November 2011

Der warme Golfstrom gibt im Nord­atlantik viel Wärme an die Atmosphäre ab und sorgt damit in Westeuropa für ein vergleichsweise mildes Klima (vgl. S. 23, Quelle: NASA/MODIS).

Meinung

Stefan Jorda und Robert Klanner
11 / 2011 Seite 3

Digital wie gedruckt

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Aktuell

Maike Pfalz
11 / 2011 Seite 6

Physik-Nobelpreis: Überraschende Beschleunigung

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Maike Pfalz
11 / 2011 Seite 7

Chemie-Nobelpreis: Muster ohne Wiederkehr

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Stefan Jorda
11 / 2011 Seite 8

Highlights: Marktplatz der Physik

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Alexander Pawlak
11 / 2011 Seite 10

ALMA: Heiß auf Blick in kalte Frühzeit

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Anja Hauck
11 / 2011 Seite 11

Vernetzte Forschung

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Oliver Dreissigacker
11 / 2011 Seite 12

ESA-Missionen: Ganz hell und ganz dunkel

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Rainer Scharf
11 / 2011 Seite 14

USA

Energieforschung auf neuem Kurs - Schlechtes Wetter für Klimaüber­wachung - Patentrecht internationalisiert - Familienfreundliche Forschung

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11 / 2011 Seite 14

TV-Tipps

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Im Brennpunkt

Dennis Schlippert und Holger Müller
11 / 2011 Seite 18

Starker Anstoß für Atome

Kürzlich ist es gelungen, einen neuen Rekord in puncto Impulsübertrag in der Atominterferometrie aufzustellen.

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Thomas Leisner und Thomas Peter
11 / 2011 Seite 20

Beeinflussen kosmische Strahlen das Klima?

Neue Laborexperimente am CERN untersuchen die Rolle der ionisierenden Strahlung bei der Aerosol-Nukleation.

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Überblick

Anna von der Heydt
11 / 2011 Seite 23

Die Physik der Ozeanströme

Während Westeuropa durch den warmen Golfstrom ein relativ mildes Klima genießt, ist es auf entsprechenden Breitengraden an der Westküste Nordamerikas wesentlich kälter. Das liegt daran, dass die globale Umwälzbewegung in den Ozeanen asymmetrisch ist. Das Wasser des Golfstroms wird im Nordatlantik so dicht, dass es durch Konvektion absinkt und in der Tiefe wieder nach Süden strömt. Im Nordpazifik gibt es zwar einen dem Golfstrom sehr ähnlichen Strom, aber keine solche Konvektion. Was sind die Ursachen für diese Asymmetrie?

Wasser bedeckt etwa 70 Prozent der Erdoberfläche. Schon die enorme Größe der Ozeane macht deutlich, dass sie ein wichtiger Teil des Klimasystems sind. So absorbiert Wasser den größten Teil der Sonneneinstrahlung und speichert die Wärme. Strömungen verteilen die Wärme, bevor sie wieder an die Atmosphäre abgegeben wird. Die Weltmeere sind ständig in Bewegung: Die variierende Sonneneinstrahlung, die vom Äquator zu den Polen abfällt, sowie die Gravitationskräfte von Sonne und Mond treiben eine Fülle von kleinen und großen, schnellen und langsamen Strömungen von der Oberfläche her an. Die Erdrotation beeinflusst die Richtung der Strömungen.
Der Golfstrom im Nordatlantik ist wohl die bekannteste oberflächennahe Meeresströmung. Bei 38° nördlicher Breite transportiert er rund 90 Millionen Kubikmeter pro Sekunde nordwärts (das sind 90 Sv; 1 Sverdrup = 106 m3/s), während er nur etwa 100 km breit und 800 m tief ist. In allen großen Ozeanbecken und auf beiden Halbkugeln existieren Ströme mit ähnlichen Strukturen (Abb. 1). Auffallend sind starke polwärts gerichtete Ströme, die in den mittleren Breiten am westlichen Ozeanrand auftreten. Diese westlichen Randströme sind hauptsächlich für den Wärmetransport der Ozeane von den Tropen in die höheren Breiten verantwortlich. Strömungen dieser Art entstehen vor allem durch den Wind und beschränken sich auf die oberen 500 bis 1000 Meter des Ozeans. ....

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Gia Dvali und Arthur Hebecker
11 / 2011 Seite 31

Zusätzliche Raumdimensionen

Der Raum, in dem wir leben und Naturgesetze formulieren, hat drei Dimensionen. Ungeachtet dieser scheinbar unumstößlichen Tatsache spielt die Möglichkeit zusätzlicher, versteckter Raumdimensionen seit Langem eine wichtige Rolle bei der Suche nach den fundamentalsten mikroskopischen Gesetzen. Dies liegt am Traum von der Vereinigung aller Kräfte, der mit mehr Dimensionen leichter zu verwirklichen ist. Insbesondere fordert die Stringtheorie als führender Kandidat für eine solche Vereinigung zwingend die Existenz von Extradimensionen.

Unsere alltägliche Erfahrung lehrt uns, dass der uns umgebende Raum dreidimensional ist. Dies belegen auch die Gültigkeit der Newtonschen Mechanik und Gravitationstheorie. Doch leicht lässt sich klar machen, dass die so beobachtete Dimensions­zahl eine Illusion sein könnte: Während drei Raumdimensionen unendlich ausgedehnt sind, könnte eine weitere Dimension auf einem kleinen Kreis „aufgerollt“ existieren (Abb. 1). An jedem Punkt unserer Welt gäbe es eine vierte Richtung, in die wir jedoch nicht eindringen können. Wie groß dürfte eine solche versteckte Dimension sein? Um dies zu beantworten, konzentrieren wir uns zunächst auf reine Gravitationsexperimente. Dies ist vernünftig, da die Gravitationskraft durch Vibrationen des „Raumes an sich“ übertragen wird. Sie ist damit die einzige Kraft, welche die Form des Raumes ganz unverfälscht „sieht“. Die Gravitation lässt sich bei kleinen Abständen durch hochpräzise mechanische Labor-Experimente testen, die nach Abweichungen vom Newtonschen 1/r2-Verhalten der Kraft suchen. Die bes­ten so erzielten Ausschlussgrenzen entsprechen einer maximalen Größe der versteckten Dimensionen von rund 0,04 mm und stammen von Experimenten mit Torsionswaagen der Gruppe von Eric Adelberger an der Universität von Washington [1]. ...

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Lehre

Florian Karsten, Tobias Koch, Franz Kranzinger und Matthias Theis
11 / 2011 Seite 39

Planeten, Wolken oder schwarze Kisten?

Bahnenmodelle gehören zu den einprägsamsten Atomvorstellungen und dominierten lange Zeit den Unterricht über die Struktur der Materie. Angesichts der immensen Diskrepanz zu aktuellen Atommodellen verlangen die Bildungspläne inzwischen die Behandlung zeitgemäßer Vorstellungen in der Schule. Wie kann es gelingen, im Unterricht ein Atommodell zu vermitteln, das altersgemäß ist und trotzdem kein Hindernis auf dem Weg zur Quantenphysik darstellt?

''Wenn in einer Sintflut alle wissenschaftlichen Erkenntnisse zerstört würden und nur ein Satz an die nächste Generation von Lebewesen weitergereicht werden könnte, welche Aussage würde die größte Information in den wenigsten Worten erhalten? Ich bin davon überzeugt, dass dies die Atomhypothese wäre“, meinte Richard Feynman. Das Atomkonzept der Materie und die Atom­modelle gehören unbestritten zu den großen Meilensteinen des naturwissenschaftlichen Weltbilds. Allerdings ist es schwierig, Schülerinnen und Schüler an die modernen physikalischen Atomvorstellungen heranzuführen.
Außerhalb des Physikunterrichts – z. B. im Fernsehen oder in populärwissenschaftlichen Artikeln – sind Atome relativ einheitlich dargestellt: Kleine farbige Kügelchen bewegen sich um einen Kern und kreisen oft planetengleich auf festen Bahnen. Dieses Modell ist zwar sehr einprägsam (Abb. 1), gibt aber 100 Jahre alte physikalische Vorstellungen wieder. Ein zeitgemäßer Physik­unterricht darf bei diesem Modell nicht aufhören. Lehrerinnen und Lehrern, die in der Sekundar­stufe I Physik unterrichten, stellt sich daher die Frage: Was ist ein zeitgemäßes Atommodell, das sich als Einstieg in der Sekundarstufe I eignet und dennoch den Weg zu den Modellen der Sekundarstufe II und der Hochschule bereitet?
In dieser Hinsicht haben sich auch die curricularen Vorgaben gewandelt: In den Physik-Bildungsplänen der 70er-Jahre galt das Bohrsche Atommodell als Quasi-Standard für die Sekundarstufe II. Inzwischen verlangen die Bildungspläne jedoch ein aktuelles, quantenphysikalisches Atommodell. Frühere Modelle spielen höchs­tens im historischen Kontext und unter Betonung ihrer Grenzen eine Rolle. In Baden-Württemberg z. B. sind sie vollständig aus dem Physik-Bildungsplan verschwunden – zugunsten einer „zeitgemäßen Atomvorstellung“ (Sek I) bzw. einer „quantenphysikalischen Modellvorstellung“ (Sek II). Mit diesen Veränderungen geht eine Diskussion geeigneter didaktischer Reduktionen für Atommodelle einher, die für die Sekundarstufe II noch nicht abgeschlossen ist und für die Sekundarstufe I gerade erst begonnen hat. ...

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Physik im Alltag

Michael Vogel
11 / 2011 Seite 44

Warmes Licht für kalte Tage

Vorbei sind die Zeiten, in denen Leuchtdioden Räume in ein kaltes, weißblaues Licht tauchten. Inzwischen gibt es fürs Wohnzimmer auch warmweiße LED-Leuchtmittel.

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Menschen

11 / 2011 Seite 46

Personalien

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Maike Pfalz
11 / 2011 Seite 50

''Wir spielen Quanten-Lego''

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Klaus Morawetz, Rudolf P. Hübener und John R. Clem
11 / 2011 Seite 51

Zum Gedenken an Ernst-Helmut Brandt

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Karl-Henning Rehren
11 / 2011 Seite 52

Nachruf auf Hans-Jürgen Borchers

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Bücher/Software

Andreas Schadschneider
11 / 2011 Seite 53

M. Treiber, A. Kesting: Verkehrs­dynamik und -simulation

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Gerald Gerlach
11 / 2011 Seite 53

M. Vollmer, K.-P. Möllmann: Infrared Thermal Imaging

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Alexander an Haack
11 / 2011 Seite 54

G. Brink: Forschungsmanagement für den täglichen ­Gebrauch

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DPG

Anja Hauck
11 / 2011 Seite 56

Durchstarten mit Rückendeckung

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Christin Baudisch
11 / 2011 Seite 58

jDPG: Einstein-Slam bei den Highlights der Physik

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Markus Otto
11 / 2011 Seite 58

jDPG: Vom Kleinsten zum Größten

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Tagungen

Stefan Scheel und Koenraad Audenaert
11 / 2011 Seite 61

Modern statistical methods in quantum information processing

International WE Heraeus Physics School

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Matthias Wollenhaupt
11 / 2011 Seite 61

''Ich bin begeistert''

51. Wochenendseminar „PhysikerInnen im Beruf“

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11 / 2011 Seite 62

Tagungskalender

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