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Quantenmechanik, Relativitätstheorie und der ganze Rest. Wenn Sie Themen diskutieren wollen, die mehr als Schulkenntnisse voraussetzen, sind Sie hier richtig. Keine Angst, ein Physikstudium ist nicht Voraussetzung, aber man sollte sich schon eingehender mit Physik beschäftigt haben.

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  #1  
Alt 01.04.09, 23:00
fossilium fossilium ist offline
Profi-Benutzer
 
Registriert seit: 01.04.2009
Ort: Bonn
Beitr?ge: 230
Standard Elektromagnetische Wellen

Liebe Diskutanten, ich bin erstmalig im Forum aktiv, schon 63 Jahre alt, habe aber (vor 40 Jahren) Physik studiert. Leider habe ich diesen Beruf nie ausgeübt, jedoch den Fortschritt der Physik aus Fachzeitschriften verfolgt, und auch Forenbeträge gelesen, da scheinen ein paar helle Köpfe am Werk zu sein. Daher hier mein Problem: mein Sohn, 17 Jahre, fragte mich vor einiger Zeit, was denn eine elektromagnetische Welle sei. Ich habe ihm gesagt, daß er sich diese wie ein Kraftfeld vorstellen müsse, welches sich in den Raum ausbreitet und an jedem Ort im Raum eine periodische Kraft auf eine elektr. Ladung ausüben würde. Besonders befriedigt über diese Erklärung waren wir beide nicht. Wie soll sich da was ausbreiten ? Es fehlt ja der Träger. Bei einer Veranstaltung fragte ich einen Physikprofessor an der Bonner Uni, der sagte mir im Vorübergehen (hatte keine Zeit), der Träger der Welle sei der Raum.
Nun ja, ich könnte mir das vorstellen, wenn man davon ausgeht, daß der Raum irgendwelche periodischen "Verzerrungen" vollzieht. Das ist eigentlich nicht von der Hand zu weisen, schließlich krümmt er sich über der Erdoberfläche auch so stark, daß Gravitationsanziehung entsteht.
Nun meine Frage: ist es gängige Meinung, daß der Raum der Träger ist, und wenn ja, müßte dieser dann nicht in den Feldgleichungen eine gigantische "Elastizitätskonstante" oder Ähnliches auftreten, oder ist dieser Analogieschluß zur klassischen Festkörperphysik unzulässig ? Schließlich müßte der Raum ja auch eine "Deformationskonstante" haben, wenn Massen diesen krümmen. Oder ist dieser Analogieschluß völliger Quatsch, weil alles eine viel einfachere Erklärung hat - die ich weit ab vom Schuß nur nicht wahrgenommen habe ?
Trotz des langen Textes hilft mir vielleicht einer weiter.
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  #2  
Alt 01.04.09, 23:56
Jogi Jogi ist offline
Moderator
 
Registriert seit: 02.05.2007
Beitr?ge: 1.880
Standard AW: Elektromagnetische Wellen

Hi fossi.


Zitat:
Zitat von fossilium Beitrag anzeigen

Nun meine Frage: ist es gängige Meinung, daß der Raum der Träger ist, und wenn ja, müßte dieser dann nicht in den Feldgleichungen eine gigantische "Elastizitätskonstante" oder Ähnliches auftreten, oder ist dieser Analogieschluß zur klassischen Festkörperphysik unzulässig ? Schließlich müßte der Raum ja auch eine "Deformationskonstante" haben, wenn Massen diesen krümmen.
Ganz kurz vorab:
Sagt dir der Freiraumwellenwiderstand etwas?


Zitat:
Trotz des langen Textes hilft mir vielleicht einer weiter.
Darauf geh' ich gerne ein wenn ich mehr Muße habe; das könnte schon sehr bald sein.


