Es ist später Abend, die beiden Physik Studenten Thomas und Hermann arbeiten an ihren Quantenmechanikaufgaben. Sie haben schon einige Hamilton-Operatoren hin und her gewuchtet als sich plötzlich der folgende Dialog entwickelt:

Thomas:   Hermann weist du das gilt: Kappa = Lambda
Hermann: Ist das die Weltformel?
Thomas:   Genau!

Was dann geschah

Thomas wartet noch immer auf einen Anruf aus Stockholm.

Von Beruf bin ich Physiker. Physik habe ich an der Philipps-Universität in Marburg a.d. Lahn studiert. Meine Diplomarbeit habe ich in der Arbeitsgruppe Angewandte-Physik, Biophysik bei Hr.Prof.H.Reitböck geschrieben.(heute Neurophysik)

Links:

• Fachbereich Physik Philipps-Universität Marburg/Lahn
• Arbeitsgruppe Neurophysik

Thema meiner Diplomarbeit war "Sprechertrennung mit digitalen Filtern".

Ursprünglich war auf dieser, meiner Physikseite nur ein Überblick über meine Diplomarbeit und das Studium der Physik in Marburg, sowie eine Linksammlung zu verschiedenen Themen der Physik und zu Internetseiten, die sich mit der Arbeit und dem Leben von berühmten Physikern befassen. Inzwischen gibt es auf dieser Seite auch noch einen Aufsatz zum Thema Tsunami-Detektion mit dem Wellenradar. Eine Idee, die ich zusammen mit meinem Freund Thomas Schlick entwickelt habe.

Die Linksammlungen habe ich inzwischen auf zwei separate Internetseiten ausgelagert.

Ich habe des weiteren angefangen, Internetseiten zu speziellen Themen der Physik zu entwickeln.

Ursprünglich habe ich auf den Wacker Art Internetseiten nur meine Bilder veröffentlicht. Eines meiner Ziele war aber von Anfang an, Zusammenhänge zwischen verschiedenen Wissensgebieten aufzuzeigen und darszustellen. Insbesondere geht es mir hier um die Zusammenhänge zwischen Kunst und Physik. Ein wichtiges Gebiet ist hierbei die Farbenlehre. Zu diesem Thema habe ich einige Internetseiten und Java Applets erstellt. Hier ist dann auch ein Schnittpunkt zur Softwareentwicklung gegeben.

Mit der Theorie der Quantenchromodynamik (QCD) wird die Wechselwirkung der Bindungskräfte zwischen Quarks beschrieben (Starke Wechselwirkung). Die Quarks sind die Bausteine der Elementarteilchenfamilie der Hadronen. Die grundlegenden Regeln für die Bindungsgesetze zwischen den Quarks verhalten sich analog zu den Farbmischgesetzen.

Licht ist aus der Sicht des Physikers eine elektromagnetische Welle. Das sichtbare Licht ist ein kleiner Teil des gesamten Spektrums der elektomagnetischen Wellen, die in der Natur vorkommen. Farbe ist ein Element der Warnehmung mit dem unser Sehsystem diesen Spektralbereich abbildet und unserem Bewustsein zuführt.

In diesem Abschnitt möchte ich etwas über meine Erfahrungen beim Studium der Physik in Marburg berichten. Die Studienzeit in Marburg war für mich eine sehr schöne Zeit. Nochmal vor die Wahl gestellt würde ich heute wieder in Marburg Physik studieren. Natürlich hat man seine Erfahrungen gesammelt und würde heute vieles anders machen.

Vorteile des Fachbereichs Physik in Marburg a.d. Lahn:

• Es ist kein Massenbetrieb.
• Der direkte Kontakt mit den Professoren ist möglich.
• Wunderschöne Lage direkt unterhalb des Marburger Schlosses.
• Die Marburger Altstadt mit Fußgängerzone, ist in zwei Minuten zu Fuß zu erreichen.
• Besonders empfehlenswert ist die Eisdiele unterhalb des Fachbereichs Physik in der Marburger Fußgängerzone.
• Mensa, Sportplatz, Freibad sind in etwa einer viertel Stunde zu Fuß zu erreichen.
• Wenn man in der Marburger Innenstadt wohnt braucht man praktisch kein Auto.
• Marburg ist eine Universitätsstadt. Deshalb trifft man dort auch Studentinnen. Was bei Technischen Hochschulen nicht so häufig der Fall ist.
• Das reiche Sportangebot der Philipps-Universität in Marburg und das Nachtleben runden das Bild ab.

Resümee: Wenn ich mal im Lotto gewinne würde ich wieder nach Marburg ziehen.

• Marburg an der Lahn
• Philipps-Universität Marburg
• Fachbereich Physik Philipps-Universität Marburg/Lahn

Thema meiner Diplomarbeit war "Sprechertrennung mit digitalen Filtern". Dabei ging es um das Problem aus einem Gemisch von mehreren Sprechern einen Sprecher heraus zu filtern.

Das menschliche Gehirn ist in den meisten Fällen in der Lage sich bei einem Gespräch auf einem Sprecher zu konzentrieren, auch wenn mehrere Leute gleichzeitig sprechen.

Die Frage war nun lassen sich Algorithmen und darauf basierend Computerprogramme entwickeln, die ähnliches leisten?

Um dieses Problem zu lösen habe ich digitale Filter verwendet und bin in mehren Schritten vorgegangen diese seien kurz skiziert:

• State of the Art:
  Mit zwei als Bandpass aufgebauten digitalen Filtern kann man ein Gemisch von zwei Sinusschwingungen der entsprechenden Frequenz trennen.
  
• Erste Erkenntnis:
  Mit einem digitalen Filter kann man fast beliebige Übertragungsfunktionen realisieren.
  
• Erste Idee:
  Ein periodisches Signale besteht aus einer Grund- und mehreren Oberwellen. Baut man ein digitales Filter, das die Grund- und Oberwellen eines periodischen Signals herausfiltern kann, so ist dies ein mächtiges Werkzeug, mit dem man eine Überlagerung von periodischen Signalen, mit unterschiedlicher Grundfrequenz, trennen kann.
  
• Nächster Schritt:
  Erzeugung von vier synthetischen Vokalen mit unterschiedlicher aber konstanter Grundfrequenz.
  Überlagerung dieser auf dem Computer. Anschließend wieder Trennung mit digitalen Filter.
  
• Annäherung an die reale Sprache:
  Entwicklung eines digitalen Filters mit einer sich zeitlich ändernden Übertragungsfunktion. Dies eröffnet die Möglichkeit periodische Signale mit sich langsam ändernder Grundfrequenz zu trennen.
  
• Harte Arbeit:
  Digitalisieren von Sprachproben und Übertragung auf die Vax.
• Der Computer:
  Darf nächtelang rechen.
  
• Nächster Job:
  Sprachproben wieder hörbar machen.
  
• Jubel:
  Es hat funktioniert.

Anmerkung: Ich habe in dieser Zeit nebenher das Programmieren gelernt. Aus meiner heutigen Sicht konnte ich das am Ende meines Studiums auch noch nicht. Ich beherschte nur Fortran, soweit dies für die Umsetzung meiner Fragestellung in Software notwendig war. Ich hoffe, das heute niemand auf die Idee kommt noch mal in Fortran zu programmieren oder genötigt wird diese Sprache zu verwenden.

Die C-Katastrophe ist schlimm genug.

Das Wellenradar als Tsunami-Warnsystem

Ich habe in Marburg zusammen mit Thomas Schlick Physik studiert. Mein Freund Thomas ist, nach dem er sein Studium als Diplomphysiker abgeschlossen hatte, nach Hamburg, an die dortige Universität, gegangen. Er arbeitet seit dieser Zeit am Institut für Meereskunde und beschäftigt sich dort mit der Erforschung der Meeresoberfläche im Küstenbereich, mit einem Speziellen HF-Radar dem Wellenradar (WERA). Seit unserer gemeinsamen Studienzeit habe ich Thomas öfter in Hamburg besucht und seine Arbeiten verfolgt.

Das Wellenradar der Universität Hamburg ist ein CW-Radar ( Continuous Wave Radar) bei dem von einem nur als Sender fungierenden Antenne, ein permanentes HF-Signal ausgestrahlt wird. Die von der Wellen der Meeresoberfläche per Bragg-Reflexion zurückgeworfenen Radarwellen dieses Senders werden in einem separaten Antennenarray empfangen. Der Rest diese Radarsystems befasst sich dann mit der Auswertung dieses empfangenen Signals. Insbesondere gibt es leistungsstarke Software mir der die verschiedensten Informationen aus diesem Signal extrahiert werden.

Mit diesem Radar ist es unter anderem möglich, die Höhe und die Geschwindigkeit von Wellen zu bestimmen. Ein weitere Anwendung dieses Radarsystems ist die Bestimmung der Meeresströmung. Auch die Windgeschwindigkeit an der Wasseroberfläche lässt sich aus den Signalen dieses Radars extrahieren. Die Radarsignale des Wellenradars nutzen die Leitfähigkeit der Wasseroberfläche aus. Dadurch schmiegen sich die Radarwellen an die Wasseroberfläche, und es ist möglich über den Horizont zu schauen. Damit ergibt sich die Möglichkeit diese Radar als Long-Range-Surveillance Radar im Küstenschutz einzusetzen. Ist die Meeresoberfläche verschmutzt z.B. durch Öl, so ändert sich die Leitfähigkeit der Meeresoberfläche in dem verschmutzten Bereich. Dadurch eignet sich das Wellenradar auch zum Nachweis von Verschmutzungen des Meeres.

Bei den Tsunami am 26. Dezember 2004 im Indischen Ozean starben in den Länder um den Indischen Ozean über 231.000 Menschen.

Als ich im Januar 2005 aus meinem Weihnachtsurlaub zurück kam, fand ich im meinem E-Mail Fach die Weihnachtsgrüße von meinem Freund Thomas Schlick. Ich stand damals noch unter dem Eindruck der Tsunami Katastrophe, die damals noch in allen Medien präsent war. Als ich die E-Mail von Thomas damals öffnete kam mir die Idee:

Kann man mit dem Wellenradar der Universität Hamburg Tsunamis entdecken?
Gibt es die Möglichkeit basierend auf dem Wellenradar ein Tsunami-Frühwarnsystem aufzubauen?

Ich habe am gleichen Abend noch mit Thomas in Hamburg telefoniert. Er erzählte mir er habe auch schon darüber nachgedacht mit dem Wellenradar Tsunamis nachzuweisen war aber der Meinung die Tsunamis-Wellen währen zu schnell und die Amplituden zu flach um diese mit dem Wellenradar mitten im Ozean zu sehen. Er wollte dies Thema aber noch am nächsten Tag in seiner Arbeitsgruppe diskutieren. Schon am nächsten Tag bekam ich eine Antwort von Thomas. Er hatte herausgefunden, das die Wellen eines Tsunamis wenn sie auf einen Kontinental Sockel treffen sich aufbäumen und erheblich an Geschwindigkeit verlieren.

Dadurch werden Tsunami-Wellen mit dem Wellenradar detektierbar, und es bleibt genügend Zeit um Warnmeldungen an die Bevölkerung heraus zu geben.

Mit der Hilfe eines solchen Systems hätte man am Indischen Ozean am 26. Dezember 2004 tausende von Menschenleben retten können.

Wir hatten damals gehofft einen Teil der Gelder zu bekommen, welche die Bundesregierung damals für die Entwicklung eines Tsunami Warnsystems ausgegeben hat. Für mich währe die Arbeit an einem solchen Projekt ideal gewesen, da ich meine Erfahrung in digitaler Signalverarbeitung, meine Kenntnisse in der Radartechnik und mein Wissen über Software- und System-Engineering in dieses Projekt hätte einbringen können.

Man hat sich dann aber für die Entwicklung eines auf Bojen basierenden Systems entschlossen. Wie man heute weiß mit mäßigem Erfolg.