Kinderuni Ist der Mond auch da, wenn keiner hinsieht?
Saarbrücken · Im nächsten Semester der Kinderuni geht es um die Quantenphysik. Das klingt kompliziert, lässt sich aber kinderleicht erklären. Ein Beispiel dafür liefert die Frage zum Mond.
Die Kinderuni startet in das Sommersemester. Dieses Mal laden die Forscher der Saarbrücker Universität die Kinderuni-Studenten in ihrem Klassenzimmer zu Ausflügen in die Welt der kleinsten Teilchen ein. Das Thema Quantenphysik steht im Mittelpunkt des nächsten Semesters. In diesem winzigen Universum aus Materie und Energie passieren oft ganz erstaunliche Dinge, erklärt Professor Dr. Christoph Becher: „Hier gelten zum Teil ganz andere, merkwürdige Gesetze, als in unserer Alltagswelt.“ So könne zum Beispiel ein Objekt in verschiedenen Zuständen oder an zwei Orten gleichzeitig sein. Das klingt nach einem Science-
Fiction-Film.
Die Quantenphysik sei ein wichtiges Fundament für das gesamte Gebäude der Physik. Nur mit ihrer Hilfe kann man die Welt der kleinen Teilchen verstehen, steht für Christoph Becher fest. Erstaunlich ist, dass Quantenphysik manchmal sogar gebraucht wird um Alltägliches zu beschreiben. Zum Beispiel um herauszufinden, welche Farbe das Licht einer gewöhnlichen Glühbirne hat.
Der berühmte Forscher Albert Einstein gehörte zu den Ersten, die sich mit diesem Phänomen befasst haben. Er stieß dabei jedoch auf das Problem, dass Ergebnisse einzelner Messungen nicht genau vorherzuberechnen waren, sondern Schwankungen unterlagen. Aussagen in der Quantenphysik waren nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit möglich. Und das behagte ihm nicht.
Auch heute können die meisten Menschen im Alltag wenig mit Wahrscheinlichkeiten umgehen. Viele glauben, alles sei vorherbestimmt. Aber: Wer gegen einen Fußball tritt, kann seine Flugbahn berechnen. Schieße man dagegen in der Physik mit einem einzelnen Atom, könne dessen Flugbahn nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit bestimmt werden, erklärt Becher.
Fest steht dagegen: „Es gibt jede Menge Dinge im Alltag, die auf Quantenphysik beruhen“, weiß Christoph Becher. Dazu gehören zum Beispiel die Speicherkarten von Smartphones. Deren Funktionsweise lässt sich mit einem Fußball vergleichen, den man auf eine Mauer schießt und der auf der anderen Seite wieder herauskommt. Nur, dass es sich im Fall der Speicherkarte um ein winzig kleines Elektron handelt. Die Forscher nennen das Phänomen Tunneleffekt.
Nicht nur in Speicherkarten spielt die Quantenphysik eine wichtige Rolle, sondern auch in Digitalkameras. Zwei Dinge, die auch für die Teilnahme an der Kinderuni von Bedeutung sind. Da die Vorlesungen wegen der Corona-Pandemie nicht auf dem Campus der Saar-Uni stattfinden kann, wird das Klassenzimmer zum Hörsaal. Die Kinder werden zu Reportern und filmen Fragen an die Dozenten selbst mit dem Smartphone.
„Ich fand Licht schon immer toll und faszinierend“, erklärt Christoph Becher. Auch in seinem Physikstudium habe er sich deshalb diese Richtung ausgesucht. Über das Licht kam er dann zur Quantenphysik. Mit seiner Arbeitsgruppe forscht er nun auf dem Gebiet der Quantenoptik, die sich mit der Wechselwirkung zwischen Licht und einzelnen Atomen beschäftigt. In seiner Kinderuni-Vorlesung geht Christoph Becher der Frage nach, ob der Mond auch dann da ist, wenn keiner hinschaut.
In dem Vortrag von Elke Neu-Ruffing geht es um die Quantenphysik des Lichts. Die Junior-Professorin der Technischen Universität Kaiserslautern geht unter anderem Fragen nach wie: Warum ist Licht manchmal rot oder grün oder weiß? Was passiert, wenn das Licht so schwach wird, dass wir es gar nicht mehr sehen können? Und: Warum ist genau dieses Licht für die Quantenphysik so wichtig? Was kann man damit machen?
„Unter dem Mikroskop betrachtet besteht Licht aus winzigen Lichtteilen, den sogenannten Photonen“, erklärt Neu-Ruffing. „In unserem Alltag ist das nicht wichtig, weil einfach zu viele Photonen auf einmal da sind.“ Genauso sieht man quasi einzelne Wassertropfen im Meer nicht. „Wenn man allerdings ganz schwaches Licht betrachtet, dann beginnt man diese einzelnen Lichtteilchen zu erkennen und da kommt die Quantenphysik ins Spiel“, so die Dozentin. Das könne nützlich sein, um zum Beispiel in Zukunft sicher Informationen übertragen zu können.
Ihr Kollege Thomas John erklärt in seinem Vortrag, dass Quantenphysik nicht nur in ganz kleinen Dingen, sondern auch in größeren Alltagsgeräten wie CD-Spielern in Form von Lasern zu finden sind. Der Dozent demonstriert den Kinderuni-Studenten, wie sie funktionieren und wie sich deren Licht von dem einer ganz normalen Glühbirne unterscheidet. In einem seiner weiteren Experimente „zum Sehen und Staunen“ demonstriert der Physiker, wie man Strom durch ein Kabel schicken kann, ohne dass ein Widerstand entsteht. Die Forscher nennen das Supraleitung. Und auch ein „superkaltes“ Experiment hat er für seinen Vortrag vorbereitet.
