Podcasts about fluktuationen

Su música, grandiosa y dramática, es consecuencia de su vida como refugiado y de la dramática división de Corea, su país natal. Su carrera internacional—con base en Alemania, donde vive con estatus de refugiado—es un grito a favor del arte y los derechos humanos._____Has escuchadoCello Concerto (1976). Luigi Piovano, violonchelo; Japan Philharmonic Orchestra; Tatsuya Shimono, director. Kairos (2022)Exemplum in memoriam Kwangju (1981). Gwangju Symphony Orchestra; Seokwon Hong, director. Deutsche Grammophon (2022)Fluktuationen (1964). Symphonieorchester des Bayerischen Rundfunks; Ernest Bour, director. Deutscher Musikrat (1983)Glissées (1970). Siegfried Palm, violonchelo. Deutsche Grammophon (1975)“Isang Yun: Symphony No. 1” (1983). Seoul Philharmonic Orchestra; Chi-Yong Chung, director. YouTube Vídeo. Publicado por hscherchen, 17 de septiembre de 2017: https://www.youtube.com/watch?v=9Mi6Lg3sK6Q_____Selección bibliográficaAEISTER, Hanns-Werner y Walter-Wolfgang Sparrer, Der Komponist Isang Yun. Edition Text & Kritik, 1987ALBÈRA, Philippe, “La Rencontre de Yun et Carter”. En: Le son et le sens: essais sur la musique de notre temps. Contrechamps, 2007*BABCOCK, David, “Korean Composers in Profile”. Tempo, n.º 192 (1995), pp. 15-21*CRAIG, Dale A., “Trans-Cultural Composition in the 20th Century”. Tempo, n.º 156 (1986), pp. 16-18*KIM, Jeongmee, “Musical Syncretism in Isang Yun's Gasa”. En: Locating East Asia in Western Art Music. Editado por Yayoi Uno Everett y Frederick Lau. Wesleyan University Press, 2004SPARRER, Walter-Wolfgang, Isang Yun. Leben und Werk im Bild. Wolke Verlag, 2020 *Documento disponible para su consulta en la Sala de Nuevas Músicas de la Biblioteca y Centro de Apoyo a la Investigación de la Fundación Juan March

Muss eine Stelle neu besetzt werden, so kostet dies ein Unternehmen immer jede Menge Geld und Zeit. Nicht immer ist der Lohn für den Wechsel ausschlaggebend, viele Mitarbeitende ziehen weiter, weil es ihnen an Anerkennung fehlt. In einer gut funktionierenden Firma sollten sich die Mitarbeitenden mit ihren Talenten und Fähigkeiten ergänzen, nicht konkurrieren. Können Mitarbeitende etwas besser als die Vorgesetzten? Super, dann bitte dieses Knowhow nutzen und das auch klar kommunizieren. Mitarbeitende, die wissen, was sie können, wer sie sind und worin sie richtig gut sind, haben keine «Feindbilder» mehr, sondern wachsen zu Teams zusammen, die voll funzen. Mehr darüber? Gerne, heute spreche ich genau darüber.

Die Mitarbeiterbefragung ist ein häufig eingesetztes Instrument um schwer erfassbare Faktoren innerhalb eines Unternehmens in Zahlen abzubilden. Die Mitarbeiterbefragung kann unterschiedlichen Zielsetzungen folgen, um etwa die Attraktivität des Unternehmens am Arbeitsmarkt zu erhöhen oder um Fluktuationen zu reduzieren. In dieser Podcast-Folge unterstützt mich erneut mein Netzwerkpartner Gerhard Ruf und berichtet aus seiner persönlichen Erfahrung mit diesem Werkzeug. Er betont dabei, sich beim Einsatz der Mitarbeiterbefragung immer klarzumachen, welches Ziel man verfolgt und dieses Ziel klar zu kommunizieren. Befragungen die unspezifisch die Stimmung im Unternehmen abfragen, laufen meist ins Leere.

Frauenrechte gehören heute zu den Dingen, die wir als selbstverständlich ansehen, sind gleichzeitig aber immer noch hart umkämpft. Doch wie war das mit den Frauenrechten früher? Wenn wir uns die menschliche Geschichte der letzten paar tausend Jahre anschauen, ist die Antwort recht klar: Es gab eigentlich keine. Abgesehen von möglichen matriarchalischen Gesellschaften der Steinzeit waren Frauenrechte für den größten Teil der Geschichte schlicht und ergreifend nicht existent. Erst vor knapp über 200 Jahren formulierte erstmals eine gewisse Olympe de Gauge konkrete politische Forderungen für Frauen, vor 100 Jahren erkämpften sie sich in Deutschland und vielen anderen Ländern das Frauenwahlrecht und überhaupt erst vor 60 Jahren wurde in Deutschland ein Gleichberechtigungsgesetz beschlossen. Kein Wunder, dass die Frauenbewegung auch heute noch lange nicht ihre Ziele erreicht hat. Melde dich hier für den Déjà-vu Newsletter an. Hier kannst du Déjà-vu Geschichte finanziell unterstützen. In dieser Episode des Déjà-vu Geschichte Podcast möchte ich in aller Kürze ein Schlaglicht auf die Entwicklung der Frauenrechte über die letzten paar Jahrtausende werfen. Ich erkläre, warum man meiner Meinung nach vor dem 18. Jahrhundert gar nicht über so etwas Frauenrechte reden kann, warum Freiheiten, die Frauen in Antike und Mittelalter "gewährt" wurden, nur Fluktuationen in einer sonst beschissenen Situation darstellten und warum auch Bewegungen wie die der Beginen daran nichts ändern konnten. Über das 19. Jahrhundert und die Suffragetten-Bewegung bewege ich mich dann in Richtung hier und jetzt weiter. Die Frauenbewegung hat inzwischen vieles erreicht, von echter Gleichberechtigung zu sprechen, ist aber wohl noch immer eine Übertreibung. Alle Déjà-vu Podcasts und Blogartikel findest du immer auch auf deja-vu-geschichte.de und wenn dir der Geschichte Podcast gefällt, bewerte ihn doch bitte auf iTunes! Das hilft mir ungemein, ein bisschen Sichtbarkeit in der großen weiten Welt der Podcasts zu erlangen. Weiterlesen

Kaum eine Theorie könnte besser belegt sein als der Klimawandel. Naja, außer vielleicht der Urknall und die Tatsache, dass die Erde weder flach noch hohl ist. Trotzdem gibt es immer noch Leute, die den Klimawandel und die Erderwärmung nicht für echt halten. Man kann sich eigentlich nur auf den Kopf greifen! Oder aber ... man kann auch mal als Historiker einfach seinen Senf dazu geben in der Hoffnung, dass es ein wenig hilft. In dieser Episode gebe ich also eine kleine Definition, was das Klima überhaupt ist und was der Klimawandel für uns als Menschheit bedeutet und in der Geschichte bedeutet hat. Auch die Ursachen des Klimawandels sollen kurz angerissen werden. Ich weiß, das sollte man eigentlich den Naturwissenschaftlern überlassen, aber es ist halt nun mal wichtig. Was soll ich tun? Melde dich hier für den Déjà-vu Newsletter an. Hier kannst du Déjà-vu Geschichte finanziell unterstützen. Was mir schon eher liegt, sind die Auswirkungen des Klimawandels auf die Menschheit im Lauf ihrer Geschichte. Und das sind zwei sehr unterschiedliche Dinge. Das Klima ist groß, riesig. Wir reden hier über Millionen von Jahren an sich abwechselnden Eiszeiten und Heißzeiten. Der Mensch hat davon in seiner kurzen Geschichte währenddessen kaum etwas mitbekommen. Wir lebten nämlich immer schon in einer Eiszeit, der aktuellen. Wenn wir über Menschen und den Klimawandel reden, reden wir also über kleinste Fluktuationen in den Fluktuationen des Klimas. Doch diese Fluktuationen haben es in sich! Von der "Optimumzeit", in der sich die Römer als Großmacht etablierten, führte uns das Erdklima in die "Pessivumzeit" der Völkerwanderung. In der Neuzeit folgte dann die Kleine Eiszeit. All diese Veränderungen spielten sich im Bereich von nur ein bis zwei Grad ab und hinterließen dennoch massive Spuren in der Menschheitsgeschichte. Da können wir uns schon vorstellen, dass der heutige Klimawandel mit seiner Erderwärmung uns noch Probleme machen wird. Weiterlesen

