PhysikProfs@School
Professorinnen und Professoren besuchen Ihre Schule oder melden sich per Online-Streaming
Liebe Physik-Lehrerinnen und -Lehrer,
Lehrende des Instituts für Physik der Universität Rostock bieten an, Vorträge zu physikalischen Themen der Sekundarstufe 2 in Ihrer Schule zu halten. Für Ihre Schule entstehen keine Kosten. Die Professorinnen und Professoren kommen gerne in Ihre Schule, selbstverständlich sind aber auch Online-Übertragungen aus unserem Institut möglich.
Die Themen der Vorträge eignen sich insbesondere für den Physik- und Astronomieunterricht, sind zum Teil aber auch fächerübergreifend und interdisziplinär angelegt und beleuchten die technologischen, kulturellen und philosophischen Dimensionen der Physik.
Im Anschluss an die Vorträge kommen wir gern mit Ihren Schülerinnen und Schülern ins Gespräch - über den Vortragsgegenstand, die Physik im Allgemeinen oder auch Berufe in den Naturwissenschaften.
Nähere Informationen zu den Inhalten finden Sie hier auf unserer Webseite. Individuelle Anpassungen sind möglich.
Prof. Dr. Stefan Lochbrunner
Geschäftsführender Direktor
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Wenn Sie einen Vortrag buchen möchten oder nähere Informationen wünschen, wenden Sie sich bitte an:
Wiebke Loseries
Institut für Physik
Universität Rostock
Albert-Einstein-Str. 23-24
D 18059 Rostock
Fon + 49 (0)381 498-6755
physch@uni-rostock.de
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Rechnen mit Licht - Der optische Quantencomputer
Prof. Alexander Szameit
Einer der großen Träume der Naturwissenschaften ist der optische Quantencomputer, also die Möglichkeit, komplexe Probleme mit Hilfe von Licht zu berechnen. Ein solcher Apparat würde eine Rechenleistung an den Tag legen, die weit jenseits dessen liegt, wozu klassische Computer in der Lage sind. Eine besondere Herausforderung liegt dabei in der Miniaturisierung der einzelnen Komponenten – der Realisierung eines optischen Computerchips. Die Vorlesung spannt einen Bogen von den Grundkonzepten des Quantencomputings über die Physik der optischen Wellenleitung, mit deren Hilfe Licht auf vorgegebenen Bahnen geführt werden kann, bis hin zum gegenwärtigen Stand der Kombination beider Technologien: des optischen Computerchips.
Planeten und Sterne im Labor
Prof. Dominik Kraus
Im Inneren von Planeten und Sternen herrschen extreme Zustände: Gewaltige Drücke und hohe Temperaturen erzeugen Bedingungen, die mit dem heutigen Verständnis der Physik noch nicht vollständig beschrieben werden können. Unter Verwendung der größten und brillantesten Laserlichtquellen ist es mittlerweile möglich, diese exotischen Zustände in Laborexperimenten nachzustellen. Dies erlaubt grundlegende Einblicke in das Innere von Planeten und Sternen direkt im Labor. Gleichzeitig entstehen unter diesen extremen Bedingungen neuartige Materialien, die interessante Anwendungen versprechen.
Die schnellste Kamera der Welt
Prof. Thomas Fennel
Hebt ein galoppierendes Pferd eigentlich zeitweise alle 4 Beine vom Boden? Wie entfaltet sich die Leuchterscheinung eines Blitzes? Wie wachsen Nanoteilchen in unserer Atmosphäre? Warum können wir sehen? Der Schlüssel zur Beantwortung dieser und viele anderer Fragen liegt in der Möglichkeit, komplexe Abläufe in Zeitlupe oder in Form von Standbildern festzuhalten und zu verfolgen. Dass eine starke, idealerweise sehr kurze, blitzlichtartige Beleuchtung besonders gute Bilder liefert, wissen wir vom letzten Besuch beim Fotografen. Aber wie kurz kann die Zeitspanne, in der eine Momentaufnahme möglich ist, eigentlich sein? In meinem Vortrag werde ich die entscheidenden Konzepte für ultraschnelle Momentaufnahmen vorstellen und zeigen, mit welchen Tricks Wissenschaftler heute sogar Momentaufnahmen mit „Belichtungszeiten“ im Bereich von Attosekunden erreichen – eine Attosekunde ist der milliardste Teil einer Milliardstelsekunde. Gemeinsam wollen wir mit diesen Tricks einigen faszinierende Naturphänomen auf den Grund gehen.
