Spektrum der Wissenschaft 2020-03.pdf

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Das 3-Körper-
Problem
Wie ein jahrhundertealtes
Rätsel neue Mathematik ermöglicht
NEUROWISSENSCHAFT
Ein Schaltplan fürs Gehirn
KLIMAFORSCHUNG
Der Thermostat der Erde
QUANTENMECHANIK
So entkommt Information einem Schwarzen Loch
Herculaneum | Konquista | Habsburger | Tollense | Kalkriese |
Spektrum
der Wissenschaft
GESCHICHTE
01.20
Spektrum
SPEZIAL »Achäologie
Geschichte Kultur« wird jetzt zu
Spektrum GESCHICHTE
Von der Menschwerdung bis in die
Neuzeit –
Spektrum GESCHICHTE
berichtet über die großen und kleinen
Episoden der Vergangenheit und zeigt,
wie Archäologen und Historiker die
ungelösten Rätsel unserer Mensch-
heitsgeschichte entschlüsseln.
GESCHICHTE
01.20
AUSGABE 1/2020
AB 29. FEBRUAR
IM HANDEL!
Unsere geheimnis-
vollsten Stätten
HABSBURGER
| Ihre Macht beruhte auf einer Fälschung
HERCULANEUM
| Neue Technik enthüllt verkohlte Papyrustexte
KONQUISTA
| Dank einer Frau eroberte Cortés das Aztekenreich
5,90 € (D/A/L) | 8,50 SFR. | 63547
ARCHÄOLOGIE IN DEUTSCHLAND
01
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W W W.SPEK TRUM.DE
EDITORIAL
IM BANN
DREIER KÖRPER
Daniel Lingenhöhl, Chefredakteur
lingenhoehl@spektrum.de
IN DIESER AUSGABE
Kennen Sie Liu Cixin? Mir hat der Name bis jetzt nichts gesagt, obwohl
ich mich durchaus für Sciencefiction interessiere. Von dem chinesischen
Autor stammt der Roman »Die drei Sonnen«, der 2017 auch auf Deutsch
erschien. Darin geht es um den ersten Kontakt der Menschen mit einer
außerirdischen Zivilisation, den Trisolariern. Ihr Heimatplanet wird von drei
Sonnen beeinflusst, deren Bahnen nicht präzise vorhersagbar sind. Immer
wieder kommt es daher auf Trisolaris zu globalen Katastrophen, welche die
gerade herrschende Zivilisation vernichten – bis auf eine Ausnahme: Dieser
gelingt es sogar, Raumschiffe zu bauen, mit denen sie schließlich ins All
aufbricht, um die Erde zu erobern.
Liu Cixin popularisiert mit seinem Buch ein Rätsel, das Mathematiker
und Astronomen seit Jahrhunderten beschäftigt, ja manchmal sogar
quält: den Bahnverlauf dreier Himmelskörper – wie der drei Sonnen der
Trisolarier. Durch ihre gegenseitige Anziehungskraft verläuft diese Bewe-
gung chaotisch, was eine Berechnung unmöglich macht. Unser Autor
Richard Montgomery beschreibt ab S. 12, wie sich Mathematiker mittler-
weile zunehmend auf einzelne Aspekte des Problems konzentrieren und
dabei erstaunliche Entdeckungen machen. Welche diese sind, verrate ich
hier natürlich ebenso wenig wie das Schicksal der Menschheit in Cixins
internationalem Bestseller.
Ebenfalls nach Sciencefiction hört sich unser »Ausweg aus dem Schwar-
zen Loch« an, aus dem doch eigentlich nichts entweichen dürfte. Aber wie
Steven Giddings (S. 58) schreibt, widerspräche dies quantenmechanischen
Grundsätzen. Auch darüber zerbrechen sich Wissenschaftler weiterhin den
Kopf. Sie hoffen nun auf neue Beobachtungsmöglichkeiten, um endlich
Lösungen zu finden. Am Ende könnten neue Gesetze von Raum und Zeit
stehen – und damit vielleicht weitere futuristische Szenarien für literarische
Abenteuer im Weltraum.
Bleiben Sie gespannt …
MAX BERTOLERO,
DANIELLE S. BASSETT
Das menschliche Denkorgan
betrachten der Neurowissen-
schaftler und die Physikerin als
gigantisches Netzwerk (S. 30).
STEVEN GIDDINGS
Der theoretische Physiker unter-
sucht, wie Schwarze Löcher
dabei helfen könnten, Quanten-
und Relativitätstheorie zu ver-
einen. Ab S. 58 stellt er ein Para-
doxon vor, das seine Kollegen seit
Jahrzehnten beschäftigt.
OLIVIER BLEU,
DMITRY SOLNYSHKOV,
GUILLAUME MALPUECH
Wie kann man elektronische
Schaltungen effizienter machen?
Bei der Untersuchung dieser
Frage stoßen die drei Physiker in
den abstrakten mathematischen
Bereich der Topologie vor (S. 68).
NEU AM KIOSK!
