März 2021

In zweischichtigem Graphen, das unter dem magischen Winkel ­verdreht wurde, zeigt sich ein ­ganzer Zoo neuer Materie­zustände. (Bild: ICFO, vgl. S. 28)

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Zur Ausgabe

Meinung

Otfried Gühne und Guido Burkard
03 / 2021 Seite 3

Mehr Kohärenz für die Quanteninformation

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Aktuell

Alexander Pawlak
03 / 2021 Seite 6
DPG-Mitglieder

Resilienz für die Wissenschaft

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Maike Pfalz
03 / 2021 Seite 7
DPG-Mitglieder

Von der Grundlagenforschung zur Serienreife

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Anja Hauck
03 / 2021 Seite 8
DPG-Mitglieder

Qualitätspakt Lehre beendet

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Kerstin Sonnabend
03 / 2021 Seite 10
DPG-Mitglieder

Gezielt kollidiert

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Anja Hauck
03 / 2021 Seite 11
DPG-Mitglieder

Radioastronomie organisiert sich

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DPG
03 / 2021 Seite 11
DPG-Mitglieder

Starke Professuren für die Wissenschaftsgeschichte

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Kerstin Sonnabend
03 / 2021 Seite 12
DPG-Mitglieder

Endlich auf den Weg gebracht

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Alexander Pawlak
03 / 2021 Seite 12
DPG-Mitglieder

Atomwaffenverbot mit Einschränkung

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Alexander Pawlak
03 / 2021 Seite 13
DPG-Mitglieder

Invasion zum Mars

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Matthias Delbrück
03 / 2021 Seite 14
DPG-Mitglieder

Machtkampf um die japanische Wissenschaft

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Maike Pfalz
03 / 2021 Seite 14
DPG-Mitglieder

ILC: Zunehmende Unterstützung

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Matthias Delbrück
03 / 2021 Seite 15
DPG-Mitglieder

Mehr Meeresforschung

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Matthias Delbrück
03 / 2021 Seite 15
DPG-Mitglieder

USA

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Leserbriefe

Theresa Pollinger
03 / 2021 Seite 18
DPG-Mitglieder

Nachhaltiger ­Nahverkehr?

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Friedmar Schütze
03 / 2021 Seite 18
DPG-Mitglieder

Neutrale Wissenschaft

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High-Tech

Michael Vogel
03 / 2021 Seite 20
DPG-Mitglieder

Papier zum Zuhören; Filter für Fasern; Energieernter in 3D; Schlanke Optik

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Brennpunkt

Eric Parteli
03 / 2021 Seite 22
DPG-Mitglieder

Elektrisierende Turbulenz

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Johannes Hecker Denschlag
03 / 2021 Seite 24
DPG-Mitglieder

Einzelnen Ionen auf der Spur

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Überblick

Dmitri K. Efetov
03 / 2021 Seite 28
Mitglieder

Effektvolle Drehung

Die Entdeckung neuartiger Materialien hat seit der Steinzeit technologische Revolutionen ausgelöst. Die heutzutage wichtigsten Materialien sind die Bausteine moderner Technologien wie Halbleiter, Magnete oder Supraleiter. Sie bilden die Grundlage für Computer­chips, Speicher und wissenschaftliche Geräte. Für die weitere Entwicklung wären Materialien wünschenswert, die viele unterschiedliche Eigenschaften gleichzeitig besitzen können. Diese sollten gesteuert ein- und ausschaltbar sein, um je nach Bedarf per Knopfdruck einen Magneten oder einen Supraleiter zu erhalten.

Traditionell sind Materialeigenschaften das Ergebnis der Zusammensetzung und Anordnung von Atomen in Kristallen. Abhängig davon, welche Atomspezies in einem Material gemischt sind, ordnen sich die Atome in unterschiedlichen periodischen Strukturen mit verschiedenen Symmetrien und elektronischen Eigenschaften an. Diese Attribute definieren somit die Eigenschaften des Materials und bestimmen, ob es beispielsweise ein Halbleiter, Magnet oder Supraleiter ist.

