Magnetismus: Anziehend

Die alten Griechen bestaunten ihn als eine Art Wunder. Doch ohne Magnetismus wäre der Großteil moderner Technologien undenkbar. Am Wiener AKH wird er jetzt sogar zur Behandlung von Depressionen eingesetzt.

Magnetismus. Im ersten Augenblick schwebt einem ein Eisenstück, eventuell in Hufeisenform, vor Augen, auf dem Büroklammern haften. Wenn man versucht, die Klammern vom Eisen zu lösen, dann benötigt man dazu mehr Kraft, als würde man sie nur vom Boden aufheben. Natürlich: Das Eisenstück oder Hufeisen ist ein Magnet.

Das kennen wir aus dem Physikunterricht. Was wir weniger kennen, ist die Nutzung dieser Kraft in einer Fülle von Technologien, die ohne Magnetismus nicht denkbar wären. Sie sind so alltäglich geworden, dass wir nicht an Magnetismus denken, auch wenn er auf vielfältige Weise rund um uns ist. Es gäbe keinen Computer, keine Disketten, keine Armbanduhr, keine Kreditkarte, keine Parkkarte, kein Radio, keinen Fernseher, kein Telefon, kein Handy, keinen Walkman, kein elektrisches Küchengerät und nahezu keine der modernen Maschinen ohne Magnetismus.

Magnetresonanz. Auch die jüngsten Medizin-Nobelpreise – nicht die ersten in diesem Bereich – hatten mit Magnetismus zu tun: Der Amerikaner Paul C. Lauterbur, 74, und der Brite Sir Peter Mansfield, 70, wurden im vergangenen Herbst für ihre grundlegenden Entdeckungen ausgezeichnet, die zur Entwicklung der Magnetresonanztomografie führten, einem bildgebenden Diagnoseverfahren, das schonende und präzise Einblicke in die inneren Organe des menschlichen Körpers ermöglicht.

Neuerdings wird Magnetismus sogar zur Behandlung depressiver Patienten eingesetzt. Bei der so genannten Tanskraniellen Magnetstimulation wird mithilfe eines starken Magnetfelds die linke vordere Hirnrinde stimuliert, eine Zone, deren Aktivität für den Antrieb und die Stimmung ausschlaggebend ist. An der Abteilung für Allgemeine Psychiatrie des Wiener AKH wird derzeit eine Studie durchgeführt, deren Ziel es ist, die allgemeine klinische Anwendbarkeit des Verfahrens zu testen.

Schutz des Lebens. Aber neben diesen praktischen Anwendungen hat der Magnetismus für uns Menschen eine fundamen-tale Bedeutung: „Ohne Magnetismus würden wir nicht existieren“, sagt etwa Roland Grössinger, Professor für Festkörperphysik an der TU Wien. Ohne Erdmagnetismus würde es überhaupt kein Leben auf diesem Planeten geben. Die Erde ist aufgrund ihres flüssigen Eisenkerns von einem Magnetfeld umgeben (Dynamoeffekt), dessen Feldlinien an den Polen zusammenlaufen. Dieses Magnetfeld wirkt wie ein Schutzschild gegen kosmische Teilchen, primär jene, welche die Sonne aussendet. Der Teilchenstrom wird durch den Schutzschild von der Erde abgelenkt. Gäbe es diesen Schutzschild nicht, dann wäre kein Leben auf der Erde entstanden, weil die kosmischen Teilchen die sensible DNA zerstört hätten.

Auch unsere heutige Zivilisation wäre ohne Magnetismus undenkbar. Die gesamte Strom- und Energieversorgung beruht auf der Transformatortechnik, einer Schlüsseltechnologie für das moderne Leben, wie wir es kennen. Moderne Transformatoren enthalten Weichmagneten aus Eisensilizium. Damit lassen sich Ströme bzw. Spannungen den technischen Anforderungen anpassen. Indem Transformatoren die elektrische Spannung beträchtlich erhöhen, wird erst der Transport der elektrischen Energie über große Distanzen und ohne großen Verlust ermöglicht.