Dünner gehts nimmer: LEGO mit einzelnen Atomlagen
Prof. Tobias Korn
In vielen Alltagsgegenständen spielen dünne Schichten eine zentrale Rolle: Antireflex-Beschichtungen zieren Brillengläser, die Daten für digitale Bilder und Filme sind in magnetischen Schichten auf Festplatten gespeichert, und in Computer-Chips fließt der Strom durch dünne Halbleiterschichten. Die Herstellung dieser dünnen Schichten erfolgt aktuell in komplexen, teuren Maschinen. Geht das vielleicht auch einfacher? Und wie dünn kann eine Schicht eigentlich werden?Vor knapp 20 Jahren konnten die Physiker Andre Geim und Kostya Novoselov zeigen, dass mit ganz einfachen Tricks einzelne Atomlagen von Graphit hergestellt werden können, dieses zweidimensionale Material wird Graphen genannt. Seither arbeiten Physiker auf der ganzen Welt daran, immer mehr Materialien als einzelne Atomlagen herzustellen. Inzwischen können verschiedene zweidimensionale Schichten wie Lego-Blöcke übereinandergestapelt werden, um die dünnsten Solarzellen und Leuchtdioden zu bauen, die möglich sind.
(Hinweis: Im Rahmen dieses Vortrags können atomar dünne Schichten von den Schülerinnen und Schülern hergestellt und angeschaut werden, wenn ein geeignetes Lichtmikroskop an der Schule verfügbar ist.)
Biophysikalische Wechselwirkungen lebender Zellen auf Oberflächen
Prof. Sylvia Speller
Wechselwirkungsprozesse lebender individueller Zellen mit Oberflächen sind wichtig in der Medizin und für die Sensorik. Zellen reagieren auf Kräfte bzw. Licht. Um den ungestörten Zustand zu messen, werden Wechselwirkungs-Signale genutzt, die weniger stark eingreifen. Nanoskopische Sonden, die auf Basis von Ionenströmen funktionieren, eignen sich zur Untersuchung von lebenden Zellen auf Modell-Oberflächen. Die räumliche Auflösung ist begrenzt durch den Nanopipetten-Durchmesser von circa 40 nm. Knochen- und Herzzellen werden auf strukturierte Oberflächen gesät. Wir untersuchen die morphologischen Änderungen und deren Dynamik z.B. an Migrations-Fronten auf der Nanometer-Skala, als Antwort auf geometrische, elektrische und optische Trigger. Das Ziel ist, die Präferenz und das Verhalten von Zellen in den Oberflächen-Landschaften zu verstehen, damit neue Entwicklungen möglich werden.
Der Tanz der Moleküle
Prof. Oliver Kühn
Moleküle, ist das nicht Chemie? Der Molekülphysiker weiß hier Paul Dirac, einen der Begründer der Quantenmechanik, auf seiner Seite, der sinngemäß feststellte, dass die fundamentalen Gesetze der Quantenmechanik „die gesamte Chemie“ beschreiben. Und, möchte man ergänzen, die Biologie sowie das Verhalten von modernen Materialien usf. Jedenfalls wenn es darum geht, wie das Zusammenspiel von Elektronen und Kernen letztlich die Eigenschaften dieser sehr verschiedenen Systeme prägt. Der Vortrag wird einen Einblick vermitteln, wie Gesetze der Physik in diesen verschiedenen Disziplinen zum Tragen kommen. Dazu werden eine Reihe von Beispielen aus der aktuellen Forschung herangezogen: Wie orientieren sich Zugvögel im Erdmagnetfeld? Was passiert, wenn Licht auf unser Auge trifft? Kann man von der Photosynthese etwas für das Design von neuartigen Materialien zur Solarenergieumwandlung lernen?
Kräfte aus dem Nichts
Prof. Stefan Scheel
Was bedeutet eigentlich das Wort „Vakuum“? Wir denken da vielleicht an die berühmten Magdeburger Halbkugeln, mit denen Otto von Guericke im Jahre 1654 die Existenz des Luftdrucks nachgewiesen hat. Aber heißt es wirklich, dass im Vakuum gar nichts vorhanden ist? Ganz erstaunlicherweise sagt uns die Quantenmechanik, dass sogar im „Nichts“ Kräfte auftreten, die sich die Natur zunutze macht, und die wir in alltäglichen Phänomenen beobachten können. In meinem Vortrag möchte ich erklären, wo diese „Kräfte aus dem Nichts“ herkommen, welche Rolle die Heisenbergsche Unschärferelation dabei spielt, und welche physikalischen Effekte mit ihnen verbunden sind.
Auf die Spitze getrieben: Atome sehen mit der Rastersondenmikroskopie
Dr. Ingo Barke
Mikroskope können winzige Objekte stark vergrößert darstellen und sie damit für den Menschen sichtbar machen. Dabei denkt man unweigerlich an eine Apparatur mit Linsen und einer Lichtquelle. In diesem Vortrag wird eine völlig andere Art der Mikroskopie vorgestellt, die ganz ohne Linsen auskommt und dermaßen leistungsfähig ist, dass winzige Nanostrukturen und sogar einzelne Atome sichtbar gemacht werden können – die Rastersondenmikroskopie. Diese arbeitet mit einer scharfen Spitze und tastet förmlich die dreidimensionale Struktur einer Probe ab. Da mit der Spitze auch Kräfte ausgeübt werden können, eignet sich die Rastersondenmikroskopie darüber hinaus als vielseitiges Nano-Werkzeug, mit dem Atom für Atom komplexe Objekte aufgebaut werden können. An Hand vieler anschaulicher Beispiele und Analogien wird erklärt, wie das funktioniert und welche spannenden Forschungsfragen mit dieser Methode beantwortet werden können.
Einstein macht‘s möglich: Satellitennavigation
Prof. Boris Hage
Wir alle haben wohl schon einmal ein Satellitennavigationsgerät benutzt. Sei es das "Navi" im Auto, beim Joggen mit der Smartwatch, oder im Smartphone beim E-Roller-Ausleihen. Wir erklären das Prinzip dahinter, und wieso sowohl die Quantenphysik als auch die Relativitätstheorie, die Albert Einstein beide mit erfunden hat, dabei eine entscheidende Rolle spielen.
Quantencomputer - Zukunft oder Hype?
Prof. Friedemann Reinhard
Quantencomputer sind in aller Munde. Von allen Großmächten werden aktuell milliardenschwere Forschungsprogramme aufgelegt, um beim Rennen um das erste einsatzfähige Gerät vorne dabei zu sein. Die Grundidee ist einfach: so wie Schrödingers Katze in der Quantenwelt gleichzeitig tot und lebendig sein kann, kann ein quantenmechanischer Computer alle denkbaren Eingaben gleichzeitig verarbeiten – viel schneller als bisherige Computer, die nur eine Eingabe auf einmal abarbeiten können. Doch werden die komplexen Rechenmaschinen ihre Versprechen halten? Welche Ziele wurden bisher erreicht? Und wie würde sich die Welt verändern, wenn Quantencomputer tatsächlich Realität werden?
Der Vortrag wird einen Blick auf den aktuellen Stand der Entwicklung werfen. Neben Quantencomputern selber werden dabei auch andere Anwendungen von Quantentechnologie zur Sprache kommen, zum Beispiel in der Sensorik.