Um immer reichhaltigere Materialeffekte zu finden, hat sich die Wissenschaft in den letzten Jahrzehnten darauf konzentriert, immer kompliziertere Kristalle herzustellen. Damit ist es gelungen, eine zunehmende Anzahl verschiedener Atomspezies in einem Material zu mischen und eine Vielfalt exotischer Spezies zu entdecken, die in der Natur nicht vorkommen. Ein Beispiel ist der Kuprat-Supraleiter Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127. Um diese Materialien in der modernen Elektronik einzusetzen, müssen ihre Abmessungen nanometerklein sein. Die Miniaturisierung hat zudem einen weiteren positiven Effekt: Da die Materialien zunehmend empfindlich gegenüber angelegten elektrischen und magnetischen Feldern werden, können wir diese Felder nutzen, um die Materialeigenschaften kontrolliert zu verändern.  (...)

 

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Saskia Hekker
03 / 2021 Seite 34
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Der Soundcheck der Sterne

Die Asteroseismologie untersucht die innere Struktur von Sternen anhand ihrer Eigenschwingungen. Diese globalen Oszillationen treten in einem oder mehreren Resonanzräumen auf und enthalten Informationen über die dort vorliegenden physikalischen Bedingungen. Aus den beobachteten Signaturen der Schwin­gungen, bei­spielsweise Varia­tionen der Oberflächenhelligkeit oder der Geschwindigkeit, lassen sich die Bedingungen und damit die stellare Struktur ableiten.

Die Frage, warum und wie Sterne ihre innere Struktur verändern, beschäftigt die Astronomie seit über einem Jahrhundert. Arthur Eddington schrieb 1926 [1]: „Our telescopes may probe farther and farther into the depths of space; but how can we ever obtain certain knowledge of that which is hidden beneath substantial barriers? What appliance can pierce through the outer layers of a star and test the conditions within?“ Zunächst führte dies zu einem allgemeinen Verständnis von Sternen, das weitgehend auf gemessener Temperatur, chemischer Zusammensetzung und der Gravitation an der Oberfläche in Kombination mit mathematischen Modellen beruhte. Die Beobachtungen der sichtbaren äußeren Schichten von Sternen grenzten die Modelle zwar ein, gaben aber keinen Aufschluss über die innere Sternstruktur.

Beim Erforschen des Sterninneren hilft die Asteroseismologie, welche die intrinsischen globalen Schwingungen der Sterne untersucht. Sterne lassen sich in gewisser Weise als Musikinstrumente auffassen. Je nach Form und Größe des Resonanzraumes ändert sich der Klang eines Musikinstruments, etwa einer Posaune. Sterne besitzen ebenfalls natürliche Resonanzen, d. h. stehende Wellen, die in einem Resonanzraum schwingen. Betrachten wir Sterne als Instrumente, so lösen intrinsische Mechanismen die Eigenresonanzen aus: Eine Schicht – in der aufgrund von Druck und Temperatur Eisen oder Helium teilweise ioni­siert vorliegen – kann Energie, die vom Kern des Sterns zu seiner Oberfläche fließt, einschließen, bevor diese die Oberfläche erreicht. Dies führt dazu, dass sich der Stern ausdehnt. Dabei wird die teilweise ionisierte Schicht für den Energiefluss wieder durchlässiger, und der Stern zieht sich zusammen [1, 2]. Wirkt dieser sogenannte κ-Mechanismus in einer angemessenen Tiefe des Sterns, so kann er dessen globale Schwingungen wie in einem Resonanzraum antreiben.

