Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Was ist Materie? Neue Entwicklungen in der Forschung verändern unser Weltbild

12.09.2002


Freiburger Sommerschule für Theoretische Physik ermöglicht jungen Studierenden Einblicke in moderne Forschungsthemen

Was ist Materie? Diese Frage ist wohl fast so alt wie die Menschheit selbst und hat im Laufe der Geschichte immer wieder zu umfassenden philosophischen Spekulationen geführt. Neueste Forschungsentwicklungen in der theoretischen Physik zeigen uns aber, dass Materie mehr ist als nur das, was wir im eigentlichen Sinn des Wortes sinnlich "be-greifen" können. Damit steht letztlich auch unser gesamtes Weltbild zur Disposition. Solche und ähnliche Fragen stehen im Mittelpunkt der zweiten "Freiburger Sommerschule für Theoretische Physik", die von Montag, den 16. September, bis Freitag, den 20. September 2001, an der Freiburger Albert-Ludwigs-Universität stattfindet und zu der die Veranstalter wieder 35 Studierende aus ganz Deutschland erwarten, um sich über die neuesten Forschungsthemen zu informieren.

Verantwortlich für dieses Projekt sind die beiden Freiburger Physik-Dozenten Privatdozent Dr. Domenico Giulini und Professor Dr. Francesco Petruccione: Sie haben im letzten Jahr das bundesweit einmalige Projekt der Freiburger Sommerschule für Theoretische Physik mit Hilfe von Stiftungsgeldern des Istituto Italiano per gli Studi Filosofici in Neapel sowie durch Sponsorenbeiträge der Buchhandlung Lehmanns aus Freiburg ins Leben gerufen.


Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie erlaubt Rückschlüsse auf "Schwarze Löcher" und exotische Materie

Täglich machen wir die Erfahrung, dass materielle Objekte der Schwerkraft (etwa beim zu Boden fallen) und Trägheitskräften (spürbar beim Beschleunigen oder Abbremsen) unterliegen. Diese beiden Phänomene werden in der gegenwärtigen Physik durch Einsteins "Allgemeine Relativitätstheorie" aus dem Jahre 1915 mathematisch einheitlich beschrieben. Diese erklärt nicht nur alle Himmelserscheinungen im Zusammenhang mit der Bewegung der Planeten in unserem Sonnensystem, sondern reicht in ihrer Gültigkeit weit darüber hinaus, sei es bis zu den größten uns heute durch Beobachtungen zugänglichen Distanzen (13 Milliarden Lichtjahre) oder den extremen Bedingungen, wie sie in den Zentren von Galaxien herrschen, etwa unserer eigenen, die wir in klaren Nächten als Milchstraße wahrnehmen können.

Durch die Theorie Einsteins wird nun die Bewegung astronomisch wahrnehmbarer Objekte mit der vor Ort vorliegenden Materie und Energieverteilung verknüpft. Modernste astronomische Methoden hochauflösender Bewegungsmessungen an entfernten Objekten erlauben somit genaue Rückschlüsse auf die dort vorhandene Materie. Dabei ergaben sich u.a. in jüngster Zeit zwei erstaunliche Resultate:

1. Das Zentrum unserer sowie vieler anderer Galaxien beherbergt ein extrem kompaktes Objekt von mehr als einer Millionen Sonnenmassen. Dabei kann es sich nach heutigen Vorstellungen nur um ein so genanntes Schwarzes Loch handeln, dessen Gravitationskraft selbst Licht am entweichen hindert. Dies ist auch der Grund, dass man das "Schwarze Loch" eigentlich nicht sieht sondern eben nur durch seine Umgebungseinflüsse indirekt erschließen kann. Kollidieren solche Schwarzen Löcher so können sie extreme Mengen einer neuartigen Strahlung freisetzen, die sogenannte "Gravitationsstrahlung", die zwar von Einstein bereits 1918 vorausgesagt wurde, aber bisher noch nicht direkt nachgewiesen werden konnte. Vor 6 Monaten haben die weltweit ersten Großexperimente zum Nachweis dieser Strahlung bei Hannover und in den USA ihren Betrieb aufgenommen.