Diese Folge ist wieder geplagt von seltsamen Tonproblemen, ausgelöst von atmosphärischen Spannungen und Fluktuationen des Warpfeldes im Akku meines Laptops. Außerdem ist Chris noch ein bisschen krank und kommt, mehr oder weniger freiwillig, nur vereinzelt zu Wort. Dafür haben sich über die letzten zwei Wochen ein paar mehr Filme angesammelt, die es zu bequatschen galt. Zuvor aber sei noch verwiesen auf den Anerzählt-Podcast (zum Beispiel zur 99) und die Liste an Gottesnamen. Nun aber zu den Filmen: Wir sahen die Hausaufgabe "Faster" mit unserem Lieblingsmenschen Dwayne "The Rock" Johnson. Wir waren beide schon vor zwei Wochen in der Sneak "Dirty Grandpa" (im Original genauso, Kinostart in Deutschland war am 11. Februar 2016) und ich war noch in der dieswöchigen Sneak "Erschütternde Wahrheit" (im Original "Concussion", Kinostart in Deutschland am 18. Februar 2016). Außerdem berichten wir von "The Hateful Eight" (im Original genauso, läuft auch schon länger im Kino), den Chris normal und ich sogar in der sagenumwobenen 70mm-Fassung sah.

Das kosmologische Prinzip der Homogenität und statistischen Isotropie des Raumes ist eine fundamentale Annahme der modernen Kosmologie. Auf dieser Basis wird die Existenz einer inflationären Phase im jungen Universum postuliert, welche wiederum primordiale Gaußverteilte Fluktuationen vorhersagt, welche sich im kosmischen Mikrowellenhintergrund als Temperatur- und Polarisationsanisotropien manifestieren. Die Grundidee meiner Arbeit war die Weiterentwicklung einer modellunabhängigen Untersuchungsmethode, welche die Gauß’sche Hypothese für die Dichtefluktuationen testet, wobei die Gaußianität eines Ensembles mit der Zufallsverteilung der Fourier Phasen im Phasenraum definiert wird. Die Methode basiert auf einer nichtlinearen Datenanalyse mit Hilfe von Surrogatkarten, welche die linearen Eigenschaften eines Datensatzes imitieren. Im Rahmen der Surrogatmethode habe ich unter Verwendung zweier verschiedener Bildanalyseverfahren, nämlich den Minkowski Funktionalen und den Skalierungsindizes, beide sensitiv auf Korrelationen höherer Ordnung, Karten der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung des WMAP und des Planck Experimentes auf skalenabhängige Phasenkorrelationen untersucht. Ein Schwerpunkt lag hierbei auf Studien zu hemisphärischen Asymmetrien und zum Einfluss der galaktischen Ebene auf die Resultate. Aus der Analyse der Phasenkorrelationen im Phasenraum entwickelte ich neue Methoden zur Untersuchung von Korrelationen zwischen Statistiken höherer Ordnung im Ortsraum und den Informationen des Phasenraumes. Beide Bildanalyseverfahren detektierten Phasenkorrelationen auf den größten Skalen des kosmischen Mikrowellenhintergrundes in vergleichbarer Ausprägung. Der Einfluss der galaktischen Ebene auf diese Resultate zeigte sich in Cutsky Analysen und beim Vergleichen verschiedener Vordergrundsubtraktionsverfahren innerhalb der zwei Experimente als vernachlässigbar gering. Hemisphärische Anomalien auf den größten Skalen der Hintergrundstrahlung wurden wiederholt bestätigt. Die Parametrisierung von Nicht-Gaußianität durch den fNL-Parameter zeigte sich beim Vergleich von fNL-Simulationen mit experimentellen Daten als unzureichend. In Analysen der Daten mit Hilfe von Bianchi-Modellen zeigten sich Hinweise auf eine nicht-triviale Topologie des Universums. Die Resultate meiner Arbeit deuten auf eine Verletzung des standardmäßigen Single Field Slow-Roll Modells für Inflation hin, und widersprechen den Vorhersagen von isotropen Kosmologien. Meine Studien eröffnen im Allgemeinen neue Wege zu einem besseren Verständnis von Nicht-Gauß'schen Signaturen in komplexen räumlichen Strukturen, insbesondere durch die Analyse von Korrelationen der Fourier-Phasen und deren Einfluss auf Statistiken höherer Ordnung im Ortsraum. In naher Zukunft können die Polarisationsdaten des Planck Experimentes weiteren Aufschluss über die Anomalien der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung bringen. Die Beschreibung des polarisierten Mikrowellenhintergrundes innerhalb einer Phasenanalyse wäre eine wichtige Ergänzung zu klassischen Studien.

Ein theoretisches Modell welches die Fluktuationen innerhalb eines Wolkenensembles beschreibt, stellt die Basis für stochastische Konvektionsparametrisierung dar. Hochaufgelöste, idealisierte Simulationen eines Wolkenensembles über einer homogenen Meeresoberfläche werden benutzt um die Gültigkeit des theoretischen Modells im Strahlungs-Konvektions-Gleichgewicht zu evaluieren. Im ersten Schritt dieser Studie werden Kontrollsimulationen mit einer horizontalen Auflösung von 2 km durchgeführt, wobei fünf verschiedene Abkühlungsraten benutzt werden um das Wolkenensemble anzutreiben. In den Kontrollsimulationen wird die Gültigkeit einer exponentiellen Verteilung des vertikalen Massenflusses und der Wolkengrößen für alle Abkühlungsraten nachgewiesen. Desweiteren, nimmt die Anzahl der Wolken im Modellgebiet mit steigender Abkühlungsrate linear zu, wohingegen nur eine schwache Abhängigkeit der mittleren Wolkengrößen und deren Vertikalgeschwindigkeiten von der Stärke der Abkühlungsrate beobachtet wird. Diese Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung mit dem theoretischen Modell. Im zweiten Teil dieser Studie wird die Gitterweite in den numerischen Simulationen sukzessive bis zu einer Auflösung von 125 m verfeinert. Hierbei treten signifikante Änderungen in der Wolkenstatistik und der Struktur der Wolkenfelder auf. Die Größe der Wolken nimmt mit zunehmender Auflösung stark ab, wohingegen die Anzahl der Gitterpunkte innerhalb einer Wolke ansteigt, da diese mit zunehmender Auflösung besser auf dem numerischen Gitter dargestellt werden können. Im Gegensatz zu den zufällig verteilten Wolken in den Kontrollsimulationen, wird in den feinaufgelösten Wolkenfeldern beobachtet, dass sich die einzelnen konvektiven Zellen in bandartigen Strukturen um wolkenfreie Gebiete anordnen. Der Umkreis einer Wolke in dem diese Cluster-Effekte beobachtet werden, scheint indes unabhängig von der horizontalen Auflösung zu sein. Mit feiner werdender Auflösung weicht darüber hinaus die Wahrscheinlichkeitsdichteverteilung der Wolkengrößen und des vertikalen Massenflusses immer stärker von der exponentiellen Verteilung ab. Für größere Werte in den Verteilungen zeigen sich Übereinstimmungen mit einer Power-Law Verteilung. Durch die Partitionierung der Wolken-Cluster in deren zugrundeliegende, einzelne Aufwindbereiche kann die erwartete, exponentielle Verteilung des Massenflusses und der Wolkengrößen wieder hergestellt werden. Das theoretische Modell ist daher in hochaufgelösten Simulationen für die einzelnen Aufwindbereiche gültig, allerdings müssen die Cluster-Effekte im Wolkenensemble hierbei berücksichtigt werden.

