Akademische Mittagspause 2023

Beschreibung: Dieser Vortrag führt in das Thema der akademischen Mittagspause ein und gibt einen kurzen Überblick.

Beschreibung: Unser Universum hat ganz einfach angefangen. Gleich nach dem Urknall war es homogen und isotrop, mit nur winzigen Schwankungen in Dichte und Temperatur. Im Gegensatz dazu ist unser Kosmos, wie wir ihn heute sehen, stark strukturiert. In dieser Entwicklung zu zunehmender Komplexität kommt der Entstehung der ersten Sterne vor etwa 13 Milliarden Jahren besondere Bedeutung zu. Ihr Licht beendet das so genannte "dunklen Zeitalter", und sie spielen eine Schlüsselrolle bei Bildung von Galaxien wie unserer Milchstraße. Dieser Vortrag gibt einen Einblick in diese spannende Übergangsphase der kosmischen Entwicklung.

Beschreibung: Quantencomputer rechnen exponentiell schneller als herkömmliche Computer – aber nur dann, wenn der Quantenalgorithmus die mathematische Struktur des zu lösenden Problems ausnutzt.

Beschreibung: Aktive Materie benutzt lokale Energiequellen oder Energieflüsse und unterscheidet sich dadurch wesentlich von passiven Systemen. Beispiele sind Ensembles von Bakterien oder Zellen, die Muster formen oder Schwärme ausbilden können, die emergent sind, d.h. diese Strukturen sind nicht in direkter Weise vom Verhalten eines einzelnen "Teilnehmers" (einzelne Zelle) ableitbar.

Beschreibung: Dass unsere Welt keine Scheibe ist, können wir überprüfen, indem wir die Erde umrunden. Doch zeigt das schon, dass unsere Welt eine Kugel ist? Denn auch Pacman, Snake und Co. aus den Videospielklassikern können ihre Welt umrunden…

Beschreibung: Für wenige Billiardstel-Sekunden erzeugen Hochleistungslaser Lichtblitze, die die Helligkeit von Sonnenlicht auf der Erde im Vergleich wie einen blassen Stern am Himmel erscheinen lassen. Mit diesem intensiven Licht ist es möglich Elektronen – den elementaren Klebstoff, der Atome zu Molekülen verbindet – in ihrer ultraschnellen Bewegung zu beeinflussen. Als Folge verändern Moleküle ihre Struktur und diese Änderungen können wir wie in einer extremen Zeitlupe sogar "filmen" und damit diese grundlegenden Abläufe erforschen und immer besser verstehen. Können wir mit diesem Verständnis der hochintensiven Licht–Materie Wechselwirkung in Zukunft vielleicht neue chemische Verbindungen herstellen, sogar auf atomarer Ebene strukturierte Stoffe "3D-drucken"? Können wir mit Licht programmierte Atom- und Molekülstrukturen als (Quanten-)Rechner benutzen? Die Entwicklung aus diesen Grundlagenerkenntnissen wird sicher noch dauern...

Beschreibung: Überall um uns herum begegnen uns Muster – auf Tapeten, auf Gehwegen oder auf Stoffen – und obwohl sie auf den ersten Blick alle verschieden aussehen, gibt es nur sehr wenige mathematisch unterschiedliche Muster. In diesem Vortrag erkläre ich, warum das so ist und wie wir die Muster unterscheiden können.

Beschreibung: Planeten sind häufiger als Sterne, aber woher sie kommen, ist schwer zu verstehen. Mathematik und theoretische Physik können dabei helfen, auf neue Ideen zu kommen.

Beschreibung: Van Goghs "Sternennacht" scheint es in magischer Weise nahezulegen: Können wir aus der uns umgebenden turbulenten Bewegung etwas über die Dynamik des weiten Universums erfahren, sie im Labor studieren?

Beschreibung: "Kann der Flügelschlag eines Schmetterlings in Brasilien einen Tornado in Texas auslösen?” Dieser bekannte Satz von Edward Lorenz über das Verhalten komplexer dynamischer Systeme, wie zum Beispiel des globalen Wetters oder Klimas, ist wohlvertraut. Aber wie werden dann komplexe Naturphänomene und physikalische Systeme am Computer simuliert, um präzise Wetter- oder Klimavorhersagen zu machen, oder die Flugsicherheit eines modernen Flugzeugs zu garantieren?

Beschreibung: Menschen treffen täglich Entscheidungen – sowohl einzeln als auch in Gruppen – basierend auf Argumenten und Rationalität. Teilchen fehlt ein Bewusstsein, aber lassen sich Entscheidungen durch Dynamik von Teilchen modellieren?

Beschreibung: Zwischen der Mars-Bahn und der Jupiter-Bahn gibt es keinen weiteren großen Planeten. Das hatten die Astronomen im 18. Jahrhundert aufgrund der „geometrischen Struktur“ der Planetenbahnen aber eigentlich erwartet. Stattdessen gibt es dort sehr viele „Kleinplaneten“. Eine ganze Reihe davon wurde in Heidelberg entdeckt. Max Wolf (1863 - 1932) betrieb bereits als Schüler und Student in der Märzgasse ein Observatorium. Er wurde später Professor an der Universität Heidelberg und Gründungsdirektor der Badischen Landessternwarte auf dem Königstuhl (1898). Max Wolf war ein Pionier der Astrofotografie und entdeckte viele Kleinplaneten. Das besondere bei diesen astronomischen Objekten ist: Der Entdecker darf den Namen vorschlagen! So beziehen sich viele Kleinplaneten-Namen auf Heidelberg oder Baden. Auch in den letzten Jahrzehnten wurden noch Kleinplaneten in Heidelberg entdeckt – manchmal haben ihre Namen ebenfalls noch einen lokalen Bezug.

Beschreibung: Wäre es nicht spannend, wenn man das Universum mehrmals erschaffen und damit die verschiedenen Ausgestaltungen studieren könnte? Das Universum in all seiner Vielfalt kann in einem Labor nicht nachgestellt werden, aber Aspekte und Fragen wie zum Beispiel – was passiert, wenn sich der Raum ausdehnt – sind seit letztem Jahr im Labor zugänglich.

Beschreibung: Markov-Ketten: Ein Blick hinter die Kulissen von Strömungsstrukturen.

Beschreibung: Von ChatGPT, zu dem Papst in Daunenjacke – Künstliche Intelligenz (KI) ist in aller Munde. Aber was steckt dahinter? Und was können wir vom Gehirn noch lernen? Ein Blick in die Zukunft an der Schnittstelle von Neurowissenschaft und KI.

Beschreibung: Der Espresso, den Sie morgens trinken, enthält über eine Quadrillion Teilchen – um zu verstehen wie der Kaffee in die Tasse fließt, ist das Verhalten der einzelnen Teilchen jedoch unerheblich, da man die Flüssigkeit als Ganzes betrachten kann. In diesem Vortrag diskutieren wir Experimente, bei denen wir mit 10 ultrakalten Lithiumatomen testen, ob auch bei so wenigen Teilchen die Beschreibung als Flüssigkeit zutreffend ist.

Beschreibung: Haben Sie schon mal ein 1.8 dimensionales Gemüse gesehen? In diesem Vortrag werden Sie erfahren, was es bedeutet, wenn Dimensionen plötzlich keine ganzen Zahlen mehr sind.

Beschreibung: Wie lassen sich die Strukturen im Universum charakterisieren und von einer rein zufälligen Verteilung der Materie unterscheiden? Das mathematische Gerüst unseres Universums soll eine Antwort auf diese Frage geben und führt uns dabei auf die Spur der rätselhaften dunklen Materie.

Beschreibung: Sterne, die viel heller und massereicher sind als unsere Sonne, erzeugen und verbreiten die Bausteine unseres Lebens, bevor sie schließlich zu Schwarzen Löchern kollabieren. Die quantitative Analyse des Lichts dieser Sterne ermöglicht uns Eigenschaften und Einfluss dieser Sterne zu erforschen sowie ihre Entwicklungswege vorherzusagen.

Beschreibung: Optimaler Transport ist ein lange untersuchtes Forschungsthema und damals wie heute relevant für eine effiziente Verteilung von Ressourcen. Viele effiziente Transportsysteme (Straßen, Bäume, Blutgefäße, ...) nutzen ein komplex verzweigtes Transport-Netzwerk. Doch wie und warum bilden sich eigentlich solche Verzweigungen?

Beschreibung: In diesem Vortrag werden wir untersuchen, wie zwei gegensätzliche Phänomene (z.B. Abstoßung und gleichzeitige Anziehung) zu Strukturbildung führen.

Beschreibung: In einem realen Meeting weiß jeder Teilnehmer: Wo wer hinschaut. Diese Information geht im Digitalen verloren. Können wir dieses verlorene Wissen mit neuster Technology wieder gewinnen, ohne extra Hardware zu verwenden?