War eine Sekunde schon immer eine Sekunde lang? Wo die Maßeinheiten herkommen
Prof. Stefan Scheel
In unserem täglichen Leben gehen wir, häufig ohne nachzudenken, mit Maßeinheiten wie der Sekunde, dem Meter, oder dem Kilogramm um. Beim Einkauf wissen wir, wieviel Obst wir bekommen, wenn wir nach einem Kilogramm Äpfel fragen. Ein Maßband gibt uns Auskunft über unsere Schuhgröße. Und eine Uhr sagt uns, wann die Unterrichtsstunde vorbei ist. Aber wer legt denn fest, wie lang eine Sekunde ist, und wie schwer ein Kilogramm ist? Und war eine Sekunde schon immer eine Sekunde lang und ein Kilogramm ein Kilogramm schwer? In meinem Vortrag werde ich erklären, wie im Internationalen Einheitensystem (SI) die Maßeinheiten zustande gekommen sind, und wieviel interessante Physik dahintersteckt, sie so genau wie möglich darzustellen.
Trickkiste Nano – von der physikalischen Grundlagenforschung zur technischen Anwendung
Priv.-Doz. Josef Tiggesbäumker
Das Forschungsgebiet der Nanowissenschaft beschäftigt sich mit mikroskopisch kleinen Objekten, die Abmessungen haben, die eine Million mal kleiner sind als ein Millimeter. Aus Sicht der Physik ändert sich auf diesen Größenskalen – Stichwort Quantenwelt – praktisch alles und Nanomaterialien zeigen aus diesem Grund neue, außergewöhnliche Eigenschaften, die für Naturwissenschaftler und Ingenieure hochinteressant sind. Beispiel gefällig? Gold gilt allgemein als äußerst unreaktiv, aber haben sie gewusst, das Goldnanoteilchen hervorragende Katalysatoren sind? Nanotechnologie eröffnet vielfältige Möglichkeiten, hochsensible Sensoren und neue Werkstoffe mit einzigartigen Eigenschaften zu entwickeln. Mit Hilfe einfacher Experimente werden im Vortrag die Konzepte der Physik auf der Nanoskala erläutert. Es wird dargelegt, welche neuen Möglichkeiten sich Forschung und Anwendung erschließen, aber auch welche Risiken die Nanotechnologie möglicherweise birgt.
Schaun wir mal rein – wie die Physik hilft, unseren Körper zu erforschen
Priv.-Doz. Josef Tiggesbäumker
Schwere Erkrankungen wie Krebs müssen in einem möglichst frühen Stadium erkannt und behandelt werden. Um Risiken zu vermeiden, sollte die Diagnostik dabei möglichst nichtinvasive Verfahren einsetzen. Die Physik hat in diesem Zusammenhang vielfältige Methoden entwickelt, das Innere von teils hochkomplexen Objekten, mit geeigneter Strahlung berührungslos zu untersuchen und vielfältige Informationen zu extrahieren. Solche Verfahren sind deshalb hochinteressant für die medizinische Anwendung. Röntgenstrahlung als bekanntestes Beispiel erlaubt es, Krankheiten frühzeitig zu diagnostizieren, sowie den Erfolg von Therapien zu kontrollieren und komplizierte chirurgische Eingriffe zu unterstützen. Ein Beispiel ist die Röntgen-Angiographie zur Erkennung von Blutbahnverengungen und die Röntgenbildüberwachung bei der Einbringung eines Stents. Welche Möglichkeiten eröffnen sich darüber hinaus? Im Vortrag werden die Möglichkeiten, die die Physik anbietet, anhand von Experimenten demonstriert und es wird aufgezeigt, wie man mit Hilfe hochenergetischer Strahlung, radioaktiver Marker, Antimaterie, aber auch Mikrowellen hochkomplexe dreidimensionale Abbildungen des Körpers generiert.
