Kategorie: Astronomie und Kosmologie

Ein Überblick als Starthilfe für Ihre eigenes Lernen.

01 Astronomie und Kosmologie

Der Aufbau des Universums

Das Weltall umfasst alles, was wir uns vorstellen können. Was befindet sich darin – und was befindet sich dann außerhalb? Simulationen helfen.

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02 Bedeutende physikalische Experimente

Millikan-Versuch

Dieses Experiment ist ein großartiges Beispiel, wie man durch Geschick und Überlegung die Natur so am Bauch kitzeln kann, dass sie feine Details von sich erzählt. Millikan hat für dieses Experiment de Nobelpreis erhalten, den es...

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Rutherfordscher Streuversuch (Atommodelle)

Wenn Sie wissen möchten, was in Ihrem Kuchen drin ist, welche Möglichkeiten haben Sie? Zerkrümeln. Sie brauchen dazu eine Hand in der Größenordnung des Kuchens. Nachteil: Sie wissen danach nicht, wie die Einzelteile angeordnet...

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Michelson-Morley (Äther)

Die Frage war: Was trägt die Lichtstrahlen. So wie Wasser Wasserwellen transportiert müsste ein „Äther“ die Lichtwellen transportieren. Da aber im Universum Vakuum ist – „Nichts“ – und das...

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Oersted (magnetische Wirkung von Strömen)

Magnetische Kräfte haben nichts mit elektrischen Kräften zu tun. Vorderhand. Zunächst. Magnetische Kräfte wirken zwischen Magneten, und elektrische Kräfte zwischen Teilchen mit der Eigenschaft „Ladung“. Oersted fand...

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Hafele & Keating (Zeitdilatation)

Einstein formuliert in seiner Relativitätstheorie einen interessanten Gedanken. Wer schnell unterwegs ist, wird eine andere Zeit messen, als jemand, der im Vergleich dazu in Ruhe ist. Diese Effekte treten spürbar ab der halben...

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Young (Doppelspaltversuch)

Das Doppelspaltexperiment gehört zur Quantenphysik. Es sind diese erstaunlich anderen Gesetze in der Welt der kleinsten Teilchen, die in diesem Teilgebiet der Physik faszinieren. Üblicherweise kann man ja nicht durch zwei Türen...

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Einstein (Erklärung des Photoeffekts)

Albert Einstein hat für die Erklärung dieses Experiments den Nobelpreis erhalten. Den gibt es nämlich nur für konkrete Sachen, Experimente, nicht für Theorien. Einstein erklärte die Ergebnisse eines Experimentes so: „Licht...

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Fraunhofer Linien

Wer zur Sonne schaut, sieht helles Licht. Es sieht „weiß“ aus, und wenn dieses Licht zerlegt wird, sehen wir alle Regenbogenfarben. Licht kann in einem Wassertropfen zerlegt werden, oder in einem Glasprisma. Isaac...

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Cobe-Satellit (Hintergrundstrahlung)

Strahlung aus dem Weltraum erzählt uns etwas, was im Weltraum passiert. Es gibt Sterne. Sie leuchten. Die Lichtstrahlen erzählen uns über den Stern. Es gibt Teilchenstrahlen – zum Beispiele Elektronen und Protonen von der...

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03 Physiknobelpreise

Röntgenstrahlen (Röntgen)

Lichtwellen und Radiowellen sind beides elektromagnetische Wellen – unterschiedlicher Frequenz. Je höher die Frequenz, desto mehr Energie steckt in einer Welle. Röntgenstrahlung ist nun eine elektromagnetische Welle mit noch...

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Strahlungsphänomen (Ehepaar Curie)

Es ist einigermaßen gruselig, wenn auf einem Fotopapier etwas erscheint, obwohl es eigentlich lichtdicht eingepackt ist, und nichts drauf sein sollte, wenn man es entwickelt. Genau das ist dem Ehepaar Curie passiert, das in...

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Michelson-Interferometer (Michelson)

Wenn jemand eine bestimmte Strecke vor und zurückläuft, sollte er genau so lange brauchen, wie jemand, der eine gleich lange Strecke senkrecht dazu auf und ab. Wenn das nicht so ist, muss einer der Läufer etwas auf seinem Weg...

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Theorie der Quantisierung (Planck)

Von einem großen Stück Brot können sie wahrscheinlich jede beliebige kleinere Menge abschneiden. Bei Salz ist das schwieriger: die Salzkristalle sind Körner, die eine kleinste Einheit bilden, einen halben Kristall werden Sie...

