Der Lärm im Ozean
Langreichweitige Wechselwirkungen
Der Wert der Astronomie
Der Lärm in den Ozeanen nimmt immer mehr zu und stört die Lebewesen unter Wasser. Häufig sind Blasen die Ursache für den Lärm. (Foto von Max Gotts auf Unsplash, vgl. S. 32)
Das neue CHE-Ranking zeigt, wo sich am besten Physik studieren lässt.
Der Wissenschaftsrat hat Empfehlungen für Forschungsbauten gegeben und verschiedene Stellungnahmen veröffentlicht.
Das erste Gebäude der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle wurde in Münster eröffnet.
In Ulm bietet die Pilotanlage Powder-Up! die Möglichkeit, neue Funktionsmaterialien im großen Maßstab für die Forschung herzustellen.
Der Teststand ELISE am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik erreicht erstmals die vom Fusionsexperiment ITER geforderten Zielwerte einer Neutralteilchen-Heizung.
Der neue Dunkle-Materie-Detektor COSINUS soll widersprüchliche Messresultate aufklären.
Australien investiert erheblich in Quantentechnologien.
Eine Initiative der Helmholtz-Gemeinschaft leistet Pionierarbeit zu Foundation Models.
Die britische Regierung stellt fast eine halbe Milliarde Pfund für Forschungseinrichtungen zur Verfügung.
• 6/2024 • Seite 20 • DPG-MitgliederHat das James Webb Space Telescope die Quellen der kosmischen Reionisation gefunden?
• 6/2024 • Seite 27 • DPG-MitgliederDer Wert der Astronomie für die Allgemeinbildung ist kaum zu überschätzen.
Dieser Artikel soll zeigen, was wir unter astronomischer Bildung verstehen und warum wir deren angemessene Repräsentation in den schulischen Lehrplänen und in den Ausbildungsgängen des naturwissenschaftlichen Nachwuchses für unerlässlich halten. Dabei berücksichtigen wir weder die oft kurzlebigen, durch den Zeitgeist bestimmten bildungs- und schulpolitischen Wunschvorstellungen noch die adressatenabhängigen methodischen Aspekte der Wissensvermittlung.
Obwohl es unterschiedliche Auffassungen zum Begriff „Bildung“ gibt, wird gerade der Himmelskunde häufig eine bedeutsame Rolle eingeräumt. Dabei konkurrieren bestimmte Ansichten über die Nützlichkeit von Wissen im Sinne „ökonomischer Verwertbarkeit“ sowie motivationale Aspekte (z. B. das Wecken eines Interesses an Physik) mit erkenntnis- und wissenschaftstheoretischen Gesichtspunkten des dargebotenen Stoffes, mit der Bedeutung eines naturwissenschaftlich begründeten Weltbildes und auch mit der Fähigkeit des Individuums, sich selbst in größere Zusammenhänge einzuordnen.
Für Wilhelm von Humboldt war Bildung der entscheidende Weg, um sich als Mensch selbst zu vervollkommnen, seine Talente zu entwickeln und individuelle Fähigkeiten zu erkunden und zu fördern [1]. Dieses Bildungsideal entspricht durchaus den Vorstellungen derjenigen jungen Menschen, die sich dem Studium der Astronomie und Physik widmen und wissen wollen, was die „Welt im Innersten zusammenhält“, und die sich an der Suche nach Antworten auf diese Frage beteiligen und daran individuell wachsen wollen. Gleiches darf man, altersgerecht abgestuft, auch von Schulkindern behaupten, die sich im naturwissenschaftlichen Unterricht bevorzugt für aktuelle Themen astrophysikalischer Forschung interessieren. (...)
• 6/2024 • Seite 32 • DPG-MitgliederFaszinierende Unterwasserakustik – von Blasen und natürlichem wie auch zivilisatorischem Lärm in unseren Meeren.
Der Ozean wird oft mit Stille assoziiert. Doch das ist alles andere als wahr: Der Lärm in den Ozeanen nimmt immer mehr zu. Was sind die (physikalischen) Ursachen dafür und was können wir dagegen tun?
