Spektrum der Wissenschaft 2013 01.pdf

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Serie Allergie
Serie Allergie
Überreaktionen des
Immunsystems
in Haut und Darm
erie Allergie
JANUAR 2013
NEUROPROTHESEN
So sollen Gelähmte Fußball
spielen können
PSYCHIATRIE
Gewalttaten beim
Schlafwandeln
PHYSIK
Rätselhafte Gammablitze
in der Atmosphäre
Chaos und
Turbulenz
Den Geheimnissen
nichtlinearer
Vorgänge auf
der Spur
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VST Netzpiraten 2012
Dezember 2012
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Editorial
Carsten Könneker
Chefredakteur
koenneker@spektrum.com
Die Ordnung des Chaos
»P anta rhei« – alles ließt – lautet ein beliebter Aphorismus, der dem Philosophen
Heraklit zugesprochen wird. Laut Platon, der rund 100 Jahre später lebte, soll der Vor-
sokratiker das Sein mit einem Fluss verglichen haben. Alles wandle sich ständig, nichts bleibe,
wie es ist. Heraklits Flusslehre steht dabei in einem engen Zusammenhang mit seiner Über-
zeugung von der Einheit der Dinge. Frei interpretiert: Auch wenn nichts statisch ist, liegen
der Dynamik allen Naturgeschehens doch Gesetze zu Grunde. Forscher gehen heute davon
aus, dass dies sogar für die extremen Fälle gilt – turbulente und chaotische Prozesse. Nur wie
lauten deren Regeln? Dies ist das letzte verbliebene Rätsel der klassischen Physik.
2500 Jahre nach Heraklit kommen Wissenschaftler den Gesetzen des Chaos immer mehr
auf die Schliche. Im 19. Jahrhundert lieferten die so genannten Navier-Stokes-Gleichungen
die mathematischen Grundlagen zur Beschreibung turbulenter Systeme. Aber die Formeln
sind so vertrackt, dass Physikstudenten bis heute lernen, exakte Lösungen seien unmöglich.
Folglich sind Forscher auf numerische Näherungsverfahren angewiesen, wenn sie etwa die
Entstehung von Galaxien, die Bildung von Wolken oder das Phänomen des Herzlimmerns
fassen wollen. Auch bei Prognosen, wie sich Radioaktivität nach einem Reaktorunfall ausbrei-
tet oder Asche nach einer Vulkaneruption, helfen nur Computersimulationen.
Doch aktuell tut sich manches in der Grundlagenforschung. Wissenschaftler fahnden
nach Wegen, um von den Navier-Stokes-Gleichungen auf andere mathematische Beschrei-
bungen umzusatteln; neue Versuchsanlagen helfen, chaotische Systeme detaillierter als je
zuvor zu beschreiben. Göttinger Forscher vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbst-
organisation leisten bedeutende Beiträge auf diesem Gebiet, berichtet Gerhard Samulat.
Warum sie sich künftig auch von einem »roten Elefanten« wichtige Impulse versprechen,
verrät er Ihnen ab S. 50.
S pektrum der Wissenschaft startet eine neue Rubrik! Nachdem Norbert Treitz Sie über
Jahre bestens physikalisch unterhalten hat, verlegen wir unser Augenmerk nun auf die
Chemie: In losem Wechsel mit den »Mathematischen Unterhaltungen« präsentieren wir
Ihnen Neues und Kurioses aus der Welt der Stoffe. Unser Autor, der Chemienobelpreisträger
Roald Hoffmann, kennt sich nicht nur darin hervorragend aus. Er hat auch eine literarische
Ader. So schrieb er gemeinsam mit Carl Djerassi, dem Entwickler der Antibabypille, das
Theaterstück »Oxygen«. Zum Auftakt seiner Rubrik erzählt Hoffmann von der überraschen-
den Instabilität eines altbekannten Moleküls (S. 84).
Eine spannende Lektüre wünscht
Ihr
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SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT · JANUAR 2013
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inhalt
3 Editorial
14 Forschung aktuell
8 Leserbriefe/Impressum
Fernheizung Europas
bleibt aktiv
Der Golfstrom erlahmt
vorerst nicht.
