PhysikdesLichtsÖffentliches Symposium zum Internationalen Jahr des Lichts

26. September 2015Emil-Warburg-Hörsaal H15Gebäude NW IUniversität Bayreuth

Physikalisches Institut

GrußwortDie 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 WeissGeschäftsführender Direktor des Physikalischen Instituts

Prof. Dr. Walter ZimmermannDekan der Fakultät für Mathe-matik, Physik & Informatik

der Laser und seine Anwendungen

Qualitätskontrolle von Teleskopspiegeln

aktuelle Entwicklungen in der Mikroskopie

Konzept und Verwendung optischer Pinzetten

für die Schüler-Stipendiaten der WE-Heraeus-Stiftung

Prof. Dr. Matthias Weiss

Prof. Dr. Werner Köhler

Prof. Dr. Markus Lippitz

Prof. Dr. Lothar Kador

Prof. Dr. Matthias Weiss

Prof. Dr. Jürgen Köhler

Prof. Dr. Holger Kress

Programm

9:30

9:35

10:35

11:00

11:45

12:30

13:30

14:15

15:00

ca.15:45

Begrüßung

Eine kleine Geschichte des Lichts

Kaffeepause

Licht im Gleichtakt

Licht aus der Ferne

Mittagessen

Licht im Kleinen

Licht, Photosynthese und Quantenmechanik

Licht mit Kraft

Laborführungen

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

Eine kleine Geschichte des LichtsProf. Dr. Werner KöhlerExperimentalphysik 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.

9:35

Licht im Gleichtaktder Laser und seine Anwendungen

Prof. Dr. Markus LippitzExperimentalphysik 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.

11:00

Licht aus der FerneQualitätskontrolle 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.

11:45

Licht im KleinenAktuelle Entwicklungen in der Mikroskopie

Prof. Dr. Matthias WeissExperimentalphysik 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.

13:30

Licht, Photosynthese und QuantenmechanikProf. Dr. Jürgen KöhlerExperimentalphysik 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.

14:15

Licht mit KraftKonzept und Verwendung optischer Pinzetten

Prof. Dr. Holger KressExperimentalphysik 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.

15:00

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 BayreuthPhysikalisches Institut, Universität Bayreuth

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!

Ausstellung im Foyer vor dem Emil-Warburg-Hörsaal H15

H15

Organisation

Prof. Dr. Matthias WeissGeschäftsführender Direktor des Physikalischen Instituts

Prof. Dr. Walter ZimmermannDekan der Fakultät für Mathematik, Physik & Informatik

AnschriftUniversität BayreuthPhysikalisches InstitutUniversitätsstr. 3095447 Bayreuth

E-Mail: thema.physik@uni-bayreuth.de

weitere Informationen

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

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

Informationen zum Physikstudiumhttp://www.dpg-physik.de/service/studium.htmlhttp://www.physikstudium.infohttp://www.physik.uni-bayreuth.de/de/studium