Spektrum der Wissenschaft 2019-12.pdf

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12.19
12.19
Die Vermessung
des Nichts
Physiker lösen die letzten
Rätsel des Quantenvakuums
FRÜHMENSCHEN
Zahnanalysen enthüllen die wahre Steinzeitdiät
RAUMFAHRT
Raketenantriebe der Zukunft
TIEFSEEBERGBAU
Manganknollen und schwarze Raucher
EDITORIAL
BLICK IN
DIE FERNE
Hartwig Hanser, Redaktionsleiter
hanser@spektrum.de
IN DIESER AUSGABE
Ich habe mich an dieser Stelle schon einige Male als Sciencefiction-Fan ge-
outet. Ein besonderes Faible habe ich dabei für Autoren wie Arthur C. Clarke,
Hal Clement oder Robert Heinlein. In jener »klassischen« Ära des Genres standen
oft auch künftige technische Entwicklungen im Fokus der Erzählung, etwa zur
Raumfahrt. Entsprechend interessiert habe ich den Artikel ab S. 74 über futuristi-
sche Raketenantriebe gelesen. Denn mit den herkömmlichen Methoden, die alle
auf mitgeführte Treibstoffe angewiesen sind, werden wir nur schwer das äußere
Sonnensystem erkunden können, geschweige denn darüber hinaus in den inter-
stellaren Raum gelangen.
Natürlich kann man fragen, warum wir dieses Ziel überhaupt verfolgen sollten.
Müssten die Menschen nicht eher alle Kräfte darauf bündeln, die vielen aktuellen
Probleme auf der Erde lösen, statt den Blick in ferne Weiten schweifen zu lassen?
Der Gedanke wirkt erst einmal überzeugend. Aber dann fällt mir dazu ein weiterer
SF-Klassiker ein: »Das Ende der Ewigkeit« von Issac Asimov. Hier greift eine Zeit-
reise-Organisation immer wieder in bester Absicht minimalinvasiv in die Abläufe
der Geschichte ein, um Katastrophen abzuwenden und Risiken zu mindern. Das
führt jedoch dazu, dass die Menschen die durchaus riskante interstellare Raum-
fahrt erst angehen, als es zu spät ist, weil andere intelligente Lebensformen inzwi-
schen die gesamte Galaxie besiedelt haben. Die Menschheit, eingesperrt auf dem
Planeten Erde, stirbt nicht wegen Ressourcenknappheit oder Nuklearkriegen aus,
sondern auf Grund kollektiver Depression wegen fehlender Zukunftsperspektiven.
Vielleicht müssten wir also ab und zu über den näheren und mittleren zeitlichen
Horizont hinwegblicken und uns fragen, wohin unsere Reise langfristig gehen soll.
Andere Visionäre richten ihren Fokus statt nach oben ins Weltall nach unten in
die Tiefsee. Seit einigen Jahren konkretisieren sich die Planungen zum Abbau
wertvoller Rohstoffe wie Manganknollen oder Sulfiderzen im Umfeld heißer Quel-
len. Das würde Metalle liefern, die etwa für zukünftige Elektroautos benötigt
werden. In unserem Interview beschreiben Carsten Rühlemann und Ulrich
Schwarz-Schampera von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe
ab S. 52 den aktuellen Stand der Dinge. Unklar ist bis heute, wie sich der Tiefsee-
bergbau auf die dortigen Ökosysteme auswirkt und ob die bislang vorgesehenen
Schutzgebiete ausreichen. Hier gibt es also noch einige Forschungsarbeit zu
leisten, damit wir sicherstellen können, dass die betroffenen Biotope keine irrepa-
rablen Schäden davontragen. Auch bei diesem Thema ist Weitsicht angesagt!
Eine erhellende Lektüre wünscht
PETER S. UNGAR
Dass es keine einheitliche »Stein-
zeitdiät« gab, erklärt ab S. 34 der
Anthropologe von der University of
Arkansas.
MENNO SCHILTHUIZEN
Auf einem Spaziergang durch
seine Heimatstadt Leiden ent-
deckte der Biologe viele Beispiele
dafür, wie sich Pflanzen und Tiere
an ein Leben in urbaner Umge-
bung anpassen (S. 42).
ABHAY DESHPANDE UND
RIKUTARO YOSHIDA
Die Physiker untersuchen Ele-
mentarteilchen bei höchsten
Energien. Ab S. 64 erläutern sie,
wie sie Atomkernen die letzten
Geheimnisse entlocken wollen.
NEU AM KIOSK!
In unserem
Spektrum
SPEZIAL
Biologie – Medizin –
Hirnforschung 4.19 steht der Mensch im Mittelpunkt:
Was macht
Homo sapiens
so einzigartig?
Spektrum
der Wissenschaft
12.19
3
INHALT
3 EDITORIAL
6 SPEKTROGRAMM
20 FORSCHUNG AKTUELL
Nobelpreis für Physik
Neue Blicke auf das Weltall.
Nobelpreis für Chemie
Wie Lithium-Ionen-Akkus
ihren Siegeszug antraten.