Gruß Jogi
__________________
Die Geschichte wiederholt sich, bis wir aus ihr gelernt haben.
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  #3  
Alt 03.04.09, 17:12
Slash Slash ist offline
Profi-Benutzer
 
Registriert seit: 30.07.2008
Beitr?ge: 441
Standard AW: Elektromagnetische Wellen

Vielleicht kann man sich den Raum wie eine Wasseroberfläche vorstellen, auf welcher sich EM Wellen (=Wasserwellen) ausbreiten.
(?)

Mich persönlich würde dann natürlich noch interessieren, warum letztenendes dann Photonen nur quantisiert auftreten können - aber das ist sicherlich eine ganz andere Frage.

Aber eine weitere Frage die mir kommt (zu meinem Bild von oben mit der Wasseroberfläche, welches ja unter Umständen völlig falsch ist): Warum breiten sich Photonen geradlinig aus, Wasserwellen aber in alle Richtungen?

Also stimmt wohl das Bild mit den Wasserwellen überhaupt nicht.

Zu unterscheiden ist sicherlich auch die
- E-Feld Welle
- M-Feld Welle
- die Wahrscheinlichkeitswelle (des Photons)

etc. etc... (?) oder ?

viele Grüße

Slash
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  #4  
Alt 03.04.09, 18:12
Uli Uli ist offline
Singularität
 
Registriert seit: 01.05.2007
Beitr?ge: 1.804
Standard AW: Elektromagnetische Wellen

Zitat:
Zitat von Slash Beitrag anzeigen
Vielleicht kann man sich den Raum wie eine Wasseroberfläche vorstellen, auf welcher sich EM Wellen (=Wasserwellen) ausbreiten.
(?)
Ich finde diese Vorstellung nicht wirklich nützlich. Bei Wasserwellen schwingen die Moleküle des Trägermaterials: EM-Wellen aber kommen auch ohne Träger aus.

Zitat:
Zitat von Slash Beitrag anzeigen
Mich persönlich würde dann natürlich noch interessieren, warum letztenendes dann Photonen nur quantisiert auftreten können - aber das ist sicherlich eine ganz andere Frage.
Oft kann die Physik die Fragen nach dem "warum" nicht wirklich bantworten - so auch hier. Letztlich gibt es eine Quantentheorie, weil die Beobachtungen uns dazu zwangen, die alte klassische Theorie fallen zu lassen (obwohl das alles andere als leicht gefallen war).


Zitat:
Zitat von Slash Beitrag anzeigen
Aber eine weitere Frage die mir kommt (zu meinem Bild von oben mit der Wasseroberfläche, welches ja unter Umständen völlig falsch ist): Warum breiten sich Photonen geradlinig aus, Wasserwellen aber in alle Richtungen?
Diesen Unterschied sehe ich allerdings nicht: auch Photonen breiten sich in alle Richtungen aus. Denk mal an das Licht eine Lampe oder an einen Rundfunksender.

Zitat:
Zitat von Slash Beitrag anzeigen
Also stimmt wohl das Bild mit den Wasserwellen überhaupt nicht.

Zu unterscheiden ist sicherlich auch die
- E-Feld Welle
- M-Feld Welle
- die Wahrscheinlichkeitswelle (des Photons)

etc. etc... (?) oder ?

viele Grüße

Slash
Die Wahrscheinlichkeits-Wellenfunktion des Photons ist übrigens ein sehr schwieriges Thema. Manche Theoretiker vertreten gar die Auffassung, dass die Wellenfunktion des Photons nicht existiert.

Zitat:
Zitat von Bialynicki-Birula
Photon wave function is a controversial concept. Controversies stem from the fact that photon wave functions can not have all the properties of the Schroedinger wave functions of nonrelativistic wave mechanics. Insistence on those properties that, owing to peculiarities of photon dynamics, cannot be rendered, led some physicists to the extreme opinion that the photon wave function does not exist. I reject such a fundamentalist point of view in favor of a more pragmatic approach. In my view, the photon wave function exists as long as it can be precisely defined and made useful.
aus
http://adsabs.harvard.edu/abs/2005quant.ph..8202B

Gruß,
Uli
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  #5  
Alt 03.04.09, 22:04
fossilium fossilium ist offline
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Standard AW: Elektromagnetische Wellen

Hallo Uli,

ich will meine Frage noch einmal präzisieren:

könnt Ihr Euch vorstellen, daß der Raum der "Träger" elektromagn. Wellen ist ?
Unter Träger verstehe ich Folgendes: der Raum ist nicht nur Bühne für das physikalische Geschehen (in der Qantenmechanik ist er es, soweit ich weiß), sondern aktiv am phsikal. Geschehen beteiligt. Seine Raumelemente dxdydz(*dt) im Makroskopischen "vibrieren", diese Vibrationen breiten sich im Leeraum mit Lichtgeschwindigkeit aus, die inneren Deformationen von dxdydz erzeugen Kräfte auf elektr. Ladungen ? Bitte denkt dran, daß nach Einsteins Vorstellungen Raumdefomationen auch mit Gravitation einhergeht und Photonen ablenkt. Warum soll der Raum nicht noch mehr können ? Im Mikroskopischen soll er ja zerbröseln und Teilchenschaum generieren. Warum soll er auf größeren Längenskalen inaktiv sein ? Vielleicht filtert er ja Wirkungen oder und täuscht unlogischeTeilcheneigenschaften vor, die garnicht da sind ?
Bitte versteht mich nicht falsch - ich will hier keine neue Physik machen. Ich frage nur, ob solche Überlegungen zum aktiven Raum - wo es schon keine anderen oder nur unzulängliche oder gedanklich schwer nachvollziehbare (Feldtheorie, Feynman-WW) gibt - erlaubt sind, und besser sind, als garnichts zu haben, und ob man sich einen exeperimentellen Prüfung dazu ausdenken kann - oder steht die Vorstellung eines "aktiven Raums" im Widerspruch zu anderen anerkannten Modellen, und man sollte das direkt alles vergessen ?

Sollte ich hier Blödsinn schreiben, schickt mich bitte zu den Trolls, aber vorher bitte antworten. Ich halte Euch nämlich für ziemlich kompetent.
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  #6  
Alt 04.04.09, 01:51
Uli Uli ist offline
Singularität
 
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Standard AW: Elektromagnetische Wellen

Zitat:
Zitat von fossilium Beitrag anzeigen
Hallo Uli,

ich will meine Frage noch einmal präzisieren:

könnt Ihr Euch vorstellen, daß der Raum der "Träger" elektromagn. Wellen ist ?
Unter Träger verstehe ich Folgendes: der Raum ist nicht nur Bühne für das physikalische Geschehen (in der Qantenmechanik ist er es, soweit ich weiß), sondern aktiv am phsikal. Geschehen beteiligt. Seine Raumelemente dxdydz(*dt) im Makroskopischen "vibrieren", diese Vibrationen breiten sich im Leeraum mit Lichtgeschwindigkeit aus, die inneren Deformationen von dxdydz erzeugen Kräfte auf elektr. Ladungen ?
...
Wenn das denn so wäre, dann frage ich mich, was das mit Physik zu tun hat.

Physik hat ja ganz klar ein Ziel: die beobachtbaren Phänomene qualitativ, aber v.a. auch quantitativ erklären zu können. Welcher Art von Relevanz hätten denn diese schwingenden Volumenelemente ? Wären sie irgendwie beobachtbar oder prinzipiell unnachweisbar (wie etwas Lorentz Äther, was schließlich zu seiner Abschaffung geführt hatte).
Wenn sie selbst nicht beobachtbar sind, warum führst du sie dann ein ?
Sie erklären eigentlich gar nichts, ersetzen einfach eine Vorstellung (messbare oszillierende elm. Feldstärken) durch eine andere, die nicht einmal überprüfbar ist: so eine Idee erscheint mir einfach überflüssig zu sein.
Oder führt diese Idee zu irgendwelchen anderen, überprüfbaren Vorhersagen, zu denen die "Standardphysik" nicht fähig ist ?

Deine Idee gehört vielleicht in den Bereich der Metaphysik, aber wohl kaum in die Physik.