Unser
Spektrum
SPEZIAL
Biologie – Medizin – Hirnfor-
schung 1.20 beleuchtet aktuelle Fragen und Ansätze
rund um die brisanten Themen KI und maschinelles
Lernen.
SONIA FERNANDEZ
Spektrum
der Wissenschaft
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3
INHALT
3 EDITORIAL
6 SPEKTROGRAMM
20 FORSCHUNG AKTUELL
Fortpflanzung als
Knochenarbeit
Osteoporose bei laichenden
Aalen.
Irreführende Muster
Aus Wiederholungen folgt
nicht immer eine Regel.
Die Masse der Neutrinos
Ein Karlsruher Experiment
wiegt Geisterteilchen.
Eroberung des Lands
Neue Erkenntnisse über die
Herkunft der Landwirbeltiere.
12 MATHEMATIK
DAS DREIKÖRPERPROBLEM
Obwohl es unmöglich ist, die Flugbahnen dreier sich anziehender Objekte
exakt zu bestimmen, fasziniert das Problem die Forscher noch immer –
und sorgt für Überraschungen.
Von Richard Montgomery
Serie: Das menschliche Gehirn (Teil 2)
30 HIRNFORSCHUNG
DAS NETZWERK DES GEISTES
Unsere mentale Aktivität entsteht aus dem sorgfältig abgestimmten
Zusammenspiel verschiedener Hirnareale.
Von Max Bertolero und Danielle S. Bassett
38 KONNEKTOMIK
EIN SCHALTPLAN FÜRS GEHIRN
Dank neuer Mikroskopier- und Computertechniken schreitet die
Hirnkartierung voran. Doch die dabei entstehenden riesigen Datenmengen
müssen erst noch erschlossen werden.
Von Sarah DeWeerdt
29 SPRINGERS EINWÜRFE
Ewiges Wachstum
Gewohnte Maße wirtschaft-
licher Erfolge haben ausge-
dient.
44 ZYTOLOGIE
AUF TUCHFÜHLUNG
Die verschiedenen Organellen haben in den Zellen unerwartet engen Kontakt
zueinander. Das dient dem Austausch von Substanzen und Signalen.
Von Elie Dolgin
66 SCHLICHTING!
Blau wie das Meer
Die Farbe des Wassers ist
eine Frage der Umstände.
48 GEOLOGIE
DER THERMOSTAT DER ERDE
Ein globaler Regelkreislauf balanciert den CO
2
-Gehalt der Atmosphäre aus.
Neue Isotopenmessungen geben detaillierte Einblicke in den Mechanismus.
Von Friedhelm von Blanckenburg
77 FREISTETTERS FORMELWELT
Desorientierte Bänder
Kann es eine Fläche
ohne Rückseite geben?
58 PHYSIK
AUSWEG AUS DEM SCHWARZEN LOCH
Theoretiker hoffen, mit neuen Beobachtungsdaten ein altes Paradoxon im
Spannungsfeld zwischen Relativitäts- und Quantentheorie zu lösen.
Von Steven B. Giddings
88 REZENSIONEN
94 ZEITREISE
95 LESERBRIEFE
96 FUTUR III – KURZGESCHICHTE
97 IMPRESSUM
98 VORSCHAU
68 PHOTONIK
SCHALTEN MIT LICHT
Aktuelle Technologien kommen unserem Bedürfnis, Information immer schneller
zu verarbeiten, kaum noch nach. Die Topologie könnte eine Lösung dafür liefern.
Von Olivier Bleu, Dmitry Solnyshkov und Guillaume Malpuech
78 MATHEMATISCHE UNTERHALTUNGEN
HARMONISCHE REIHEN UND DER SALZKRISTALL
Vorsicht beim Umordnen unendlich langer Summen!
Von Christoph Pöppe
84 WISSENSCHAFTSPHILOSOPHIE
GUTE THEORIEN, SCHLECHTE THEORIEN
Serie: Grundbegriffe der Wissenschaft (Teil 2)
Nach welchen Kriterien sollten
TITELBILD:
MATDESIGN24 / GETTY IMAGES / ISTOCK;
BEARBEITUNG: SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT
Forscher Modelle verwerfen oder akzeptieren?
Von Alexander Mäder
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Spektrum
der Wissenschaft
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MATHEMATIK
DAS DREIKÖRPERPROBLEM
HIRNFORSCHUNG
NETZWERK
DES GEISTES
DANIELPRUDEK / GETTY IMAGES / ISTOCK
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MARK ROSS STUDIOS / SCIENTIFIC AMERICAN JULI 2019
48
GEOLOGIE
DER THERMOSTAT
DER ERDE
68
PHOTONIK
SCHALTEN MIT LICHT
MONDOLITHIC STUDIOS / SCIENTIFIC AMERICAN DEZEMBER 2019
STEFFEN WITTEK (CREOL, UCF) UND MIGUEL A. BANDRES (TECHNION); BEARBEITUNG: SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT
58
PHYSIK
AUSWEG AUS DEM
SCHWARZEN LOCH
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der Wissenschaft
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3DDDCHARACTER / STOCK.ADOBE.COM; BEARBEITUNG: SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT

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