In dieser Dissertation untersuchen wir eine Vielzahl von Themen aus dem Bereich der Kosmologie und der Gravitation. Insbesondere behandeln wir Fragestellungen aus der Inflationstheorie, der Strukturbildung im neuzeitlichen Universum und massiver Gravitation, sowie Quantenaspekte schwarzer Löcher und Eigenschaften bestimmter skalare Theorien bei sehr hohen Energien. Im sogenannten "New Higgs Inflation"-Modell spielt das Higgs-Boson die Rolle des Inflaton-Felds. Das Modell ist kompatibel mit Messungen der Higgs-Masse, weil das Higgs-Boson nichtminimal an den Einstein-Tensor gekoppelt wird. Wir untersuchen das Modell in Hinblick auf die kürzlich veröffentlichten Resultate der BICEP2- und Planck-Experimente und finden eine hervorragende Übereinstimmung mit den gemessenen Daten. Desweiteren zeigen wir auf, dass die scheinbaren Widersprüche zwischen Planck- und BICEP2-Daten dank eines negativ laufenden Spektralindex verschwinden. Wir untersuchen außerdem die Unitaritätseigenschaften der Theorie und räsonieren, dass es während der gesamten Entwicklung des Universums nicht zu Unitaritätsverletzung kommt. Während der Dauer der inflationären Phase sind Kopplungen in den Higgs-Higgs und Higgs-Graviton-Sektoren durch eine großen feldabhängige Skala unterdrückt. Die W- und Z-Bosonen hingegen entkoppeln aufgrund ihrer sehr großen Masse. Wir zeigen eine Möglichkeit auf, die es erlaubt die Eichbosonen als Teil der Niederenergietheorie zu behalten. Dies wird erreicht durch eine gravitationsabhängige nichtminimale Kopplung des Higgs-Felds an die Eichbosonen. Im nächsten Abschnitt konzentrieren wir uns auf das neuzeitliche Universum. Wir untersuchen den sogenannten sphärischen Kollaps in Modellen gekoppelter dunkler Energie. Insbesondere leiten wir eine Formulierung des sphärischen Kollaps her, die auf den nichtlinearen Navier-Stokes-Gleichungen basiert. Im Gegensatz zu bekannten Beispielen aus der Literatur fließen alle wichtigen Fifth-Force Effekte in die Entwicklung ein. Wir zeigen, dass unsere Methode einfachen Einblick in viele Subtilitäten erlaubt, die auftreten wenn die dunkle Energie als inhomogen angenommen wird. Es folgt eine Einleitung in die Theorien von massiven Spin-2 Teilchen. Hier erklären wir die Schwierigkeiten der Formulierung einer nichtlinearen, wechselwirkenden Theorie. Wir betrachten das bekannte Problem des Boulware-Deser-Geists und zeigen zwei Wege auf, dieses No-Go-Theorem zu vermeiden. Insbesondere konstruieren wir die eindeutige Theorie eines wechselwirkenden massiven Spin-2 Teilchens, die auf kubischer Ordnung trunkiert werden kann, ohne dass sie zu Geist-Instabilitäten führt. Der zweite Teil dieser Arbeit widmet sich bekannten Problemen der Physik schwarzer Löcher. Hier liegt unser Fokus auf der Idee, das schwarze Löcher als Bose-Kondensate von Gravitonen aufgefasst werden können. Abweichungen von semiklassischem Verhalten sind Resultat von starken Quanteneffekten die aufgrund einer kollektiven starken Kopplung auftreten. Diese starke Kopplung führt in bekannten Systemen zu einem Quantenphasenübergang oder einer Bifurkation. Die quantenmechanischen Effekte könnten der Schlüssel zur Auflösung lang existierender Probleme in der Physik schwarzer Löcher sein. Dies umschließt zum Beispiel das Informationsparadox und das ``No-Hair''-Theorem. Außerdem könnten sie wertvolle Einblicke in die Vermutung liefern, dass schwarze Löcher die Systeme sind, die Informationen am schnellsten verschlüsseln. Als Modell für ein schwarzes Loch studieren wir ein System von ultrakalten Bosonen auf einem Ring. Dieses System ist bekannt als eines, dass einen Quantenkritischen Punkt besitzt. Wir demonstrieren, dass am kritischen Punkt Quanteneffekte sogar für sehr große Besetzungszahlen wichtig sein können. Hierzu definieren wir die Fluktuationsverschränkung, die angibt, wie sehr verschiedene Impulsmoden miteinander verschränkt sind. Die Fluktuationsverschränkung ist maximal am kritischen Punkt und ist dominiert von sehr langwelligen Fluktuationen. Wir finden daher Resultate die unabhängig von der Physik im ultravioletten sind. Im weiteren Verlauf besprechen wir die Informationsverarbeitung von schwarzen Löchern. Insbesondere das Zusammenspiel von Quantenkritikalität und Instabilität kann für ein sehr schnelles Wachstum von Ein-Teilchen-Verschränkung sorgen. Dementsprechend zeigen wir, dass die sogenannte "Quantum Break Time'', welche angibt wie schnell sich die exakte Zeitentwicklung von der semiklassischen entfernt, wie log(N) wächst. Hier beschreibt N die Anzahl der Konstituenten. Im Falle eines Gravitonkondensats gibt N ein Maß für die Entropie des schwarzen Lochs an. Dementsprechend interpretieren wir unsere Erkenntnisse als einen starken Hinweis, dass das Verschlüsseln von Informationen in schwarzen Löchern denselben Ursprung haben könnte. Das Verdampfen von schwarzen Löchern beruht in unserem Bild auf zwei Effekten. Kohärente Anregungen der tachyonischen radialen Mode führen zum Kollaps des Kondensats, während sich die inkohärente Streuung von Gravitonen für die Hawking-Strahlung verantwortlich zeigt. Hierfür konstruieren wir einen Prototyp, der einen bosonischen Freiheitsgrades mit impulsabhängigen Wechselwirkungen beschreibt. Im Schwinger-Keldysh-Formalismus untersuchen wir die Echtzeit-Evolution des Kondensats und zeigen, dass der Kollaps und die damit einhergehende Evaporation auf selbst-ähnliche Weise verläuft. In diesem Fall ist das Kondensat während des gesamten Kollapses an einem kritischen Punkt. Desweiteren zeigen wir Lösungen, die an einem instabilen Punkt leben, und daher schnelle Verschränkung erzeugen könnten. Der finale Teil der Arbeit befasst sich mit Renormierungsgruppenflüssen in skalaren Theorien mit impulsabhängigen Wechselwirkungen. Wer leiten die Flussgleichung für eine Theorie, die nur eine Funktion des kinetischen Terms enthält her. Hier zeigen wir die Existenz von Fixpunkten in einer Taylor-Entwicklung der Funktion auf. Wir diskutieren, inwiefern unsere Analyse für Einblick in allgemeinere Theorien mit Ableitungswechselwirkungen sorgen kann. Dies beinhaltet zum Beispiel Gravitation.

