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Gravitationslinsen
mit Dr. Volker Perlick
6.3.2018
Nach der Allgemeinen Relativitaetstheorie Albert Einsteins werden Lichtstrahlen von schweren Massen abgelenkt. Die Best?tigung dieser Vorhersage durch Beobachtung von Sternpositionen in der N?he des Sonnenrands w?hrend einer totalen Sonnenfinsternis 1919 begründete den Weltruhm Albert Einsteins. Die allgemeinrelativistische Lichtablenkung führt zu einer Reihe von beobachtbaren Ph?nomenen, die unter dem Namen `Gravitationslinseneffekt' zusammengefasst werden. In dem Vortrag wird eine ?bersicht über diese Ph?nomene gegeben: Mehrfachbilder, Ringe und B?gen, Mikrolinsen-Ereignisse und Bildverzerrungen durch `Weak Lensing'. Dabei wird deutlich werden, dass der Gravitationslinseneffekt heutzutage eines der wichtigsten Hilfsmittel der Astrophysik zum Auffinden Dunkler Materie ist.
Die Messung der Zeit
Prof. Dr. Claus L?mmerzahl
13.02.2018
Zeit ist die fundamentalste Gr??e in der Physik. Die Zeit beschreibt die Abfolge von physikalischen Ph?nomenen. Daher sind Uhren mit die wichtigsten Instrumente in der Physik. Daher ist es wichtig zu verstehen, was Uhren jenseits aller technischen Feinheiten für eine Zeit anzeigen.
Daher geht es in dieser Veranstaltung darum darzulegen,
- was aus Sicht der Theorie eine gute Uhr auszeichnet,
- was eine gute Uhr misst,
- was der Vergleich der Zeitmessungen zweier solcher Uhren ergibt.
Im letzten Punkt werden dabei alle m?glichen Effekte der Speziellen und Allgemeinen Relativit?tstheorie anschaulich besprochen. Wir werden auch auf Fragen der Kausalit?t und Zeitrichtung eingehen.
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Entstehung des Sonnensystems, heutiger Zustand und Vergleich mit anderen Planetensystemen
Dr. Marco Scharringhausen
9. Januar 2018
Wir gehen gemeinsamen auf eine Tour durch das Sonnensystem und schauen uns Planeten und sonstige K?rper an, die wir dort vorfinden. Wie wir sehen werden, hat jeder Planet dabei sein eigenes, unverwechselbares Aussehen, das eng mit seiner Entstehungsgeschichte sowie den Prozessen unter und auf seiner Oberfl?che verknüpft ist. Wir erkunden die Grenzen unseres Sonnensystems, sto?en vor in die kalten Regionen des Neptun und Pluto und werden feststellen, dass es dort drau?en gar kein Stra?enschild gibt mit der Aufschrift "Sie verlassen jetzt das Sonnensystem". Wir vergleichen unser Sonnensystem mit anderen
Planetensystemen, werden Exoplaneten kennenlernen und Methoden, diese zu erkunden. Wie sich herausstellt, sieht unser Sonnensystem ganz anders aus als die allermeisten Planetensysteme! Handelt es sich hierbei um eine unerkannte Eigenheit unserer Beobachtungsmethoden oder ist unser Sonnensystem tats?chlich ein Sonderfall?
Schwarze L?cher
Dr. Volker Perlick
12. Dezember 2017
Schwarze L?cher sind Regionen im Universum, die von einem Ereignishorizont umgeben sind. Licht und andere Signale k?nnen diesen Ereignishorizont nur von au?en nach innen, nicht aber von innen nach au?en überqueren. Ein Beobachter im Au?enraum kann also keine Information aus dem Innenraum erhalten. In diesem Vortrag sollen die von der Allgemeinen Relativit?tstheorie vorhergesagten Eigenschaften von Schwarzen L?chern mit einem Minimum an Mathematik erl?utert werden. Es soll dann besprochen werden, dass wir mittlerweile eine Fülle von Beobachtungen haben, die die Existenz von Schwarzen L?chern nahezu zweifelsfrei belegen. Unter anderem wird dargelegt, dass wir guten Grund zu der Vermutung haben, dass im Zentrum unserer Galaxis ein Schwarzes Loch von ca. 4 Millionen Sonnenmassen sitzt. Auch die in diesem Jahr mit dem Physiknobelpreis gewürdigten Beobachtungen von Gravitationswellen belegen die Existenz Schwarzer L?cher: Bei vier der fünf bisher beobachteten Gravitationswellensignale spricht alles dafür, dass sie beim Verschmelzen von Schwarzen L?chern entstanden sind.
Sekunde, Meter und Kilogramm
Prof. Dr. Claus L?mmerzahl
14. November 2017
Sekunde, Meter, Kilogramm ... Wie werden diese und andere Einheiten definiert? Wie kann man diese Einheiten m?glichst genau definieren? Wie kann man diese Einheiten am besten an andere Orte bringen (disseminieren)? Dabei geht es zur Zeit vor allem um die Definition es Kilogramm, für das es zwei neue Vorschl?ge gibt, die wir vorstellen werden.
Da die operationale Definition einer Einheit ein physikalischer Prozess ist, h?ngt die Einführung von Einheiten mit der Gültigkeit von physikalischen Prinzipien und Gesetzm??igkeiten zusammen. Da stehen besonders die Quantenmechanik und die Relativit?tstheorie im Vordergrund. Darüberhinaus sind Definitionen von Einheiten auch stark mit Naturkonstanten verknüpft. Es gibt sogar Vorschl?ge, die physikalischen Einheiten ganz auf Naturkonstanten zurückzuführen. Diese grundlegenden Fragestellungen werden bei diesem Vortrag ebenfalls ausführlich diskutiert.
Turbulenz - ein unverstandenes Ph?nomen
Priv.-Doz. Dr. Rodion Groll
17. Oktober 2017
Seit vielen Jahrhunderten besch?ftigen sich Naturforscher und Wissenschaftler mit der Fragestellung: "Was ist Turbulenz?". Bei der Beobachtung von Flussl?ufen oder der Verwirbelung von Bl?tterhaufen w?hrend eines Herbststurms werden Ph?nomene deutlich, welche nicht durch eine laminare Schichtenstr?mung erkl?rbar sind. Im Rahmen dieser Fortbildung werden ph?nomenologische und numerische Modellans?tze erl?utert, welche zur Beschreibung turbulenter Str?mungen in Technik und Natur beitragen. Ebenso wird erkl?rt, wann Turbulenz auftritt in inwiefern Strukturen in der vermeintlich isotropen Unordnung zu erkennen sind.
Der Quanten-Hall-Effekt und seine Bedeutung
Prof. Dr. Gerd Czycholl
05. September 2017
Als Hall-Effekt bezeichnet man das Auftreten einer elektrischen Spannung (der Hall-Spannung UH) in einem stromdurchflossenen Leiter, der sich in einem statischen Magnetfeld B befindet, senkrecht zur Strom- und zur Magnetfeld-Richtung. Er kann klassisch (auf Schul-Niveau) erkl?rt werden dadurch, dass die Lorentz-Kraft im Magnetfeld die bewegten Ladungstr?ger senkrecht zu ihrer Geschwindigkeit ablenkt. Im Jahr 1980 führte Klaus von Klitzing an (quasi)zweidimensionalen stromdurchflossenen Leitern in sehr starken Magnetfeldern und bei sehr tiefen Temperaturen Messungen von UH durch und fand Plateaus im Hall-Widerstand RH. Für diese Entdeckung des Quanten-Hall-Effekts (QHE) erhielt von Klitzing 1985 den Physik-Nobelpreis. Der Vortrag beginnt mit einem Demonstrationsexperiment zum klassischen Hall-Effekt, der mit einer einfachen Rechnung auch theoretisch erkl?rt wird. Dann werden experimentelle Ergebnisse zum (ganzzahligen) Quanten-Hall-Effekt (QHE) pr?sentiert. Es wird erl?utert, wie man (quasi)zweidimensionale Elektronensysteme realisieren kann und dass freie Elektronen in zwei Dimensionen und im starken homogenen Magnetfeld quantenmechanisch auf das Problem eines harmonischen Oszillators zurückgeführt werden k?nnen. Dann wird erl?utert, wie man damit den QHE zumindest qualitativ verstehen und beschreiben kann. Schlie?lich wird auch noch der fraktionale QHE erw?hnt. Schon wenige Jahre nach von Klitzings Entdeckung fanden n?mlich Tsui, St?rmer et al. an noch reineren Proben und in noch h?heren Magnetfeldern, dass auch QHE-Plateaus bei gebrochen zahligen Vielfachen f e2/h existieren. Tsui, St?rmer und Laughlin erhielten für ihre Arbeiten zum FQHE den Physik-Nobelpreis 1998.
?Beam Me Up“: Von fundamentalen Unterschieden zwischen klassischer und Quantenphysik zur Quanteninformationsverarbeitung
Prof. Dr. Tim Wehling
23. Mai 2017
In dieser Vorlesung werden wesentliche Grundzüge der Quantenmechanik anhand quantenmechanischer Bits – so genannter Q-Bits – illustriert. Q-Bits stellen das wohl einfachste Modellsystem dar, an dem sich seltsame Eigenschaften der Quantenphysik wie das ?berlagerungsprinzip, das stochastische Verhalten bei Messungen und das Konzept der Verschr?nkung direkt veranschaulichen lassen. Um das alles zu verstehen, werden wir zun?chst diskutieren, was ein Q-Bit überhaupt ist und wie sich dieses von einem klassischen Bit unterscheidet. Aufbauend darauf, werden wir ein System zweier Q-Bits betrachten, was uns direkt zum Konzept der Verschr?nkung führt. Wir werden sehen, wieso in verschr?nkten Systemen eine von Einstein als ?spukhaft“ bezeichnete Fernwirkung zwischen r?umlich getrennten Objekten auftritt, die unseren klassischen Vorstellungen von Raum und Zeit zu widersprechen scheint aber dennoch experimentell mittlerweile sehr gut best?tigt ist. Abschlie?end werden wir Anwendungen von Q-Bits und Verschr?nkung insbesondere Quantenkryptographie und der Quantenteleportation diskutieren.
Mit dem zweiten sieht man anderes - Gravitationswellen als zweites Auge zur Erforschung des Weltalls
Prof. Dr. Claus L?mmerzahl und Priv. Doz. Dr. Volker Perlick
25. April 2017
Der direkte Nachweis von Gravitationswellen im September 2015, der im Februar 2016 verkündet wurde, hat nicht nur eine weitere Best?tigung der Allgemeinen Relativit?tstheorie von Albert Einstein geliefert, sondern er hat uns vor allem mit einem "zweiten Auge" zum Universum ausgestattet: Neben der bisher bekannten Astronomie, die auf Beobachtung elektromagnetischer Strahlung basiert, werden wir in den kommenden Jahren den Aufbau einer neuen "Gravitationswellenastronomie" erleben. Vor allem deshalb wird erwartet, dass der direkte Nachweis von Gravitationswellen in Kürze mit einem Nobelpreis gewürdigt wird.
Um die Physik der Gravitationswellen wird es beim ersten Treffen zur Fortbildung von Physiklehrkr?ften zum Thema "Fundamentale Fragen der Physik" gehen. Dabei werden wir erl?utern, wie Gravitationswellen auf Licht und auf Testmaterie wirken und auf welchem Wege sie tats?chlich nachgewiesen wurden. Wir stellen vor, wie Gravitationswellen entstehen. Bei dem im September 2015 beobachteten Ereignis handelte es sich h?chstwahrscheinlich um zwei verschmelzende Schwarze L?cher von zusammen ungef?hr 60 Sonnenmassen. Wir werden sehen, dass man grunds?tzlich Objekte von mindestens einigen Sonnenmassen ben?tigt, um messbare Gravitationswellen zu erzeugen. Zum Schluss stellen wir vor was man in Zukunft für Gravitationswellendetektoren plant (u.a. im Weltall) und zeigen, warum Gravitationswellenastronomie in der Zukunft eine wichtige Rolle spielen wird.