Physik des Lichts Öffentliches Symposium zum Internationalen Jahr des Lichts - September 2015 Emil-Warburg-Hörsaal H15 Gebäude NW I ...

Physik
des
Lichts
Öffentliches Symposium
zum Internationalen Jahr des Lichts

26. September 2015
Emil-Warburg-Hörsaal H15
Gebäude NW I
Universität Bayreuth

       Physikalisches Institut

Grußwort
Die Vereinten Nationen haben das Jahr 2015 als das Internatio-
nale Jahr des Lichts ausgerufen. Bayreuther Physiker unterstüt-
zen diese weltumspannende Initiative mit einem Symposium
zur faszinierenden Forschung mit und über Licht. Die Veran-
staltung richtet sich insbesondere an Schülerinnen und Schüler
und damit an die künftige Forschergeneration.
Licht ist die Quelle des Lebens. Es ist der Schlüssel zur Selbst-
wahrnehmung des Menschen und des ihn umgebenden Uni-
versums. Licht fasziniert unmittelbar durch zahlreiche Natur-
phänomene, wie der Regenbogen und Farbspiele, Schatten
oder das Nordlicht. Die Erforschung und das Verständnis der
Eigenschaften des Lichts haben alle Gebiete der Wissenschaft
und Technologie tiefgreifend beeinflusst. Durch einfallsrei-
che Forschung über Jahrhunderte hinweg haben wir heute
ein Verständnis der Physik des Lichtes erreicht, das vielfältige
technologische Anwendungen beispielsweise in den Berei-
chen Medizin, Kommunikationstechnik und Energiewirtschaft
ermöglicht. Von diesen direkten Anwendungen physikalischer
Forschung gehen auch enorme ökonomische Impulse aus, man
denke nur an Stichworte wie Laser, Solarzellen, Leuchtdioden
oder Glasfasertechnik. Es ist schwer vorstellbar, wie sich unsere
Lebenskultur, von der Alltagstechnik bis hin zu künstlerischen
Installationen, ohne diese tiefgreifenden Erkenntnisse zur Phy-
sik des Lichts entwickelt hätte.
Wir wünschen bereichernde und begeisternde Einsichten beim
Besuch des Symposiums zur Physik des Lichtes an der Univer-
sität Bayreuth.

Prof. Dr. Matthias Weiss          Prof. Dr. Walter Zimmermann
 Geschäftsführender Direktor        Dekan der Fakultät für Mathe-
 des Physikalischen Instituts       matik, Physik & Informatik

Programm
Ort: Emil-Warburg-Hörsaal H15, Gebäude NW I

 9:30    Begrüßung
         Prof. Dr. Matthias Weiss

 9:35    Eine kleine Geschichte des Lichts
         Prof. Dr. Werner Köhler

10:35    Kaffeepause

11:00    Licht im Gleichtakt
         der Laser und seine Anwendungen
         Prof. Dr. Markus Lippitz

11:45    Licht aus der Ferne
         Qualitätskontrolle von Teleskopspiegeln
         Prof. Dr. Lothar Kador

12:30    Mittagessen

13:30    Licht im Kleinen
         aktuelle Entwicklungen in der Mikroskopie
         Prof. Dr. Matthias Weiss

14:15    Licht, Photosynthese und Quantenmechanik
         Prof. Dr. Jürgen Köhler

15:00    Licht mit Kraft
         Konzept und Verwendung optischer Pinzetten
         Prof. Dr. Holger Kress

 ca.     Laborführungen
15:45    für die Schüler-Stipendiaten der WE-Heraeus-Stiftung

9:35

 Eine kleine Geschichte
 des Lichts
 Prof. Dr. Werner Köhler
 Experimentalphysik IV, Universität Bayreuth
 Arbeitsgebiet: Dynamik und Transport in Weicher Materie,
 Lichtstreuung, Holographie, Interferometrie, Mikroskopie

 Unsere Vorstellung von Licht hat sich im Laufe der Geschich-
 te drastisch verändert. Die „alten Griechen“ stritten noch dar-
 um, ob Licht von den Dingen ausgeht, oder ob unsere Augen
 mit Sehstrahlen die Welt abtasten. In der Neuzeit standen sich
 zunächst Newtons Korpuskulartheorie und Huygens‘ Wellen-
 theorie unvereinbar gegenüber. Maxwell erklärte Licht im 19.
 Jahrhundert als elektromagnetische Welle, die zunächst noch
 des Äthers zur Ausbreitung bedurfte, bis dieser schließlich mit
 Einsteins spezieller Relativitätstheorie abgeschafft wurde. In
 Einsteins Theorie spielt die konstante Lichtgeschwindigkeit
 eine zentrale Rolle. Ihre Messung war lange Zeit eine große Her-
 ausforderung. Heute ist die Lichtgeschwindigkeit fest definiert.
 Im Rahmen der modernen Quantentheorie kann Licht, je nach
 Experiment, sowohl Wellen- als auch als Teilcheneigenschaften
 (Lichtquanten, Photonen) aufweisen, so wie übrigens auch die
 „echten Teilchen“ Elektronen oder Neutronen.

