Ein wenig mehr über uns..

Abgesehen von unseren Treffen am Samstag und am Freitag haben wir in der Vergangenheit auch andere Dinge gemacht. Unsere allerneuesten Vorhaben findest du unter Aktuelles

Dresdenfahrt 2009, 40. Jahrestag der Mondlandung

Anfang Juli 2009 waren wir in Dresden auf der 40. Jahrestagung des Internationalen Förderkreises für Raumfahrt (kurz IFR), die im Zeichen des Jubiläums der ersten Mondlandung (Mission Apollo 11 vom 16. bis 24. Juli 1969) stand. Professor Peter Kramer, Präsident des IFR, hatte uns extra dazu eingeladen.

Und so kam es dann, dass wir in einem Hörsaal der TU Dresden saßen und erwartungsvoll die Vorträge verfolgten. Die Vortragenden spannten den Bogen über Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft der Mondunternehmen: berichteten über die herausragenden Leistungen der sowjetischen Raumfahrt in den 50er Jahren, das amerikanische Apolloprogramm mit dem euphorischen Augenblick der Mondlandung 1969 sowie über visionäre Pläne einer zukünftigen Mondnutzung nach einer "Rückkehr zum Mond".

Besonders interessant war es zu sehen, wie neuartige Technologien Perspektiven für die Nutzung des Mondes und vielleicht irgendwann auch für dessen Besiedelung schaffen könnten. Darunter war z.B. das Freisetzen von Sauerstoff aus dem Mondsand (dem Regolith) und noch viele andere Ideen für das Errichten einer Mondbasis, besonders aber die Gewinnung von Rohstoffen direkt auf dem Mond -- etwa des für die Wasserstofffusion interessanten Isotops Helium 3.

Der politische Aspekt wurde offenbar ausgeklammert, dafür wurden Wissenschaft und Wirtschaft besonders in den Vordergrund gestellt. So stellte es sich heraus, dass es reizvoll sein mag, den Mond zu beobachten, dass es aber für die Astronomie wesentlich interessanter wäre, vom Mond aus andere Himmelskörper zu beobachten, da der Mond keine störende Atmosphäre hat.

Ein schweizer Unternehmen stellte eine in Einzelheiten sorgfätig ausgearbeitete Idee vor, fast schon ein Projekt. Auf der uns abgewandten Seite des Mondes, durch den Mondkörper vor Störstrahlung irdischer Radioquellen geschützt, sollte eine ausgedehnte Anordnung von Radio-Antennen aufgebaut werden, die besonders nach Radiostrahlung aus dem Weltall suchen soll, deren Empfang von der Erde oder vom erdnahen Weltraum aus durch irdische Störstrahlung überdeckt wäre.

Natürlich waren wir auch für nicht-wissenschaftliche Reize empfänglich. Dresden hat nahe beieinander so viel Schönes zu bieten, dass wir stundenlang durch seine Straßen und Anlagen schweiften und nicht aus dem Staunen herauskamen.

Den Abschluss und einen Höhepunkt der Jahrestagung bildete der Gesellschafts-Abend des IFR. Mitglieder mehrerer Generationen des IFR wurden mit Medallien für besondere Verdienste um die Verbreitung der Raumfahrtidee ausgezeichnet und jeweils durch eine Laudatio geehrt. Mehrere freundliche Mitglieder des Förderkreises sprachen uns an unserem runden Tisch an, die ihre Freude zum Ausdruck brachten, dass sich Schülerinnen und Schüler aus Hamburg auf den Weg machten, um an einem Raumfahrtkongress teilzunehmen. Am Ende ließen wir uns an einem Festbuffet verwöhnen, das seinesgleichen sucht.

Die erste Hamburger Nacht des Wissens

In der Hamburger "Nacht des Wissens" des Jahres 2005 (der ersten Hamburger "Nacht des Wissens") zeigten wir bei DESY (Hamburg-Bahrenfeld, Notkestraße 85) vom Samstag, dem 29. Oktober, ab 15:00 Uhr bis 1:00 Uhr am Sonntag, dem 30. Oktober, Versuche: Zur Mathematik zeigten wir Kaleidozyklen (lustige Ketten überraschend beweglich verbundener Tetraeder) und gaben dazu eine Bauanleitung. Und zur Physik der Solitonen (einzelnen Wellenbergen) führten wir auf einer Pendelkette kurze Versuche vor (einer Kette gekoppelter physikalischer Pendel: vielleicht 100 Stahlnägel hintereinander in einer Gummischnur mit quadratischem Profil).

