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Mit Einstein-Lichtkegeln zu besseren KI-Vorhersagen

Computer verstehen nicht viel von Ursache und Wirkung. Doch mit Hilfe der speziellen Relativitätstheorie könnten sie trotzdem zielgenauere Prognosen treffen.

Quelle: Technology Review

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Bose-Einstein-Kondensat aus dem All

An Bord der Internationalen Raumstation ISS ist es gelungen, einen exotischen Stoff zu erzeugen, der Geheimnisse der Physik lüften könnte.

Quelle: Technology Review

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Bose-Einstein-Kondensat auf der Internationalen Raumstation erzeugt

Hallo, der Lieferdienst ist da: Blick von der Aussichtskuppel der ISS auf das Andocken der Cygnus-Kapsel, die unter anderem das Quantenexperiment mitbrachte.

Ein Bose-Einstein-Kondensat ist eine Art fünfter Aggregatszustand von Materie. Jetzt wurden so etwas auch auf der Internationalen Raumstation erzeugt. Was bringt uns das?

Quelle: FAZ.de

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Salesforce setzt auf Apple, Einstein und Co.

Rückblick auf Dreamforce 2018

Salesforce setzt auf Apple, Einstein und Co.

Auf der großen Hausmesse Dreamforce präsentierte Salesforce seine Pläne für die Zukunft. Dazu gehören unter anderem eine ausgebaute Partnerschaft mit Apple und KI-Lösungen rund um Einstein.

(Mehr in: COM! – Das Computer Magazin)

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Gammastrahlen-Astronomie: Die Jäger des blauen Lichts

Mit einem neuen Teleskop wollen Forscher die energiereichste Strahlung des Universums untersuchen. Es geht um Teilchen, die schneller sind als das Licht – und die Frage, ob Einstein womöglich doch unrecht hatte. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)

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Milliardstel einer milliardstel Sekunde: Albert Einsteins Photoeffekt neu vermessen

Für seine Erklärung bekam Albert Einstein einst den Nobelpreis – nun haben Forscher den Photoelektrischen Effekt präziser vermessen als je zuvor. Das Phänomen spielt sich schneller ab als gedacht. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)

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Salesforce stellt KI-basierten Sprachassistenten vor

Einstein Voice

Salesforce stellt KI-basierten Sprachassistenten vor

Der intelligente Sprachassistent Einstein Voice soll Salesforce-Kunden bald schon beim Kundensupport unterstützen. Als Teil der KI-Plattform Einstein ist die Lösung zudem fähig, unternehmensspezifische Eigenheiten zu "erlernen".

(Mehr in: COM! – Das Computer Magazin)

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Messungen in der Milchstraße: Und wieder hatte Albert Einstein Recht

26 Jahre arbeitete es darauf hin, nun hat ein Astronomenteam Albert Einsteins Relativitätstheorie erneut bestätigt – ausgerechnet mithilfe eines Schwarzen Lochs. (Mehr in: ZEIT ONLINE: Mehr aus Forschung und Wissenschaft)

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Messungen in der Milchstraße: Und wieder hatte Albert Einstein recht

26 Jahre arbeitete es darauf hin, nun hat ein Astronomenteam Albert Einsteins Relativitätstheorie erneut bestätigt – ausgerechnet mithilfe eines Schwarzen Lochs. (Mehr in: ZEIT ONLINE: Mehr aus Forschung und Wissenschaft)

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Messungen in der Milchstraße: Schwarzes Loch bestätigt Einstein

(Mehr in: RSS-Feed Wissenschaft – die neusten Meldungen zum Thema Wissenschaft von STERN.DE)

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Relativitätstheorie: Schwarzes Loch bestätigt Albert Einstein

Erstmals haben Astronomen Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie erfolgreich an einem Schwarzen Loch getestet. Sie konnten die Gravitations-Rotverschiebung nachweisen. (Mehr in: ZEIT ONLINE: Mehr aus Forschung und Wissenschaft)

