general_talks/light_talk.tex

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   3 \documentclass[landscape,semhelv]{seminar}
   4
   5 \usepackage{verbatim}
   6 \usepackage[greek,german]{babel}
   7 \usepackage[latin1]{inputenc}
   8 \usepackage[T1]{fontenc}
   9 \usepackage{amsmath}
  10 \usepackage{stmaryrd}
  11 \usepackage{latexsym}
  12 \usepackage{ae}
  13
  14 \usepackage{calc}               % Simple computations with LaTeX variables
  15 \usepackage{caption}            % Improved captions
  16 \usepackage{fancybox}           % To have several backgrounds
  17
  18 \usepackage{fancyhdr}           % Headers and footers definitions
  19 \usepackage{fancyvrb}           % Fancy verbatim environments
  20 \usepackage{pstricks}           % PSTricks with the standard color package
  21
  22 \usepackage{pstricks}
  23 \usepackage{pst-node}
  24 \usepackage{pst-grad}
  25
  26 %\usepackage{epic}
  27 %\usepackage{eepic}
  28
  29 \usepackage{bm}
  30
  31 \usepackage{layout}
  32
  33 \usepackage{graphicx}
  34 \graphicspath{{./img/}}
  35
  36 \usepackage{miller}
  37
  38 \usepackage[setpagesize=false]{hyperref}
  39
  40 % units
  41 \usepackage{units}
  42
  43 \usepackage{semcolor}
  44 \usepackage{semlayer}           % Seminar overlays
  45 \usepackage{slidesec}           % Seminar sections and list of slides
  46
  47 \input{seminar.bug}             % Official bugs corrections
  48 \input{seminar.bg2}             % Unofficial bugs corrections
  49
  50 % what does this affect?
  51 %\articlemag{1}
  52
  53 \special{landscape}
  54
  55 % font
  56 %\usepackage{cmbright}
  57 %\renewcommand{\familydefault}{\sfdefault}
  58 %\usepackage{mathptmx}
  59
  60 \usepackage{upgreek}
  61
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  66
  67 \begin{document}
  68
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  73
  74 % specify width and height
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  78 % margin
  79 \def\slidetopmargin{-0.15cm}
  80
  81 \newcommand{\ham}{\mathcal{H}}
  82 \newcommand{\pot}{\mathcal{V}}
  83 \newcommand{\foo}{\mathcal{U}}
  84 \newcommand{\vir}{\mathcal{W}}
  85
  86 % itemize level ii
  87 \renewcommand\labelitemii{{\color{gray}$\bullet$}}
  88
  89 % nice phi
  90 \renewcommand{\phi}{\varphi}
  91
  92 % roman letters
  93 \newcommand{\RM}[1]{\MakeUppercase{\romannumeral #1{}}}
  94
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 101
 102 % head
 103 \newcommand{\headphd}{
 104 \begin{pspicture}(0,0)(0,0)
 105 \rput(6.0,0.2){\psframebox[fillstyle=gradient,gradbegin=hb,gradend=white,gradlines=1000,gradmidpoint=1,linestyle=none]{
 106 \begin{minipage}{14cm}
 107 \hfill
 108 \vspace{0.7cm}
 109 \end{minipage}
 110 }}
 111 \end{pspicture}
 112 }
 113 \newcommand{\headbg}{
 114 \begin{picture}(0,0)(0,100)
 115 \includegraphics[width=1.0\textwidth]{head.eps}
 116 \end{picture}
 117 }
 118
 119 % shortcuts
 120 \newcommand{\si}{Si$_{\text{i}}${}}
 121 \newcommand{\ci}{C$_{\text{i}}${}}
 122 \newcommand{\cs}{C$_{\text{sub}}${}}
 123 \newcommand{\degc}[1]{\unit[#1]{$^{\circ}$C}{}}
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 127
 128 % new commands
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 133 \newcommand{\vc}[1]{{\bm{#1}}}
