Physik Journal 5 / 2022

Cover

Sternwinde und UV-Strahlung formen das Material im Carina-Nebel, in dem zahlreiche neue Sterne entstehen. (vgl. S. 28, Bildnachweis: siehe S. 33)

 


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Grußwort

Stets der Wissenschaft verpflichtetJoachim Ullrich5/2022Seite 3

Stets der Wissenschaft verpflichtet

In unsicheren Zeiten sollten wir uns auf das Selbstverständnis der DPG besinnen.

Aktuell

Alexander Pawlak5/2022Seite 6DPG-Mitglieder

Angebote und Appelle

Anja Hauck5/2022Seite 7DPG-Mitglieder

Hat die Vorlesung ausgedient?

Presserat / DPG / Alexander Pawlak5/2022Seite 8DPG-Mitglieder

Presserat weist Beschwerde zurück

Maike Pfalz5/2022Seite 10DPG-Mitglieder

Die Metrologie neu denken

Interview mit Cornelia Denz, der neuen Präsidentin der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt

Kerstin Sonnabend5/2022Seite 12DPG-Mitglieder

Dreierlei hervorragende Forschung

Kerstin Sonnabend5/2022Seite 13DPG-Mitglieder

Ein Zentrum für bessere Kontrolle

5/2022Seite 13DPG-Mitglieder

Neue DFG-Schwerpunkt­programme

Alexander Pawlak5/2022Seite 14DPG-Mitglieder

Missionen und Emissionen

Matthias Delbrück5/2022Seite 15DPG-Mitglieder

Kein Glück mit der Gammaquelle?

Matthias Delbrück5/2022Seite 16DPG-Mitglieder

USA: Mehr oder weniger?; Physikerinnen unterzitiert; Der Elfenbeinturm ist weiß

Leserbriefe

Volker Eyert5/2022Seite 17DPG-Mitglieder

Den Nerv der Zeit getroffen

Zu: M. Birkholz, Physik Journal, Februar 2022, S. 3

High-Tech

Michael Vogel5/2022Seite 18DPG-Mitglieder

Akustischer Stoff; Booster für Solarzellen; Baukasten für 3D-Displays

Brennpunkt

Radioquellen im KatalogJürgen Kerp5/2022Seite 20DPG-Mitglieder

Radioquellen im Katalog

Der LOFAR Two-Metre Sky Survey hat einen zweiten Datenkatalog veröffentlicht.

Lehre

Modellierte AusbreitungRegina Gente5/2022Seite 24DPG-Mitglieder

Modellierte Ausbreitung

Mithilfe der Perkolation lässt sich die Ausbreitung des Corona-Virus im Physikunterricht darstellen.

Das Corona-Virus hat für einschneidende Veränderungen gesorgt, insbesondere für den Schullalltag. Nach langen Phasen von Distanzunterricht im Frühjahr 2020 wurde im Herbst 2020 das Augenmerk darauf gelegt, die Schülerinnen und Schüler für das Einhalten der Hygienemaßnahmen zu sensibilisieren, auf bevorstehende Maßnahmen vorzubereiten und deren Notwendigkeit verständlich zu vermitteln. Vor diesem Hintergrund ist der folgende Unterrichtsvorschlag entstanden.

Erprobt wurde der Unterrichtsvorschlag in den Jahrgängen 6, 9 und 10 sowie in den beiden Jahrgängen Q1 und Q3 der Qualifikationsphase der Oberstufe. Die Einheit erfordert etwa 60 bis 90 Minuten Unterrichtszeit, wobei in jüngeren Jahrgängen das Redebedürfnis und Mitteilungsbedürfnis der Schülerinnen und Schüler größer ist und der Zeitbedarf dadurch höher. Jugendliche in höheren Jahrgängen erkennen dagegen auch abstrakte Zusammenhänge schneller. Auch die verwendete Fachsprache sollte sich am Alter der Schülerinnen und Schüler orientieren.  Die wesentlichen Elemente der betrachteten Modelle sind jedoch in allen Jahrgangsstufen zu vermitteln.

Als Einstieg in das Thema diente der Ausschnitt aus einem Zeitungsartikel: „Statt nur zu überlegen, wie ein Alltag mit Corona aussehen kann, sollten wir das Virus weiter aktiv zurückdrängen, schreibt der Physiker Matthias F. Schneider. Das sei durchaus noch möglich. [...] Die vielleicht wichtigste Frage derzeit ist: Wann entwickelt sich aus einzelnen Neuinfektionen, die sich nachverfolgen lassen, ein unkontrollierbarer Corona-Ausbruch? Um Antworten darauf zu finden, stellen sich Physikerinnen und Physiker die Situation als eine Art Phasenübergang (oder Perkola­tionsübergang) vor. Was bedeutet das?“ (...)