To beam or not to beam. Die Physik von Star Trek
Prof. Alexander Szameit
Beamen, Warpantrieb, Kraftfelder – der Besatzung des Raumschiffs Enterprise steht eine Vielzahl an technischen Möglichkeiten zur Verfügung, unsere Galaxie zu erforschen. Ganz intuitiv nimmt man gewöhnlich an, dass bei dieser Science Fiction das „Fiction“ im Vordergrund steht. Aber ist dem wirklich so? Star Trek begeistert und inspiriert Generationen von Fans, und nicht wenige von diesen arbeiten als Wissenschaftler. Viele der Konzepte von Star Trek – so phantastisch sie auch am Anfang klangen – haben in der Tat Einzug in unser tägliches Leben gefunden. Im Vortrag werden die physikalischen Grundkonzepte von Star Trek näher beleuchtet und auf ihren Realitätsgehalt überprüft. Das Ergebnis wird deutlich sein: Viel von dem, was in Star Trek berichtet wird, hat mehr mit echter Wissenschaft zu tun, als vielen Menschen klar ist.
Die Vermessung der Welt
Prof. Ronald Redmer
Wir kennen in der Atomphysik sehr kleine Abstände, zum Beispiel den Bohrschen Radius des Wasserstoffatoms aB=0,000.000.000.0529 m. Für das Universum sind dagegen sehr große, sprichwörtlich astronomische Abstände relevant: der Abstand Erde-Sonne beträgt 149 Millionen km, unsere Nachbargalaxie Andromeda ist 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt und das beobachtbare Universum hat einen Radius von 13,8 Milliarden Lichtjahren. Doch woher wissen wir, wie weit ein Stern oder eine Galaxie von uns entfernt ist? Im Vortrag werden – motiviert durch das Buch „Die Vermessung der Welt“ von Daniel Kehlmann – Methoden vorgestellt, mit denen das Universum, beginnend mit den Nachbarsternen in der unmittelbaren Umgebung der Sonne bis hin zu seinem heutigen „Rand“, vermessen werden kann. Dabei spielen sogenannte „Standardkerzen“ wie Cepheiden und Supernovae vom Typ Ia eine große Rolle. Die moderne Astronomie und Kosmologie kartografiert das Universum und enthüllt dabei seine großräumige Struktur und Entwicklungsphasen, so dass wir auch etwas über den Anfang und das voraussichtliche Ende des Universums erfahren können.
Die wundersame Welt der Quanten: ... und Er (m/w/d) würfelt doch!
Prof. Dieter Bauer
„Die Theorie liefert viel, aber dem Geheimnis des Alten bringt sie uns doch nicht näher. Jedenfalls bin ich überzeugt davon, dass der nicht würfelt.“ Diesen Satz, der häufig als „Gott würfelt nicht!“ zusammengefasst wird, schrieb Albert Einstein 1926 über die Quantentheorie in einem Brief an Max Born, einem ebenfalls berühmten Physikerkollegen. Die Physik bekam um 1900 herum das Problem, dass sie einige Beobachtungen, wie beispielsweise das Spektrum der Sonnenstrahlung, nicht erklären konnte. Die neu entwickelte Quantentheorie war zwar in exzellenter Übereinstimmung mit den Beobachtungen, aber gedanklich schwer zu erfassen. Die wesentlichen Unterschiede zur klassischen Physik liegen in der prinzipiellen Unbestimmtheit von Messgrößen, in Interferenzerscheinungen für Teilchen, wie sie zuvor nur von Wellen bekannt waren, und in der Verschränktheit von Teilchen, selbst über große räumliche Entfernungen hinweg, so dass der Anschein einer „spukhaften Fernwirkung“ entsteht. Alle diese Quantenphänomene führen zu verblüffenden, dem „gesunden Menschenverstand“ widersprechenden Fakten, von denen einige im Vortrag erörtert werden.
Brownsche Motoren
Priv.-Doz. Heidi Reinholz
Brownsche Bewegung beobachten wir, wenn wir uns die Teilchen in einer Flüssigkeit unter dem Mikroskop ansehen. Diese ungeordnete Bewegung ist es, was wir als Wärme erfahren. Physiker haben versucht, diese zufällige Bewegung in speziell konstruierten Maschinen zu nutzen. Aber das wäre ja ein Perpetuum Mobile. Auch dem sogenannten Maxwellschen Dämon kann das nicht gelingen. Trotzdem ist es unter speziellen Bedingungen möglich, die Brownsche Bewegung für einen Transport von Molekülen zu verwenden. Szenarien, wie sie die Natur in biologischen Systemen eingerichtet hat, werden vorgestellt. Und in der Nanotechnologie kommt diese Idee der Brownschen Motoren bei der Entwicklung von Motoren und Pumpen in Anwendungen auf molekularer Ebene zum Tragen.
