Spektrum der Wissenschaft Dezember 2011

Die Versorgung mit Energie wird das Schicksal der Menschheit entscheidend beeinflussen. In Teil 1 unserer neuen Serie "Zukunft der Energie" beleuchtet der Physiker und Journalist Bernd M�ller Stand und Perspektiven der Solarenergie. Die Energie der Sonne ist kostenlos, doch welchen Preis zahlen wir f�r ihre Nutzung?

W�hrend die einen Wissenschaftler Licht immer effizienter nutzen, versuchen andere, es zu erzeugen: Die Gr�ne Welle f�r den Laser, bis vor einigen Jahren noch ein Traum, steht heute vor der Serienreife. Diesen Durchbruch verdanken wir einem deutschen Forscherteam, das exklusiv in Spektrum vom langen Weg zur gr�nen Laserdiode berichtet. Dank ihr k�nnten Smartphones bald mit winzigen Laserprojektoren gro�e, hoch aufgel�ste Bilder an die Wand werfen.

Ob von der Sonne oder aus dem Labor: Unser Auge nimmt Licht mit einem zus�tzlichen Sinnesorgan wahr, das von den Physiologen lange unentdeckt blieb. Der Biologe Ignacio Provencio berichtet, warum Das zweite Auge f�r unseren Tag-Nacht-Rhythmus unentbehrlich ist.

Au�erdem im Heft:
Dem Mars auf die Pelle ger�ckt: Vor welchen Herausforderungen stehen interplanetare Missionen?; ¹⁴C und die Chronologie �gyptens und Ein Puzzle besonderer Art: �gyptologen setzen die Geschichte des Nilstaats zusammen; und selbstverst�ndlich berichten wir ausf�hrlich �ber die Nobelpreise 2011!

Editorial

Blicke in die Zukunft (kostenfrei)
3

Inhaltsverzeichnis

Inhalt (kostenfrei)
4

Leserbriefe

Leserbriefe (kostenfrei)
6

Spektrogramm

Das Erbgut des Schwarzen Tods ist entziffert (kostenfrei)
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Reionisation des Weltalls verlief schneller als gedacht (kostenfrei)
8
Flederm�use rufen mit superschnellen Muskeln (kostenfrei)
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Arktisches Rekord-Ozonloch dank Klimawandel (kostenfrei)
9
Farbspiele vor 100 000 Jahren (kostenfrei)
10
Hefezellen als Golfb�lle (kostenfrei)
10

Bild des Monats

Kleiner Verwandter des Tyrannosaurus (kostenfrei)
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Forschung Aktuell

Das Universum startet durch

12

1998 entdeckten Kosmologen v�llig unerwartet, dass sich die Ausdehnung des Kosmos nicht verlangsamt, sondern beschleunigt. Daf�r erhielten sie nun den Nobelpreis f�r Physik.

Wachposten des Immunsystems

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Der diesj�hrige Medizin-Nobelpreis geht an Bruce Beutler, Jules Hoffmann und Ralph Steinman. Die drei Immunologen haben mit ihrer Arbeit entscheidend zum Verst�ndnis der k�rpereigenen Abwehr beigetragen und damit den Weg f�r bessere Impfstoffe und Therapien geebnet.

Kristalle mit unm�glicher Symmetrie

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Seit der bahnbrechenden Entdeckung des diesj�hrigen Chemie-Nobelpreistr�gers sind Kristalle nicht mehr das, was sie einmal waren. Dan Shechtman vom Institut f�r Materialwissenschaften der Universit�t Haifa erkannte als Erster, dass es Festk�rper gibt, deren Atome regelm��ig, aber nicht periodisch angeordnet sind.

Ursache und Wirkung in der Makro�konomie

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Der Nobelpreis f�r Wirtschaftswissenschaften geht an Thomas J. Sargent und Christopher A. Sims f�r ihre methodischen Beitr�ge zur empirischen Makro�konomie. Die beiden Forscher haben neue Verfahren entwickelt, mit denen Ursache-Wirkungs-Beziehungen im Wirtschaftsgeschehen �berpr�ft werden k�nnen.

Springers EINW�RFE

Ist der Embryo Natur oder Kultur?
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Themen

Das zweite Auge

26

Besondere Nervenzellen in der Netzhaut vermitteln dem Hirn Lichteindrücke jenseits des Sehens. Die Entdeckung dieses weiteren Sinnesorgans k�nnte für manche Krankheiten wichtig sein, die auf Rhythmusst�rungen oder Lichtmangel zurückgehen.

Dem Mars auf die Pelle ger�ckt

32

In diesen Wochen will das Mars Science Laboratory an die Erfolge der Marssonde Phoenix ankn�pfen. 2008 hatte sie Hinweise darauf gefunden, dass der Rote Planet vielleicht doch nicht so lebensfeindlich ist wie lange gedacht. Der Phoenix-Chefwissenschaftler berichtet �ber Herausforderungen und �berraschungen bei interplanetaren Missionen.

Schlichting!

Was das Feuer am Leben h�lt
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Physikalische Unterhaltungen

Die Unruh, das Pendel und der Schmetterlingseffekt

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Das biedere Pendel gibt nicht nur der Wanduhr - und in der Spiralfedervariante der mechanischen Armbanduhr - ihren genauen Gang. Wenn es einen �berschlag machen darf, kann es sogar Chaos produzieren.

Themen

¹⁴C und die Chronologie �gyptens

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Bei der Entwicklung der Radiokohlenstoffmethode vor mehr als 60 Jahren dienten Funde aus dem Reich der Pharaonen als Referenz. Heute versuchen umgekehrt Naturwissenschaftler ihren Teil dazu beizutragen, offene Fragen der �gyptischen Chronologie zu beantworten.

Ein Puzzle der besonderen Art

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�gyptologen setzen die Chronologie des Nilstaats aus einer Vielzahl von historischen Informationen zusammen: von Tempelinschriften bis hin zu Zeitangaben auf Weinkrügen.

Energie der Zukunft, Teil 1: Sonnige Zeiten

68

Die Fotovoltaik boomt, und solarthermische Kraftwerke stehen in den Startl�chern: Strom aus Sonnenlicht stellt eine wichtige S�ule f�r die zuk�nftige Energieversorgung dar. Dennoch bleiben noch viele Hausaufgaben zu erledigen, bis die Sonne fossile Energiequellen vollst�ndig abl�sen kann.

Interview

Apostel der Solarwende

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Seit 2006 leitet Eicke Weber das Fraunhofer-Institut f�r Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg, das gr��te europ�ische Forschungsinstitut f�r Solarenergie. Daneben hat er einen Lehrstuhl f�r Solare Energiesysteme an der Universit�t Freiburg inne. Im Interview erl�utert Weber, warum er die Solarwende f�r unausweichlich h�lt.

Themen

Gr�ne Welle f�r den Laser

(kostenfrei)

78

Mobile elektronische Ger�te werden immer kleiner. Dennoch sollen sie gro�formatige Bilder erzeugen. Bislang fehlte jedoch ein echter grüner Laser. Jetzt haben deutsche Forscher den Durchbruch geschafft - exklusiv in "Spektrum" berichten sie, wie es ihnen gelang.

Extra

Editorial (Reinhard Breuer) (kostenfrei)
2
Editorial (Klaus Tschira) (kostenfrei)
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Inhalt (kostenfrei)
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Datengetriebene Forschung - Herausforderung f�r die Informatik

(kostenfrei)

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Auf allen Gebieten der Natur- und Ingenieurwissenschaften gewinnt eine Arbeitsmethode an Bedeutung, bei der die Analyse von sehr gro�en Mengen an Daten zu neuen Erkenntnissen f�hrt. Mit welchen technischen und organisatorischen Ma�nahmen kann die Informatik eine solche datengetriebene Forschung unterst�tzen?

