Allgemeinbildung Digitalisierung für Dummies
Allgemeinbildung Digitalisierung für Dummies
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Das vorliegende Werk wurde sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren und Verlag für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie eventuelle Druckfehler keine Haftung.
Print ISBN: 978-3-527-71876-4
ePub ISBN: 978-3-527-83446-4
Coverfoto: © Martinan – stock.adobe.com
Korrektur: Frauke Wilkens, München
Dr. med. Christina Czeschik, M.Sc., ist Ärztin und Medizininformatikerin. Sie hat in der Medizin im Bereich der Elektro- und Neurophysiologie promoviert und ihr Masterstudium in der Medizininformatik mit einer Arbeit zu Machine Learning und Netzwerkanalyse abgeschlossen.
Nach Stationen in verschiedenen medizinischen Fachrichtungen arbeitet sie heute im öffentlichen Gesundheitsdienst. Seit 2015 ist sie freie Autorin und schreibt über Digitalisierung, digitale Gesundheit, Informationssicherheit und digitale Privatsphäre, auch im Blog auf ihrer Webseite www.serapion.de. Unter dem Pseudonym Jo Koren schreibt sie Science-Fiction. Sie lebt im Ruhrgebiet.
Meinen Kindern.
Dieses Buch wäre nicht entstanden ohne die vielen Gespräche auf Treffen und Veranstaltungen des Chaos Computer Clubs und seines Umfelds, die ich in den letzten zehn Jahren geführt oder denen ich zugehört habe. Viele davon waren inspirierend, manche besorgniserregend, nicht wenige philosophisch und einige völlig unverständlich. Letztere waren vielleicht die wichtigsten, weil sie mich immer wieder in zuvor unbekanntes Territorium geführt haben. Alle Fehler und Ungenauigkeiten in diesem Buch gehen auf mein Konto, nicht das meiner Gesprächspartnerinnen und -partner.
Ich danke auch meinen Redakteurinnen und Redakteuren, Auftraggeberinnen und Auftraggebern der letzten Jahre, die mir immer wieder den Anstoß und die Gelegenheit gegeben haben, mich in neue Themen einzuarbeiten oder bekannte Themen in neuem Licht zu betrachten.
Meiner Lektorin bei Wiley-VCH, Andrea Baulig, danke ich für die Idee zu diesem Buch und die gute Betreuung bei seiner Entstehung.
Allen mir nahestehenden Menschen danke ich für ihr Verständnis für aufgeschobene Verabredungen, unkonzentrierte Telefonate und generelle Zerstreutheit. Vielleicht wird es beim nächsten Buch besser.
Wir Menschen sind ziemlich gut darin, Werkzeuge zu erfinden und zu benutzen, besser jedenfalls als unsere nächsten Verwandten im Tierreich. (Das macht unseren Verwandten das Leben ziemlich schwer, aber das wäre Stoff für ein anderes Buch.)
Auch der Computer war einst so ein Werkzeug: Menschen stellten fest, dass manche Probleme doch recht mühsam zu lösen waren, und entwarfen ein Ding, das ihnen Arbeit ersparen sollte.
Dieses Ding blieb dann auch für ein paar Jahrzehnte genau das: ein nützliches Werkzeug für bestimmte Arbeiten, das aber nicht besonders viel Auswirkung auf andere Lebensbereiche hatte. Wie auch? Der Computer wusste nichts von der komplexen Welt um ihn herum, sondern konnte nur sauber formulierte und eng umgrenzte Probleme für seine Anwender lösen, wenn auch zugegebenermaßen sehr effizient.
Allerdings gab es immer mal wieder Menschen, deren Intuition ihnen sagte, dass in den großen und schwerfälligen Computern der Anfangsjahre ein größeres, aufregenderes Potenzial schlummerte. Man müsste nur die komplexe Welt in den Computer bringen – vielleicht in viele kleine, berechenbare Probleme zerlegen, und dann würde der Computer alle diese Probleme für uns lösen.
Der Mensch selber, so die Idee, macht ja auch nichts anderes, als den lieben langen Tag kleine und größere Probleme zu verstehen und zu lösen. Im Gegensatz zum Menschen würde ein Computer aber weder von schlechter Laune noch von Müdigkeit oder Toilettenpausen abgelenkt.
