Dezember 2021

Die drei Globen zeigen, wie sich die Temperatur auf der Erde aufgrund erhöhter Kohlendioxid-Konzentration im Vergleich zum Zeitraum von 1995 bis 2014 ent­wickeln könnte. In den nördlichen Polar­regionen steigt sie bis 2090 um mehr als 10 °C (lila). Über dem Nordatlantik bleibt sie zunächst konstant (hellblau) und erhöht sich dann um weniger als 1 °C (hellgelb). (Bild: DKRZ / MPI-M, vgl. S. 26)

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Zur Ausgabe

Meinung

Helga Rietz
12 / 2021 Seite 3

Mehr MINT in den Medien!

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Aktuell

Kerstin Sonnabend
12 / 2021 Seite 6
DPG-Mitglieder

Eins, zwei, drei – du bist dabei

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Maike Pfalz / U Stuttgart
12 / 2021 Seite 7
DPG-Mitglieder

Quantentechnologie auf sicherem Fundament

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Kerstin Sonnabend
12 / 2021 Seite 8
DPG-Mitglieder

Ein Vierteljahrhundert Höchstleistung

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Maike Pfalz
12 / 2021 Seite 10
DPG-Mitglieder

Kernenergie ist keine Lösung

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Kerstin Sonnabend
12 / 2021 Seite 10
DPG-Mitglieder

Klimaneutral ohne Kohle

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AIP / Alexander Pawlak
12 / 2021 Seite 11
DPG-Mitglieder

Harmonische Expansion

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Kerstin Sonnabend
12 / 2021 Seite 12
DPG-Mitglieder

In Position gebracht

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12 / 2021 Seite 12
DPG-Mitglieder

Neue Graduiertenkollegs

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Anja Hauck
12 / 2021 Seite 12
DPG-Mitglieder

Geringe Steigerung

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Matthias Delbrück
12 / 2021 Seite 13
DPG-Mitglieder

United Stardom

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Alexander Pawlak
12 / 2021 Seite 14
DPG-Mitglieder

Astronomischer Wunschzettel

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Matthias Delbrück
12 / 2021 Seite 14
DPG-Mitglieder

Quantentechnik für ­schnellere Teilchen

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Matthias Delbrück
12 / 2021 Seite 15
DPG-Mitglieder

USA

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Leserbriefe

Elmar Schmidt
12 / 2021 Seite 16
DPG-Mitglieder

Unterstützenswerte Forderung

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Ladislaus Alexander Bányai
12 / 2021 Seite 16
DPG-Mitglieder

Verfrühter Optimismus

mit Erwiderung von Jean-Sébastien Caux

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Heinz Steudel
12 / 2021 Seite 17
DPG-Mitglieder

Ein letzter Gigant der ­Wissenschaft

mit Erwiderung von Gregor Schiemann

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High-Tech

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Brennpunkt

Michael Bonitz und Jan-Philip Joost
12 / 2021 Seite 20
DPG-Mitglieder

Wigner-Kristall in zweidimen­sionalen Festkörpern?

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Bildung und Beruf

Alexander Heinrich, Susanne Friebel und Anja Metzelthin
12 / 2021 Seite 23
DPG-Mitglieder

Der Arbeitsmarkt für Physikerinnen und Physiker

Die von der Bundesagentur für Arbeit veröffentlichten Jahreszahlen für den Arbeitsmarkt der Physikerinnen und Physiker sind noch von der Corona-Krise beeinflusst. Seit März 2021 sinken die Arbeitslosenzahlen aber wieder und haben das Niveau vor der Krise erreicht. Der Rückgang offener Stellen scheint gebremst; die Zahl der Beschäftigten ist leicht gestiegen. Die Beschäftigungssituation für berufserfahrene Physikerinnen und Physiker erweist sich unverändert als krisenfest.

Für den Arbeitsmarkt von Physikerinnen und Physikern gibt es zwei Datenquellen – die Zahlen der Bundesagentur für Arbeit und jene des Mikrozensus. Während Erstere monatlich beziehungsweise jährlich erscheinen, basieren Letztere auf einer umfangreichen Befragung und Modellbildung. Dadurch beleuchten sie einen um drei Jahre zurückliegenden Stand des Arbeitsmarktes – aktuell also das Jahr 2018. Für das Gesamtbild braucht es beide Erhebungen.