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 135 \newcommand{\vloc}{{V_{\text{L}}}}
 136 \newcommand{\vnl}{{V_{\text{NL}}}}
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 138 \newcommand{\vso}{{V_{\text{SO}}}}
 139 \newcommand{\voso}{{\op{V}_{\text{SO}}}}
 140 \newcommand{\ekin}{{-\frac{\nabla^2}{2}}}
 141 \newcommand{\pikr}{{\Psi_{i,\vc{k}}}}
 142 \newcommand{\bra}[1]{\langle #1 |}
 143 \newcommand{\ket}[1]{| #1 \rangle}
 144 \newcommand{\braket}[2]{\langle #1 | #2 \rangle}
 145 \newcommand{\chilmkb}{{\chi_{lm}^{\text{KB}}}}
 146 \newcommand{\elkb}{{E_l^{\text{KB}}}}
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 157
 158 % math style
 159 \everymath{\displaystyle}
 160
 161 % no vertical centering
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 163
 164 % layout check
 165 %\layout
 166 \ifnum1=0
 167 \begin{slide}
 168 \center
 169 {\Huge
 170 E\\
 171 F\\
 172 G\\
 173 A B C D E F G H G F E D C B A
 174 G\\
 175 F\\
 176 E\\
 177 }
 178 \end{slide}
 179 %\fi
 180
 181 % topic
 182
 183 \begin{slide}
 184 \begin{center}
 185
 186  {\Large\bf
 187   \hrule
 188   \vspace{5pt}
 189   Erscheinungsformen des Lichts\\
 190   ---\\
 191   "Uber Wellen und Teilchen
 192   \vspace{10pt}
 193   \hrule
 194  }
 195
 196  \vspace{10pt}
 197
 198 \begin{pspicture}(0,0)(0,0)
 199 \psframe*[fillcolor=blue,linecolor=blue,opacity=0.09](0.20,-0.25)(3.80,-0.75)
 200 \psframe*[fillcolor=blue,linecolor=blue,opacity=0.09](-5.35,-1.15)(2.00,-1.65)
 201 \psframe*[fillcolor=blue,linecolor=blue,opacity=0.09](-5.45,-2.95)(-0.05,-3.40)
 202 \psframe*[fillcolor=blue,linecolor=blue,opacity=0.09](2.65,-2.95)(4.40,-3.40)
 203 \psframe*[fillcolor=blue,linecolor=blue,opacity=0.09](-6.40,-3.40)(-1.85,-3.90)
 204 \end{pspicture}
 205
 206 \small
 207 \begin{flushleft}
 208 Es soll der Versuch unternommen werden, die Eigenschaften des Lichts --- zunutze gemacht und in Szene gesetzt in den Kunstwerken der diesj"ahrigen Kunstnacht --- anhand einiger bedeutender naturwissenschaftlicher Entdeckungen aufzuzeigen.
 209 %
 210 Es wird sich rausstellen, da\ss{} Licht ganz unterschiedlich in Erscheinung tritt.
 211 %
 212 Je weiter das Ph"anomen Licht in seiner Chronologie verstanden wird und dessen Eigenschaften beschrieben, ja sogar quantitativ berechnet werden k"onnen,
 213 %
 214 desto beeindruckender erscheint die Existenz dieser unterschiedlichen Erscheinungsformen, deren Erkenntnis wegweisend f"ur die modernen Naturwissenschaften und den technischen Fortschritt heute sind.
 215 \end{flushleft}
 216
 217
 218  \vspace{20pt}
 219
 220  \begin{minipage}{0.49\textwidth}
 221  \small
 222  \centering
 223  \textsc{F. Zirkelbach}\\[10pt]
 224  Die lange Nacht des Lichts\\
 225  Augsburg, 20. Juni 2015
 226  \end{minipage}
 227  \begin{minipage}{0.49\textwidth}
 228  \begin{center}
 229  \includegraphics[height=2cm]{03_text_02_cup_02_oframe.eps}
 230  \end{center}
 231  \end{minipage}
 232
 233 \end{center}
 234 \end{slide}
 235
 236 \begin{slide}
 237 \small
 238 \begin{minipage}{\textwidth}
 239  \begin{minipage}[t]{0.2\textwidth}
 240  \centering
 241  \underline{Empedokles}\\[0.1cm]
 242  \includegraphics[width=\textwidth]{empedocles.eps}\\
 243  {\footnotesize 5. Jhd. v. Chr.}
 244  \end{minipage}
 245  \begin{minipage}[t]{0.03\textwidth}
 246  \hfill
 247  \end{minipage}
 248  \begin{minipage}[t]{0.75\textwidth}
