HYPERRAUM.TV ist der deutschsprachige Internet-Sender für alle, die mehr über Naturwissenschaft und Technologie wissen möchten. Mit seinem anspruchsvollen Programm mit Reportagen, Talks und Studiosendungen bietet HYPERRAUM.TV ein buntes Themenspektrum, das relevante Forschungsergebnisse und neue Technologien verständlich und kompetent aufbereitet: von der faszinierenden Entschlüsselung der letzten großen Geheimnisse des Universums oder den jüngsten Erkenntnissen der Genforschung bis zu den Perspektiven der Kernfusion als Energiequelle von Übermorgen. Der TV-Sender bringt dem Zuschauer aber nicht nur diese herausragende Grundlagenforschung näher, sondern zeigt auch Neues aus anwendungsnahen Forschungslabors mit Entwicklungen, die schon bald unser Leben verändern werden - von autonomen Fahrzeugen über die Biotechnologie bis zur Wunderwelt der Medien.

Biofilme haben als gefürchtete Krankenhauskeime schlechtes Image. Sie können aber auch von großem technologischen Nutzen sein. Ihr künftiges Potenzial als ressourcenschonender Elektrolyt in Brennstoffzellen oder für synthetisch produzierte Pharmaka wie Insulin. Solche Zukunfts-Anwendungen werden im Rahmen des bayerischen Forschungsverbundes BayBiotech untersucht. Susanne Päch hat sich zwei Wissenschaftler von der Uni Bayreuth zu einem Skype-Interview ins Studio geholt, um über neueste Forschungen auf diesem Gebiet zu sprechen. Andreas Greiner ist Professor für Polymerchemie und Inhaber des Lehrstuhls für makromolekulare Chemie, während der Biotechnologe Patrick Kaiser am Institut für Bioprozesstechnik derzeit seine Promotion abschließt.

Hans-Curt Flemming, Professor für Mikrobiologie, ist ein Pionier der Biofilmforschung und fasziniert von der bakteriellen Wohngemeinschaft in Biofilmen. Im Gespräch mit Susanne Päch berichtet er darüber, was die Aggregationen unterschiedlicher Bakterien so erfolgreich macht. Sie verändern in dieser Struktur ihr Verhalten, kennen sogar Arbeitsteilung und schützen sich mit einem dicken Schleim gegen Feinde von außen. Vor mehr als drei Milliarden Jahren entstanden, haben sie sich rasch zur globalen Putzkolonne des Planeten entwickelt, die von toten Blättern bis zu Tierfäkalien alle organischen Stoffe als Nahrung verarbeiten kann.

Bakterien "erkennen" Grenzflächen und setzen sich dort dann fest. In diesem Zustand bilden sie mit anderen Bakterien in der Nähe Gemeinschaften. Die Bewohner schützen ihre Kolonie durch die Herausbildung einer dicken Schleimschicht, auch Matrix genannt, und verändern darin sogar ihr Verhalten. Solche Biofilme sind nicht nur Ursache der gefürchteten Krankenhauskeime, sondern können im Körper chronische bakterielle Infektionen hervorrufen, die sich bis heute aufgrund der hohen Widerstandsfähigkeit der Biofilmstruktur mit Antibiotika kaum therapieren lassen. Die Suche nach den zellulären Grundlagen der Verhaltensänderung hat begonnen.

Bisher sind Wearables - meist am Handgelenk getragen - darauf zugeschnitten, Puls, Blutdruck oder Temperatur anzuzeigen. Die Erfassung motorischer Abläufe war bisher jedoch nicht möglich. Mit dem Prototypen der Schweizer Firma Vexatech wurde nun ein High-Tech-Kompressionsshirt vorgestellt, mit dem sich erstmals die Agilität menschlicher Bewegung dreidimensional messen, speichern und auch bewerten lässt.

Proteine spielen bei der Entstehung neurodegenerativer Krankheiten wie Parkinson oder der amyotrophen Lateralsklerose ALS eine wichtige Rolle. Sie entstehen im Zellinneren aus langen Ketten von Aminosäuren, die sich in spezifischer Weise dreidimensional falten. Kommt es in den sogenannten Motoneuronen, den im Hirn für die Bewegungssteuerung verantwortlichen Neuronen, bei bestimmten Proteinen zu Fehlfaltungen, dann kann das fatale Folgen haben: die Proteine beginnen zu verklumpen und führen schließlich zum Zelltod, der sich als Kettenreaktion bis in die Muskeln fortpflanzt. Die neuesten biomolekularen Forschungen sind den Ursachen dieser Protheinopathie auf der Spur und führen zu erfolgversprechenden Therapieansätzen dieser bisher kaum behandelbaren Muskellähmung.

Der natürlich vorkommende Erreger des Milzbrands, der Bacillus anthracis, kann in Form von Sporen Jahrzehnte lang im Boden ohne Nahrung überleben. Infiziert sich ein Mensch damit, hat er ganz unterschiedliche Heilungschancen, abhängig vom jeweiligen Stamm des Bazillus. Besonders gefährlich ist der Lungen-Milzbrand, der sogar behandelt eine extrem hohe Sterblichkeitsrate hat. Anthrax ist deshalb in der Geschichte immer wieder als biologische Waffe eingesetzt worde - zuletzt 2011 bei terroristischen Anschlägen, bei denen Briefe mit Anthrax-Pulver verschickt wurden. Susanne Päch besuchte das Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr, in dem Bakteriologen unter anderem daran forschen, wie sich der Erreger möglichst schnell identifizieren lässt. Das erhöht die Heilungschancen und gibt gleichzeitig Aufschluss darüber, ob es sich bei der Infizierung um einen terroristischen Anschlag handelt oder nicht.

Auf der "Smart Factory", die im Oktober 2017 zum vierten Mal vom TÜV Süd und dem Munich Network organisiert wurde, gab es die Trends der Fabrikation von morgen. Getragen wird die fabrizierende Welt von morgen vom firmenübergreifenden Kooperieren in der Cloud und von Geschäftsmodellen rund um die Maschine "as a service". Aber auch eine zunehmend regionalisierte Herstellung für die schnelle Auslieferung von hochgradig individualisierbaren Produkten zeichnet sich ab.

Die Ernährungswissenschaft sucht nach den Zusammenhängen zwischen Nahrung, Gesundsein und Krankwerden. Bisher lassen sich anhand statistischer Analysen bestimmte Korrelationen nachweisen, also typische Muster in der Zusammensetzung der Bakterien im Darm, die Frage nach dem "warum" dieser Abhängigkeiten ist aber vorläufig noch im Dunkel. Grundlagenforscher beginnen jetzt damit, die Wirkungsmechanismen einzelner Bakterien im Darm zu entschlüsseln - und sich so der Frage von der anderen Seite zu nähern. Noch aber ist diese Grundlagenforschung weit davon entfernt, harte Aussagen darüber treffen zu können, wie sich der Einzelne gesund ernähren kann. Nur die längst bekannte Leitlinie gilt als erwiesen: Wer Sport treibt und nicht fett wird, tut in jedem Fall das Richtige für ein gesundes Leben.

Dr. Jens Reiche war nationaler Koordinator der erfolgreich abgeschlossenen Mission LISA Pathfinder. Susanne Päch spricht mit ihm darüber, was wir über Gravitationswellen, die im Weltraum gemessen werden, Neues über die Astrophysik des Himmels erfahren können. Zudem erläutert Reiche die besonderen technologischen Herausforderungen, vor die Konstrukteure von LISA beim Satelliten-Design gestellt sind. Weiter sprechen beide auch darüber, warum die Entdeckung in einem amerikanisch geführten Projekt gelang, obwohl die wesentlichen Technologien aus Deutschland stammen.

Nachdem 2015 im irdischen Labor des Projektes LIGO die ersten Gravitationswellen nachgewiesen werden konnten, plant die ESA für 2034 eine Mission, mit der ihr Nachweis auch in einer Messanlage im Weltraum folgen soll. Die interferometrische Messanlage, deren wichtige Schlüsseltechnologien mit LISA Pathfinder 2017 erfolgreich getestet wurden, soll es ermöglichen, Gravitationswellen deutlich länger zu beobachten und sie bis zum Ursprung des Universums aufzuspüren. Forscher gehen zudem davon aus, dass sie sich damit erstmals auch bekannten astrophysikalischen Objekten zuzuordnen lassen. Damit könnte die Gravitationswellenforschung eine neue Sichtweise auf die Untersuchung der bisher elektromagnetisch bestimmten Astrophysik öffnen.

Das große Sauriersterben vor 65 Millionen Jahren hat eine Gruppe der Dinosaurier überlebt: die Urvögel aus der Kreidezeit. Die Reportage berichtet darüber, wie sich bei den Theropoden über Jahrmillionen Federn und Flugfähigkeit erst allmählich heraus gebildet haben. In mehreren Statements geben Paläontologen Einblicke in den Stand der heutigen Forschung und erläutern auch, dass die ausgestorbenen Flugsaurier nicht zu den Theropoden gehören. Schließlich geht es auch um das Für und Wider bioinformatischer Methoden für die Phylogenie, mit der Paläontologen detaillierte Stammbäume der Saurier anhand von Merkmalen algorithmisch zu erfassen versuchen.

Die Phylogenie befasst sich mit der Entwicklungsgeschichte unterschiedlicher Lebensformen, die inzwischen auch auf Computern berechnet werden kann. Alexandros Stamatakis, der am Heidelberger Institut für Theoretische Studien arbeitet und eine Professur für High Performance Computing am Karlsruher Institut für Technologie KIT inne hat, entwickelt solche Algorithmen zur Stammbaum-Berechnung, die Daten aus der Gensequenzierung als Eingabe verwenden. Die Methode, die inzwischen zum Standard-Repertoire der Evolutionsbiologen zählt, lässt sich für schnell evolvierende Bakterien oder Viren bereits überprüfen. Susanne Päch spricht mit dem Bioinformatiker über die heutigen Grenzen der Methode sowie über deren künftige Möglichkeiten, die bis in die Medizin reichen.

Siebzig Jahre Raumfahrt haben in der Umlaufbahn ihre Spuren hinterlassen. Der Weltraum um die Erde ist inzwischen zu einem gewaltigen Schrottplatz verkommen. Ausrangierte Satelliten trudeln unkontrollierbar um die Erde und zahllose Trümmerteile von Explosionen und Kollisionen provozieren eine Kettenreaktion. Seit Jahrzehnten wird der Weltraummüll in einem Katalog des amerikanischen Militärs erfasst, der heute 22.000 Objekte - bei weitem nicht alle - erfasst. Doch die Beseitigung der Trümmer und Fragmente ist derzeit nicht möglich. Inzwischen hat sich so viel Schrott angesammelt, dass der orbitale Müll zu einer echten Gefahr für die funktionsfähigen Satelliten geworden ist. Die Weltraumbehörden schlagen immer lauter Alarm, eine Lösung für die Schrottentsorgung haben sie indessen bis heute nicht.

Mit dem Weltraumexperten Tim Flohrer aus dem Space Debris Office der Europäischen Raumfahrtbehröde ESA darüber, wie Weltraumschrott erfasst wird und wie hoch das Gefahrenpotenzial des Weltraumschrotts einzuschätzen ist, der sich seit dem Start des ersten Sputnik 1957 über uns angesammelt hat. Flohrer berichtet über mögliche Konzepte zur Müllbeseitigung, die heute von der Fachwelt diskutiert werden, und warum es trotz des wachsenden Risikos für rund zweihundert operative Satelliten über uns bis heute noch keine Entscheidungen darüber gibt, wie und wann mit der Entsorgung der gefährlichsten Schrottteile begonnen werden kann. Es geht dabei nicht nur um die Problematik der Finanzierung, damit verbunden sind auch noch offene Fragen des Weltraumrechts.

Der Stand der Erforschung astrophysikalischer Vorgänge im Nahbereich des superschweren Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße steht im Mittelpunkt dieses Gesprächs von Susanne Päch mit dem Astrophysiker Frank Eisenhauer. In einer Entfernung von 27.000 Lichtjahren zur Sonne ist es das mit Abstand am besten untersuchte superschwere Schwarze Loch, das im Mittelpunkt fast aller Galaxien zu finden ist. Eisenhauer führt aus, was wir heute darüber wissen und welche Rolle Schwarze Löcher generell im Universum spielen. Last, but not least, gibt das Gespräch Aufschluss darüber, welche konkreten Fragen jetzt auf der Agenda der Forscher stehen.

Mit dem Astrophysiker Frank Eisenhauer talkt Susanne Päch über das ESO-Projekt Gravity, bei dem seit kurzem die vier 8m-Teleskope der Südsternwarte auf dem chilenischen Plateau des Cerro Paranal interferometrisch zusammen geschaltet sind. Erste Tests konnten bereits erfolgreich abgeschlossen werden. Mit den Messungen wollen die Astrophysiker in den nächsten Jahren neue Erkenntnisse über das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße, aber auch über die Sternentstehung sowie Exoplaneten gewinnen. Eisenhauer, Gravity-Projektleiter, berichtet über die dafür neu entwickelte Technologie ebenso wie über die astrophysikalischen Zielsetzungen des Projektes.

Schwarze Löcher - für beobachtende Astrophysiker sind die spektakulären Gebilde längst zu einem Alltagsphänomen geworden. Einen Großteil der von ihnen "angesaugten" Materie schleudern sie in gewaltigen Jetströmen und Wolken wieder zurück in den Weltraum. Dort entstehen aus diesem Rohmaterial wieder neue kosmische Strukturen. Für den theoretischen Physiker ist das Schwarze Loch aber immer noch ein geheimnisvoller Ort, sagt doch Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie vorher, dass Materie, hat sie erst einmal den sogenannten, bisher noch nicht beobachtbaren Ereignishorizont erreicht, für immer darin verschwindet. Astrophysiker rücken diesem magischen Ereignishorizont nun so nahe, dass eine Beobachtung der relativistischen Vorgänge erstmals möglich wird. Muss die Gravitationstheorie modifiziert werden, wie das der 2016 verstorbene Physiker Walter Greiner schon seit 2008 postuliert? Er sagte schlicht: Schwarze Löcher gibt es nicht!

Es sind nur Temperatur-Schwankungen von hunderttausendstel Grad, die im Himmelsatlas der Hintergrundstrahlung, die 380.000 Jahre nach dem Urknall entstand, für uns sichtbar werden. In ihre wird bereits vor knapp 14 Milliarden Jahren die großräumige Struktur unseres heutigen Universums evident. Die Hintergrundstrahlung erzählt uns aber nicht nur etwas über das Jetzt. Zusammen mit unserer Kenntnis der physikalischen Gesetze können wir auch hinter diese absolute Grenze der Beobachtbarkeit schauen. Wie sicher die Erkenntnisse über den Anfang unseres Universums heute sind und ob wir jemals wissenschaftlich beweisbare Informationen darüber erhalten können, das sind Fragen, denen Susanne Päch in diesem Gespräch mit dem Kosmologen Torsten Enßlin nachgeht.