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Kosmische Höhenstrahlung (Hess)

Strahlung die aus dem Weltraum kommt: Elektronen, Protonen, Ionen. Normalerweise werden diese Teilchen von unserer Atmosphäre abgefangen. Sie stoßen in den hohen Luftschichten mit den Atomen der Atmosphäre zusammen – was in...

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Photoeffekt (Einstein)

Dieses Experiment zeigt, dass Licht aus Quanten besteht. Sie werden Photonen genannt. Es ist ein Experiment, das die Teilchennatur des Lichtes offenbart. Da es nun aber auch viele Experimente gibt, die die Wellennatur des...

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Struktur von Atomen (Bohr)

Wie ist das Atom aufgebaut? Es sind die kleinsten Teilchen der Materie. Unteilbar wären sie, meinte Demokrit. Später hat man entdeckt, dass sie aus Elektronen (elektrisch negativ geladen) und Protonen (elektrisch positiv...

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Millikan-Versuch (Millikan)

Bei diesem Versuch möchte man herausfinden, wie viel elektrische Ladung auf einem Elektron „sitzt“. Sie wird Elementarladung genannt, weil es die kleinste Menge elektrischer Ladung ist, die in freier Wildbahn...

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De-Broglie-Welle (De-Broglie)

Irgendwann war man sich einig, dass Lichtwellen aus Teilchen bestehen. (Welle-Teilchen-Dualismus). Wenn nun so etwas „wellenartiges“ wie Licht aus Teilchen besteht („Materie“), kann es nicht auch...

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Quantenmechanik (Heisenberg)

Die Quantenmechanik wurde ab 1900 bekannt. Sie stellte einige Gesetze der „klassischen Physik“ (vorher) ziemlich auf dem Kopf. Viele Größen sind quantisiert, sie kommen nur in bestimmten Mengen vor. Energie zum...

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Graphen (Geim/Novoselov)

Kohlenstoff. Dieses Element kann in zwei bekannten Erscheinungsformen vorkommen: als Graphit (schwarz, weich) und als Diamant (hart, durchsichtig). Es gibt aber auch noch eine dritte Erscheinungsform – Graphen. In...

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Higgs-Teilchen (Englert/Higgs)

Das Higgs-Teilchen ist ein Elementarteilchen, nach dem lange gesucht wurde. Bei Experimenten in einem Elementarteilchenbeschleuniger (CERN) wurde es gefunden. Man sagt: Higgs-Teilchen sind Elementarteilchen, die der Materie...

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04 Mechanik und Erhaltungsgrößen

Bewegung und Geschwindigkeit

Der Stillstand ist einfach. Ein Objekt bewegt sich nicht. Seine Geschwindigkeit ist Null. Wichtig ist dabei, dass diese Ruhe nur im Vergleich zu etwas anderem festgestellt werden kann. Im Vergleich zum Bahnsteig bewegt sich...

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Drehimpulserhaltung

Wenn sich etwas dreht, bleiben zwei Sachen gleich: die Geschwindigkeit der Drehung in Kombination mit der Masse, und die Richtung der Drehachse. Es wäre falsch, wenn wir einfach sagen „die Geschwindigkeit der...

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05 Physikalischer Feldbegriff

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06 Physikalische Modelle

Atommodelle

Wie soll man sich ein Atom vorstellen? Als kleine Kugel, die nicht mehr teilbar ist? Das war zunächst die erste Idee. Dann wurde aber klar, dass es aus elektrisch negativ und positiv geladenen Teilchen besteht. Wie sind sie in...

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Welle-Teilchen-Dualismus

Ein Teilchen kann als Welle gesehen werden. Eine Welle kann als Teilchen gesehen werden. Bei Licht ist das Lichtteilchen das Photon, oder eben die Welle die Lichtwelle. Es gibt Experimente, die beide Aspekte zeigen oder auch...

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07 Physik in der Natur

Wettererscheinungen

Zum Wetter gehören typische Phänomene: Wolkenloser Himmel, Wolken. Regen. Schnee. Und Wind. Sonneneinstrahlung, klar, die gehört auch dazu. Und die Temperatur. Manchmal gibt es Sturm, ein Gewitter. Hagel vielleicht. In Summe:...

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Strahlungsgürtel

Die Erde hat ein Magnetfeld. Es sieht aus wie von einem Stabmagneten – mit Nord und Südpol. Die Feldlinien des Magnetfelds gehen vom Nordpol zum Südpol außen (und innen) um die Erde rum. Das Magnetfeld außen um die Erde...

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Treibhauseffekt

Wir haben ein Haus, in dem es warm sein soll, obwohl es draußen kalt ist. Wir möchten Gemüse züchten. Oder Pflanzen. Die brauchen es warm, auch wenn es draußen noch kalt ist. Dazu bauen wir das Haus mit vielen Glasfenstern. Wir...

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Tages- und Jahreszeiten

Wir kennen zwei grundsätzlich verschiedene Bewegungen der Erde. Es ist sehr wichtig, sie gut auseinanderzuhalten. Die Drehung der Erde in 24 Stunden um sich selbst. Da die Sonne fix am Himmel ist, erscheint es, als ob sich die...

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08 Physik in Alltag und Technik

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09 Physik des 21. Jahrhunderts

Higgs-Teilchen (Englert/Higgs)

Das Higgs-Teilchen ist ein Elementarteilchen, nach dem lange gesucht wurde. Bei Experimenten in einem Elementarteilchenbeschleuniger (CERN) wurde es gefunden. Man sagt: Higgs-Teilchen sind Elementarteilchen, die der Materie...

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Gravitationswellen

Stellen wir uns doch eine Wasseroberfläche vor. Ein See. Ein Fluss. Du wirfst einen Stein hinein, und es gibt Wellen, die sich gleichförmig ausbreiten. Der Stein war ein Auslöser für die Wellen. Ähnliches bei Gravitationswellen....

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Science-Fiction und Realität

Die Realität ist alles was wirklich ist. Wenn man ein Buch darüber schreibt, dann nennt man das Sachbuch. Dann gibt es die erfundenen Geschichten – das wird auf Englisch „Fiction“ genannt. Romane, Erzählungen...

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10 Physik in Biologie und Medizin

Sinnesorgane

Sinnesorgane sind Messgeräte in Lebewesen. Sie messen: Den Schall (Ohr)Elektromagnetische Wellen...

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Puls und Blutdruck

Das Blut fließt durch den Körper. Damit das passiert, braucht es eine Pumpe. Das Herz. Es zieht sich zusammen und entspannt sich wieder. Durch die Herzklappen wird das Blut „vorwärts“ gepumpt. Das passiert ungefähr...

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EKG und EEG

Das Herz funktioniert mit Elektrizität. Muskelzellen ziehen sich koordiniert zusammen. Man kann die Herzaktivität messen, indem die Spannungen gemessen werden, die auftreten. Es wird ein „EKG“ geschrieben, ein...

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Energiehaushalt von Lebewesen

Energie ist der Grund, warum unsere Zellen zusammen ein Lebewesen ergeben – und nicht alles wie Staub zerfällt. Wir brauchen viel Energie, um am Leben zu sein. Wir essen. Nehmen Energie durch Nahrung auf, die wir mit...

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Strahlungsbelastung

Strahlung ist die Ausbreitung von Energie. Das hat einige ganz interessante Konsequenzen. Energie kann von der einen Seite auf die andere transportiert werden.Wenn Strahlung durch Materie dringt, wird sie zumindest teilweise von...

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Nervenleitung

Nervenzellen bilden ein Netzwerk, in dem Informationen übertragen werden können. Diese Informationen werden elektrisch übertragen. Nervenzellen werden von einer Membran umgeben, einer Hülle. Sie hat auch ein Inneres. Es baut...

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Bionik

Es gibt menschliche Probleme oder Wünsche, für die die Natur bereits eine Lösung gefunden haben....

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11 Schwingungen und Wellen

Feder- und Fadenpendel

Ein Pendel ist etwas, was hin- und herschwingt. Du kannst „bim-bam“ dazu singen. Die Pendelbewegung, das ist etwas Regelmäßiges. Bim-Bam-Bim-Bam-Bim-Bam. Du kannst das bei einer Schaukel tun. Bei einem Faden, an dem...

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Photonen und Materiewellen

Das ist eine spannende Sache. Interessant, dass beide Begriffe in der Überschrift zusammenstoßen. Wir werden klären, wie das zusammenpasst. Ein Photon ist ein Lichtteilchen. Hast du gehört/gelesen? Ein Lichtteilchen! Licht ist...

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Gravitationswellen

Eine elektromagnetische Welle entsteht, wenn eine elektrische Ladung beschleunigt wird. Diese Wellen breiten sich im Raum aus. Gravitationswellen entstehen, wenn Massen beschleunigt werden. Diese Wellen sind Wellen in der...

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12 Optische Phänomene

Interferenz

Wenn zwei Wellen übereinanderlaufen, dann geschieht das im allgemeinen völlig unbeeinflusst...

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Beugung

Ein Lichtstrahl breitet sich geradlinig aus. Er kann nicht um die Kurve gehen – man sieht also nicht bei einer Tür raus um die Ecke. Bei einer Schallwelle geht das aber schon – man hört auch Dinge außerhalb der Tür,...

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Was sind Farben dünner Schichten?

Farben dünner Schichten sind schillernde Farben. Sie entstehen bei dünnen Schichten, etwa bei Seifenblasen, Ölfilmen und Beschichtungen von Brillen. Das Wesentliche ist die Interferenz. Aus dem Gemisch an Regenfarben, die das...

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13 Elektromagnetische Strahlung

Atome als Quellen von Licht

Woher kommt das Licht? Es kommt aus Atomen. Wo genau – oder durch welchen Mechanismus? Entsteht es im Atomkern? Oder entsteht es in der Hülle? Licht entsteht durch Elektronen in der Hülle des Atoms. Normalerweise befinden...

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Gesundheitliche Auswirkung von Strahlung

Das einzige Problem der Strahlung ist die Energieübertragung. Strahlung überträgt Energie. Das kann gut sein – eine Katze, die sich in die Sonne legt, wird warm – oder zu viel sein: wir bekommen Sonnenbrand. Es geht...

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Strahlung in der Medizin

LASER, RÖNTGEN, NUKLEARMEDIZIN, WÄRMELAMPEN, UV, DESINFEKTION Es gibt zwei Arten von „Strahlung“. Beide Arten transportieren Energie. Die eine Art ist eine Teilchenstrahlung (Elementarteilchen wie Elektronen oder...

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Strahlungsunfälle und Strahlenschutz

Ionisierende Strahlung – „Radioaktivität“ ist schädlich, wenn sie unkontrolliert frei wird. Es gibt grundsätzlich folgende Möglichkeiten, sich vor ihr zu schützen. VermeidenWeggehen (Abstand)Abwarten (Einige...

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14 Relativistische Physik

Raum und Zeit

Es gibt drei Raumdimensionen (vorne/hinten – links/rechts – oben/unten) und eine Zeitdimension (voran). In den Raumdimensionen können wir uns frei bewegen, aber in der Zeit werden wir vorangetrieben. Wir gehen im...

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15 Kern-und Elementarteilchenphysik

Higgs-Teilchen (Englert/Higgs)

Das Higgs-Teilchen ist ein Elementarteilchen, nach dem lange gesucht wurde. Bei Experimenten in einem Elementarteilchenbeschleuniger (CERN) wurde es gefunden. Man sagt: Higgs-Teilchen sind Elementarteilchen, die der Materie...

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Atomkernaufbau

Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen. Die Gesamtzahl der Teilchen schlägt sich in der Massenzahl nieder. Die Protonen und Neutronen bestehen aus jeweils drei Quarks. Es war gar nicht leicht, herauszufinden, dass...

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Standardmodell

Es ist die große Geschichte, das Standardmodell der Physik. Die große Geschichte der Physik. Wie Elementarteilchen und Kräfte existieren, entstehen, vergehen, wechselwirken, so, dass unser Universum existiert. Das Universum ist...

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17 Gültigkeit physikalischer Theorien

Warum ist physik eine Wissenschaft?

Physik ist eine Naturwissenschaft. Und Wissenschaft ist eine besondere Art, die Welt zu sehen, zu beschreiben, und damit auch zu erklären und und vorherzusagen. Achtung, Spoiler: Nichts davon ist beweisbar, aber darum geht es...

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Widerspruchsfreiheit der Physik

Angenommen es gibt zwei unterschiedliche Beschreibungen: Der Vorhang ist rot. Der Vorhang ist blau. Das ist ein Widerspruch. Immer wenn es in der Physik einen Widerspruch gibt (ja, es ist dieses Wort mit kurzem „I“...

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18 Philosophie und Physik

Feinabstimmung

Wir kennen vier bis fünf Grundkräfte des Universums: GravitationskraftElektrische KraftMagnetische KraftStarke WechselwirkungSchwache Wechselwirkung Diese Kräfte haben eine bestimmte Größe. Die durchaus unterschiedlich ist. Und...

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Text und Illustrationen: Lothar Bodingbauer; Photo by kazuend on Unsplash