Welt der Physik - heute schon geforscht?

Das Internet ist aus unserem alltäglichen Leben nicht mehr wegzudenken: Wir nutzen es, um zu kommunizieren, einzukaufen, zu arbeiten und für vieles mehr. Seit den 1990er-Jahren schon arbeiten Forschende an einer neuen Version des Internets: dem Quanteninternet. Worin sich das Quanteninternet vom klassischen Internet unterscheidet, welche Anwendungen es verspricht und worin die technischen Herausforderungen liegen, berichtet Andreas Reiserer von der Technischen Universität München in dieser Folge des Podcasts. *** Ein Beitrag von Kim Hermann, gesprochen von Nurcan Özdemir. Aufnahme: Das Hörspielstudio Kreuzberg, Tonbearbeitung und Schnitt: Elias Emken und Daniel Lewy. Redaktion: Welt der Physik https://www.weltderphysik.de/ Welt der Physik wird herausgegeben vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt und von der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. *** Die Website zum Podcast: https://www.weltderphysik.de/mediathek/podcast/quanteninternet/ Bei Fragen, Anmerkungen und Kritik schreibt uns: feedback@weltderphysik.de

Am Fuß eines Berges vergeht die Zeit langsamer als auf seinem Gipfel, schwere Objekte ziehen Licht an, und es gibt Himmelskörper, deren Anziehungskraft so stark ist, dass ihnen nichts mehr entkommen kann. Diese und viele weitere Phänomene lassen sich mithilfe der Allgemeinen Relativitätstheorie beschreiben, die Albert Einstein im Jahr 1915 veröffentlichte. Welche Überlegungen den Physiker dazu brachten, die Theorie zu entwickeln und warum Forscherinnen und Forscher trotz aller Erfolge nach alternativen Gravitationstheorien suchen, berichtet Eva Hackmann von der Universität Bremen in dieser Folge des Podcasts. *** Ein Beitrag von Kim Hermann, gesprochen von Elmar Börger. Aufnahme: Das Hörspielstudio Kreuzberg, Tonbearbeitung und Schnitt: Elias Emken und Daniel Lewy. Redaktion: Welt der Physik https://www.weltderphysik.de/ Welt der Physik wird herausgegeben vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und von der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. *** Die Website zum Podcast: https://www.weltderphysik.de/mediathek/podcast/allgemeine-relativitaetstheorie/ Bei Fragen, Anmerkungen und Kritik schreibt uns: feedback@weltderphysik.de

Neben zahlreichen Kommunikations- und Spionagesatelliten befinden sich im Erdorbit auch Forschungssatelliten. Einige von ihnen sind speziell dafür ausgerüstet, die Erde von der Ferne aus zu beobachten. Wie das funktioniert und welche Erkenntnisse sich so über unseren Planeten gewinnen lassen, berichtet Justus Notholt von der Universität Bremen in dieser Folge des Podcasts von Welt der Physik. *** Ein Beitrag von Jens Kube, gesprochen von Ulrike Kapfer. Aufnahme: Das Hörspielstudio Kreuzberg, Tonbearbeitung und Schnitt: Elias Emken. Redaktion: Welt der Physik Welt der Physik wird herausgegeben vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und von der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. *** Die Website zum Podcast: https://www.weltderphysik.de/mediathek/podcast/fernerkundung/ Bildquelle: ESA/Mlabspace Bei Fragen, Anmerkungen und Kritik schreibt uns: feedback@weltderphysik.de

