Asger Risom
Als der Vesuv im Jahr 79 n. Chr. ausbrach, verwandelte er eine ganze philosophische Bibliothek schlagartig in spröde Kohlezylinder. Jahrhundertelang zerfielen die Herculaneum-Schriftrollen zu Staub, wenn man versuchte, sie zu entrollen. Durch die Kombination von Teilchenbeschleuniger-Röntgenaufnahmen mit maschinellen Lernalgorithmen, die darauf trainiert sind, mikroskopische Tintenstrukturen auf karbonisierten Fasern zu erkennen, entrollen und transkribieren Forscher nun virtuell verlorene klassische Texte, ohne die zerbrechlichen physischen Relikte zu berühren.
Als der Vesuv im Jahr 79 n. Chr. ausbrach, geschah etwas Ungewöhnliches mit dem Küstenort Herculaneum. Während Pompeji unter einem Hagel aus Bimsstein begraben wurde, traf Herculaneum die Wucht einer überhitzten Welle aus vulkanischem Gas und Asche. In einer weitläufigen Privatvilla, die einst Julius Caesars Schwiegervater gehörte, wurde eine persönliche Bibliothek klassischer griechischer und römischer Texte bei Hunderten von Grad in einer sauerstoffarmen Umgebung schlagartig gebacken.
Die Schriftrollen verbrannten nicht zu Asche. Sie karbonisierten. Sie verwandelten sich in feste, spröde Zylinder aus reiner Holzkohle.
Jahrhundertelang stellten diese Schriftrollen ein grausames archäologisches Rätsel dar. Die einzige erhaltene intakte Bibliothek aus der klassischen Welt lag direkt in unseren Händen, doch jeder Versuch, eine einzelne Rolle zu entrollen, ließ sie zu wertlosem schwarzem Ruß zerfallen. Frühe Versuche, sie aufzuschneiden oder abzuschälen, zerstörten äußere Schichten und hinterließen unzusammenhängende Fetzen.
Nun gelingt es einer Mischung aus Teilchenphysik, 3D-Scannen und maschinellem Lernen, was menschliche Hände nie vermochten: intakte antike Bücher zu entrollen und zu lesen, ohne sie zu berühren.
Das Schwarz-auf-Schwarz-Bildgebungsproblem
Eine Röntgenaufnahme einer antiken Papyrusrolle klingt unkompliziert, doch gewöhnliche CT-Scanner aus Krankenhäusern stoßen sofort an eine physikalische Grenze.
Medizinische Röntgenaufnahmen funktionieren, weil Knochen und Weichteile stark unterschiedliche atomare Dichten aufweisen; Kalzium blockiert Röntgenstrahlen, während Muskeln sie passieren lassen. Spätere mittelalterliche Manuskripte sind ebenso leicht zu scannen, da die Schreiber Eisengallustinte verwendeten, die Schwermetallsalze enthält, die unter einem Röntgenstrahl wie Neon aufleuchten.
Die Schreiber in Herculaneum hatten kein Eisen in ihrer Tinte. Sie schrieben mit einer einfachen Mischung aus Ruß, Gummi und Wasser. Als der Vulkanausbruch die Bibliothek backte, verwandelte sich der pflanzliche Papyrus in reinen Kohlenstoff – und die rußbasierte Tinte war von Anfang an reiner Kohlenstoff.
Für einen Standardscanner sehen die Schriftrollen völlig einheitlich aus: schwarze Tinte auf schwarzem Papier.
Um diese Kohlenstoff-Tarnung zu durchdringen, transportierten Forscher die zerbrechlichen Rollen zum Diamond Light Source, einem Teilchenbeschleuniger in Oxfordshire, England. Durch die Beschleunigung von Elektronen nahe Lichtgeschwindigkeit erzeugt das Synchrotron Röntgenstrahlen, die Milliarden Mal heller sind als Krankenhausgeräte.
Entscheidend ist, dass dieses Setup die Phasenkontrasttomographie nutzt. Anstatt nur zu messen, wie viele Röntgenstrahlen ein Objekt durchdringen, misst es die mikroskopische Ablenkung der Röntgenwellen, wenn sie verschiedene Materialien streifen. Diese Auflösung ist fein genug, um die physikalische Topographie des gerollten Blattes bis hin zu einzelnen Papyruspflanzenfasern zu erfassen.
Das Nachzeichnen eines zerknitterten 3D-Pfannkuchens
Einen ultrahochauflösenden 3D-Scan einer Schriftrolle zu erhalten, ist nur der erste Schritt. Das schwierigere rechnerische Problem besteht darin, dass die Schriftrollen keine sauberen, konzentrischen Spiralen sind.
