Reifeprüfung, Semester 6 |
Warum die Sonne heiß ist, können wir auf zwei Ebene betrachten. Einmal ist da die konkrete Energieumwandlung durch Kernfusion. Wasserstoff wird zu Helium fusioniert (verschmolzen). Die entstehenden Atome haben etwas weniger Maße als die ursprünglichen Atome, und diese Masse wird nach Albert Einsteins Formel E=mc^2 in Energie umgewandelt.
Die zweite Ebene ist aber fast noch spannender: man kann das Ganze auch durch Energieerhaltung beschreiben. Die Sonne ist aus einer Wolke entstanden, die sich zusammengezogen hat, aufgrund ihrer Schwerkraft. Masse, die „hoch“ ist, hat viel potenzielle Energie. Wenn die Atome in einer Wolke weit voneinander entfernt sind, könnte man sie auch als „hoch“ bezeichnen. Sie haben viel potenzielle Energie. Wenn sich die Wolke zusammenzieht, muss diese Energie irgendwie irgendwo hin: Die Temperatur der Sonne erhöht sich.
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Wissenschaft ist in der Lage Glauben von Wissen zu trennen. Es ist dabei gar nicht die Frage, was besser ist, denn beides hat seine Berechtigung. Wichtig ist, dass man weiß, wo die Grenze ist. Der Philosoph René Descartes hat im 17. Jahrhundert diese Grenze formuliert.
Vier Kriterien, macht die Wissenschaft zur “Marke”, so wie Bio-Essen und geprüfte Betriebsabläufe die Ja natürlich von Billa definieren, oder das Selbstzusammenschrauben die Marke Do-it-yourself.
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Reifeprüfung, Semester 6 |
Mit seinem berühmten Gedankenexperiment „Schrödingers Katze“ wollte Erwin Schrödinger keine Katze quälen, sondern zeigen, wie sehr sich die Gesetze der Quantenwelt von unseren unterscheiden. Dazu gibt er eine Katze – in Gedanken – in eine Kiste. Sie ist gleichzeitig lebendig und tot. Wie kann das sein? (mehr …)
Reifeprüfung, Semester 6 |
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Wer den Himmel beobachtet, sieht die nahe Umgebung des Weltalls. Das Universum. Was denken die Menschen, wie ist es entstanden? Und wer von ihnen hat recht?
https://www.youtube.com/watch?v=EccE5NpEcUo
Viele Kulturen haben ihren eigenen Schöpfungsmythos. Die Geschichten haben oft mit Göttern und der Natur zu tun. Naturwissenschaftler haben ihre eigene Geschichte der Entstehung des Universums. Es entstand vor 13,8 Milliarden im Urknall. Raum und Zeit entstand. Es gibt bei der Beobachtung des Weltalls Hinweise darauf: das Hintergrundrauschen als eine Art “Echo des Urknalls”, und die Rotverschiebung der Sterne und Galaxien – alles dehnt sich aus – und damit muss auch alles einen Anfang gehabt haben.
Simulationen am Computer zeigen, dass die Idee mit dem Urknall eine gute Idee ist. Ein schönes Modell. Es funktioniert allerdings erst dann, wenn man zur beobachtbaren Materie noch “dunkle Materie” und zur beobachtbaren Energie noch “dunkle Energie” hinzufügt. Was auch immer es ist, das muss es geben, damit am 13,8 Milliarden Jahre nach dem Urknall das zeigt, was wir heute im Universium beobachten. Mit Teleskopen, mit Antennen, und mit Satelliten.
Hier erfahren wir die Definitionen der verwendeten Konzepte.
Die Schöpfungsmythen vieler Kulturen spiegeln die Art, Geschichten zu erzählen wieder, die es damals gab, als sie entstanden sind.
Die schwarz geflügelte Nacht, eine Göttin, vor der selbst Zeus in Ehrfurcht stand, wurde vom Wind umworben
und legte ein silbernes Ei in den Schoß der Dunkelheit; Eros, den manche Phanes nennen, entschlüpfte diesem Ei und setzte das All in Bewegung. Die Göttin selbst zeigte sich in der Dreiheit von Nacht, Ordnung und Gerechtigkeit.
Dunkel und unsichtbar war die erste Welt am Anfang allen Seins, so dunkel wie die Wolle schwarzer Schafe. Diese Welt der dunklen Erde war klein, eine winzige Insel auf dem unendlichen Weltennebel. Vier Himmelsrichtungen gab es, und über jeder lag eine Wolke. In der Mitte aber wuchs die Weltenkiefer, von der alle Kiefern ihren Anfang genommen haben. Die vier Wolken enthielten das Wesen dieser ersten Welt, die gestaltlos war, und jede Wolke hatte eine bestimmte Farbe.
Izanagi und Izanami standen auf der schwebenden Brücke des Himmels und beratschlagten und sprachen: ,Ist unten am Boden nicht etwa gar ein Land?’ Hierauf stießen sie mit dem himmlischen Juwelenspeer nach unten und rührten damit im blauen Meer herum. Als sie die Salzflut gerührt hatten, bis sie sich zäh verdickte, und sie den Speer wieder heraufzogen, häufte sich das vom Ende des Speeres herabtropfende Salz des Wassers an und wurde eine Insel, die den Namen bekam Ono-goro-zima: “Von selbst verdichtet und geronnen.”
Es gibt eine Sage von einem Feigenbaum, dem riesigen Acvatha, dem immer lebenden, der wurzelt im Himmel, die Zweige abwärts gerichtet … Seine wahre Gestalt, sein Ursprung, sein Ende, sein wirkliches Wesen, kann keiner auf Erden erfahren.
Hier nähern wir uns selbst der Sache an.
Auch die Wissenschaftler haben ihre “Geschichte” entwickelt. Sie ist über die letzten 100 Jahre entstanden. Die Sendung “Das dunkle Schwarze”, die im Deutschlandfunk ausgestrahlt wurde, stellt diese Entwicklung dar:
1900: Das Universum ist ein fester, unbeweglicher Raum, starr wie ein Tierkäfig, aber unvorstellbar groß. Darin bewegen sich die Sterne. Die Astronomen wissen, dass es Sterneninseln, also Galaxien, gibt. Sie sind sich aber noch uneins darüber, ob diese Sterneninseln innerhalb unserer Milchstraße liegen oder ob sie noch viel weiter entfernt sind.
1930: Es gibt Galaxien weit außerhalb der Milchstraße. Die Milchstraße steht nicht mehr im Zentrum, sie ist nur eine von vielen Galaxien, und diese Galaxien entfernen sich alle voneinander, wie Rosinen in einem aufgehenden Hefeteig. Der Weltraum hat keine starre, ewige Struktur mehr, sondern er hat eine dynamische Geometrie. Er bläht sich auf.
1980: Der Kosmos hat einen Anfang – den Urknall. Er expandiert zu Beginn explosionsartig, und wurde nach einigen hundert tausend Jahren durchsichtig. Die Dunkle Materie bildete die ersten filamentartigen Strukturen und großen Klumpen. Sie zog die gewöhnliche Materie an und verdichtete sie zu Sternen, Galaxien und Galaxienhaufen. Die Konstante Lambda, also die Dunkle Energie, taucht in den Gleichungen der Kosmologen zur Relativitätstheorie kaum noch auf. Sie ist aus der Mode gekommen.
2003: Die Astronomen haben sich in ungewohnter Eintracht auf das so genannte Konkordanz-Modell geeinigt: Das Weltall ist 13,7 Milliarden Jahre alt. Es besteht zu 70 Prozent aus der Dunklen Energie, die Expansion des Kosmos vorantreibt, zu 25 Prozent aus einer noch unbekannten Dunklen Materie und zu 5 Prozent aus gewöhnlicher, sichtbarer Materie.
Text: Lothar Bodingbauer, Hintergrundsendung vom 13.04.2004:
“Das Dunkle Schwarze”, Deutschlandfunk. Foto Universum:
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Psst! Leise schleichen Sie durch das Museum, in der linken Hand die Mona Lisa. Als Sie plötzlich ungewollt den geraden, dünnen, unsichtbaren Strahl eines Lasers unterbrechen, ertönen Alarmsirenen. Warum muss denn auch dieser Laserstrahl so schmal, gerade und unsichtbar sein?
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Reifeprüfung, Semester 6 |
Licht ist ein schönes Phänomen. Licht ist unsichtbar, außer es trifft auf einen Gegenstand. Licht benimmt sich wie eine Welle, benimmt sich wie ein Teilchen. Experimente zeigen das eine, oder das andere. Was stimmt aber nun?
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Reifeprüfung, Semester 6 |
Marietta Blau war eine österreichische Physikerin, die eine photografische Methode entwickelt hat, mit der man den Zerfall von Elementarteilchen sichtbar machen konnte: die Zertrümmerungssterne. Zertrümmerungssterne sind Spuren der Kernreaktionen, die die Bestrahlung von Fotoplatten mit hochenergetischer Strahlung bewirkt.
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Reifeprüfung, Semester 6 |
Albert Einstein hat die Relativitätstheorie entwickelt, die zum ersten Mal zeigte, dass Raum und Zeit nicht unveränderlich sind, und dass Masse und Energie ineinander umgewandelt werden können. Er erhielt den Nobelpreis nicht für die Relativitätstheorie, sondern für die Erklärung des photoelektrischen Effektes, der einer der experimentellen Ausgangspunkte für die Überlegungen der Quantenmechanik ist.
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Der Mikrokosmos ist die Welt des winzig Kleinen, im Gegensatz zum Makrokosmos, der Welt des riesig Großen. Dazwischen liegt der vom Menschen direkt wahrnehmbare Bereich, der Mesokosmos.
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Reifeprüfung, Semester 6 |
Ein Netzwerk besteht aus Verbindungen und Knoten. Um eine Netzwerk lahm zu legen, reicht es, eine geringe Anzahl von Knoten auszuschalten. Das kann bei Terroranschlägen ausgenutzt werden, aber auch zur Verhinderung von Pandemien durch das Stilllegen der wichtigsten Verkehrsknotenpunkte.
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Reifeprüfung, Semester 6 |
Man kann nicht in die Zukunft oder Vergangenheit reisen. Zumindest nicht hier und jetzt und sinnvoll und praktisch. Es kann aber durch schnelle Bewegung erreicht werden, dass im Vergleich mit einem ruhenden Beobachter die Zeit langsamer vergeht. Dieser Effekt wird durch die spezielle Relativitätstheorie beschrieben.
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Semester 6 |
Zeit ist das, was die Uhr misst. Zeit ist ein Verlauf der Dinge. Zeit bestimmt die Reihenfolge von Ursache und Wirkung. Zeit kann sich verändern, sagt die Relativitätstheorie. Aber was ist Zeit eigentlich genau?
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Die Effekte der Quantenphysik treten in der Welt der kleinsten Teilchen auf, auf atomarem Niveau und darunter. Erst Anwendungen wie Laser, Elektronenmikroskopie oder Supraleitung machen quanten-mechanische Effekte in unserer Welt erfahrbar.
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Die Formel E=mc^2 ist wohl die bekannteste Formel der Physik. Sie beschreibt die Energie-Masse-Äquivalenz. Die Gleichung sagt, dass Masse und Energie ineinander umgewandelt werden können. Durch den hohen Wert der Lichtgeschwindigkeit c werden schon bei der Umwandlung geringer Massen enorme Energiemengen frei. Das bedeuted also, dass Masse eigentlich nichts anderes ist als auch eine Form von Energie, wenn auch in anderer Form.
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Es geht bei der Relativitätstheorie im Wesentlichen um das Erleben zweier Objekte, die sich relativ zueinander bewegen, daher der Name: Relativitätstheorie. Die Effekte der Relativitätstheorie treten erst bei hohen Geschwindigkeiten auf, bei Geschwindigkeiten, die mit der Lichtgeschwindigkeit vergleichbar sind: Die Zeit verlängert sich, Maßstäbe verkürzen sich und die Masse des bewegten Objektes nimmt zu. Dies wird in der “speziellen Relativitätstheorie” beschrieben. Die zweite Möglichkeit: sie treten in der Anwesenheit großer Massen auf. Dies wird in der “allgemeinen Relativitätstheorie” beschrieben.
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