Um Einblicke in den menschlichen Körper zu erlangen und beispielsweise Krankheiten zu diagnostizieren, gibt es viele unterschiedliche Methoden: Bei Ultraschalluntersuchungen kommen etwa Druckwellen zum Einsatz und bei der Computertomographie wird Röntgenstrahlung durch den Körper geschickt. Die Magnetresonanztomographie – kurz MRT – hingegen beruht auf starken Magnetfeldern. Wie die MRT funktioniert, warum sie umgangssprachlich auch „Kernspin“ genannt wird und wie Forscherinnen und Forscher versuchen, die Qualität von MRT-Aufnahmen immer weiter zu verbessern, berichtet Gabriele Ende vom Zentralinstitut für Seelische Gesundheit in Mannheim in dieser Folge des Podcasts von Welt der Physik. *** Ein Beitrag von Kim Hermann, gesprochen von Elias Emken. Aufnahme: Das Hörspielstudio Kreuzberg, Tonbearbeitung und Schnitt: John Arbinger. Redaktion: Welt der Physik https://www.weltderphysik.de/ Welt der Physik wird herausgegeben vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und von der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. *** Die Website zum Podcast: https://www.weltderphysik.de/mediathek/podcast/magnetresonanztomographie/ Bei Fragen, Anmerkungen und Kritik schreibt uns: feedback@weltderphysik.de

Wenn wir an der Supermarktkasse mit einer Kreditkarte zahlen, Clouddienste zum Speichern von Daten nutzen oder online Geld überweisen – bei sehr vielen Tätigkeiten in unserem Alltag werden unsere Daten mithilfe von kryptographischen Verfahren verschlüsselt. Doch obwohl die gängigen Verfahren aktuell noch nahezu unknackbar sind, könnte sich das in Zukunft ändern. Ein alternativer Ansatz, der eine vollkommen abhörsichere Kommunikation verspricht, ist die Quantenkryptographie. Wie die Methode funktioniert und ob sie klassische Kryptographieverfahren in der Zukunft ersetzen wird, berichtet Dagmar Bruß von der Universität Düsseldorf in dieser Folge des Podcasts von Welt der Physik. *** Ein Beitrag von Kim Hermann, gesprochen von Elmar Börger. Aufnahme: Das Hörspielstudio Kreuzberg, Tonbearbeitung und Schnitt: Elias Emken. Redaktion: Welt der Physik Welt der Physik wird herausgegeben vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und von der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. *** Die Website zum Podcast: https://www.weltderphysik.de/mediathek/podcast/quantenkryptographie/ Bei Fragen, Anmerkungen und Kritik schreibt uns: feedback@weltderphysik.de

Wenn wir in einer klaren Nacht in den Himmel schauen, können wir eine atemberaubende Vielzahl an funkelnden Punkten beobachten. Doch der Blick in den Sternenhimmel liefert immer nur zweidimensionale Bilder. Die dritte Dimension der Himmelsobjekte – also ihre Entfernung zur Erde – ist nicht so leicht zu bestimmen. Mit welchen Methoden Astronominnen und Astronomen den Kosmos dennoch vermessen und welche bedeutende Rolle das Bestimmen von Entfernungen im Weltall heute noch spielt, berichtet Hendrik Hildebrandt von der Universität Bochum in dieser Podcastfolge von Welt der Physik. *** Ein Beitrag von Julia Thomas, gesprochen von Ulrike Kapfer. Aufnahme: Das Hörspielstudio Kreuzberg, Tonbearbeitung und Schnitt: Daniel Lewy und Elias Emken. Redaktion: Welt der Physik https://www.weltderphysik.de/ Welt der Physik wird herausgegeben vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und von der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. *** Die Website zum Podcast: https://www.weltderphysik.de/mediathek/podcast/vermessung-des-universums/ Bei Fragen, Anmerkungen und Kritik schreibt uns: feedback@weltderphysik.de

Die Gesetze der Quantenphysik bringen nicht nur Laiinnen und Laien regelmäßig aus dem Konzept, selbst einige der Personen, die die Quantenphysik mitbegründeten, zweifelten immer wieder an den von ihnen aufgestellten Gesetzen. Ein besonders rätselhaftes Konzept der Quantenphysik, über das sich auch Albert Einstein den Kopf zerbrach, ist die quantenmechanische Verschränkung. Was es bedeutet, wenn zwei Objekte miteinander verschränkt sind und warum Einstein von einer „spukhaften Fernwirkung“ sprach, berichtet Tobias Schätz von der Universität Freiburg in dieser Folge.