 249  \footnotesize
 250  {\bf Vier-Elemente-Lehre}\\
 251  - naturphilosophische Weltdeutung durch vier Elemente (G"otter)\\
 252  - bisher: Eigenarten entsprechen heutigen Aggregatzust"anden\\
 253  - neu:
 254    \begin{itemize}
 255    \item Elemnet als ewig existierende unver"anderliche Grundsubstanz
 256    \item Mischung $\rightarrow$ Vielfalt der Stoffe (Periodensystem der Elemente)
 257    \end{itemize}
 258  {\bf Emissions-Theorie}\\
 259  - Aphrodite entz"undet Feur im Auge
 260  $\rightarrow$ Strahlen aus Auge treffen Objekte\\
 261  - Sehen im Dunkeln
 262  $\rightarrow$ Interaktion mit Strahlen anderer Quellen
 263  \end{minipage}
 264 \end{minipage}\\[1.8cm]
 265 \begin{minipage}{\textwidth}
 266  \begin{minipage}[b]{0.2\textwidth}
 267  \centering
 268  \underline{Euklid}\\[0.1cm]
 269  \includegraphics[width=\textwidth]{euclid.eps}\\
 270  {\footnotesize 4. Jhd. v. Chr.}
 271  \end{minipage}
 272  \begin{minipage}[b]{0.03\textwidth}
 273  \hfill
 274  \end{minipage}
 275  \begin{minipage}[b]{0.75\textwidth}
 276  \footnotesize
 277  {\bf Die Elemente}\\
 278  - erstes umfassendes logisch koh"arentes Werk\\
 279  - axiomatischer Aufbau\\
 280  - streng deduktive Ableitung von Theoremen\\
 281  - heute: euklidische Geometrie, nicht-euklidische seit 19. Jhd. \\
 282  - u.a. definiert: Punkt, Gerade, Ebene, Winkel, parallel ...\\[0.2cm]
 283  {\bf \underline{Optik}\\
 284  Erste "uberlieferte Abhandlung "uber die Geometrie des Sehens}
 285  \end{minipage}
 286 \end{minipage}
 287 \end{slide}
 288
 289 % evtl noch aristoteles und descartes
 290
 291 \begin{slide}
 292  \small
 293  \begin{minipage}[t]{0.2\textwidth}
 294  \centering
 295  \underline{Sir Isaac Newton}\\[0.1cm]
 296  \includegraphics[width=\textwidth]{newton.eps}\\
 297  {\footnotesize 1642--1726}
 298  \end{minipage}
 299  \begin{minipage}[t]{0.03\textwidth}
 300  \hfill
 301  \end{minipage}
 302  \begin{minipage}[t]{0.75\textwidth}
 303  \footnotesize
 304  {\bf Philosophiae Naturalis Principia Mathematica}\\
 305  Fundament der {\em klassischen Mechanik}
 306  \[
 307   \vec{F}=m\vec{a}\textrm{ , }\quad
 308   \vec{a}=\frac{d}{dt}\vec{v}=\frac{d^2}{dt^2}\vec{r}
 309   \textrm{ , }\quad\textrm{Newton'sche Bewegungsgleichungen}
 310  \]
 311  \begin{minipage}{0.35\textwidth}
 312  \includegraphics[height=2.6cm]{car.eps}
 313  \end{minipage}
 314  \begin{minipage}{0.20\textwidth}
 315  \centering
 316  $\longleftrightarrow$
 317  \end{minipage}
 318  \begin{minipage}{0.39\textwidth}
 319  \centering
 320  \tiny
 321  ${\bf r}(t)$ Diagramm\\
 322  \includegraphics[height=2.3cm]{v.eps}
 323  \end{minipage}
 324  \end{minipage}\\[1.0cm]
 325  {\bf Opticks} (1704)\\
 326  Korpuskeltheorie des Lichts\\[0.4cm]
 327  \begin{minipage}{0.33\textwidth}
 328  \includegraphics[height=2.5cm]{newton_licht_01.eps}\\
 329  \centering
 330  \footnotesize
 331  Geradlinige Ausbreitung ${\color{green} \surd}$
 332  \end{minipage}
 333  \begin{minipage}{0.33\textwidth}
 334  \includegraphics[height=2.5cm]{newton_licht_02.eps}\\
 335  \centering
 336  \footnotesize
 337  Reflexion ${\color{green} \surd}$
 338  \end{minipage}
 339  \begin{picture}(0,0)(0,-30)
 340  \begin{minipage}{4cm}
 341  \includegraphics[width=0.8\textwidth]{newton_licht_03.eps}\\