Wie immer, alles nur meine unmaßgebliche Meinung ...

Gruß,
Uli
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  #7  
Alt 04.04.09, 02:29
Benutzerbild von Marco Polo
Marco Polo Marco Polo ist offline
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Standard AW: Elektromagnetische Wellen

Zitat:
Zitat von fossilium Beitrag anzeigen
Nun ja, ich könnte mir das vorstellen, wenn man davon ausgeht, daß der Raum irgendwelche periodischen "Verzerrungen" vollzieht.
Hallo fossilium,

das tut er imho nur bei einer durchlaufenden Gravitationswelle.

Zitat:
Nun meine Frage: ist es gängige Meinung, daß der Raum der Träger ist, und wenn ja, müßte dieser dann nicht in den Feldgleichungen eine gigantische "Elastizitätskonstante" oder Ähnliches auftreten, oder ist dieser Analogieschluß zur klassischen Festkörperphysik unzulässig ?
So ganz abwegig finde ich das mit der Elastizitätskonstante nicht. Zumindest, wenn man bei Gravitationswellen berücksichtigt, dass die Raumzeit extrem steif zu sein scheint. Deswegen sind die Verzerrungen durch Gravitationswellen ja auch so gering und damit extrem schwer nachweisbar.

Gruss, Marco Polo
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  #8  
Alt 04.04.09, 04:31
Slash Slash ist offline
Profi-Benutzer
 
Registriert seit: 30.07.2008
Beitr?ge: 441
Standard AW: Elektromagnetische Wellen

Hallo Uli,

Zitat:
Zitat von Uli Beitrag anzeigen
Ich finde diese Vorstellung nicht wirklich nützlich. Bei Wasserwellen schwingen die Moleküle des Trägermaterials: EM-Wellen aber kommen auch ohne Träger aus.
ok, nehm ich auf jeden Fall hin. Wie ist es dann aber zu verstehen "das gesagt wird" (oder meine ich gehört zu haben), dass ein E-Feld bzw. ein M-Feld eine "Eigenschaft des Raumes" ist. Vielleicht habe ich da auch etwas falsch verstanden. (PS: Habe sowieso Verständnisschwierigkeiten, weil Photonen als die Austauschteilchen gelten für M-bzw. E-Felder (jetzt nicht bei einer Welle, sondern bei einem rein statischen Feld) ) - wie gesagt, ganz sicherlich hab ich da Verständnisschwierigkeiten.



Zitat:
Oft kann die Physik die Fragen nach dem "warum" nicht wirklich bantworten - so auch hier. Letztlich gibt es eine Quantentheorie, weil die Beobachtungen uns dazu zwangen, die alte klassische Theorie fallen zu lassen (obwohl das alles andere als leicht gefallen war).
Seufz... Wenn Quanten wenigtens anständige Energiepakete und so angeordnet wie die Pixel meines Flachbildschirms wären, aber dieses Tunneln und kollabieren, etc. das nervt ....


Zitat:
Diesen Unterschied sehe ich allerdings nicht: auch Photonen breiten sich in alle Richtungen aus. Denk mal an das Licht eine Lampe oder an einen Rundfunksender.
Genau, da hab ich Verständnisprobleme. (Bin für jede anschauliche / nicht-anschauliche Aufklärung dankbar):

Ganz fern in einer anderen Galaxie kommt ein Lichtquant (Photon), Wellenlänge 654 nm aus einem entfernten Stern heraus. Es "fliegt" 1 Mrd. Lichtjahre zu der Erde und landet schließlich auf einem Stäbchen in meiner Netzhaut (So meine Vorstellung) - war es also immer ein "Teilchen", dass sich geradlinig seinen Weg bahnte (zu mir) oder war es eine Welle, die sich im ganzen Universum ausbreitet(e) und nun "auf meiner Netzhaut kollabiert ist".



Wie gesagt, da hab ich ein grundlegendes Verständnisproblem bzgl. Photonen...