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Relativitätstheorie: Schwarzes Loch gibt Einstein recht

Mit 25 Millionen Kilometern pro Stunde rast ein Stern um ein schwarzes Loch im Zentrum unserer Milchstraße. Forscher beobachteten das seltene Spektakel und stellen nun fest: Einstein hatte recht – mal wieder. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)

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Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie wird erstmalig an einem Schwarzen Loch belegt

Neue Messungen am Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße zeigen, wie Einsteins Gravitätstheorie in der Praxis funktioniert / Veröffentlichung in Astronomy & Astrophysics
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft

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Münster: Museum zeigt Teile von Einsteins Gehirn

Hat sich Einsteins Genie in seinem Gewebe manifestiert? Ein Pathologe glaubte in den Fünfzigerjahren genau daran und sägte das Hirn des Nobelpreisträgers in Hunderte Scheibchen. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)

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Nasa-Mission: Forscher wollen kältesten Punkt des Alls auf der ISS erzeugen

Erstmals wollen Forscher auf der ISS ein Bose-Einstein-Kondensat erzeugen. Dazu transportieren sie ein Hightech-Labor ins All, das Atome auf ein milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt herunterkühlen soll. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)

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Manuskript zur Relativitätstheorie: Brief von Albert Einstein für 83.600 Euro versteigert

In Jerusalem kamen zahlreiche Schriftstücke von Albert Einstein unter den Hammer. Neben wissenschaftlichen Abhandlungen war darunter auch eine Notiz an eine junge Italienerin. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)

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Physik-Nobelpreisträger Born: "Ich rate allen jungen Wissenschaftlern ab, sich der Atom-Physik zuzuwenden"

Er war ein begnadeter Physiker, Nobelpreisträger und Duzfreund Albert Einsteins: Max Born hat mit seiner Forschung zur Quantenmechanik Geschichte geschrieben. Heute feiert Google seinen 135. Geburtstag. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)

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Albert Einstein: Hat Einstein gesagt, die menschliche Dummheit sei unendlich?

… fragt Tobias Veit aus Nürnberg. (Mehr in: ZEIT ONLINE: Mehr aus Forschung und Wissenschaft)

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Entdecker der Gravitationswellen: Einsteins Erben

Der Physik-Nobelpreis 2017 ist ein später Triumph für Albert Einstein – und der Erfolg von mehr als tausend Forschern, denen gemeinsam der Nachweis von Gravitationswellen gelang. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)

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Einstein wäre überaus bewegt

Die Deutsche Physikalische Gesellschaft gratuliert Rainer
Weiss, Barry C. Barish und Kip S. Thorne zum Nobelpreis für
Physik. „Einstein wäre begeistert, wir sind es
auch“, sagt Rolf-Dieter Heuer, Präsident der Deutschen Physikalischen
Gesellschaft (DPG).
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft

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Auszeichnung: Nobelpreis für Physik geht an Entdecker der Gravitationswellen

Es war ein Riesencoup: 2015 konnten Physiker am LIGO-Detektor die Kräuselungen der Raumzeit messen, die Einstein vorhergesagt hatte: Jetzt gibt es dafür den Nobelpreis. (Mehr in: ZEIT ONLINE: Mehr aus Forschung und Wissenschaft)

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Gravitationswellen: US-Forscher bestätigen Albert Einstein – und erhalten den Nobelpreis

(Mehr in: RSS-Feed Wissenschaft – die neusten Meldungen zum Thema Wissenschaft von STERN.DE)

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Raumzeit-Schwingungen: Physik-Nobelpreis geht an Gravitationswellen-Forscher

Albert Einstein sagte Gravitationswellen vor hundert Jahren voraus, für den Nachweis bekommen nun drei Forscher den Physik-Nobelpreis. Die Auszeichnung geht an die US-Wissenschaftler Rainer Weiss, Kip Thorne und Barry Barish. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)

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Sonnenfinsternis: Montag ging die Sonne aus

Aber nur in den USA. Warum uns das interessieren sollte? So manche totale Sonnenfinsternis hat die Welt verändert. Denken Sie an Einstein. Das Ereignis – kurz erklärt (Mehr in: ZEIT ONLINE: Mehr aus Forschung und Wissenschaft)

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Relativitätstheorie: Einstein bewiesen – schon wieder!

