Diffraktive neuronale Netzwerke
Farbphänomene
Neue DPG-Präsidentin
Quantenphysikerinnen
Neuronale Netzwerke dienen der Objekterkennung und müssen hier zwischen Hund und Wischmopp unterscheiden. (Bild-Komposition: Adobe Stock – Robert Schneider (Landschaft), Jonathan (Wischmopp) und Ольга Тихомирова (Hund); vgl. S. 32)
Nach etwas mehr als 53 Jahren sind mit der Artemis-II-Mission wieder Menschen um den Mond geflogen.
Der Leibniz-WissenschaftsCampus SCALES bündelt in Brandenburg Expertise aus Astrophysik, Klimaforschung und angewandter Mathematik.
Einer Arbeitsgruppe am CERN gelingt das erste Mal ein Transport von Antimaterie zwischen zwei Laboren.
In Berlin wurde eine Gedenktafel für das ehemalige DPG-Mitglied und Opfer des Nationalsozialismus eingeweiht.
Der Wissenschaftsrat empfiehlt die ersten drei Projekte der nationalen Shortlist für Forschungsinfrastrukturen zur baldigen Umsetzung.
Die DFG arbeitet Leitlinien für den Einsatz von Künstlicher Intelligenz bei akademischen Gutachten heraus.
Das Fraunhofer IOF hat in Jena seinen dritten Erweiterungsbau auf dem Beutenberg Campus eingeweiht.
Das Projekt FIRE hat eine erste Fassung für die Forschungs- und Innovations-Roadmap Fusionsenergie vorgestellt.
Die ersten beiden Satelliten der ESA-Mission „Celeste“ erreichen erfolgreich den erdnahen Orbit.
Das Helmholtz-Zentrum Berlin und das Zuse-Institut Berlin bauen ein gemeinsames Zentrum auf.
Der Rat der Europäischen Weltraumorganisation ESA diskutierte über Asteroidenabwehr, ISS-Missionen und neue globale Projekte.
Ein in Deutschland gebautes Radioteleskop geht in Chile in Betrieb – in 5600 Metern Höhe.
Schon in zwei Jahren könnten die öffentlichen Forschungsausgaben diejenigen der USA übersteigen.
• 5/2026 • Seite 22 • DPG-MitgliederEnde März fand in Berlin die feierliche Amtsübergabe der DPG-Präsidentschaft statt.
Beim bundesweiten Wettbewerb DOPPLERS teilten Studierende ihre Begeisterung für die Physik.
Rückblick auf eine Diskussion darüber, warum Self-Branding ein „Soft Science Skill“ mit harter Wirkung ist
• 5/2026 • Seite 28Die amerikanische Physikerin erhielt ihre Ausbildung in der entscheidenden Phase der Quantenmechanik.
Jane Dewey gilt in den USA als eine wichtige Person in der frühen Quantenphysik, war sie doch in der dortigen Physik-Community die einzige Frau, die in den 1920er-Jahren in Europa Quantenmechanik studierte. 1925 und 1926 forschte sie am Niels-Bohr-Institut zum Stark-Effekt und obwohl sie von ihren Kollegen als vielversprechendste und bestens ausgebildete amerikanische Physikerin angesehen wurde, blieb ihr der Zugang zur Forschung und zum akademischen Leben verwehrt [1].
Jane Mary Dewey wurde am 11. Juli 1900 in Chicago geboren. Sie war die jüngste Tochter von John Dewey und Alice Chipman, die sich intensiv für die Umgestaltung von Bildungskonzepten engagierten. Ihre Vornamen waren eine Hommage an Jane Addams und Mary Rozet Smith, beide eng mit ihren Eltern befreundet, die sich für Bildungsmöglichkeiten für Frauen der Arbeiterklasse in Chicago einsetzten. Jane wuchs in einem Umfeld auf, das von fortschrittlichen Ideen über Bildung, soziale Inklusion und die Rolle der Frau in der Gesellschaft geprägt war.
Unter ihren Geschwistern stach sie aufgrund ihres Talents für Mathematik hervor, das sie dank der Freiheiten und der Möglichkeiten, die ihr von klein auf geboten wurden, entwickeln konnte. 1919 schrieb sie sich wie ihre Schwestern als Studentin am Barnard College für Frauen ein, das der Columbia University angegliedert war, wo ihr Vater seit 1904 arbeitete. Während ihrer Studienzeit war Margaret Eliza Maltby Vorsitzende des Fachbereichs Physik – die erste Frau, die einen Bachelorabschluss in Naturwissenschaften am Massachusetts Institute of Technology (MIT) machte und in Physik an der Universität Göttingen in Deutschland promovierte. Dewey hat vermutlich Physikkurse bei Maltby besucht, die ihre Studentinnen ermutigte, eine Karriere in naturwissenschaftlichen Fächern anzustreben. (...)