Will man die von digitalen Sensoren erfassten astronomischen Messdaten wissenschaftlich interpretieren, dann ist davor eine aufwändige Bildverarbeitung erforderlich. Dafür gibt es heute zwar unterschiedliche informationstheoretisch begründete Verfahren, die jedoch immer nur für bestimmte Fälle nutzbar sind. Torsten Enßlin, Kosmologe und Wahrscheinlichkeitstheoretiker, hat nach einer übergreifenden Theorie für die Bildauswertung gesucht, das Ergebnis nennt er Informationsfeldtheorie. Sie wurde inzwischen mit daraus entwickelten Algorithmen für astrophysikalische Fragestellungen bereits verifiziert. Im nächsten Schritt will Enßlin die dafür erforderlichen Algorithmen vereinfachen. Dass dies möglich sein muss, so Enßlin, zeige ein Blick in die Natur: Die von Lebewesen hervorgebrachten Sinnesorgane sind perfektionierte Datenverarbeitungsanlagen, die gewaltige Mengen von Daten selbst in kleinsten Zeiteinheiten prozessieren können.

Torsten Enßlin sieht das Universum als Großlabor, dessen sich die Wissenschaft bedienen kann. Wichtig dafür aber ist die möglichst genaue Auswertung der digital gesammelten kosmischen Messdaten. Doch je weiter wir hinaus in das weite All blicken, desto schwächer werden die Signale. Der Kosmologe und Wahrscheinlichkeitstheoretiker Thorsten Enßlin hat mit der Informationsfeldtheorie ein neues Modell für die Datenauswertung vorgelegt, die Wahrscheinlichkeitstheorie und Physik verbindet und damit die Präzision extrem verrauschter Daten verbessert. Interessant ist es nicht nur für die Prozessierung astronomischer Daten. Sie lässt sich ebenso für die Bildauswertung von Kernspin-Tomographen wie auch für prognostische Abschätzungen einsetzen. Denn die Datenverarbeitung mit der Informationsfeldtheorie arbeitet immer nur auf der Grundlage von Wahrscheinlichkeiten - die kann man also ebenso für den Blick in die Datenzukunft nutzen, ebenso wie für den geschärften Blick zurück!

Die Solarenergie hat in den letzten Jahren mächtig an Fahrt aufgenommen. Heute stehen mit der Photovoltaik sowie solarthermischer Energieerzeugung unterschiedliche Technologien zur Verfügung. Nach Meinung von Experten werden diese unterschiedlichen Technologien künftig auch kombiniert zum großtechnischen Einsatz kommen. In Marokko entsteht derzeit das weltweit größte Kraftwerk-Komplex aus Sonnenenergie, in der diese Zukunft bereits erprobt wird. Für 2,2 Mrd. Euro - maßgeblich finanziert durch Duetschland - entsteht ein Hybrid-Kraftwerk, das mit einer Leistung von 580 MW bald 1,3 Millionen Marokkaner versorgen soll.

Mit der zunehmenden Produktion von Energie aus erneuerbaren Quellen zeigen sich für die Zukunft ganz unterschiedliche, sich ergänzende Trends: Micro Grids erlauben den Aufbau wirtschaftlich betreibbarer Mini-Netze - auch da, wo das Stromnetz bisher nicht hinreichte. An Standorten hoher Sonnenstrahlung dagegen entstehen gewaltige Produktionskomplexe, die Energie aus Sonnenlicht gewinnen und es sogar solarthermisch speichern können. Künftig werden sie sogar zu "Sektoren-Kraftwerken", die nicht nur Energie bereitstellen. Sie liefern dann auch Wärme für Heizsysteme. Sogar Treibstoffe und wertvolle Rohstoffe kommen aus dem Mega-Kraftwerk von morgen, das mit dem Licht der Sonne aus Kohlendioxid den für die chemische Industrie wertvollen Kohlenstoff spaltet und Wasserstoff für den Mobilitätssektor aus Wasser gewinnt.

Robert Pitz-Paal sieht im Gespräch mit Susanne Päch gerade für die Solartürme eine große Zukunft voraus. In der DLR wird bereits an der zweiten Generation dieser solarthermischen Technologie geforscht, die weit über die Nutzung zur Stromproduktion hinaus gehen. Dank hochkonzentrierter Fokussierung der Sonnenenergie auf einen Punkt ist die daraus gewinnbare solarthermische Energie so stark, dass damit künftig sogar die kostengünstige Spaltung von Kohlenstoffdioxid oder Wasser mit Solarenergie großtechnisch möglich werden soll. Um diese Forschungen weitre voran zu bringen, hat die DLR jüngst den mit Abstand größten Sonnensimulator Synlight aufgebaut.

Der Solarforscher Robert Pitz-Paal ist Direktor des Instituts für Solarforschung am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt. Mit Susanne Päch spricht er über das Modell "Energiewende". Er erläutert, warum uns trotz großer Anstrengungen die politisch angestrebte Reduzierung von CO2 bis 2030 nicht gelingen wird, was wir aus den Fehlern der von Deutschland maßgeblich voran getriebenen Energiewende schon gelernt haben und welche Rolle die unterschiedlichen Technologien Solarthermie versus Photovoltaik künftig spielen werden. Zuletzt gibt er einen Ausblick, wie seiner Meinung nach ein sektorenübergreifendes Energiesystem der Zukunft aussehen sollte.

Werden Atome mit Lasern bis nahe dem absoluten Nullpunkt gekühlt, erstarren sie in Bewegungslosigkeit. So lassen sie sich in kristalline Gitter einbetten, in denen sich dann durch gezielte Manipulationen unterschiedliche Quantenphänomene untersuchen lassen. In den Vielteilchen-Quantensimulatoren können heute schon Gitterstrukturen aus tausend und mehr Atomen aufgebaut werden. Die Quantenphysik im Spiel zwischen Ordnung und Ordnung nähert sich der Untersuchung makroskopisch beobachtbarer Effekte.

Susanne Päch hat Immanuel Bloch besucht. Er leitet den Lehrstuhl für experimentelle Quantenoptik an der Uni München und ist gleichzeitig Geschäftsführer des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik. Sein Spezialgebiet sind die Vielteilchensysteme, mit denen er in einem Quantensimulator experimentiert. Darin werden in einem festen Gitter aus laser-erzeugten Stehwellen perfekte kristalline Strukturen aus hunderten Einzelatomen aufgebaut und diese dann gezielt manipuliert. Mit solchen Quantensimulatoren lassen sich Phänomene in Festkörpern beobachten, die sich bis heute theoretisch nicht berechnen lassen - wie beispielsweise die Supraleitfähigkeit.

Himmelskarten bilden das Universum auf einer zweidimensionalen Ebene ab. Die Erschließung der dritten Dimension ist aufwändig. Den Astrophysikern stehen dafür zwei wichtige Methoden zur Verfügung: Die Astrometrie misst die entfernungsrelevante Verschiebung von Sternen am Himmel durch die Eigenbewegung der Erde sowie die Rotverschiebung von Spektren auch weit entfernter Himmelsobjekte außerhalb unserer Milchstraße. Aufgrund der endlichen Lichtgeschwindigkeit sehen wir die Himmelsobjekte allerdings nie im Jetzt, sondern in der Vergangenheit - und zwar je weiter sie von uns entfernt sind, desto weiter zurück. Mit Hilfe von Simulationen errechnen Kosmologen das kosmische Web, das ein Abbild der Entwicklung großräumiger Strukturen in der Gleichzeitigkeit zeigt.

Der junge Kosmologe Nico Hamaus ist Post-Doc an der Universitäts-Sternwarte München. Er gehört zu den voll im Trend liegenden aufstrebenden Astrophysikern, die die Leere im Weltall als bisher unerschlossene Forschungsregion entdeckt haben. Hier wollen sie der Dunklen Energie auf die Spur kommen, die für die beschleunigte Expansion im Weltall verantwortlich gemacht wird. Um was genau es sich bei dieser "kosmologischen Konstante" allerdings handelt, ist heute noch reichlich unbestimmt.

Die kosmische Leere ist zu einer Trenddisziplin der Astrophysiker geworden. Mit neuesten Technologien beginnen sie die komplementäre Welt des sichtbaren Universums zu erforschen. Denn die "Voids", wie sie die Fachwelt nennt, geben im Verbund mit dem sie umgebenden kosmischen Web nicht nur Aufschluss über die großräumigen Strukturen des Kosmos, sondern sind auch für die Erforschung der Dunklen Materie relevant. Mit ihnen lassen sich sogar Anomalien in der dreizehn Milliarden Jahre alten Hintergrundstrahlung aus dem Beginn des Universums untersuchen.

Bonus-Talk zur Reportage "Denken, Sprechen, Kommunizieren": Der Sprachtypologe befasst sich mit universellen Strukturmustern. Walter Bisang gibt in diesem Gespräch mit Susanne Päch an einem Beispiel einen Einblick in dessen methodische Arbeitsweise. Es zeigt auch, wie die Sprachforschung von wachsenden Erkenntnissen der Hirnforschung profitiert. In dem hier vorgestellten Fall geht es um die Satzstellung von unterschiedlichen Worttypen - im Zusammenwirken mit den kognitiven Fähigkeiten wie dem für Sprache wichtigen Kurzzeitgedächtnis und dem sogenannten Parsing. Das Parsing analysiert Sprache online - also schon während der Wahrnehmung - auf Strukturen. So beeinflusst es die Wortfolgen und damit auch die Entwicklung unterschiedlicher grammatikalischer Ausprägungen in den verschiedenen Sprachen dieser Welt.

In unserem Bonus-Talk zur Reportage "Sprache als Systemforschung" erläutert der Sprachtypologe Walter Bisang, Professor für Allgemeine und Vergleichende Sprachwissenschaft an der Uni Mainz, die für die Sprachforschung relevanten Strukturen und spricht mit Susanne Päch anhand von einigen Beispielen auch über seinen eigenen Forschungsbereich. Bisang untersucht unter anderem die Entwicklung von Sprachstrukturen hinsichtlich ihrer Komplexität, wobei sein Augenmerk vor allem der "versteckten Komplexität" gilt, die in vielen asiatischen Sprachen zu finden ist: Sprachen also, die es etwa formal zulassen, auf explizit in der Grammatik vorhandene Zeitangaben beim Verb zu verzichten, wenn sich diese aus dem Kontext heraus für den Adressaten eindeutig ableiten lassen.

Mit dem Sprachtypologen Walter Bisang spricht Susanne Päch über den aktuellen Kenntnisstand der Linguistik und ihre unterschiedlichen Forschungsansätze: die gebrauchsbasierte Linguistik und die von Noam Chomsky begründete Universalgrammatik. Beide suchen nach Modellen, dem Phänomen Sprache auf die Spur zu kommen. In der Frage, wie Sprache im Menschen begründet ist, stehen sie sich heute unvereinbar gegenüber, da Chomsky ein angeborenes Prinzip menschlicher Sprachfähigkeit fordert: die Rekursivität. Jüngste Erkenntnisse der Kognitionsforschung sowie neueste Sprachforschungen geben jedoch erste experimentelle Indizien, dass die Rekursivität kein Phänomen der Sprache ist, sondern grundlegend für die gesamte menschliche Kognition. Dennoch ist Bisang überzeugt, dass die Auseinandersetzung mit Chomskys "eleganter Theorie" für empirisch und experimentell arbeitende Sprachwissenschaftler befruchtend bleibt.

Linguisten befassen sich heute mit der Sprache aus zwei gegensätzlichen Forschungsansätzen: Die gebrauchsbasierten Sprachwissenschaftler sehen Sprache als direktes Resultat von Eigenschaften der Kognition und Bedürfnissen in der Kommunikation. Demgegenüber betrachten Anhänger der Universalgrammatik Sprache als angeborenes, abstraktes und in sich geschlossenes System. Der theoretische Linguist Walter Bisang, der die Sprachen dieser Welt als Typologe systematisch untersucht und mit Experimenten untermauert, sieht sich als Mittler zwischen diesen beiden ganz unterschiedlichen Denkwelten.

Polarlichter sind ein gewaltiges Naturschauspiel, das den nördlichen Himmel erhellt. Ausgelöst werden sie durch die Wechselwirkung der Materie des sogenannten Sonnenwinds mit dem irdischen Magnetfeld. Dessen Teilchen, vorwiegend Protonen und Elektronen, verfangen sich darin und interagieren dabei mit den Teilchen der Erdatmosphäre. Der Sonnenwind entsteht durch gewaltige Materieauswürfe auf der Sonne, die in einem elfjährigen Zyklus schwanken.

Das Standard-Modell der Teilchenphysiker konnte inzwischen mit Einsteins Relativitätstheorie zusammen geführt werden: in der Quantenfeldtheorie. Sie beschreibt, wie es kurz nach dem Urknall zu den Fluktuationen kommt, die wir heute im ganzen Weltall noch als Hintergrundstrahlung messen können und die Grundlage der kosmischen Strukturen ist. Jetzt wollen Stringtheoretiker die Quantengravitation entschlüsseln - und damit das Phänomen der Raumzeit erklären.

2017 soll eRosita als Hauptinstrument des russischen "Spektrum-Röntgen-Gamma" starten und dann mehrere Jahre lang den Himmel zum zweiten Mal auf Röntgenquellen durchmustern: zehnmal empfindlicher als sein Vorgänger Rosat in den neunziger Jahren und vor allem in noch höheren Energiebereichen. Harte Röntgenstrahlung bis zu 8 KEV wird er aufspüren und damit auch den Spektralbereich der astronomisch höchst interessanten Eisenlinie erfassen können, wie der Hochenergie-Astrophysiker Michael Freyberg berichtet.

Die Spektroskopie im Röntgenbereich steckt noch in den Kinderschuhen. Selbst der Himmel im gut beobachtbaren optischen Bereich ist nur in zehn Prozent spektroskopisch erfasst. Denn es müssen über lange Belichtungszeiten viele Photonen gesammelt werden, um das Spektrum eines Himmelsobjektes zu ermitteln. Über den Stand der Forschungen die die Herausforderungen dabei spricht Susanne Päch mit dem Astrophysiker Frank Haberl. Die spektrale Aufschlüsselung offenbart uns nicht nur die chemischen Elemente in Himmelsobjekten. Dank des 1929 entdeckten Doppler-Effektes geben die Spektren durch die sogenannte Rotverschiebung auch Aufschluss darüber, wie weit die Sterne von uns entfernt sind. Damit wird die präzise Verteilung der Himmelsobjekte im dreidimensionalen Raum möglich.