 

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Überblick

Vom Winde verwehtAndreas A. C. Sander5/2022Seite 28DPG-Mitglieder

Vom Winde verweht

Die Winde heißer Sterne verändern kosmische Strukturen und unser Bild vom Leben massereicher Sterne.

Neben Licht – oder allgemeiner: elektromagnetischer Strahlung – senden die Sterne am Nachthimmel auch einen Strom geladener Ionen aus, den Sternwind. Bei manchen Sternen fällt dieser so stark aus, dass sich der Lebensweg des Sterns fundamental verändert. Das gilt vor allem für heiße, massereiche Sterne: Ihr permanenter Massenverlust beeinflusst ihre unmittelbare Umgebung und stellt einen wichtigen Baustein im kosmischen Materiekreislauf dar. Sternwinde haben vermutlich einst unser Sonnensystem ermöglicht – sie beeinflussen die gesamte moderne Astrophysik.

Die Auswirkung eines besonderen Sternwinds lässt sich spektakulär in den Polar­regionen beobachten: Jedes Jahr zieht es zahlreiche Menschen in den hohen Norden, um Polarlichter zu sehen. Sie entstehen, wenn der Sonnenwind mit dem Erdmagnetfeld wechselwirkt. Der Sonnenwind ist der wohl am besten studierte Sternwind und − zum Glück für uns auf der Erde − auch einer der harmloseren. Lediglich zehn Billiardstel ihrer eigenen Masse (10–14 M⊙) gibt die Sonne pro Jahr als Sternwind ab. Das reicht aus, um Satelliten in Bedrängnis zu bringen, aber nicht, um das eigene Schicksal maßgeblich zu beeinflussen.

Der Wind heißer, massereicher Sterne fällt deutlich dramatischer aus: Typischerweise brauchen sie nur wenige Millionen Jahre, um eine Sonnenmasse in den Weltraum abzustoßen; bei besonders starken Winden passiert dies innerhalb von 10 000 bis 100 000 Jahren. Mit Effektivtemperaturen zwischen 10 000 und 60 000 K − teilweise sogar mehr als 100 000 K − sind diese Sterne um ein Vielfaches heißer als unsere Sonne mit ihren knapp 6000 K. Ein massereicher Stern ist bei seiner Entstehung mindestens achtmal so schwer wie die Sonne; die massereichsten Exemplare beginnen ihre Existenz mit weit über 100 Sonnenmassen. Durch den starken Sternwind geben sie allerdings einen signifikanten Anteil im Laufe ihrer Entwicklung an die Umgebung ab. Ist der Wind so stark, dass der Massenverlust auf einer vergleichbaren Zeitskala stattfindet wie die Fusionsprozesse im Sterninneren, beeinflusst der Wind die weitere Entwicklung des Sterns und kann zum Beispiel verhindern, dass sich der Stern zu einem Roten Überriesen aufbläht.

Der Wind massereicher Sterne ist wegen ihrer höheren Leuchtkraft deutlich ausgeprägter als bei unserer Sonne. Mit höherer Masse steigen Druck und Temperatur im Stern­inneren, sodass Fusionsprozesse schneller ablaufen: Die Leuchtkraft wächst überproportional im Verhältnis zur Sternmasse – und mit der Leuchtkraft skaliert der Strahlungsdruck. Während dieser für die Sonne und ihren Wind vernachlässigbar bleibt, stellt er für den Wind heißer, massereicher Sterne die alles entscheidende Größe dar, die den Gasdruck um ein bis zwei Größenordnungen übersteigt. (...)

 

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In der Unruhe liegt die KraftFrancesco Intravaia, Daniel Reiche und Kurt Busch5/2022Seite 35DPG-Mitglieder

In der Unruhe liegt die Kraft

Ein Blick auf Quantenfluktuationen und ihre Konsequenzen

Fluktuationen sind allgegenwärtig. Sie bilden einen fundamentalen Baustein der Quantenmechanik und sind verantwortlich für die unterschiedlichsten Phänomene von der Biologie bis zur Kosmologie. So exis­tieren fern jeder klassischen Intuition Kräfte zwischen nichtmagnetischen und elektrisch neutralen Objekten. Diese Kräfte entstehen durch Quantenfluktuationen wie aus dem Nichts und gewinnen immer mehr an Bedeutung für verschiedene Zukunftstechnologien.

Mit pantha rhei (Alles fließt) werden manchmal die Lehren des griechischen Philosphen Heraklit zusammengefasst. Sie entsprechen dem Verständnis von kausaler Verknüpfung sowie einem ständigen Wandel in der Natur. Viele Jahrhunderte später hat die Quanten­mechanik unser Weltbild revolutioniert. Die nicht-intuitiven Resultate der Quantentheorie bieten Raum für Spekulationen und werden bis heute debattiert. Dazu zählt die Erkenntnis, dass jede physikalische Größe eine intrinsische Unsicherheit mit sich trägt. Solche Quantenfluktuationen verbinden jede Observable mit statistischem Rauschen. Heute wissen wir: Alles rauscht. Was sich wie eine theoretische Kuriosität anhört, hat weitreichende Implikationen im gesamten Spektrum der Physik. Denn Quantenfluktuationen sorgen für messbare Effekte mit wachsender Bedeutung für moderne Nano- und Quantentechnologien.