 342  %\includegraphics[width=0.9\textwidth]{prism.eps}\\
 343  \centering
 344  \footnotesize
 345  Brechung / Dispersion: {\color{red}falsch}
 346  \end{minipage}
 347  \end{picture}
 348  \begin{picture}(0,0)(15,15)
 349  \includegraphics[width=2.0cm]{prism.eps}\\
 350  \end{picture}
 351
 352 \end{slide}
 353
 354 % ursprung evtl in Atomismus: teilchen und leerer raum (atoms and void)
 355 % Alternative zur Relativitaetstheorie weil vertraeglich mit Rel-Prinzip
 356 % aber: Widerspruch da Ausbreitungs-V dann abhg von Bewegung Lichtquelle
 357 % im streit mit huygens
 358 % particle theory -> laplace: massive body, light cant excape from
 359
 360 \begin{slide}
 361 \small
 362  \begin{minipage}[t]{0.2\textwidth}
 363  \centering
 364  \underline{Christiaan Huygens}\\[0.1cm]
 365  \includegraphics[width=\textwidth]{huygens.eps}\\
 366  {\footnotesize 1629--1695}
 367  \end{minipage}
 368  \begin{minipage}[t]{0.03\textwidth}
 369  \hfill
 370  \end{minipage}
 371  \begin{minipage}[t]{0.75\textwidth}
 372  \footnotesize
 373  {\bf Huygenssches Prinzip}\\
 374  (Lichtausbreitung analog zu Wasserwellen)\\[0.15cm]
 375  \begin{minipage}{0.54\textwidth}
 376  Jeder Punkt der Wellenfront ist\\
 377  Ausgangspunkt einer kugelf"ormigen\\
 378  Elementarwelle\\[0.2cm]
 379  Superposition ("Uberlagerung) aller\\
 380  Elementarwellen $\rightarrow$ neue Wellenfront\\[0.2cm]
 381  Elementarwellen wirken nur in\\
 382  Ausbreitungsrichtung (unbegr"undet!)\\
 383 {\scriptsize
 384 \[
 385 \frac{\sin({\color{red}\alpha})}{\sin({\color{blue}\beta})}=
 386 \frac{{\color{red}c_1}}{{\color{blue}c_2}}
 387 \]
 388 }
 389  \end{minipage}\\
 390  %\begin{minipage}{0.45\textwidth}
 391  %\flushright
 392  \begin{picture}(0,0)(-165,-30)
 393  \includegraphics[width=3.5cm]{reflexion_brechung.eps}
 394  \end{picture}
 395  \begin{picture}(0,0)(-160,17)
 396  \includegraphics[width=3cm]{polarization.eps}
 397  \end{picture}
 398  \begin{picture}(0,0)(-140,18)
 399  \begin{minipage}{4.0cm}
 400  \tiny
 401  {\bf Fresnel (1788-1827)}\\
 402  Polarisation f"ur transversale Wellen
 403  \end{minipage}
 404  \end{picture}
 405  %\end{minipage}
 406  \end{minipage}\\[0.8cm]
 407  \begin{minipage}[b]{0.2\textwidth}
 408  \centering
 409  \underline{Thomas Young}\\[0.1cm]
 410  \includegraphics[width=\textwidth]{young.eps}\\
 411  {\footnotesize 1773--1829}
 412  \end{minipage}
 413  \begin{minipage}[b]{0.03\textwidth}
 414  \hfill
 415  \end{minipage}
 416  \begin{minipage}[b]{0.75\textwidth}
 417  \footnotesize
 418  {\bf Doppelspaltexperiment}\\
 419  Best"atigung und Durchsetzung der \underline{Wellentheorie des Lichts}\\
 420  \begin{picture}(0,0)(0,90)
 421  \includegraphics[width=4.5cm]{double_slit_setup.eps}
 422  \end{picture}
 423  \begin{picture}(0,0)(-130,90)
 424  \includegraphics[width=4.5cm]{water.eps}
 425  \end{picture}
 426  \begin{picture}(0,0)(-170,40)
 427  \includegraphics[width=3.3cm]{young_diff_orig.eps}
 428  \end{picture}
 429  \begin{picture}(0,0)(-85,13)
 430  \includegraphics[width=2.8cm]{double_slit_res.eps}
 431  \end{picture}
 432  \vspace{3.1cm}
 433  \end{minipage}
 434 \end{slide}
 435
 436 % first: hooke (transverse waves idea) - dispute with newton
 437 % fresnel - own wave theory, polarization
 438 % weakness: medium for transmission ... now maxwell!