Rosat machte in den neunziger Jahren Schlagzeilen, als mit der ersten Himmelsdurchmusterung des Röntgenhimmels zahlreiche Röntgenquellen neu entdeckt wurden. Der Hochenergie-Astrophysiker Thomas Boller hat vor zwanzig Jahren bereits am weltweit ersten und bisher einzigen Himmelsatlas von Röntgenquellen mitgearbeitet. Dem alten Datenschatz hat er jetzt ein wissenschaftliches Facelifting verpasst. Leistungsfähigere Rechner, neue Auswertungsmethoden und die Bereinigung systematischer Fehler führen nicht nur zu präziseren Beobachtungsdaten. In dem 2016 veröffentlichten zweiten Röntgenatlas gewinnt die Forschungsgemeinschaft der Astrophysiker auch 20.000 neu entdeckte Röntgenquellen hinzu - mit vielen neuen Erkenntnissen, vor allem am unteren Ende des Röntgenspektrums, da, wo die ehemaligen Auswertungen von Rosat noch zu ungenau waren.

Rosat gilt als Meilenstein der Röntgenastronomie: Zum ersten und bisher einzigen Mal hat er den ganzen Himmel auf Röntgenquellen untersucht. Eine Forschergruppe am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik hat in den letzten Jahren die über zwanzig Jahre alten Daten mit modernsten Methoden komplett neu ausgewertet und dieses Jahr den zweiten Himmelsatlas mit vielen bisher unbekannten Röntgenquellen - vor allem am unteren Ende des Spektrums -veröffentlicht. Wie man Röntgenquellen detektiert, warum es so schwierig ist, Röntgenquellen sichtbaren Sternen zuzuordnen und was es mit der nächsten geplanten Himmelsdurchmusterung von eRosita Neues geben wird, sehen Sie hier.

Der Begriff des Anthropozäns stellt den Menschen ins Zentrum der Erdgeschichte. Die gesellschaftliche wie interdisziplinäre Diskussion dazu hat in letzter Zeit erheblich zugenommen; sie führt uns deutlich vor Augen, dass jeder einzelne Erdbewohner eine Verantwortung für den Planeten übernimmt. In der Schichtenkunde der Geologie wird derzeit sogar darüber debattiert, ein neues Erdzeitalter mit der Bezeichnung Anthropozän in die offizielle Nomenklatur der Stratigraphen aufzunehmen.

Geologen und Paläontologen debattieren derzeit über die Einführung eines neuen Zeitalters in der Chronographie der Erde. Manche Stratigraphen wollen das jüngste Erdzeitalter, das Holozän, für beendet erklären und jetzt das Anthropozän ausrufen. Der Geobiologe Gert Wörheide, Professor für Paläontologie, plädiert bei der Frage für mehr Gelassenheit. Es sei nicht Aufgabe der Erdgeschichtler, das Jetzt zu klassifizieren. Dagegen sei der Begriff des Anthropozäns für die öffentliche Diskussion hervorragend geeignet. Damit könne man der Gesellschaft vor Augen führen, dass der Mensch für das System Erde inzwischen zu einem Problem geworden ist.

Unter den Schichtenkundlern in der Geologie, die über die verbindliche Zeitskala der Erdgeschichte wachen, findet derzeit eine heftige Debatte darüber statt, ob das Anthropozän in die stratigraphische Nomenklatur der Erdzeitalter aufgenommen werden soll. Susanne Päch spricht mit Helmuth Trischler, Professor für Technikgeschichte und Direktor am interdisziplinären Rachel Carson Center, über die Bedeutung des Begriffs Anthropozän in der Wissenschaft und für die Gesellschaft, die für Trischler die eigentlich bedeutende Diskussion darüber ist, da sie jeden einzelnen in die Pflicht nimmt, sich über seine Verantwortung für das Erdsystem klar zu werden und entsprechend zu handeln.

Hitlers Wunderwaffe - Teil 4: Der Kernphysiker Manfred Popp, viele Jahre Vorstandsvorsitzender des Forschungszentrums Karlsruhe, findet, dass die etablierte Geschichtsschreibung die Rolle der Atomphysiker im Deutschen Reich nicht richtig darstellt. Die heute weitgehend akzeptierte Auffassung, die Deutschen hätten die Bombe zwar bauen können, aber die wirtschaftliche Lage am Ende des Zweiten Weltkrieges habe die Herstellung verhindert, hält er schlichtwegs für falsch. Seiner Meinung nach waren die Deutschen von Angst getrieben und überhaupt nicht in der Lage, eine Atombombe zu bauen. Susanne Päch talkt mit ihm über seine Neubewertung der Faktenlage.

Hitlers Wunderwaffe - Teil 3: Wie unterscheiden sich die wissenschaftlichen Methoden der Naturwissenschaftler von denen der Wissenschaftshistoriker, und warum kommen Geschichtsforscher bei gleicher Aktenlage häufig zu unterschiedlichen Interpretationen historischer Vorgänge, beispielsweise bei der Bewertung der Frage, ob und warum die deutschen Physiker im Dritten Reich keine Atombombe gebaut haben, obwohl etliche spätere Nobelpreisträger in Deutschland daran geforscht haben? Mit dem Physiker und Wissenschaftshistoriker Michael Eckert geht Susanne Päch diesen grundsätzlichen Fragen nach.

Hitlers Wunderwaffe - Teil 2: In den Sammlungen des Deutschen Museums lagert das Archiv des sogenannten Uran-Vereins, jene Dokumente, die die Arbeiten der deutschen Atomphysiker um Werner Heisenberg an der deutschen Atombombe im Dritten Reich dokumentieren. Das Material war von den Alliierten noch während des Krieges konfisziert worden. Nach dem Ende der Geheimhaltungsfrist haben die Amerikaner das lange unter Verschluss liegende Material inzwischen frei gegeben. Über das Kernforschungszentrum in Karlsruhe kamen die Dokumente ins Deutsche Museum. Susanne Päch hatte Gelegenheit, die historischen Dokumente bei Wilhelm Füßl, dem Leiter des Archivs im Deutschen Museum, in Augenschein zu nehmen.

Hitlers Wunderwaffe - Teil 1: Hätte es sie geben können - oder auch nicht? Siebzig Jahre nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs wird das Thema immer noch kontrovers diskutiert. Der Kernphysiker und Wissenschaftsmanager Manfred Popp glaubt, im Archiv des Uran-Vereins Beweise dafür gefunden zu haben, dass es die Bombe in Deutschland keinesfalls hätte geben können. Seine Hauptkritik: Die deutschen Atomphysiker hätten mit der "Reaktorbombe" auf eine gänzlich falsche Technologie gesetzt.

Nano Dimension ist ein junges Unternehmen aus Israel, das nach fünfjähriger Entwicklung einen neuartigen 3D-Drucker vorstellt, der erstmals den Druck unterschiedlicher, auch leitfähiger Materialien erlaubt. Hauptsächlich gedacht für die schnelle Entwicklung, können damit neue Platinen-Konzepte schnell produziert werden. Materialwissenschaftliche, aber auch herstellungstechnische Fragen waren dafür zu lösen. Das Ergebnis: eine Art Nanotinte aus Silberpartikeln, die sich in unterschiedliche Stoffe wie Glas oder Kunststoff drucken lässt. Vom TÜV Süd ist das Unternehmen vor kurzem mit dem Innovation Award 2016 ausgezeichnet worden.

Auch dieses Jahr trafen sich Experten der Industrie 4.0, eingeladen vom TÜV Süd und dem Munich Network, um sich über die massiven Veränderungen in der Fertigung auszutauschen. Das Thema reichte von neuartigen Maschinenkonzepten bis zur Fabrik von morgen, in der nicht nur die Maschine, sondern auch der Mensch von den digitalen Prozessen gesteuert wird. Wie all das den Managementstil von Unternehmen beeinflussen wird, stand ebenfalls zur Debatte.

Was haben kreative Köche mit guten Forschern gemein? Der Festkörperphysiker Thomas Pichler gibt in seinem Talk mit Susanne Päch die Antwort: Die intelligente Nutzung ihrer langen Erfahrung im Einsatz für innovative Ideen. Pichler ist zwar Grundlagenforscher, der sich bei seinen Experimenten gern überraschen lassen möchte, aber "zu Ende optimieren" ist nicht sein Ding, sagt er selbst. Statt dessen sucht er gern nach neuen Ansätzen, auch wenn das manchmal bedeutet, sich in bisher unbekannte Forschungsbereiche einarbeiten zu müssen. So gelang es dem Querdenker, ein seit über 130 Jahren ungelöstes Problem der organischen Chemiker mit einer ganz anderen Herangehensweise voran zu bringen: Die Herstellung einer im Prinzip unendlich langen Kette einzelner Kohlenstoffatome, das sogenannte Carbin.

Der Festkörperphysiker Thomas Pichler konnte doppelwandige Nanoröhren in seinem Labor so "tunen", dass darin prinzipiell unbegrenzt lange Ketten von Kohlenstoffatomen - sogenanntes Carbin - wachsen. Die Grenze des Wachstums dieses neuen Nanomaterials bildet die maximale Länge der kontrollierten Herstellung der geeigneten Nanoröhren, die heute bei eineinhalb Mikrometern liegt. Das entspricht einer Kettenlänge von maximal 6000 Wasserstoffatomen. Pichler ist ein Querdenker, der mit seiner Versuchsanordnung jetzt ein über 130 Jahre bestehendes Problem der Chemiker gelöst hat.

Der theoretische Astrophysiker Dieter Breitschwerdt befasst sich seit Jahrzehnten mit der Modellierung der Gasblasen, die bei Supernovae entstehen. Im Gespräch mit Susanne Päch berichtet er über den experimentellen Nachweis einer solchen Explosion in nächster Nähe zur Sonne. Vor 2,3 Millionen Jahren fand sie in weniger als 300 Lichtjahren zur Erde statt. Dies belegen Eisen-60-Funde in Tiefseeproben - und neuerdings sogar in einer Mondprobe. Der Vergleich dieser Daten mit numerischen Simulationen einer seiner Arbeitsgruppen gibt weiteren Aufschluss: Eine ganze Reihe solcher Supernovae hat sich in astronomisch kurzer Zeitfolge ereignet - in einem Sternstrom von knapp hundert Sonnen, der sich seit seiner Entstehung vor mehr als zwanzig Millionen Jahren durch die Milchstraße bewegt und auf dieser Reise nahe am Sonnensystem vorbeizog. Diese Explosionen könnten sogar Einfluss auf die Entwicklung der Biosphäre genommen haben.

Eisen-60 ist ein Isotop, das bei Supernova-Explosionen frei gesetzt wird. Mit anderen chemischen Elementen wird es in einer gewaltigen Schockwelle in den Weltraum geschleudert, die mit der interstellaren Materie interagiert. Vor rund 2,3 Millionen Jahren ist die Erde offenbar in eine solche Explosionsblase geraten. Auswertungen von Tiefseeproben - und vor kurzem sogar in einer erneut analysierten Mondprobe - bestätigen diese Theorie, die erstmals in den neunziger Jahren aufkam. Die Supernova soll sich in einer Entfernung von nur wenigen hundert Lichtjahren zum Sonnensystem ereignet haben.

Methan wird bei biologischen Fäulnisprozessen freigesetzt. Der Mensch greift in den Methan-Haushalt der irdischen Atmosphäre über Reisanbau und Viehzucht ein. Neben dem Kohlenstoffdioxid gilt das Gas als wichtigster Faktor der vom Menschen verursachten Klimaerwärmung. Zum Stand des Wissens über die sich ändernde Methanverteilung in unserer Atmosphäre berichten Michael Buchwitz und Maximilian Reuter, zwei Umweltforscher von der Uni Bremen.

Am Institut für Umweltforschung der Bremer Universität befassen sich Physiker mit der Erforschung der Treibhausgase Kohlenstoffdioxid und Methan in der irdischen Atmosphäre. Über die Auswertung irdischer und satellitengestützter Messungen wissen wir inzwischen, dass heute rund die Hälfte des vom Menschen produzierten Treibhausgases CO2 von Pflanzen für verstärktes Wachstum genutzt wird. Daher schwankt der Gehalt der Treibhausgase im Wechsel der Jahreszeiten; Ziel der Forschung ist es derzeit, mehr über die jahreszeitlichen wie regionalen Unterschiede von Quellen und Senken zu erfahren. Im ersten Teil unserer Doppelfolge steht Kohlenstoffdioxid im Mittelpunkt.

Auf der Veranstaltung MediKonOne, die im Klinikum Oldenburg stattfand, haben Autoren und Wissenschaftler über Perspektiven und Visionen für ein längeres Leben diskutiert: von der schon heute möglichen vernetzten Gesundheit über die Notfall-Telemedizin bis zur Vision des neurologischen Uploads von Erinnerungen.

Auf dem Forum " Digital Health" diskutierten Experten von Krankenkassen, Pharmakonzernen und IT-Unternehmen über die Anforderungen und Veränderungen im einschlägigen Markt. Etliche Start Ups stellten neue Ideen für Vorsorge und Therapie von morgen vor.

Prof. Martin Hrabě de Angelis vom Helmholtz Zentrum München spricht mit Susanne Päch über die neuesten Forschungsschwerpunkte im Bereich der Genetik; er berichtet zudem, dass die Wissenschaft dank internationaler Großforschung in der Folge des Genom-Projektes immer tiefer in die Geheimnisse der Vererbung vordringt, wie die Epigenetik immer wichtiger wird und welche Ziele sich das Institut für die nächsten Jahre strategisch gesetzt hat.

In unserem Bonus-Talk mit Johannes Beckers, Professor für Genetik, geht es um Darwin und Lamarck, also um die Frage, ob im Leben erworbene Eigenschaften an die Nachkommenschaft weiter gegeben werden können. Die Fachwelt spricht dann von epigenetischer Vererbung. Im Gespräch mit Susanne Päch erklärt Beckers, wie der Begriff Epigenetik definiert ist, warum diese Forschungsrichtung in den letzten hundert Jahren bei den Neodarwinisten gänzlich aus der Mode geraten war und seit wenigen Jahren doch wieder voll im Trend liegt. Denn auch dank seiner Forschungen ist inzwischen nachweisbar: Der vererbte Code des Lebens besteht nicht nur aus den bisher bekannten kodierenden Genen, sondern wird auch epigenetisch, also durch aktuelle Umwelteinflüsse, gesteuert.

In unserem Bonus-Talk Neodarwinismus und Epigenetik spricht Johannes Beckers mit Susanne Päch über Definition und Geschichte der Epigenetik, den Konflikt zwischen Neodarwinisten und Epigenetikern sowie den Stand der Forschung.

Die Modellierung biologischer Vorgänge hat jetzt auch die Paläontologie erreicht. Der Biologe Kevin Healy hat am Trinity College in Dublin das Fressverhalten fleischfressender Saurier in der Urzeit bioinformatisch berechnet. Sein Interesse galt der Frage, welchen Anteil Aasfleisch haben könnte. Er fand, dass die Körpergröße unterschiedlicher Sauriertypen ein wichtiger Parameter dafür ist.

