The similarity between Coulomb's law of electrostatics and Newton's law of gravitation with its 1/r² behavior suggests that by means of the electrostatic force between them, two oppositely charged spherical bodies can orbit each other. Still no electrostatic orbits are found in nature while gravitational orbits are plentiful. This presentation will discuss the experiment performed in microgravity aboard the NASA aircraft Weightless Wonder on July 17 and 18, 2008, where electrostatic orbits were demonstrated. A total of 32 orbits was attempted, of which 23 provided data that could be analyzed. The results support the latest theoretical estimates for stable orbits between two conducting, electrically charged spheres.
Literatur: Brent K. Hoffmeister et al., "Orbital dynamics of two electrically charged conducting spheres", Am. J. Phys. 78, 1002 (2010).

Im Vortrag werden Beispiele physikalischer Systeme diskutiert, welche stark räumlich von einander getrennt sind, aber eine gemeinsame Vergangenheit haben und somit korreliert sind. Zuerst werden klassische, dann quantenmechanische Korrelationen betrachtet. Dabei stellt sich heraus, dass klassische Korrelationen die Bell'sche Ungleichung erfüllen, während die quantenmechanische Korrelationen diese mitunter verletzen. Als Folge daraus wird über hypothetische alternative Messungen und ihre Ergebnisse gesprochen, was dem Titel des Vortrags entspricht und zu interessanten Überlegungen führt.
Literatur: A. Peres, "Unperformed experiments have no results", Am. J. Phys. 46, 745 (1978).

Im Bereich der nichtlinearen Dynamik begegnet man so genannten chaotischen Systemen, welche obgleich deterministischer Gleichungen, nur für einen kurzen Zeitraum vorhersagbar sind. Während für niedrigdimensionale Systeme eine quantitative Untersuchung mit Methoden wie linearer Stabilitätsanalyse oder Lyapunovexponenten möglich ist, verkompliziert sich die Lage zunehmend bei Betrachtung komplexer chaotischer Systeme. Für deren Modellierung sind eine grße Anzahl oder gar unendlich viele Veränderliche erforderlich. Eine Untersuchung ist meist nur noch auf numerischem Wege möglich. Hier setzt der Vortrag an. Es werden analytische Methoden zur Modellierung komplexer Systeme aufgezeigt, mit denen hochdimensionale Systeme in vereinfachte Form unter Erhalt des charakteristischen Verhaltens überführt werden können. Das resultierende Modell eignet sich nun für weitere Untersuchungen.
Literatur: J. C. Sprott, "Simple models of complex chaotic systems", Am. J. Phys. 76 (4-5), 474 (2008).

To show the effects of nonlinearity, a simple mechanical system is considered, consisting of a rubber band that is spatially fixed on both ends and a glider connected to the band which is able to move in one dimension (similar to a slingshot with a fixed stone). If the rubber band is expanded initially, the glider starts to perform periodic motion with repeated expansion and relaxation of the band. The equation of motion of such a system contains in higher-order approximation a cubic term, which leads to nonlinear behaviour. Differences to the motion of a linear harmonic oscillator are pointed out, both for undriven and driven case. Special attention is paid to the jump phenomenon, which does not occur in the linear case. Here the amplitude of the glider's periodic motions shows a discontinuous behaviour at a certain jump frequency. Experimental data is presented that agrees with the theory, in particular with the jump phenomenon.
Literature: Thomas W. Arnold and William Case, "Nonlinear effects in a simple mechanical system", Am. J. Phys. 50 (3), 220-24 (1982).

