Digitale Welt

Grundidee und zentrale Begriffe

Die digitale Welt umfasst alles, was mit digitalen Sachverhalten zusammenhängt: alle Erscheinungen, die sich durch Digitalsignale beschreiben lassen oder von ihnen beeinflusst werden. Anders als analoge Signale bestehen digitale Daten aus eindeutig unterscheidbaren Werten und können von Computern gespeichert und verarbeitet werden.

Die Umwandlung von Fakten und Zusammenhängen in speicherbare Daten heißt Verdatung. Big Data bezeichnet sowohl sehr große Datenmengen als auch die Technologien, mit denen sie gesammelt und ausgewertet werden. Als Digital Natives gelten Menschen, die mit digitalen Technologien aufgewachsen sind. Digitale Nomaden sind Erwerbstätige, die mithilfe digitaler Technik räumlich mobil arbeiten.

Rechner und Digitalisierung analoger Informationen

Seit den 1970er-Jahren wurden integrierte Schaltkreise immer kleiner und leistungsfähiger. Digitaltechnik verbreitete sich zunächst unter anderem in Taschenrechnern und später in Computern. Weil sie vielseitig und preiswert einsetzbar ist, wurde sie zu einer Schlüsseltechnologie. Digitale Daten lassen sich ohne Informationsverlust beliebig oft kopieren, in großen Mengen speichern und schnell abrufen.

Algorithmen sind eindeutige Verarbeitungsvorschriften. Zusammen mit Computerprogrammen verknüpfen und strukturieren sie Daten. Programme werden mit Programmiersprachen und über Programmierschnittstellen erstellt. Datenbanken speichern Datensätze und lassen sich mit Datenbanksprachen füllen und abfragen. Ein Betriebssystem verwaltet einen Computer; Anwendungsprogramme dienen seiner Nutzung, Apps besonders der Nutzung mobiler Geräte. In Geräten fest eingebaute Software heißt Firmware. Programmfehler können Abstürze, Fehlfunktionen, unerwünschte Zustände oder Sicherheitslücken verursachen. Software- oder Firmware-Aktualisierungen können solche Fehler beheben und Funktionen verändern, sofern die Entwickler eine Aktualisierung bereitstellen.

Bei der Analog-Digital-Wandlung erfassen Sensoren physikalische Größen wie Helligkeit, Druck, Lufttemperatur, Blutdruck oder Herzfrequenz und formen sie meist in elektrische Signale um. Analog-Digital-Umsetzer verwandeln diese Signale in digitale Werte. Die Messung kann einmalig oder wiederholt in bestimmten Zeitabständen erfolgen; mehrere Sensoren lassen sich synchronisieren. Bildsensoren digitalisieren optische Abbildungen, Mikrofone Schall. Digitalkameras und digitale Audiorekorder führen diese Umwandlung bereits bei der Aufnahme durch und speichern die Ergebnisse häufig direkt. Große Datenmengen werden meist komprimiert, damit ihre Speicherung weniger Platz und Kosten verursacht.

Auch vorhandene analoge Medien können nachträglich digitalisiert werden, etwa durch das Scannen von Druckerzeugnissen oder das Abtasten analoger Tonaufnahmen und fotografischer Filme. Das Ergebnis heißt Digitalisat. Es ermöglicht schnellen Zugriff und kann als freier Inhalt in einer digitalen Allmende genutzt und weiterverbreitet werden, sofern keine Urheberrechte oder verwandten Schutzrechte dies beschränken.

Vernetzung und technische Systeme

Rechnernetze ermöglichen den schnellen Austausch digitaler Daten zwischen Geräten. Telematik verbindet dafür Telekommunikation und Informatik. Das Internet bildet ein weltweites Netzwerk, in dem Daten jederzeit zwischen Netzwerkknoten übertragen werden können. Netzwerkprotokolle legen die Regeln dieser Kommunikation fest; Auszeichnungssprachen können den Datenaustausch strukturieren.

Digitale Funknetze erlauben eine Datenübertragung in beide Richtungen, unter anderem für Navigationssysteme, Smartphones, Phablets und Tablet-PCs. Genannte Standards sind digitaler Bündelfunk, GSM beziehungsweise 2G, UMTS beziehungsweise 3G, LTE beziehungsweise 4G, 5G und WLAN. Digitales Fernsehen und Digitalradio senden dagegen nur in eine Richtung. Durch die digitale Dividende kann mit denselben Ressourcen mehr Information als bei analoger Übertragung verbreitet werden.