„Es ist, als ob man den Stern auf die Waage legen würde.“ Wozu die Masse eines Weißen Sterns kennen? Um zu testen, ob Einsteins Theorie stimmt. Und siehe da: Das tut sie. (Mehr in: ZEIT ONLINE: Mehr aus Forschung und Wissenschaft)

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«Hubble» bestätigt Einstein: Astronomen wiegen Weißen Zwerg mit der Relativitätstheorie

(Mehr in: RSS-Feed Wissenschaft – die neusten Meldungen zum Thema Wissenschaft von STERN.DE)

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Gravitationslinse: Forscher wiegen Stern mit Einstein-Trick

Sternenlicht vom Kurs abgebracht: Erstmals haben Astronomen einen Weißen Zwerg mit einer Methode vermessen, die Albert Einstein einst erdacht hat. Der Ausnahmephysiker „wäre stolz“ angesichts der Entdeckung, sagen Kommentatoren. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)

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Soapbox Science: Wissenschaftlerinnen nutzen öffentlichen Raum als Bühne

Zwei Wissenschaftlerinnen der Charité – Universität Berlin beteiligen sich neben weiteren Frauen aus der Forschung am ersten Soapbox Science Event in Berlin. Soapbox Science ist eine neuartige Kommunikationsplattform, um Wissenschaftlerinnen und ihre Forschung sichtbar zu machen und sie zu fördern. Gleichzeitig bringen sie aktuelle Themen der Wissenschaft in den öffentlichen Raum und lassen das Publikum teilhaben. Für die Charité sind das Exzellenzcluster NeuroCure und das Einstein Center for Neurosciences Berlin als Sponsoren des Events beteiligt.
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft

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Wie skurril darf’s denn sein?

Es ist nun schon etwas her, dass es durch die Presse ging: Das Einstein-Podolsky-Rosen-Experiment (EPR-Experiment) ist erneut zugunsten der Quantenmechanik ausgegangen. Doch was bedeutet es eigentlich, wenn es anders wäre? Die klassische Physik würde das nicht mehr retten.

Im verlinkten Spektrum-Artikel, ist das Experiment und sein theoretischer Hintergrund bereits gut und ausführlich erklärt. Auch ich habe 2011 schon grundsätzliches zu diesen Experimenten geschrieben, deshalb hier nur eine kurze Beschreibung:

In EPR-Experimenten werden an der Quelle verschränkte Photonenpaare erzeugt. Je ein Photon jedes Paares wird über Spiegel oder Lichtwellenleiter zu den Empfängern A und B geleitet. Dort werden willkürlich die Polarisationen der Photonen in drei verschiedenen Winkeln gemessen. Dann werden die Statistiken der Korrelationen, also der Wenn-dann-Beziehungen zwischen den Messungen ausgewertet.

Die Quantenmechanik macht hier eine andere Voraussage, als jede klassische Theorie machen würde: Sie geht davon aus, dass an der Quelle zwar die Korrelation, nicht aber die konkrete Eigenschaft der einzelnen Photonen festgelegt wird. Jedes Photon befindet sich laut Quantenmechanik in einem Schwebezustand aller möglicher Polarisationsrichtungen und es ist nur festgelegt, dass das in B gemessene Photon eine um 90° gedrehte Polarisation gegenüber dem in A gemessenen hat.

