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Vorträge

Die Kraft aus dem Nichts
Physikvortrag am Ignaz-Günther-Gymnasium

Warum interessiert sich ein Gecko für Physik? Ist ein Vakuum wirklich ganz leer? Und was ist die Casimir-Kraft? Professor Dr. Gert-Ludwig Ingold von der Universität Augsburg beantwortete diese Fragen in einem Vortrag am IGG.
Normalerweise könnte man meinen, in einem Vakuum gebe es nichts und passiere nichts. Professor Ingold versuchte mit einem Bild zu erklären, wie ein Vakuum ausschaue: nämlich wie ein buntes Chaos aus Lichtteilchen. Der holländische Physiker Hendrik Casimir hat schon 1948 herausgefunden: Wenn zwei Metallplatten ins Vakuum gestellt werden, ziehen sie sich gegenseitig an. Dieser Effekt wird seitdem „Casimir-Effekt“ genannt. Professor Ingold erklärte dazu in Kurzform die Quantenphysik, den Welle-Teilchen-Dualismus und die Heisenberg‘sche Unschärferelation anhand eines zitternden Pendels.
Bei den schon erwähnten beiden Metallplatten kämpfen die inneren und äußeren Lichtwellen um die jeweils größere Kraftausübung: Die Außenseite gewinnt, das Außenvakuum drückt die Platten zusammen. Diese Kraft nun kann man messen, wenn auch in extrem kleinen Werten. „Die Kraft aus dem Nichts“ nannte Professor Ingold diese Kraft.
Wozu dient nun diese Erkenntnis? Diese Casimir-Kraft kann die winzigen Beschleunigungsmesser in Airbags und Smartphones zum Zusammenkleben bringen und damit defekt machen. Oder sie könnte relevant sein bei der Suche nach der numinosen „fünfte Kraft“, von der viele Physiker sprechen. Sie funktioniere auch ähnlich wie die van-der-Waals-Kraft, die zum Beispiel einen Gecko dazu befähige, eine Wand hinaufzulaufen mittels dieser Anziehungskraft.
Die Zuhörer, darunter viele Schüler, stellten zur Freude des Professors noch viele nachforschend-interessierte Fragen, die er genauso tiefschürfend beantwortete.
Text und Fotos: Rainer W. Janka

Von Femto- und Attosekunden

Vortrag über Licht im IGG

Was ist eine Femtosekunde? Das Licht braucht für die Strecke vom Mond zur Erde gerade mal eine Sekunde. Eine Femtosekunde entspricht der Strecke, die es für die halbe Wellenlänge von rotem Licht braucht. Das sind ca.0,000000000000001 Sekunden. In Garching wurde ein Lichtblitz erzeugt, der 80 Attosekunden maß. Eine Attosekunde braucht Licht, um ein einzelnes Wassermolekül zu durchqueren, lange Zeit war dies ungeschlagen und damit der kürzeste Lichtblitz der Welt.
Unter dem Titel „Licht der tausend Möglichkeiten“ hielten Dr. Silke Stähler-Schöpf vom Munich Centre for Advanced Photonics und Dr. Andreas Kratzer von der Technischen Universität München im IGG einen Vortrag über die Phänomene des Lichts. Anlässlich des gegenwärtigen „Jahr des Lichts“ präsentierten sie die zahlreichen, faszinierenden Eigenschaften von Licht und führten spannende Experimente vor.
So kann man beispielsweise, wenn das nächste Mal eine Glühbirne durchbrennt, eine handelsübliche Essiggurke mit Hilfe zweier Nägel an die Steckdose anschließen - und sie wird zu leuchten beginnen. Oder man könnte beim nächsten Diskoabend sparen: Lässt man weißes Licht durch ein Gitter scheinen, so wird dieses auf Grund der Interferenz in die Regenbogenfarben aufgespalten. Aber nicht nur einmal, bestenfalls bekommt man gleich mehrere Stellen mit so einem schönen Muster. Das Licht geht durch die Schlitze des Gitters und beeinflusst sich danach selbst, so dass die verschiedenen Wellenlängen verschieden stark abgelenkt werden und dadurch nicht mehr ein einzelner weißer Lichtpunkt zu sehen ist, sondern links und rechts davon dessen einzelne Bestandteile, also Regenbogenfarben.
Licht ist nicht nur Welle. Gleichzeitig verhält es sich wie Teilchen, man könnte es sich vorstellen, wie Billardkugeln, die aufeinander treffen. Die dritte und offensichtlichste Möglichkeit ist, Licht als Strahl zu sehen. Die Eigenschaften des Lichts erfordern verschiedene Modelle. Will man wissen, wie das Licht der Taschenlampe an der Linse gebrochen wird, so wäre es sinnlos, die Bewegung jedes einzelnen Teilchens zu berechnen.
Mit den extrem kurzen Lichtblitzen lassen sich die Elektronenwolken von Atomen „fotographieren“ und Teilchenbeschleuniger bieten eine weniger schädliche Behandlung von Krebs: Licht ist die Grundlage des Lebens, hilft den Aufbau unserer Bestandteile besser zu verstehen und rettet uns vielleicht sogar einmal das Leben.
Im Vortrag wurde mit passenden Vergleichen die Quantenphysik einfach verständlich erklärt. Sogar Schüler aus der Unterstufe hatten so die Chance, Fragen zu stellen und mehr über die spannende Welt der Physik zu erfahren.
Dabei ist die humanistische Bildung, die am Ignaz-Günther-Gymnasium praktiziert wird, gar nicht so weit von der Physik entfernt, wie Dr. Kratzer bemerkte. Der berühmte Physiker Werner Heisenberg besuchte ebenfalls ein humanistisches Gymnasium in München und kam dort in Berührung mit der antiken Naturphilosophie, welche ihn nachhaltig beeinflusste. Dr. Kratzer kam zu dem Schluss, dass die humanistische Bildung letztlich auch der Ursprung der Quantenmechanik sei.

Text: Adrian Ebert

Fotos: GÜNTHER LANZINGER

Professor Axel Schenzle in Aktion

Und Gott würfelt doch!
Vortrag über die Quantentheorie im IGG

Es menschelt auch in der Physik: Max Planck hat seine berühmte „Planck-Formel“ empirisch geraten, erst später wurde sie bewiesen, auch hat er seine eigene Quantenmechanik nicht geglaubt. Auch Erwin Schrödinger hat spekuliert. Albert Einstein wiederum hat Erwin Schrödinger nicht gemocht und dessen Quantentheorie wegen der Unsicherheiten in der Wahrscheinlichkeit abgelehnt mit den Worten: „Gott würfelt nicht!“ Erwin Schrödinger wiederum hat die „Quantenspringerei“, wie er sie genannt hat, gehasst. Und heutige Physik-Studenten lassen sich von Laser-Schwertern aus dem Film „Star Wars“ zu Experimenten inspirieren.
Diese menschlichen Verhaltenweise von Quanten-Physikern, mehr aber noch deren Berechnungen und Theorien, hat Professor Axel Schenzle, emeritierter Dekan der Physikalischen Fakultät der Ludwigs-Maximilians-Universität München, in einem äußerst komplexen, aber auch höchst lebendigen Vortrag in der Aula des Ignaz-Günther-Gymnasiums (IGG) erzählt und erklärt.
Anfangs ging er weit zurück in die Wissenschaftsgeschichte, begann bei dem mittelalterlichen Mönch Roger Bacon und ging dann schnell über Nikolaus Kopernikus, Isaac Newton und Galileo Galilei zu Nils Bohr und Max Planck und endete schließlich bei der Heisenberg’schen Unschärfe-Relation
Mit vielen mathematischen Formeln erklärte Professor Schenzle die Entstehungen, Zusammenhänge und Folgen der Quantentheorie verständlich und teilweise auch witzig. Warum fällt ein Elektron nicht in den Atomkern? Die Antwort führt zum „Welle-Teilchen-Dualismus“, der Tatsache, dass Objekte der Quanten-Physik sich gleichermaßen als Wellen oder als Teilchen verhalten können, was im berühmten Young’schen Doppelspaltexperiment nachgewiesen wurde. Und: Teilchen sind nie genau da, wo sie sein sollten, sondern nur ungefähr da, und sie kommen nie zur Ruhe. Allerdings betonte Professor Schenzle, dass sie nie da und da seien. Jede Messung verändere den Zustand ihrer Energie.
Eindringlich forderte Professor Schenzle dabei: „Wir dürfen der Natur nicht vorschreiben, wie sie sich zu verhalten hat, sondern wir müssen demütig von ihr lernen!“
Nach beinahe zwei Stunden waren die zahlreichen Zuhörer konzentrationsmäßig erschöpft, aber hoch beglückt von diesem Einblick in die Geheimnisse der Quantentheorie.
Rainer W. Janka