2. Die Gesamtmenge an gravitativ nachweisbarer Masse bzw. Energie übersteigt bei weitem die Menge der mit anderen Methoden nachgewiesenen. Wenn es bei den Ergebnissen dieser Präzisionsmessungen der letzten zwei Jahre bleibt, stehen wir vor der frappierenden Tatsache, dass etwa 95 Prozent der gravitativ nachweisbaren Masse bzw. Energie im Universum nicht in das Weltbild der heutigen Physik passt. Man spricht in diesem Zusammenhang von "dunkler Materie". Zur Zeit gibt es eine handvoll konkurrierender theoretischer Spekulationen darüber, wie diese neuartige Materie zu beschreiben ist. Diese gehen teilweise von der Vorstellung aus, dass unser Universum nicht drei sondern mehr Raumdimensionen besitzt, in denen sich diese "dunkle Materie" bisher vor uns "verstecken" konnte.

Offene Quantensysteme: Von den Grundlagen der Quantenmechanik zu den Technologien der Zukunft

Die Möglichkeit, Musik in Form von CDs zu hören, verdanken wir dem Laser. Der Laser tastet die Oberfläche der CD ab und ermöglicht somit die Wiedergabe von digital aufgenommener Musik in hoher Qualität. Ein Laserstrahl besteht aus einem kohärenten Bündel von Lichtteilchen, den so genannten Photonen, d.h. von synchron schwingenden Lichtteilchen. Im Gegensatz dazu sind die Schwingungen des Lichtes einer normalen Glühbirne völlig ungeordnet. Die Herstellung kohärenten Lichtes kann nur mit Methoden der Quantenmechanik verstanden werden; sie liegt außerhalb des Phänomenbereichs des Weltbildes der klassischen Physik.

Die Quantenmechanik gilt heute als die genaueste physikalische Theorie, die die gesamte mikroskopische, atomare und subatomare Welt beschreibt. Seit ihrer

Entwicklung durch Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger und andere um das Jahr 1927 ist sie zu einer extrem erfolgreichen Theorie mit einer Fülle von Anwendungsgebieten ausgebaut worden. So bildet die Quantentheorie zum Beispiel die Grundlage für Erfindungen wie die des Lasers und des Halbleiters, von Technologien also, die unsere Zeit entscheidend geprägt haben. Einer Schätzung zufolge beruht etwa 30 Prozent des amerikanischen Bruttosozialprodukts auf der wirtschaftlichen Nutzung von Technologien, die auf der Quantenmechanik basieren.

In ihrer ursprünglichen Formulierung beschreibt die Quantenmechanik einzelne Objekte, wie zum Beispiel ein Wasserstoffatom. Die meisten interessanten Systeme sind aber keineswegs isoliert, vielmehr stehen sie in Wechselwirkung mit ihrer Umgebung. Der angesprochene Laser z.B. arbeitet nur, weil er aus einem Reservoir Energie in inkohärenter Form, d.h. wellenartiger Form aufnimmt, um diese in kohärenter, d.h. wellenartiger Form an seine Umgebung wieder abzugeben.

Aus diesem Grund beschäftigt man sich heute in der theoretischen Physik intensiv mit der Theorie offener Quantensysteme, in der sowohl Grundlagenprobleme als auch praktische Anwendungen eine Rolle spielen. Ein typisches Beispiel für den engen Zusammenhang zwischen Grundlagenforschung und anwendungsorientierter Forschung ist das so genannte Phänomen der Dekohärenz. Hierunter versteht man den Verlust des typisch quantenmechanischen, kohärenten Verhaltens beim Übergang von der mikroskopischen zur makroskopischen Welt. Das Verständnis und die gezielte Kontrolle dieses Phänomens sind unverzichtbar für künftige Entwicklungen, wie zum Beispiel die Quantenkryptographie, der Quantencomputer und der Atomlaser, die gerade auf der Erhaltung des Wellencharakters beruhen.