In der vorliegenden Dissertation werden Eigenschaften stark gekoppelter hydrodynamischer Theorien untersucht, die mittels einer dualen Beschreibung als höherdimensionale gravitative Systeme aufgefasst werden können. Besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der Berechnung physikalischer Größen wie Viskositäten oder Diffusionskonstanten. Diese werden hinsichtlich der Frage betrachtet, ob sie allgemeingültigen, universellen Gesetzmäßigkeiten folgen, die man aus der Beschreibung mittels einer Gravitationstheorie ableiten kann. Die theoretische Grundlage bildet hierbei die Dualität konformer Quantenfeldtheorien im Minkowski Raum und höherdimensionaler Stringtheorien im Anti-de Sitter Raum, die AdS/CFT Korrespondenz. Einen besonders interessanten Grenzfall stellt der Limes starker Kopplung und hoher Anzahl von Freiheitsgraden der konformen Feldtheorie dar, in dem sich die duale Beschreibung zu klassischer Gravitationstheorie im AdS Raum vereinfacht. Mittels störungstheoretischer Betrachtung der Fluktuationen von Schwarzen Loch Lösungen der Gravitationstheorie lassen sich universelle hydrodynamische Eigenschaften der stark gekoppelten Feldtheorie beschreiben. Eines der Hauptergebnisse dieses Forschungsgebietes ist der Nachweis, dass Fluide, die durch eine einfache duale Gravitationstheorie mit ungebrochener Rotationsinvarianz beschrieben werden können, ein universelles Verhältnis aus Scherviskosität und Entropiedichte besitzen. Erstaunlicherweise stimmt dieses Verhältnis parametrisch mit dem gemessenen Wert des stark gekoppelten Quark-Gluonen-Plasmas überein, ohne dass eine direkte Beschreibung dieser QCD Phase momentan möglich ist. In der vorliegenden Arbeit wird die Konstruktion eines ähnlichen, universellen Zusammenhangs beschrieben. In der hydrodynamischen Beschreibung supersymmetrischen Feldtheorien existiert eine Diffusionskonstante, die, ähnlich der Scherviskosität, den spurfreien Teil der Konstitutivgleichung des Supersymmetriestroms beschreibt. Wir berechnen diese Konstante in supersymmetrischen Theorien allgemeiner Dimension mittels verschiedener unabhängiger Rechnungen. Dazu betrachten wir als duale Gravitationstheorie eine generische Supergravitationstheorie. Die Bewegungsgleichung des zum Supersymmetriestrom dualen Gravitinos in Schwarzen Loch Hintergründen wird gelöst und erlaubt die Berechnung der retardierten Greenschen Funktion des Supersymmetriestroms der Feldtheorie. Diese besitzt einen Pol, der die charakteristische Schalldispersionsrelation des Phoninos beschreibt, des Goldstonefermions spontan gebrochener Supersymmetrie aufgrund endlicher Temperatur. In dieser Dispersionsrelation findet sich die besagte Diffusionskonstante, die sich auch mittels einer neuartigen Kubo-Formel direkt aus der Greenschen Funktion berechnen lässt. Das Hauptergebnis der Arbeit bildet hierbei die Etablierung eines Zusammenhangs dieser Diffusionskonstante und eines universell gültigen Absorptionsquerschnitts auf der dualen Seite der Gravitationstheorie, der die Absorption von Spinoren von einem Schwarzen Loch Hintergrund beschreibt. Eine weitere bedeutende Entwicklung besteht in der Entdeckung eines neuartigen Transportkoeffizienten, der einen beobachtbaren induzierten Strom aufgrund der Vortizität eines Fluids beschreibt. Dieser stellt die klassische Manifestation eines quantenmechanischen Effektes dar, der entsteht, wenn die zugrunde liegende mikroskopische Theorie eine quantenmechanische chirale Anomalie aufweist. Wir untersuchen diesen Effekt mithilfe eines theoretischen Ansatzes, der verschiedene Zugänge zum Verhältnis von Hydrodynamik und Gravitation miteinander vereint. Dazu werden rotierende D3-Branen effektiv als asymptotisch flache Verallgemeinerungen von fünf-dimensionalen AdS Reissner-Nordström Schwarzen Löchern beschrieben. Die Fluktuationen dieses Hintergrundes beschreiben nun eine effektive hydrodynamische Theorie auf einer Fläche in festem Abstand zur Singularität des Schwarzen Lochs, auf der die Fluktuationen Dirichlet Randbedingungen annehmen. Diese Herangehensweise erlaubt es uns den erwähnten Quanteneffekt nicht nur am Rand des AdS Raums zu betrachten, sondern auch am Horizont des Schwarzen Lochs, auf jeder Fläche mit konstantem Radius dazwischen oder sogar im asymptotisch flachen Raum.

Wir untersuchen stark gekoppelte Phänomene unter Verwendung der Dualität zwischen Eich- und Gravitationstheorien. Dabei liegt ein besonderer Fokus einerseits auf Vortex Lösungen, die von einem magnetischem Feld verursacht werden, und andererseits auf zeitabhängigen Problemen in holographischen Modellen. Das wichtigste Ergebnis ist die Entdeckung eines unerwarteten Effektes in einem einfachen holografischen Modell: ein starkes nicht abelsches magnetisches Feld verursacht die Entstehung eines Grundzustandes in der Form eines dreieckigen Gitters von Vortices. Die Dualität zwischen Eich- und Gravitationstheorien ist ein mächtiges Werkzeug welches bereits verwendet wurde um stark gekoppelte Systeme vom Quark-Gluonen Plasma in Teilchenbeschleunigern bis hin zu Festkörpertheorien zu beschreiben. Die wichtigste Idee ist dabei die der Dualität: Eine stark gekoppelte Quantenfeldtheorie kann untersucht werden, indem man die Eigenschaften eines aus den Einsteinschen Feldgleichungen folgenden Gravitations-Hintergrundes bestimmt. Eine der Gravitationstheorien, die in dieser Arbeit behandelt werden, ist eine Einstein--Yang--Mills Theorie in einem AdS--Schwarzschild Hintergrund mit SU(2)-Eichsymmetrie. Der Ansatz für das Eichfeld ist so gewählt, dass die zugehörige Quantenfeldtheorie einem externen Magnetfeld ausgesetzt ist. Oberhalb eines kritischen Magnetfeldes wird die Konfiguration instabil und zeigt einen Phasenübergang zu einem Supraleiter. Die Instabilität wird mit zwei Ansätzen untersucht. Zum einen werden Fluktuationen des Hintergrunds betrachtet und die Quasinormalmoden analysiert. Zum anderen zeigt die numerische Analyse der Bewegungsgleichungen, dass das effektive Schrödinger-Potential mit stärker werdendem Magnetfeld sich so lange verändert, bis ein gebundener Zustand möglich wird. Der sich ergebende supraleitende Grundzustand ist durch ein dreieckiges Vortexgitter gegeben, wie eine störungstheoretische Entwicklung über einem kleinen Parameter proportional zur Größe des Kondensats zeigt. Zur Bestimmung des energetisch bevorzugten Zustands wird mithilfe der holographischen Übersetzungsvorschrift die Gesamtenergie verschiedener Lösungen berechnet. Hierfür wird die Lösung der Bewegungsgleichungen zur dritten Ordnung in oben genanntem Parameter berechnet. Zusätzlich wird gezeigt, dass dieses Ergebnis auch für den Fall einer AdS--hard wall Geometrie gilt, also einer Feldtheorie mit Confinement. Als nächstes erweitern wir das einfache Gravitationsmodell um ein chemisches Potential und wiederholen die Untersuchung. Sind das chemische Potential, das magnetische Feld oder beide groß genug, so befindet sich das System in einer supraleitenden Phase. Wir berechnen das Phasendiagramm des Systems numerisch. Der Grundzustand der supraleitenden Phase nahe dem Phasenübergang ist ein dreieckiges Vortexgitter, wobei der Gitterabstand nur von der Stärke des magnetischen Feldes abhängt. Die Relevanz dieser Ergebnisse wird im Zusammenhang mit inhomogenen Grundzuständen in holographischen Supraleitern diskutiert, einem Themengebiet welches in letzter Zeit viel Interesse auf sich gezogen hat. Die erhaltenen Resultate sind nicht nur aufgrund der vorher unbekannten inhomogenen Lösung der Gravitationstheorie mit Schwarzem Loch neuartig. Es ist auch interessant, dass ein großes magnetisches Feld die Vortexstruktur im Grundzustand induziert anstatt sie zu unterdrücken. Des Weiteren untersuchen wir zeitabhängige Phänomene in einer holographischen Erweiterung des Kondomodells. Letzteres beschreibt ein einfaches Modell in der Festkörperphysik, in welchem eine magnetische Verunreinigung stark an ein Elektronenreservoir koppelt. Die holographische Beschreibung erfordert Techniken der numerischen Relativitätstheorie und erlaubt uns die Entwicklung des Systems nach einem plötzlichen Sprung in der Kopplungskonstante zu simulieren. Diese Doktorarbeit basiert auf Ergebnissen, die der Autor während des Studiums am Max-Planck-Institut-für-Physik in München, Deutschland unter der Betreuung von PD Dr. J. K. Erdmenger von August 2011 bis Mai 2014 erreicht hat. Die relevanten Veröffentlichungen sind: [1] M. Ammon, J. Erdmenger, P. Kerner, and M. Strydom, “Black Hole Instability Induced by a Magnetic Field,” Phys.Lett. B706 (2011) 94–99, arXiv:1106.4551 [hep-th], [2] Y.-Y. Bu, J. Erdmenger, J. P. Shock, and M. Strydom, “Magnetic field induced lattice ground states from holography,” JHEP 1303 (2013) 165, arXiv:1210.6669 [hep-th].

