Mai 2017

Wellenleiter können dank topologischer Prinzipien Photonen verlustfrei übertragen. (vgl. S. 29)

Meinung

Jochen Guck
05 / 2017 Seite 3
Pro-Physik-Mitglieder

Elektromobilität erfahren

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Aktuell

Alexander Pawlak
05 / 2017 Seite 6
DPG-Mitglieder

Nachhaltige Mahnung

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Maike Pfalz / BMBF / FBH
05 / 2017 Seite 7
DPG-Mitglieder

Forsche Fabrik

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Kerstin Sonnabend / Fraunhofer
05 / 2017 Seite 8
DPG-Mitglieder

Batterien im Trio optimieren

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Kerstin Sonnabend / WR / DFG
05 / 2017 Seite 8
DPG-Mitglieder

Weiter im Programm

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05 / 2017 Seite 10
DPG-Mitglieder

Neue DFG-Schwerpunktprogramme

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Kerstin Sonnabend / BMBF
05 / 2017 Seite 10
DPG-Mitglieder

Konsequent auf Forschung setzen

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Anja Hauck / DHV
05 / 2017 Seite 10
DPG-Mitglieder

Kein Basar

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Alexander Pawlak
05 / 2017 Seite 12
DPG-Mitglieder

Drohender Kahlschlag

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Matthias Delbrück
05 / 2017 Seite 12
DPG-Mitglieder

Ein Royce für Manchester

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Rainer Scharf
05 / 2017 Seite 13
DPG-Mitglieder

USA

Blaupause für Haushalt / Beratend oder verraten? / Rückhalt für die NASA

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Leserbriefe

Stephan Winnerl / Christoph Berger
05 / 2017 Seite 14
DPG-Mitglieder

Invers diskutiert / Langweilige Kontroverse

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Gunnar Berg
05 / 2017 Seite 15
DPG-Mitglieder

Statistisch betrachtet

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Matthias Braun
05 / 2017 Seite 15
DPG-Mitglieder

Wirtschaftlich gehandelt?

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High-Tech

Michael Vogel
05 / 2017 Seite 16
DPG-Mitglieder

Folien finden FehlerAbgespeckter LaserNahe am LimitSekundenschnell erzeugt

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Brennpunkt

Matthias Steinmetz
05 / 2017 Seite 18
Pro-Physik-Mitglieder

Dunkle Materie im Hintertreffen

Die Form der Rotationskurven von Spiralgalaxien bei hoher Rotverschiebung deutet darauf hin, dass in frühen Epochen Galaxien von der sichtbaren Materie dominiert werden.

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Achim Kittel
05 / 2017 Seite 20
DPG-Mitglieder

Quantisiert transportiert

Die Quantisierung der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit lässt sich in Ketten von Goldatomen selbst bei Zimmertemperatur nachweisen.

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Lode Pollet
05 / 2017 Seite 21
DPG-Mitglieder

Kalte Atome in suprasolider Phase

Physiker erzeugen in kalten Gasen eine lichtinduzierte Phase, die gleichzeitig kristallin und supraflüssig ist.

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Forum

Maike Pfalz
05 / 2017 Seite 24
DPG-Mitglieder

Frei, aber doch nicht kostenlos

Vor 20 Jahren gehörte der regelmäßige Gang in die Universitätsbibliothek zum Studium noch dazu wie Vorlesungen und Übungsgruppen: Fachbücher musste man ausleihen und nach Hause schleppen, Fachartikel mühsam in einem unübersichtlichen Tool der Bibliothek suchen. Wer Glück hatte, konnte die gewünschte Zeitschrift im Regal suchen und die interessanten Artikel kopieren. Wer Pech hatte, musste sie per Fernleihe bestellen. Die heutige Realität ist eine andere: Dank Internet und Digitalisierung stehen unzählige Artikel und Bücher online zur Verfügung – häufig sogar kostenlos. Dadurch können Studierende und Wissenschaftler bequem vom eigenen Rechner auf wichtige Journals zugreifen und im Volltext durchsuchen. Der Zugang zu Wissen ist schnell und einfach möglich – und doch ist das erst der Anfang: Ziel vieler Initiativen ist es, sämtliche wissenschaftlichen Ergebnisse in digitaler Form für alle Nutzer ohne finanzielle, technische oder rechtliche Barrieren zugänglich und nutzbar zu machen, also in Form von Open Access (OA).

Als ein Meilenstein dieser Bewegung in Deutschland gilt die „Berliner Erklärung über den offenen Zugang zu wissenschaftlichem Wissen“ aus dem Jahr 2003.1) Diese verdeutlicht die Bedeutung des Internets zur Verbreitung von wissenschaftlichem Wissen und kulturellem Erbe und kommt zu dem Schluss, dass die damit verbundenen Entwicklungen das Wesen des wissenschaftlichen Publizierens erheblich verändern werden. Die Berliner Erklärung verfolgt das Ziel, „das Internet als Instrument für eine weltweite Basis wissenschaftlicher Kenntnisse und menschlicher Reflektion zu fördern.“ Denn unsere Aufgabe, Wissen weiterzugeben, sei nur halb erfüllt, wenn diese Informationen für die Gesellschaft nicht in umfassender Weise und einfach zugänglich seien. Zu den ersten Unterzeichnern der Erklärung gehörten in Deutschland die Fraunhofer- und Max-Planck-Gesellschaft, der Wissenschaftsrat, die Hochschulrektorenkonferenz, die Leibniz- und Helmholtz-Ge­mein­schaft sowie die Deutsche Forschungsgemeinschaft. Heutzutage haben bereits über 500 Ins­ti­tu­tionen weltweit die Erklärung unterschrieben.

Doch der Übergang zu Open Access geht langsam voran: Seit der Berliner Erklärung sind Jahre vergangen, und dennoch liegt der Anteil reiner Open-Access-Veröffentlichungen immer noch bei nur 15 Prozent – obwohl fast 90 Prozent der Wissen­schaftler überzeugt sind, dass es vorteilhaft für ihr Forschungsfeld und die Arbeitsweise ihrer Community ist, ihre Artikel frei zugänglich zu publizieren. Zu diesem Ergebnis kam die groß angelegte „Study of Open Access Publishing“ (SOAP), die im Rahmen des siebten Forschungsrahmenprogramms der Europäischen Kommission gefördert und vom CERN koordiniert wurde.2) Darin wurden die Antworten von fast 40 000 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aller Disziplinen weltweit ausgewertet, die mindestens eine Publikation in einer Peer-Review-Zeitschrift in den letzten fünf Jahren vor der Umfrage veröffentlicht hatten. Mehr als 3000 Antworten stammten von Forschern aus der Physik oder Astro­nomie...

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Überblick

Eric Meyer und Alexander Szameit
05 / 2017 Seite 29
Pro-Physik-Mitglieder

Erhellende Topologie

Lange Zeit galt die Topologie als reines Teilgebiet der Mathematik, das sich allgemein mit Eigenschaften von Strukturen befasst, die unter stetigen Verformungen erhalten bleiben. Doch Topologie ermöglicht nicht nur einen neuen Blick auf abstrakte Strukturen, sondern hat mittlerweile auch Einzug in die Physik gehalten. Topologische Methoden erlauben neue Erkenntnisse bei exotischen Phasen der Materie und versprechen faszinierende Durchbrüche bei der optischen Kommunikation.

Was verbindet die sieben Brücken in Königsberg, Schwarze Löcher und Krawatten? All dies sind Beispiele dafür, wie sich grundlegende Fragen mit topologischen Mitteln beantworten lassen. Topologie erklärt, weshalb sich kein Rundweg über die sieben Königsberger Brücken finden lässt, dass Schwarze Löcher im Universum eine Singularität besitzen müssen und wieso es genau 266 682 Möglichkeiten gibt, eine Krawatte zu binden [1].

Die Topologie ist als eigene mathematische Disziplin noch vergleichsweise jung. In einfachen Worten befasst sie sich mit den Eigenschaften geometrischer Gebilde, die bei „elastischen Verformungen“ wie Dehnen, Stauchen, Verbiegen oder Verzerren erhalten bleiben. Man sagt, die betreffenden Gebilde seien topo­logisch äquivalent oder „homöomorph“: Anschaulich gesagt bleiben Randpunkte weiterhin Randpunkte, und Kreuzungen bleiben Kreuzungen, selbst wenn sich Winkel und Abstände ändern (Abb. 1). Außerdem bleibt ein geschlossener Linienzug als solcher erhalten. ,,Auf dem Rand liegend”, ,,innen”, ,,außen”, ,,sich schneidend”, ,,geschlossen” sind topologisch invariante Eigenschaften. Topologie formalisiert den Begriff „Nähe“, ähnlich wie die algebraischen Strukturen die Rechengesetze formalisieren. Ziel ist es dabei, eine Menge von Objekten zu klassifizieren, d. h. topologisch äquivalente Objekte in Klassen zusammenzufassen...

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Peter Gross und Stephan W. Grill
05 / 2017 Seite 35
DPG-Mitglieder

Muster aus Mechanik und Chemie

Der stetige technologische Fortschritt ermöglicht es, immer kompliziertere technische Maschinen wie den Large Hadron Collider am CERN oder den Airbus A380 zu bauen. Dennoch bleiben lebende Organismen wesentlich komplexer als alle jemals von Menschen gebauten Maschinen. Insbesondere assemblieren sich biologische Organismen selbst und bilden völlig autonom aufwändige Strukturen aus. Ein Ziel biophysikalischer Forschung ist es, die physikalischen Grundlagen dieser Prozesse der Selbstorganisation besser zu verstehen.

Die meisten mehrzelligen Organismen haben ihren Ursprung in einer einzigen Zelle, der so genannten Eizelle. Nach der Befruchtung teilt sich diese wiederholt, und aus den vielen entstandenen Zellen bildet sich Gewebe aus. Zwei verschiedene Prozesse sind dafür von Bedeutung: Einerseits sorgen Mus­terbildungsprozesse dafür, dass sich Signal­­proteine innerhalb des Embryos asymmetrisch verteilen, und etablieren dadurch ein „embryonales Koordinaten­system“ (Abb. 1). Andererseits verformt sich Gewebe im Embryo kontinuierlich mittels autonom erzeugter mechanischer Kräfte und Spannungen, um die eigent­liche Struktur und Form zu erreichen. Dieser Prozess der Entstehung von biologischer Form heißt Morpho­genese (Abb. 2). Musterbildung und Morphogenese lassen sich bis zu einem gewissen Grad in der Entwicklungsbiologie getrennt untersuchen [1, 2]. Eine Reihe neuer Studien deutet jedoch darauf hin, dass beide Prozesse im Wachstum lebender Organismen häufig untrennbar verwoben und nur gemeinsam zu betrachten sind [3].

Systeme, in denen regulative und mechanische Prozesse der Muster- und Formgebung verwoben sind, werden als mechanochemisch bezeichnet. Ein Beispiel hierfür sind mechanochemische Selbstorganisationsprozesse in Kolonien von Escherichia Coli-Bakterien (Abb. 3). Diese Bakterien sind mobil und bewegen sich mittels eines Bündels rotierender Flagella gerichtet vorwärts. Außer­dem können sie sich aktiv entlang eines Konzentrationsgradienten von Nährstoffen und in Richtung erhöhter Konzentrationen spezieller Boten­stoffe bewegen – eine Eigenschaft, die Chemotaxis genannt wird [4]. Dabei scheiden die E. Coli-Bakterien einen dieser Botenstoffe selbst aus. Als Folge davon bewegen sich mehr Bakterien auf Regionen zu, in denen die Konzentration der Botenstoffe erhöht ist. Gleichzeitig steigt aber die Botenstoffkonzentration in Regionen erhöhter Bakteriendichte an, sodass sich spontan eine räumlich inhomogene Konzentration von Bakterien und Botenstoffen einstellt. Verlieren die Bakterien die Fähigkeit, sich aktiv fortzubewegen oder Botenstoffe zu produzieren, verschwinden diese Muster: Ihre Bildung hängt sowohl von einem regulativen Prozess – der Produktion und Ausscheidung des Botenstoffs – als auch von einem mechanischen Prozess – dem aktiven Fortbewegen in Richtung erhöhter Botenstoffkonzentration – ab und wird deshalb als „mechanochemisch“ bezeichnet [3, 5]...

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Physik im Alltag

Bernd Müller
05 / 2017 Seite 42
DPG-Mitglieder

Kippen verboten

Ein Segway fällt auch bei ungeübten Fahrern nicht um. Dafür sorgt ein ausgeklügeltes Zusammenspiel von Sensoren, Motoren und Regelungsalgorithmen.

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Menschen

05 / 2017 Seite 44
DPG-Mitglieder

Personalien

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Manfred Kleber, Klaus Richter und Jan-Michael Rost
05 / 2017 Seite 47
DPG-Mitglieder

Nachruf auf Harald Friedrich

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05 / 2017 Seite 48
DPG-Mitglieder

Nachruf auf Tasso Springer

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Anja Hauck
05 / 2017 Seite 49
Pro-Physik-Mitglieder

„Heute hängt mein Herz am Weinberg.“

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DPG

05 / 2017 Seite 28
DPG-Mitglieder

DPG-Schülertagung 2017: Physik im Kopf?

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05 / 2017 Seite 41
DPG-Mitglieder

DPG-Fortbildungskurs für Physiklehrer: Thermodynamik

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Bücher/Software

Siegfried Großmann
05 / 2017 Seite 50
DPG-Mitglieder

Wolfgang Weidlich: Grundkonzepte der Physik, mit Einblicken für Geisteswissenschaftler

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Thomas Heinzel
05 / 2017 Seite 50
DPG-Mitglieder

J. B. Ketterson: The Physics of Solids

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Tagungen

Ralf Bausinger
05 / 2017 Seite 52
DPG-Mitglieder

DPG-Schule der AG Physikalische Praktika

17. DPG-Schule der AG Physikalische Praktika (AGPP) im FV Didaktik der Physik

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Dennis D. Dietrich und Tilman Plehn
05 / 2017 Seite 52
DPG-Mitglieder

Understanding the LHC

637. WE-Heraeus-Seminar

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Weitere Rubriken

05 / 2017 Seite 52
DPG-Mitglieder

Tagungskalender

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