In lokalen Netzwerken ermöglicht Network Attached Storage (NAS) eine zentrale Speicherung außerhalb der verwendeten Endgeräte. Beim Cloud Computing liegen die Daten außerhalb des lokalen Netzwerks, häufig im Internet. Mechatronische Systeme verarbeiten digitalisierte Sensordaten und verändern über Aktoren und Digital-Analog-Umsetzer gezielt die Umwelt. Kognitive Systeme können Signale erkennen und mit maschinellem Lernen bewerten. Sie lassen sich mit anderen Systemen vernetzen oder über Mensch-Maschine-Schnittstellen bedienen. Energy Harvesting gewinnt Energie aus der Umgebung und kann Sensoren über lange Zeit mit Energie für ihre drahtlose Kommunikation versorgen.

Digitale Transformation, Daten und künstliche Intelligenz

Der technische Aufbau des Internets begann in den 1960er-Jahren; um das Jahr 1997 wurde es für private Nutzer freigegeben. Es entwickelte sich zu einem weltweiten Hochleistungsnetz mit Millionen Nutzern. Digitale Infrastruktur und schnell aufeinanderfolgende technische Innovationen bewirken tiefgreifende gesellschaftliche und wirtschaftliche Veränderungen.

In der Wirtschaft verändert die Digitalisierung besonders Produktion, Marketing und Vertrieb. Bei der Datafizierung werden etwa Daten über das Verhalten von Internetnutzern gesammelt und geschäftlich verwendet; Daten werden dadurch zu einer Ware. Seit der Jahrtausendwende gewann der digitale Vertrieb von Waren und Dienstleistungen stark an Bedeutung. E-Commerce ist für fast jedes Unternehmen wichtig. Manche Geschäftsmodelle entstehen vollständig neu, andere werden von analogen zu digitalen Modellen umgestaltet. Ganze Wertschöpfungsketten sowie Kommunikation, Marketing, Vertrieb und Service verändern sich. Digitale Zwillinge bilden reale oder geplante Gegenstände und Prozesse virtuell ab, damit Unternehmen sie optimieren und Erkenntnisse in die reale Welt übertragen können. Digitalisierung soll außerdem neue Märkte und Dienstleistungen erschließen.

Die umfassende Vernetzung von Sensoren, Rechnern und Speichern kann nach dem Konzept der Ambient Intelligence einen Nutzen für Anwender schaffen. Daten und Geräte sind dabei ubiquitär, also überall verfügbar. Referenzarchitekturen vereinheitlichen den Zugriff auf Big Data. Das digitale Objektgedächtnis ist ein Grundbaustein des Internets der Dinge. Anwendungsfelder sind unter anderem E-Banking, E-Business, E-Government, E-Learning, Industrie 4.0, Navigation, Robotik und soziale Medien. Business Intelligence bezeichnet die softwaregestützte Auswertung betrieblicher Daten, um Geschäftsprozesse und Kundenzufriedenheit zu verbessern. Open Data ermöglicht freie Datenzugänge, Open Government stellt Behördeninformationen bereit und Offene Wissenschaft verbreitet Forschungsergebnisse.

Überfordern Datenmengen die Rechenkapazität, können pseudozufällige Teilmengen ausgewertet werden, wie bei einer Monte-Carlo-Simulation. Lernfähige Algorithmen passen ihr Verhalten anhand realer Daten an. Solche Systeme werden häufig als künstliche Intelligenz bezeichnet; künstliche neuronale Netze lassen sich durch Deep Learning optimieren. Ein Beispiel ist AlphaGo von Google DeepMind, das seit 2016 die besten menschlichen Spieler im Brettspiel Go schlagen kann. Kryptowährungen dienen als digitale Zahlungsmittel.

Die wachsende Datenverarbeitung benötigt viel Energie. 2015 verbrauchten die weltweiten Rechenzentren über 400 Terawattstunden und damit mehr Energie als das gesamte Vereinigte Königreich. Das entsprach einer durchschnittlichen elektrischen Leistung von gut 45 Gigawatt und bei 30 Eurocent je Kilowattstunde rund 120 Milliarden Euro jährlich. Rund zwei Drittel des Internetdatenverkehrs entfielen 2015 auf Video-Streaming; bis 2020 wurde ein Anstieg auf vier Fünftel erwartet.

Die Datenmenge im Internet wurde für 2016 auf 16 Zettabyte und für Ende 2018 auf 33 Zettabyte geschätzt. Bis 2025 sollte sie auf 175 Zettabyte und damit auf mehr als das Zehnfache steigen. Etwa die Hälfte sollte dann durch das Internet der Dinge entstehen. Deshalb gewinnt Edge Computing, also eine dezentrale Speicherung und Verarbeitung nahe der Datenquelle, an Bedeutung. In Deutschland erreichte allein das Datenvolumen mobiler Endgeräte 2019 fast drei Exabyte.

Folgen für Arbeit, Bildung und Zusammenleben

Die Digitalisierung verändert Arbeitsinhalte, Produktions- und Arbeitsprozesse, Geschäftsmodelle und Wettbewerbsstrukturen. Laptops, Tablets und Smartphones ermöglichen mobiles und flexibles Arbeiten sowie Homeoffice. Dadurch können Autonomie und die Vereinbarkeit von Beruf, Familie und Privatleben zunehmen. Zugleich kann eine Verfügbarkeitskultur entstehen, in der Beschäftigte ständig erreichbar sein sollen. Klare Richtlinien und Betriebsvereinbarungen zur Erreichbarkeit können dem entgegenwirken.

Da sich verlangte Qualifikationen und Kompetenzen fortlaufend ändern, wird lebenslanges Lernen wichtiger. Bildung soll nicht nur Faktenwissen vermitteln, sondern Gestaltungskompetenz: die Fähigkeit, sich auf neue Situationen einzustellen und selbstständig Wissen zu erwerben. Auch betriebliche Weiterbildung muss Beschäftigte auf neue Aufgaben vorbereiten. Digitalisierung schafft neue Arbeitsplätze, gefährdet durch Automatisierung und künstliche Intelligenz aber auch bestehende Stellen.

Informations- und Kommunikationstechnologien verändern soziale Beziehungen und die Lebensführung. Digitale Kommunikation ermöglicht Kontakt unabhängig von Zeit und Ort. Sie wird jedoch eher negativ beurteilt, wenn Menschen sie als Verlust des Menschlichen erleben. Dadurch können der soziale Zusammenhalt und die Qualität zwischenmenschlicher Beziehungen beeinflusst werden. Jüngere Menschen erleben den Wandel eher als kontinuierliche Entwicklung, ältere eher als deutlichen Einschnitt.

Risiken, Regeln und digitale Teilhabe

Wichtige Herausforderungen sind Vertrauen, Privatsphäre, Datenschutz, Urheberrecht und Informationssicherheit. Staat, Wirtschaft und Verbraucher haben ein gemeinsames Interesse daran, digitale Systeme sicher zu gestalten. Die Politik versucht, Vertrauen zu fördern sowie Computerkriminalität und Datendiebstahl einzudämmen. Kritische Infrastrukturen benötigen besonders hohe Verfügbarkeit und Datensicherheit, weil sie wichtige gesellschaftliche Funktionen erfüllen.

Diskutiert wird auch ein rechtlicher Status autonomer Maschinen als E-Person. Solche Maschinen könnten eigene Rechte und Pflichten besitzen, haftbar gemacht und sanktioniert werden; möglicherweise wäre es dann rechtswidrig, sie an ihren Aufgaben zu hindern oder abzuschalten. Weitere Probleme sind Internetabhängigkeit und Cyber-Mobbing. Seit Juni 2018 führt die Weltgesundheitsorganisation pathologisches Spielen in den betreffenden Kommunikationssystemen offiziell als Krankheit. Der digitale Nachlass ist Teil der Erbschaft und muss verwaltet werden.

In Deutschland beschäftigen sich unter anderem der Ende 2014 gegründete Sachverständigenrat für Verbraucherfragen, der Bundestagsausschuss Digitale Agenda und auf EU-Ebene der Kommissar für Digitale Wirtschaft und Gesellschaft mit digitalen Fragen. Seit Frühjahr 2015 beobachtet der Marktwächter Digitale Welt digitale Produkte und Dienstleistungen, unterstützt Verbraucher und soll Transparenz schaffen. Ende November 2016 wurde die Charta der Digitalen Grundrechte der Europäischen Union veröffentlicht, um die gesellschaftliche Diskussion über Grundrechte im digitalen Zeitalter anzuregen. 2022 wurde in Hessen die Einführung eines Schulfaches „Digitale Welt“ vorbereitet.

Digitale Barrieren erschweren oder verhindern bestimmten Bevölkerungsgruppen die Teilhabe. Daraus entsteht eine digitale Kluft zwischen Menschen mit und ohne Zugangsmöglichkeiten. Besonders weniger erfahrene oder beeinträchtigte Personen, etwa ältere oder sehbehinderte Menschen, benötigen Unterstützung und barrierefreie Angebote. Barrierefreies Internet kann Hindernisse vermindern; digitale Barrieren können bei der Meldestelle für digitale Barrieren der Bundesarbeitsgemeinschaft Selbsthilfe gemeldet werden.