Am Zielort sind es wieder Transformatoren, die die elektrische Spannung auf die normale Netzspannung herabsenken. Und in vielen Geräten des täglichen Gebrauchs sind es nochmals – sehr kleine – Transformatoren, welche die Netzspannung ein weiteres Mal erheblich absenken, ob im Rasierapparat oder im Ladegerät des Handys. Viele der Geräte sind bequem handhabbar, weil eine spezielle Neodym-Eisen-Brom-Legierung die extreme Miniaturisierung der darin enthaltenen Permanentmagneten ermöglicht. Die Magnete im Kopfhörer eines Walkmans würden sonst ein Kilogramm wiegen, und wer will schon mit einem Kilo am Kopf herumlaufen? Oder am Beispiel Computer: Das Herzstück jedes Laufwerks ist ein winziger Permanentmagnet, „sonst wäre der Laptop ein Schlepptop“, formuliert es Grössinger.

Nicht nur Computerlaufwerke und jede Art von Elektromotor bewegen sich aufgrund der Wirkmechanismen des Elektromagnetismus, auch die Informationstechnologie wäre ohne sie undenkbar. Jedes Tonband speichert magnetische, wieder abrufbare Muster. Und jede Festplatte enthält winzigste Magnete, in denen sich magnetische Muster speichern und wieder abrufen lassen. Jeder Lautsprecher funktioniert aufgrund von magnetischen Impulsen. Und jeder Elektromotor funktioniert nur, weil durch eine Drahtwicklung elektrischer Strom fließt, der ein Magnetfeld erzeugt, und wechselnde Magnetfelder den Rotor antreiben.

Überall, wo es bewegte elektrische Ladungen gibt, entsteht Magnetismus, physikalisch eine Folge der vier fundamentalen Wechselwirkungen zwischen Elementarteilchen (schwache Wechselwirkung, starke Wechselwirkung, Gravitation und elektromagnetische Wechselwirkung). Und elektrische Ladungen zeigt bis zu einem gewissen Grad praktisch jede Substanz – auch der menschliche Körper.

Damit operierten schon in früheren Jahrhunderten die so genannten Magnetheiler, die vorgaben, mit dem Magnetismus ihrer bloßen Hände Vorgänge im Körper beeinflussen zu können. Damit operieren auch heute noch Naturheiler, die ihre Hände in einigem Abstand über den Körper des Patienten bewegen und so „Entladungen“ herbeiführen. Der Glaube an Wunder und Zauberei durchzieht die gesamte Geschichte – von den seltsam anziehenden Steinen (Magneteisensteine), die im alten Griechenland bestaunt wurden, bis zu den Magnetismusvorführungen und Zaubereien im 18. und 19. Jahrhundert. Und noch heute staunen Menschen über Magnetismusspielzeug wie etwa den in der Luft schwebenden Kreisel.

Die Faszination und Magie des Magnetismus scheint bis heute ungebrochen. Das nützten in den vergangenen Jahren etliche Firmen, die in Inseraten Magnetfeldmatten zur Behandlung verschiedenster Beschwerden anpriesen – zum Stückpreis von etwa 2000 Euro. Wissenschaftliche Studien würden belegen, dass man damit 140 verschiedene Krankheiten heilen könne. Ein eigenes Vertriebssystem, in das per fette Provision auch Ärzte eingebunden waren, sorgte für die Verbreitung.