So begann man nach und nach, die Probleme der Alltagswelt in die Sprache der Computer zu übersetzen. Gleichzeitig machte die unermüdliche technologische Weiterentwicklung die Computer leistungsfähiger, kleiner und billiger und somit vielseitiger einsetzbar.
Je leistungsfähiger die Computer wurden, desto mehr wurde klar: Sie nehmen uns zwar viel Arbeit ab, aber dafür entsteht für uns neuer Aufwand – der Aufwand, die unordentliche Welt um uns herum in die geordnete Sprache der Computer zu übersetzen. Schon im Jahr 1952 beschwerte sich die Computerpionierin Grace Hopper (von der Sie später noch mehr lesen werden) in einem Aufsatz darüber, was für »stumpfe Arbeit« das sei.
Eine mögliche Lösung: dem Computer beizubringen, seine komplexe Umwelt wie ein Mensch wahrzunehmen und zu verarbeiten. Aber trotz aller Bemühungen und Fortschritte bei der Entwicklung von künstlicher Intelligenz sind wir sogar heute von solchen wirklich intelligenten Maschinen noch weit entfernt.
Langsam keimte also die Einsicht: Wenn der Computer uns nicht entgegenkommt, müssen wir ihm entgegenkommen. In anderen Worten – um den Aufwand zu verringern, der bei der Übersetzung der realen Welt in das digitale Verständnis des Computers entsteht, muss die reale Welt sich an die digitale annähern.
Und schon sind wir in der Gegenwart angekommen. Computer helfen uns in praktisch allen Lebensbereichen – und weil wir diese Hilfe nicht mehr missen möchten, passen wir umgekehrt unser Leben an den Computer an.
Das ist die digitale Welt, und dieses Buch ist Ihr Reiseführer.
Sie als Leserin oder Leser dieses Buches müssen keine technischen Vorkenntnisse mitbringen, um es zu verstehen, und schon gar keine Berufserfahrung in einem technologischen Feld.
Damit Sie den Ausführungen in diesem Buch folgen können und hoffentlich Spaß daran haben, ist es völlig ausreichend, wenn Sie mit wachen Augen durch die Welt von heute gehen.
Wenn das der Fall ist, haben Sie mit der einen oder anderen digitalen Anwendung, die in diesem Buch (vor allem in den Teilen III und IV) beschrieben wird, schon mal ein bisschen Erfahrung gesammelt: Sie schreiben beispielsweise E-Mails, nutzen ein soziales Netzwerk oder bezahlen Ihre Rechnungen im Onlinebanking. Keine dieser Erfahrungen ist wirklich Voraussetzung für das Verständnis dieses Buches, aber sie werden Ihnen helfen, sich in den Herausforderungen und Entwicklungen wiederzufinden, die in den jeweiligen Kapiteln beschrieben werden.
Dieses Buch besteht aus sechs Teilen. Jeder Teil ist auch für sich allein verständlich, Sie müssen das Buch also nicht von vorn bis hinten lesen.
Die Ausführungen in Teil II bauen aufeinander auf. Daher ist es sinnvoll, wenn Sie Teil II tatsächlich von vorn anfangen zu lesen.
Überall im Buch finden Sie auch Verweise auf andere Buchstellen, wenn diese zum Verständnis hilfreich sind.
In Teil I bekommen Sie einen ersten Überblick über das Thema Digitalisierung. Was bedeutet der Begriff überhaupt, und warum beschäftigen wir uns damit?
In diesem Teil werden die Grundlagen für den Rest des Buches gelegt. Hier geht es sozusagen um das Baumaterial der digitalen Welt: Daten, ausgedrückt im binären Zahlensystem. Wie können aus so etwas Einfachem so komplexe Anwendungen entstehen, wie sie uns heute umgeben?
Wenn Einsen und Nullen das Holz sind, aus dem die digitale Welt gebaut wird, dann sind Algorithmen Säge und Hammer – unverzichtbar, aber bei falschem Einsatz auch schädlich. Auch mit ihnen befassen wir uns in Teil II.
Schließlich bekommen Sie auch noch einen kurzen Überblick über Konzepte der Digitalisierung, die nicht nur auf Einsen und Nullen beruhen: von ternären über biologische bis hin zu Quantencomputern.