Die Entwicklung des ersten präzisen kosmologischen Modells, des LCDM Modells, ist eine bedeutende Errungenschaft der modernen, beobachtenden Kosmologie. Trotzdem bleiben eine Reihe von wichtigen Fragen über Zusammensetzung und Entwicklungsgeschichte des Universums unbeantwortet: Abgesehen von der Natur der Dunklen Materie ist der physikalische Ursprung der Dunklen Energie eine der ganz großen Fragen der theoretischen Physik. Ebenso bedürfen die statistischen Eigenschaften der anfänglichen Dichtefluktuationen im frühen Universum einer genauen überprüfung. Kleinste Abweichungen von den Gauß'schen Fluktuationen des Standardmodells würden, sofern sie nachgewiesen werden, eine Vielzahl von Informationen über die Physik des frühen Universums enthalten. In dieser Arbeit benutze ich numerische Verfahren, um neue, hochpräzise Vorhersagen zur kosmischen Strukturbildung in generalisierten Dunkle Energie Kosmologien zu treffen. Außerdem berücksichtige ich Modelle mit nicht-Gauß'schen Anfangbedingungen. Im ersten Abschnitt untersuche ich die nicht-lineare Strukturentstehung in sogenannten `Early Dark Energy' (EDE) Modellen und vergleiche sie mit dem LCDM Standardmodell. Interessanterweise zeigen meine Ergebnisse, dass der Sheth and Tormen (1999) Formalismus, mit dem üblicherweise die Anzahldichte von Halos aus Dunkler Materie geschätzt wird, in EDE Kosmologien weiterhin anwendbar ist, im Widerspruch zu analytischen Berechnungen. In diesem Zusammenhang untersuche ich auch das Verhältnis zwischen Masse und Geschwindigkeitsdispersion der Dunklen Materie in Halos. Dabei stelle ich eine gute übereinstimmung mit der Normalisierung der LCDM Kosmologien fest, wie sie in Evrard et al. (2008) beschrieben ist. Allerdings führt das frühere Anwachsen der Dichtestrukturen in EDE Modellen zu großen Unterschieden in der Massenfunktion der Halos bei hohen Rotverschiebungen. Dies könnte direkt in Beobachtungen gemessen werden, indem man die Anzahl der Gruppen als Funktion der Geschwindigkeitsdispersion der enthaltenen Galaxien entlang der Sichtlinie bestimmt. Insbesondere würde dadurch das Problem der mehrdeutigen Massebestimmung von Halos umgangen. Schließlich ermittele ich die Beziehung zwischen dem Konzentrationsparameter von Halos und der Halomasse in den EDE Kosmologien. Im zweiten Teil meiner Arbeit verwende ich ein Set an hochaufgelöste hydrodynamische Simulationen um die globalen Eigenschaften der thermischen und kinetischen Sunyaev Zeldovich (SZ) Effekte zu untersuchen. Dabei stellen wir fest, dass in den SZ-Beobachtungskarten der EDE Modelle der Compton-y-Parameter systematisch größer ist als im LCDM Modell. Erwartungsgemäß finde ich daher auch, dass das Leistungsspektrum der thermischen und kinetischen SZ Fluktuationen in EDE Kosmologien größer ist als im Standardmodell. Allerdings reicht diese Steigerung für realistische EDE Modelle nicht aus, um die theoretischen Voraussagen in übereinstimmung mit aktuellen Messungen der Mikrowellenhintergrundanisotropie bei großen Multipolwerten zu bringen. Eine Zählung der durch den SZ Effekt detektierbaren Halos in den simulierten Karten zeigt nur einen leichten Anstieg in den massereichsten Haufen für EDE Kosmologien. Ebenso sind Voraussagen für zukünftige Zählungen von SZ-detektierten Haufen durch das South Pole Telescope (SPT Ruhl, 2004) stark durch Unsicherheiten in der Kosmologie beeinträchtigt. Schließlich finde ich, dass die Normalisierung und die Steigung der Relation zwischen thermischem SZ-Effekt und Halomasse in vielen EDE Kosmologien unverändert bleibt, was die Interpretation von Beobachtungen des SZ Effekts in Galaxienhaufen vereinfacht. In weiteren Untersuchungen berechne ich eine Reihe von hochaufgelösten Vielteilchensimulationen für physikalisch motivierte nicht-Gauß'sche Kosmologien. In umfangreichen Studien untersuche ich die Massenverteilungsfunktion der Halos und deren Entwicklung in nicht-Gauß'schen Modellen. Zudem vergleiche ich meine numerischen Experimente mit analytischen Vorhersagen von Matarrese et al. (2000) und LoVerde et al. (2008). Dabei finde ich eine sehr gute übereinstimmung zwischen Simulation und analytischer Vorhersage, vorausgesetzt bestimmte Korrekturen für die Dynamik des nicht-sphärischen Kollapses werden berücksichtigt. Dazu werden die Vorhersagen dahingehend modifiziert, dass sie im Grenzfall sehr seltener Ereignisse einem geeignet veränderten Grenzwert der kritischen Dichte entsprechen. Desweiteren bestätige ich jüngste Ergebnisse, nach denen primordiale nicht-Gauß'sche Dichtefluktuationen eine starke skalenabhänginge Verzerrung auf großen Skalen verursachen, und ich lege einen physikalisch motivierten mathematischen Ausdruck vor, der es erlaubt, die Verzerrung zu messen und der eine gute Näherung für die Simulationsergebnisse darstellt.

In der vorliegenden Arbeit wurden die physikalische Eigenschaften aktiver galaktischer Kerne untersucht. Aktive galaktische Kerne (AGN) sind durch ihr breitbandiges Spektrum und schnelle, gewaltige Leuchtkraftvariationen charakterisiert. Beobachtungen und Analyse beider Eigenschaften koennen dazu beitragen, die zentralen Energiequelle besser zu verstehen. Als erster Schritt wurden die Roentgenbeobachtungen der Seyfert-Galaxie PKS 0558-504 betrachtet, um die Variationen des Flusses und des Spektrums zu erforschen. Mit Hilfe des spektralen zwei-Komponenten-Modells findet man, dass die Variabilitaet meistens von der niederenergetischen Komponente hervorgerufen wird, waehrend die andere Komponente relativ stabil bleibt. Die Luminositaet aendert sich staendig waehrend der gesamten Beobachtungszeit, und mit Hilfe des spektralen Modells wurde eine Korrelation zwischen dem Fluss und den physikalischen Parametern (optische Tiefe und/oder Temperatur) der Emissionsregion gefunden. Diese Korrelation weist auf einem Zusammenhang zwischen der Emissionsquelle (die die Luminositaet reguliert) und den physikalischen Bedingungen innerhalb des Streumediums (das das Roentgenspektrum bestimmt) hin. MGC-6-30-15 ist eine andere prominente Seyfert 1 Galaxie, die starke Variabilitaet im Roentgenbereich auf vielen Zeitskalen zeigt. Gleichzeitige Beobachtungen dieses Objekts im Roentgen- und Ultaviolettband wurden dazu benutzt, Korrelation der Variabilitaet zu bestimmen. Es wurde gefunden, dass die UV-Strahlung mit kleineren Amplituden und laengeren Zeitskalen als die Roentgenstrahlung variiert. Die beiden Lichkurven sind stark korreliert, wobei die Roentgen- nach der UV-Strahlung den Beobachter erreicht. Diese Korrelation wird wahrscheinlich bei der Akkretion der Materie dadurch hervorgerufen, dass Fluktuationen in der aeusseren Akkretionsscheibe entstehen und sich dann auf das Zentralenobjekt zubewegen, so dass sie erst die optische und UV-Emission der Scheibe modulieren, und erst spaeter das Roentgenlicht, das sehr nahe dem Zentrum entsteht. Diese und andere Beobachtungen sind ein starker Beweis fuer dieses Modell der propagierenden Fluktuationen, und ein wichtiger Grund fuer die weitere detaillierte Untersuchung dieses Typs von Modellen, die die Emissionsvariabilitaet der AGN erklaeren. Basierend auf der Arbeit Lyubarskiis (1997) wurde ein phaenomenologisches Modell fuer die AGN Variabilitaet entwickelt. In diesem Modell propagieren die Akkretionsratefluktuationen einwaerts durch die Akkretionsscheibe und modulieren die Emission der inneren Regionen. Das in dieser Doktorarbeit verwendete Modell wurde nur fuer die Erklaerung der Roentgenemission benutzt, da die Natur der Zusammenhaenge zwischen der Akkretionsscheibe (optische/UV-Emission) und der Korona (Roentengstrahlung) theoretisch noch nicht gut genug bekannt ist und zusaetzliche freie Parameter braucht. Wir haben das Modell verwendet um numerisch die Lichtkurven auszurechnen, die man dann mit Beobachtungen vergleichen kann. Das Modell reproduziert viele der Eigenschaften der Beobachtungen: lineare Abhaengigkeit der Amplitude vom Fluss, log-normale Verteilung der Fluesse, Potenzgesetz des Leistungsspektrums (PSD) mit einem cut-off bei hohen Frequenzen. Die Korrelationen zwischen verschiedenen spektralen Roentgenbaeandern konnten auch reproduziert werden. Das Modell bestaetigt dass, wenn die harte Strahlung mehr im Zentralbereich der Scheibe konzentriert ist als die weiche, sie auch mehr Leistung bei hohen Fourierfrequenzen zeigt und auch spaeter beim Beobachter ankommt, verglichen mit der weichen Roentgenstrahlung, wie beobachtet. Das Modell kann auch Eigenschaften der Kreuzkorrelationen erklaeren, wie z.B. Kohaerenzen. Weil diese Analysen jedoch eine hoehere Qualitaet der Daten verlangen als fuer AGN normalerweise verfuegbar sind, haben wir das Modell auch auf einen Kandidaten fuer ein galaktisches schwarzes Loch, Cyg X-1, angewandt, von dem man bessere Beobachtungsdaten hat. Das Modell propagierender Akkretionsratefluktuationen kann die Variabilitaetseigenschaften der Roentgenlichtkurven dieser Systeme in einem oder mehreren Energiebaendern gut reproduzieren. Die bessere Qualitaet der Beobachtungsdaten dieser Systeme kann die Modellparameter besser einschraenken und bietet dadurch eine komplementaere Methode fuer die Untersuchung der Akkretionsprozesse.

