Wie funktioniert Quantenverschränkung?

2020 war nicht nur für die pandemiegeplagte Menschheit ein einschneidendes Jahr, sondern auch für die Orcas des Nordatlantiks: Damals begannen die Tiere, Segelboote und andere Gefährte anzustoßen oder gar zu rammen. Seitdem werden immer wieder Ruder angeknabbert und Boote mitunter versenkt. Wollen die Tiere nur spielen – oder steckt mehr dahinter? Fachleute stehen vor einem Rätsel. Es gibt verschiedene Theorien dazu, warum sich diese Vorfälle vor den Küsten von Spanien, Portugal und Frankreich häufen. Im STANDARD-Podcast "Rätsel der Wissenschaft" sprechen Julia Sica und David Rennert mit Experten, die selbst Wale und Delfine erforschen. Handelt es sich beim Booterammen um einen Trend – wie einst bei der legendären Lachshut-Mode? Und haben Wale eigentlich Kultur so wie wir? Die Fachleute klären auf, warum dieses nicht ungefährliche Verhalten für die Meeressäugetiere sogar nützlich sein dürfte.

Die moderne Wissenschaft setzt dem Glauben an Geister und Übernatürliches seit jeher rationales Denken entgegen und trachtet danach, scheinbar unerklärbaren Phänomenen mit wissenschaftlichen Methoden auf den Grund zu gehen. Was haben dann Geister, Dämonen und andere spukende Wesen ausgerechnet in der Physik verloren? Was sollen Geisterfelder in der Quantenfeldtheorie sein – und stehen sie etwa mit den berüchtigten wie flüchtigen Geisterteilchen in Verbindung? Wer oder was ist Maxwells Dämon? Und wo wurde selbst Albert Einstein der physikalische Spuk zu viel? In der Halloween-Folge des STANDARD-Podcasts "Rätsel der Wissenschaft" gehen Tanja Traxler und David Rennert geisterhaften Phänomenen und dämonischen Konzepten in der Physik nach. Wie sich quer durch die Wissenschaftsgeschichte zeigt, tauchen Geister und Dämonen in der Theoriebildung immer dann auf, wenn unheimliche Wissenslücken aufklaffen. Und wenn der Spuk rational bleibt, kann er durchaus zu wissenschaftlichem Erfolg beitragen: In Gedankenexperimenten können selbst Geister dabei helfen, die Grenze zwischen Wissen und Nichtwissen ein wenig zu verschieben.

Als spukhafte Fernwirkung wurde die Quantenverschränkung einst von Albert Einstein verunglimpft. Inzwischen ist aber längst klar, dass sie nicht nur eines der mysteriösesten Phänomene der Quantenphysik ist, sondern auch eines der nützlichsten. Neue Technologien wie Quantencomputer oder Quantensensoren beruhen auf der Verschränkung. Gleichzeitig gibt sie Forschenden immer noch einige Rätsel auf.  In der neuen Folge des STANDARD-Podcasts "Rätsel der Wissenschaft" sprechen Tanja Traxler und David Rennert über eines der nützlichsten und zugleich rätselhaftesten Phänomene der Quantenphysik. Was genau bedeutet es, wenn Teilchen verschränkt sind – und wie ist das überhaupt möglich?

Astronautische Flüge ins All sind aufregend, inspirierend und auch aus wissenschaftlicher Perspektive interessant. Eines sind sie aber mit Sicherheit nicht: gesund. Die Liste der Gefahren und gesundheitlichen Risiken von Raumflügen ist lang – und viele physiologische Folgen von Weltraumaufenthalten sind zumindest vorübergehend unvermeidbar. Das Herz-Kreislaufsystem und der Muskel- und Knochenapparat reagieren unmittelbar auf einen Aufenthalt in der Mikrogravitation, es gibt aber Gegenmaßnahmen. Diese ringen Raumfahrerinnen und Raumfahrern viel Disziplin ab. Doch es bestehen auch etliche ungelöste Probleme, insbesondere wenn Menschen weiter in den Weltraum vordringen oder eines Tages sogar den Mars erreichen wollen. Was lässt sich gegen die kosmische Strahlung unternehmen? Vertragen alle Menschen Weltraumreisen gleich schlecht? Und wie nützen neueste Erkenntnisse aus der Weltraummedizin auch uns Menschen auf der Erde? Das besprechen David Rennert und Tanja Traxler in der neuen Folge des STANDARD-Podcasts "Rätsel der Wissenschaft".