Klassische Physik ist dagegen real und lokal. Das heißt, die Photonen sollten bereits an der Quelle je eine eindeutige reale Polarisationsrichtung mitbekommen, die dann an den Empfängern A und B lokal gemessen werden können, ohne dass die Art der Messung in B das Ergebnis in A beeinflussen kann oder umgekehrt. Solch eine Beeinflussung hat Einstein als „spukhafte Fernwirkung“ zurückgewiesen.

Die klassische Vorhersage ist strenger und setzt ein Maximum für mögliche Korrelationen, das von der Quantenmechanik verletzt wird. Diese Verletzung ist durch die Bellschen Ungleichungen definiert. Sie wurde im genannten Experiment einmal mehr nachgewiesen.

Die immer weitergehenden Experimente werfen die Frage auf, ob die klassische Physik überhaupt noch zu retten ist. Die Antwort ist überraschend einfach: Nein.

Bereits das einfachst mögliche Experiment mit Quelle und den Messungen A und B auf einem optischen Tisch kann den Verdacht Einsteins widerlegen. Dieser Verdacht war, dass die Unbestimmtheit des Quantenzustands vor der Messung nur unsere Unkenntnis wiederspiegelt. Die Polarisation beider Photonen, so vermutete Einstein, liegt an der Quelle bereits fest und uns fehlt nur die vollständige theoretische Beschreibung des Prozesses. Diese Annahme ist mit den ersten Überprüfungen der Bellschen Ungleichungen in den 1970er und 80er Jahren widerlegt.

Was dann noch zu überprüfen war, ist die Frage, ob mit einer Erweiterung der Quantenmechanik die Lokalität und Realität der Natur gerettet werden kann. Wir erinnern uns: Die Quantenmechanik ist entweder nicht Lokal, weil sie beide Photonen gemeinsam durch eine ausgedehnte Wellenfunktion beschreibt. Oder sie ist nicht realistisch, weil sie den Photonen bis zur Messung keine reale Polarisation zuschreibt. Weil die Realität erst bei der Messung entsteht.

Realität und Lokalität ließe sich retten, wenn sich nachweisen ließe, dass die Wellenfunktion ein reales Feld ist, das bei der Messung in A zerfällt. Dieser Zerfall könnte dann in Lichtgeschwindigkeit oder etwas langsamer die Information, was in A gemessen wurde, nach B übertragen. Um diese Informationsübertragung auszuschießen, müssen die Messungen A und B möglichst gleichzeitig und weit voneinander entfernt durchgeführt werden. Die Messungen müssen raumartig getrennt durchgeführt werden. Das gelang Anton Zeilinger und seinem Team Ende der 1990er Jahre in Innsbruck. Seit diesem Experiment ist klar, dass Realität und Lokalität nicht durch explosionsartigen Zerfall einer realen Wellenfunktion zu retten sind.

Das neue Experiment desselben Professors, heute in Wien, widerlegt einen weiteren skurrilen Rettungsversuch: Was, wenn die Erzeugung des Photonenpaars und die Messungen an A und B so konzertiert sind, dass es nur so aussieht als sei die Quantenmechanik richtig? Zeilinger und co. präsentieren ein Experiment, dessen Ausgang schon vor über 600 Jahren beeinflusst worden sein müsste, wenn die Welt klassisch funktioniert aber dennoch die Bellschen Ungleichungen verletzt werden.

Ich bin froh, dass das Experiment wiedermal die Quantenmechanik bestätigt. Alles andere würde auf eine Welt hindeuten, die noch verrückter ist als die Quantenmechanik. An die hab ich mich wenigstens gewöhnt.

Der Beitrag Wie skurril darf’s denn sein? erschien zuerst auf Quantenwelt.

