1.  Wie kam und kommt das Licht in die Welt?

Prof. Dr. Hans-Joachim Blome, FH Aachen

Dienstag, 1. April 2008, 15:30 – 17:00 Uhr

Das den erdnahen Weltraum durchflutende Licht der Sonne, die Strahlung der übrigen Sterne unserer Galaxis und die kosmologische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung sind die wesentlichen Bestandteile des Lichts in der Weltraumumgebung der Erde. Im heutigen Kosmos ist die mittlere Energiedichte der Materie zwar größer als die Energiedichte der elektromagnetischen Strahlung, aber die in der kosmologischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung steckenden Photonen übertreffen an Zahl bei weitem die in den Sternen und Galaxien produzierten Photonen.

Während der Ursprung der stellaren Photonen in den thermonuklearen Fusionsprozessen zu suchen ist, resultieren die Photonen der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung vermutlich aus den Annihilationsprozessen von Teilchen und Antiteilchen im frühen Universum. Emanzipiert von der Materie haben sich diese Photonen aber erst ungefähr 300 000 Jahre nach dem „Urknall”. Die kosmologische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung ist das Nachglühen der heißen Anfangsphase des expandierenden Universums. Die Frage nach dem Ursprung der Lichts weist zurück zum Anfangszustand des Kosmos und ist auch verknüpft mit der Frage nach der Entstehung der Materie, der Dominanz der Materie über die Antimaterie und mit dem Problem „Warum wird es nachts dunkel?”.

Zum Referenten:

Prof. Dr. Hans-Joachim Blome war langjähriger wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Astrophysik der Universität Bonn und beim DLR. Seit 1999 lehrt und forscht er als Professor an der Fachhochschule Aachen im Fachbereich der Raumfahrttechnik. Seine Arbeitsgebiete sind die Gravitationsphysik, Raumflugdynamik und Kosmologie. Professor Blome hat zahlreiche wissenschaftliche und populäre Veröffentlichungen auf diesem Gebiet verfasst wie „Der Urknall” von Blome / Zaun, erschienen im C.H. Beck-Verlag.

2.  Der kosmische Mikrowellenhintergrund – eine Botschaft aus der Anfangszeit von Licht und Materie

Prof. Dr. Matthias Bartelmann, Universität Heidelberg

Dienstag, 8. April 2008, 15:30 – 17:00 Uhr

Woher kommt das Helium? Diese Frage hat vor mehr als 60 Jahren zur Vorhersage des kosmischen Mikrowellenhintergrunds geführt. Entdeckt wurde er dann etwa 20 Jahre später. Dass die Vorläufer unserer heutigen kosmischen Strukturen Spuren in ihm hinterlassen haben sollten, steht seit fast 40 Jahren fest, und dass man sie zunächst nicht fand, führte zu dem Postulat, dass die Dunkle Materie im Universum aus schwach wechselwirkenden, schweren Elementarteilchen bestehen sollte. Vor 15 Jahren bestätigte der Cobe-Satellit zwei wesentliche Eigenschaften des Mikrowellenhintergrunds: Er entstand aus thermischem Gleichgewicht heraus und weist tatsächlich Temperaturschwankungen auf, in denen wir die heutigen kosmischen Strukturen angelegt sehen. Mit seiner erheblich verbesserten Winkelauflösung liefert der WMAP-Satellit Daten, die es im Einklang mit anderen kosmologischen Messungen erstmals erlauben, ein kosmologisches Standardmodell festzulegen. Der Planck-Satellit, der ab 2009 den Mikrowellenhintergrund mit abermals erheblich gesteigerter Winkelauflösung und Empfindlichkeit beobachten soll, wird die Informationsfülle dieser gut codierten Botschaft aus dem frühen Universum weiter entschlüsseln helfen.

Zum Referenten:

Prof. Dr. Matthias Bartelmann studierte Physik und Astronomie an der LMU München und wurde 1992 promoviert. Er war wissenschaftlicher Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für Astrophysik von 1992 bis 2003, unterbrochen durch einen Postdoc-Aufenthalt am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge (USA) von 1994-1995. Ab 1997 war er wissenschaftlicher Projektleiter des deutschen Beitrags zum Planck-Projekt, bevor er 2003 auf einen Lehrstuhl für theoretische Astrophysik an die Universität Heidelberg berufen wurde. Sein Hauptarbeitsgebiet ist die Entstehung und Entwicklung kosmischer Strukturen.