Kaleidozyklen musst du gesehen haben. Die Namensgeber haben offenbar an Kaleidoskope gedacht, die etwas leichter zu beschreiben sind (Röhren mit einem Guckloch an einem Ende und ein paar farbigen Glassplittern am anderen Ende, ausgekleidet mit mehreren Spiegeln, so dass du beim Drehen der Röhre im Guckloch außer den Glassplittern auch mehrere Spiegelbilder der bunten Glassplitter siehst: ein wechselndes Bild schöner Symmetrien).

Anstatt zu versuchen, dir Kaleidozyklen zu beschreiben, möchten wir dich auf eine Website hinweisen, zu der uns Google verholfen hat (Google bot uns 519 Websites an):

www.mathematische-basteleien.de

Die allermeisten Schablonen, aus denen wir Kaleidozyklen gebaut haben, haben wir dem Album von Doris Schattschneider und Wallace Walker entnommen. Die deutsche Übersetzung hat den Titel: MC Escher-Kaleidozyklen (mit 14 Bögen für 16 Kaleidozyklen).

Solitonen sind Erregungen, deren Graphen genau einen Wellenberg (oder ein Wellental) zeigen -- oder deren erste Ableitungen der Graphen genau einen Wellenberg (oder ein Wellental) haben. Obwohl schon im Jahre 1834 entdeckt und immerhin schon 1895 erklärt, gelangten sie erst in der Physik und Mathematik der 2. Hälfte des 20. Jahrhunderts zu hohem Ansehen. Heute sollen mehr als 70 verschiedene Solitonengleichungen bekannt sein.

Tsunamis gehören sicher zu den Solitonen, die am meisten Unheil angerichtet haben. Die Langlebigkeit des großen Roten Flecks auf dem Jupiter wurde als Hinweis verstanden, dass der Riesenwirbel ein Soliton wäre. Für die Nachrichtenübertragung wichtig sind optische Solitonen in Glasfasern.

Der schottische Schiffsingenieur John Scott Russel berichtete ausführlich, wie ihm die erste "solitäre Welle'' über den Weg lief

(siehe http://www.ma.hw.ac.uk/~chris/scott_russell.html ):

"I was observing the motion of a boat which was rapidly drawn along a narrow channel by a pair of horses, when the boat suddenly stopped -- not so the mass of water in the channel which it had put in motion; it accumulated round the prow of the vessel in a state of violent agitation, then suddenly leaving it behind, rolled forward with great velocity, assuming the form of a large solitary elevation, a rounded, smooth and well-defined heap of water, which continued its course along the channel apparently without change of form or diminution of speed. I followed it on horseback, and overtook it still rolling on at a rate of some eight or nine miles an hour, preserving its original figure some thirty feet long and a foot to a foot and a half in height. Its height gradually diminished, and after a chase of one or two miles I lost it in the windings of the channel. Such, in the month of August 1834, was my first chance interview with that singular and beautiful phenomenon which I have called the Wave of Translation.''

Eine Art von Solitonen, mit der du besonders leicht umgehen kannst, wollten wir dir in der Hamburger "Nacht des Wissens'' zeigen: topologische Solitonen auf einer selbstgebauten Kette gekoppelter physikalischer Pendel (gebaut nach Empfehlungen von Gerd Koppelmann, der in der Lehrerausbildung an der TU Berlin tätig war, inzwischen verstorben ist). Es sind Verdrehungen einer Pendelkette, die nicht auseinanderlaufen, obwohl wir das zunächst erwarten. In gewisser Weise ähneln sie Knoten, die ja auch topologische Gebilde sind.