Kolloidale Halbleiternanokristalle sind aufgrund ihrer vom Ultravioletten bis weit ins Infrarote durchstimmbaren Emissionswellenlänge besonders interessante Nanostrukturen für zukünftige optoelektronische Bauelemente und werden daher zurzeit intensiv erforscht. Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit steht die Untersuchung und Manipulation der Lichtemission von neuartigen, stäbchenförmigen Cadmiumselenid/Cadmiumsulfid (CdSe/CdS) Nanokristallen in einem Einzelpartikelfluoreszenzaufbau. Diese Nanokristalle bestehen aus einem sphärischen CdSe-Kern, an den ein CdS-Nanostäbchen monokristallin gewachsen wird. Dadurch entstehen räumlich asymmetrische Halbleiternanostäbchen mit einem Aspektverhältnis zwischen 1,6 und 4,0. Durch die Messung der strahlenden Rate konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass das Elektron über das gesamte Nanostäbchen delokalisiert ist, wohingegen das Loch im CdSe-Kern lokalisiert ist. Daher kann man durch die Länge des Cadmiumsulfidstäbchens den Wellenfunktionsüberlapp direkt manipulieren. Die Wellenfunktionen und damit die Emissionsenergien können neben der Geometrie insbesondere auch durch externe elektrische Felder kontrolliert werden. Da die Größe dieses so genannten „Starkeffekts in quantenbeschränkten Strukturen“ mit der räumlichen Ausdehnung der Nanostruktur zunimmt, konnte in den Nanostäbchen ein, verglichen zu sphärischen Nanokristallen, deutlich erhöhter Feldeffekt beobachtet werden. Experimente an einzelnen CdSe/CdS Nanostäbchen zeigen aber nicht nur eine Verschiebung der Emissionsenergie um das 50-fache der Linienbreite, sondern zugleich eine feldinduzierte Abnahme der Emissionsintensität um eine Größenordnung. Die experimentellen Ergebnisse lassen sich hervorragend mit einem theoretischen Modell vergleichen. Dazu wurde das effektive Massenmodell um die Coulombwechselwirkung ergänzt und durch eine finite Elemente Methode für asymmetrische Geometrien erweitert. Damit ist es möglich, sowohl die strahlende Rate, die Starkverschiebung der Emissionsenergie wie auch die Intensitätsmodulation durch elektrische Felder qualitativ und quantitativ vorherzusagen und den Starkeffekt in kolloidalen Nanokristallen durch ein quantenmechanisches Modell zu beschreiben. Die Emissionscharakteristik wird nicht nur durch externe Felder, sondern auch durch Fluktuationen lokaler Felder beeinflusst, welche durch diffundierende Oberflächenladungen entstehen. Diese lokalen Feldveränderungen induzieren ebenfalls eine Starkverschiebung und führen zu einer zeitlichen Variation der Emissionsenergie. Durch die elongierte Form der Nanostäbchen ist es erstmals gelungen, bei kolloidalen Nanokristallen die Bewegung von Oberflächenladungen auf der Nanometerskala zu beobachten. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass man dabei zwischen einer zufälligen Bewegung der Oberflächenladungen um den Ladungsschwerpunkt und der Verschiebung des Ladungsträgerschwerpunkts unterscheiden kann.

Eine bestimmte statistische Verteilung der Fluktuationsbreiten einer quantenmechanischen Anregungsfunktion wird als "Ericson-Fluktuation" bezeichnet. Anregungsfunktionen mit diesem Merkmal wurden zuerst bei Compound-Kern-Reaktionen gemessen. Für die heutige Forschung sind Ericson-Fluktuationen in zweierlei Hinsicht von besonderer Bedeutung. Zum einen benötigt das zu ihrer theoretischen Beschreibung dienende Modell lediglich den Rahmen der quantenmechanischen Streutheorie, was sie in den Rang einer universellen quantenmechanischen Erscheinung erhebt. Zum anderen spielen sie eine Schlüsselrolle in der noch jungen "Quantenchaos"-Forschung, in der sie nach einer Vorhersage von Blümel und Smilansky quantenmechanische Streuvorgänge kennzeichnen, für die es ein klassisches Modell gibt, das chaotisches Verhalten aufweist. Diese herausgehobene theoretische Bedeutung der Ericson-Fluktuationen bedarf allerdings noch der experimentellen Rechtfertigung. Vor diesem Hintergrund sind die Ergebnisse des in dieser Arbeit aufgebauten Experimentes besonders wertvoll. Es liefert nicht nur die erste Messung von Ericson-Fluktuationen in der Atomphysik, sondern auch die erste experimentelle Bestätigung der Vorhersage von Blümel und Smilansky. Dazu wird in einem He(4)-Bad-Kryostat die Anregungsfunktion der Photoabsorption von Rb(85)-Atomen in gekreuzten statischen homogenen magnetischen und elektrischen Feldern an einem thermisch erzeugten Atomstrahl gemessen. Die magnetische Induktion wird durch supraleitende Magnetspulen in Helmholtz-Anordnung und das elektrische Feld durch einen Plattenkondensator erzeugt. Als Photonenquelle dient ein kontinuierlich betriebener frequenzstabilisierter Farbstoff-Laser. Im Zuge einer schrittweisen Durchstimmung des Farbstoff-Lasers wird die Anregungsfunktion in guter Näherung bis auf eine Proportionalitätskonstante bestimmt. Eine geeignete Geometrie des Experimentes unterdrückt den Doppler-Effekt und den bewegungsvermittelten Stark-Effekt bei der Spektroskopie am Atomstrahl. Eine zweistufige Anregung mit optischem Pumpen eines Zeeman-verschobenen Hyperfeinstrukturübergangs der Rb(85)-D2-Linie durch einen frequenzstabilisierten Dioden-Laser wählt einen bestimmten Unterzustand aus. Die Anregungsfunktion entspricht dann in guter Näherung der eines Atoms in einem reinen atomaren Zustand unter dem Einfluß festgelegter äußerer Felder. Angeregte Zustände werden unabhängig von ihrem Autoionisationsverhalten detektiert. Die Stärken der statischen Felder betragen etwa 22 kV/m und 1...2 T und werden mit hoher Genauigkeit bestimmt. Die relativen Fehler betragen etwa 2,5*10^(-3) für die elektrische Feldstärke und 5*10^(-4) für die magnetische Induktionsstärke. Mit Hilfe eines Referenz-Lasers und eines Michelson-Interferometers zur absoluten sowie eines längenstabilisierten Fabry-Perot-Interferometers zur relativen Frequenzmessung werden die Anregungsfunktionen auf eine absolute Frequenzskala umgerechnet. Knapp unterhalb der feldfreien Ionisationsschwelle kann beim Anlegen gekreuzter Felder mit geeigneten Werten für die elektrische Feldstärke und die magnetische Induktionsstärke im klassischen Modell des Valenzelektrons mit chaotischer Streuung gerechnet werden. Die angeregten Zustände haben dann eine starke Autoionisationsneigung. Die gemessene Anregungsfunktion für die Anregung dieser Elektronenenergien weist ausgeprägte Ericson-Fluktuationen auf. In Übereinstimmung mit numerischen Berechnungen für Wasserstoff nimmt die Deutlichkeit der Ericson-Fluktuationen mit der magnetischer Induktionsstärke zu. Die Ericson-Fluktuationen erweisen sich als sehr empfindlich gegen zahlreiche störende elektromagnetische Einflüsse. Diese müssen während der Messung unterdrückt werden. In dieser Arbeit werden Ericson-Fluktuationen auf einer Skala beobachtet, die zehn Größenordnungen unter der liegt, die für Compound-Kern-Reaktionen ermittelt wurde. Bis auf die Skalierung weisen die Verteilungen der Fluktuationsbreiten allerdings eine große Ähnlichkeit auf. Dies spricht für die Universalität der Ericson-Fluktuationen.

