Spektrum der Wissenschaft 2012 02.pdf

Wasserkraft:

Unerschlossenes

Reservoir in den

Weltmeeren

FEBRUAR 2012

STOCHASTIK

Spiel mit

Zufallszahlen

EVOLUTION

Das Auge – Organ mit

Vergangenheit

RAFFINIERTER KILLER

Die tödlichen Tricks der

Fühlerschlange

DATENNETZE

Mehr Tempo durch

gespeicherte optische Pulse

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Editorial

Carsten Könneker

Chefredakteur

koenneker@spektrum.com

Autoren in diesem Heft

Wider alle Abgeschlossenheitsrhetorik!

I m Dezember 2011 meldeten Physiker des CERN, Hinweise auf die Existenz des Higgs-Bosons

der Biologe Kenneth C. Catania

von der Vanderbilt university in

nashville (tennessee) stellt

die rafinierte fangmethode der

fühlerschlange vor: sie nutzt

den fluchtrelex von fischen aus

(s. 30).

gefunden zu haben. Das lange gesuchte Elementarteilchen könnte eine Masse von etwa 125

Gigaelektronvolt haben; allerdings müsse der Befund noch weiter erhärtet werden. Etwas

Großes liegt in der Luft. Denn sollte es den Forschern gelingen, das von Peter Higgs und an-

deren Physikern vor rund einem halben Jahrhundert vorhergesagte Partikel wirklich dingfest

zu machen, wäre damit das Standardmodell der Elementarteilchen komplettiert, der letzte

noch fehlende Baustein gefunden. Theorie und Empirie befänden sich im Einklang – die ver-

meintlich exakteste aller Naturwissenschaften hätte ihrem Ruf alle Ehre gemacht.

Dennoch sollten wir uns nicht zu sehr in Vollständigkeitsrethorik ergehen. Denn wie

»abgeschlossen« ist die Physik wirklich? Selbst dann, wenn wir demnächst mit dem Higgs-

Boson ein sehr wichtiges Puzzleteilchen in das Bild der Physik einfügen könnten – die Meta-

pher des fertigen Theoriekomplexes ist irreführend. Ja, sie verrät mehr über das Wunsch-

denken von Wissenschaftlern als über die Realität der Natur. So sieht es der in Princeton leh-

rende Physiker Tony Rothman. In seinem Essay ab S. 61 vergleicht er das Werkeln seiner

Zunft am eigenen Theoriegebäude mit einem modernen Turmbau zu Babel. Die Physik äh-

nele dabei einer »heruntergekommenen Struktur aus isolierten Modellen, die durch schiefe

Erklärungen notdürftig miteinander verbunden sind, kurz einer Monstrosität, die himmel-

wärts taumelt«. Ganz Wissenschaftler, belegt der kritische Geist diese starken Worte mit Bei-

spielen für zentrale, unbeantwortete Fragen seines Fachs: Warum kennt von allen funda-

mentalen Gesetzen der Physik nur der zweite Hauptsatz der Thermodynamik eine Zeitrich-

tung? Welchen Sinn haben unendliche Kräfte, die in manchen Teildisziplinen auftauchen?

Wie kann ein Quantensystem, das durch die deterministische Schrödingergleichung exakt

beschrieben wird, im Moment der Messung urplötzlich probabilistisch werden? Und wes-

halb können wir nur für die wenigsten physikalischen Probleme exakte Lösungen anbieten?

der neuropsychologe Reinhard

Werth von der Ludwig-maxi-

milians-universität münchen

zeigt, dass Aufmerksamkeit kein

einheitliches Phänomen ist. Viel-

mehr setzt es sich aus mehreren

voneinander unabhängigen

teilleistungen zusammen (s. 36).

Wissenschaftler tun gut daran, die Schwachstellen der eigenen Theorien offen zu be

nennen – egal, ob sie Biologen, Neuroforscher, Chemiker oder Physiker sind. Was Rothman

betreibt, ist keine Nestbeschmutzung; er warnt vor Hybris. Wenn 2012 womöglich Erfolgs-

meldungen über die »Komplettierung« des physikalischen Weltbilds durch die Medien schal-

len, sollten wir uns daran erinnern!

Luc Thévenaz von der École

Polytechnique fédérale de

Lausanne und Thomas Schneider

von der Leipziger Hochschule für

telekommunikation erforschen,

wie sich Lichtsignale speichern

lassen, um damit höhere Über-

tragungsraten in datennetzen

zu erzielen (s. 48).

