März 2022

In einer atomar dünnen Halb­leiterschicht, die über einen Nanodraht gespannt wird, entsteht ein Kanal für die Bewegung von Exzitonen. (Bild: Jörg Bandmann / ct.qmat, vgl. S. 51)

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Zur Ausgabe

Meinung

Matthias Kleiner
03 / 2022 Seite 3

Wissenschaft ist überall

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Aktuell

Maike Pfalz
03 / 2022 Seite 6
DPG-Mitglieder

Gut gemeint, aber schlecht gemacht?

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Alexander Pawlak
03 / 2022 Seite 7
DPG-Mitglieder

Bohr hat recht ... und doch nicht

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Maike Pfalz / Wissenschaftsrat
03 / 2022 Seite 8
DPG-Mitglieder

Probleme und Perspektiven

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Anja Hauck
03 / 2022 Seite 10
DPG-Mitglieder

Studieren unter Coronabedingungen

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Kerstin Sonnabend
03 / 2022 Seite 12
DPG-Mitglieder

„Mich hat immer die Neugier angetrieben.“

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Maike Pfalz
03 / 2022 Seite 14
DPG-Mitglieder

Wasser im Zentrum

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MPG / Alexander Pawlak
03 / 2022 Seite 16
DPG-Mitglieder

Bringer oder Pranger?

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Maike Pfalz
03 / 2022 Seite 16
DPG-Mitglieder

Afrika im Licht der Forschung

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Kerstin Sonnabend
03 / 2022 Seite 17
DPG-Mitglieder

Fusion in neuen Sphären

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Matthias Delbrück
03 / 2022 Seite 18
DPG-Mitglieder

USA: American STEM Idol; FuE auf dem Prüfstand; Sauberer Durchbruch

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Matthias Delbrück
03 / 2022 Seite 18
DPG-Mitglieder

Milliarde für grünen Deal

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Matthias Delbrück
03 / 2022 Seite 18
DPG-Mitglieder

Offene Bibliothek

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Leserbriefe

Bernhard Müller, Ed Dellian, Werner Bieck, André Thess,Torsten Doege, Matthias Bartelmann
03 / 2022 Seite 20
DPG-Mitglieder

Gut beraten durch Modelle?

Zu: L. Schröter und U. Bleyer, Physik Journal, Januar 2022, S. 3, mit Erwiderung der Autoren

 

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High-Tech

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Brennpunkt

Detlef Lohse
03 / 2022 Seite 24
DPG-Mitglieder

Die Form verrät die Temperatur

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Achilleas Lazarides und Francesco Piazza
03 / 2022 Seite 26
DPG-Mitglieder

Zur Ordnung getrieben

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Lehre

Martin Hopf, Horst Schecker und Thomas Wilhelm
03 / 2022 Seite 31
Mitglieder

So wie immer oder ganz anders?

Unterrichtskonzeptionen sind ausgearbeitete Entwürfe für die inhaltliche Gestaltung des Physikunterrichts in der Schule. Verblüffend ist es, wie unterschiedlich Physik­unterricht zu einem Thema konzipiert, die Teilthemen angeordnet und welche Erklärungsansätze und Visualisierungen verwendet werden können.

Warum beginnt der Physikunterricht der gymnasialen Oberstufe eigentlich fast immer mit Kine­matik und Dynamik? Und wieso erfolgt der Einstieg in die Elektrizitätslehre meistens über die Stromstärke statt über das Potential und die Spannung? Wenn man ein wenig über diese Fragen nachdenkt, stellt sich schnell heraus, dass es nicht wirklich zwingende Argumente für dieses Vorgehen gibt. Ebenso wäre es möglich, nicht mit der Mechanik, sondern mit einer Vertiefung der Energielehre in den Physikunterricht der Oberstufe einzusteigen, dabei auf grundlegendem Wissen aus der Mittelstufe aufzubauen und zunächst mit vergleichsweise sparsamen mathematischen Mitteln zu arbeiten. Genauso wichtig wie die Reihenfolge der einzelnen Themen ist es, über ihre inhaltliche Gestaltung nachzudenken. Überlegungen dazu, wie sich die jeweils zentralen physikalischen Größen konzeptualisieren lassen, welche Teilthemen besonders wichtig sind und in welcher Reihenfolge welche Aspekte vorkommen sollten, gehören unabdingbar zur Unterrichtsplanung. Dass solche Überlegungen zu unterschiedlichen Ergebnissen führen, zeigt sich schnell beim Vergleich verschiedener Lehrbücher. Die Annahme, dass die Reihenfolge physikalischer Themen sich zwangsläufig sachlogisch ergibt und die physikalischen Grundkonzepte in einer ganz bestimmten Art und Weise einzuführen sind – beispielsweise so, wie man es selbst als Schülerin oder Schüler einmal erfahren hat –, stellt sich als irrig heraus. Es geht auch anders. (...)