Der Mikrozensus betrachtet alle erwerbstätigen Physikerinnen und Physiker, die nach Selbstauskunft einen akademischen Physikabschluss haben (insgesamt 117 500) [1]. Sie finden sich in vielen Bereichen (Abb. 1). Den Anteil mit einer Tätigkeit in klassischen Physikberufen, also dem „Erwerbsberuf Physiker“, beziffert der Mikrozensus mit nur rund 20 Prozent [2]. Die Arbeitslosendaten der Bundesagentur beziehen sich lediglich auf dieses Fünftel des „Erwerbsberufs Physiker“. Die Daten zu Arbeitslosen und offenen Stellen für „Physiker“ stellt die Bundesagentur für Arbeit der DPG im Rahmen einer Sonderauswertung basierend auf den September-Zahlen, die der sozialversicherungspflichtig Beschäftigten zum Ende des Kalenderjahres zur Verfügung [3]. Davon handelt dieser Artikel und stellt die Zahlen vor dem Hintergrund langfristiger Entwicklungen vor. (...)

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Nobelpreis

Jochem Marotzke
12 / 2021 Seite 26
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Physik und Klima

Eine Hälfte des Nobelpreises für Physik 2021 erhalten Syukuro (Suki) Manabe und Klaus Hasselmann „für die physikalische Modellierung des Erdklimas, für die Quantifizierung seiner Schwankungen und die verlässliche Vorhersage der Erderwärmung“. Es ist der erste Nobelpreis für Umweltphysik und der zweite in den Umweltwissenschaften nach dem Chemie-Nobelpreis 1995 für die Erklärung des Ozonlochs an Paul Crutzen, Mario Molina und Sherwood Rowland.

Suki Manabe und Klaus Hasselmann sind so eminente Figuren in der Klimaphysik, dass ich sie beide persönlich kenne. Klaus Hasselmann war ein steter Begleiter meines eigenen beruflichen Werdegangs, aber die Ideengeschichte dieses Nobelpreises begann mit Suki Manabe. Daher möchte ich diesen Beitrag auch mit ihm beginnen.

Der Wirbelwind
Suki Manabe feierte am 25. September seinen 90. Geburtstag. Er stammt aus Japan, hat aber praktisch sein gesamtes Berufsleben in den USA verbracht – überwiegend in Prince­ton, New Jersey – abgesehen von einer kurzen Rückkehr nach Japan nach seiner offiziellen Pensionierung. Die meiste und produktivste Zeit in Princeton verbrachte er nicht an der berühmten Universität, sondern am – außerhalb der Fachwelt weitgehend unbekannten – Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL). Diese Einrichtung der Wetterbehörde der USA genießt innerhalb des Fachs einen legendären Ruf. Der ebenso legendäre erste Direktor Joseph Smagorinsky versammelte Ende der 1950er-Jahre die weltweit herausragendsten Talente am GFDL, um numerische Modelle für Atmosphäre und Ozean zu entwickeln. Als einer von ihnen genoss Suki Manabe praktisch völlige Freiheit, um seine wissenschaftlichen Ziele zu verfolgen. 1969 gelang es der Gruppe um ihn und um den Ozean­modellierer Kirk Bryan, das erste gekoppelte Zirkulationsmodell für Atmosphäre und Ozean zu erstellen [1].

In Manabes nobelpreisgekrönter Arbeit geht es jedoch um eine viel fundamentalere Frage: Er benannte als Erster die unverzichtbaren Prozesse, um die Folgen einer Erhöhung der CO2-Konzentration in der Atmosphäre theoretisch vorherzusagen. Unter den damals vergleichsweise bescheidenen Umständen fasste er die Prozesse in numerischen Modellen zusammen und leitete aus ihnen wichtige Ergebnisse her. (...)

 

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Kurt Binder
12 / 2021 Seite 31
Mitglieder

Wanderungen in zerklüfteten Energie-Landschaften

Mit dem Nobelpreis für Physik 2021 wird der italienische Physiker Giorgio Parisi ausgezeichnet für „die Ent­deckung des Zusammenspiels von Unordnung und Fluktuationen in physikalischen Systemen vom atomaren bis zum planetarischen Maßstab“. Sein zentraler Beitrag besteht darin, eine Molekularfeldtheorie für Spingläser entwickelt zu haben [1].

Um Giorgio Parisis Leistung möglichst verständlich zu erläutern, muss hier etwas weiter ausgeholt werden: Spingläser sind magnetische Materialien, die erst seit rund 50 Jahren bekannt sind, das Phänomen des Ferromagnetismus dagegen seit Jahrtausenden. Jedem geläufig ist die Magnetnadel im Kompass, die im Magnetfeld der Erdkugel die Richtung zum Nordpol anzeigt. Seit der Weiss’schen Molekularfeldtheorie (1907) wissen wir, dass die magnetischen Momente der Eisen-Atome durch Wechselwirkungen gekoppelt sind. In der Folge richten sich diese Momente spontan parallel aus. Erst bei hohen Temperaturen, oberhalb der Curie-Temperatur Tc, zerstören thermische Fluktuationen diese magnetische Ordnung.

