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Faszination Physik
"Was studierst du?"
"Physik."
"Oh mein Gott!"
Eine typische Reaktion darauf, wenn man sagt, dass man Physik studiert (insbesondere die
Wortwahl finde ich hierbei besonders interessant, aber das ist ein anderes Thema ;-). Bei
dem Wort "Physik" denken die meißten sofort an ewig lange Formeln, langweilige Erlärungen
und... viel Mathematik. Dinge denen die wenigsten was gutes abgewinnen können. In den folgenden
Zeilen habe ich nun den kleinen Versuch gestartet dem entgegenzuwirken.
Ich habe versucht zu zeigen, dass die Physik tatsächlich interessant sein kann und aufzuzeigen,
warum sie manche Menschen so fasziniert. Und wenn du das gelesen hast vielleicht auch dich.
Soweit möglich verzichte ich dabei auf große Formeln und Mathematik und hoffe damit einen
für jeden interessanten Artikel geschrieben zu haben. Die Physiker unter den Lesern
mögens mir verzeihen, wenn ich an der ein oder anderen Stelle auf 100% detailgetreue
Erklärungen verzichtet habe.
Und jetzt: Lasst euch faszinieren! :-)
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Inhaltsverzeichnis
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Aufnahme einer Spiralgalaxie mit dem Spitzer Space Telescope.
Courtesy NASA/JPL-Caltech.
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1 Das blaue vom Himmel
Was sehen wir, wenn wir in den Himmel schauen? Richtig, das "blaue vom Himmel". Aber hast du dir
schon einmal Gedanken gemacht, warum der Himmel blau ist? Warum sehen wir nicht den gleichen dunklen
Himmel wie in der Nacht? Schließlich schauen wir doch direkt ins Weltall. Die Antwort ist auf dem folgenden
Bild illustriert.
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Die von der Sonne ausgesandten Strahlen sind eigentlich weiß. Es ist Licht von jeder
sichtbaren Wellenlänge (und damit von jeder Farbe) enthalten. Das Licht trifft nun auf
unsere Atmosphäre und wird dort an deren Molekülen gestreut. Dieses Licht
wird in alle möglichen Richtungen abgelenkt. Die Zusammensetzung unserer Atmosphäre
hat dabei den Effekt, dass vor allem blaues Licht gestreut wird. Schauen wir also direkt
in den Himmel sehen wir kein blaues Licht aus dem Weltall, sondern einen kleinen Anteil
des Sonnenlichts der dort (in unserer Atmosphäre) gestreut wird.
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Schematische Darstellung, wie der Blauanteil des
Sonnenlichts herausgefiltert wird.
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Die Frage die bleibt: Warum ist die Sonne dann nicht weiß? Und die Antwort: Das ist sie. Zumindest, wenn
man aus dem Weltall auf sie schaut. Nur ohne das herausgefilterte blaue Licht scheint sie gelb. Beim Sonnenuntergang
ist es der selbe Effekt, der die Sonne rot erscheinen lässt. Der Weg des Lichts durch die Atmosphäre ist deutlich
weiter und so kann noch mehr blaues Licht herausgefiltert werden wodrurch die Sonne rot erscheint.
Übrigens kann man dieses Phänomen auch vom Weltall aus sehen. Um unseren Planeten sieht man dann eine dünne blaue Schicht:
Unsere Atmosphäre.
Aufnahme der Erde aus dem All. Man kann gut das blaue Schimmern der Atmosphäre erkennen.
Bild stammt von der Nasa.
2 Aus den Tiefen des Universums
Über 100 Millarden Galaxien. Durchschnittlich mit 100 Millarden Sternen. Das sind
zehn Trillarden Sterne. Eine Zahl mit 22 Nullen. Würde ein Mensch jeden dieser Sterne nur
eine zehntel Sekunde lang ansehen bräuchte er dazu 31,7 * 1012 Jahre. Das ist mehr als
2300 mal so lang wie unser Universum alt ist. Und unsere Sonne ist ein einziger dieser Trillarden
von Sternen.
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Überreste einer Supernova.
Courtesy NASA/JPL-Caltech.
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Größenordnungen die weit außerhalb dessen liegen was man mit menschlichem Denken fassen kann.
Doch die Faszination am Weltall liegt nicht alleine in diesen gewaltigen Zahlen. Nach dem
heutigen Erkenntnisstand besteht unser Universum nur zu etwa 4% aus bekannter Materie und Energie,
also aus genau jenen Millarden von Galxien. Durch Beobachtungen konnte festgestellt werden,
dass es noch weitere Materie im Weltall geben muss, da die Verteilung der Galaxien und ihre
Bewegung nicht erklärt werden können: die dunkle Materie.
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Diese Materie macht etwa 23% unseres Universums aus, also ein vielfaches mehr als die bekannten
Formen der Materie. Über das Wesen dieser Materie selbst ist allerdings noch recht wenig bekannt.