Rainer Blatt arbeitet am Innsbrucker Institut für Quantenoptik und Quanteninformation an Quantentechnologien der nächsten Generation. Es geht um "verschränkte" Atome, die - in einer Ionenfalle isoliert gefangen - heute nicht mehr nur der direkten Erforschung von Quantenphänomenen dienen. Sie haben bereits Anwendungen in der Wissenschaft gefunden; mit solchen QuBits im Verschränkungszustand gelingt es bereits, QuBits für die Simulation von Prozessen in der Teilchenphysik zu nutzen. Am Horizont: der universelle Quantencomputer, der dann auch Rechenaufgaben lösen wird, an denen heutige Digitalrechner noch "heiß" laufen.

Quanten-Verschränkung und Teleportation: Für Rainer Blatt sind diese Begriffe Tagesgeschäft. Am Innsbrucker Institut für Quantenoptik und Quanteninformation geht es um solch "verschränkte" Atome, die in direktem Informationsaustausch stehen. Diese so wenig nachvollziehbaren Phänomene der atomaren Welt zu beherrschen, damit befasst sich der Experimentator seit mehr als drei Jahrzehnten. 2004 gelang ihm ein großer Erfolg: weltweit erstmals konnte er zeigen, dass sich verschränkte Atome, die QuBits, vom Menschen kontrolliert manipulieren lassen.

Fliegenlarven produzieren aus Biomüll Protein. Lassen sich diese Organismen mit hohem Proteinanteil als Tierfutter für Hühner und Schweine nutzen? Agrarwissenschaftler und Mikrobiologen arbeiten in einem EU-geförderten internationalen Projekt daran, die Unbedenklichkeit dieser nahrungsreichen Kost für Tier und Mensch nachzuweisen, die heute EU-weit aufgrund des BSE-Skandals nicht nur für Rinder, sondern auch für Allesfresser verboten ist.

Vor kurzem verkündete die EU eher beiläufig, dass Geld für ein gewaltiges Flagship-Projekt für Quantentechnologien bereit stünde; es soll die führende Position Europas in diesem Forschungsfeld in marktfähige Technologien ummünzen. Ob das gelingen kann? Susanne Päch sprach mit Tommaso Calarco, der zusammen mit führenden Quanten-Wissenschaftlern das europäische Quantenmanifest verfasst hat, Grundlage für die milliardenschwere Forschungs- und Wirtschaftsförderung.

Der zweite Preis der X-Prize Foundation wird von Google finanziert und hat einen Flug zum Mond zum Ziel. Sechzehn Teams aus der ganzen Welt haben sich dafür beworben, darunter auch ein von Audi geführtes Team, die PT Scientists. Bis Ende 2017 müssen sie in privater Mission einen Rover zum Mond schießen, der von dort HD-Videos zur Erde überträgt und mindestens fünfhundert Meter gefahren sein muss.

In wenigen Wochen wird der Testlander Schiaparelli auf dem Mars ankommen. Er wird die Landeprozedur für den ersten Mars-Rover der Europäischen Raumfahrtbehörde ESA testen. Der soll in der zweiten Mission von Exomars dann 2018 seinen Weg zum roten Planeten antreten. Die Aufgabe des autonomen Marsrovers: Bohrungen bis zu einer Tiefe von zwei Metern; diese Bodenproben werden anschließend direkt an Bord in einem biochemischen und mineralogischen Labor untersucht. Wird die ESA tief unter der Oberfläche Spuren von Leben auf dem Mars finden?

Mit der "Directed Evolution" wollen Biochemiker das Universum der Enzyme entschlüsseln und es für das Protein-Engineering in der Biotechnologie nutzbar machen. Auf dem Industrial Biotech Forum hat der Biochemiker Ulrich Schwaneberg von der RWTH Aachen berichtet, werden mögliche Enzyme mit Durchmusterungsstrategien untersucht.

In einem Kolibakterium befinden sich rund viertausend Proteine, die in jeder Sekunde unzählige Zwischenprodukte, sogenannte Metaboliten, umwandeln. Dem Verständnis über den komplexen Stofffluss in einer Zelle sind Systembiologen jetzt auf der Spur - Grundlagenwissen über die Mini-Chemiefabrik mit hoher Relevanz für die Biotechnologie.

Bisher brauchen Daten von Erdbeobachtungssatelliten bis zu drei Stunden, ehe sie beim Anwender ankommen. Die Kommunikation zwischen Erde und Satellit ist nur in schmalen Zeitschlitzen möglich, nämlich dann, wenn der Satellit gerade die zugehörige Bodenstation überfliegt. Bei Naturkatastrophen zu langsam! Das ändert sich mit dem European Data Relay System EDRS. Mit dieser orbitalen Relaisstation können die von Sensoren gesammelten Bits und Bytes deutlich schneller zum Nutzer kommen oder Kommandosignale von der Bodenstation zum Satelliten übertragen werden, beispielsweise für die Umprogrammierung der Sensoren bei Katastrophen.

Im Gespräch mit Michael Rast, dem Wissenschafts-Strategen der ESA, geht es um die neuesten Möglichkeiten, die die global erhobenen Daten von Geosatelliten für die Meeres- und Klimaforschung, aber auch für kommerzielle Geoservices bieten. Die Raumfahrtexperten lernen inzwischen immer besser, auch die biologischen Ökosysteme aus der Umlaufbahn zu erschließen. Für eine optimale Nutzung der Daten aus dem Weltraum ist jedoch in der Grundlagenforschung, so sagt Rast, eine verbesserte internationale Standardisierung der Modelle sowie eine Harmonisierung der Arbeitsweise erforderlich.

Laserkommunikation: Die NASA will damit künftig Live-TV von fremden Planeten senden. Was mit der optischen Kommunikation schon heute geht, zeigt das European Data Relais System EDRS. Im Januar 2016 gestartet, wird die Datenautobahn ins All derzeit auf Herz und Nieren geprüft und soll ab Sommer in kommerziellen Betrieb gehen. Per Laser werden damit Daten von Erderkundungs-Satelliten in den geostationären Orbit übertragen und von dort per Funk in ganz Europa zu empfangen sein.

Mit dem European Data Relais System EDRS setzt Europa einen Meilenstein der Raumfahrttechnologie. Weltweit einmalige Laserkommunikation soll künftig mit GlobeNet ein weltumspannendes kommerzielles IT-Netz mit einem breiten Spektrum mobiler Datendienste ermöglichen: vom Austausch von Bewegtbildern mit Drohnen bis zum globalen Monitoring von Frachtschiffen. Airbus Defense and Space möchte gleichzeitig eine neue Ära der europäischen Raumfahrt in Europa einläuten.

Die öffentliche Debatte über Grüne Gentechnik macht den Wissenschaftlern zu schaffen, die die grundlegende Wirkungsweise von pflanzlichen Genen untersuchen. Susanne Päch spricht mit dem früheren Forscher und Industriemanager Dr. Günter Strittmatter über das negative Image der Pflanzenwissenschaft sowie ihre Bedeutung für die Welternährung und die gesamte Agrarindustrie.

Bioinformatikern in Düsseldorf ist es erstmals gelungen, Algorithmen für die Entwicklung der Photosynthese in ein Evolutionsmodell zu packen. Das Modell zeigt, wie es einigen Pflanzen gelang, ihre konventionelle Photosynthese zu einer Booster-Variante weiter zu entwickeln. Jetzt wollen die Forscher C3-Nutzpflanzen evolutionär bis zu jenem Entwicklungsstadium zurück mutieren, in dem dann eine natürliche C4-Evolution möglich ist.

Biochemiker wollen verstehen, wie das System Pflanze funktioniert und wie dabei Biochemie, Genetik und Umwelteinflüsse zusammenspielen. Im Exzellenzcluster Ceplas geht es auch um Forschung, welche gezielten genetischen Eingriffe in die Pflanze ihren Ertrag erhöhen - ein wichtiger Beitrag dafür, die Welternährung der wachsenden Menschheit auch in Zukunft zu sichern.

Mit ganz unterschiedlichen Konzepten wird derzeit an vielen Orten die Stadt der Zukunft ausgetestet. Wir zeigen drei ganz unterschiedliche Projekte dieses Reality-Checks im Living Lab: einen gänzlich neu aufgebauten Stadtteil der Zukunft in Wien" Aspern Seestadt -, ein Projekt der "digitalen Dörfer" in Rheinland-Pfalz und das Urban Office, ein Reallabor in Heidelberg.

Das autonome Fahren steht vor der Tür. Wir berichten über den Stand der Technologie, aber auch darüber, wie die Digitalisierung des Fahrzeugs das Fahren in Zukunft verändern wird. Die Thematik ist nicht nur eine Frage von Technologien; sie greift tief in die Gesellschaft ein - und zwingt auch zu einer ganz neuen rechtlichen Definition des Autofahrens.

Steffen Glaser befasst sich an der TU München mit Algorithmen für die Steuerung von Quantensystemen. Im Gespräch mit Susanne Päch berichtet er über die heutigen biochemischen Anwendungen in der Kernspin-Spektroskopie, mit der erstmals dynamische Vorgänge in Molekülen beobachtet werden können. Glaser ist zudem überzeugt, dass die rasanten Fortschritte bald zu beherrschbaren Quantentechnologien führen werden.

Die Steuerung von Quantenspins ist das Forschungsfeld von Steffen Glaser. Der Professor für organische Chemie entwickelt dafür einschlägige Algorithmen. Heute kommen sie bereits für biophysikalische Forschungen zum Einsatz, in Zukunft sollen sie mit der Entwicklung neuer Quantentechnologien von extrem kleinen Messgeräten bis zu Quantencomputern führen.

Die Quantenmechanik gibt bis heute philosophische Denkrätsel auf. Denn die Vorgänge in der Quantenwelt scheinen der für uns jederzeit und überall wahrnehmbaren Realität im Makrokosmos zu widersprechen. Mit dem Quantenphysiker Markus Arndt talkt Susanne Päch vor allem über die erkenntnistheoretischen Hintergründe von Theorie und Experiment.

Markus Arndt ist Professor für Quanten-Nanophysik und experimentiert an der Uni Wien mit Materie-Wellen-Interferometern. Im Gespräch mit Susanne Päch erläutert er den Aufbau seiner Versuche und seine wissenschaftlichen Ziele. Er berichtet auch darüber, wie seine Experimente die Theorien der Quantenphysik beeinflussen.

Kognitionsforscher versuchen zu verstehen, was menschliches Verhalten steuert. Einige unter ihnen, wie Agnieszka Wykowska,wollen damitauch Blaupausen für Ingenieure entwerfen, damit sie Roboter mit menschlichen Verhaltensmustern für den Einsatz im Alltag fit machen können.

An der Uni Wien erforscht ein interdisziplinäres Team die Grundlagen der Kolloidchemie. Zwar sind Kolloide schon vielfach in der industriellen Anwendung, noch aber fehlt eine allgemeingültige Theorie dieser reichlich heterogenen Trenddisziplin der Chemie. Mit ihr soll es künftig möglich werden, solche molekularen Strukturen maßgeschneidert für unterschiedlichste Anwendungen zu entwerfen.

Dr. Cornel Klein talkt mit Susanne Päch über die Zukunft der Elektrik-Elektronik-Architektur im Auto der Zukunft. Der Chef des Projektes RACE und Visionär der Bordelektronik im Fahrzeug meint, es braucht einen radikalen Neuanfang, um das Automobil sicher auf den Straßen zu bewegen - Zielpunkt: autonomes Fahren.

Im zweiten Teil des Talks mit Michael Valentine-Urbschat spricht Susanne Päch mit dem Experten aus der Automobilbranche über die Markenmacht der klassischen deutschen Hersteller und den Einstieg neuer Player in den Markt, die die etablierten Anbieter auch mit neuen Fertigungstechnologien wie beispielsweise Streetscooter attackieren. Valentine-Urbschat glaubt, dass sie gut für die Marktöffnung sind, da sie die traditionsstarken Anbieter aus der Lethargie holen, hält jedoch die klassischen Marken für stark genug, ihre Position im globalen Markt zu halten. Mit der IT-Industrie und dem vernetzten Auto kommen jetzt allerdings auch kapitalstarke Player auf den Plan, die ihre Chance für ein neues Geschäftsfeld sehen. Das Maschinenbau-Know How der Kfz-Hersteller haben sie jedoch nicht. Kommt es möglicherweise zu globalen Allianzen zwischen Automobilherstellern und Internet-Riesen?

Wolken sind komplexe Gebilde mit vielschichtigen Prozessen. Wesentlich dafür, dass sie sich überhaupt entwickeln können, sind Aerosole, deren tatsächlicher Einfluss auf das langfristige Klima wie auch der auf Wolken längst noch nicht geklärt ist. Die Reportage berichtet zum Stand der Forschung über das komplexe Wirkungsgefüge aus Wolken und Aerosolen.

Der Mensch - woher kommt er? Der Paläontologe Friedemann Schrenk hält die Fähigkeit zu kollaborativem Verhalten für ein wesentliches Merkmal des Menschseins. Es bildete sich gemeinsam mit der Nutzung von Werkzeugen als Teil der kulturellen Entwicklung des Homo sapiens heraus. Genetik und sozio-technologische Fähigkeiten der Spezies Mensch definieren die biokulturelle Evolution, die von mehr als zwei Millionen Jahren in Afrika begann.

Im zweiten Teil des Science-Talks mit dem Paläoanthropologen Friedemann Schrenk steht die Frage im Mittelpunkt, wie sich die Menschheit weiterentwickeln könnte. Schrenk vertritt die Meinung, dass biologische und kulturelle Evolution eine untrennbare Einheit bilden. Insofern sieht er die informationelle Entwicklung von intelligenten Maschinen oder digitalen Algorithmen nicht als Bedrohung, sondern als Teil der menschlichen Entwicklung, die aufgrund der wesentlich schnelleren Geschwindigkeit der Informationsweitergabe drauf und dran ist, die genetische Evolution abzulösen und sich verselbständigen könnte.

Die Computertomographie hält Einzug in die Materialprüfung - und die Automobilindustrie ist wichtiger Treiber dieser Entwicklung. Mit superschnellen CTs lässt sich die Qualität kleiner Aluminium-Bauteile wie Motorkolben schon heute im Prozesstakt dreidimensional analysieren. Am Fraunhofer-Entwicklungszentrum für Röntgentechnik arbeiten Forscher schon an den nächsten Generationen solcher Röntgenprüfverfahren: Sie wollen in einigen Jahren sogar bewegte Prozesse großer Objekte - beispielsweise einen Autocrash - in einem dreidimensionalen Röntgenfilm abbilden.