Mathematisch gesehen sind Quantenfluktuationen die Konsequenz der nicht-kommutativen Struktur der Quantenmechanik, also der Tatsache, dass die Reihenfolge von Messungen wichtig ist. So können wir niemals „gleich­zeitig“ die Posi­tion x und den Impuls p eines Körpers exakt bestimmen. Als Konsequenz ergibt sich die Unschärferelation von Heisenberg. Für eine eindimensionale Dynamik gilt Δx Δp ≥ ħ/2, wobei ħ = h/(2π) die reduzierte Planck-Konstante ist. Je kleiner die Unschärfe im Ort Δx, desto ungenauer wird der Impuls Δp – und umgekehrt. (...)

 

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Geschichte

Imre Bródy (1891 – 1944)Stefan L. Wolff5/2022Seite 42

Imre Bródy (1891 – 1944)

Nach wenigen Jahren in Deutschland führte ihn sein Weg zurück nach Ungarn und dabei von der akademischen Physik zur Industrieforschung. 1944 wurde er mit seiner Familie ein Opfer der Shoa.

Am 23. Dezember 1891 wurde Imre [Emmerich] Bródy als viertes von insgesamt sechs Kindern des jüdischen Ehepaares Adolf Bródy (1849 – 1902), einem promovierten Rechtsanwalt, und seiner Frau Roza geb. Steinfeld (1861 – ?) in der kleinen ungarischen Stadt Gyula geboren. Nach der örtlichen jüdischen Grundschule besuchte er von 1902 an ein Gymnasium im damals noch ungarischen Arad, wo er im Juni 1909 die Hochschulreife erwarb.

Ab Herbst studierte er Mathematik und Physik in Budapest und arbeitete dort nach seinem Abschluss im Jahr 1913 als Physiklehrer. Daneben widmete er sich der Forschung. In den „Annalen der Physik“ erschien 1914 Bródys erste Publikation. Darin behandelte er das thermo­dynamische Gleichgewicht unter allgemeinen Rand­bedingungen. 1916 heiratete er seine Kollegin Sara [Sarolta]­ Strausz (1891 – 1944). Mit ­einer quantentheoretischen Untersuchung einatomiger Gase promovierte Bródy im Juni 1918. Kurz darauf wurde seine Tochter Eva geboren. (...)

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Physik im Alltag

Die Kosten des KühlensDenise Müller-Dum und Jens Kube5/2022Seite 44DPG-Mitglieder

Die Kosten des Kühlens

Klimaanlagen treiben mit ihrem hohen Energiebedarf und den eingesetzten Kältemitteln den Klimawandel an, doch es gibt Alternativen.

Menschen

5/2022Seite 46DPG-Mitglieder

Personalien

Alexander Pawlak5/2022Seite 50

„Mich hat gereizt, auch die andere Seite zu sehen.“

Rezensionen

Matthias Hahn5/2022Seite 52DPG-Mitglieder

Hugh Aldersey-­Williams: Die Wellen des Lichts – Christiaan Huygens und die Erfindung der modernen Wissen­schaft

Kerstin Sonnabend5/2022Seite 53DPG-Mitglieder

Luciano Rezzolla: Die un­wider­stehliche Anzie­hung der Schwerkraft

DPG

Von der PTB an die Spitze der DPGMaike Pfalz5/2022Seite 22DPG-Mitglieder

Von der PTB an die Spitze der DPG

Am 1. April fand in Berlin die feierliche Amtsübergabe des DPG-Präsidenten statt.

5/2022Seite 41DPG-Mitglieder

Festveranstaltung: Physik und Gesellschaft

5/2022Seite 51DPG-Mitglieder

DPG-Tagung Regensburg

5/2022Seite 54DPG-Mitglieder

Physikerin der Woche

Bernhard Nunner5/2022Seite 55DPG-Mitglieder

Wahlen zum DPG-Vorstand

Bernhard Nunner5/2022Seite 55DPG-Mitglieder

Wahl einer Ombudsperson

5/2022Seite 55DPG-Mitglieder

Kurzprotokoll zur Vorstandsratssitzung

5/2022Seite 57DPG-Mitglieder

Early Career Award

Tagungen

5/2022Seite 58DPG-Mitglieder

Tagungskalender

Notizen

5/2022Seite 59DPG-Mitglieder

Notizen

Produkte / Firmen

Kamillo Weiß 5/2022Seite 60DPG-Mitglieder

Bionische Technik exakt analysiert

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