Man kann ziemlich gut abschätzen wo sie liegen muss und man weiß, dass sie zu wenig Licht abstrahlt
um beobachtet werden zu können. Alles andere liegt... na ja, eben noch im dunkeln.
Wer mitgezählt hat wird nun feststellen, dass noch immer 73% unseres Universums fehlen. Und jetzt
wirds richtig spannend. Diese 73% unseres Universums sind die sogenannte dunkle Energie. Dass sich
unser Universum ausdehnt ist ja schon seit einiger Zeit bekannt. Doch in den letzten Jahren stellte man
fest, dass sich diese Ausbreitung sogar noch beschleunigt, also alle Galaxien untereinander immer schneller
auseinanderdriften. Und verursacht wird das durch die dunkle Energie. Und woher diese Energie kommt?
Nun ja, wenn ich das jetzt erklären könnte hätte ich ziemlich gute Chancen auf nen Nobelpreis...
Die Geburt junger Sterne. Courtesy NASA/JPL-Caltech.
3 Von paradoxen Zwillingen und der Zeit
Die Zeit. Auf den ersten Blick ein ziemlich klarer Begriff. Was eine Sekunde ist? Nun ja, eben
die Zeit, die der Sekundenzeiger braucht um ein Stückchen vorzurücken... oder etwa doch nicht?
Gäbe es da nicht Einsteins Relativitätstheorie. Eine interessante Folgerung aus dieser ist das sogenannte
Zwillingsparadoxon:
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Ein Zwillingspaar arbeitet für eine Raumfahrtgesellschaft, der eine am Boden, der andere als Astronaut.
Als die beiden sich verabschieden wissen sie was vor ihnen liegt.
Der Astronaut steigt ein und fliegt einige Jahre, mit nahezu Lichtgeschwindigkeit, ins All hinein und
wieder zur Erde zurück. Als er landet läuft ihm ein junger Mann entgegen, seinem Bruder wie aus dem Gesicht geschnitten,
doch um viele Jahre jünger. Und er wusste sofort wer das sein musste: der Urenkel seines Bruders.
Was war geschehen? Während für den Astronauten nur einige, wenige Jahre vergangen sind, ist die Zeit auf der Erde schneller verlaufen.
Während er nur ein paar Jahre älter geworden ist, sind auf der Erde Jahrzehnte vergangen.
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Start des Space Shuttle Atlantis.
Bildmaterial von der Nasa
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"Zeitreisen" dieser Größenordnung sind
natürlich bloße Theorie, von solchen Geschwindigkeiten sind wir weit entfernt. Doch so verwirrend und unglaublich sich
die Geschichte auch anhört, selbst bei einem Flug im Flugzeug kann diese Zeitdillitation mittlerweile gemessen und nachgewiesen werden.
Sich das zu Nutze zu machen wird allerdings kompliziert. Man müsste etwa eine Million mal um die Erde fliegen um eine Sekunde einzusparen...
4 Und plötzlich bist du ne Welle
Noch immer nicht spannend genug? Keine Angst, wir haben noch was: die Quantenmechanik. Da wo die klassische Physik
versagt kommt sie zum Einsatz: in der mikroskopischen Welt der Atome, Elementarteilchen und co.
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Auch bei der Entstehung des Universums spielte die Quantenmechanik eine wichtige Rolle.
Aufnahme des Hubble-Space Telescope.
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In der Welt dieser Teilchen sind Phänomene möglich, die der "klassische Verstand" als unmöglich betrachtet.
So ist es möglich, dass diese Teilchen einfach durch Barrieren hindurch fliegen (im makroskopischen wäre das mit einem
Menschen zu vergleichen, der durch eine verschlossene Tür läuft) oder sogenannte verschränkte Teilchen bei denen
die Änderung des Zustands des einen Teilchens unmittelbar auch zur Änderung des Zustands des anderen Teilchens führt,
auch wenn sie Kilometer und wahrscheinlich auch wenn sie Lichtjahre voneinander entfernt sind.
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Wir ändern etwas "hier" und es passiert etwas "da". Außerdem sagt die Quantenmechanik auch, dass wir den Zustand
(Ort, Geschwindigkeit, ...) eines Teilchens nur zu einer bestimmten Wahrscheinlichkeit kennen, man kann fast sagen,
dass es überall "ein bisschen" ist. Und obwohl selbst große Physiker wie Albert Einstein daran zweifelten,
ist es diese Theorie, die momentan die Physik bestimmt.
Courtesy NASA/JPL-Caltech.
Das war mein kleiner Versuch euch die Faszination der Physik ein wenig näher zu bringen, ich hoffe es ist mir gelungen.
Und falls nicht... habt ihr immerhin ein paar coole Bilder zu sehen bekommen ;-)
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