Sterne senden allerdings keinen Schall aus – dafür wäre ein Medium zur Wellenausbreitung nötig. Da die Wellen das Sternmaterial komprimieren und ausdehnen, können wir jedoch ihre Auswirkungen sehen, deren Eigenschaften von der inneren Struktur des Sterns abhängen: Im Lauf der Zeit ändern sich Helligkeit oder Geschwindigkeit an der Oberfläche. Diese Variationen können aus photometrischen Daten oder anhand der Doppler-Verschiebung aus spektroskopischen Zeitreihendaten gewonnen werden. Voraussetzung dafür ist eine ausreichende Empfindlichkeit für die Schwingungsamplitude, die von mehreren Größenordnungen von Magnituden bzw. km/s bis zu Mikromagnituden bzw. cm/s reicht. Die Variationen lassen sich aufgrund der Oszillationen messen, wenn einerseits die Beobachtungsfrequenz für die Oszillationsperiode des Sterns geeignet ist. Diese reicht für verschiedene Sterne von Sekunden über Minuten bis hin zu Stunden und Tagen. Andererseits muss die Dauer der Zeitreihe mindestens eine Periode der Oszillationen abdecken und einzelne Frequenzen auflösen, falls mehrere vorhanden sind. Die gemessenen Variationen dienen gewissermaßen als Soundcheck des Sterns, mit dem sich auf die Form und Größe des Resonanzraums schließen lässt. Die zeitlichen Variationen liefern zusätzliche Informationen zu den typischen spektroskopischen und photometrischen Messungen von effektiver Temperatur, Gravitation und chemischer Zusammensetzung an der Sternoberfläche. (...)

 

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Geschichte

Friedrich Steinle
03 / 2021 Seite 40
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„Electrischer Conflict“ mit Potential

Am 21. Juli 1820 gab der dänische Physiker Hans Chris­tian Ørsted eine Entdeckung bekannt, die unmittelbar eine Welle weiterer Forschungen nach sich zog. In ihrer Folge veränderte sich nicht nur die technische Welt, sondern auch das physikalische Denken fundamental.

In seiner vierseitigen Druckschrift von 1820 beschrieb Hans Christian Ørsted die Wirkung von Elektrizität auf eine Magnetnadel (Abb. 1). Seit Voltas Einführung der nach ihm benannten „Säule“, der ersten kontinuierlichen Stromquelle, hatte man zwanzig Jahre lang vergeblich nach einer solchen Wirkung gesucht. Manche hatten aufgegeben und sie gar für unmöglich erklärt. Wohl wissend, dass er eine Sensation verkündete, hatte Ørsted einen ungewöhnlichen Veröffentlichungsweg gewählt: Statt des üblichen, aber langwierigen Wegs über wissenschaftliche Zeitschriften hatte er in höchster Eile auf Latein einen dichten Text verfasst, auf eigene Kosten gedruckt und an Autoritäten und Multiplikatoren der Physik in ganz Euro­pa versandt. Das war kostspielig, aber effektiv: Binnen kürzester Zeit hatten andere den Text in viele europäische Sprachen übersetzt und in allen wichtigen Fachzeitschriften abgedruckt. Damit war die Entdeckung in Europa breit bekannt und fest mit Ørsteds Namen verbunden.

Dieser hatte sich in der väterlichen Apotheke schon früh für Naturwissenschaft interessiert. Während seines Pharmaziestudiums in Kopenhagen beschäftigte er sich mit der idealistischen Naturphilosophie, die – bisweilen spekulativ – von einer Beziehung zwischen natür­lichen und geistigen Dimensionen ausging. Prägend für sein wissenschaftliches Arbeiten war ein Aufenthalt von 1801 bis 1804 in deutschen Ländern und in Frank­reich. Er vertiefte seine Beziehung zur später „romantisch“ genannten Physik mit ihrer Überzeugung vom Zusammenhang aller Natur­kräfte und schloss Freundschaft mit ihrem natur­wissenschaftlich produktivsten Vertreter, Johann W. Ritter, der unter anderem die UV-Strahlung entdeckt und die Elektrochemie mitbegründet hatte. Ørsted schätzte diesen weiten Denkrahmen, bestand aber zugleich immer auf nüchterner Empirie. Der mathe­matisch orientierten Physik, die er in Paris kennenlernte, konnte er nicht viel abgewinnen. Ab 1806 war er Professor in Kopenhagen, ab 1815 überdies Sekretär der Königlich Dänischen Gesellschaft der Wissenschaften. Als eine der einflussreichsten Persönlichkeiten in der dänischen Naturforschung initiierte er die Einrichtung einer Polytechnischen Lehranstalt in Kopenhagen. Seine Forschungen richteten sich auf Chemie (so entdeckte er das Aluminium), Elektrizität, Galvanismus, Magnetismus und Elektromagnetismus, aber auch auf akustische Figuren, Kompressibilität von Wasser, Kapillarität, Wärme- und Lichttheorie [1]. Die idealistischen Überzeugungen blieben ihm erhalten: 1850 veröffentlichte er das umfängliche Werk „Aanden i Naturen“ („Der Geist in der Natur“). (...)

