Spektrum der Wissenschaft 2019-08.pdf

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Weltformel
ohne
Quanten-
gravitation
Sind Quantenmechanik
und Schwerkraft
unvereinbar?
8,90 €
(D/A/L) · 14,– sFr. D6179E
Deutsche Ausgabe des SCIENTIFIC AMERICAN
VENUS
Der Exoplanet nebenan
SUPERVULKAN
Unter Chile braut sich etwas zusammen
KELTEN
Krieger mit filigranem Goldschmuck
EDITORIAL
WIDER DIE INTUITION
Carsten Könneker, Chefredakteur
koenneker@spektrum.de
IN DIESER AUSGABE
Als ich in den 1990er Jahren Physik studierte, galt die Angelegenheit als
ausgemacht. Unisono prognostizierten unsere Professoren, dass alle vier
bekannten Fundamentalkräfte der Natur – die elektromagnetische, die starke
und die schwache Kernkraft sowie die Gravitation – in einer übergreifenden
Theorie zusammengefasst werden könnten. Bereits in der Einführungsvorlesung
wurden uns zwei Gründe für diese Annahme kredenzt: Zum einen verlange
dies schlicht die »physikalische Intuition«. Und zum anderen habe man auf dem
Weg der Vereinigung ja schon fast alles erreicht; allein die Schwerkraft ziere
sich noch.
Tatsächlich ist die Physik des 20. Jahrhunderts eine Erfolgsgeschichte der
Vereinheitlichung. Nachdem James Clerk Maxwell bereits zuvor Magnetismus
und Elektrizität als zwei Phänomene gemeinsamen Ursprungs verstanden hatte,
entwickelten Sheldon Lee Glashow, Steven Weinberg und Abdus Salam Ende
der 1960er Jahre ein Modell, das die schwache und die elektromagnetische
Wechselwirkung elegant zur »elektroschwachen Kraft« zusammenschließt.
Diese wiederum konnte in den nachfolgenden Jahrzehnten mit der starken
Kernkraft zum umjubelten und experimentell sehr gut erhärteten Standard­
modell der Elementarteilchen erweitert werden. Allein die vierte der grundle­
genden Wechselwirkungen, die Gravitation – für sich genommen durch Ein­
steins allgemeine Relativitätstheorie beschrieben –, war noch außen vor. Eine
ganze Physikergeneration später ist das weiterhin der Fall. Alle Versuche, eine
ultimative »Weltformel« aufzustellen, scheiterten trotz immensen Aufwands
krachend. Ist die Schwerkraft womöglich gar nicht auf Spur zu bringen? Ent­
puppt sich die »physikalische Intuition« am Ende als Wunschdenken?
Noch muss niemand ein solches Urteil fällen. Vielleicht haben die Theoreti­
ker, von den Erfolgen der Vergangenheit beflügelt, schlicht den falschen Weg
eingeschlagen, als sie versuchten, auch die Gravitation zu quantisieren, nach­
dem dies bei sämtlichen anderen Grundkräften geglückt war. Unser Autor
Antoine Tilloy verfolgt daher einen anderen Ansatz. Der Forscher vom Max­
Planck­Institut für Quantenoptik in Garching bei München stellt ab S. 12 eine
neue Theorie vor, die Relativitätstheorie und Quantenphysik so miteinander
verbindet, dass die Schwerkraft ihren klassischen Charakter behält.
Eine inspirierende Lektüre wünscht
Ihr
ANTOINE TILLOY
Der Physiker interessiert sich für
alle Aspekte der Quantenphysik. Ab
S. 12 erklärt er, wie eine ihrer Deu­
tungen einen neuen Ansatz für die
»Weltformel« liefern könnte.
LISA QUINONES
DARBY DYAR, SUZANNE
SMREKAR, STEPHEN KANE
Die Astrophysiker suchen nach
Faktoren, die Leben auf Planeten
begünstigen, und glauben, die
Venus könnte Antworten liefern
(S. 52).
BARBARA ARMBRUSTER,
ROLAND SCHWAB
Warum trugen die als brutal ver­
schrienen Keltenkrieger filigranen
Goldschmuck? Eine Goldschmiedin
und Archäologin sowie ein Archäo­
metallurg sind dem Rätsel auf der
Spur (S. 72).
NEU AM KIOSK!
Unser
Spektrum
SPEZIAL
Archäologie – Geschichte –
Kultur 2.19 liefert einen Überblick über die faszinierende
Welt der mittelalterlichen Medizin.
Spektrum
der Wissenschaft
8.19
3
INHALT
3 EDITORIAL
6 SPEKTROGRAMM
20 FORSCHUNG AKTUELL
Sonderbare Strahlung
von der Sonne
Unerklärlicher Überschuss
energiereicher Teilchen
Abkürzung zu komplexen
Molekülen
Neue Reaktion kann Stoffe
vielseitig erweitern
Von Aids geheilt?
Erneut gelang es, einen
Patienten offenbar komplett
von HIV zu befreien
12 QUANTENGRAVITATION
FÜR IMMER UNVEREINBAR?
Bisher sind alle Versuche gescheitert, die Schwerkraft mit der Quantenphysik zu
verschmelzen. Aber vielleicht geht es ja auch anders!
Von Antoine Tilloy
30 EVOLUTION
DER TRIUMPH DER DINOSAURIER
Erst eine Reihe von Zufällen ermöglichte schließlich ihren Siegeszug.
Von Stephen Brusatte
Serie: Gentherapie (Teil 2)
38 MEDIZIN
EINE NEUE HAUT
Wenn das größte Organ unseres Körpers schwer erkrankt, hat das oft fatale
Folgen. Verblüffende Heilungschancen bietet nun die Gentherapie.
Von Kat Arney
29 SPRINGERS EINWÜRFE
Bilanz der
Energiegewinnung
Die Kosten fossiler Quellen
werden unterschätzt.
42 IMMUNOLOGIE
ANLEITUNG ZUM SELBSTSCHUTZ
Den genetischen Bauplan für Antikörper in menschliche Zellen einzuschleusen,
könnte vor verschiedenen Krankheiten schützen.
Von Amanda Keener
58 SCHLICHTING!
Physik am
Flugzeugfenster
Druck- und Temperaturdiffe-
renzen schlagen sich nieder.
46 SUPERVULKAN
INFERNO AUS DER TIEFE
Unter einem Bergsee in Chile könnte ein riesiger Vulkankomplex entstehen.
Von Shannon Hall
84 ZEITREISE
85 FREISTETTERS FORMELWELT
Nach Ihnen!
In der Mathematik wie im
echten Leben kommt es auf
die Reihenfolge an.
52 ASTRONOMIE
DER EXOPLANET NEBENAN
Die Venus begann unter ähnlich lebensfreundlichen Bedingungen wie die Erde.
Was sind die Gründe für die unterschiedliche Entwicklung?
Von M. Darby Dyar, Suzanne E. Smrekar und Stephen R. Kane
60 INFORMATIK
MASCHINEN MIT MENSCHLICHEN ZÜGEN
Neue KIs sind kreativ, fassen Dinge schnell auf und verstehen ihre Umgebung.
Von George Musser
86 REZENSIONEN
93 IMPRESSUM
94 LESERBRIEFE
96 FUTUR III – KURZGESCHICHTE
98 VORSCHAU
68 CHEMISCHE UNTERHALTUNGEN
DIE LANGE JAGD NACH DEN VERBORGENEN METALLEN
Um die Alkalimetalle zu entdecken, bedurfte es einiger Anstrengungen.
Von Matthias Ducci und Marco Oetken
72 KELTEN
KRIEGER MIT GOLDSCHMUCK
Serie: Gold und Macht (Teil 1)
Mit beeindruckenden Goldschmiedearbeiten
bewiesen die gefürchteten »Barbaren« einen überraschenden Sinn für Ästhetik.
Von Barbara Armbruster und Roland Schwab
78 ÄSTHETIK
MATHEMATISCHE KUNST
TITELBILD:
SHULZ / GETTY IMAGES / ISTOCK;
BEARBEITUNG: SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT
Mathematische Bilder und Skulpturen entfalten atemberaubende Schönheit.
Von Stephen Ornes
4
Spektrum
der Wissenschaft
8.19
TITELTHEMA
QUANTENGRAVITATION
30
EVOLUTION
TRIUMPH DER
DINOSAURIER
JAMES GURNEY / SCIENTIFIC AMERICAN MAI 2018
IMAGINIMA / GETTY IMAGES / ISTOCK
60
INFORMATIK
MASCHINEN MIT
MENSCHLICHEN ZÜGEN
72
ARCHÄOLOGIE
DAS GOLD DER
KELTEN
BARBARA ARMBRUSTER / MUSEUM FÜR VOR- UND FRÜHGESCHICHTE SAARBRÜCKEN
78
ÄSTHETIK
MATHEMATISCHE
KUNST
ROMAN VEROSTKO
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