Astronominnen und Astronomen haben im Weltall unzählige Galaxien, Sterne und inzwischen auch Planeten ausgemacht – und sie gehen davon aus, dass auf einigen dieser fernen Welten womöglich ebenfalls Leben existieren könnte. Selbstverständlich ist das alles nicht – nicht einmal für unseren Planeten. Denn bereits winzige Änderungen in den fundamentalen Eigenschaften des Universums hätten ausgereicht, um Leben niemals entstehen zu lassen. Es scheint so, als wären die Eigenschaften fein aufeinander abgestimmt. Worin diese Feinabstimmung besteht und welche möglichen Erklärungen es dafür gibt, berichtet Thomas Naumann vom Forschungszentrum DESY in Zeuthen in dieser Folge.

1,5 Grad Celsius – nicht mehr. Das ist der Wert, auf den die Unterzeichner des Pariser Klimaabkommens die globale Erwärmung seit dem vorindustriellen Zeitalter begrenzen wollten. Doch während langsam aber sicher deutlich wird, dass die Welt am 1,5-Grad-Ziel vorbeischlittert, verändern sich die Werte extremer Temperaturen sogar noch drastischer. Wann Wetter „extrem“ wird, und wie Forschende den Einfluss des Klimawandels auf solche Extremereignisse untersuchen, berichtet Frank Kreienkamp vom Deutschen Wetterdienst in dieser Folge.

Die Frage, wie auf der Erde vor Milliarden von Jahren erstmals Leben entstehen konnte, ist noch immer nicht geklärt. Denn selbst das kleinste lebende System – eine einzelne Zelle – ist extrem komplex und lässt sich nur schwer entschlüsseln. Um die Prozesse innerhalb von Zellen besser zu verstehen, bauen Forschende sie künstlich im Labor nach. Wie das funktioniert und welche Erfolge dabei bislang erzielt wurden, berichtet Petra Schwille vom Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried in dieser Folge. Bildquelle: Kohyama et al., Nature Communications 13, 6098, 2022; Lizenz: CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

Mit Lichtgeschwindigkeit durchqueren sie das Universum und stauchen und strecken dabei Raum und Zeit: Gravitationswellen. Mehr als hundert Jahre lang haben Physikerinnen und Physiker über ihre Existenz spekuliert, bis es im Jahr 2015 erstmals gelang, Gravitationswellen nachzuweisen. Welche Signale seitdem gemessen wurden, was sie uns über das Universum verraten und wie Gravitationswellen in Zukunft noch genauer untersucht werden könnten, berichtet Frank Ohme vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover in dieser Folge.

Viele Planeten in unserem Sonnensystem haben Monde: Die Erde hat einen, Mars zwei, Jupiter hat mehr als 90 und Saturn sogar weit über hundert. Und auch außerhalb unsers Sonnensystems gibt es zahlreiche Planeten, die vermutlich ebenso von Begleitern – sogenannten Exomonden – umkreist werden. Wie diese fernen Welten aussehen könnten und mit welchen Methoden nach Exomonden gesucht wird, berichtet René Heller vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen in dieser Folge.

Wie Antimaterie erstmals entdeckt wurde und warum sie bis heute eines der größten ungelösten Rätsel der Physik darstellt, berichtet Stefan Ulmer von der Universität Düsseldorf in dieser Folge.

Wie autonome Fahrzeuge funktionieren und welche Hürden noch genommen werden müssen, bis sie auch im Straßenverkehr eingesetzt werden können, erzählt Daniel Göhring von der Freien Universität Berlin in dieser Folge.

Wie Physikerinnen und Physiker nach Materialien suchen, die Strom auch bei Raumtemperatur widerstandsfrei leiten, erzählt Bernhard Keimer vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in dieser Folge.