• 5/2026 • Seite 32 • DPG-MitgliederLicht denken lassen: Diffraktive Optik trifft neuronale Netze.
Künstliche Intelligenz (KI) prägt unseren Alltag mit überraschend hoher Geschwindigkeit. Ob Gesichtserkennung, autonomes Fahren, forensische Analysen oder Krebsdiagnostik – KI ist inzwischen allgegenwärtig. Allerdings steigt mit zunehmender Komplexität der Rechenaufgaben auch die erforderliche Rechenleistung massiv an. An diesem Engpass knüpfen diffraktive neuronale Netzwerke an.
Bildinformation ist ganz natürlich in der elektromagnetischen Strahlung verschlüsselt. In künstlichen neuronalen Netzwerken (KNN) wird diese Bildinformation gemessen und anschließend in digitale Signale für eine elektronische Auswertung umgewandelt. Diffraktive neuronale Netzwerke (DNN) nutzen das Licht als Rechenmedium und können so von all seinen Freiheitsgraden Gebrauch machen, bevor die Intensitätsverteilung gemessen wird. Durch gezieltes Modulieren der Wellenfronten verarbeiten sie Bildinformation in Lichtgeschwindigkeit.
Digitale vs. diffraktive neuronale Netzwerke
Um das Problem greifbar zu machen, richten wir den Blick auf eine konkrete Anwendung, die Objekterkennung. Das mag vielleicht auf den ersten Blick trivial erscheinen, doch auch ein scheinbar simples Problem kann überraschend komplex sein. So zum Beispiel die knifflige Herausforderung, einen haarigen Hund von einem Wischmopp zu unterscheiden. Bei einem digitalen Lösungsansatz mit einem künstlichen neuronalen Netz startet der Prozess damit, dass das Licht der vorhandenen Szene mit einer Kamera aufgenommen und in Pixeln diskretisiert gemessen wird (Abb. 1). Der Rechner verarbeitet diese digitalisierten Daten sequenziell und ordnet jeder möglichen Kategorie (hier Hund oder Wischmopp) eine Zahl zu. Schließlich gibt er für jede Kategorie eine Zahl aus. Gewonnen hat die Kategorie mit dem höchsten Wert. (...)
• 5/2026 • Seite 38 • DPG-MitgliederDie Erdatmosphäre sorgt für Farberscheinungen, die mit ihrer Vielfalt und der zugrundeliegenden Physik begeistern.
Optische Phänomene der Erdatmosphäre faszinieren seit Jahrhunderten. Die blaue Farbe des Himmels ist darunter wahrscheinlich das vertrauteste Phänomen, doch ganz ähnliche physikalische Prozesse mit leichten Veränderungen der geometrischen und mikrophysikalischen Bedingungen sind auch für weitaus ungewöhnlichere Farberscheinungen am Himmel verantwortlich. Dazu zählen grüne Bänder am Horizont, grüne vulkanische Sonnenuntergänge sowie blaue Sonnen und Monde.
Die Antwort auf die Frage „Warum ist der Himmel blau?“ lautet fast immer: Rayleigh-Streuung. Damit ist die Streuung von Licht an Partikeln gemeint, die deutlich kleiner als die Wellenlänge des einfallenden Lichts sind, etwa Luftmoleküle. Diese Antwort ist jedoch nicht ganz korrekt. Denn obwohl sich die blaue Farbe des Himmels am Tag, bei Sonnenuntergang und der anschließenden Dämmerung nicht wesentlich zu verändern scheint, liegen der Blaufärbung des Himmels zwei unterschiedliche physikalische Prozesse zugrunde.
Bei Sonnenuntergang beruht die blaue Farbe des Zenits lediglich zu einem Drittel auf der Rayleigh-Streuung; zu zwei Dritteln findet sich ihre Ursache in der Absorption durch die Chappuis-Banden. Diese Absorptionsbanden des stratosphärischen Ozons wirken auf Wellenlängen von etwa 450 bis 700 nm im sichtbaren Spektralbereich [1]. Während der Dämmerung geht die blaue Färbung des Zenits nahezu vollständig auf die Absorption durch Ozon zurück. Mit sinkendem Sonnenstand verstärkt sich dieser Effekt: Nimmt der Sonnenzenitwinkel zu, verlängert sich der atmosphärische Lichtweg und damit auch die Durchquerung der stratosphärischen Ozonschicht. (...)
Interview mit Christoph Kutter