3.  Von der Entstehung der Galaxien und der großräumigen Verteilung der Materie

Prof. Dr. Hans-Walter Rix, Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg

Dienstag, 15. April 2008

Im Durchschnitt ist das heutige Universum, mit einem Atom pro Kubikmeter, langweilig. Doch kleine anfängliche Dichteschwankungen nach dem Urknall, die im kosmischen Mikrowellenhintergrund erkennbar sind, sind durch Gravitationsinstabilität nach und nach zu einem filamentartigen kosmischen Netzwerk dunkler Materie gewachsen, an dessen Knoten 1000-mal dichtere Galaxien entstanden sind. Diese uns doch eher vertrauten Galaxien, wie unsere eigene Milchstrasse, haben sich dort als sehr kompakte „Kondensate” baryonischer Materie gebildet, stellen aber nur einen winzigen Bruchteil aller Masse (< 1%) im Universum dar. Jedoch zeigt die heutige „Population” aller Galaxien in vielen ihrer Eigenschaften ein enormes Maß an (einst) überraschender Regelmäßigkeit. Ich werde den Stand der jetzigen Forschung beschreiben, wie der Weg von zufälligen „Anfangsfluktuationen” nach dem Urknall zu den ästhetisch ansprechenden und komplexen Galaxien heute durch eine Vielzahl von Beobachtungen und Modellrechnungen nachvollzogen werden kann. Erstaunlich viel ist verstanden, aber manche grundlegende Fakten sind noch vollkommen unerklärt.

Zum Referenten:

Prof. Dr. Hans-Walter Rix, geb. am 16. Jan. 1964 in Erlangen, studierte Physik und Astronomie in Freiburg, München und Tucson/Arizona. Promotion an der University of Arizona (1991). Nach weiteren Stationen in den USA (Institute for Advanced Study, Princeton, 1991-94) und Deutschland (Max-Planck-Institut für Astrophysik, 1994-95) Rückkehr als Assistant Professor, später Associate Professor an die University of Arizona (1995-98). Seit 1999 ist er Direktor am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg. Sein Forschungsgebiet umfasst die Struktur und Dynamik von Galaxien sowie die Galaxienentstehung, die Struktur unserer Milchstraße, den Gravitationslinseneffekt sowie schwarze Löcher in Galaxienkernen. Prof. Rix ist Mitglied im Science Team des „Hubble”-Nachfolgers James Webb Space Telescope und ist als Vorsitzender der LBT-Beteiligungsgesellschaft am Bau und Betrieb des bisher größten bodengebundenen Einzelteleskops „Large Binocular Telescope” auf dem Mount Graham/Arizona beteiligt.

4.  Licht und Leben: Von der Genese und Evolution der Lebenswelt

Dr. Gerda Horneck, DLR Köln-Porz

Dienstag, 22. April 2008, 15:30 – 17:00 Uhr

Die Geschichte unserer Biosphäre reicht mindestens 3,8 Milliarden Jahre zurück, wie Fossilienfunde im ältesten Sedimentgestein belegen. Seit dieser Zeit hat sich das Leben von einfachsten Mikroorganismen zu der heutigen Vielfalt und dem Artenreichtum entwickelt, und dabei die Erde selbst, vor allem ihre Atmosphäre und die Gesteine, entscheidend mitgeprägt. Noch wissen wir nicht, wie das Leben einst entstanden ist und ob die Erde in dieser Hinsicht ein Unikat im Universum ist oder ob Leben eher ein kosmisches Phänomen ist, das zwangläufig immer dann entsteht, wenn die entsprechenden Voraussetzungen erfüllt sind. Hierbei sind Masse und Energie eines Sternes wesentliche Größen, die das Ausmaß eines lebensfreundlichen „Grüngürtels”, der so genannten habitablen Zone, bestimmen.

Vom elektromagnetischen Spektrum eines Sternes, das sich über mehrere Größenordnungen von den Röntgenstrahlen bis zu den Mikrowellen erstreckt, spielen vor allem die Ultraviolettstrahlung und der sichtbare Bereich eine wesentliche Rolle bei Entstehung und Evolution von Leben. Photochemische Prozesse im Interstellaren Medium führen zur Bildung vielfältiger komplexer organischer Moleküle. Noch ist es eine offene Frage, inwieweit diese Moleküle im präsolaren Nebel überleben und so als Bausteine bei der Entstehung von Leben auf einem Planeten dienen. Übermittler könnten Kometen und Meteoriten sein, die große Mengen an organischer Materie enthalten. Auch in den Atmosphären der Planeten laufen weitere photochemische Prozesse ab. Da die Atmosphäre der frühen Erde (bis vor 2,5 Milliarden Jahren) für das gesamte UV Spektrum der Sonne (> 200 nm) transparent war, konnte eine UV-getriebene präbiotische Chemie direkt in den Wassern auf der Erdoberfläche ablaufen. Allerdings ist dieser kurzwellige UV-Bereich für das Leben selbst äußerst schädlich, da er mit dem Absorptionsmaximum des genetischen Materials, der DNA, zusammenfällt.

Mit der „Erfindung” der oxygenen Photosynthese löste das Leben eine entscheidende Veränderungen im UV-Strahlenklima der frühen Erde aus: einen steilen Anstieg der Sauerstoffkonzentration in unserer Atmosphäre vor etwa 2,2 Milliarden Jahren und damit einen photochemischen Aufbau der Ozonschicht in der Stratosphäre. Als Folge wurde der lebensschädliche UV-Bereich < 290 nm herausgefiltert und das Leben konnte sich auch auf der Oberfläche über die Kontinente ausbreiten. Mittlerweile hat das Leben mehrere Mechanismen entwickelt, um sich dem UV-Strahlenklima der Erde anzupassen. Hierzu gehören (i) das Vermeiden der intensiven UV-Strahlung bei mobilen Formen, (ii) die Entwicklung von Schutzpigmenten, und (iii) Reparaturprozesse von UV-geschädigter DNA. Diese Fakten erlauben einen Ausblick auf die Folgen der jahreszeitlichen Ozonabnahme über der Antarktis sowie auf die Lebensmöglichkeiten auf dem Mars, heute oder in seiner Frühphase.

Zur Referentin:

Dr. Gerda Horneck, Diplom-Biologin, Dissertation (Dr. phil. nat.) ist ehemalige stellvertretende Direktorin des Instituts für Luft- und Raumfahrtmedizin des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und Leiterin der Abteilung Strahlenbiologie in dem Institut (seit 2004 im Ruhestand). Seit der Apollo-16 – Mondmission (1972) hat sie zahlreiche strahlenbiologische, zellbiologische und exobiologische Weltraumexperimente geleitet, bzw. in internationaler Zusammenarbeit koordiniert, die auf bemannten Missionen (Spacelab, Internationale Raumstation) oder mit Robotikmissionen (LDEF, EURECA, FOTON, ExoMars) durchgeführt wurden. In den letzten Jahren hat sie ihr Interesse der Astrobiologie zugewandt, die sich mit den Bedingungen zur Entstehung, Evolution und Ausbreitung des Lebens im Rahmen der kosmischen Evolution befasst. Sie ist Mitbegründerin des Europäischen Astrobiologie-Netzwerkes, und Koordinatorin eines Vorlesungs-Netzwerkes zur Astrobiologie, in dem fünf europäischen Universitäten mit der Europäischen Weltraumbehörde ESA zusammengeschlossen sind. Ferner ist sie Beraterin von nationalen, europäischen und internationalen Organisationen (ESA, NASA, European Science Foundation) in Weltraumangelegenheiten und leitet in der Internationalen Astronautischen Akademie die Kommission 2, die sich mit Weltraummedizin und -biologie befasst. Sie ist Autorin von über 60 wissenschaftlichen Publikationen und hat mehrere Bücher zur Astrobiologie und Weltraumbiologie herausgegeben.

5.  Die Substanz des Kosmos: Materie, Energie oder Quanteninformation?

Prof. Dr. Thomas Görnitz, Universität Frankfurt

Dienstag, 29. April 2008, 15:30 – 17:00 Uhr

Die Quantentheorie hebt das Lego-Weltbild des 19. Jahrhunderts von letzten, grundlegenden materiellen Objekten auf und relativiert Unterscheidungen zwischen Ausgedehntem und Lokalisiertem (Welle-Teilchen-Dualismus), zwischen Materie und Bewegung (E = mc2) und zwischen Kraft und Stoff (2. Quantisierung). Darüber hinaus kann man in einer Weiterentwicklung der philosophisch begründeten Vorstellungen von Carl Friedrich v. Weizsäcker und von Bekensteins und Hawkings Theorie der Entropie der Schwarzen Löcher eine kosmologisch fundierte abstrakte und absolute Quanteninformation definieren, die wegen der Abstraktion von „Bedeutung” mit einem neuen Begriff bezeichnet wird: „Protyposis”.

Sie kann sich zu Materie ausformen, wodurch diese tatsächlich verstehbar wird. Mit der Protyposis wird es erstmalig auch möglich, von der Naturwissenschaft her die Frage des Bewusstseins zu beantworten.

Zum Referenten:

Prof. Dr. Thomas Görnitz ist Professor für Didaktik der Physik an der J.-W.-Goethe-Universität Frankfurt und Vorsitzender der Carl-Friedrich-v.-Weizsäcker-Gesellschaft. Nach dem Studium der Physik und Mathematik und der Promotion an der Universität Leipzig und einer politisch bedingten Unterbrechung seiner Forschungslaufbahn ging er 1979 nach der Ausreise aus der DDR an das Max-Planck-Institut zur Erforschung der Lebensbedingungen der wissenschaftlich-technischen Welt in Starnberg. Carl Friedrich v. Weizsäcker gewann ihn für eine jahrzehntelange gemeinsame Arbeit, um die grundlegenden Verständnisfragen der Quantentheorie zu erforschen. Es folgten Forschungsprojekte zu kosmologischen und mathematischen Fragen der Quantentheorie an verschiedenen Max-Planck-Institutionen und an der TU Braunschweig.
Aktuelle Bücher von ihm sind:
„Quanten sind anders” (1999, TB 2006),
„Der kreative Kosmos – Geist und Materie aus Quanteninformation” (2002, TB 2006),
„Die Evolution des Geistigen / Quantenphysik – Bewusstsein – Religion” (2008)

6.  Materie und Bewusstsein

Prof. Dr. Harald Lesch, Universität München

Mittwoch, 21. Mai 2008, 15:30 – 17:00 Uhr

Die Verbindungen von Bewusstsein und Materie sind seit langer Zeit Thema in der Philosophie und in anderen Wissenschaften. Zur Eingrenzung und Fokussierung auf das, was ein Physiker dazu zu sagen hat, wird sich der Vortrag entlang der folgenden Argumentationslinie bewegen:

Wir kennen kein Bewusstsein ohne Materie, aber durchaus Materie ohne Bewusstsein. Die grundlegende Theorie der Materie ist die Quantenmechanik. Der Sitz des menschlichen Bewusstseins ist das Gehirn. Was sind die Bedingungen für die Eigenschaft Bewusstsein im Gehirn? Liefert die Quantenmechanik die Antwort?

Zum Referenten:

Prof. Dr. Harald Lesch, vielen bekannt vor allem durch seine Fernsehreihe bei Alpha Centauri (BR), hat in Giessen und Bonn Physik studiert und 1987 an der Universität Bonn promoviert. Danach folgten mehrjährige Forschungsaufenthalte an der Landessternwarte Königstuhl in Heidelberg und am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, wo er sich 1994 auf dem Gebiet der galaktischen Dynamik und Magnetfelder habilitierte. Seit August 1995 ist Harald Lesch Professor für Theoretische Astrophysik an der Ludwig-Maximilians-Universität München, ferner seit 2002 mit Lehre beauftragter Professor für Naturphilosophie an der jesuitischen Hochschule für Philosophie in München. Zu seinen Forschungsschwerpunkten zählen Relativistische Plasmaphysik, Schwarze Löcher und Pulsare, Bio-Astronomie sowie Fragen nach den philosophischen Konsequenzen physikalischer Theorien (Naturphilosophie). Professor Lesch erhielt für seine Arbeiten in Wissenschaft und Publizistik zahlreiche Preise und Ehrungen, unter anderem die Otto-Hahn-Medaille der Max-Planck-Gesellschaft, den Bennigsen-Förder-Preis des Landes Nordrhein-Westfalen, den Communicator-Preis des Stifterverbandes für die Deutsche Wissenschaft und der Deutschen Forschungsgemeinschaft sowie eine Medaille für naturwissenschaftliche Publizistik der Deutschen Physikalischen Gesellschaft.
Bücher von ihm sind:
„Kosmologie für Fußgänger” (zusammen mit Dr. Jörn Müller, Goldmann-Verlag),
„Kosmologie für helle Köpfe” (ebenfalls mit Dr. Jörn Müller, Goldmann-Verlag),
„Big Bang 2. Akt” (wiederum mit Dr. Jörn Müller, Bertelsmann-Verlag),
„Physik für die Westentasche” (Piper-Verlag).