Werner Heisenberg (1928) erklärte diese Wechselwirkung mittels Quantenmechanik. Die Kopplung kann auch das umgekehrte Vorzeichen haben, was eine antiparallele Ausrichtung benachbarter magnetischer Momente (die wir hinfort als „Spins“ bezeichnen wollen) hervorruft, also Antiferromagnetismus. Methoden wie Neutronenbeugung können die Bragg-Reflexe dieser Überstruktur des Kristallgitters nachweisen [2]. Bei Annäherung an die Néel-Temperatur TN, unterhalb der diese Ordnung der Spins auftritt, zeigt sich diese Phasenumwandlung auch durch eine Spitze der magnetischen Suszeptibilität bei TN [3]. Diese Kenngröße misst die Magnetisierung, die ein kleines angelegtes Magnetfeld in einem Material bewirkt. (...)

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Überblick

Michael Wilczek, Sebastian Heidenreich und Markus Bär
12 / 2021 Seite 35
DPG-Mitglieder

Die Physik aktiver Fluide

Aktive Fluide bestehen aus vielen wechselwirkenden Teilchen, die Energie dissipieren und sich eigenständig fortbewegen können. Die Untersuchung dieser Systeme hat ein spannendes Feld der Physik fernab vom thermodynamischen Gleichgewicht mit völlig neuartigen Phänomenen und Anwendungsfeldern eröffnet.

Wir alle kennen die Eigenschaften einer Flüssigkeit aus dem Alltag: Beim Umrühren beginnt sie zu strömen und erzeugt ein meist recht komplexes Bewegungsmuster. Dieses lässt sich mithilfe der Reynolds-Zahl charakterisieren, welche das Verhältnis von Geschwindigkeit und Längenskala der Strömung zur Viskosität angibt. Bei kleinen Reynolds-Zahlen ist die Strömung meist laminar, bei hohen komplex und turbulent. Turbulente Strömungen treten beispielsweise in der Atmosphäre oder in den Ozeanen auf, wo sie maßgeblich dazu beitragen, Wärme zu verteilen und mit der Strömung transportierte Stoffe zu mischen.

In den vergangenen Jahrzehnten sind aber auch auf der Mikro­skala komplexe Strömungsmuster entdeckt worden. So transportieren Strömungen in Zellen bio­chemische Stoffe. Zudem zeigen Suspensionen von Mikro­organismen – z. B. Bakterien – Strömungsmuster, die an Turbulenz erinnern. Das überrascht zunächst, da die Reynolds-Zahl auf der Mikroskala äußerst klein ist. Bei genauerem Hinsehen handelt es sich jedoch bei den genannten Beispielen nicht um eine Flüssigkeit im klassischen Sinne, sondern um ein aktives Fluid. Denn viele aktive, mikroskopisch kleine Makromoleküle oder Lebewesen „verrühren“ die Flüssigkeit lokal. Die vielen wechselwirkenden Teilchen eines aktiven Fluids können die chemisch oder biologisch zur Verfügung gestellte Ener­gie zur eigenständigen Fortbewegung nutzen. Makros­kopische Strömungen treten auf, wenn viele aktive Teilchen sich durch kollektive Wechselwirkungen zumindest lokal in dieselbe Lage ausrichten. (...)

 

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Christoph Pfrommer
12 / 2021 Seite 42
DPG-Mitglieder

Aktiv beteiligt

Victor Hess entdeckte vor über hundert Jahren die kosmische Strahlung. Deren Studium ermöglichte seitdem viele bahnbrechende Entdeckungen, von denen einige mit Nobelpreisen ausgezeichnet wurden. Beispielsweise ist schon seit Mitte der 1970er-Jahre bekannt, dass die kosmische Strahlung galaktische Winde antreiben kann. Aber erst 2012 konnten dreidimensionale Simulationen von entstehenden Galaxien dies belegen [2]. Seitdem hat sich ein aktives Forschungsfeld herausgebildet, das die Plasma-Astrophysik1) mit der kosmologischen Strukturentstehung verknüpft, um die Galaxienentstehung zu verstehen und damit Probleme des Standardmodells der Kosmologie auf der Größenskala von Galaxien zu lösen.