In der Fluiddynamik begegnet man unweigerlich einem Satz gekoppelter nichtlinearer Differentialgleichungen, die im Allgemeinen nicht analytisch lösbar sind. Man bedient sich geeigneter Näherungen (z.B. der Boussinesq-Näherung) und numerischer Methoden, um von theoretischer Seite her dennoch Aussagen über das Systemverhalten machen zu können. Bereits in den 70er Jahren wurde der differentiell geheizte rotierende Annulus experimentell untersucht und dabei festgestellt, dass sein dynamisches Verhalten teilweise identisch mit dem der Erdatmosphäre ist (Ausbildung barokliner Wellen). Aufgrund weiter entwickelter Rechnerkapazitäten ist inzwischen auch die numerische Modellierung des Annulus' möglich geworden und erlaubt Rückschlüsse auf die Vollständigkeit unseres Verständnisses der ablaufenden Prozesse. Konkret wird im Vortrag die Stabilität achsensymmetrischer Lösungen im Annulus untersucht.
Literatur: G. M. Lewis und W. Nagata, "Linear Stability Analysis for the differentially heated rotating annulus", Geophys. Astrophys. Fluid Dyn. 98 (2), 129-52 (2004)

The thermodynamical aspects of heating a room are often underrated, although this becomes a quite 'hot' issue especially in the current cold winter period. The thermodynamicist Robert Emden introduced into the wide field of applied thermodynamics his question "Why do we have winter heating?" in 1938. An alarmingly low number of physicists could give the right answer to Emden's questions. In the talk, I will derive a simple solution assuming air is an ideal gas, and also the general solution considering interactions between air molecules. We will have a look at the change of entropy by increasing the temperature while keeping constant pressure and volume. Finally it becomes more illustrative by calculating some real values for everyone's room.
Literature: H. J. Kreuzer and S. H. Payne, "Thermodynamics of heating a room", Am. J. Phys. 79 (1), 74-77 (2011).

It is well established that the electromagnetic field is able to carry both energy and momentum, as indicated by Noether's theorem for every system that exhibits an invariance under continuous temporal and spatial translations. Less widely known is the fact that a field may also carry angular momentum (AM), which follows from the same basic symmetry principles. Under special circumstances this AM can be expressed as a sum of two distinct contributions analoguous to the spin and orbital momentum known from classical mechanics. This talk will focus on the conditions that need to be met in order to perform such a separation. A recent publication by Aiello & Ornigotti introduced the concept of "surface angular momentum" (SuAM) in order to analyze light beams that are neither strictly paraxial nor longitudinally bounded. Finally, gauge-dependent as well as gauge-invariant expressions will be presented for circularly polarized Laguerre-Gauss and Bessel beams that serve to illustrate the significance of the SuAM contribution.
Literature: M. Ornigotti and A. Aiello, "Surface angular momentum of light beams", Optics Express 22 (6), 6586-96 (2014).

A rotating spherical fluid shell is an idealized model for studying fluid flows in various geophysical and astrophysical bodies, such as the outer cores of the terrestrial planets, the envelopes of the giant planets, or the convection zone of the sun. In this paper, the fluid is heated from the inner boundary, beyond the onset of convection, and driven by a central gravity field. For the purpose of a simplified model, the Boussinesq approximation is applied to the classical hydrodynamical equations for Rayleigh–Bénard convection. Multiple stable convection patterns in the form of rotating waves are found and visualized. The symmetry, stability and bifurcation of these solutions are studied and classified, as the Rayleigh number is continuously increased all the way into the chaotic regime.
Literature: F. Feudel, N. Seehafer, L.S. Tuckerman, and M. Gellert, "Multistability in rotating spherical shell convection", Phys. Rev E 87 (2013) 023021.

The Einstein-Podolski-Rosen (EPR) paradox is a well known and often discussed subject of 20th century physics. In 1935 EPR argued that the newly developed quantum mechanics (QM) is a successful, but nevertheless incomplete theory. Based on some thought experiments, they concluded there must be alternative and complete, so-called "hidden variables" theories which respect the principles of locality, realism and determinism. Thirty years later, Bell found a way to transform the mostly philosophical discussion to an experimentally measurable prediction, the Bell inequalities. Such experiments have since been performed and verify the predictions of QM. In the talk we will explain the experiments and the concepts being used. We then focus on the derivation of Bell's inequality and on the assumptions which have to be made: this is still the object of contemporary discussion.
Literature: Guy Blaylock, "The EPR paradox, Bell's inequality, and the question of locality", Am. J. Phys. 78(1), 111-120 (2010).