In dieser Arbeit werden Quanteneffekte in den mechanischen Eigenschaften eines nanomechanischen Balkenresonators untersucht. Dabei werden zunaechst Quantenfluktuationen der transversalen Auslenkung des Resonators behandelt. Diese lassen sich durch zwei Verfahren verstaerken, dynamisch mittels parametrischer Resonanz, oder statisch durch longitudinale Kompression bis nahe der Euler-Instabilitaet, bei der sich der Nanobalken klassisch zur Seite biegt. Desweiteren werden die Analogien zu makroskopischer Quantenkohaerenz und makroskopischem Quantentunneln in einer quantenmechanischen Beschreibung des Balkens jenseits der Euler-Instabilitaet diskutiert. Als Modell-Balken wird dabei ein Single-Wall-Carbon-Nanotube von 0.1 Mikrometer Laenge verwendet. Seine ausgezeichneten elastischen Eigenschaften und seine geringe Masse (etwa 20000 C-Atome) machen ihn zum bestmoeglichen Kandidat zum Nachweis von makroskopischen Quanteneffekten, und seine thermischen Fluktuationen der mittleren Auslenkung in Balkenmitte sind bereits im Experiment gemessen worden. Das Quantenregime fuer diese Fluktuationen ist aufgrund der sehr hohen Resonatorfrequenzen im GHz-Bereich ebenfalls experimentell zugaenglich; die Quantenfluktuationen selbst sind zwar mit (0.01 Nanometer)^2 sehr klein, aber mit neuesten, extrem sensitiven Sensoren im Prinzip detektierbar. Dynamisch lassen sich die Fluktuationen unter Ausnutzung der parametrischen Resonanz bis auf etwa (1 Nanometer)^2 verstaerken, aber nur in einem sich periodisch aufschaukelndem Nichtgleichgewichtsprozess, sodass zu deren Nachweis eine stroboskopische Messmethode verwendet werden muss. Auch durch longitudinale Kompression bis sehr nahe an die Euler-Instabilitaet, zum Beispiel durch piezoelektrisches Druecken, lassen sich die Quantenfluktuationen verstaerken, und zwar bis zu einer neuen, rein quantenmechanisch bestimmten Skala von etwa 0.1 Nanometer; die parallel dazu reduzierte Frequenzskala ist fuer typische solche Nanotubes im Bereich von 10 MHz. Jenseits der Euler-Instabilitaet laesst sich der Balken quantenmechanisch in einer Superposition aus "nach links" und "nach rechts" gebogen beschreiben. Die dann niedrigste Anregungsenergie, die Tunnelfrequenz des entsprechenden Zweizustandsystems, betraegt nur noch einige MHz. Makroskopisches Quantentunneln aus einem durch kapazitive Kopplungen metastabil gemachten Zustand "links" ergibt eine sehr niedrige Uebergangstemperatur zum Quantenregime von 0.7 mK, man erhaelt dennoch eine Quantenkorrektur zum Temperaturverhalten des klassischen Arrhenius-Gesetzes. Insgesamt zeigen die hier vorgestellten Rechnungen, dass durch geeignete Kombination bereits durchgefuehrter Experimente oder verbesserte Kuehlmechanismen Quantenmechanische Effekte, besonders Quantenfluktuationen, in naher Zukunft tatsaechlich in makro(nano)skopischen mechanischen Systemen relevant werden koennen und die "Quantenmechanik" daher woertlich genommen werden sollte.

In der heutigen Kosmologie werden Inhomogenitäten und Unregelmäßigkeiten in den relevanten Datensätzen wie etwa die Substruktur in Galaxienhaufen und die Tatsache, daß verschiedene Galaxientypen unterschiedlich im Raum verteilt sind, nicht mehr nur als zufällige Fluktuationen interpretiert, sondern für ein Verständnis der kosmischen Materieverteilung positiv nutzbar gemacht. Die vorliegende Arbeit entwickelt in diesem Sinne Maße, welche eine quantitative Beschreibung von solchen Inhomogenitäten liefern, wendet sie sowohl auf Realdaten als auch auf numerische Simulationen an und stellt den Zusammenhang zu physikalischen Modellen her. Die Integralgeometrie stellt Maße zur Verfügung, die sich unter geometrischen Transformationen und Mengenoperationen in einfacher Weise verhalten. Während bislang in der Kosmologie vor allem die skalaren Minkowski–Funktionale angewandt wurden, um die kosmische Materieverteilung zu charakterisieren, stehen im ersten Teil dieser Arbeit höherrangige Minkowski–Valuationen wie die Quermaßvektoren und –tensoren im Vordergrund. Diese spiegeln die Lage, Symmetrie, Gestalt und Konnektivität von Mustern wider. Zunächst werden diese Maße für physikalische Anwendungsbereiche erschlossen. Die Anwendungen gelten dann Galaxienhaufen (“Clustern”), deren innere Eigenschaften auch dazu geeignet sind, die Werte der kosmologischen Parameter einzuschränken. Mit Hilfe der Minkowski–Valuationen definieren wir eine Reihe von Strukturfunktionen, die sich speziell dazu eignen, Galaxienhaufen morphologisch zu charakterisieren. Eine Analyse von Clustern, die kosmologischen Dunkle–Materie–Simulationen entstammen (dem sogenannten GIF–Projekt der “German–Israelic Foundation”), zeigt, daß der morphologische Zustand von Galaxienhaufen zwischen verschiedenen kosmologischen Hintergrundmodellen unterscheiden kann. Eine weitere Analyse gilt komplexeren Simulationen, die auch das heiße Cluster–Röntgengas berücksichtigen. Dabei vergleichen wir nicht nur die Gas– und die Dunkle–Materie–Morphologie, sondern untersuchen auch den Zusammenhang mit der inneren Dynamik. In geeigneten Räumen von globalen Clusterparametern entstehen fundamentale Abhängigkeiten wie etwa die Fundamentalebenenrelation. Dabei können wir zeigen, daß der Abstand von der Fundamentalebene, der die Entfernung von einem Gleichgewichtszustand angibt, mit der Substruktur der Galaxienhaufen positiv korreliert ist; mithin spiegelt die Substruktur den inneren dynamischen Zustand eines Clusters. Weiterhin wird gezeigt, daß die Morphologie von Galaxienhaufen auch im Optischen (d.h. in der Verteilung der Clustergalaxien) die Hintergrundkosmologie widerspiegelt. Dazu analysieren wir die Verteilung von Cluster–Galaxien, welche semianalytischen Modelle für die GIF–Simulationen vorhersagen, und Realdaten. Eine Grundfrage der modernen Kosmologie gilt der Art und Weise, wie die Dunkle Materie hinter dem Vordergrund der sichtbaren Galaxien im Universum verteilt ist (“Bias”–Problem). Wegen der Schwierigkeiten, die Dunkle Materie zu lokalisieren, sind dabei schon Unterschiede von Interesse, die sich etwa in der räumlichen Verteilung unterschiedlicher Galaxientypen finden. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit einem neuen Ansatz, solche Unterschiede zu quantifizieren. Dabei versteht man die Galaxienverteilung als Realisation eines markierten Punktprozesses, der neben den Positionen im Raum auch innere Eigenschaften der Galaxien wie Leuchtkräfte oder morphologische Typen erzeugt. Diese Beschreibung ermöglicht es, eine Reihe von Größen einzuführen, mit denen man testen kann, ob eine Markensegregation vorliegt, das heißt, ob das räumliche Clustern der Galaxien von deren inneren Eigenschaften abhängt. Solche Testgrößen – wir beziehen uns dabei hauptsächlich auf Statistik zweiter Ordnung – zeigen, angewandt auf den Southern Sky Redshift Survey II, signifikante Leuchtkraft– und Morphologie–Segregation an. Ein Vergleich mit Modellen zeigt die komplexe Natur dieser Leuchtkraft–Segregation, die insbesondere nicht auf die Morphologie–Dichte–Relation zurückzuführen ist.