Prof. Randolf Hanke ist Experte der zerstörungsfreien Materialprüfung. Im Gespräch mit Susanne Päch gibt er Einblicke über den Stand und die Entwicklungen von Radioskopie und Computertomographie. Ihre Einsatzgebiete reichen von robotgestützter Qualitätsprüfung in der Produktion von Saatgut bis zur Analyse des Inhalts von Frachtcontainern.

Bonus-Talk: Mit der Einführung des Leichtbaus im Automobil haben röntgengestützte Prüfmethoden einen gewaltigen Aufschwung genommen. Heute kann die Radioskopie direkt in die Herstellung von Bauteilen integriert werden. Mit dem neuesten Einsatz der Computertomographie können sie während dem Fertigungsprozess sogar in dreidimensionaler Auflösung vermessen und analysiert werden. Zukünftig soll es sogar möglich sein, so die Vision von Professor Randolf Hanke, den Crash eines Automobils in einem hoch aufgelösten 3D-Röntgenfilm aufzunehmen.

Friedemann Schrenk ist Professor für Paläoanthropologie. Er vertritt die Meinung, dass biologische und kulturelle Evolution eine untrennbare Einheit bilden. Insofern sieht er die informationelle Entwicklung von intelligenten Maschinen oder digitalen Algorithmen nicht so sehr als Bedrohung, sondern vor allem als Teil der menschlichen Evolution. Aufgrund der wesentlich schnelleren Entwicklungsgeschwindigkeit ist sie drauf und dran, die bisher vorwiegend genetisch geprägte Evolution abzulösen.

Die allumfassende Klammer der großen Megatrends ist die Digitalisierung. Das Teilen und Tauschen von Produkten hat durch die Netzwelt eine neue Grundlage erhalten. Und die Gamification reicht von der spielerischen Wissensvermittlung bis zum Eintauchen in fiktive Spielwelten. Virtuelle und reale Welt verschmelzen, die daraus erwachsenden Konsequenzen für Politik, Gesellschaft und das Individuum sind noch weitgehend unerforscht.

Bonus-Talk II: Axel Zweck ist überzeugt, dass der unterschiedliche Umgang mit sensiblen Daten in Demokratien auch wirtschaftliche Wettbewerbsvorteile bieten kann. Seiner Meinung nach könnten kulturell gewachsene Wurzeln. Im zweiten Teil des Talks stehen die Digitalisierung, Big Data und die Politik im Mittelpunkt. Axel Zweck spricht über die Auswirkungen auf den Einzelnen und die Gesellschaft. Wichtiger Aspekt des Talks ist auch, wie die Dynamik des Internets künftig auch die Demokratie verändern kann.

Bonus-Talk III: Eigenproduktion und Tauschkultur sind nach Meinung von Axel Zweck heute nicht nur erkennbare Phänomene in der Gesellschaft, sondern auch dank verbesserter Technologien relevante Trends der künftigen Entwicklung. Gleichzeitig ist dank Big-Data-Algorithmen der Einfluss auf Entscheidungen durch digitale Systeme feststellbar, die für Zweck neu gewonnenen Freiraum bieten, sich in partizipativen Prozessen mit relevanten Fragen der gesellschaftlichen Entwicklung auseinander zu setzen. Im dritten Teil des Talks geht es darüber hinaus auch um die zunehmende Bedeutung virtueller Welten, für die bisher keine gesellschaftlichen Regeln aufgestellt wurden. Eine Auseinandersetzung darüber hält der Soziologe für dringend erforderlich, damit die Gesellschaft von dieser Entwicklung nicht überrollt wird.

Bonus-Talk I: Die Welt wird immer komplexer, deshalb brauchen wir immer mehr Informationen für die grundlegenden Entscheidungen", mein Professor Axel Zweck vom VDI Technologiezentrum. Susanne Päch sprach mit ihm über die dreibändige Studie Foresight 2030, die vom Bundesforschungsministerium in Auftrag gegeben wurde und zum Ziel hat, Zukunftstrends zu evaluieren und relevante Entwicklungen von Technologie und Gesellschaft im Rahmen eines zweijährigen Projektes zu erarbeiten. Im ersten Teil des Talks geht es vor allem um die Entstehung und das Ziel der Studie.

"Das Netz wird physisch" - sagt Ben Broshi. Susanne Päch talkt mit ihm über die großen Trends, die sich für die Wirtschaft wie für den Einzelnen daraus ergeben: von selbst produziertem Live-TV bis zum virtuellen Assistenten im täglichen Leben. Sie sprechen auch darüber, welche Konsequenzen die sich abzeichnende Verschmelzung von Virtualität und Realität für Mensch und Gesellschaft haben könnte.

Ein einziger kleiner Blutstropfen kann heute dank moderner Analyseverfahren Aufschluss über den Gesundheitszustand geben. Damit lassen sich neue Märkte erschließen: Das amerikanische Unternehmen Theranos bringt die preiswerte und schnelle Diagnostik aus Blutstropfen in Drogeriemärkte, und das Start-Up Metabolomic Discoveries entwickelt einen Lifestyle-Service samt Ernährungs-Empfehlungen.

Der Gesundheitsmarkt wird digitalisiert, und dabei kommen neue Spieler ins magische Dreieck aus Pharma-Riesen, Krankenkassen und der Berufsgruppe "Weißer Kittel". Verschiebungen in den Wertschöpfungsketten setzen bereits ein. Auf einer Konferenz des Munich Network diskutierten Branchenexperten der neuen und der etablierten Player über die Trends in der Szene.

Assistenzsysteme erobern das Fahrzeug. Autonomes Fahren der Zukunft macht das Auto zu einem mobilen Rechenzentrum. Im Projekt RACE wurde für die Bordelektronik eine radikal neue Elektrik-Elektronik-Architektur konzipiert. Die ultimative Frage für den elektronisch gesteuerten Verkehr der Zukunft lautet: Wie viel Intelligenz bleibt künftig im Fahrzeug und wie stark wird es von außen gesteuert?

Das Projekt RACE, geführt vom Forschungsbereich bei Siemens, hat sich drei Jahre lang mit der Frage befasst, wie eine zeitgemäße Struktur der heute historisch gewachsenen Bordelektronik im Fahrzeug aussehen müsste. Es entwickelte ein übergreifendes Betriebssystem für alle elektrischen und elektronischen Komponenten und macht das Fahrzeug zum ultimativen mobilen Device. Dr. Susanne Päch sprach mit dem Projektleiter Dr. Cornel Klein über den disruptiven technologischen Ansatz der Elektrik-Elektronik-Architektur und warum es für autonomes Fahren perspektivisch dringend benötigt wird. Dennoch stößt das radikale Konzept heute nur bei Vordenkern der traditionellen Autobauer auf Interesse. Klein spricht über die Technologie, aber auch darüber, welche Pläne Siemens mit den aus RACE gewonnenen Erkenntnissen hat.

Die China-Reportage zeigt die aufblühende Wirtschaftsmacht in Fernost. Ihre Bevölkerung ist stark kommerziell geprägt und sucht nach ihren neuen Werten. Unterdessen zeigt der neue Fünfjahresplan, dass die Pilotbosse jetzt voll auf industrielle Automatisierung setzen. Deutschland gilt dafür als attraktiver Partner.

Mit Stefan Geiger, dem Geschäftsführer des Chinaforums Bayern, spricht Susanne Päch über die zwei Kulturen Europas und Chinas. Diese haben auch Asuwirkungen auf deutsche Firmen, die im chinesischen Markt produzieren. Chinesische Mitarbeiter erfordern engere Führung und sind nicht auf selbstverantwortliches Entscheiden trainiert. Die Bevölkerung Chinas sucht zudem nach den neuen Werten ihrer modernen Industriegesellschaft; heute ist sie stark materiell geprägt: arbeiten, um Geld zu verdienen und sich etwas leisten zu können. Gleichzeitig spielt der Konfuzianismus mit seiner traditionell auf das reine Lernen und die Familie orientierten Philosophie immer noch eine wichtige Rolle.

Die Welten der Ingenieure und die der Informatiker wachsen immer enger zusammen, und das Thema Sicherheit gewinnt darin zunehmend an Bedeutung. Gibt das neue Impulse für die ins Abseits geratene Informations- und Kommunikationsbranche Deutschlands? Wir fragten in der Forschung, bei Nachwuchs-Informatikern und in der Personalberatung nach, deren Kunden über den Mangel an Fachkräften klagen. Außerdem stellen wir interessante Start-Ups vor und geben der „Hoffnung Zukunft“ Raum.

Im Talk mit Martin Schramm spricht Susanne Päch über den Fachkräftemangel. Eine neue Studie des weltweit tätigen Personalberaters Robert Half bei zweihundert Unternehmen in Deutschland belegt, dass die Sorge in den Chefetagen wächst und Fachkräfte in der IT Mangelware sind und IT-Sicherheit die Spitzenposition der Nachfrage einnimmt.

Wäre es möglich, die stellare Kernfusion in einem Reaktor nachzubilden, stünde der Menschheit eine fast unerschöpfliche Energiequelle zur Verfügung. In Greifswald ist der Stellarator am 3. Februar 2016 von Bundeskanzlerin Angela Merkel in Betrieb genommen worden. Ein Hochleistungsplasma soll hier im Dauerbetrieb von dreißig Minuten weltweit erstmals aufrecht erhalten werden. Bis zur technischen Nutzbarkeit wird es jedoch noch viele Jahre dauern.

Interdisziplinäre Forschung gilt in der Wissenschaft als probates Mittel der Geldbeschaffung. Die sogenannte Transdisziplinarität indessen, die auch Politik und Gesellschaft mit einbezieht, kämpft heute noch um wissenschaftliche Anerkennung. Der Bogen wird sich aber künftig weiter spannen, denn sogar Rechnersysteme werden in der "transhumanen Wissenschaft" einen Platz erhalten und Forschung neu beflügeln.

Hinter den Kulissen internationaler Großforschungsprojekte läuft ein harter Wettbewerb um wissenschaftliches Know How. Wie in der Industrie versuchen Projektverantwortliche sogar führende Forschungsgruppen aus konkurrierenden Projekten abzuwerben. Am Beispiel "Xenon 1 Tonne" für den Nachweis Dunkler Materie gibt HYPERRAUM.TV Infos über die forschungspolitische Dimension solcher Großprojekte.

"Xenon 1 Tonne" ist eines der weltweit führenden internationalen Forschungsprojekte für den Nachweis Dunkler Materie. Tief in den Bergen des Gran-Sasso-Gebirgsmassivs in den Abruzzen bauen Astroteilchenphysiker eine Versuchsanlage der Extraklasse auf. 2015 soll sie nach den hypothetischen Teilchen der Dunklen Welt, den sogenannten WIMPs, suchen. Das Experiment erfordert extreme technologische Vorkehrungen.

Klaus Mainzer hält den Lehrstuhl für Wissenschaftstheorie an der TU München. Der Philosoph befasst sich gern mit Algorithmen, Komplexitätsforschung und Big Data. Vor kurzem hat er mit dem Computerwissenschaftler Leon O. Chua aus Berkeley das grundlegende Prinzip der Strukturbildung in komplexen dynamischen Systemen veröffentlicht. Diese Theorie, so ist Mainzer überzeugt, habe die Grundlagen für den bisher nicht formulierten dritten Hauptsatz der Thermodynamik geschaffen.

Die Erderwärmung fordert akuten Handlungsbedarf. Neben der Einsparung von Kohlendioxid gibt es theoretisch noch einen zweiten Weg, die durch die Technik des Menschen verursachte Klimaveränderung zu korrigieren: mit technischen Eingriffen. Allerdings wird "Geo-Engineering", sagen Experten, weder preiswerter noch politisch einfacher umzusetzen sein.

Jetzt, am beginnenden 21. Jahrhundert, wird uns bewusst, dass Maschinen als autonome Wesen immer stärker in die Gesellschaft eingreifen. Rechtswissenschaftler und Philosophen erschließen sich deshalb ein neues Betätigungsfeld für den wissenschaftlichen Diskurs. Er reicht zuletzt bis zur Frage, ob sie einst Menschenrechte erlangen könnten.

Die High-Tech-Revolution im Operationssaal hat gerade erst begonnen. Das künftige Spektrum, das auf dem Fachkongress der "Deutschen Gesellschaft für Computer und Roboterassistierte Chirurgie" vorgestellt wurde, reicht von teilautonomen Robotersystemen für den schnittlosen Eingriff über natürliche Körperöffnungen bis zum Einsatz kinotauglicher 3D-Visualisierungstechnik aus dem Körperinneren. Sogar Algorithmen für das kognitive Workflow-Management zur Prozessoptimierung sollen das Team im OP von Morgen unterstützen.

Die High-Tech-Revolution im Operationssaal hat gerade erst begonnen. Das künftige Spektrum, das auf dem Fachkongress der "Deutschen Gesellschaft für Computer und Roboterassistierte Chirurgie" vorgestellt wurde, reicht von teilautonomen Robotersystemen für den schnittlosen Eingriff über natürliche Körperöffnungen bis zum Einsatz kinotauglicher 3D-Visualisierungstechnik aus dem Körperinneren. Sogar Algorithmen für das kognitive Workflow-Management zur Prozessoptimierung sollen das Team im OP von Morgen unterstützen.

Das Cochlea-Implantat gibt Tauben das Gehör zurück. Wir berichten über die Funktionsweise der Technologie sowie deren Perspektiven und stellen das österreichische Forscher-Ehepaar Erwin und Ingeborg Hochmair vor. Anke Lesinski-Schiedat, ärztliche Leiterin des Hörzentrums der Uni Hannover, spricht zudem über die neuesten Erkenntnisse der auditiven Hirnentwicklung.

Die Erdbeobachtung ist ein Fokus der europäischen Raumfahrt geworden. Klimaforscher profitieren seit vielen Jahren von den immer umfangreicher werdenden Messungen geophysikalischer Phänomene aus dem Orbit. Seit wenigen Monaten ist die aus drei Satelliten bestehende Swarm-Konstellation in Umlaufbahn. Ihre Aufgabe: die präzise Untersuchung des irdischen Magnetfeldes, das bisher aufgrund mangelnder Kenntnisse heute noch wenig in den Klimamodellen berücksichtigt wird.

NavVis ist ein Startup der Technischen Universität München. Es geht um ein 3D-Navigations-System für den Nahbereich - also vor allem in Gebäuden, in denen die GPS-Ortung derzeit kaum möglich ist. Das Prinzip ist der visuellen Orientierung nachempfunden: Mit einer Maschine wird das Gebäude in allen Einzelheiten als Referenzmodell kartografiert, die Kamera des Handys dient als elektronisches Auge, das die Daten mit der 3D-Datenbank abgleicht und so den Nutzer orten und dann im Gebäude führen kann.