Wie sich Signale aus dem Gehirn auslesen lassen und an welchen Schnittstellen zwischen Gehirn und Computer aktuell geforscht wird, berichtet Thomas Stieglitz von der Universität Freiburg in dieser Folge.

Woraus das unscheinbare Gas besteht, das unser gesamtes Universum erfüllt und welche Rolle es bei der Entwicklung des Kosmos spielt, berichtet Philipp Richter von der Universität Potsdam in dieser Folge.

Wo Neutrinos herkommen, wie sich die rätselhaften Eigenschaften der Teilchen untersuchen lassen und was sie uns über die Geschichte und den Aufbau des Universums verraten, erzählt Kathrin Valerius vom Karlsruher Institut für Technologie in dieser Folge.

Wie Permafrostböden vor Jahrmillionen entstanden und was passiert, wenn die gefrorenen Böden im Zuge des Klimawandels nun allmählich auftauen, berichtet Julia Boike vom Alfred-Wegener-Institut in dieser Folge.

Wie sich Astronautinnen und Astronauten vor der gefährlichen Strahlung schützen können, der sie im Weltraum ausgesetzt sind, berichtet Thomas Berger vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in dieser Folge.

Warum unsere Welt aus schwingenden Fäden aufgebaut sein könnte, erzählt Timo Weigand von der Universität Hamburg in dieser Folge.

Wie Wolken entstehen, mit welchen Methoden sie sich untersuchen lassen und welche Rolle Wolken für das Klima auf der Erde spielen, berichtet Mira Pöhlker vom Leibniz-Institut für Troposphärenforschung in dieser Folge.

Wie Schnelle Radioblitze vor gut 15 Jahren entdeckt wurden und was bislang über ihren Ursprung bekannt ist, berichtet Michael Kramer vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in dieser Folge.

Auf welchen Wegen Kohlenstoff im Erdsystem zirkuliert und wie Menschen diesen natürlichen Kreislauf beeinflussen, berichtet Ingeborg Levin von der Universität Heidelberg in dieser Folge.

Wie sich beispielsweise Blutproben auf kleinen Chips analysieren lassen und in welchen Bereichen solche Lab-on-a-Chip-Systeme bereits zum Einsatz kommen, erläutert Roland Zengerle von der Universität Freiburg in dieser Folge.

Was bislang über die fundamentalen Bausteine der Materie bekannt ist und welche neuen Entdeckungen kürzlich an Teilchenbeschleunigern gelangen, berichtet Stephan Paul von der Technischen Universität München in dieser Folge.

Welche naturphilosophischen Fragen die Quantentheorie aufwirft und welche Deutungsansätze es gibt, erläutert Manfred Stöckler von der Universität Bremen in dieser Folge.

Warum Kristalle für viele moderne Technologien unverzichtbar sind und wie sie für diesen Zweck gezielt gezüchtet werden, erklärt Matthias Bickermann vom Leibniz-Institut für Kristallzüchtung in Berlin in dieser Folge.

Woher die Wärme im Erdinneren kommt und mit welchen Verfahren sie sich technisch nutzen lässt, erklärt Inga Moeck von der Universität Göttingen und dem Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik in Hannover in dieser Folge.

Wie sich die Realität in einem Computermodell nachstellen lässt und wo die Grenzen von Computersimulationen liegen, erklärt Claus Beisbart von der Universität Bern in dieser Folge.

Was bisher über Planeten außerhalb unseres Sonnensystems bekannt ist und wie sich mehr über diese fernen Welten herausfinden lässt, berichtet Katja Poppenhäger von der Universität Potsdam und dem Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam in dieser Folge.

Was Meereis von gewöhnlichem Eis unterscheidet und wieso das gefrorene Ozeanwasser wichtig für das Erdklima ist, erläutert Christian Haas von der Universität Bremen und dem Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in dieser Folge.