Herzlich Ihr

SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT · FEbRUAR 2012

inhalt

22 EvolutiondesAuges

36 RätselAufmerksamkeit

74 WasserkraftfürdieZukunft

42 KrebsbeimBeutelteufel

biologie & medizin

Physik & astronomie

mensch & kultur

22 DasAuge–Organ

mitVergangenheit

Trevor D. Lamb

Schon vor 500 Millionen Jahren

entstand das Wirbeltierauge

TITELTHEMA

48 DerLicht-Turbo

Luc Thévenaz, Thomas Schneider

Forscher verlangsamen Licht und

speichern sogar Lichtpulse. Das

könnte mehr Tempo für unsere

Datennetze bringen

MAthEMAtiSchE UntErhAltUngEn

68KollektiveVerklemmung

unddasgehörnteOktaeder

Christoph Pöppe

Schon die Griechen der Antike

hätten sie inden können: lücken-

lose Füllungen des Raums durch

regelmäßige Körper verschiedener

Kantenlänge. Aber entdeckt

wurden sie erst kürzlich – von

Materialforschern

30DieTricksderFühlerschlange

Kenneth C. Catania

Eine kleine Wasserschlange nutzt

rafinierte Fangtechniken

61 DiePhysik–einbaufälliger

TurmvonBabel

Tony Rothman

Die Physik hat ein gewaltiges The-

oriegebäude errichtet, das unsere

Welt erklären soll. Doch selbst in

den unteren Stockwerken klaffen

noch gewaltige Risse

36 DievielenFassettender

Aufmerksamkeit

Reinhard Werth

Unterschiedlichste Teilleistungen

ergeben ein faszinierendes Puzzle

42 TeulischeKrankheit

Menna E. Jones, Hamish McCallum

Eine ansteckende Krebserkran-

kung droht den Tasmanischen

Teufel auszurotten

Schlichting!

66 KunstinderPhysik

H. Joachim Schlichting

Es braucht nicht viel, damit

eine glatte Flüssigkeitsoberläche

schöne Muster hervorbringt

Titelmotiv: iStockphoto / Mark Wragg

die auf der titelseite angekündigten

themen sind mit r gekennzeichnet

SPEKTRUMDERWISSENSCHAFT·FEbRUAR2012

sPektrogramm

8 Kälteste Temperatur lüssigen

Wassers ermittelt • Hochseeischerei

vor 42 000 Jahren • Schwarze Löcher

mit Rekordmassen • Dopamin

gegen Tumoren • Altruistische

Ratten • »Sprachgen« hilft beim

Lernen

TITELTHEMA

MehrTempofürDatennetze

durchgespeicherteoptischePulse

bild des monats

11 Elektronen-Assel

forschung aktuell

12 SternemitRaumtemperatur

Neu entdeckte Braune Zwerge

sind überraschend kühl

14 SinnvolleSelbstüberschätzung

Die evolutionären Vorteile einer zu

hohen Meinung von sich selbst

16 InnenlebendesSeidenfadens

Hauchdünn und dennoch reißfest:

Computersimulationen erklären

die Eigenschaften der Spinnenseide

18 LeuchtendeQuantenmagnete

Fein aufgelöste Spin-Information

erde & umwelt

technik & comPuter

jenseits der Beugungsgrenze

20 SpringersEinwürfe

Unwissen schadet nicht

88 SpielmitdemZufall

Brian Hayes

Zufallszahlen sind für vielerlei

gut – etwa dazu, den Flächen-

inhalt kompliziert geformter

Figuren zu ermitteln. Meist

müssen sie aber gar nicht wirklich

zufällig sein, sondern nur so

aussehen. Manchmal funktionie-

ren sogar schlechte Imitate am

besten

SERIE:DIEZUKUNFTDERENERGIE

weitere rubriken

3 Editorial

6 Leserbriefe/Impressum

95 Rezensionen

Walter Lewin: Es funktioniert!

Marcel Robischon:

Planet der Insekten

Tobias Hürter:

Du bist, was du schläfst

u. a.