Eine gewaltige Zahl von hochenergetischen Teilchen fliegt durch das Weltall. Man nennt sie Kosmische Strahlung. Treffen sie auf die Atmosphäre, entstehen durch Materiekollisionen gewaltige Teilchenschauer, die im unsichtbaren UV-Licht leuchten. Über den Ursprung der höchstenergetischen Teilchen wissen wir heute noch wenig. In den argentinischen Anden wurde in der freien Natur ein gewaltiges Teilchenlabor aufgebaut, das dieses Naturspektakel im Verborgenen permanent beobachtet.

Mitten in der einsamen Pampa von Argentinien, in rund 1.500 Metern Höhe am Rande der Anden, liegt das Pierre-Auger-Observatorium. Es ist weltweit die einzige Beobachtungsstätte dieser Größenklasse, die mit Detektoren unterschiedlicher Art die hochenergetische Kosmische Strahlung untersucht. Ziel ist es, mehr über deren Ursprung zu erfahren. Denn niemand kann heute theoretisch ableiten, woher sie kommt und vor allem wie die unvorstellbar hohen Energien kosmisch erzeugt werden.

Wir berichten in dieser Sendung über Forschungen zum gewaltigen Phasenübergang, in dem das nach dem Urknall entstandene Quark-Gluon-Plasma in die atomare Materie überging. Theoretische Physiker wie Hannah Petersen versuchen, diese physikalischen Vorgänge am Anfang des Universums in dynamischen Modellen abzubilden. Sie dienen auch dazu, die Theorie mit den Beobachtungen in Teilchenbeschleunigern zu überprüfen.

Prof. Jochen Triesch, Vorstand am Frankfurt Institute for Advanced Studies, befasst sich als theoretischer Kognitionsforscher vor allem mit dem frühkindlichen Lernen und der strukturellen Entwicklung des neuronalen Netzes. Zur experimentellen Überprüfung seiner Theorien hat der Theoretiker einen Roboter entwickelt. Susanne Päch sprach mit Triesch darüber, wie sich das Hirn von Neugeborenen von dem eines Erwachsenen unterscheidet und was ein gelernter Physiker als besondere Fähigkeiten in die Neurowissenschaften einbringen kann.

Der Ingenieur Ralf Steinmetz ist Professor an der TU Darmstadt und Initiator des von der DFG geförderten Sonderforschungsbereichs "Multi-Mechanismen-Adaption für das künftige Internet", kurz MAKI. Es soll künftig erlauben, bestehende Netzkapazität im Internet durch ein intelligentes Übertragungsmanagement über alle Protokolle und Netzebenen hinweg optimal zu nutzen.

Heute kennen wir mehr als zweihundert unterschiedliche Krebsarten; sie werden mit Operation, Bestrahlung und Chemotherapie oder auch mit Immuntherapien behandelt. Die medizinische Forschung offenbart, dass eine Kombination der unterschiedlichen Behandlungsmethoden zu verbessertem Therapieerfolg führen könnte. Nötig dafür: systembiologische Forschung, deren Ziel es ist, tiefergehende Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie Bestrahlung, Chemotherapie und das Immunsystem im Organismus miteinander wechselwirken.

Bis heute fehlt eine allgemein akzeptierte Theorie der Großhirnrinde. Dieses Ziel ist nach Meinung des profilierten Neurowissenschaftlers Wolf Singer ohne verbesserte Messinstrumente für die Untersuchung am lebenden Organismus nicht zu erreichen. Bisher gibt es noch keine geeignete Maschine, die die Vorgänge im lebenden Gehirn gleichzeitig räumlich und zeitlich in hoher Präzision erfassen könnte. Hier sieht Singer, wie er in unserem Interview sagt, noch erheblichen Entwicklungsbedarf.

Der Hirnforscher Wolf Singer kommt ursprünglich aus der behavioristischen Schule. Bald hat er erkannt, dass ein einfaches Reiz-Reaktions-Muster bei weitem nicht ausreicht, das komplexe Wirkungsgefüge des Gehirns abzubilden. Geblieben ist ihm allerdings der grundlegende Wunsch jedes guten Behavioristen: Er wollte das Verhalten der Lebewesen analytisch durchdringen. Singer gilt heute als Vorreiter der abstrakten Formalisierung der Biologie, die sich derzeit als wichtiger Trend abzeichnet. In einem Gespräch mit HYPERRAUM.TV gibt er weitere Einblicke in dieses Thema.

Die Evolution hat für die Datenverarbeitung unterschiedliche Methoden zur Effizienzsteigerung entwickelt. Mit Hilfe neuromorpher Waferstrukturen beginnen Computerwissenschaftler jetzt erstmals, unser wachsendes Verständnis über die biologische Datenverarbeitung in einer komplett neuartigen Rechnerarchitektur zu nutzen, die künftig zu einer völlig andersartigen Rechnerarchitektur führen könnte. Unsere Moderatorin Susanne Päch hat Dr. Andreas Grübl von der Uni Heidelberg besucht, der am Kirchhoff-Institut für Physik - einem Hotspot dieser Forschung -einen ersten neuromorphen Computer gebaut hat.

Das Frankfurt Institute for Advanced Studies, kurz FIAS, ist eine in Deutschland einmalige Forschungseinheit. Sie bündelt im Frankfurter Raum unterschiedliche Fachrichtungen. Es geht um transdisziplinäre Spitzenforschung über komplexe Systeme vom Urknall über die Vorgänge im Gehirn bis zum Finanzweltgeschehen. Der heutige Vorsitzende des FIAS-Stiftungsrates, Prof. Dr. Rudolf Steinberg, war zu Gründerzeiten vor zehn Jahren Präsident der Universität Frankfurt. Als Wissenschaftsmanager war der FIAS-Mitinitiator maßgeblich an der Ausgründung des FIAS aus der Universität beteiligt. Anlässlich seines siebzigsten Geburtstages im Juni 2013 hat Susanne Päch mit ihm über die Hintergründe der FIAS-Gründung und künftige Organisationsstrukturen für Spitzenforschung ein Gespräch geführt.

Space Justin ist ein Roboter, der im Deutschen Forschungszentrum für Luft- und Raumfahrt DLR dafür entwickelt wird, den Menschen telepräsent agieren zu lassen. Ziel ist es, dass solche Mensch-Maschine-Systeme künftig Satelliten in Umlaufbahn reparieren und warten können. Die besonderen haptischen Fähigkeiten seiner anthropomorphen Hände lassen sich vom Telemanipulator aus so wahrnehmen und steuern, als ob er selbst vor Ort wäre. Zudem ist der Roboter aber auch mit autonomer Intelligenz für das selbständige Erkennen von Objekten ausgerüstet, so dass er Teilaufgaben auch selbst ausführen kann.

In unserer Studiosendung stellen wir die grundlegenden Unterschiede zwischen der Arbeitsweise des menschlichen Gehirns und der eines Computers in der heute üblichen Von-Neumann-Architektur vor. Rechner arbeiten in einer deterministischen Welt. Sie zeichnen sich durch die exakte, genau getaktete Abarbeitung von Arbeitsschritten aus, die sie mit höchster Präzision durchführen. Für das Gehirn ist Präzision nicht die Maxime; es arbeitet probabilistisch mit hoher Ressourcen-Effizienz und mit der extrem schnellen Verarbeitung eines großen Datenvolumens, das von außen durch die Wahrnehmung permanent einströmt. Die dafür erforderliche Architektur unterscheidet sich erheblich. Mit dem Neuromorphic Computing beginnen Wissenschaftler jetzt damit, die bisher strikte Trennung zwischen den beiden Welten zu überbrücken.

Die Auxetik befasst sich mit dem "atypischen Deformationsverhalten" von Material. Grundlage dafür ist der sogenannte Materialkoeffizient, dem der Physiker Siméon Poisson den Buchstaben ny gegeben hat. Der Vater der Auxetik hat die Grundlagen bereits vor zweihundert Jahren berechnet. Durch spezielle Strukturveränderung ist es möglich, Materie und ihre Eigenschaften - etwa Steifigkeit oder Energieabsorptions-Verhalten - auf molekularer oder makroskopischer Ebene zu verändern. In Dortmund hat sich ein junges Unternehmen aus Mitarbeitern der Technischen Universität ausgegründet, das sich speziell mit makroskopisch-auxetischen Strukturveränderungen beschäftigt.

Rund tausend Exoplaneten sind heute in der näheren Umgebung unserer Milchstraße bekannt. Sie zeigen eine unerwartete Vielfalt. Allerdings fehlen gerade bei den kleinen Gesteinsplaneten wichtige Daten. Meist sind von ihnen nur Radius und Umlaufbahn bekannt, für ihr Aussehen sind aber auch Masse und Dichte wichtige Kenngrößen. Deshalb sind derzeit viele Annahmen über ihr genaues Aussehen noch spekulativ, wie die Astrophysikerin Prof. Dr. Heike Rauer in einem Gespräch mit HYPERRAUM.TV bekennt.

Während ein direkter Nachweis der Dunklen Materie bisher noch nicht gelungen ist, wird ihre Existenz durch indirekte Nachweismethoden immer wahrscheinlicher. Professor Matthias Bartelmann von der Universität Heidelberg erläutert in einem Gespräch mit Susanne Päch verschiedene Methoden, mit denen man heute auf Dunkle Materie indirekt schließen kann. Dabei geht es immer um Bewegung im Raum - sei es die Abweichung der Bewegung von Licht, sei es die kinematische Bewegung von Himmelsobjekten. Der Gravitationslinseneffekt sehr weit entfernter Himmelsobjekte zeigt beispielsweise deutlich Anomalien, die Astrophysiker als Auswirkung einer im Raum fein verteilten Dunklen Materie interpretieren. Ebenso gibt die mit dem Satelliten Planck gewonnene Himmelskarte der Hintergrundstrahlung Hinweise auf ihre Existenz.

Im Februar 2013 ging in Jülich einer der größten Supercomputer der Welt in Betrieb. Dr. Norbert Attig vom Institute for Advanced Simulation gibt Einblicke in die Technologie der JuQueen. Dieser Supercomputer kann theoretisch sechs Billiarden Rechenoperationen in der Sekunde bewältigen. Um die parallel arbeitenden Prozessoren effizient ausnutzen zu können, sind hochspezialisierte Algorithmen erforderlich, die die Berechnungen der Wissenschaftler darauf verteilen.

Der Ressourcen-Verbrauch von Wasser und Energie lässt sich in Städten der Zukunft durch intelligente Steuerungssysteme technisch reduzieren. Gleichzeitig spielt das Plusenergiehaus mit der Gewinnung von Solarenergie auf dem Dach, künftig sogar an Wänden, eine zentrale Rolle im Energiemix. Auch die Müllentsorgung steht im Ideenwettbewerb auf dem planerischen Prüfstand. Welche Konzepte Städteplaner und Infrastruktur-Experten für die Stadt von morgen entwickeln und wie Lösungen heute schon Realität werden, zeigt die Reportage von HYPERRAUM.TV an einigen Beispielen.

Die Umweltforscher Michael Buchwitz und Maximilian Reuter von der Uni Bremen berichten über einige ihrer neuesten Forschungsergebnisse in Sachen Treibhausgase Kohlenstoffdioxid und Methan.

In diesem Bonus-Track zu meinem Talk in HYPERRAUM.TV spreche ich mit dem renommierten experimentellen Quantenphysiker Rainer Blatt über eher persönliche Aspekte: seinen jugendlichen Mut zum Beispiel, mit dem er sich vor rund vierzig Jahren risikobereit auf ein neues Forschungsterrain außerhalb des wissenschaftlichen Mainstream begab. Er spricht auch darüber, wie seiner Meinung nach junge Wissenschaftler in dieser Richtung durch veränderte Forschungspolitik besser gefördert werden könnten. Zuletzt aber auch das: Weder den Digitalrechner noch den Quantencomputersieht er als heranwachsenden Konkurrenten für den forschenden menschlichen Geist.

Der Quanten-Nanooptiker Markus Arndt delokalisiert Materieteilchen. Mit seinen Versuchsaufbauten weist er nach, dass deren Ort in der Quantenwelt nicht eindeutig bestimmt ist, sich das Teilchen also an verschiedenen Orten gleichzeitig befindet. Mit einem organischen Molekül aus 800 Atomen hält ein von Arndt koordiniertes europäisches Team den Weltrekord für das größte jemals delokalisierte Teilchen.

Leben wir in einer deterministischen Welt, in der der Zufall nur unsere Unkenntnis der zugrunde liegenden Gesetze offenbart? Oder gibt es in unserem Universum Ereignisse "echten" Zufalls? Mit zufallsgesteuerten zellularen Automaten zeigt der Physiker und Computerkünstler Herbert W. Franke, wie sich eine deterministische Welt von einer Welt mit echtem Zufall grundlegend unterscheidet – eine Frage, die nach heutigem Stand der Kenntnis niemals geklärt werden kann, da ihre Antwort in der Unendlichkeit liegt.

Fast fünfzig Satelliten stehen im Einsatz der International Charter Space & Major Disasters, einer weltweiten Hilfsorganisation, mit der Rohdaten von Erdbeobachtungssatelliten nationalen Krisenstäben zugänglich werden. Für das örtliche Krisenmanagement sind diese Satellitendaten oft wichtiges Basismaterial zur Maßnahmenplanung. In Oberpfaffenhofen wurde das Zentrum für satellitengestützte Kriseninformation ZKI aufgebaut. Welche Arbeiten hier gemacht werden, wie das ZKI in die internationalen Aktivitäten eingebettet ist und wie Hilfe für die deutsche Flutkatastrophe im Sommer 2013 geleistet wurde, zeigt unsere Reportage.

Als der Mount St. Helens 1980 ausbrach, starben 57 Menschen. Der Wissenschaft hat die Eruption jedoch viele neue Erkenntnisse über den magmatischen Untergrund gebracht, denn erstmals konnte ein derartiger besonders großer Vulkanausbruch mit modernen Messinstrumenten genauer analysiert werden.

Die magmatischen Vorgänge unterhalb von Vulkanen sind bis heute noch weitgehend ungeklärt.

Wissenschaftler sind weltweit auf der Suche nach den Ursachen für Vulkanausbrüche. Bis heute gibt es kein Modell, mit dem der Ausbruch von feurigem Magma aus dem Erdinneren zuverlässig vorhergesagt werden könnte, auch deshalb, weil die spektakulären Ereignisse nur selten zu beobachten sind. Die beiden letzten großen Ausbrüche - die des Mount St. Helens in den USA und des Pinatubo auf den Philippinen - gaben wichtige neue Erkenntnisse über die Vorgänge in den unterirdischen Magma-Reservoirs in der Erdkruste.

Bis heute geben Wolken, ihre Entstehung wie ihre komplexen Steuerungsfunktionen im Klima Anlass für unterschiedliche experimentelle Forschungsansätze. Wolken lassen sich heute auch in Wolkenkammern untersuchen, wobei Aerosole sowohl bei der Wolkenentstehung wie bei Niederschlägen und der irdischen Strahlungsbilanz eine wichtige Rolle spielen.