Computer stehen nicht nur auf dem Schreibtisch und denken für uns nach. Immer wichtiger werden auch die Möglichkeiten von Computern, die physische Umgebung direkt zu beeinflussen – etwa durch den Einsatz von Robotik – oder von ihr beeinflusst zu werden, etwa durch Sensoren im Internet der Dinge. Um diese Themen geht es in Teil III.
Die Digitalisierung durchdringt mittlerweile unser ganzes Leben. Alle ihre Anwendungsbereiche zu besprechen, würde jedes Buch sprengen (und Ihre Lesezeit auch). Daher steigen wir in Teil IV in einige ausgewählte Bereiche ein, die
Für uns als Gesellschaft eröffnet die Digitalisierung neue Chancen, die aber zu Gefahren werden, wenn sie zu weit getrieben werden. In jedem dieser Spannungsfelder müssen wir entscheiden, wo wir uns platzieren wollen:
Darum geht es in Teil V.
Mit diesem Teil schließen alle Bücher der … für Dummies-Reihe ab. In diesem hier finden Sie im Top-Ten-Teil zehn Empfehlungen von spannenden Vorträgen, die Sie als Aufzeichnungen im Netz abrufen können. Wenn Sie möchten, können diese für Sie ein Sprungbrett sein, um sich mit dem einen oder anderen Thema aus diesem Buch noch tiefer auseinanderzusetzen.
Damit Sie sich besser zurechtfinden und wichtige Informationen gleich erkennen, sind bestimmte Texte in diesem Buch mit Symbolen gekennzeichnet:
Haben Sie Fragen oder Anmerkungen zu diesem Buch? Sie erreichen mich unter der E-Mail-Adresse czeschik@serapion.de. Ich freue mich auf Ihre Rückmeldungen!
Teil I
Kapitel 1
IN DIESEM KAPITEL
Wir modernen Menschen sind seit ungefähr 300.000 Jahren auf dem Planeten Erde unterwegs. Wir werden geboren, verlieben uns, pflanzen uns fort, führen Kriege gegeneinander, werden krank und wieder gesund und verdienen auf die eine oder andere Art und Weise unseren Lebensunterhalt.
Dabei mussten und müssen unsere Vorfahren und Zeitgenossinnen sich vor allem mit einer Tatsache abfinden:
Unsere Existenz ist eine Aneinanderreihung von Umwegen, Unfällen und Straßenverkehrsämtern, die fünf Minuten vor unserem Eintreffen schließen (während wir noch einen Parkplatz suchen).
Viele der Probleme, die uns im täglichen Leben begegnen, lassen sich einer von zwei Ursachen zuordnen:
In anderen Worten, wir suchen nach mehr Effizienz: Die Mühe, die wir aufwenden, soll zu einem möglichst guten und angenehmen Leben führen.
Effizienz bedeutet unter anderem, nicht notwendige Dinge einzusparen.
Wenn Sie sie zu Fuß besuchen, um ihr die Nachricht zu überbringen, dann verbrauchen Sie damit Zeit und Energie, um Ihren Körper dorthin zu bewegen – überflüssigerweise. Sie benötigt ja nur die reine Information und nicht Ihre körperliche Anwesenheit (es sei denn, sie wollte Ihnen bei der Gelegenheit auch gleich die Haare schneiden).
Schneller und mit weniger Energieaufwand teilen Sie ihr per Kurznachricht auf dem Handy mit: »Mediterrane Küche für Dummies wäre toll. Nie wieder angebrannte Lasagne!«
Ziel ist also, den in Ihrem Kopf existierenden Wunsch nach »Mediterrane Küche für Dummies« so effizient wie möglich zu übermitteln. Dazu muss die Information allerdings zuerst in einer Form vorliegen, die die elektronische Übertragung in Computernetzwerken erlaubt.
Da wir in diesem Buch jedoch sehr viel von »Daten« und »Information« sprechen und ihnen ganz genau auf den Grund gehen werden, ist es wichtig, diese Begriffe einmal so gut es geht zu definieren.
Das Wort »Daten« ist ursprünglich die Mehrzahl von »Datum«, und dieses wiederum bedeutet auf Latein »das Gegebene«. Es gibt keine fachübergreifend anerkannte Definition von »Daten«, aber die International Organization for Standardization (ISO) definiert sie als »wieder interpretierbare Darstellung von Informationen in formalisierter Art«. Diese Definition ist für das Buch, das Sie hier gerade lesen, ganz brauchbar.
Das Wort »Information« kommt vom lateinischen »informatio«, das einerseits »Vorstellung« oder »Begriff« bedeutet, andererseits auch »Erläuterung« oder »Unterweisung«. Die Definitionen des Begriffs »Information«, die in verschiedenen Wissenschaften verwendet werden, sind noch vielfältiger als die des Begriffs »Daten«. Für unsere Zwecke können wir aber die einfache Definition verwenden, dass Informationen Daten sind, die miteinander in Zusammenhang gebracht werden, sodass sie einen Nutzwert haben. Da ein Zusammenhang oder Kontext von einem Beobachter abhängig ist, können Daten also einfach so herumliegen, aber Informationen gibt es nur dort, wo jemand sie zur Kenntnis nimmt.
Und schließlich gibt es auch noch Wissen: Das sind Informationen, die miteinander so in Zusammenhang stehen, dass ein menschlicher Akteur sie nutzen kann, um Entscheidungen zu treffen oder Pläne zu formulieren.
Nebenbei: Weil »Datum« im Alltagsgebrauch meistens nur noch im Sinne eines bestimmten Tages im Kalender verwendet wird, spricht man von »Daten« im hier beschriebenen Sinn normalerweise nur in der Mehrzahl. Es wäre aber auch korrekt, von einem einzelnen »Datum« zu sprechen, wenn die Verwechslung mit einem Kalendertermin ausgeschlossen ist.
Nach dieser Begriffsklärung wissen wir, wovon wir sprechen, wenn es um Daten und Informationen geht. Dabei müssen wir beim Unterschied zwischen Daten und Informationen nicht übermäßig pingelig sein: Digitale Daten, die für einen Beobachter oder Nutzer relevant und sinnvoll sind, sind Informationen und bleiben trotzdem Daten. Daher werden beide Begriffe hier auch manchmal synonym verwendet.
Im Lasagne-Rezept steht »Die Lasagne bei 180° C Umluft 30 bis 40 min überbacken«. Das ist eine Information.
Sie haben bemerkt, dass an Ihrem Ofen die Umluftfunktion kaputt ist und Sie mit Ober- und Unterhitze backen müssen. Daher müssen Sie den Ofen auf 200° C statt 180° C einstellen und ihn vor dem Backen vorheizen. Das ist Wissen.
Die Übertragung von Informationen über Computernetzwerke ist bis heute die effizienteste und am vielseitigsten einsetzbare, die uns zur Verfügung steht.
Auch wenn man dies modernen Apps nicht mehr ansieht, beruhen alle heutigen Computer und ihre Anwendungen immer noch auf dem Prinzip des Binärcomputers. Dieser wurde in den 1930er- und 1940er-Jahren erfunden und seither weiterentwickelt.
Nach eigener Aussage wollte er eine Maschine bauen, die ihm das Rechnen abnehmen sollte – weil er selbst zu faul dazu war. Er begründete damit eine Tradition, die bis heute überdauert: Viele nützliche digitale Technologien stammen von Leuten, die zu faul waren, um Dinge von Hand zu erledigen.
Grundlage für die heutigen Computer sind allerdings nicht die Rechenmaschinen Z1 bis Z4 von Konrad Zuse, sondern die Architektur, die John von Neumann wenige Jahre später in den USA entwickelte.
Bei Zuses Rechnern war das Programm nicht im selben Speicher wie die Daten abgelegt, sondern auf einem unveränderlichen Filmstreifen. Bei von Neumanns Architektur liegen dagegen Daten und Programm im gleichen Speicher, sodass die Befehlsabfolge auch während der Laufzeit geändert werden kann.
Wie bei vielen erfolgreichen Erfindungen streiten Fachleute sich übrigens bis heute darüber, wer der eigentliche Erfinder war und wer die wichtigsten Beiträge zur Entwicklung des Computers geleistet hat. Halten wir einfach fest, dass die heutige Computertechnologie das Ergebnis einer gemeinschaftlichen Leistung vieler (größtenteils fauler) Menschen ist.
Wenn Informationen aus der realen Welt (man spricht auch von analog vorliegenden Informationen) mit dem Computer verarbeitet werden sollen, müssen sie also in Zahlenwerten abgebildet werden. Dieser Vorgang ist die Digitalisierung.
Digitale Abbilder sind meist weniger komplex als die Objekte, die ihnen zugrunde liegen. Anders gesagt: Die Realität kann nur unvollständig abgebildet werden. Wenn Sie etwa, wie im obigen Beispiel, Ihrer Freundin Ihren Weihnachtswunsch per Textnachricht mitteilen, dann werden Informationen eingespart.
Bei einem persönlichen Besuch hätte Ihre Freundin womöglich noch viele weitere verbale, aber sicherlich auch nonverbale Signale von Ihnen erhalten: Dass Sie heiser sind und Ihre Nase läuft, dass Ihre Jacke feucht ist, weil es auf dem Weg geschneit hat, dass Sie nach verbrannter Lasagne riechen …
Dieser Verlust an Informationen ist eine der wichtigsten Begleiterscheinungen der Digitalisierung, die auch gesellschaftliche Konsequenzen hat. Über gesellschaftliche Auswirkungen der Digitalisierung schreibe ich in Teil V dieses Buches ausführlicher.
Diese Unvollständigkeit von digitalen Informationen dient aber auch der Effizienz: Die reale Welt ist voll von Informationen, die für uns keine Rolle spielen. Manche davon waren für Menschen für den größten Teil ihrer Geschichte unter fast keinen denkbaren Umständen relevant, wie etwa das Magnetfeld der Erde. Daher haben wir keine Fähigkeiten entwickelt, um diese wahrzunehmen.
Bei den Informationen, die wir mit unseren Sinnen wahrnehmen können, ist unser Nervensystem ständig damit beschäftigt, Relevantes von Irrelevantem zu trennen. Im besten Fall gelangt nur das Relevante in unser Bewusstsein – aber das klappt auch nicht immer.
Die Digitalisierung von Informationen birgt also auch die Chance, Irrelevantes einzusparen. Wenn Sie digital an einer Besprechung teilnehmen – also als Videokonferenz –, dann sehen die anderen Teilnehmerinnen nicht, was Sie für eine Hose anhaben, und sie riechen auch nicht, welches Duschgel Sie am Morgen benutzt haben. Diese Informationen spielen im Kontext der morgendlichen Videokonferenz aber auch keine Rolle. Das digitale Abbild Ihres wirklichen Selbst kann sich verbal zu den Fragen Ihrer Kollegen äußern und vielleicht noch ein paar Informationen durch Mimik vermitteln – das reicht.
Wenn die Digitalisierung von Informationen erst einmal geschafft ist, dann eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten:
Das löst das erste Problem, das unseren Alltag oft so umständlich macht: Dass uns Information nicht zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort zur Verfügung steht.
Dienste wie OpenStreetMap, Google Maps und Apple Maps können dieses Problem lösen, weil ihnen die Informationen über das Straßennetz digital zur Verfügung stehen und sie sie digital verarbeiten und reibungslos an das Smartphone der Autofahrerin übermitteln können.
Und manche Informationen, die früher schon zur Verfügung standen, aber zu einem hohen Preis, werden durch die einfache digitale Übermittlung und Vervielfältigung erst erschwinglich.
Videostreaming-Dienste wie Netflix oder Prime Video von Amazon bieten Tausende von Filmen und Serien für eine Monatsgebühr, die zu Zeiten der Videotheken gerade mal für zwei bis drei VHS-Kassetten gereicht hätte.
Aber das ist noch nicht alles: Wenn Informationen erst mal digital vorliegen, dann können sie auch automatisiert verarbeitet werden. Damit löst sich das zweite Problem, das unseren Alltag mühsam macht: Es nimmt uns Arbeit ab, die vorher nur von Menschen erledigt werden konnte.
Sie können auch mit Verfahren verarbeitet werden, die zu Ergebnissen kommen, die dem menschlichen Verstand gar nicht zugänglich gewesen wären – etwa weil die Datenmengen zu groß sind.
Das sind die Verfahren des Machine Learning und der künstlichen Intelligenz, von denen Sie später in diesem Buch noch lesen werden.
Teil II