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Mysteriöses Massemonster: Forscher wollen erstmals Schwarzes Loch fotografieren

Albert Einstein hat ihre Existenz einst vorhergesagt, doch fotografiert wurde ein Schwarzes Loch noch nie. Ein weltweites Netzwerk von Teleskopen soll das nun ändern. Komplett schwarz wird das Foto wohl nicht sein. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)

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Quantenmechanik: Und Einstein hatte doch nicht recht

In der Quantenphysik beeinflussen sich Teilchen über große Entfernungen hinweg. Das glauben Sie nicht? Dann geht es Ihnen wie Albert Einstein. Doch das Genie lag falsch. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)

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Zeit und Symmetrie physikalischer Gesetze

Es gibt Themen, die mich immer wieder beschäftigen. Zeit ist solch ein Thema. Anfang Oktober 2010 schrieb ich einen Artikel, der sich mit verschiedenen physikalischen Vorgängen beschäftigte, die das Konzept Zeit enthalten.  Ende Oktober behandelte ich dann die Frage: Wie subjektiv ist die Zeit? In diesem Artikel ging es im Wesentlichen um Symmetrie. Ich bin aber bei der klassischen Physik stehen geblieben.

Physik ist die Suche nach Gleichartigem in der Natur. Nach Symmetrie. Exakte Gleichartigkeit physikalischer Vorgänge ist der Grund, warum sich etwas wie Zeit überhaupt definieren lässt, warum man Uhren bauen kann. Aber auf welche Art die Natur gleichmäßig ist, ist dann doch wieder überraschend.

Stecken wir zwei gleichartige Uhren jeweils in eine Kiste, so dass sie nichts von Ihrer Umwelt und vor allem nichts voneinander mitbekommen können, so werden sie im Rahmen ihrer Genauigkeit gleich gehen. Das liegt an der Symmetrie physikalischer Gesetze bezüglich Verschiebungen im Raum.

Verschiebungen in Raum und Zeit

Lassen Sie mich das erläutern: Symmetrisch ist ein geometrisches Objekt, wenn es bei einer Operation gleich bleibt. Beispiele für Operationen sind Spiegelung, Verschiebung oder Drehung. Ein gleichseitiges Dreieck ist symmetrisch bezüglich Drehungen um Vielfache von 120° und bezüglich Spiegelungen entlang der drei halbierenden Achsen. Ein Quadrat hat sogar acht solcher Achsen, ist bezüglich 90°-Drehungen symmetrisch und ist zusätzlich symmetrisch bezüglich einer Punktspiegelung am Mittelpunkt.

Die geometrische Definition von Symmetrie lässt sich auf physikalische Gesetze verallgemeinern. Danach ist ein Gesetz bezüglich Verschiebungen im Raum symmetrisch, wenn es vom Ort unabhängig überall gleich gilt. Wenn ich mein Labor um drei Meter nach Osten verschiebe, sollten alle Experimente gleich ablaufen. Bezüglich Verschiebungen in der Zeit ist ein Gesetz symmetrisch, wenn sie unabhängig vom Startzeitpunkt gleich ist. Wenn also ein Experiment heute wie morgen abläuft. Zu guter letzt können wir Symmetrien bezüglich Drehungen im Raum definieren, wenn ein Gesetz von der Richtung unabhängig ist. Oder bezüglich Spiegelungen in der Zeit, wenn ein Gesetz rückwärts wie vorwärts abläuft.

Zeit verläuft überall gleich

Zurück zur Zeit: Die oben genannten Uhren in den Kisten laufen synchron, also gleich, weil die ihnen zugrunde liegenden Gesetze symmetrisch bezüglich Verschiebungen im Raum sind. Das klingt zunächst wie ein Gesetz über den Raum, es ist aber vor allem eine Aussage zur Zeit: Die Zeit läuft überall gleich ab.

Eine weitere Eigenschaft der Zeit ist, dass sie aus ganz verschiedenartigen Prozessen extrahiert werden kann. In meinem Artikel Das Phänomen Zeit habe ich solche Prozesse beschrieben. Wir brauchen nur eine Variable in der Physik um sehr unterschiedliche Prozesse zu beschreiben und wir können mit jedem der genannten Prozesse eine Uhr bauen. Diese Uhren können miteinander synchronisiert werden.