 

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Überblick

Klaus Richter
03 / 2022 Seite 35
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Chaos und Quantendynamik

Chaotisches Verhalten ist dadurch charakterisiert, dass sich kleinste Änderungen der Anfangsbedingungen eines nichtlinearen Systems exponentiell auf dessen Entwicklung auswirken – ein Phänomen, das auch als Schmetterlingseffekt bekannt ist. Ein Analogon dazu tritt auch in Quanten-Vielteilchensystemen auf und lässt sich mit besonderen Kommutatoren beschreiben, die aus der Festkörpertheorie bekannt sind.

In einer wenig beachteten, aber weit vorausschauenden Arbeit wies Albert Einstein 1917 darauf hin, dass die dem Bohrschen Atommodell zugrunde liegende Bohr-Sommerfeldsche Quantisierung der elliptischen Elektronenbahnen für nicht-integrable Systeme auf gravierende konzeptionelle Schwierigkeiten stößt [1]. In der Tat scheiterte diese „alte Atomtheorie“, die sich beim Wasserstoffatom als so erfolgreich erwiesen hatte, vor einem Jahrhundert beim Versuch, sie auf kompliziertere atomare und molekulare Systeme zu verallgemeinern.

Es dauerte weitere fünfzig Jahre, bis Martin Gutzwiller in einer Serie bahnbrechender Arbeiten eine methodische Brücke zwischen der klassischen und der Quantenmechanik nicht-integrabler Systeme schlug [2].1) Genauer gesagt verknüpfte er die chaotische Dynamik eines Teilchens in einem klassischen System mit dem Energieniveau-Spektrum des dazu korrespondierenden Quantensystems. Während Bohrs Zugang auf adhoc-Annahmen beruhte, entwickelte Gutzwiller eine konsistente semiklassische Theorie. In deren Rahmen ließ sich zum einen der Erfolg der alten Atomtheorie für integrable Systeme mit stabilen klassischen Bahnen einordnen; zum anderen aber trug sie dem allgemeineren nicht-integrablen Fall adäquat Rechnung, dass sich die klassische Bewegung häufig nichtlinear chaotisch vollzieht. (...)

 

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Bildung und Beruf

Maike Pfalz
03 / 2022 Seite 42
DPG-Mitglieder

„Das polizeiliche Umfeld finde ich sehr spannend.“

Interview mit Benjamin von Lospichl

Nach dem Physikstudium und zwei Jahren als Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der TU Berlin wechselte Benjamin von Lospichl (30) zur Bundespolizei. Dort ist er seit rund einem Jahr als Fachberater in der Bundespolizeidirektion 11 tätig. Diese wurde 2017 angesichts einer weltweit gestiegenen Bedrohungslage durch terroristische Angriffe gegründet, um die Spezialkräfte in einer Direktion zusammenzufassen.

 

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Geschichte

Dieter Hoffmann, Dieter Meschede und Johannes Orphal
03 / 2022 Seite 45
Mitglieder

Die bewegende Kraft der Wärme

Der Name Clausius lässt heute am ehesten an die Clausius-Clapeyron-Gleichung über den Zusammenhang von Dampfdruck und Temperatur von Flüssigkeiten denken oder an die Clausius-Mossotti-Gleichung, welche die makroskopische und mikroskopische Polarisierung fester Körper verknüpft. Sicher finden dann auch der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik und der bis heute schwierige Entropie-Begriff Erwähnung. Rudolph Clausius selbst scheint dagegen heute weitgehend vergessen zu sein. Dabei gibt es Gründe genug, sein Leben und Werk und sein weit über die Grenzen der Physik hinaus wirkendes Erbe in ein helleres Licht zu rücken.

Rudolph Julius Emmanuel Clausius wurde am 2. Januar 1822 im pommerschen Köslin (heute Koszalin, Polen) als Sohn eines Schulrats und Pfarrers geboren. 1834 zog die Großfamilie – Clausius hatte 14 Geschwister – nach Ueckermünde. Sechzehnjährig verließ er das Elternhaus, um in das Marienstiftsgymnasium in Stettin einzutreten. Dort unterrichteten hochqualifizierte und engagierte Lehrer wie Justus Günther Graßmann, ein bekannter Natur­forscher und Vater des Pio­niers der Vektor- und Tensorrechnung Hermann ­Graßmann. Schon als Gymnasiast interessierte sich Clausius auch für die Funktionsweise der damals im Mittelpunkt der öffentlichen Aufmerksamkeit stehenden Dampf­maschine (Abb. 1). Nach dem Abitur immatrikulierte er sich zum Winter­semester 1840/41 an der Berliner Friedrich-Wilhelms-Universität, der heutigen Humboldt-Universität. Dort belegte Clausius nicht nur Physik-, Mathematik- und andere naturwissenschaftliche Vorlesungen, sondern pflegte auch seine ausgeprägten Interessen für Geschichte und Philosophie. (...)

 

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Forum

Kerstin Sonnabend
03 / 2022 Seite 51
DPG-Mitglieder

Topologie an zwei Standorten

Das Cluster ct.qmat ist das einzige in der Exzellenzstrategie, für das zwei Standorte in verschiedenen Bundesländern gemeinsam einen Antrag gestellt haben. Die Forschenden in Würzburg und Dresden arbeiten an Komplexität und Topologie in Quantenmaterialien: Sie nutzen die Topologie, ein Teilgebiet der Mathematik, um ungewöhnliche Zustände von Materie besser zu verstehen und gezielt zu erzeugen. Dabei arbeiten Theorie und Experiment eng zusammen und nutzen aus, dass sich die Forschungsschwerpunkte an beiden Orten ergänzen.

Schon die Entfernung von 300 Kilometern Luftlinie zwischen den Partnerinstitutionen des Clusters ist bemerkenswert, doch die eigentliche Schwierigkeit der gemeinsamen Antragstellung lag an ganz anderer Stelle: „Wir mussten die Rahmenbedingungen zweier Hochschulgesetze beachten“, erinnert sich Matthias Vojta, der für die Beteiligten in Dresden spricht. Die Idee zu der außergewöhnlichen Zusammenarbeit ergab sich aus früheren Kollaborationen. „In Würzburg fehlte trotz einer starken Festkörperphysik an der Universität schlicht die ‚kritische Masse‘, um sich für ein Exzellenzcluster zu bewerben“, ergänzt der Würzburger Sprecher Ralph Claessen. Mit zahlreichen außeruniversitären Einrichtungen traf das auf Dresden zwar nicht zu; die Erfolgsaussichten waren gemeinsam aber deutlich besser. Als wissenschaftliche Basis für den Antrag dienten die Arbeiten aus zwei Sonderforschungsbereichen zu topologischen Materialeigenschaften und zu korreliertem Magnetismus, welche die Deutsche Forschungsgemeinschaft seit 2015 in Würzburg und Dresden finanziert. (...)

 

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Physik im Alltag

Denise Müller-Dum und Jens Kube
03 / 2022 Seite 56
DPG-Mitglieder

Kompetente Kleidung

Nanotextilien schützen mit Übergangsmetalloxiden vor UV-Strahlung.

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Menschen

03 / 2022 Seite 58
DPG-Mitglieder

Personalien

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Hermann Haken, ­Wolfgang P. Schleich, Michael Schreiber, Roland G. Winkler
03 / 2022 Seite 62
DPG-Mitglieder

Nachruf auf Peter Reineker

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Ulrike und Walter Potzel, Jochen Litterst
03 / 2022 Seite 63
DPG-Mitglieder

Nachruf auf Georg Michael Kalvius

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Kerstin Sonnabend
03 / 2022 Seite 64
DPG-Mitglieder

„Die slowenische Wissenschaft sollte sich mehr öffnen.“

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Rezensionen

Peter Bussemer
03 / 2022 Seite 65
DPG-Mitglieder

Renate Tobies: Felix Klein. Visionen für Mathematik, Anwendungen und Unterricht

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Alexander Pawlak
03 / 2022 Seite 67
DPG-Mitglieder

Filmkritik: Wer wir waren

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DPG

03 / 2022 Seite 28
DPG-Mitglieder

Ausschreibung DPG-Preise 2023

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03 / 2022 Seite 30
DPG-Mitglieder

Virtuelle Jobbörse für Physiker:innen

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03 / 2022 Seite 44
DPG-Mitglieder

DPG-Mentoring-Programm und Leading for Tomorrow

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Philipp Heinen, Marco Hofmann, Lucas Kunz, Vivienne Leidel, Julio Magdalena und Tobias Messer
03 / 2022 Seite 68
DPG-Mitglieder

Ein Grafenschloss im Zeichen der Feldtheorie

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03 / 2022 Seite 69
DPG-Mitglieder

Laudatio auf Lydéric Bocquet

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Tagungen

03 / 2022 Seite 71
DPG-Mitglieder

Tagungskalender

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Hans Werner Schumacher, Patrik Recher
03 / 2022 Seite 72
DPG-Mitglieder

Hybrid Solid State ­Quantum Circuits, Sensors, and ­Metrology

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acqueline Bloch, Marzena Szymanska, Michal Matuszewski, Paulo V. Santos
03 / 2022 Seite 72
DPG-Mitglieder

Lattice‐based Quantum ­Simulation

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Jan-Dierk Grunwaldt, Karsten Reuter, Roger Gläser
03 / 2022 Seite 72
DPG-Mitglieder

From Wind and Solar Energy to Chemical Energy Storage: Understanding and Engineering Catalysis under Dynamic Conditions

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Jan-Philipp Burde, Thomas Wilhelm
03 / 2022 Seite 73
DPG-Mitglieder

Elektrische Stromkreise in Schule und Alltag

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Notizen

03 / 2022 Seite 74
DPG-Mitglieder

Notizen

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