11:00

Licht im Gleichtakt
der Laser und seine Anwendungen
Prof. Dr. Markus Lippitz
Experimentalphysik III, Universität Bayreuth
Arbeitsgebiet: Optische Spektroskopie ultraschneller Prozesse
in einzelnen Nanostrukturen

Was unterscheidet eine Glühbirne von einem Laser? Es ist
nicht die Helligkeit! Selbst eine sehr helle Lampe lässt sich lan-
ge nicht so vielseitig einsetzen wie ein schwacher Laser, denn
dieser liefert im Gleichtakt schwingende elektromagnetische
(Licht-)Wellen. Obwohl die Idee dahinter seit Einstein bekannt
war, dauerte es noch bis 1961, einen Laser auch technisch zu
realisieren. Seither hat der Laser eine ungeahnte Einsatzbreite
erlangt, obwohl dieser zuerst als sinnfreie Spielerei angese-
hen wurde. Ob im DVD-Spieler, in der Wasserwaage, bei der
Geschwindigkeitskontrolle oder im Kompass eines Flugzeugs,
überall haben sich Anwendungen gefunden. In der Forschung
benutzen wir den Laser als Lichtquelle in Mikroskopen, zum
Festhalten kleinster Partikel und um extrem schnelle Vorgänge
in Natur und Technik untersuchen zu können.

11:45

  Licht aus der Ferne
  Qualitätskontrolle von Teleskopspiegeln
  Prof. Dr. Lothar Kador
  Physikalisches Institut und Bayreuther Institut für
  Makromolekülforschung (BIMF), Bayreuth

  Arbeitsgebiet: Spektroskopie einzelner Moleküle, Raman- und
  Fluoreszenzlebensdauer-Mikroskopie, holographische Gitter

  Die wichtigsten Typen optischer Teleskope sind das Linsen- und
  das Spiegelteleskop. Während bis Ende des 19. Jahrhunderts
  das Linsenfernrohr als leistungsfähigere Variante galt, trat da-
  nach das Spiegelteleskop seinen Siegeszug an, nicht nur bei
  wissenschaftlichen Großgeräten: auch viele Hobbyastronomen
  bevorzugen Spiegel-(Dobson-)Teleskope. Von entscheidender
  Bedeutung ist bei ihnen die korrekte Form des Hauptspiegels.
  Im Vortrag wird gezeigt, wie diese auf Bruchteile der Lichtwel-
  lenlänge genau vermessen werden kann – mit einer einfachen
  Methode, die Léon Foucault Mitte des 19. Jahrhunderts entwi-
  ckelt hat. Ihre wichtigsten Komponenten sind ein beleuchteter
  Spalt und eine Rasierklinge.

13:30

Licht im Kleinen
Aktuelle Entwicklungen in der Mikroskopie
Prof. Dr. Matthias Weiss
Experimentalphysik I, Universität Bayreuth
Arbeitsgebiet: Quantitative Aufklärung dynamischer Selbstorganisa-
tionsprozesse in lebender Materie, Lichtmikroskopiemethoden, Trans-
port in komplexen Medien, Spektroskopie von Biomolekülen in lebender
Materie

Ende des 17. Jahrhunderts gelang Antonie van Leeuwenhoek
erstmals in der Menschheitsgeschichte die Beobachtung win-
zigster Partikel, die nur wenige Tausendstel Millimeter groß
sind. Mit einem selbst entwickelten Mikroskop konnte er einzel-
ne Zellen in Pflanzen, die Struktur von Muskelfasern und sogar
die bis dahin unbekannten Bakterien untersuchen. Seit dieser
Zeit erfuhr die Mikroskopie viele verblüffende Neuerungen,
die auch viele faszinierende und wichtige Forschungsthemen
erst ermöglichten. Beispiele aus der jüngeren Vergangenheit
sind die konfokale Fluoreszenzmikroskopie sowie die kürzlich
mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Nanoskopie, die aufzeigt,
wie man die strikte Auflösungsgrenze des Lichts mit großer
Raffinesse umgehen kann. Der Vortrag lädt zu einem kleinen
Streifzug durch die Physik der modernen Lichtmikroskopie mit
besonderem Augenmerk auf biomedizinische Fragestellungen
ein.