 439
 440 \begin{slide}
 441 \small
 442  \begin{minipage}[t]{0.2\textwidth}
 443  \centering
 444  \underline{Michael Faraday}\\[0.1cm]
 445  \includegraphics[width=\textwidth]{faraday.eps}\\
 446  {\footnotesize 1791--1867}
 447  \end{minipage}
 448  \begin{minipage}[t]{0.03\textwidth}
 449  \hfill
 450  \end{minipage}
 451  \begin{minipage}[t]{0.75\textwidth}
 452  \footnotesize
 453  {\bf Experimental Researches in Electricity}\\
 454  Elektromagnetische Induktion ---
 455  {\em \glqq Convert magnetism into electricity\grqq}\\[0.15cm]
 456  \begin{minipage}{0.59\textwidth}
 457  Strom in linker Leiterschleife\\
 458  $\rightarrow$ Welle entlang Ring\\
 459  $\rightarrow$ Strom in rechter Leiterschleife
 460  \end{minipage}
 461  \begin{minipage}{0.4\textwidth}
 462  \begin{flushright}
 463  \includegraphics[width=0.9\textwidth]{induktion.eps}
 464  \end{flushright}
 465  \end{minipage}\\[0.15cm]
 466  \begin{picture}(0,0)(-150,95)
 467  \includegraphics[width=4.1cm]{faraday_effect.eps}\\
 468  \end{picture}
 469  \begin{picture}(0,0)(-5,95)
 470  \includegraphics[width=4.1cm]{circular.eps}
 471  \end{picture}\\
 472  Magnetooptischer Effekt / Faraday Effekt\\
 473  {\em Magnetisierung des Lichts} und {\em Belichtung der Magnetkraftlinien}\\[0.1cm]
 474  \begin{minipage}{0.39\textwidth}
 475  \vspace{1.5cm}
 476  \end{minipage}
 477  \end{minipage}\\[1.0cm]
 478  \begin{minipage}[b]{0.2\textwidth}
 479  \centering
 480  {\footnotesize\underline{James Clerk Maxwell}}\\[0.1cm]
 481  \includegraphics[width=\textwidth]{maxwell.eps}\\
 482  {\footnotesize 1831--1879}
 483  \end{minipage}
 484  \begin{minipage}[b]{0.03\textwidth}
 485  \hfill
 486  \end{minipage}
 487  \begin{minipage}[b]{0.75\textwidth}
 488  \footnotesize
 489  {\bf A Treatise on Electricity and Magnetism}\\
 490  Maxwell Gleichungen / Grundgleichungen der Elektrodynamik\\[0.2cm]
 491  z.B.: Induktionsgesetz:
 492  $\oint_{\partial A}\vec{E} d\vec{s}=
 493   -\int_A \frac{\partial\vec{B}}{\partial t}\cdot d\vec{A}$\\[0.1cm]
 494  weitere: Gesetz von Gauss (f"ur $\vec{E}$ und $\vec{B}$),
 495  Durchflutungsgesetz\\[0.4cm]
 496  \begin{minipage}{0.9\textwidth}
 497  \scriptsize{\bf Postulat}\\
 498  \glqq{}Diese Geschwindigkeit ist so nahe an der Lichtgeschwindigkeit, dass wir einen starken Grund zu der Annahme haben, dass das {\bf Licht} selbst (...), eine {\bf elektromagnetische Welle} ist.\grqq\\[0.2cm]
 499  \end{minipage}
 500  \end{minipage}
 501 \end{slide}
 502
 503 % faraday fuehrte zur entwicklung der theorie des elektromagnetismus
 504
 505 \fi
 506
 507 \begin{slide}
 508 \scriptsize
 509  \begin{minipage}[t]{0.1\textwidth}
 510  \centering
 511  \underline{G. Galilei}\\[0.1cm]
 512  \includegraphics[width=0.93\textwidth]{galileo.eps}\\
 513  {\tiny 1564--1642}\\[0.1cm]
 514  \underline{H. Lorentz}\\[0.1cm]
 515  \includegraphics[width=0.93\textwidth]{lorentz.eps}\\
 516  {\tiny 1853--1928}\\[0.1cm]
 517  \underline{A. Michelson}\\[0.1cm]
 518  \includegraphics[width=0.93\textwidth]{michelson.eps}\\
 519  {\tiny 1852--1931}\\[0.1cm]
 520  \underline{E. Morley}\\[0.1cm]
 521  \includegraphics[width=0.93\textwidth]{morley.eps}\\
 522  {\tiny 1838--1923}
 523  \end{minipage}
 524  \begin{minipage}[b]{0.03\textwidth}
 525  \hfill
 526  \end{minipage}
 527  \begin{minipage}[b]{0.85\textwidth}
 528  \end{minipage}
 529 \end{slide}
 530
 531 \begin{slide}
 532 {\bf Welle-Teilchen-Dualismus}\\
 533 Max Planck und Albert Einstein\\
 534 \small
 535 \end{slide}
 536
 537 \begin{slide}
 538 \small
 539 {\bf Nicht nur Licht: Ursprung der modernen Quentenphysik}\\
 540 De Broigle und Erwin Schr"odinger
 541 \end{slide}
 542
 543 \end{document}
 544