Im Vortrag wird ein Beispiel diskutiert, in dem Systeme aus der Himmelsmechanik auf der Grundlage elektrostatischer Kräfte nachgeahmt werden können. Dabei werden Submillimeter-Glasügelchen mit einer Ladung versehen und einem elektrostatischen Potential ausgesetzt. Hierfür werden zunächst die Bewegungsgleichungen dieser Partikel hergeleitet und die unterschiedlichen Einflüsse durch externe Käfte, wie beispielsweise Gravitation und Reibung, betrachtet. Die klassische Mechanik, Hamilton und Lagrange, steht dabei zunächst im Vordergrund. Anschließend wird das elektrostatische Potential für diesen speziellen Aufbau diskutiert.
Literatur: T. Biewer, D. Alexander, S. Robertson, "Electrostatic orrery for celestial mechanics", Am. J. Phys. 62 (9), 821-28 (1994).

Dass auf zwei parallele, leitfähige Platten im Vakuum eine anziehende Kraft ausgeübt wird, wurde bereits 1948 durch Hendrik Casimir theoretisch vorhergesagt. Mitte der 50er Jahre erfolgte dann die experimentelle Bestätigung durch Jewgeni Lifschitz et al. Erklärt wird dieser sogenannte Casimir-Effekt in der Quantenfeldtheorie durch Vakuumfluktuationen, also durch virtuelle Teilchen, deren Wellenfunktionen innerhalb des Kondensators Randbedingungen unterliegen. Seit Anfang des Jahrtausends gehen einige Wissenschaftler außerdem davon aus, dass es sich bei Casimir-Kräften um einen Sonderfall von van der Waals-Wechselwirkung handelt. In diesem Vortrag wird die Stärke der Casimir-Kraft nicht, wie üblich, durch die Riemannsche Zeta-Funktion, sondern mit Hilfe des Matsubara-Formalismus berechnet. So kann man auch Mehrkörperprobleme und Systeme mit endlicher Temperatur untersuchen.
Literatur: L. Palova, P. Chandra und P. Coleman, "The Casimir Effect from a Condensed Matter Perspective", Am. J. Phys. 77 (2009) 1055.

Wie groß ist die Überlebenswahrscheinlichkeit eines umherirrenden Lammes, welches von einem ebenfalls umherirrenden Löwen gejagt wird? Dieses Phänomen wird mathematisch als Wartezeit-Problem (first passage time) bezeichnet. Der Ausgangspunkt ist die Wartezeit­wahrscheinlichkeit; das ist die Wahrscheinlichkeit(sdichte) für den Zeitpunkt, an dem eine diffundierende Bewegung (random walk) einen bestimmten Ort zum ersten Mal erreicht. In der Lamm-Löwe Illustration bezieht sich dieses Ereignis auf das Zusammentreffen von Löwe und Lamm. Beginnend mit dem diffundierenden Lamm und einem ruhenden Löwen, wird in dem Vortrag graduell die Anzahl der diffundierenden Löwen erhöht. Es wird sich zeigen, dass bis zu einer bestimmten Anzahl von Löwen das Phönomen mathematisch gelöst werden kann und das Lamm mit Sicherheit sterben wird.
Literatur: S. Redner und P. L. Krapivsky, "Capture of the lamb: Diffusing predators seeking a diffusing prey", Am. J. Phys. 67 (12), 1277-83 (1999).

Der Vortrag handelt von der Chandrasekhar-Grenze, der maximalen Masse eines weißen Zwergs. Die Eigengravitation und der Druck von entarteten Elektronen, die sich annähernd mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, halten einen solchen Stern im Gleichgewicht. Mithilfe von Gravitation, Quantenmechanik und spezieller Relativitätstheorie wird die Chandrasekhar-Grenze hergeleitet, dabei wird die Rolle der Planck-Masse untersucht. Es wird gezeigt, dass die Chandrasekhar-Masse (genau wie die Planck-Masse) nur von den drei Grundkonstanten G, h und c abhängt.
Literatur: David Garfinkle, "The Planck mass and the Chandrasekhar limit", Am. J. Phys. 77 (2009) 683.