14:15

  Licht, Photosynthese
  und Quantenmechanik
  Prof. Dr. Jürgen Köhler
  Experimentalphysik IV, Universität Bayreuth
  Arbeitsgebiet: Elektronische Zustände weicher Materie, Laser-
  spektroskopie, Einzelmolekülspektroskopie

  Als Photosynthese bezeichnet man den Prozess, mit dem Pflan-
  zen, Algen und einige Bakterien Sonnenlicht einfangen und
  zum Aufbau energiereicher Moleküle (Nahrung) nutzen. Dar-
  aus gewinnen Lebewesen ihre lebenswichtige Energie durch
  Spaltung der vorher aufgebauten Moleküle (Verdauung). Da-
  mit hat die Natur einen faszinierenden Mechanismus zur Ener-
  giegewinnung gefunden, egal ob durch Pflanzen in der Tundra
  oder im tropischen Regenwald. Die Robustheit dieser Energie-
  gewinnungsmethode beruht auf einer Arbeitsteilung, die für
  alle Photosynthese betreibenden Organismen sehr ähnlich ist.
  Biologische (Solar-)Zellen fangen das Licht ein und leiten die
  aufgenommene Energie weiter; Wandler nutzen diese Energie
  in mehreren Schritten zum Transport von Protonen, und mole-
  kulare Maschinen, angetrieben von den zuvor bereitgestellten
  Protonen, bauen energiereiche Moleküle auf. Durch raffinierte
  Forschung wird zunehmend klar, wie die komplexen Vorgänge
  um die Photosynthese durch die Gesetze der Quantenphysik
  bestimmt werden. Erfolgsgarant für die Erkenntnisfortschritte
  sind begeisterte Forscherinnen und Forscher aus Physik, Biolo-
  gie und Chemie, wobei diese sich von der Natur auch Kniffe für
  die Entwicklung von neuartigen Solarzellen für unsere Energie-
  versorgung abschauen.

15:00

Licht mit Kraft
Konzept und Verwendung optischer Pinzetten
Prof. Dr. Holger Kress
Experimentalphysik I, Universität Bayreuth
Arbeitsgebiet: Biologische Physik zellulärer Systeme, Lichtmikroskopie,
optische und magnetische Pinzetten, Zugkraftmikroskopie

Wir alle verwenden Licht, um unsere Umgebung sichtbar zu
machen. Aber Licht kann noch mehr. Wenn Licht auf ein Ob-
jekt trifft und von diesem abgelenkt oder absorbiert wird, übt
es eine Kraft auf das Objekt aus. Diese Kraft ist in der Regel so
klein, dass wir sie im Alltag nicht bemerken: Wenn man ein Auto
in der Sonne parkt, ist es ungefähr 0.0001 Newton schwerer als
im Schatten. Das entspricht dem zusätzlichen Gewicht von
etwa 10 Milligramm. Für mikroskopisch kleine Objekte können
die Lichtkräfte jedoch sehr große Wirkung zeigen. So kann man
mit einem durch ein Mikroskop stark fokussierten Laserstrahl
– einer optischen Pinzette – beispielsweise einzelne Bakterien
festhalten, um an ihnen Experimente durchzuführen. Neben
Bakterien lassen sich aber auch andere Zelltypen und sogar
einzelne Moleküle mithilfe optischer Pinzetten auf vielfältige
Weise untersuchen.

Licht. Licht? Licht!
Faszinierende Antworten auf alltägliche Fragen

            Mitmach-Ausstellung zum
            Internationalen Jahr des Lichts

  Licht. Licht? Licht!
  Faszinierende Antworten auf alltägliche Fragen
  Junge DPG (jDPG) Regionalgruppe Bayreuth
  Physikalisches Institut, Universität Bayreuth

  Ausstellung im Foyer vor dem Emil-Warburg-Hörsaal H15

    Wie entsteht ein Regenbogen?
    Warum ist der Himmel blau?
    Wieso schillern Seifenblasen?
    Was ist ein Laser und wofür braucht man ihn?

  Diesen und weiteren Fragen zum Thema Licht widmet sich eine
  Gruppe Bayreuther Physikstudierender in einer Ausstellung an-
  lässlich des von den Vereinten Nationen ausgerufenen Interna-
  tionalen Jahr des Lichts 2015.
  Licht ist nicht nur eine elementare Lebensvoraussetzung für
  Pflanzen, Tiere und jeden einzelnen von uns. Auch in Wissen-
  schaft und Technik funktioniert kaum etwas ohne Licht.
  Die Ausstellung geht mit zahlreichen Experimenten und An-
  schauungsobjekten spannenden Fragen aus Alltag, Physik und
  Technik auf die Spur und macht die Faszination Licht erlebbar.
  Lassen Sie Ihre Neugier wecken und Ihren Forschergeist erwa-
  chen! Lassen Sie sich erleuchten!

H15

Informationen zum Jahr des Lichts
  http://www.jahr-des-lichts.de

Informationen zum Physikstudium
  http://www.dpg-physik.de/service/studium.html
  http://www.physikstudium.info
  http://www.physik.uni-bayreuth.de/de/studium

Organisation
 Prof. Dr. Matthias Weiss
 Geschäftsführender Direktor des Physikalischen Instituts
 Prof. Dr. Walter Zimmermann
 Dekan der Fakultät für Mathematik, Physik & Informatik

Anschrift
 Universität Bayreuth
 Physikalisches Institut
 Universitätsstr. 30
 95447 Bayreuth
 E-Mail: thema.physik@uni-bayreuth.de

weitere Informationen
 http://thema.physik.uni-bayreuth.de