Archiv für den Tag: 26/10/2011

Reproduzierbarkeit

Der Gruppe um den bekannten Elektrochemiker Zylev* ist es nach Jahren nervenaufreibender und kostenintensiver Forschung endlich gelungen, mithilfe eines Palladium-Katalysators in lauwarmer Umgebung schwere Wasserstoffisotope zu Helium-Atomen zu verschmelzen und dabei eine Menge Energie zu gewinnen. Gemäß den Konventionen wissenschaftlicher Forschung werden der Versuchsaufbau und die Ergebnisse dieser „Lauwarmen Fusion“ peinlich genau dokumentiert, in Prosa gegossen und per Pressemitteilung des Instituts sowie einer Veröffentlichung in einer rennomierten Zeitschrift verbreitet. Forschungsgruppen auf der ganzen Welt unter der Leitung der nicht minder berühmten Wissenschaftler Yslan, Xennux und Wenzelheim versuchen, das Ereignis der lauwarmen Fusion in ihren eigenen Laboratorien zu reproduzieren. Sie lesen dafür den Fachzeitungsartikel und bauen den beschriebenen Versuchsaufbau penibel nach. Trotz der großen Gewissenhaftigkeit, die sie dabei an den Tag legen, verändert sich die Zusammensetzung ihrer Ausgangsstoffe nicht – es entsteht kein Helium und schon gar kein Energieüberschuss.

Der bisher – im kryptoanalytischen Bereich – eher leidlich erfolgreiche Softwarearchitekt Vercout veröffentlicht auf seinem persönlichen Blog einen Beitrag, in dem er behauptet, den Klartext des ersten Blattes der mysteriösen Beale-Chiffre (Zahlenfolge siehe Abbildung unten, Quelle: Wikipedia) entziffert zu haben. Dazu müsse lediglich ein von ihm entwickelter Vertausch-Algorithmus auf die Zahlen der Chiffre angewendet werden, im Anschluss daran sind sie Stellvertreter für die letzten Buchstaben von Wörtern aus der englischen Genesis-Übersetzung, deren Position durch den Zahlwert bestimmt wird. Mit dem veröffentlichten Vertausch-Algorithmus starten mehrere Hobbyforscher einen Versuch, den Vercout’schen Klartext zu reproduzieren. Auch wenn die Implementation des Algorithmus relativ einfach gelingt, erhalten sie bei der Anwendung auf die Genesis nur sinnlose Aneinanderreihungen von Buchstaben.

Zweite Beale-Chiffre
Beale-Chiffre (Quelle: wikipedia.org)

Sind die beiden Fälle vergleichbar? Nein, es besteht ein gewichtiger Unterschied – und zwar keinesfalls der, dass die Forscher und die Veröffentlichungskanäle aus den beiden Beispielen mit sehr unterschiedlichem Renommee ausgestattet sind. Vielmehr liegt die Diskrepanz im Grad der Reproduzierbarkeit – sie ist nämlich im ersten Beispiel bloß prinzipiell, im zweiten aber generell leistbar.

Obwohl ich tatsächlich mal zwei Semester Chemie studiert habe, bin ich weit davon entfernt, zu wissen, was im Experiment aus Beispiel 1 so alles schiefgehen kann. Was man aber ohne Zweifel behaupten kann, ist, dass die Umgebung einen Einfluss auf das Geschehen in der Versuchsanordnung nehmen kann. Die genauen Randbedingungen, die beim gelungenen Versuch geherrscht haben, sind wahrscheinlich nie exakt dokumentierbar, schon gar nicht in einem Paper, das ja auch gelesen werden will. Ebensowenig ist es möglich, den Versuchsaufbau einfach an andere Laboratorien zu verschicken, da die Randbedingungen schwer mitverschickt werden können. Was bleibt, ist andere Forschergruppen zum Ursprungsort der lauwarmen Fusion zu geleiten, auf dass sie dort die Ergebnisse reproduzieren können. Entscheidende Randbedingungen könnten sich dennoch inzwischen geändert haben.

Ehe ich hier noch weiter auf einem Gebiet herumeiere, von dem ich nur einen sehr blassen Schimmer habe, kümmere ich mich lieber darum, woran es gelegen haben könnte, dass die Entschlüsselung der Beale-Chiffre in Beispiel 2 gescheitert ist. Erstens könnte Vercout ein Scharlatan sein, schließlich ist er wenn überhaupt nur lose mit dem entsprechenden Wissenschaftsbetrieb vernetzt. Es ist aber nicht zwingend notwendig, dass hier bewusst getäuscht wurde: Vielleicht wurde evtl. der Algorithmus einfach nicht in einer Form niedergeschrieben, dass er eindeutig nachprogrammiert werden könnte. Möglicherweise stimmt aber einfach die Version des Textes (die englische Genesis-Übersetzung) beim ursprünglichen Versuch nicht mit der der Reproduktionsversuche überein. Oder das Wortmodell, das Vercout nutzt, ist ein anderes als das seiner Überprüfer (Zählt man etwa don’t als zwei Wörter? Wo beginnt das zweite? Wird die Versnummerierung als Wort gezählt? Wie verhält es sich mit den Zahlen im Text?). Auch in diesem Fall haben wir es mit einer Menge an Randbedingungen zu tun, die Einfluss auf das Ergebnis des Experiments nehmen.

Im Unterschied zu Beispiel 1 sind diese Randbedingungen aber selbst reproduzierbar, da der Rahmen des Experiments virtualisierbar ist. Sowohl die Ausgangsmaterialien des Versuchs (die Zahlenkolonnen der Beale-Chiffre, die englische Genesis-Übersetzung) wie auch der Versuchsaufbau (der Vertausch-Algorithmus sowie der Tokenizer für den Bibeltext) sind prinzipiell eindeutig durch Algorithmen und Datenstrukturen abbildbar. Die moderne Informations-, Kommunikations- und Softwaretechnologie ermöglicht es uns, diese Algorithmen und Datenstrukturen auf eine zugängliche Weise zu verpacken und untereinander auszutauschen. Eine solche Verpackung für Experimente über textbasierte Daten ist das von uns entwickelte Tesla. Und da es hier jetzt schon ein wenig lang wird, werde ich die Eigenschaften dieser Verpackung (deren graphische Repräsentation man im Screenshot unten sieht) in einem eigenen Post thematisieren.

Screenshot eines Tesla-Experiments
Screenshot eines Tesla-Experiments

* Bevor mich hier jemand verklagt: Die Namen der Wissenschaftler und ihre Forschungsergebnisse sind frei erfunden. Ähnlichkeiten mit lebenden oder verstorbenen Personen sind rein zufällig und nicht beabsichtigt.