Der Kosmos im Computer

(kostenfrei)

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Die Arbeitsgruppe "Theoretische Astrophysik" schl�gt eine Br�cke vom Universum kurz nach dem Urknall bis zur Gegenwart. In den fortgeschrittensten Supercomputersimulationen untersuchen die Forscher, wie sich aus der einst homogen verteilten Materie die heutige Vielfalt von Galaxien entwickeln konnte.

Das biomolekulare Erkennungspuzzle

(kostenfrei)

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Proteine sind die Funktionstr�ger des Lebens. Um ihre Wechselwirkungen mit anderen Molek�len besser zu verstehen, setzen Forscher zunehmend rechnergest�tzte Methoden ein. Computersimulationen von Proteininteraktionen leisten auch einen immer wichtigeren Beitrag zum Design von Wirkstoffen gegen Krankheiten und in der Biotechnologie.

Zerren an Biomolek�len im Computer

(kostenfrei)

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Mechanische Kr�fte sind lebenswichtig - im gro�en wie im kleinen Ma�stab. Eine Forschungsgruppe am Heidelberger Institut f�r Theoretische Studien untersucht ihre Wirkung auf der kleinsten Ebene: vom Protein bis hin zur einzelnen chemischen Bindung.

Hochleistungsrechner und der Stammbaum des Lebens

(kostenfrei)

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Eine wahre Flut von DNA-Daten erm�glicht inzwischen immer pr�zisere Rekonstruktionen von Stammb�umen - im Prinzip jedenfalls. In der Praxis �berfordert die Suche nach der optimalen L�sung auch die leistungsf�higsten Computer. Die Herausforderung hei�t deshalb, die Effizienz der Programme f�r N�herungsl�sungen zu steigern.

Pfade im Informationsdschungel

(kostenfrei)

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Wer die verschlungenen Wege des Stoffwechsels erforscht, ben�tigt Orientierungshilfe. Die Datenbank SABIO-RK hilft mit allerlei Finessen der Informatik, ben�tigte Daten in der Flut an Publikationen zu finden.

Kreativ durch Analogien

(kostenfrei)

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Gleiche Strukturen erkennen bei Dingen, die auf den ersten Blick nichts miteinander gemein haben: Das ist das Arbeitsprinzip, mit dem die interdisziplin�re Computerlinguistik ihre Erfolge erzielt.

Das Very Large Telescope der ESO in Chile

Virtuelle Forschungsumgebungen f�r morgen

(kostenfrei)

34

Um Wissenschaftlern die Infrastruktur bieten zu k�nnen, die sie für ihre Arbeit in der Zukunft brauchen, müssen Hochschulen und au�eruniversit�re Institutionen ihre Kr�fte bündeln und neue Wege beschreiten.

Wissenschaft braucht Vernetzung

(kostenfrei)

38

Forscher k�nnen der rapide anwachsenden Datenmengen nur Herr werden und sie zum rascheren Erkenntnisgewinn nutzen, wenn sie ihre Rolle als Mitglieder eines gro�en Netzwerks verstehen und akzeptieren. Dies erfordert neue Formen des Umgangs mit urheberrechtlichen Fragen und neue Modalit�ten der Zusammenarbeit.

Rezensionen

Treffpunkt der Freigeister

85

Michael Springer �ber "B�se Philosophen" von Philipp Blom

Das Buch f�r die verl�ngerte Kaffeepause

86

Heinz Klaus Strick �ber "Ein Schaubild der Mathematik" von Dmitry Fuchs und Serge Tabachnikov

Der Weltuntergang - gerade noch abgewendet

89

Christoph P�ppe �ber "Crash" von Mark Alpert

Wissenschaft im R�ckblick

1911 und 1961 (kostenfrei)
92

Vorschau

Vorschau auf Heft 1/2012 (kostenfrei)
94

Weitere Rubriken

Der Dendriten-Kode

PLUS

Der Biologe Hermann Cuntz erforscht die Anatomie von Nervenzellen - am Computer. Er hat die architektonischen Prinzipien von Dendriten entschlüsselt und kann mit einer einfachen Formel ihre Baumstruktur nachbilden.