Im Sommer 2002 legte schließlich der Kärntner Internist und frühere Gesundheitsminister Michael Ausserwinkler eine im Auftrag des Gesundheitsministeriums erstellte Wirkungsstudie vor. Ergebnis, so Ausserwinkler: „Es gibt einen Momentaneffekt, der durch die Durchblutungssteigerung erzeugt wird. Einen Heilungseffekt gibt es nicht.“

Kompetenzzentrum. Jenseits solcher Geschäftemacherei hat die Nutzung von Magnetfeldern die Medizin dennoch einen riesigen Sprung vorwärts gebracht, „und unseren Gesichtskreis in Diagnostik und Überwachung der Therapie enorm erweitert“, wie Herwig Imhof, stellvertretender Vorstand der Wiener Universitätsklinik für Radiodiagnostik, unterstreicht. Im Juni des Vorjahres wurde auf dem Gelände des Wiener AKH ein Kompetenzzentrum für Hochfeld-Magnetresonanz geschaffen. Es ist in einem flachen Holzbau nahe den Schwestertürmen untergebracht, um störende Einflüsse durch Metalle oder etwa Stahlbeton abzuhalten.

Dort stehen zwei Hochfeld-Magentresonanztomografen – einer für den täglichen Diagnosebetrieb und einer für Forschungszwecke. Im Vorraum sind an der Wand kleine Holzschließfächer angebracht, damit die Bediensteten alle magnetrelevanten Gegenstände wie Bankomatkarten, Münzen, Handys, Taschencomputer etc. aufbewahren können. Denn in das Allerheiligste des Zentrums sollte man derartige Gegenstände tunlichst nicht mitnehmen, wie Ewald Moser, naturwissenschaftlicher Leiter des Kompetenzzentrums, bildhaft vor Augen führt.

Wie ein Projektil. Er hat an einer Schnur eine kleine Eisenschere befestigt. Die Schere hält er fest in der rechten, das andere Ende der Schnur in der linken Hand. So tritt er vor den Magnetresonanztomografen, ein etwa 2,5 Meter hohes ringförmiges Gerät mit einer etwa zwei Meter langen Tunnelröhre in der Mitte, in die der Patient auf einer Lafette eingeschoben wird.

In der Röhre wird üblicherweise ein Magnetfeld von 1,5 Tesla erzeugt. Bei den in Stahlwerken zum Aufsammeln von Alteisen verwendeten Elektromagneten reicht diese Feldstärke aus, um mehrere Tonnen Eisen in die Höhe zu heben. Sobald Moser die Schere loslässt, schießt diese wie ein Projektil in die Röhre und spannt die Schnur zwischen sich und Mosers linker Hand. Diese enorme Kraft hat an solchen Anlagen immer wieder zu Unfällen geführt.

Dennoch spüren wir diese Kraft nicht, wenn wir ohne Metall vor der Tunnelröhre stehen. Im Lauf der Evolution hat der Mensch die Fähigkeit, Magnetfelder zu spüren, zugunsten anderer, für ihn wichtigerer Fähigkeiten eingebüßt. Damit hat er auch die Fähigkeit, das Erdmagnetfeld zu spüren, verloren, während sich Zugvögel, Tauben oder auch Hunde danach richten. In Australien wurden Hunde versuchsweise 70 oder 80 Kilometer von ihrem angestammten Platz entfernt ausgesetzt. Sie fanden aufgrund ihres Sinns für das Erdmagnetfeld wieder zurück.

Aber nicht alle Planeten oder Himmelskörper verfügen über ein solches Feld. Der Mond beispielsweise enthält nur verschwindend wenig Eisen und besitzt daher praktisch kein Magnetfeld. Die Sonne hingegen kennt deren gleich mehrere – ein großes, dipolares wie die Erde und viele kleinere, die einander überlagern. „Das sind sehr komplexe magnetische Vorgänge“, sagt Ronald Weinberger, Astrophysiker an der Universität Innsbruck.

Masseverlust. Überall im Kosmos, wo geladene Teilchen strömen, sind Magnetfelder im Spiel. Bei der Milchstraße genauso wie bei rotierenden Galaxien oder bei der Entstehung der Sonne. „Das Magnetfeld verhindert, dass Sterne zu groß werden“, erklärt Weinberger, „es hilft, dass sie Masse abgeben.“ Ohne dieses Magnetfeld wäre die Sonne auf das Zweihundertfache ihrer heutigen Größe angewachsen. Dann würde es uns wohl nicht geben.