Der Stille Ozean – der Pazifik – kam angeblich zu seinem Namen, als Ferdinand Magellan im November 1520 vom Atlantik kommend durch die stürmische, heute nach ihm benannte Magellanstraße segelte und vor sich eine riesige, völlig ruhige Wasseroberfläche sah. Aber so still ist der Stille Ozean gar nicht – genauso wenig wie andere Ozeane. Hier sind nicht Sturm und Wellen gemeint, sondern der Lärm unter der Wasseroberfläche. Zum einen gibt es natürliche Lärmquellen, etwa das Brechen der Wellen, Regentropfen, die auf die Wasseroberfläche fallen, Wale, Fische, Krebse oder seismische Aktivität. Zum anderen verursachen Menschen Lärm unter Wasser, und zwar immer mehr. Zu den Ursachen gehören vor allem die Schifffahrt, militärische Aktivitäten, Sonar, Bauaktivitäten im Ozean oder seismische Erkundungen. Die Unterwassertierwelt nimmt diese Geräusche als sehr störend wahr, insbesondere Delfine und Wale [1].
In diesem Artikel geht es um beide Lärmquellen – die natürlichen und die menschengemachten – mit Fokus auf der Physik hinter der Lärmentstehung und -ausbreitung. Beides ist eng verbunden mit der Physik oder genauer der Dynamik der Blasen. Weiterhin geht es um Maßnahmen gegen die zunehmende Lärmverschmutzung im Ozean. (...)
• 6/2024 • Seite 41 • DPG-MitgliederWie sich langreichweitige Wechselwirkungen in makroskopischen Systemen berechnen lassen.
Ähnlich wie Fernbeziehungen die Stärke und Widerstandsfähigkeit zwischenmenschlicher Beziehungen trotz großer Distanzen unter Beweis stellen, offenbart das Universum durch langreichweitige Wechselwirkungen zwischen Teilchen seine tiefgreifenden Verbindungen. Die unsichtbaren Bande, welche die Teilchen auch über große Längen zusammenhalten, verkörpern die Essenz von Kooperation und Kohärenz – ähnlich wie bei der Entstehung von Cooper-Paaren in Supraleitern.
Allgemein sind langreichweitige Wechselwirkungen in der Physik von großer Bedeutung. Sie manifestieren sich auf allen Skalen in der Natur: von der starken Wechselwirkung zwischen Quarks über elektrostatische Wechselwirkungen zwischen geladenen Teilchen bis hin zur Gravitation zwischen Galaxien, die zur Bildung von Strukturen astronomischen Ausmaßes führt.
Diesen Wechselwirkungen ist gemein, dass sie sich durch ein Potential der Form V(x) ∝ |x|–ν beschreiben lassen, das algebraisch mit der Distanz |x| skaliert und dessen Abklingverhalten durch den Exponenten ν bestimmt ist. Zum Beispiel ist das elektrostatische Potential einer Punktladung mit Ladung q gegeben durch V (x) = (q/4πϵ0) • |x|−1. Für sehr große Exponenten ν nimmt die Wechselwirkung so schnell ab, dass sie effektiv kurzreichweitig wirkt. Bei kleinen ν werden auch Wechselwirkungen über sehr große Distanzen wichtig. Dabei legt die Raumdimension d des Systems die Grenze zwischen effektiv kurz- und langreichweitigen Wechselwirkungen fest.
Während bei kurzreichweitigen Wechselwirkungen nur die Teilchen in der unmittelbaren Umgebung ein Probeteilchen beeinflussen, wirkt für langreichweitige Wechselwirkungen das gesamte System auf das Probeteilchen ein. Dies führt in der theoretischen Beschreibung zu einer wichtigen Konsequenz: Die Teilchenzahl typischer makroskopischer Festkörpersysteme beträgt etwa N ≈ 1023, sodass die Auswertung einer einzelnen Wechselwirkungsenergie die Summation über 1023 Summanden erfordert. (...)
Interview mit Hans-Christian Schmitt