Ich finde es bemerkenswert, dass sich jedes Geschehen im Universum mit einem Parameter Zeit beschreiben lässt, unabhängig vom physikalischen Prozess oder vom Ort des Geschehens. Nach Galileos Relativitätsprinzip kommt noch eine weitere Symmetrie hinzu: Physikalische Prozesse sollten auch vom Bewegungszustand  des Systems, in dem eine Prozess abläuft, unabhängig sein. Am einfachsten wäre das zu realisieren, wenn die Zeit unabhängig von der Geschwindigkeit immer gleich ginge.

Vom Widerspruch in der klassischen Physik…

Die Natur ist aber raffinierter. Physikalische Gesetze sind zwar unabhängig von der Geschwindigkeit, aber die Zeit ist es nicht. Von der Geschwindigkeit unabhängige Zeit führt zu einem Widerspruch zwischen Elektrodynamik und Mechanik:

Die Maxwell’schen Gesetze legen über gegenseitige Induktion von elektrischem und magnetischem Feld die Lichtgeschwindigkeit eindeutig fest. Sind nun diese Induktionen unabhängig vom Bewegungszustand des physikalischen Systems, in dem sie auftreten, so muss die Lichtgeschwindigkeit vom Bewegungszustand des Systems unabhängig sein. Mechanische Systeme werden durch Längen und Zeiten und damit definierten Geschwindigkeiten und Beschleunigungen definiert. Wenn nun Zeiten und Längen auch vom Bewegungszustand unabhängig sind, führt das direkt auf einen Widerspruch zur Unabhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit vom Bewegungszustand, denn eine Geschwindigkeit ist (Weg-)Länge pro Zeit.

…zur Zeit in der Relativitätstheorie

Diesen Widerspruch löste Albert Einstein in seinem Aufsatz Zur Elektrodynamik bewegter Körper, indem er eine andere Symmetrie einführte: Anstelle gleicher Zeitläufe an jedem Ort, setzt Einsteins Relativitätstheorie auf die sogenannte Lorentz-Invarianz physikalischer Gesetzmäßigkeiten.

Anstelle eines konstanten Zeitablaufs überall postuliert die spezielle Relativitätstheorie eine komplexere Symmetrie: Physikalische Gesetze bleiben gleich, wenn Geschwindigkeiten durch eine Lorentz-Transformation ineinander überführt werden. Solch eine Lorentz-Transformation addiert nicht einfach eine Geschwindigkeit auf eine andere. Sie verlangsamt Zeit, verkürzt Abstände und ändert Gleichzeitigkeit. Das alles aber konzertiert für den gesamten Raum und die gesamte Zeit.

Für Geschwindigkeiten, die klein sind gegen die Lichtgeschwindigkeit, ist eine Lorentz-Transformation fast gleich einer einfachen Addition von Geschwindigkeiten. Deshalb glaubte man so lange an eine einfache Zeitsymmetrie. Aber so einfach ist das nicht. „Raffiniert ist der Herrgott, aber boshaft ist er nicht.“ 1

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Bose-Einstein-Kondensat: Erstmals exotischer Quantenzustand im All erzeugt

Bei extrem niedrigen Temperaturen verhalten sich Atome plötzlich alle gleich. Forscher sprechen vom Bose-Einstein-Kondensat. Sie haben den ungewöhnlichen Einheitsbrei nun erstmals im All erzeugt. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)

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100 Jahre nach Einstein: Gravitationswellen-Entdeckung ist Durchbruch des Jahres

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Wissenschaftliche Durchbrüche: Die Mär von der genialen Jugend

Alte Koryphäe oder junger Einstein: Forscher haben untersucht, in welchem Alter Wissenschaftlern am ehesten bahnbrechende Veröffentlichungen gelingen. Das Ergebnis verblüfft. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)