 

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Stefan L. Wolff
03 / 2021 Seite 46

Emil Kolben (1862 – 1943)

Emil Kolben gehörte mit seiner Firmengründung von 1896 zu jenen Pionieren, die auf der Grundlage ihrer technisch-wissenschaftlichen Aus­bildung am Ende des 19. Jahrhunderts Fabrikationsstätten im Bereich der Elektrotechnik wie des Maschinenbaus etablierten und so die Industrialisierung Europas maßgeblich beförderten.

Die jüdischen Vorfahren von Emil Kolben lassen sich seit dem Ende des 18. Jahrhunderts im Prager Vorort Stranice nachweisen. Emil war das älteste von neun Kindern seines Vaters Joachim (1828 – 1912), der dort ein kleines Unternehmen führte. Nach der Matura studierte Emil an der Deutschen Technischen Hochschule in Prag von 1881 bis 1886 Elektrotechnik, die damals noch im Fach Maschinenbau integriert war. Nach einer kurzen praktischen Tätig­keit konnte er mit einem Reisestipendium 1888 in die USA gehen, wo er sich nach ausgedehnten Fahrten durch das Land spontan bei den „Edison Machine Works“ bewarb und umgehend angestellt wurde. Schon ein Jahr darauf stieg er zum Chef­ingenieur der technischen Abteilungen der „Edison General Electric“ in Schenectady auf. Dort entwickelte er vor allem Dynamos und Motoren. Die Begegnung mit ­Nikola Tesla überzeugte ihn von der Bedeutung des Wechsel­stroms, der damals noch weitgehend abgelehnt wurde, unter anderem auch von Edison. (...)

 

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Physik im Alltag

Denise Müller-Dum und Jens Kube
03 / 2021 Seite 48
DPG-Mitglieder

Für jede Situation das richtige Auge

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Menschen

03 / 2021 Seite 51
DPG-Mitglieder

Personalien

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Thomas Thurn-Albrecht, Klaus Schröter, Gert Strobl, Christoph Schick, Andreas Schönhals und Mario Beiner
03 / 2021 Seite 54
DPG-Mitglieder

Nachruf auf Ernst-Joachim Donth

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Kerstin Sonnabend
03 / 2021 Seite 55
DPG-Mitglieder

„Unsere Simulationen können zeigen, wie ergriffene Maßnahmen wirken.“

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Rezensionen

Christoph Buchal
03 / 2021 Seite 56
DPG-Mitglieder

André D. Thess: Sieben ­Energiewendemärchen?

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Alexander Pawlak
03 / 2021 Seite 57
DPG-Mitglieder

Daniel Mellem: Die Erfindung des Countdowns

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DPG

03 / 2021 Seite 26
DPG-Mitglieder

Ausschreibung von Preisen

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03 / 2021 Seite 39
DPG-Mitglieder

DPG-Mentoring-Programm und Leading for Tomorrow

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03 / 2021 Seite 50
DPG-Mitglieder

Virtuelle Jobbörse

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Holger Grahn
03 / 2021 Seite 58
DPG-Mitglieder

Ausgezeichneter Unterricht und hervorragende Lernende

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Julio Magdalena de la Fuente, Alexander Osterkorn, Paul Große-Bley und Robert Meye
03 / 2021 Seite 58
DPG-Mitglieder

Von und mit der Pandemie

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03 / 2021 Seite 60
DPG-Mitglieder

Satzungs­änderungen

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03 / 2021 Seite 60
DPG-Mitglieder

Mitgliederversammlung

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Notizen

03 / 2021 Seite 61
DPG-Mitglieder

Notizen

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