Beschreibung: Wie das kosmische Spinnennetz an Galaxien entstanden ist und wie sich Galaxien konkret entwickeln sind zentrale Fragen der modernen Astrophysik. Insbesondere können wachsende supermassereiche Schwarze Löcher die Entwicklung ganzer Galaxien mit Millionen von Sternen beeinflussen, in deren Zentren sie oft zu finden sind. Wie das sein kann und welche neuen Ergebnisse wir uns von neuen Forschungssatelliten und Teleskopen erwarten, wird in diesem Vortrag beleuchtet.

Beschreibung: Kometen, Asteroiden und eisige Körper im Kuiper-Gürtel sind Zeugen der Entstehungsphase unseres Sonnensystem vor 4,5 Milliarden Jahren. Einst waren diese 100 km großen Objekte das Größte, das unser Sonnensystem zu bieten hatte, doch die meisten wurden schnell beim Bau der Planeten verbraucht. Heute erfahren Sie wie diese Planetenbausteine aus Staubwolken gebildet werden, die unter ihrem eigenen Gewicht kollabieren.

Beschreibung: Schwarmtiere zeigen erstaunliche Fähigkeiten, ihr Verhalten zu koordinieren. Menschen nehmen diese Fähigkeit in der Bewegung großer Tiergruppen wahr. Mathematische Modelle geben einen Einblick, wie solche komplexe Verhaltensweisen durch minimale Kommunikation entstehen können. Dabei unterscheiden sich die Modelle für Rudel, Herden und Schwärme. In Simulationen können wir diese unterschiedlichen Strukturen reproduzieren und visualisieren.

Beschreibung: Die moderne Astronomie ist eine Disziplin, die enorme Mengen an Daten sammelt und bedarf effizienter Auswertungsalgorithmen, um die Physik hinter den Beobachtungen zu verstehen. Dieser Vortrag gibt einen kurzen Überblick über das Maschinelle Lernen, darüber wie es uns in der Astronomie helfen kann und einige Anwendungsbeispiele, die am Institut für Astrophysik in Heidelberg erforscht werden.

Beschreibung: Biologische Musterbildung ist ein genauso faszinierender wie komplexer Vorgang, zugrundeliegende Prozesse entziehen sich daher oft der Intuition. Wir setzen mathematische Modelle und Simulationen ein, um diesem Rätsel weiter auf die Spur zu kommen.

Beschreibung: Der Vereinigung der allgemeinen Relativitaetstheorie mit der Quantenphysik ist eine der groessten Herausforderungen der theoretischen Physik. Warum die Stringtheorie solch eine Vereinigung moeglich machen koennte, und welche Schwierigkeiten sich dabei ergeben, wird in diesem Vortrag thematisiert.

Beschreibung: Wie wir die Ausbreitung von Sternenlicht in Computersimulationen berechnen und damit die Entwicklung des Universums besser verstehen können.

Beschreibung: Was hat Zwölftonmusik mit der Kondensation von Quantengasen zu tun?

Beschreibung: In der Natur interagieren oft einzelne Teilchen und Systeme mit Ihrer Umgebung. In diesem Vortrag wird betrachtet, wie die Umgebung die Teilchen dabei so stark beeinflussen kann, dass aus den Teilchen "Quasiteilchen" mit neuen Eigenschaften werden, die von fundamentaler und technologischer Relevanz sind.

Beschreibung: Galaxien sind nicht gleichmäßig im Universum verteilt, sondern bilden netzartige Strukturen. Warum solche Strukturen entstehen, lässt sich an einem sonnigen Tag im Schwimmbad verfolgen.

Beschreibung: Mit den heutigen Teleskopen kann man fast bis zum Urknall zurückschauen und dabei Millionen von Galaxien beobachten. Aus den Positionen und Entfernungen dieser Galaxien erhält man ein detailliertes Bild der großräumigen Strukturen und deren Entwicklung im Universum.

Beschreibung: Experimentierkunst entwickelt sich stehts weiter und erlaubt, die Natur in extremen Situationen zu studieren – das Heißeste und das Kälteste. Mit dem Verständnis der zugrundliegenden Strukturen, können beide Situationen sogar zu gleichen Phänomenen führen.

Beschreibung: Wie findet man abstrakte Strukturen durch konkrete Beispiele? Wir werden sehen wie logisches Denken bei dieser Aufgabe hilft.

Beschreibung: Das Auftreten eines Zeitpfeils ist eine der seltsamsten emergenten Strukturen in der Physik.

Beschreibung: Wir kennen bereits mehr als 5000 Planeten außerhalb unseres Sonnensystems. Wie ähnlich sind sie der Erde? Und können wir herausfinden, ob sie bewohnt sind?