Der zweite Frühling des
Masers
Ein neu entwickelter
Mikrowellenstrahler ohne
die üblichen Nachteile.
10 Spektrogramm
Aufstieg und Untergang der Maya • Super­
symmetrie in Bedrängnis • Hilferufende
Korallen • Planet ohne Stern • Innenohr als
Stromquelle • Tödliche Hitze in der Trias
Austausch von Genen
zwischen Wirbeltierarten
Neunaugen und Schup­
penische haben gemein­
sames Erbmaterial –
dank springender Gene.
SpringerS einwürfe
Der steinige Weg
zur Anerkennung
Zurückweisung kann
Vorteile bringen.
13 Bild des Monats
Feinstaub im Blick
30
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biologie & medizin
24 Schlafwandler als Mörder
James Vlahos
Wenn nur Teile des Gehirns ruhen, können Schlafende
unsinnige Taten vollbringen – sogar Totschlag.
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Serie Allergie teil 2
30 Aus dem Bauch heraus
Cassandra Willyard
Die Bedeutung der Darmlora für Allergien.
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35 Blick ins Erbgut
Erica Westly
Welche Rolle spielt die genetische Ausstattung?
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38 Risse in der Mauer
Claire Ainsworth
Schäden in der Haut erhöhen das Allergierisiko.
42 Molekulare Türöffner
Roland Brock und Wouter Verdurmen
Spezielle Peptide ermöglichen auch großen Molekülen den
Eintritt in Zellen – wichtig etwa für die Krebstherapie. Jetzt
beginnen Forscher den Importmechanismus zu verstehen.
60
........................................................................................................ Physik & astronomie
60 Gammablitze aus den Wolken
Joseph R. Dwyer und David M. Smith
Gewitter senden Gammastrahlung aus.
Warum, das inden Physiker erst allmählich heraus.
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Schlichting!
68 Grenzen des Wachstums
H. Joachim Schlichting
Die Tröpfchenverteilung auf beschlagenen Glasscheiben
ist immer noch für eine Überraschung gut.
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SPEKTRUMDERWISSENSCHAFT·JANUAR2013
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TITELThEma
Großer Wirbel um die Turbulenz
Gerhard Samulat
Göttinger Forscher erkunden das Verhalten turbulenter
Strömungen, einer speziellen Form dynamischer und selbst
organisierter Systeme. Mit neuen Experimenten und
Simulationen hoffen sie jetzt, dieses letzte Rätsel der klassi­
schen Physik zu lösen.
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70
.................................................................................................................... mensch & kultur
70 Muslimische Wurzeln der Renaissance?
Felix Arnold
Archäologen entdecken in einer Gartenanlage des mus­
limischen Reichs al­Andalus Besonderheiten, wie sie aus
den Gärten der italienischen Renaissance bekannt sind.
76 Fruchtbare Irrtümer
David Kaiser und Angela N. H. Creager
Einige Forschungsfehler lieferten wichtige Denkanstöße –
und veränderten sogar das wissenschaftliche Weltbild.
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erde & umwelt
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chemiSche UnterhAltUngen
84 Überraschungen aus der Molekülwelt
Roald Hoffmann
Manche verblüffende chemische Entdeckung erweist sich
bei genauerem Hinsehen als gar nicht so erstaunlich.
.......................................................... technik & comPuter
90 Bewegender Geist
Miguel A. L. Nicolelis
Eine Ganzkörperprothese soll Gelähmte wieder laufen lassen.
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98 Rezensionen
Martin Rietze, Marc Szeglat: Vulkane • Michael
Haller, Martin Niggeschmidt (Hg.): Der Mythos
vom Niedergang der Intelligenz • Rolf Knippers:
Eine kurze Geschichte der Genetik / Ernst Peter
Fischer: GENial! • Emily Hunter: Öko­Krieger u. a.
23 Wissenschaft im Rückblick
Vom Unterwasserschlitten zur Mondgeologie
106 Vorschau
titelmotiv: dreamstime / Vitaliy stavinov
die auf der titelseite angekündigten
themen sind mit r gekennzeichnet.
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