Vielleicht muss man auch berücksichtigen, dass langwellige EM-Wellen einfach aus so vielen Photonen bestehen, während kurzwelligere EM-Wellen, eher Teilchencharakter haben, die sich dann geradlinig fortbewegen - richtig? (? )



Zitat:
Die Wahrscheinlichkeits-Wellenfunktion des Photons ist übrigens ein sehr schwieriges Thema. Manche Theoretiker vertreten gar die Auffassung, dass die Wellenfunktion des Photons nicht existiert.
Viele Grüße

Slash
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  #9  
Alt 04.04.09, 11:53
Uli Uli ist offline
Singularität
 
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Standard AW: Elektromagnetische Wellen

Hallo Slash,

Zitat:
Zitat von Slash Beitrag anzeigen
Hallo Uli,

ok, nehm ich auf jeden Fall hin. Wie ist es dann aber zu verstehen "das gesagt wird" (oder meine ich gehört zu haben), dass ein E-Feld bzw. ein M-Feld eine "Eigenschaft des Raumes" ist. Vielleicht habe ich da auch etwas falsch verstanden. (PS: Habe sowieso Verständnisschwierigkeiten, weil Photonen als die Austauschteilchen gelten für M-bzw. E-Felder (jetzt nicht bei einer Welle, sondern bei einem rein statischen Feld) ) - wie gesagt, ganz sicherlich hab ich da Verständnisschwierigkeiten.
Ein Feld (was auch immer) wird dadurch definiert, dass jedem Raumpunkt eine Größe (die Feldstärke) zugeordnet wird - bei einem Vektorfeld auch noch eine Richtung. In diesem Sinne ist jedes Feld eine "Eigenschaft des Raumes".
Photonen sind die Austauschteilchen jeder elektromagnetischen Wechselwirkung (nicht nur statischer Felder).




Zitat:
Zitat von Slash Beitrag anzeigen
Seufz... Wenn Quanten wenigtens anständige Energiepakete und so angeordnet wie die Pixel meines Flachbildschirms wären, aber dieses Tunneln und kollabieren, etc. das nervt ....




Genau, da hab ich Verständnisprobleme. (Bin für jede anschauliche / nicht-anschauliche Aufklärung dankbar):

Ganz fern in einer anderen Galaxie kommt ein Lichtquant (Photon), Wellenlänge 654 nm aus einem entfernten Stern heraus. Es "fliegt" 1 Mrd. Lichtjahre zu der Erde und landet schließlich auf einem Stäbchen in meiner Netzhaut (So meine Vorstellung) - war es also immer ein "Teilchen", dass sich geradlinig seinen Weg bahnte (zu mir) oder war es eine Welle, die sich im ganzen Universum ausbreitet(e) und nun "auf meiner Netzhaut kollabiert ist".
Diese dualistische Sicht (mal Welle, mal Teilchen) stammt noch aus den Zeiten, als die Quantentheorie entwickelt worden war. Heute gibt es die Quantenmechanik, mit deren Hilfe man Wahrscheinlichkeits-Wellenfunktionen vorhersagen kann. Sehen diese Wellenfunktionen eher paketartig aus, z.B.



dann bieter sich eine "Teilchen-Interpretation" an (Teilchen am Ort des Maximum des Paketes mit einer gewissen Ortsunschärfe, die der Breite des Paketes entspricht). Haben wir dagegen annähernd eine ebene Welle, so versagt jede Teilchen-Interpretation. I.a. haben wir Mischformen beider Lösungen. Das hängt nun detailliert von den Eigenschaften der Quelle ab.