Auf welchen physikalischen Phänomenen ein Quantencomputer beruht und wie sich ein solcher Rechner technisch realisieren lässt, berichtet Rainer Blatt von der Universität Innsbruck in dieser Folge.

Wie Solarzellen funktionieren und wie sich das Sonnenlicht damit möglichst effizient in elektrischen Strom umwandeln lässt, erklärt Christiane Becker von der Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin und dem Helmholtz-Zentrum Berlin in dieser Folge.

Wie sich Tumore zielgenau mit geladenen Partikeln aus Teilchenbeschleunigern behandeln lassen, erklärt Thomas Haberer vom Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum in dieser Folge.

Warum unzählige winzige Partikel durch die Luft schweben und wieso manche schädlich und andere durchaus nützlich sein können, erklärt Ina Tegen vom Leibniz-Institut für Troposphärenforschung in dieser Folge.

Warum Schwarze Löcher lange nur in der Theorie existierten und wie man diese extremen Objekte schließlich im Weltall aufspürte, erläutert der Nobelpreisträger Reinhard Genzel vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in dieser Folge.

Wie viel Physik in biologischen Zellen steckt und wie sich dieses Wissen nutzen lässt, erklärt Ulrich Schwarz in dieser Folge.

Warum die Schwerkraft nicht überall auf dem Planeten gleich stark wirkt und was diese Variationen über unseren Planeten verraten, erklärt Frank Flechtner vom Deutschen Geoforschungszentrum in Potsdam in dieser Folge.

Wie sich Energie speichern lässt und warum das für eine klimaneutrale Strom- und Wärmeversorgung wichtig ist, erklärt Michael Sterner von der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg in dieser Folge.

Warum das Ganze manchmal mehr ist als die Summe seiner Teile, erläutert Manfred Salmhofer von der Universität Heidelberg in dieser Folge.

Wie Sterne entstehen und was über ihre weitere Entwicklung entscheidet, beschreibt Stefanie Walch-Gassner von der Universität Köln in dieser Folge.

Wie sich Forscher bei der Suche nach technischen Lösungen von der Natur inspirieren lassen, berichtet Antonia Kesel vom Bionik-Innovations-Centrum der Hochschule Bremen in dieser Folge.

Wie sich Forscher bei der Suche nach technischen Lösungen von der Natur inspirieren lassen, berichtet Antonia Kesel vom Bionik-Innovations-Centrum der Hochschule Bremen in dieser Folge.

Was Forscher bisher über das Phänomen „Masse“ herausgefunden haben – von Newton über Einstein bis zum Fund des Higgs-Teilchens –, berichtet Robert Harlander von der RWTH Aachen in dieser Folge.

Mit welchen Druckverfahren sich Schicht für Schicht nahezu beliebige Gegenstände herstellen lassen, erläutert Edgar Dörsam von der Technischen Universität Darmstadt in dieser Folge.

Wie winzige Kunststoffpartikel in die Umwelt gelangen und warum das problematisch ist, erklärt Ralf Bertling vom Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik in dieser Folge.

Wie Brennstoffzellen funktionieren und warum sie sich für vielfältige Anwendungen eignen, erklärt Detlef Stolten von der RWTH Aachen sowie dem Forschungszentrum Jülich in dieser Folge.

Wie Brennstoffzellen funktionieren und warum sie sich für vielfältige Anwendungen eignen, erklärt Detlef Stolten von der RWTH Aachen sowie dem Forschungszentrum Jülich in dieser Folge.

Wie sich natürliche Netzwerke aus Nervenzellen mit elektronischen Bauelementen nachbilden lassen und was solche neuartigen elektrischen Schaltungen eines Tages leisten könnten, erklärt Hermann Kohlstedt von der Universität Kiel in dieser Folge.

Wie sich das Klimasystem durch technische Eingriffe beeinflussen lässt – und welche Risiken solche Maßnahmen bergen, erläutert Ulrike Niemeier vom Max-Planck-Institut für Meteorologie in dieser Folge.