrungen in Texas: Ein harmloses Stückchen Land verwandelt sich plötzlich in eine sprudelnde Ölquelle. „Digitalisierung“ erzeugt in einer Suchmaschine „Ungefähr 12.900.000 Ergebnisse (0,39 Sekunden)“. Also muss und werde ich mich auf das (in meinen Augen, also subjektiv gesehen) Wichtigste beschränken. Denn das Feld ist riesig und unüberschaubar (meine 600 Fußnoten mit Quellenangaben zeugen davon). Auch sind heute Mengen von Informationen im Internet verfügbar. Deswegen kann ich auf die genaue Erläuterung vieler Einzelheiten verzichten – sie sind mit einem Mausklick nachlesbar. Wo ich Einzelheiten dennoch erwähne, dienen sie dem Verständnis des Ganzen, des roten Fadens, den ich zu spinnen versucht habe.

Viele warnen vor der wachsenden wirtschaftlichen, sozialen und politischen Macht der fünf größten amerikanischen Technologieunternehmen, der „Big Five“: Apple, Amazon, Google, Facebook und Microsoft. Ihr Einfluss droht manchmal größer als der von politischen Institutionen zu werden. Dabei beruht sie auf dem Funktionsprinzip einer geradezu lächerlich einfachen Maschine, wenn man in ihr Inneres vordringt. Genau das wollen wir hier versuchen.

Lassen Sie sich bitte nicht dadurch abschrecken, dass ich manchmal in technische Details abtauche. Damit will ich ein echtes und gründliches Verständnis erreichen, anstatt nur mit wolkigen Worten über (im wahrsten Sinn des Wortes) das Thema zu reden. Denn konkrete Beispiele, in die man sich vertiefen kann, helfen beim Verstehen des Prinzips.

Drei große Themen wollen wir behandeln. Ich will Ihnen zeigen,

• wie aus einem extrem einfachen Prinzip des Computers (der Unterscheidung von 0 und 1) ein extrem komplexes System (das Internet) hervorging,
• wie mit methodischen Arbeitstechniken riesige Softwaresysteme industriell hergestellt werden (und nicht durch einzelne freischaffende „Künstler“) und
• welche gesellschaftlichen Auswirkungen die Digitalisierung hat, welche Potentiale und welche Gefahrenstellen sie aufweist und in welchen Bereichen sich unser Leben dadurch dramatisch verändert hat und weiter verändern wird.

1 Ab hier werde ich das „generische Maskulinum“ verwenden und immer alle nur denkbaren Geschlechter damit meinen.

2 Watson ist ein Computerprogramm aus dem Bereich der Künstlichen Intelligenz. Es wurde von IBM entwickelt, um Antworten auf Fragen zu geben, die in digitaler Form in natürlicher Sprache eingegeben werden. Es ist nach Thomas J. Watson, einem der ersten Präsidenten von IBM, benannt. Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Watson_(Künstliche_Intelligenz). Wir werden es in Kapitel 3.2 wiedertreffen.

3 Caenorhabditis elegansist uns in intellektueller Hinsicht prozentual quantitativ überlegen, denn ein ganzes Drittel seiner Körperzellen besteht aus Neuronen ähnlich denen in unserem Gehirn. der spiegel 38/2016 S. 124 und https://de.wikipedia.org/wiki/Caenorhabditis_elegans. Er hat sogar einen eigenen domain name: www.celegans.de (Info auf http://www.celegans.de/de/research%20interests).

4 https://de.wikipedia.org/wiki/Leichte_Sprache.

Leseprobe

Was ist eigentlich Information?

Ist sie materiell oder immateriell, gar etwas „selbständig Seiendes“? Oder ist sie an etwas gebunden, ohne das sie nicht existiert? Schaut man sich einen Schlüssel im Unterschied zum Rohling an (Abbildung 1-3), dann sieht man sofort die Information (wörtlich: Einformung) in der Abfolge von Zahn (z) und Kerbe (k). In unserem Fall ist es eine Zeichenfolge mit nur zwei Werten, nämlich „zkkzzk“. Die Computer- techniker nennen das „binär“ und schreiben es als 0-1-Folge: 100110. Die einzelnen Binärziffern sind die „Bits“ – die werden wir uns im nächsten Kapitel 1.2 genauer ansehen.

Abbildung 1 3: Information ist „Einformung“

Feilen oder fräsen Sie die passenden Kerben in einen Schlüsselrohling hinein, können Sie mit dieser Information („Einformung“) ein Schloss öffnen. Was unterscheidet diese Information von einer zufälligen und bedeutungslosen Einkerbung des Rohlings? Die Antwort ist in der Frage versteckt: Sie hat eine Bedeutung. Was bedeutet das nun wieder? Sie ist die Ursache einer Wirkung – in unserem Beispiel schließt sie das Schloss auf. Die Zeichenkette „Xe78aUug0K42“ ist eher zufällig und bedeutungslos. Sie kann aber auch das Passwort meines Routers sein. Dann hat sie eine Wirkung: Sie stellt die Kommunikation zu meinem PC her. Die Wirkung oder Bedeutung kann auch eine Verknüpfung zu einer anderen Information sein. „13071983“ wird dann zur Information, wenn sie mit dem Begriff „Geburtsdatum“ einer anderen Person verknüpft ist. Information ist immateriell, sie braucht aber immer einen materiellen Träger – hier den Schlüssel. Oder die Zeichnung, das Schlüsselfeilprogramm oder auch nur das präzise Gedächtnis des Schlossers. Denken Sie sich den Schlüssel weg, ist auch die Information weg. Mit der Information allein können Sie kein Schloss öffnen. Das ist im Computer nicht anders. Die Information – Daten und Programme – braucht einen materiellen Träger, den Hauptspeicher, die Festplatte, den USB-Stick. Wird der Träger vernichtet, ist die Information weg. 

Der Satz „Hier könnte es Fisch geben“ ist nichts Materielles, er ist nicht anfassbar, er hat keine physische Ausdehnung (außer in seiner niedergeschriebenen Form). Das weiß der gesunde Hausverstand ebenso wie die Tatsache, dass er einen materiellen Träger braucht. Die Information ist an diesen Träger gebunden, an eine beliebige physikalische Größe: eine elektrische Spannung, ein magnetisches Feld, eine Drehrichtung usw. Ist sie binär codiert, brauchen wir nur zwei verschiedene Werte, mehr nicht. Der Satz ist eine Information, und der materielle (besser: physikalische) Träger ist das Papier, ein Schallimpuls oder (wenn es ein Gedanke ist) das Gehirn. Auch wenn es das einer Möwe ist, die um einen Fischtrawler kreist. Hätte sie keins, könnte sie den Satz nicht „denken“ (im übertragenen Sinne). Die Grenze nach unten ist fließend und nicht feststellbar – ähnlich der Frage, ab wie vielen Körnern ein Sandhaufen kein Haufen mehr ist, sondern nur noch ein paar Körnchen. So kann ein einzelnes Neuron nicht denken, aber viele können es. Aber ab wie vielen?

Information ist Bedeutung, Ordnung, Struktur. Das unterscheidet ein Gedicht von einem Buchstabensalat, ein Musikstück von einer zufälligen Tonfolge. So lassen sich beliebig umfangreiche Informationsmengen codieren, ob mit einem 24-Zeichen-Vorrat wie in unserem Alphabet oder einem 4-Zeichen-Vorrat in unserer DNS oder als 0-1-Sequenz im Computer. Allerdings bedeutet diese Information erst einmal … gar nichts. Sie unterscheidet sich in ihrer Wahrscheinlichkeit nicht von „keiner“ Information, unserem Rohling (zz…zz oder 11…11). Erst wenn die Information „gelesen“ wird und etwas bewirkt, etwas steuert oder beeinflusst, einen Sinn und Zweck hat, eine Aktion auslöst, ist sie etwas Besonderes. Unter Millionen oder Milliarden bedeutungsloser k-z-Sequenzen („Informationsrauschen“) schließt dieser eineSchlüsseleinbestimmtes Schloss.

Es gibt keine Information ohne Informationsträger, also das physikalische Medium, in das sie „eingeformt“ ist, in dem sie gespeichert ist und transportiert wird. Kein Brief ohne Papier, kein Zuruf ohne Schallwelle, keine E-Mail ohne Übertragungsnetz, kein Handygespräch ohne Funkwellen, kein Gedanke ohne Gehirn, keine Erbinformation ohne DNS. Oft lebt die Information (auf ihrem Träger!) länger als das zugehörige Individuum – von Ramses bis Nelson Mandela. Oder das Licht eines 3 Millionen Lichtjahre entfernten Sterns, das wir hier sehen, obwohl der Stern längst verglüht ist. Denn die Information (das Licht) „reist“ als eine elektromagnetische Welle, so wie das Handygespräch.

Selbst der Rohling enthält – informationstheoretisch gesehen – eine Information, aber die bedeutet nichts. Oder doch? Es würde sicher manchen Einbrecher verblüffen, wenn überraschenderweise der Rohling die Tür schließen würde! Gedanken sind in diesem Sinne weniger passive Informationen, sondern eher aktive Wirkungen – sie rufen etwas hervor. Physikalisch gesehen sind es elektrische oder chemische Potenziale, die andere physikalische Signale auslösen. Vielleicht setzen sie Neurotransmitter frei und rufen Gefühle hervor, ein inneres Erleben. Prosaisch, nicht wahr?

Allerdings hat das Gehirn keine lineare Struktur, sondern ist ein so genanntes „neuronales Netz“. Es hat nicht eine CPU und einen Speicher und eine sequenzielle Verarbeitung von Programmbefehlen wie ein PC, es arbeitet dezentral, vernetzt und parallel. Wir werden aber noch sehen, dass die Computer-wissenschaftler versuchen werden, genau dieses neuronale Netz technisch nachzubilden.