Du konntest an unserem DESY-Stand in der Hamburger "Nacht des Wissens'' einiges mit Solitonen anstellen:

1) Du konntest Solitonen erzeugen und sie laufen lassen, bis sie nicht mehr können und sie dann mit deinen eigenen Händen anfassen (wir kennen in Hamburg nur noch eine Stelle, wo du das auch noch könntest) -- oder

2) du konntest Solitonen von einem Medium in ein anderes übergehen lassen, wobei sie entweder schneller oder langsamer werden, oder

3) sie an der Grenze zweier Medien reflektieren lassen oder

4) sie durch einen Potentialberg tunneln lassen; oder

5) Solitonen gegen Solitonen laufen lassen oder

6) ein langsames Soliton von einem schnelleren Antisoliton überholen lassen und

7) beobachten, wie sich das schnellere Antisoliton und das langsame Soliton gegenseitig vernichten, wobei ihre Energie als Strahlungs-Energie zurückbleibt, die schließlich in Wärme-Energie übergeht.

Vortragsreihe im Landesinstitut für Lehrerbildung und Schulentwicklung"

Während des Schuljahres 2002/2003 hatten wir am Hamburger "Landesinstitut für Lehrerbildung und Schulentwicklung" vor Schülerinnen und Schülern UND vor Lehrerinnen und Lehrern eine Reihe von acht Vorträgen über Themen der modernen Physik gehalten (Physik des 20. Jahrhunderts) -- und zwar in der Abteilung Fortbildung (Li-F; früher IfL: Felix-Dahn-Str. 3).

Auch für das Schuljahr 2003/04 boten wir den interessierten Schülerinnen und Schülern, Lehrerinnen und Lehrern aus Hamburg und Umgebung eine Acht-Vorträge-Reihe am Hamburger Landesinstitut für Lehrerbildung und Schulentwicklung an. Es ging um QUANTENCOMPUTER. Die ersten vier Vorträge fanden im ersten Schulhalbjahr, zwischen September und Dezember 2003 statt (in jedem Monat einmal); die letzten vier im zweiten Schulhalbjahr, jedesmal am ersten Dienstag der Monate März bis Juni (jeder Vortrag von 16 bis 18 Uhr).

 

 

 

  • In den ersten vier Vorträgen verschafften wir uns [die Vortragenden und die Zuhörenden] einen Eindruck vom Deutsch-Jozsa-ALGORITHMUS. (Ein Algorithmus ist ein Rechenverfahren, nach dem ein Computer rechnen kann; und der Deutsch-Jozsa-Algorithmus ist ein Rechenverfahren, nach dem ein QUANTENcomputer rechnen kann.)
  • Im fünften Vortrag gingen wir auf den ELEKTRISCHEN Dipol im ELEKTRISCHEN Feld ein, zunächst auf seine potentielle Energie als Funktion des Winkels zwischen dem Dipol und der lokalen Feldlinie. Danach berechneten wir das Drehmoment des Felds auf den Dipol, auch als Funktion des Winkels zwischen dem Dipol und der lokalen Feldlinie.

    Mit diesem fünften Vortrag wollten wir die jüngeren Interessenten auf den nächsten, den sechsten Vortrag einstimmen, in dem wir mit MAGNETISCHEN Dipolen im MAGNETISCHEN Feld rechnen mussten: Denn wer bisher wenig mit elektrischen oder magnetischen Dipolen zu tun hatte, konnte sich beim Rechnen mit anschaulichen elektrischen Dipolen auf die etwas weniger anschaulichen magnetischen Dipole einstellen.

  • Im sechsten Vortrag beschrieben wir den bisher erfolgreichsten Quantencomputer: den 7-Quantenbit-Computer, der (immerhin schon im Dezember 2001) die Zahl 15 in ihre Primzahlfaktoren 3 und 5 zerlegen konnte.

    Seine Speicherplätze sind sieben Atomkerne der Spinquantenzahl 1/2 in ihrer Eigenschaft als MAGNETISCHE Dipole innerhalb eines Moleküls. Dieses Molekül wird in der Hardware des Quantencomputers in Hunderten von Millionen Exemplaren bereit gehalten (in einigen Kubikzentimetern wässriger Lösung). Die Atomkerne mit magnetischem Moment können sich in einem starken äußeren MAGNETfeld nur parallel oder antiparallel zu den magnetischen Feldlinien einstellen (ein halbwegs anschaulicher Quanteneffekt).

    Jeder dieser einem starken MAGNETfeld ausgesetzten Atomkerne befindet sich in seinem Grundzustand (parallel zu den Feldlinien) oder in seinem angeregten Zustand (antiparallel zu den Feldlinien) -- oder aber in einer Überlagerung dieser beiden Zustände! (Auch das ist nur als ein Quanteneffekt zu verstehen.) Kurz, jeder der sieben Atomkerne verkörpert ein QUANTENBIT.