Als die vulkanische Explosion die Villa traf, wurden die Schriftrollen zerdrückt, verdreht und in sich selbst gefaltet, wie von einem Fenster im zweiten Stock fallengelassenes Pappmaché. Wenn man das 3D-Röntgenvolumen digital durchschneidet, sieht man keine sauberen Seiten; man sieht Tausende von gewundenen, gebrochenen Linien, die durch einen dichten Zylinder verlaufen.
Informatiker mussten eine völlig neue Verarbeitungspipeline namens „virtuelles Entrollen“ erfinden. Zuerst durchsuchen Algorithmen die Gigabytes an volumetrischen Scandaten, um die kontinuierliche 3D-Oberfläche einer einzelnen gewickelten Papyrusschicht zu identifizieren und zu segmentieren.
Sobald die Software dieses gewundene, verzerrte Blatt durch das Innere der Rolle nachzeichnet, führt sie eine geometrische Berechnung durch, um es virtuell zu einer 2D-Digitalbildfläche zu glätten. Dies von Hand zu tun, würde Jahrzehnte des Klickens erfordern, daher entwickelten Ingenieure automatisierte Segmentierungswerkzeuge, die die gewickelten Schichten wie ein topologisches Netz behandeln und die Kurven um Brüche und Hohlräume nachzeichnen.
Ruß auf Ruß mit Code erkennen
Sobald eine digitale Seite geglättet ist, kehrt die ursprüngliche Herausforderung zurück: Die Tinte ist für das menschliche Auge immer noch nahezu unsichtbar.
Hier kam die Vesuvius Challenge – ein offener Wissenschaftswettbewerb, der zur Entschlüsselung der Schriftrollen ins Leben gerufen wurde – ins Spiel, indem sie sich dem maschinellen Lernen zuwandte. Die Teilnehmer erkannten, dass selbst wenn die Kohlenstofftinte keinen dunklen Schatten auf dem Röntgenbild wirft, der physische Akt des Schreibens eine physikalische Signatur hinterließ.
Als ein Schreiber einen Rohrfeder in den Papyrus drückte, lag die Tinte auf der Oberfläche, drang in die mikroskopischen Pflanzenfasern ein und trocknete zu einem schwachen, erhabenen Film. Neuronale Netze, die an winzigen, verifizierten Fragmenten entrollten Papyrus trainiert wurden, lernten, diese subtilen Oberflächenvariationen zu erkennen – winzige Höhenunterschiede, mikroskopische Hohlräume im Fasergeflecht und subtile Dichteverschiebungen.
Während die Modelle die virtuell geglätteten Blätter scannen, heben sie Pixelcluster hervor, die dem physikalischen Profil getrockneter Tinte entsprechen, und stellen so griechische Buchstaben aus dem dar, was wie statisches Rauschen aussieht.
Verlorene Stimmen der Antike treten aus der Asche hervor
Der Erfolg stellte sich ein, als Forscher bekannt gaben, dass eine gesamte gerollte Schriftrolle – katalogisiert als PHerc. 1667 – vollständig kartiert, entrollt und von Anfang bis Ende gelesen worden war, ohne die Rolle zu öffnen.
Der virtuell wiederhergestellte Text umfasst etwa 1,4 Meter Papyrus und enthält über zwanzig Spalten altgriechischer Schrift. Papyrologen, die die digitale Transkription lasen, identifizierten sie als eine verlorene Abhandlung über stoische Ethik aus dem zweiten Jahrhundert v. Chr., die sich mit menschlicher Natur, Weisheit und Tugend befasst.
Hunderte dieser karbonisierten Zylinder lagern in Archiven in Neapel, Oxford und Paris, unberührt, weil jeder wusste, dass das Öffnen ihre Zerstörung bedeuten würde. Über die bereits in Museumstresoren befindlichen Schriftrollen hinaus glauben Archäologen, dass die Villa selbst nur teilweise ausgegraben wurde, wobei ein gesamtes unteres Bibliotheksgeschoss möglicherweise noch unter Tonnen von Vulkangestein begraben liegt.
Zweitausend Jahre lang hielt die Vulkanasche des Vesuvs eine Bibliothek verborgen, indem sie sie zu Stein werden ließ. Nun, da Code durch Kohle sehen kann, tritt die verlorene Literatur des antiken Mittelmeerraums endlich wieder ans Licht.