70 Jahre nach der Gründung des Europäischen Kernforschungszentrums (Cern) bei Genf ist die Teilchenphysik um viele Entdeckungen reicher. Doch an großen Rätseln mangelt es weiterhin nicht. Dazu zählt etwa die Frage, wo die ganze Antimaterie geblieben ist. Denn von jedem bekannten Teilchen gibt es auch ein Antiteilchen. Beim Urknall ist dem Standardmodell der Teilchenphysik zufolge gleich viel Materie wie Antimaterie entstanden – und diese hätte sich gegenseitig auslöschen müssen. Warum ist das nicht passiert? Auch das dunkle Universum hält Physikerinnen und Kosmologen auf Trab. Alles, was wir im Kosmos sehen können, macht gerade einmal fünf Prozent von dem aus, was tatsächlich da ist. Und die übrigen 95 Prozent, die nur indirekt beobachtbar sind, bestehen aus zwei rätselhaften Größen: der "Dunklen Energie” und der "Dunklen Materie". Was hat es damit auf sich? Wie Forscherinnen und Forscher am Cern diesen großen Fragen nachgehen, wie es um die Pläne für einen noch größeren Teilchenbeschleuniger steht und was Wissenschaft und Kunst voneinander lernen können, besprechen Tanja Traxler und David Rennert mit der Cern-Generaldirektorin Fabiola Gianotti in dieser live aufgezeichneten Folge von "Rätsel der Wissenschaft". Gianotti war im Rahmen der Langen Nacht der Forschung auf Einladung der Akademie der Wissenschaften und des Wissenschaftsministeriums in Wien zu Gast. Das Gespräch wurde auf Englisch geführt.

Was passiert, wenn wir sterben? So grundlegend diese Frage ist, so schwierig ist es, eindeutige Antworten darauf zu finden. Viele Faktoren beeinflussen, wie Menschen sterben und wie der Tod subjektiv erlebt wird. Diese Vorgänge wissenschaftlich zu erforschen ist aber alles andere als einfach. Physiologische Untersuchungen zum Vorgang des Todes bringen schwerwiegende ethische Fragen mit sich. Und Erfahrungsberichte von reanimierten Patienten liegen zwar zahlreich vor, stammen aber eben von Überlebenden. Wie aussagekräftig sind sie?  In den vergangen Jahren konnte die Hirnforschung erstaunliche Einblicke in die neurologischen Prozesse des Todes gewinnen. So konnte die elektrochemische Entladungswelle, die das Gehirn Sterbender durchflutet, detailliert beobachtet werden. Dabei zeigte sich, dass dieser Vorgang, anders als lange angenommen, nicht unumkehrbar ist. Außerdem wiesen Forschende nach, dass die Hirnaktivität bei Sterbenden rapide ansteigen kann. Das könnte wiederum für Nahtoderfahrungen verantwortlich sein. Welche Funktionen haben diese Vorgänge? Sind Nahtoderfahrungen Teil eines neuronalen Notfallprogramms? Und was bedeutet das für die Reanimationsmedizin? Darüber sprechen David Rennert und Tanja Traxler mit dem Neurologen Jens Dreier (Charité Berlin) in der neuen Folge des STANDARD-Podcasts "Rätsel der Wissenschaft".

Lange dominierten sie die Tundren des Nordens, dann verschwanden die Mammuts nach und nach von der Bildfläche. Vor etwa 3700 starben die letzten Vertreter der Eiszeitgiganten, nur Funde von Mammut-Überresten bei Bauarbeiten oder in auftauenden Böden zeugen noch von der Existenz dieser majestätischen Tiere. Forschende träumen seit langem davon, Mammuts und andere ausgestorbene Tierarten von Toten zurückzuholen. Bislang scheiterte das aber vor allem an geeignetem biologischen Material dieser Spezies, das sich etwa zum Klonen eignen könnte. Das Forschungsteam eines US-amerikanischen Genetik-Startups will einen anderen Weg gehen: Der Plan ist, die wichtigsten Mammutgene in Elefanten einzuschleusen und auf diese Weise Mammut-Elefanten-Hybride zu erschaffen, die den eiszeitlichen Tieren zumindest sehr ähnlich sein sollen. Das ambitionierte Ziel ist, bis 2028 den ersten "Mammufanten" auf die Welt zu bringen. Wie genau könnte das funktionieren? Wäre es überhaupt sinnvoll, Mammut-ähnliche Tiere in unsere heutige Welt zu bringen? Und welche ethischen Fragen drängen sich bei diesem Projekt auf? Das besprechen David Rennert und Tanja Traxler in der neuen Folge des STANDARD-Podcasts "Rätsel der Wissenschaft.

