Gase sind so allgegenwärtig wie die Luft um uns herum und seit jeher ein zentrales Untersuchungsobjekt der Statistischen Physik. Sie bestehen aus vielen einzelnen Molekülen, die man sich in guter Näherung als eine Ansammlung mikroskopisch kleiner Kugeln vorstellen kann. Bei großer Teilchenzahl ist es sehr aufwändig, die Positionen aller Teilchen zu verfolgen und bei jeder Kollision zu berechnen, wie sich ihre Geschwindigkeiten verändern.

Die Thermodynamik lehrt, dass statt dieses vollständigen mikroskopischen Wissens oft gemittelte makroskopische Parameter wie Druck und Temperatur ausreichend sind. Wenn Luft beispielsweise zusammengepresst wird, lässt sich die Temperaturänderung allein durch die Kenntnis von Druck und Volumen vorhersagen.

Wie hängen die mikroskopische und die makroskopische Sichtweise zusammen? Der Kurs geht dieser Frage nach, indem die Teilnehmenden gemeinsam Computersimulationen entwickeln und auswerten. Nach einer Einführung in die theoretischen Grundlagen werden sie so selbst die Verbindung zwischen der Mechanik einzelner Teilchen und der Thermodynamik kennenlernen. Durch passende Erweiterungen der Simulation können die Teilnehmenden je nach Interesse verschiedene physikalische Effekte untersuchen und verstehen. Mögliche Themen dieser Gruppenprojekte sind beispielsweise Abweichungen von der idealen Gasgleichung, Entropiekräfte oder Clusterbildung in granularen Gasen, die in der Entstehung von Sternen eine Rolle spielt.

Hauptziel des Kurses ist das computergestützte Erkunden physikalischer Gesetzmäßigkeiten in der Programmiersprache Python. Zusätzlich können, je nach Neigung der Teilnehmenden, auch analytische Verfahren diskutiert werden. Grundlegende Kenntnisse von Python sind wünschenswert, können aber auch mithilfe des Vorbereitungsmaterials erworben werden.