Zitat:
Zitat von Slash Beitrag anzeigen
Vielleicht muss man auch berücksichtigen, dass langwellige EM-Wellen einfach aus so vielen Photonen bestehen, während kurzwelligere EM-Wellen, eher Teilchencharakter haben, die sich dann geradlinig fortbewegen - richtig? (? )
Hmm ..., es ist nicht so, dass kurzwelligeres Licht mehr Teilchencharakter hat als langwelliges. Der Unterschied zwischen langwelliger und kurzwelliger EM-Strahlung ist lediglich die Größe der "Paketierung": höherfrequente Strahlung kommt in größeren Energiepaketen (Quanten) als niederenergetische .
E = h * f
Insofern braucht es zum Transport derselben Energiemenge bei niederfrequenter Strahlung mehr Quanten als bei hochfrequenter. Vielleicht hast du das so gemeint. Ein Quant bewegt sich aber immer geradlinig fort - egal ob klein oder groß - zumindest, solange es nicht wechselwirkt.

Gruß,
Uli

Ge?ndert von Uli (04.04.09 um 11:57 Uhr)
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  #10  
Alt 05.04.09, 01:05
Jogi Jogi ist offline
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Standard AW: Elektromagnetische Wellen

Wer zu spät kommt...

Jetzt haben Uli und Marco Polo schon das Meiste gesagt, was dazu zu sagen ist.

Mal sehen, ob ich noch ein paar Krümel aufpicken kann:


Zitat:
Zitat von fossilium Beitrag anzeigen
Liebe Diskutanten,
An Tanten mangelt es hier leider, ich sehe nur Onkel.


Zitat:
ich bin erstmalig im Forum aktiv, schon 63 Jahre alt, habe aber (vor 40 Jahren) Physik studiert.
Damit bist du doch in guter Gesellschaft.


Zitat:
mein Sohn, 17 Jahre, fragte mich vor einiger Zeit, was denn eine elektromagnetische Welle sei. Ich habe ihm gesagt, daß er sich diese wie ein Kraftfeld vorstellen müsse, welches sich in den Raum ausbreitet und an jedem Ort im Raum eine periodische Kraft auf eine elektr. Ladung ausüben würde.
So schlecht finde ich das gar nicht.
Das ist immerhin das was mess- und reproduzierbar ist

Zitat:
Besonders befriedigt über diese Erklärung waren wir beide nicht. Wie soll sich da was ausbreiten ? Es fehlt ja der Träger.
[...]könnt Ihr Euch vorstellen, daß der Raum der "Träger" elektromagn. Wellen ist ?
Unter Träger verstehe ich Folgendes: der Raum ist nicht nur Bühne für das physikalische Geschehen (in der Qantenmechanik ist er es, soweit ich weiß), sondern aktiv am phsikal. Geschehen beteiligt.
Wie Marco Polo schon sagte, der Raum ist bestenfalls der Träger der Gravitation (und da auch nur solange man keine Quantengravitation einführt), für EM sollte man's bei der Bühne belassen.

Zitat:
Nun meine Frage: ist es gängige Meinung, daß der Raum der Träger ist, und wenn ja, müßte dieser dann nicht in den Feldgleichungen eine gigantische "Elastizitätskonstante" oder Ähnliches auftreten, oder ist dieser Analogieschluß zur klassischen Festkörperphysik unzulässig ? Schließlich müßte der Raum ja auch eine "Deformationskonstante" haben, wenn Massen diesen krümmen. Oder ist dieser Analogieschluß völliger Quatsch, weil alles eine viel einfachere Erklärung hat - die ich weit ab vom Schuß nur nicht wahrgenommen habe ?
Nicht nur Massen krümmen den Raum, sondern jede Art von Energie tut dieses.
Auch ein Photon wechselwirkt gravitativ, es beeinflusst "den Raum", wie es auch umgekehrt "vom Raum" beeinflusst wird.
Ein "aktiver Teilchenschaum" führt zu einer Feldquantisierung, für die wir im Falle der Gravitation noch keine experimentelle Bestätigung haben.
EM-WW lässt sich schon gut quantisiert beschreiben, in letzter Konsequenz lässt sie sich nur quantisiert beschreiben, siehe photoelektrischer Effekt.
Für die Gravitation steht eine solche, anerkannte Interpretation noch aus (jedenfalls in diesem Unterforum), das ist das entscheidende Argument, das ich gegen "den Raum" als Träger der EM-WW anführen würde.


Gruß Jogi
__________________
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