Science Talk über Experimente zur Wolkenentstehung durch Aerosole.

Thomas Leisner, Professor für Experimentalphysik, ist heute im KIT Chef des Instituts für atmosphärische Aerosolforschung. In der Wolkenkammer, einer der weltweit größten Anlagen ihrer Art, untersuchen Wissenschaftler die Phänomene der Wolkenentstehung durch Aerosole, aber auch Fragen, wie es zu Niederschlägen kommt und welche Bedeutung Aerosole für das Wetter wie für das langfristige Klimageschehen haben. Mit Susanne Päch spricht Leisner über das Wissen, das wir durch Experimente in solchen Anlagen erhalten und berichtet über Aerosol-Experimente mit Flugzeugen sowie die Beobachtung von Wolken aus dem Weltraum.

Forschung mit Aerosolen in der Wolkenkammer.

Die Bildung von Wolken in der Atmosphäre ist ein Phänomen, bei dem Aerosole eine entscheidende Rolle spielen. In Anlagen wie der Wolkenkammer die KIT können Wissenschaftler Wolken künstlich wachsen lassen. Wie das geht, was uns solche Experimente an neuem Wissen bringen und wo sie heute ihre Grenzen haben, zeigt die Reportage von Susanne Päch. Ebenso berichtet sie über ein amerikanisches Experiment, mit dem in Kürze das Einbringen von Aerosolen zur Veränderung der irdischen Strahlungsbilanz unter realen Bedingungen erstmals geprobt werden soll. Deutsche Experten wie der theoretische Physiker und Klimamodellierer Andreas halten wenig von diesem Versuch.

Science-Talk: Brauchen wir Climate Engineering zur Einhaltung der Klimaziele?

Andreas Oschlies ist Professor für theoretische Physik und arbeitet an Klimamodellen, die Auswirkungen des sogenannten Climate Engineering zeigen. Im ersten Teil des Talks mit Susanne Päch steht das von ihm koordinierte DFG-Projekt zur Bewertung von Eingriffen in das Klima sowie die noch weitgehend fehlende, aber dringend erforderliche politische Debatte über den Einsatz von Methoden des Climate Engineering im Mittelpunkt. Denn nach Meinung des Klimamodellierers sind sie für die Einhaltung der Klimaziele kaum noch abzuwenden.

Science-Talk: Welche Experimente heute für Climate Engineering zur Disposition stehen

Im Gespräch mit Susanne Päch berichtet der biogeochemische Klimamodellierer Andreas Oschlies über sogenannte mesokosmische Versuche, mit denen die Wissenschaft Eingriffe in die Natur unter möglichst realen, aber abgeschossenen Versuchsbedingungen testen könnte. Oschlies, der Klimamodelle für die langfristige Abschätzung der Auswirkungen solcher Eingriffe entwickelt, gibt auch erste Bewertungen der unterschiedlichen heute in der Wissenschaft debattierten Methoden und spricht sich klar gegen die in Amerika bereits konkret geplanten Tests zur Veränderung der irdischen Strahlungsbilanz aus.

Wie konnten sich die vor kurzem entdeckten gewaltigen Monster-Löcher im Zentrum hell leuchtender Quasare gebildet haben? Die Schwarzen Löcher dieser ersten beobachtbaren aktiven Galaxien zeigen bereits weniger als eine Milliarde Jahre nach dem von Kosmologen heute postulierten Urknall eine Strahlung, die von zehn Milliarden Sonnenmassen herrühren muss. Noch rätseln Astrophysiker, wie sich solche Giganten des Himmels aus aggregiertem Gas, kollabierenden Riesensternen oder auch galaktischen Zusammenstößen in der Frühphase des Universums haben bilden können.

Science-Talk über Quasare und Monster-Löcher aus der Frühzeit des Universums

Science-Talk: Mit dem Kosmologen Hans Böhringer, Professor für Astrophysik, spricht Susanne Päch über Quasare, hell leuchtende Galaxien, die Astrophysiker bis in eine Zeit von rund einer Milliarde Lichtjahren nach dem Urknall beobachten können. Die messbare Strahlung kommt von gigantischen Schwarzen Löchern, die im Zentrum dieser Sternansammlungen sitzen. Dabei geht es unter anderem um deren Entstehungsprozess, aber auch um die Frage, wie wir die Entfernung dieser extrem weit von uns entfernten Himmelsobjekte überhaupt messen und welche gesicherten Erkenntnisse uns diese Beobachtungen damit über Quasare, aber auch über den Anfang des Universums bringen können.

Science Talk: Die Bildung der Schwarze Löcher am Anfang des Universums

Im Fokus dieses Gesprächs mit dem Astrophysiker Hans Böhringer stehen die neuesten Entdeckungen von einigen Quasaren, die bereits eine Milliarde Jahre nach dem Urknall gigantische Schwarze Löcher zeigen, die bis zu zehn Milliarden Sonnenmassen haben können. Wie sich solche Monster-Löcher in so kurzer Zeit überhaupt haben bilden können, ist heute eine wissenschaftlich ungelöste Frage, denn das sogenannte Eddington-Limit definiert eine obere Grenze, mit der Schwarze Löcher Materie aggregieren können. Welche Prozesse am Beginn der Strukturbildung dafür verantwortlich waren, dass sie dennoch so schnell anwachsen konnten, soll mit künftigen Instrumenten wie dem James Webb Weltraum-Teleskop und dem Extremely Large Telescope ELT der Europäischen Südsternwarte in Chile tiefer ergründet werden.

Was wissen wir heute über die Entwicklung der Strukturbildung im Kosmos? Diese Frage steht im Mittelpunkt der Tour d'horizont von Susanne Päch mit Hans Böhringer vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik. Der Kosmologe gibt grundlegende Informationen darüber, wie sich die großräumigen Strukturen im Kosmos über die Milliarden Jahre entwickelt haben, darunter auch die Dunkle Energie. Sie macht nach Meinung der Astrophysiker immerhin rund achtzig Prozent der Materie im Universum aus, ist bis heute aber aufgrund fehlender Nachweismethoden ein großes Thema wissenschaftlicher Debatten. Ein Streitpunkt dabei: Ist sie kalt, warm oder gar heiß? Mehr dazu hier!

Der Hype um Quantencomputer nimmt zu. Noch sind rechnende QuBits auf den Einsatz in Laboren beschränkt, doch dass es möglich ist, beweisen nicht nur universitäre, sondern auch industrielle Forschungslabore rund um die Welt. Die EU fördert die Quantentechnologie inzwischen mit einem milliarden-schweren Flagship-Projekt. Haben deutsche Unternehmen in der auf uns zukommenden Quantenrevolution noch eine Chance?

Besuch bei Rainer Blatt, einem Pionier der experimentellen Quantenverschränkung.

Rainer Blatt ist ein Pionier der Quantentechnologien. 2004 gelang ihm erstmals die Verschränkung und Manipulation von Teilchen in einer Ionenfalle. Susanne Päch hat ihn in seinen Innsbrucker Foschungs-Laboren besucht, wo er einen faszinierenden Einblick in die Beherrschung der Phänomene der Quantenwelt gibt; noch vor wenigen Jahrzehnten hielten Forscher Manipulationen in der Quantenwelt für unmöglich. Inzwischen bekommen sie die Macher immer besser in den Griff - auf dem Weg zum Quantencomputer.

Tech-Talk: Wie wird Europas Industrie fit für den Quantencomputer?

Eine Milliarde Euro hat die Europäische Union für ein gewaltiges Flagship-Projekt auf den Tisch gelegt; damit soll die führende Position Europas in der Quantenforschung in marktfähige Technologien umgemünzt werden. Ob das gelingen kann? Susanne Päch sprach mit Tommaso Calarco, Quantenphysiker eines der führenden Institute für experimentelle Quantenphysik in Deutschland an der Uni Ulm. Zusammen mit mehr als dreitausend Quanten-Forschern aus dem akademischen und der industriellen Komplex hat er das europäische Quantenmanifest verfasst, Grundlage für die milliardenschwere Forschungs- und Wirtschaftsförderung.

Curiosity fährt und fährt und fährt. Nach sechs Jahren sind nun die ersten gesammelten Daten des Mars-Rovers ausgewertet. Wir stellen den Stand der Forschung vor und geben einen Ausblick in künftige Missionen, die die Entwicklungsgeschichte unseres Nachbarplaneten weiter erhellen sollen.

Kraterseen auf dem Mars, Methan in der Luft - und die Suche nach Leben.

Der Mars-Rover Curiosity ist nun mehrere Jahre im Gebiet des Kraters Gale unterwegs. Unermüdlich nimmt er Bodenproben und inspiziert die Gegend mit seinen Sensoren. In dieser Reportage stellen wir die ersten wissenschaftlichen Ergebnisse der von ihm gesammelten Daten über Methan-Vorkommen in der Marsatmosphäre und die Entstehungsgeschichte des Kraters Gales vor. Zudem zeigen wir, wie die Marsforscher mit den neuen Projekten "Insight" sowie "Mars 2020" auch die Frage beantworten möchten, ob sich auf unserem Nachbarplaneten einst Leben hatte bilden können.

Lidars - für den Massenmarkt fit gemacht.

Das Start Up Blickfeld will den Markt der Lidar-Geräte aufmischen, die für das autonome Fahren eine Schlüsseltechnologie darstellen. Mit diesen Radaraugen im Infrarot-Bereich "sieht" der Robot-Fahrer seine Umwelt. Heute sind diese Geräte groß, anfällig und für den Massenmarkt vor allem viel zu teuer. Die aus der Roboterforschung kommenden Firmengründer haben alle diese Probleme auf einmal gelöst und dafür das Innenleben des Lidars auf Silizium-MEMS-Technologie umgestellt.

Expertentreff zur Digitalisierung der Cloud-gesteuerten Mobilität von morgen.

Die Experten sind sich einig: Mit der zunehmenden Digitalisierung lösen sich die tradierten Branchengrenzen auf. Gleichzeitig stellen die neuen Marktanforderungen Entwickler vor große Aufgaben, denn viele der erforderlichen Technologien - beispielsweise Sensoren für autonomes Fahren oder das Internet der Dinge - sind bei aller Euphorie längst noch nicht massentauglich. Auch die Fragen um Datenschutz und Datensicherheit bilden eine offene Flanke für die Steuerung mit Hilfe der Cloud.

Am Artificial Life Lab der Uni Graz sucht Thomas Schmickl, Professor für Zoologie, mit seinem Team nach Möglichkeiten, Bienen-Schwärme mit künstlichen Wesen zu infiltrieren und so das Verhalten dieser kollektiven Lebensform zu beeinflussen. Ziel am Horizont ist es, die inzwischen bedrohten Bienen durch diesen Eingriff wieder fit zu machen - trotz der wachsenden Einschränkung des Lebensraums dieser für die Nahrungsproduktion so wichtigen Nützlinge.

Science-Talk: Der Zoologe Tomas Schmickl berichtet im Gespräch mit Susanne Päch über seine Forschungen mit Bienen-Kolonien, in die er Roboter-Wesen einschleust. Mit deren Algorithmen hat er bestimmte Verhaltensmuster in den Gemeinschaften bereits erfolgreich verändert. Solcherlei biologische "Attrappen-Forschung des 21. Jahrhunderts", wie es Schmickl nennt, steht im Zentrum des Artifical Life Lab an der Uni Graz. Dass dieser interdisziplinäre Grenzüberschritt in der etablierten Science-Community bis heute nach Anerkennung sucht, auch darüber spricht Schmickl ganz offen - wie über das Fernziel seiner Forschungen: Die "sanfte" Steuerung von Tierschwärmen dank algorithmischer Hilfe.

Science-Talk: über Schwarmforschung, die menschliche Gesellschaft und das Paradies auf Erden. Für den jungen Thomas Schmickl war ein Vortrag Joseph Weizenbaums vom MIT ein Meilenstein in der persönlichen Entwicklung. Damals, in den achtziger Jahren, prognostizierte Weizenbaum das, was uns die Welt der Algorithmen künftig ermöglichen sollte: nichts weniger als das Paradies auf Erden. Der Zoologe untersucht heute als Grundlagenforscher, wie Computer und Roboter das Verhalten biologischer Wesen beeinflussen können - und bedauert dabei sehr, dass der Mensch die algorithmische Welt ohne jegliche Vorab-Labortests zu den damit verbundenen Konsequenzen in den eigenen Lebensbereich hat eindringen lassen. Vom Paradies auf Erden daher noch keine Spur...

Drei-Minuten-Teaser: Eine Übersicht über die neuesten Forschungen über künftige Möglichkeiten, Typ I sowie Typ II der Erkrankung bereits vor dem Ausbruch der Krankheit zu bekämpfen. Denn die Vorboten von Diabetes sind im Körper schon wesentlich früher erkennbar.

Dass Adipositas, die Fettleibigkeit, auf eine Fehlfunktion der Insulin-Regelung im Körper zurückgeht, weiß der Mediziner seit langem. Dass Diabetes II allerdings im Kopf beginnt und dort schon lange vor dem Ausbruch der Erkrankung feststellbar ist, gehört zu den neueren Entdeckungen bei der Suche nach den Ursachen von Diabetes des Typs II. Im Zentrum der Diabetes-Hirnforschung: Experimente mit dem Insulin-Rezeptor in der Neuro-Glia. Susanne Päch hat die Neurobiologin Cristina García Cáceres besucht, und sich mehr über deren Experimente an Mäusen erzählen lassen.

Science-Talk über Hirnforschung zur Früherkennung von Diabetes II - Hans-Ulrich Häring, Direktor am Universitäts-Klinikum Heidelberg und Vorstand der Deutschen Gesellschaft für Diabetesforschung. Er befasst sich als Mediziner seit vielen Jahrzehnten mit der Ursachenforschung von Diabetes des Typs II. Schon früh hat er erkannt, dass hierfür dem Gehirn als Steuerungszentrale für Hunger und Appetit eine Schlüsselfunktion zukommt. Im Gespräch mit Susanne Päch berichtet er über seine interdisziplinären Forschungen auf der Suche nach Prädispositionen der Erkrankung im menschlichen Gehirn, wobei ein neu entdeckter Insulin-Rezeptor im Gehirn eine wichtige Rolle spielt.

Science Talk: Diabetes II beginnt schon im Gehirn des Fötus - Neueste Erkenntnisse von Endokrinologen und Neurologen an Schwangeren am Universitäts-Klinikum Tübingen lassen vermuten, dass bei Müttern mit Diabetes-Prädisposition möglicherweise schon der Fötus im Mutterleib von der Krankheit betroffen sein könnte. Noch muss diese Erkenntnis in einer schon angelaufenen, groß angelegten Studie genauer untersucht werden.