Mehr als 5500 Planeten, die um ferne Sterne kreisen, haben Forschende in den vergangen Jahrzehnten entdeckt. Wie viele von ihnen Begleiter haben, ist unklar: Noch nie wurde ein Exomond zweifelsfrei nachgewiesen. Fachleute gehen davon aus, dass es im Universum nur so von Monden wimmelt. Denn in unserem Sonnensystem sind sie alles andere als selten – nur die innersten beiden Planeten, Merkur und Venus, haben keine Trabanten. Der aktuelle Rekordhalter Saturn kommt hingegen nach derzeitigem Forschungsstand auf 146 Begleiter. Monde von Exoplaneten aufzuspüren, ist enorm schwierig. Neue Instrumente und ausgefeilte Suchmethoden könnten aber bald erste Erfolge bringen. Die Entdeckung fernen Trabanten wäre nicht nur spannend, um mehr über die Bedingungen bei fernen Planetensystemen zu erfahren. Sie könnten auch die Chancen für die Existenz von außerirdischem Leben drastisch erhöhen: Im Sonnensystem sind Monde die aussichtsreichsten Orte für die Suche nach Leben, abgesehen vom Mars. Der Jupitermond Europa und der Saturnmond Enceladus beherbergen zum Beispiel unter dicken Eiskrusten Ozeane aus flüssigem Wasser, theoretisch könnte es dort Bedingungen geben, die Leben ermöglichen. Auch der exotische Saturnmond Titan ist ein spannender Kandidat. Der Nachweis von Monden um Exoplaneten wäre ein weiterer Meilenstein bei der Erforschung des Universums. Wie die Chancen dafür stehen, was wir davon lernen könnten und wie wichtig Monde auch für Leben auf Planeten sein könnten, beschäftigt David Rennert und Tanja Traxler in der neuen Folge des STANDARD-Podcasts Rätsel der Wissenschaft. Sie sprechen mit den beiden Exoplanetenforscherinnen Lisa Kaltenegger von der Cornell University in Ithaca, New York, und Lena Noack von der Freien Universität Berlin.

Gibt es das Nichts? Ist Leere real? Was ist das Vakuum? Diese Fragen beschäftigen Gelehrte seit Jahrtausenden. Die Suche nach Antworten hat nicht nur zu erbitterten philosophischen Debatten und religiösen Verwerfungen geführt, sondern auch zu zahlreichen praktischen Anwendungen: Wir verdanken ihnen etwa Staubsauger und Vakuumkammern für präzise Industrieprozesse, Raumfahrt und wissenschaftliche Experimente. Rätselhaft bleibt das Vakuum aber bis heute. Auch in der modernen Physik spielt das Vakuum keine unwichtige Rolle. Einerseits sind leistungsstarke Vakuumkammern für Hochpräzisionsmessungen in unterschiedlichen Bereichen unverzichtbar. Anderseits knüpfen sich an den leeren Raum zahlreiche offene Forschungsfragen: In der Quantenfeldtheorie stellte man fest, dass Quantenvakuumfluktuationen auch die Leere erfüllen. Und auch der leere Raum im Kosmos wirft Fragen auf, wenn es etwa um die rätselhafte Dunkle Energie geht, die für die beschleunigte Expansion des Universums verantwortlich ist. Was hat es also mit dem Nichts auf sich? Darüber sprechen Tanja Traxler und David Rennert in der neuen Folge des STANDARD-Podcasts Rätsel der Wissenschaft.

Rund eine Milliarde Hunde leben auf unserem Planeten, die Vielfalt unter ihnen ist enorm: Vom winzigen Chihuahua bis zur riesigen Dogge gibt es hunderte Hunderassen und noch viel mehr Mischlinge und Streuner in allen Variationen. Aber auch wenn die Vierbeiner sehr unterschiedlich aussehen und sich in ihrem Wesen mitunter stark voneinander unterscheiden, stammen sie doch alle von derselben Art ab: dem Wolf. Alle heutigen Hunde tragen noch zu rund 95 Prozent Wolfsgene in sich, ob sie nun aussehen wie Schäferhunde, Pudel oder Dackel.  Wann und wie genau Wölfe zu Hunden wurden, beschäftigt die Forschung seit langem. Aus Knochenfunden lässt sich schließen, dass es seit mehr als 35.000 Jahren Hunde geben muss – kein anderes Tier begleitet den Menschen so lange. Oft wird angenommen, dass sich Wölfe einst selbst zähmten, weil das Leben in der Nähe von Menschen Vorteile brachte. Neuere Forschungsergebnisse sprechen aber gegen diese Hypothese. Wie könnte es dann gewesen sein? Worin genau unterscheiden sich Wölfe und Hunde eigentlich? Und vermenschlichen wir unsere Vierbeiner heute manchmal zu sehr? Das besprechen David Rennert und Tanja Traxler mit dem renommierten Wolfsforscher Kurt Kotrschal in der neuen Folge des STANDARD-Podcasts "Rätsel der Wissenschaft".