Antrittsvorlesung von Prof. Dr. Volker Bach Licht und Materie – und ihre mathematische Beschreibung

Prof. Dr. Volker Bach, Institut für Analysis und Algebra der TU Braunschweig, hält seine Antrittsvorlesung „Licht und Materie – und ihre mathematische Beschreibung“ am

Mittwoch 3. November 2010, um 17.00 Uhr
in der Aula, Haus der Wissenschaft, Pockelsstraße 11, 38106 Braunschweig.

Unter „Licht“ versteht man heutzutage alle Formen elektromagnetischer Strahlung: sichtbares Licht, Mikrowellen, Wärmestrahlen, Radio- und Funkwellen, Röntgenstrahlen und vieles mehr. Diese Strahlen haben sowohl Teilchen- als auch Wellencharakter. Die damit verbundenen bildlichen Vorstellungen haben im Laufe der Jahrhunderte immer wieder auf Paradoxien und schließlich zu einem mysteriösen Teilchen-Welle-Dualismus geführt.

Die uns umgebende „Materie“ besteht aus Atomen, die sich in kleinen oder großen Verbänden zu Molekülen oder gar Kristallen zusammenfinden. Jedes Atom besteht aus einem Atomkern (aus Protonen und Neutronen) und den Elektronen, die sich um den Atomkern herum bewegen – ähnlich wie die Planeten die Sonne umkreisen. Aber auch diese Modellvorstellung ist mit Paradoxien behaftet: Steht solche Materie mit Licht in Wechselwirkung, so würde sie nach kurzer Zeit kollabieren.

Erst die in den 1920er Jahren entwickelte Quantenmechanik und Quantenfeldtheorie löste diese Widersprüche auf. Einerseits bringen diese die beiden Charakteristika des Lichts, gleichzeitig Teilchen (Photonen) und Welle zu sein, in befriedigender Weise unter einen Hut. Anderseits werden in ihren Rahmen auch die Elektronen, der Atomkern und alle Materie durch Quantenfelder beschrieben, die sowohl Teilchen- als auch Wellencharakter besitzen. Dass damit Licht und Materie als Quantenfelder auf eine gemeinsame konzeptionelle Basis gestellt werden können, darf man als großen Triumph der Physik des 20. Jahrhunderts ansehen.

Trotz dieses großen Fortschritts sind viele Fragen nach der Stabilität der Modelle – also des Nichtauftretens eines Kollapses – erst viel später oder noch gar nicht beantwortet worden. Bei ihrer Klärung spielte und spielt die zur Quantenmechanik und Quantenfeldtheorie entwickelte Mathematik eine zentrale Rolle.

Im Vortrag wird die Entwicklung der Erforschung des Lichts, der Materie und ihrer Wechselwirkung skizziert. Die Diskussion der Stabilität (vs. Kollaps) der Modelle führt dann von längst gelösten wissenschaftlichen Problemen auf Fragen der aktuellen Forschung.

Zur Person

Prof. Dr. Volker Bach (Jg. 1965) studierte Mathematik und Physik an der TU Braunschweig und wurde 1992 an der ETH Zürich promoviert. Nach Forschungsaufenthalten in Princeton und an der TU Berlin folgte er 1999 einem Ruf auf eine Professur für Differentialgleichungen an der Universität Mainz, die er bis 2010 inne hatte. Seit Oktober 2010 ist er Professor für angewandte Analysis an der Carl-Friedrich-Gauß-Fakultät der TU Braunschweig. Sein Forschungsschwerpunkt ist die mathematische Physik und speziell die  Quantenmechanik und Quantenfeldtheorie.