100 Wissenschaft im Rückblick

Von der Dampfmaschine zur Welt-

raumstation

101 Exponat des Monats

Das Saitengalvanometer und die

Geburt der Elektrokardiograie

102 Vorschau

74Dieunerschöpliche

KraftdesWassers

Robert Gast

Wir nutzen erst ein Viertel des

weltweiten Potenzials der Was-

serkraft. Zunehmend attraktiv

wird die Energie der Weltmeere

IntErViEW

» NochistMeeresenergie

einAbenteuer«

Kai-Uwe Graw über die Erschlie-

ßung der Wellenenergie

84 Ringwallspeicher

fürdieEnergiewende

Matthias Popp

Gute Standorte für Pumpspei-

cher sind rar. Doch es gibt eine

Alternative: Ringwallspeicher

NachS.94folgteine20-seitige

Sonderpublikationder

ForschungsallianzKulturerbe:

Dem Zahn der Zeit zum Trotz

leserbriefe

Weltrekord in der Fotovoltaik: CPV-Zellen

fokussieren das Sonnenlicht um das

4o0-Fache und erzielen damit Wirkungs-

grade von über 40 Prozent.

Otto Schult, Jülich: Der Auffassung,

dass abgebrannte Brennelemente als

separates Sicherheitsproblem erkannt

werden müssen, stimme ich zu. Aus die-

sem Grund bin ich seit Jahrzehnten ge-

gen Wiederaufarbeitung und Endlage-

rung, weil die Zeit dafür noch nicht reif

ist. Radioaktiver Abfall, wobei es sich ei-

gentlich um Wertstoff handelt, bedarf

wegen der Strahlung besonders sorgfäl-

tiger Handhabung. Dazu ist es sinnvoll,

abzuwarten, bis der Fortschritt uns die

Werkzeuge an die Hand gibt, um die ra-

dioaktiven Substanzen optimal zu ver-

arbeiten. Bis dahin muss man die nicht

benötigten radioaktiven Substanzen re-

versibel und somit kontrollierbar zwi-

schenlagern.

Der von unserer Regierung beschlos-

sene kurzfristige Kernenergieausstieg

ist falsch. Er ist antieuropäisch und wi-

derspricht der globalen Energiestrate-

gie. Dass der Ausstieg aus der Kernener-

gie langfristig richtig ist – und zwar

global –, wird jedem klar, der sich im In-

ternet darüber informiert, wie lange wir

auf Öl, Gas und Kohle oder eben auch

Kernenergie zurückgreifen können, um

unseren weltweiten Energiebedarf zu

decken. Über mehr als 1000 Jahre be-

trachtet, haben wir nur Wasser, Wind

und Sonne zur Verfügung. Kurzfristig

Antwort des Autors Bernd Müller:

Das kann man so pauschal nicht sagen,

weil man nicht leicht abgrenzen kann,

was für ein Hausdach geeignet ist und

was nicht. Die höchsten Wirkungsgrade

erreichen derzeit monokristalline Sili-

ziumzellen. Sie kommen in der Serien-

fertigung auf etwa 18 und im Labor auf

25 Prozent. Polykristalline, amorphe

und Dünnschichtsolarzellen liegen dar-

unter. In dem Markt ist aber vieles in Be-

wegung. Ich gehe davon aus, dass Mehr-

schichtsolarzellen irgendwann auch auf

Hausdächer gebaut werden (Konzentra-

torzellen eher nicht, weil die der Sonne

nachgeführt werden). Das ist aber weni-

ger ein technisches Problem als eine

Frage der Kosten.

Wirkungsgrad

der Fotovoltaik

Bernd Müller stellte Chancen und

Herausforderungen einer zukünftigen

Energieversorgung per Sonnenlicht

vor. (»Die Zukunft der Energie, Teil 1:

Sonnige Zeiten«, Dezember 2011, S. 68)

Alois Bitterli, Wiezikon (Schweiz): Die

erreichten Fotovoltaik-Wirkungsgrade

von CPV-Zellen sind beeindruckend,

aber für eine Hausdach-PV-Anlage sind

diese wegen den benötigten Lichtkon-

zentratoren wohl kaum einsetzbar. Da-

rum meine Frage: Welche maximalen

Wirkungsgrade von PV-Zellen, die für

eine Hausdachinstallation geeignet wä-

ren, sind heute im Labor schon erreicht

worden?

Plädoyer für

solide, langfristige Politik

Wegen des ungelösten Endlagerproblems

befürwortete Michael Springer den

Ausstieg aus der Kernenergie. (»Lehren

aus Fukushima«, Oktober 2011, S. 20)

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SPEKTRUMDERWISSENSCHAFT·FEbRUAR2012

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