Kann jeder Quantenphysik verstehen?

Phänomene der modernen Physik in einem fotorealistischen Online-Game selbst erproben

Uschi Sorz | aus HEUREKA 4/15 vom 14.10.2015

Ohne Wissenschaftsvermittlung und -kommunikation geht heute nichts mehr. Von der Kinder-Uni bis zur Langen Nacht der Forschung zeugen erfolgreiche Events vom wachsenden Interesse einer breiten Öffentlichkeit für die Welt der Wissenschaft. Dabei ist es gar nicht so einfach, komplizierte Sachverhalte allgemein verständlich und zugleich fachlich präzise zu erklären.

Das Team der Forschungsgruppe Quantennanophysik um Markus Arndt an der Universität Wien legt sogar noch eins drauf: Anhand eines virtuellen Lehrpfads führt es Laien in fundamentale Anwendungen der Quantenmechanik ein und lässt sie dann im virtuellen Labor selbst Experimente vornehmen. Zwei fotorealistische Computersimulationen machen das möglich. http://interactive.quantumnano.at

Quantenphysik und Natur

"Auch wenn sie unser Weltbild auf den Kopf stellt, ist Quantenphysik längst im Alltag angekommen", erklärt Mathias Tomandl die Motivation der Wiener Forscher, möglichst viele Menschen - zumindest virtuell - in die Rolle des Experimentalphysikers schlüpfen zu lassen. "Man denke etwa an Digitalkameras oder den Laser an der Supermarktkasse. Selbst die Existenz von Atomen lässt sich nur mit der Quantenphysik begründen. Insofern ist sie eine Basis für unser Verständnis der Natur."

Tomandl hat im Zuge seiner Dissertation wesentliche Elemente der Simulation geschaffen. An der Schnittstelle von experimenteller Quantenphysik, Physikdidaktik und Computational Physics untersucht der 30-Jährige, ob sich virtuelle Labors zur Vermittlung modernster Wissenschaft eignen.

"Es hat viel Hirnschmalz gekostet, alles in Echtzeit berechnen zu können. Denn niemand will an einem virtuellen Hebel drehen und dann auf die Resultate warten müssen." Nun ist er zufrieden mit dem "Flugsimulator der Quantenphysik", wie er das Onlinelabor augenzwinkernd nennt.

"Es geht darum, Wissen aus verschiedenen Bereichen miteinander zu verknüpfen. Dazu zeigt unser Lehrpfad zuerst stark vereinfachte Darstellungen und erklärt den Zusammenhang. Anschließend können die Phänomene im interaktiven Forschungsexperiment beobachtet und beeinflusst werden." Vieles wurde bis ins Detail realitätsgetreu simuliert. So muss man etwa Pumpen und Ventile einsetzen, um den Druck in den Vakuumkammern ändern zu können. Wobei es nicht ausschließlich um Quantenphysik geht, sondern auch um Phänomene aus der Schulphysik.

Start zu Schulbeginn

Da Schüler und Studierende eine wesentliche Zielgruppe sind, ging das Tool zu Schulbeginn an den Start. "Wir haben die Software mit Oberstufenschülern erprobt und das Feedback war sehr gut. Auch Lehrer haben bereits Anfragen an uns gerichtet", so Tomandl über den erstmaligen Versuch, ein Forschungsexperiment in großem Stil zu Lehrzwecken einzusetzen.

Zusätzlich zur Onlinepräsenz wird es mit der Wanderausstellung "Wirkungswechsel" durch Österreich touren; eine Kurzversion kann aktuell im Naturhistorischen Museum Wien getestet werden.

Das neuartige Lehrkonzept wurde im Journal Scientific Reports veröffentlicht.

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