  • Nachdem wir im sechsten Vortrag den 7-Quantenbit-Computer als den stärksten Quantencomputer unserer Zeit gefeiert hatten, mussten wir ihn am Anfang des siebenten Vortrags erst einmal schlecht machen, sonst hätte keiner eingesehen, dass wir etwas Besseres brauchen. Tatsächlich hat er einen schweren Mangel: er lässt sich nicht SKALIEREN, das heißt nicht einfach vergrößern; über zehn Quantenbits lässt er sich kaum erweitern.

    Weil die Kernspins aber ideale Speicher darstellen (sie werden kaum von der Umgebung gestört), hatte Bruce E. Kane (einer der führenden Forscher auf dem Gebiet der Quantencomputer) einen anderen mit Kernspins arbeitenden Quantencomputer vorgeschlagen, der letzten Endes über TAUSENDE von Quantenbits verfügen könnte:

    In einem defektfreien hochreinen Silizium-Wirtsgitter sollen Phosphor-Atome mit der Massenzahl 31 in regelmässigen Abständen in einer Linie hintereinander eingepflanzt werden, damit in ihren Atomkernen die Quantenbits gespeichert werden können. Weltweit arbeiten zwei Forscherteams (eines in den USA und eines in Australien) fieberhaft daran, ihn zu verwirklichen.

  • Im achten Vortrag gingen wir auf einen ganz anderen Ansatz für Quantencomputer ein, nämlich OPTISCHE Quantencomputer: Laserpulse eignen sich bestens, Signale zu übertragen, durch Glasfasern oder durch Luft; aber viel schwieriger ist es, alle in den Lasersignalen enthaltenen Informationen ohne Zeitverlust zu speichern.

    Doch dieses Problem könnte sich mit verlangsamtem Licht lösen lassen, denn seit den neunziger Jahren gelang es, Medien zu finden, in denen sich Lichtsignale sensationell langsam bewegen: im Jahre 1999 bewegte sich das langsamste Lasersignal mit 17 m/s; im Jahre 2001 mit 1 m/s; und inzwischen lassen sich Lasersignale in verschiedenen Medien sogar ganz anhalten! Diese Entwicklungen könnten OPTISCHE Quantencomputer möglich machen, die noch schneller als alle ELEKTRONISCHEN Quantencomputer wären.

World Space Week 2001

Am 6. Oktober 2001 haben Sweetlana Fremy, Julia Weingart, Ansgar Hamer, Matthias Schult und Herr Tausendfreund in Berlin auf der "World Space Week 2001" zu Themen der Raumfahrt und Astrophysik vorgetragen (Manuskripte zu den Vorträgen hat der Berliner Spaceclub).

Hamburger Raumfahrtgespräche"

Einen Vortrag haben wir alle gemeinsam am 15.2.2001 an der Fachhochschule im Rahmen der "Hamburger Raumfahrtgespräche" unter dem Titel "TESLA und die Physik des 21. Jahrhunderts" gehalten, angeleitet von Herrn Dr. Karsten Büßer (DESY). Dabei haben wir den geplanten Teilchenbeschleuniger TESLA vorgestellt sowie einiges über den Stand der heutigen Physik erzählt.

Berlinfahrt, 100 Jahre Quantenphysik

Vom 14. bis zum 16. Dezember 2000 waren wir ein zweites Mal in Berlin, auf dem Symposium "100 Jahre Quantenphysik".

United Space Parade in Berlin

Im September 2000 sind wir gemeinsam nach Berlin gefahren, um auf der "United Space Parade 2000" vier öffentliche Vorträge zu halten. Es ist aber leider nur zu unserem Solitonenvortrag gemeinsam mit Herrn Dr. Tausendfreund -- unserem Betreuer -- gekommen; die anderen angemeldeten Vorträge mussten ausfallen.

Diesen Vortrag und auch die drei ausgefallenen Vorträge haben wir aber hier in Hamburg an der Fachhochschule am Berliner Tor gehalten. Sie gingen aus Arbeiten hervor, die wir für den Thinkquest-Wettbewerb geschrieben hatten. Die Themen der Arbeiten waren: