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Eingeladene Vorträge/Gastvorträge

Wie die gesamte Konferenz drehen sich die eingeladenen Vorträge - der Kern des wissenschaftlichen Programms - um das Thema „Physik des Lebens“. Dieses große Gebiet betrachten wir aus verschiedenen Richtungen - von der Zelle als der kleinsten Struktur des Lebens bis hin zur physikalischen Analyse von sozialen Systemen als größte Struktur des Lebens.

Der kleinste eigenständige Baustein des Lebens ist eine Zelle. Eine Zelle ist aber viel mehr als nur ein Block, aus dem Organismen aufgebaut sind. Vielmehr ist es nötig zu wissen, wie eine Zelle selbst aufgebaut ist, wie sie funktioniert und wie sie sich entwickelt, um zu verstehen, wie Leben auf vielen verschiedenen Skalen funktioniert - von Einzellern bis hin zu hochentwickelten Lebewesen wie dem Menschen.

Für solch hochentwickelte Lebewesen ist das Gehirn die unverzichtbarste Struktur. Aber wie ist dieses extrem komplexe Organ eigentlich aufgebaut und wie funktioniert es? Während dies zunächst nach einem Problem der Biologie und der Medizin aussieht, so stellt man doch fest, dass die Physik wichtige Verfahren und Methoden liefern kann, unser Gehirn besser zu verstehen.

Mit dem Gehirn verlassen wir die Ebene des Individuums und wenden uns dem Zusammenleben von Menschen zu. Wie entwickeln sich aus einzelnen Individuen funktionierende Gesellschaften? Können wir als Physiker Methoden und Erkenntnisse zum Beispiel aus dem Bereich der Statistischen Physik verwenden, um solche Prozesse zu beschreiben und zu verstehen? Das Feld der Soziophysik, die sich genau damit beschäftigt, rundet unser Vortragsprogramm ab.

Als eingeladene Sprecher konnten wir Prof. Dr. Dirk Helbing, Prof. Dr. Frank Jülicher, Prof. Dr. Karlheinz Meier sowie Prof. Dr. Claudia Veigel gewinnen.

„Anders als Turing - Physikalische Modellsysteme neuronaler Schaltkreise“ Prof. Dr. Karlheinz Meier Sonntag, 30.10, 14:00 Uhr

Nach seiner Promotion am DESY im Jahr 1984 ging Karlheinz Meier zunächst für einige Jahre ans CERN, bevor er 1992 einem Ruf an die Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg folgte. Seither leitet er dort einen Lehrstuhl für Experimentalphysik. Dem folgte unter anderem eine eingeladene Professur in Laussane, Schweiz, von 2011 bis 2015. Zwischen 2009 und 2013 war Meier im Vorstand der DPG aktiv und seit 2011 ist er Direktor des europäischen Flagschiffprojektes „Human Brain Project“

Turing Maschinen und deren Realisierung durch die von Neumann Architektur bilden die Basis für unser Informationszeitalter. Ihre Algorithmen sind abstrakte Beschreibungen von Prozessen, wie sie beispielsweise in physikalischen Systemen ablaufen.

Ob das Gehirn äquivalent zu einer Turing Maschine ist, bleibt bis heute ungeklärt. Offensichtlich ist jedoch, dass die algorithmische Beschreibung neuronaler Schaltkreise und deren Ausführung auf von Neumann Computern schnell an unüberwindbare Grenzen führt. Einen Ausweg bieten physikalische Modelle solcher Schaltkreise, die auch als neuomorphe Systeme bezeichnet werden.

Im Vortrag wird der Stand der Forschung auf diesem neuen Arbeitsgebiet vorgestellt und auch ein Ausblick auf dessen Zukunft gewagt. Die Bedeutung der Physik für dieses Arbeitsgebiet wird ebenfalls diskutiert.

„How Sociophysics Can Help to Fix the World“ Prof. Dr. Dirk Helbing Sonntag, 30.10, 16:00 Uhr

Dirk Helbing ist Professor für Computational Social Science an der ETH Zürich. Zunächst promovierte er in Physik an der Universität Stuttgart und leitete später das Institute of Transport & Economics an der TU Dresden. Er ist gewähltes Mitglied der Deutschen Akademie der Wissenschaften "Leopoldina" und koordiniert die FuturICT Iniviative, die zum Ziel hat, globale sozioökonomische Systeme besser zu verstehen. Er ist Mitgründer des Fachverbandes Sozioökonomischer Systeme der DPG und war bis 2016 in dessen Vorstand. 2014 wurde ihm die Ehrendoktorwürde der Technischen Universität Delft zugesprochen. Seit 2016 ist er assoziierter Professor an der TU Delft wo er das Doktorandenprogramm „Engineering Social Technologies for a Responsible Digital Future“ leitet.

What started with the statistical physics of self-driven particles to simulate traffic, crowds and flocks has become a florishing research field, sometimes called socio- and econophysics. This has recently been combined with computer and data science to create the quickly progressing fields of computational social science and global systems science. Since then, major challenges of our planet have been addressed, from financial crises to climate change, from mass migration to revolutions, from epidemics to conflict. There is hope that we have now the science at hand to fix societal, economic and environmental problems.

„Single Molecule Studies on Myosin Motors“ Prof. Dr. Claudia Veigel Montag, 31.10, 9:30 Uhr

Lehrstuhl Zelluläre Physiologie, Institute of Physiology and Center for Nanosciences (CeNS), LMU München.

Many types of cellular motility are based on the myosin family of motor proteins. There are now known to be at least 35 different classes of myosins, involved in intracellular transport processes, cytokinesis, muscle contraction, exo- and endocytosis or even signal transduction in vision or hearing. The ability to coordinate the timing of motor protein activation lies at the very centre of this wide range of cellular motile processes. Using a combined approach of recombinant protein expression and single molecule techniques including optical tweezers we study the basic mechanisms of activation, force production and movement of these molecular machines at the single molecule level. In this talk we will report on our recent studies on myosins interacting with lipids and transporting cargo, such as cytoplasmic vesicles, over micrometer distances along the actin cytoskeleton in the cell.

„Aktive Materie – Dynamik lebender Zellen“ Prof. Dr. Frank Jülicher Montag, 31.10, 14:00 Uhr

Prof. Dr. Frank Jülicher wurde in Ludwigsburg geboren, und studierte in Stuttgart und Aachen Physik. Promoviert wurde er 1994 an der Universität zu Köln, von wo er als Fellow des National Science and Research Councils von Kanada an die Simon Fraser Universität in Vancouver reiste und dort bis 1996 verblieb. Es folgten Wissenschaftsaufenthalte am ESPCI und dem Curie Institute in Paris von 1998 bis 2002. Prof. Dr. Frank Jülicher verblieb auch zur Habilitation in Paris, wonach der 2002 als Honorarprofessor an der TU Dresden nach Deutschland zurückkehrte. Seit 2001 ist er auch Direktor und wissenschaftliches Mitglied am Max Planck Institute für die Physik komplexer Systeme in Dresden.

Lebende Zellen sind außerordentlich dynamisch und in der Lage, Kräfte und Bewegungen zu erzeugen. Dies ist besonders augenfällig in aktiven Prozessen wie der schwimmenden Fortbewegung von Mikroorganismen, der Zellteilung und bei Zellbewegungen. Aktive Prozesse werden durch spezialisierte Makromoleküle erzeugt, die von einem chemischen Treibstoff angetrieben werden. Sie wandeln dessen chemische Energie in mechanische Arbeit um. Beispiele sind „molekulare Motoren“ die sich entlang von Filamenten des Zellskeletts bewegen und Kräfte erzeugen. Aus der Sicht der Physik sind lebende Zellen damit eine inhärent aktive Form der Materie, die ungewöhnliche Materialeigenschaften aufweist und spontane Bewegungen und Kräfte erzeugen kann. Anhand verschiedener Beispiele werde ich aufzeigen, wie eine große Zahl solcher Motormoleküle komplexe Dynamik in Zellen erzeugt. Ein Beispiel ist die Bewegung von Geißeln, welche das Schwimmen vieler Mikroorganismen antreiben. Ähnliche biophysikalische Mechanismen führen zu zellulären Oszillationen mit wichtigen biologischen Funktionen. Auch Gewebe, die aus vielen Zellen gebildet werden, zeigen dynamisches Verhalten aktiver Materie. Dies wird deutlich wenn im Rahmen der Morphogenese ein Organismus entsteht. Multizelluläre Strukturen und Formen entstehen in einem mechanisch-chemischen Prozess, bei dem zelluläre Krafterzeugung und mechanische Kräfte zur Formgebung beitragen.

Deutsche Physikalische Gesellschaft

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