Magnetismus – relativistisch betrachtet
Priv.-Doz. Heidi Reinholz
Magneten sind schon seit Jahrtausenden bekannt und wurden als Kompass zur Orientierung verwendet, ohne dass man die Ursache des Magnetismus verstanden hatte. Erklärungen sind erst durch die Quantenphysik und, man glaubt es kaum, die Relativitätstheorie zufriedenstellend möglich geworden. Am Beispiel eines stromdurchflossene Leiters wird das gezeigt. Elektrizität kommt ja nicht zuletzt als Elektromagnet zum Einsatz. Können wir also Magnetismus durch Elektrizität erklären? Zum Teil schon. Das den Leiter umgebende Magnetfeld ist eigentlich das Feld elektrischer Ladungen. Dieser relativistische Effekt ist eins der wenigen makroskopisch spürbaren Phänomene der Relativitätstheorie.
Gravitationswellen-Astronomie: Ein neues Fenster in den Weltraum
Prof. Boris Hage
Bis vor Kurzem basierten fast alle Beobachtungen des Universums darauf, dass wir uns Licht aus dem Kosmos angeschaut haben. Licht meint hier das ganze Spektrum elektromagnetischer Strahlung von langen Radiowellen über sichtbares Licht bis hin zu sehr kurzwelligen Gamma-Strahlen. Weiter vorne steht fast, weil auch Teilchen aus dem Weltraum detektiert (oder erfühlt) werden. Erst jüngst steht uns neben dem Sehen und Fühlen ein neuer Sinn - ähnlich dem Hören - zur Erfassung der Vorgänge im Universum zur Verfügung: Das Registrieren von Gravitationswellen, also von sich wellenartig ausbreitenden Verwerfungen der Einsteinschen Raumzeit. Solche Gravitationswellen entstehen, wenn Sterne, ganze Galaxien oder auch Schwarze (nicht mit Licht sichtbare) Löcher umeinander kreisen, wenn Sterne explodieren, wenn Dunkle Materie umherwabert oder auch beim Urknall. Wir beleuchten, welche neuen Erkenntnisse wir mithilfe der Gravitationswellen-Astronomie erwarten können. Auf dem Weg dahin blicken wir in den faszinierenden Aufbau bestehender und zukünfitger Gravitationswellendetektoren.
Von Herschel zu PLATO: die Planetenjäger
Prof. Ronald Redmer
Mit bloßem Auge können wir die Planeten Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter und Saturn beobachten. Die Entdeckung der Planeten Uranus (Herschel 1781) und Neptun (Galle 1845) sowie des heutigen Zwergplaneten Pluto (Tambough 1930) wurde durch enorme Fortschritte in der Mathematik und Himmelsmechanik sowie durch immer leistungsfähigere Beobachtungsinstrumente möglich. Im Jahr 1995 wurde der erste Planet um einen sonnenähnlichen Hauptreihenstern außerhalb des Sonnensystems nachgewiesen, wofür die Entdecker Mayor und Queloz 2019 den Nobelpreis für Physik erhielten. Mittlerweile sind über 4000 extrasolare Planeten bekannt, von Super-Erden und Mini-Neptunen bis zu heißen Jupitern. Die Suche nach einer zweiten Erde und nach möglichen Lebensformen auf anderen Planeten hat begonnen. Im Vortrag wird der Nachweis von Planeten über die Entwicklung der astronomischen Instrumente von den ersten Spiegelteleskopen Herschels bis zu den heutigen hochauflösenden Geräten dargestellt. Satellitenmissionen wie Kepler, TESS und PLATO spielen dabei heute eine herausragende Rolle.