Nobelpreis für Physiologie
oder Medizin
Die Sauerstoffsensoren
der Zelle.
Nobelpreis für Wirt-
schaftswissenschaften
Feldstudien helfen, Ursachen
von Armut zu verstehen.
12 QUANTENELEKTRODYNAMIK
DIE VERMESSUNG DES NICHTS
Lange war man davon überzeugt, das Vakuum beschreibe einen völlig
leeren Raum. Doch die Quantenphysik belehrt uns eines Besseren:
Es steckt voller Quantenfelder, die zu seltsamen Phänomenen führen.
Von Thomas Heinzl
34 PALÄOANTHROPOLOGIE
DIE WAHRE STEINZEITDIÄT
Mikroskopisch kleine Abnutzungsspuren auf fossilen Zähnen verraten,
was Frühmenschen gegessen haben. Sie vermitteln damit gleichzeitig einen
Eindruck davon, wie Klimaveränderungen unsere Entwicklung beeinflussten.
Von Peter S. Ungar
42 EVOLUTION
UMZUG IN DIE STADT
Auf vielfältige Weise stellt sich die Natur auf uns Menschen ein, ohne dass
wir es sofort merken.
Von Menno Schilthuizen
33 SPRINGERS EINWÜRFE
Gleichheit und
Gerechtigkeit
Wie funktioniert Kooperation
in einer Welt voller Unter-
schiede?
52 INTERVIEW
»DER ABBAU VON MANGANKNOLLEN RÜCKT
IN GREIFBARE NÄHE«
Was Deutschland sich vom Abbau von Manganknollen und Sulfidlagerstätten
erhofft, erklären Carsten Rühlemann und Ulrich Schwarz-Schampera von der
Bundesanstalt für Geowissenschaften.
Von Tim Kalvelage
48 ZEITREISE
49 FREISTETTERS FORMELWELT
Die falsche Hexe von
Agnesi
Gemeint ist nicht eine Frau,
sondern eine Kurve.
60 CHEMISCHE UNTERHALTUNGEN
SPURENSICHERUNG MIT
BLEISTIFT, BÜROKLAMMER UND BLOCKBATTERIE
Fingerabdrücke am Tatort zu sichern, ist Aufgabe speziell ausgebildeter
Fachleute. Aber auch mit Haushaltsgegenständen kann es gelingen, Abbilder
von höchster Qualität zu erstellen.
Von Matthias Ducci, Marco Oetken und Rachel Fischer
64 PHYSIK
REISE IN DIE ABGRÜNDE DES ATOMKERNS
Was verleiht Protonen und Neutronen ihre Masse und ihren Spin?
Auf der Suche nach Antworten soll ein neuer Teilchenbeschleuniger
ungeahnt präzise Einblicke in die subatomare Welt gewähren.
Von Abhay Deshpande und Rikutaro Yoshida
72 SCHLICHTING!
Zwitschern auf
dünnem Eis
Zugefrorene Seen erzeugen
unwirkliche Töne.
74 RAUMFAHRT
SCHUSS INS BLAUE
88 REZENSIONEN
93 IMPRESSUM
95 LESERBRIEFE
96 FUTUR III – KURZGESCHICHTE
98 VORSCHAU
Traditionelle Antriebstechniken befördern Raumsonden weder besonders
schnell noch sehr weit ins All. Einige Wissenschaftler hoffen auf eine Revolu-
tion – und verfolgen dafür Ideen an den Grenzen der bekannten Physik.
Von Sarah Scoles
80 KATEGORIENTHEORIE
MATHEMATIK AUS DER VOGELPERSPEKTIVE
In den letzten 70 Jahren entstand eine neue Disziplin, die es ermöglicht,
unerwartete Zusammenhänge zwischen verschiedenen mathematischen
Gebieten aufzudecken. Inzwischen findet der abstrakte Bereich auch
handfeste Anwendungen in der Informatik oder Linguistik.
Von Manon Bischoff
TITELBILD:
SAKKMESTERKE / GETTY IMAGES / ISTOCK;
HINTERGRUND: ALTAYB / GETTY IMAGES / ISTOCK;
BEARBEITUNG: SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT
4
Spektrum
der Wissenschaft
12.19
TITELTHEMA
DIE VERMESSUNG DES NICHTS
PALÄOANTHROPOLOGIE
DIE WAHRE
STEINZEITDIÄT
52
INTERVIEW
TIEFSEEBERGBAU IN
GREIFBARER NÄHE
MARTIN KUPPE FÜR SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT
74
RAUMFAHRT
NEUE RAKETENANTRIEBE
80
KATEGORIENTHEORIE
MATHEMATISCHER HÖHENFLUG
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FLOTO+WARNER
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aktuell, exklusiv.
Spektrum
der Wissenschaft
12.19
5
BUNDESANSTALT FÜR GEOWISSENSCHAFTEN UND ROHSTOFFE (BGR)
JON FOSTER / SCIENTIFIC AMERICAN JULI 2018
34
SAKKMESTERKE / GETTY IMAGES / ISTOCK
12

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