In der vorliegenden Arbeit habe ich mich mit den Auswirkungen eventuell im fruehen Universum vorhandener Antimaterieregionen auf die Haeufigkeiten der leichten Elemente beschaeftigt. Praktisch das gesamte Deuterium und der ueberwiegende Teil der Helium-4 Kerne, die wir heute im Universum beobachten, wurden in einem fuehen Evolutionsstadium des Kosmos — nur wenige Minuten nach dem Urknall — gebildet. In der Theorie der sogenannten Primordialen Nukleosynthese — oder auch Big Bang Nukleosynthese (BBN) — werden die relativen Haeufigkeiten der einzelnen Kerne abhangig von den genauen physikalischen Bedingungen im jungen Universum vorhergesagt. Die im Rahmen des Standardmodells der Kosmologie vorhergesagten Elementhaeufigkeiten stimmen im Allgemeinen gut mit aus Beobachtungen abgeleiteten Werten ueberein. Dies begr uendet den großen Erfolg dieser Theorie und macht sie zu einem der Grundpfeiler des kosmologischen Standardmodells. Denkbare Erweiterungen des Standardmodells koennen jedoch potentiell Auswirkungen auf den Ablauf der Kernsynthese haben. Da aber jedes glaubwuerdige Szenario ebenso wie die Standardtheorie die aus den Beobachtungen abgeleiteten Haeufigkeiten vorhersagen muss, duerfen die H¨aufigkeiten nur minimal beeinflusst werden. Diese Ueberlegungen gestatten es uns, die Kernsynthese als ”Werkzeug“ zur Untersuchung der physikalischen Bedingungen im jungen Universum zu verwenden. Dies ist bereits in der Vergangenheit vielfach praktiziert worden. Eine haeufig untersuchte Variante ist die sogenannte inhomogene Nukleosynthese. In einem solchen Modell wird eine Grundannahme des kosmologischen Standardmodells, die Homogenitaet der Verteilung der baryonischen Materie im jungen Universum, fallengelassen. Das von mir untersuchte Szenario geht noch einen Schritt weiter und laeßt auch Fluktuationen in der Baryonendichte mit negativem Vorzeichen zu. In einem solchen Modell besteht das junge Universum aus getrennten Materie- und Antimaterieregionen. Diese Art spezieller Anfangsbedingungen wird in einigen Modellen der elektroschwachen Baryogenese vorhergesagt. Solche Materie- und Antimaterieregionen werden sich gegenseitig annihilieren, sobald der Transport von Baryonen ueber die Grenzen der Regionen moeglich ist. Nach der vollst¨andigen Annihilation aller Antimaterieregionen bleibt nur der im Zuge der Baryogenese gebildete Ueberschuß an Materie uebrig. Zur numerischen Behandlung dieses Problems habe ich ein Computerprogramm entwickelt. In diesem Programm werden sowohl die nuklearen Reaktionen, die zum Aufbau der leichten Elemente fuehren, als auch Annihilationen beruecksichtigt. Da die Kernsynthese und die Annihilation der Antimaterieregionen im expandierenden Universum ablaufen, und die genauenWerte der einzelnen thermodynamischen Variablen, wie Druck, Dichte und Temperatur der beteiligten Teilchen, von entscheidender Wichtigkeit sind, muss das Programm auf dem Hintergrund der Expansion des Kosmos gerechnet werden. Weiterhin musste neben den Reaktionen, die zwischen den einzelnen Nukleonen ablaufen koennen, auch der Transport von Nukleonen und Antinukleonen in die jeweilige Anti-Region behandelt werden. Diese Transportprozesse werden zu fruehen Zeiten durch Diffusion von Baryonen beschrieben, zu spaeten Zeiten hingegen durch hydrodynamische Expansion von Regionen mit hoeherer Dichte gegen solche mit niedrigerer Dichte. Abhaengig vom Zeitpunkt der Annihilation k¨onnen die Haeufigkeiten der leichten Elemente durch zwei Haupteffekte beeinflusst werden. Im Zuge der Heliumsynthese, die bei einer kosmischen Temperatur von etwa 80 keV ablaeuft, werden praktisch alle freien Neutronen in Helium-4 Kerne eingebaut. Die primordiale Helium-4 Haeufigkeit haengt also stark von der Anzahl verfuegbarer Neutronen ab. Zu Zeiten vor der Heliumsynthese laeuft der Transport von Baryonzahl ueber die Domaenengrenzen durch Neutronendiffusion ab, Protonen koennen auf Grund ihrer elektrischen Ladung nur ueber wesentlich kuerzere Distanzen diffundieren. Fruehe Annihilation wird also bevorzugt auf Neutronen stattfinden und fuehrt so zu einer Reduzierung der Neutronendichte, und damit unmittelbar auch zu einer geringeren Menge an primordial produziertem Helium-4. Sind die Antimaterieregionen groeßer als die Diffusionslaenge von Neutronen zur Zeit der Heliumsynthese, ist ein nennenswerter Transport von Baryonzahl erst zu wesentlich sp¨ateren Zeiten moeglich. Antiprotonen, die nun in die Materieregion eindringen, koennen sowohl auf Protonen als auch auf die bereits gebildeten Helium-4 Kerne annihilieren. Weiterhin koennen die Helium-4 Kerne auch durch die im Annihilationprozess entstehenden Gammaquanten photodisintegriert werden. Beide Prozesse fuehren zur Bildung energetischer Sekundaerkerne, in erster Linie Helium-3. Diese energetischen Kerne koennen in einem weiteren Schritt durch nicht-thermische Reaktionen mit Helium-4 Kernen Lithium-6 Kerne bilden. Sp¨ate Annihilation wird also zu einer erhoehten Helium-3 und Lithium-6 Haeufigkeit im Vergleich zum Standardszenario fuehren. Als ein wichtiges Ergebnis meiner Arbeit habe ich auf Grund dieser Effekte Schranken sowohl an den maximal erlaubten Antimateriegehalt im jungen Universum, als auch an den Zeitpunkt der Annihilation, bestimmt durch die Groeße der Antimaterieregionen, hergeleitet. Diese neuen und rigiden Schranken decken einen weiten Annihilationszeitraum ab, von der Epoche des Ausfrierens der schwachen Wechselwirkungen bei einer Temperatur von etwa 1 MeV bis hinunter zur Epoche der Rekombination bei einer kosmischen Temperatur von etwa 10 nisse wesentlich restriktiver. Der relative Antimateriegehalt in Regionen die unmittelbar nach dem Ende der Kernsynthese annihilieren kann beispielsweise nicht hoeher als wenige Prozent der gesamten baryonischen Materie sein, fuer spaetere Annihilation sinkt dieser Wert um mehr als zwei Groeßenordnungen. In einem zweiten Hauptaspekt meiner Arbeit habe ich gezeigt, dass die durchaus im Detail vorhandenen Diskrepanzen zwischen den im Standardszenario der Big Bang Nukleosynthese vorhergesagten Elementh aeufigkeiten und den aus Beobachtungen abgeleiteten Werten durch die Praesenz einer gewissen Menge Antimaterie in einem bestimmten Laengenskalenbereich beseitigt werden koennen. Weiterhin habe ich untersucht, ob die im Standardszenario g ueltige obere Grenze fuer die Baryonendichte im Universum in einem Szenario mit Antimateriedom aenen ebenso gueltig ist. Auf Grund meiner Ergebnisse erscheint es sehr unwahrscheinlich, dass die Baryonendichte in einem Materie-Antimaterie Szenario wesentlich gr¨oßer sein kann, als im Standardszenario vorhergesagt.