Science-Talk über neue Behandlungsmethoden bei Diabetes-I-Prädisposition - Gabriele-Anette Ziegler ist Direktorin des Instituts für Diabetesforschung und befasst sich seit langem mit der Früherkennung der Krankheit. Sie bricht in der Regel schon in jungem Alter aus: Das eigene Immunsystem bildet dabei Antikörper, die die Produktion von Insulin in der Bauchspeicheldrüse zunehmend blockieren. Susanne Päch spricht im Studio mit ihr über die neuesten Erkenntnisse zur häufigsten Stoffwechselerkrankung bei Kindern, die zu Behandlungsmethoden führten, die derzeit mit klinischen Studien in den medizinischen Alltag gebracht werden.

Drei-Minuten-Teaser: Was uns die Mumien über das Leben von damals erzählen können, wie sie uns mit der Paläopathologie sogar Aufschluss über heutige Krankheiten geben und wie wir dank neuester Computer-Tomographien sogar tief ins Innere von Mumien blicken können ohne sie zu zerstören.

Wir berichten über das spannende Thema der forensischen Archäologie anhand von Beispielen, darunter die Untersuchungen von Ötzi, den über 5300 Jahre alten Mann aus dem Eis der Alpen. Im molekularbiologischen Labor gewinnen Forscher bis heute neue Erkenntnisse, unter anderem über Ötzis letzte Mahlzeit und seine doch erstaunlich lange Krankenakte.

Auf der internationalen GPU-Fachkonferenz von Nvidia trafen sich 2018 im herbstlichen München 3.500 KI-Experten und solche, die es werden wollen. Künstliche Intelligenz - das Thema ist längst nicht nur ein Hype bei den Insidern. Was macht den Zauber der Künstlichen Intelligenz aus und was verbirgt sich hinter Begriffen wie Machine Learning, neuronalen Netzen und Deep Learning? Wofür sind solche Systeme heute in der Wirtschaft schon im Einsatz und was können sie leisten? Viele Fragen, denen Susanne Päch in ihrer Reportage über die Veranstaltung nachzugehen versucht.

Mit Andreas Oschlies, Professor für biogeochemische Modellierung, spricht Susanne Päch über die neuesten Entdeckungen zum dramatisch sinkenden Sauerstoffgehalt in den Meeren. Sie fragte ihn danach, warum die seit langem vorliegenden Daten so lange nicht ausgewertet wurden, und wollte auch wissen, welche Bedeutung der Sauerstoffgehalt im Meer bezüglich der Klimamodelle hat. Oschlies berichtet, dass Modellierer bisher davon ausgingen, dass der Sauerstoff mit der Zirkulation in den Meeren gut verteilt würde. Doch das fragile Gleichgewicht reagiert auch im Meer auf die Veränderungen des Klimawandels deutlicher als bisher angenommen.

Drei-Minuten-Teaser über neue Erkenntnisse zum Sauerstoffgehalt in den Ozeanen: Die sauerstofffreien Zonen haben sich darin in den letzten fünfzig Jahren deutlich vergrößert - um 15 Prozent des bisherigen Volumens. Auslöser ist die Klimaerwärmung, die die Aufnahme des Sauerstoffs im Wasser erschwert. Diese Erkenntnis kam erst jetzt durch neueste Klimamodelle zutage. Dafür wurden zuvor in mühevoller Kleinarbeit alle bisher gesammelten Messdaten zum Sauerstoffgehalt, die von Wissenschaftlern in den Weltmeeren jemals erhoben wurden, für die digitale Modellierung erschlossen.

Nicht nur die Überfischung, Mikroplastik und die Versauerung der Meere stressen Fische in ihrem Lebensbereich. Der Mensch bedroht das gesamte Ökosystem Meer auch durch den dramatisch zunehmenden Verlust des Sauerstoffs. Dass die Wechselwirkung zwischen der Erderwärmung und den Ozeanen auch bei der Aufnahme des Sauerstoffs große Wirkung zeigt, ist erst jetzt durch die Analyse alter wissenschaftlicher Daten klar geworden. Susanne Päch berichtet in dieser Studiosendung über den neuesten Stand der Meeresforschung und wie heute darin mit autonomen Systemen der Sauerstoffgehalt laufend erfasst werden kann.

Roger Malina hat dieses Jahr den Preis der „Visionary Pioneers“ der Ars Electronica erhalten, die als das weltweit bedeutendste Festival multimedialer Kunst gilt. Als Astrophysiker hält der Preisträger heute an der University of Dallas gleich zwei Professuren: Sowohl am Department of Physics als auch im Bereich Arts and Technology. An der School of Arts, Technology and Emerging Commmunication, kurz ATEC, hält er eine Stiftungsproessur. Malina vertritt die Meinung, dass wir die Probleme unserer Welt nur in einer gemeinsamen Anstrengung von Naturwissenschaftlern und Ingenieuren sowie Philosophen und Künstlern durch das Zusammenführen unterschiedlicher Denkweisen lösen können. Die Naturwissenschaft müsse, so Malina, aus ihrem methodischen „Ghetto“ herauskommen.

Warum widerspricht das Gesetz der Entropie, die Welt würde von der Ordnung zur Unordnung streben, scheinbar der Beobachtung der Strukturbildung in der Natur und im Kosmos? Susanne Päch fragte das den Biophysiker und Emergenzforscher Erwin Frey, der die Strukturbildungsprozesse in der Natur zu seinem Thema gemacht hat. Er erklärt das Dilemma ganz verständlich und macht deutlich, dass es in der Wissenschaft heute nicht mehr nur um Detailwissen, sondern auch um die Ergründung von Komplexität geht, die neue Ansätze des wissenschaftlichen Denkens verlangt und die Suche nach der Weltformel zu einem uninteressanten Unterfangen werden lässt.

Die Erforschung emergenter Strukturen ist ein relativ neues Forschungsgebiet. Dabei geht es darum, Vorgänge der Natur nicht in immer genauere Details zu zerlegen und die elementaren Prozesse zu ergründen. Ziel ist es, die übergeordnete Komplexität zu strukturieren. Erwin Frey befasst sich mit seiner Forschungsgruppe und in einem neu gegründeten Exzellenzcluster „Origins“ mit solchen Fragen. Im Gespräch mit Susanne Päch gibt es interessante Einblicke in diesen Forschungsansatz, mit dem Frey hofft, dem Verständnis der Evolution des Lebens näher zu kommen.

Dank einer neuen Technologie können die Bilder von Magnetresonanz-Tomographen jetzt auch in Bewegung gezeigt werden. Entwickelt wurde sie vom Biophysiker Jens Frahm, der dafür 2018 den Erfinderpreis des Europäischen Patentamtes in der Sektion Forschung erhielt. Susanne Päch berichtet in dieser Studiosendung über die Funktionsweise heutiger MRTs und stellt die technologische Innovation sowie ihre künftigen Einsatzgebiete vor, die nicht nur die Diagnose verändern, sondern sogar bis in den Operationssal reichen wird.

Der Neurorobotiker Florian Röhrbein ist vor kurzem aus der Forschung in die Industrie gewechselt. Und das nicht zum ersten Mal. Warum Röhrbein den Wechsel zwischen Forschung für notwendig hält, wie er künstliche Intelligenz definiert und warum sie seiner Meinung nach nichts mit menschlicher Intelligenz zu tun hat, dass wir uns vor KI nicht fürchten müssen, es aber eine nicht ausreichende Auseinandersetzung über die Thematik in der Öffentlichkeit gibt, das alles sind Aspekte dieses Studio-Talks mit Susanne Päch.

Christoph Düllmann ist ein Alchimist des 21. Jahrhunderts. Nur, dass Kernchemiker wie er nicht mehr versuchen Gold herzustellen, sondern superschwere, auf der Erde und im Universum bisher unbekannte Elemente. In unserer Studiosendung gibt er Einblicke in seine Experimente, die nur wenige Sekunden dauern, ehe die neu entstandenen Atome radioaktiv zerfallen. Aber trotz dieser kurzen Zeitspanne ihrer Existenz sind sie messbar und können so mit ihren chemischen Eigenschaften bestimmt werden. Ein wichtiges Ziel solcher Grundlagenforschung ist es festzustellen, ob das Periodensystem ein natürliches Ende hat und wo es liegen könnte.

Eine Sendung aus der neuen Studio-Serie Forscher & Fakten: LSTM ist eine bei den Global Playern der Digitalwelt seit Jahren etablierte Technologie im Szenario der neuronalen Netze. Den entscheidenden Beitrag für ihre technologische Nutzbarmachung leistete der aus Oberbayern stammende Sepp Hochreiter. Obwohl sein Name in der KI-Szene weltbekannt ist, blieb Hofreiter, inzwischen an der Uni Linz in Oberösterreich tätig, in der Öffentlichkeit bis heute weitgehend unbekannt. Wäre es nach den Wünschen seiner Eltern gegangen, hätte er den eigenen Landwirtschaftsbetrieb übernommen. Susanne Päch hat den zurückhaltenden Ausnahme-Mathematiker in einem Skype-Interview über seine ungewöhnliche Lebensgeschichte befragt, aber auch über sein heutiges Forschungsprojekt mit dem Handelsriesen Zalando.

Im Universum entstehen in Sternen, aber auch bei gewaltigen Sternexplosionen laufend neue chemische Elemente. Auch im irdischen Labor können Forscher heute beliebige Atome erzeugen, sogar solche, die bisher weder auf der Erde noch im Universum entdeckt wurden: sogenannte superschwere Atome. Solche kernchemischen Experimente dienen neben der Bestimmung der chemischen Eigenschaften dieser neu entdeckten Elemente auch der Frage, ob es ein durch die Physik unserer Welt vorgegebenes natürliches Ende des chemischen Periodensystems gibt.

Die Energiewirtschaft ist voll im Transitions-Modus, aber weiterhin ohne großes erkennbares Ziel. Noch fehlen die konkreten Konturen für den neuen Markt: nicht nur die Industrie bewegt sich sehr langsam, auch die Regulierung bietet gerade in Deutschland mächtige Hemmschwellen für Experimente mit neuen Konzepten. Unterdessen beklagen Experten die mangelnde Investitionsbereitschaft für junge Startups mit den guten Ideen für morgen. Zum Stand der Dinge die Reportage vom Expertentreff bei der Fraunhofer Gesellschaft.

Was kann die künstliche Intelligenz und wo liegen heute ihre Probleme und offene Fragen? Eine Fachtagung im IBM Watson Tower von München gab dazu Antworten von Rednern aus der Industrie, der Forschung und mit der Präsentation ausgewählter Startups, die dort ihre Ideen für die Welt von morgen präsentieren konnten.

Wir zeigen zwei Beispiele der zunehmenden Digitalisierung in unserer Wirtschaft. Zuerst werfen wir einen Blick in den Maschinenbau. Das Traditions-Unternehmen Kärcher hat vor kurzem Florian Röhrbein, einen KI-Spezialisten aus der Forschung abgeworben, um Management, Produktion und Produkte digital aufzupeppen. Und Sepp Hochreiter, ein Pionier der neuronalen Netze, berichtet über die Aktivitäten seines Forschungsinstituts mit der pharmazeutischen Branche und wie dort neuronale Netze bei der Wirkstofffindung für Präparate erfolgreich eingesetzt werden können.

Studio-Talk aus unserer Serie „Forscher und Fakten“: Wir haben uns daran gewöhnt, dass IT-Systeme unzuverlässig arbeiten, und auch daran, dass oft selbst Informatiker manchmal nicht genau wissen, warum Defekte aufgetreten sind. Holger Hermanns, theoretischer Informatiker, spricht gern vom Kontrollverlust in der digitalen Welt. In einem Sonderforschungsbereich will er diesem Umstand mit der Entwicklung von Systemen entgegensteuern, die sich selbst erklären können. Wie das geht, dazu mehr im Gespräch mit Susanne Päch.

Um unsere Sonne kreisen Milliarden von Trümmern aus der Entstehungszeit unseres Planetensystems. Sie besiedeln den Raum zwischen Mars und Jupiter, aber auch hinter Neptun haben sich Zonen von solchen „antiken“ Trümmerteilen der gebildet, auch Herkunftsort vieler Kometen. Mehrere Missionen besuchen inzwischen diese etliche Milliarden Jahre alten Miniwelten, Überbleibsel aus der Zeit, in der unsere Planeten gerade erst entstanden

Mit Ansgar Reiners, dem Direktor des Institut für Astrophysik an der Uni von Göttingen, spricht Susanne Päch in dieser Studiosendung über die neuesten Exoplaneten-Forschungen mit erdgebundenen Teleskopen. Ein wichtiger Trend dabei ist, dass jetzt nicht mehr sonnenähnliche Sterne, sondern leuchtschwächere Rote Zwerge der sogenannten M-Klasse im nahen Umfeld der Sonne ins Blickfeld der Astrophysiker rücken. Dazu zählt auch Barnards Stern, einer der uns nächstgelegenen Sterne in rund sechs Lichtjahren Entfernung. In einer internationalen Forschungsaktivität konnte auch um diesen Stern ein Exoplanet nachgewiesen werden.

Der Next Generation Transit Survey ist ein vollautomatisches System für die Suche nach Exoplaneten. Es besteht aus zwölf einzeln steuerbaren Teleskopen, die die nähere Umgebung der Sonne nach dunklen Begleitern absuchen. Was an dieser Anlage der Europäischen Südsternwarte sonst noch besonders und warum die Suche nach Exoplaneten so schwierig ist. Alles das ist Thema dieser Reportage. Erklärt wird auch, weshalb sich kleinere Teleskope für die Suche nach neuen Exoplaneten besser eignen als leistungsstarke Großteleskope und wie solche Forschungen mit Großteleskopen und künftig im Verbund mit Raumfahrtmissionen ergänzt werden.

In dieser Studiosendung stellt Susanne Päch die neuesten Satelliten-Missionen für die Forschung mit Exoplaneten vor: von CHEOPS, einem Teleskop der Europäischen Raumfahrtagentur ESA über den schon in Umlaufbahn stationierten TESS bis zum Weltraumprojekt WFIRST der NASA, die als "ultimatives" Exoplaneten-Teleskop auch Infrarot-Messungen von Exoplaneten im Weltraum ermöglichen soll.

In unserer Studiosendung beleuchten wir die Trends bei Innovationen, in der Arbeitswelt und beim Wohnen der Zukunft. Susanne Päch lässt unter anderem Experten aus dem Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO zu Wort kommen. Reportagen beleuchten zudem nicht nur neue Raumkonzepte in Unternehmen, sondern zeigen auch Impressionen von der Internationalen Möbel- und Einrichtungsmesse in Köln sowie von der internationalen Handelsmesse Euro-CIS in Düsseldorf, die verdeutlichen, dass die Medialisierung des Wohnraums massiv zunehmen wird und auch beim Einkaufen immer mehr Gewicht erhält. Die Medienwelt wird immer mehr zum bestimmenden Faktor unseres Alltags.