In den letzten zwei Jahrzehnten etablierte sich mithilfe von Präzisionsmessungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds und von Supernovae des Typs Ia sowie mit Himmelsdurchmusterungen von Galaxien und Galaxienhaufen das Standardmodell der Kosmologie. Das daraus resultierende Paradigma – die ΛCDM-Kosmologie, d. h. kalte Dunkle Materie mit einer kosmologischen Konstanten Λ – beschreibt unser Universum sehr gut auf kosmologischen Skalen, die größer als 100 Millionen Lichtjahre sind. Die aktuelle Kontroverse um die Hubble-Konstante könnte eine leichte Modifikation des Standardmodells erzwingen, was aber in der kosmologischen Strukturentstehung eine untergeordnete Rolle spielen sollte. Das kosmologische Standardmodell enthält eine Reihe ungelöster Fragen. So postuliert es die Existenz von (i) Dunkler Materie, die nicht-baryonischen Ursprungs ist und hauptsächlich gravitativ mit der uns bekannten Materie wechselwirkt, und (ii) Dunkler Energie beziehungsweise der kosmologischen Konstanten. Das Modell ist zudem (iii) auf Skalen von Galaxien und Galaxienhaufen nicht vorhersagekräftig, da hier komplexe baryonische Physik eine wichtige Rolle spielt. Einfache Modelle der Galaxienentstehung gelangen an ihre Grenzen und können nicht alle Beobachtungsdaten erklären. (...)

 

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Physik im Alltag

Jörn Donges
12 / 2021 Seite 50
DPG-Mitglieder

Psychoakustisch komprimiert

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Menschen

12 / 2021 Seite 52
DPG-Mitglieder

Personalien

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Martin Fischer, Stefan Groote, Misha Ivanov, Michael Krämer, Valery Lyubovitskij, Thomas Mannel, Blaženka Melić, Kirill Melnikov,­ Matthias Neubert und Alexei Pivovarov
12 / 2021 Seite 56
DPG-Mitglieder

Nachruf auf Jürgen Hans Garlef Körner

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Maike Pfalz
12 / 2021 Seite 57
DPG-Mitglieder

„Wir waren unserer Zeit weit voraus.“

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Rezensionen

Kerstin Sonnabend
12 / 2021 Seite 58
DPG-Mitglieder

Mark Miodownik: Fabelhafte Flüssig­keiten

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Maike Pfalz
12 / 2021 Seite 58
DPG-Mitglieder

Alexander Gerst und Lars Abromeit: Horizonte

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Alexander Pawlak
12 / 2021 Seite 59
DPG-Mitglieder

Jürgen Teichmann: Der Geheimcode der Sterne

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Maike Pfalz
12 / 2021 Seite 60
DPG-Mitglieder

Will Gater, Daniel Long und Angela Rizza: Wundervolle Welt der Sterne

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Alexander Pawlak
12 / 2021 Seite 60
DPG-Mitglieder

Alanna Stang (Hrsg.): Hidden Patterns

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Kerstin Sonnabend
12 / 2021 Seite 61
DPG-Mitglieder

Femi Fadugba: The Upper World

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DPG

12 / 2021 Seite 22
DPG-Mitglieder

Physik im Advent

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12 / 2021 Seite 62
DPG-Mitglieder

15 Jahre junge DPG

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12 / 2021 Seite 64
DPG-Mitglieder

Frühjahrstagungen 2022

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12 / 2021 Seite 67
DPG-Mitglieder

Kommunikationsprogramm der WEH-Stiftung

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Tagungen

Anna Pappa, Janik Wolters
12 / 2021 Seite 68
DPG-Mitglieder

Optical Information Processing – from Quantum Computing to Artificial Intelligence

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Jobst Heitzig, Ricarda Winkelmann
12 / 2021 Seite 68
DPG-Mitglieder

Interacting Tipping Elements in the Natural and Social Components of the Earth System

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Peter Berg, Michael Eikerling, Barbara Wagner
12 / 2021 Seite 68
DPG-Mitglieder

Nanoscale Physics of ­Electro­chemical and ­Biological Media

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Teresa Tewordt und Sarah Pinkhaus
12 / 2021 Seite 69
DPG-Mitglieder

Physik zum Erleben, ­Mitmachen und Verstehen - Physikshows für die Schule

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Terence Thias, Marc Busse, Lea Mitschker und Sandra Nierentz
12 / 2021 Seite 69
DPG-Mitglieder

Physikexperimente im Schuleinsatz

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Christian Goerke und Yannik Hein
12 / 2021 Seite 69
DPG-Mitglieder

Applied Photonics

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Notizen

12 / 2021 Seite 70
DPG-Mitglieder

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