Kontakt:


PD Dr. Domenico Giulini
Prof. Dr. Francesco Petruccione
Fakultät für Physik

Hermann-Herder-Straße 3
79104 Freiburg
Tel: 0761/203-5828 oder -5819
Fax 0761/203-5967
Mail: giulini@physik.uni-freiburg.de 
petruccione@physik.uni-freiburg.de

Rudolf-Werner Dreier | idw
Weitere Informationen:
http://webber.physik.uni-freiburg.de/~frpe/Sommerschule2002/index.html

Weitere Berichte zu: Laser Materie Physik Quantenmechanik Weltbild

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Bildung Wissenschaft:

nachricht Wie Mensch und Maschine mit komplexen Situationen umgehen
19.11.2018 | Max-Planck-Institut für Bildungsforschung

nachricht UKE-Wissenschaftler erforschen frühe Weichenstellung für komplexes Lernen
13.11.2018 | Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Bildung Wissenschaft >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: First diode for magnetic fields

Innsbruck quantum physicists have constructed a diode for magnetic fields and then tested it in the laboratory. The device, developed by the research groups led by the theorist Oriol Romero-Isart and the experimental physicist Gerhard Kirchmair, could open up a number of new applications.

Electric diodes are essential electronic components that conduct electricity in one direction but prevent conduction in the opposite one. They are found at the...

Im Focus: Millimeterwellen für die letzte Meile

ETH-Forscher haben einen Modulator entwickelt, mit dem durch Millimeterwellen übertragene Daten direkt in Lichtpulse für Glasfasern umgewandelt werden können. Dadurch könnte die Überbrückung der «letzten Meile» bis zum heimischen Internetanschluss deutlich schneller und billiger werden.

Lichtwellen eigenen sich wegen ihrer hohen Schwingungsfrequenz hervorragend zur schnellen Übertragung von Daten.

Im Focus: Nonstop-Transport von Frachten in Nanomaschinen

Max-Planck-Forscher entdecken die Nanostruktur von molekularen Zügen und den Grund für reibungslosen Transport in den „Antennen der Zelle“

Eine Zelle bewegt sich ständig umher, tastet ihre Umgebung ab und sendet Signale an andere Zellen. Das ist wichtig, damit eine Zelle richtig funktionieren kann.

Im Focus: Nonstop Tranport of Cargo in Nanomachines

Max Planck researchers revel the nano-structure of molecular trains and the reason for smooth transport in cellular antennas.

Moving around, sensing the extracellular environment, and signaling to other cells are important for a cell to function properly. Responsible for those tasks...

Im Focus: InSight: Touchdown auf dem Mars

Am 26. November landet die NASA-Sonde InSight auf dem Mars. Erstmals wird sie die Stärke und Häufigkeit von Marsbeben messen.

Monatelanger Flug durchs All, flammender Abstieg durch die Reibungshitze der Atmosphäre und sanftes Aufsetzen auf der Oberfläche – siebenmal ist das Kunststück...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Hüftprothese: Minimalinvasiv oder klassisch implantieren? Implantatmodell wichtiger als OP-Methode

21.11.2018 | Veranstaltungen

Personalisierte Implantologie – 32. Kongress der DGI

19.11.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz diskutiert digitale Innovationen für die öffentliche Verwaltung

19.11.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Klimaangepasste Photovoltaik: Forschungsprojekt erfolgreich abgeschlossen

21.11.2018 | Energie und Elektrotechnik

Wenn Verwandte von Krankheitserregern Gutes tun

21.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

Goldglanz im Glas - Verbundgläser mit Basalttextilzwischenlage

21.11.2018 | Verfahrenstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics