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Ein Urlaub in Atto-World dauert den Bruchteil einer Sekunde
Milli, Mikro, Nano, Piko, Femto, Atto. Was sich wie ein Countdown anhört sind die physikalischen Stufen hinunter ins Kleinste. Eine Attosekunde ist ein Tausendstel eines Tausendstels eines Tausendstel eines Tausendstel eines Tausendstel eines Tausendstel einer Sekunde: 10–18. Ein Lichtstrahl käme in dieser Zeit nicht einmal eine Bakterienlänge weit, und könnte die Küchenwaage ein Attogramm anzeigen, würde sie das Landen eines Virus anzeigen.
Wenn Sie in die Attowelt hinuntersteigen, sehen Sie alles riesig groß. Hundert Millionen Atome hätten nebeneinander in einem Attometer Platz. Einige Attosekunden werden benötigt, um in Atomen Energien umzulagern. Chemische Bindungen entstehen in dieser Geschwindigkeit. Alles geht so rasch vor sich, dass einer, der nach Atto-World reist, mit vielerlei technischen Tricks die Zeit auflösen muss, um dieses schnelle Leben dort zu sehen.
Was früher aussichtslos erschien, ist durch die Entwicklung von Elektronik, Optik, Computer und Feinmechanik heute machbar: Attowissenschaftler messen Kräfte im Attonewtonbereich, die nicht ausreichen, um ein Molekül zu heben. Sie entwickeln Reagenzgläser, die einige Attoliter fassen.
Ein normales Blitzlicht dauerte eine Ewigkeit, im Vergleich zu den ultrakurzen Lichtblitzen von 650 Attosekunden Dauer, die Ferenc Krausz 1997 an der Technischen Universität Wien hergestellt hat. Der Blitz war kurz, doch vier Jahre dauerte es, zu beweisen, dass es wirklich passierte. Krausz musste mit seinem Team erst eine Attosekunden-Stoppuhr entwicklen. Heute ist Ferenc Krausz Direktor eines eigenen Forschungsinstitutes, dem Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching. Die Ergebnisse seiner ultrakurzen Lichtblitze haben sich zu einem eigenen Forschungsgebiet ausgeweitet: „Electrons in Motion“. Laserstrahlen werden verwendet, um die Bewegungen einzelne Elektronen zu steuern und sie dabei zu beobachten.
Anwendungen ergeben sich parallel zum Forschungsfortschritt: Die Chemiker sind interessiert, sie würden die Knüpfung chemischer Bindungen besser verstehen. Die Nanotechnologie ist interessiert, weil sie gezielt in großen Molekülen Umgruppierungen vornehmen will. Viele Krankheiten könnten schneller diagnostiziert werden, da Viren Antikörper aufnehmen, und dabei etwas schwerer werden. Ein Traum wäre, Röntgenstrahlen zu erzeugen, die lernen, ihre Empfindlichkeit auf das zu untersuchende Material abzustimmen, und das übrige Gewebe zu schonen.
Wem aber nun selbst die Attowelt zu groß ist, könnte in Zukunft noch tiefer ins Kleine zoomen. Der nächste Schritt ist die Reise in die Zeptowelt. Nukleare Reaktionen finden in 1o–21 Sekunden statt. Nicht zu vergessen: die Yoktowelt: 1o–24. Ein Proton wiegt ungefährt 1,7 Yoktogramm, und das mächtige Top-Quark, ein Elementarteilchen, lebt und stirbt in nur 0,4 Yoktosekunden. Und wie gehtʼs weiter?
Quelle: Lothar Bodingbauer, Wissen auf unsere großen Fragen. Styria 2007
Lesen und recherchieren:
Sehen:
Die Astronauten Armstrong und Aldrin erreichen den Mond im Lunar Module “Eagle” (der Adler). Trotz Mondstaub und Alarmmeldungen setzt der Adler sicher auf der Mondoberfläche auf: “The eagle has landed”. Link: http://youtu.be/Zd2D3MKX3YE
Schreiben:
Sie werden gebeten, für ein Kindermagazin einen Bericht zu schreiben, der das Thema „1. Mondlandung“ behandelt. Schreiben Sie so spannend und informativ wie möglich. Länge: 1000 Anschläge.
Beobachten:
Wo ist der Mond? Versuchen Sie ihn eine Woche lang jeden Tag einmal zu finden. Zeichnen Sie auf, wie er aussieht, und wie er morgen aussehen wird. Schreiben Sie auf, wo er ist, und wo er morgen sein wird.
Galileo Galilei (1564-1642) war ein italienischer Mathematiker, Physiker und Astronom, der bahnbrechende Entdeckungen auf mehreren Gebieten der Naturwissenschaften machte.
Man kann einen Menschen nichts lehren, man kann ihm nur helfen, es in sich selbst zu entdecken. — Galileo Galilei
Alle Körper fallen gleich schnell? Probiere es aus. Wenn die Form gleich ist. Die Masse ist egal.
In wissenschaftlicher Sicht ist Galileos streng mathematische und geometrische Vorgehensweise bemerkenswert und prägend. Er beschäftigte sich sein ganzes Leben lang mit „gleichmäßig beschleunigten Bewegungen“, und verwendete das Konzept einer schiefen Ebene um die Fallgesetze (wie sich die Gravitation der Erde auf den freien Fall eines Objektes auswirkt) zu studieren und zu prüfen. Vorallem kam er zu dem wichtigen Schluss, dass im Vakuum alle Objekte die gleiche Beschleunigung erfahren – völlig unabhängig von Dichte, Masse und Volumen!
Außerdem ist er der Begründer der Elastiziätstheorie, da er als erster feststellte dass ein Balken eine höhere Tragefähigkeit besitzt, wenn er hochkant aufgestellt wird und nicht flach. Diese Erkenntnis ist heutzutage zum Beispiel im Bauwesen von höchster Bedeutung, webenso wie es die Elastizitätstheorie an sich für die Berechnung der Festigkeit von Stoffen ist.
Desweiteren war er auch Erfinder, und erfand zum Beispiel Konzepte von Kerzen und Spiegeln, die das Licht durch ein gesamtes Haus leiten sollten, einen Tomatenpflücker, und den Vorläufer des Kugelschreibers.
Bis zur Zeit Galileis glaubte man, an dem mit leuchtenden Sternen übersäten Himmel sei alles vollkommen, nichts würde sich jemals verändern, und Bewegung, Geburt und Tod gäbe es nur auf der Erde.
Als Galilei sein Fernrohr auf den Himmel und die Sterne richtete, kam er zu einer verblüffenden Erkenntnis: Auf der Sonne gab es Flecken, der Planet Jupiter hatte vier Monde, die Oberfläche des Mondes ist rau, die über den Himmel ziehenden Kometen streiften manchmal fast die Erde kurzum, dort oben am Himmel, wie unten auf der Erde, gab es Bewegung und Veränderung und, dass die Venus Phasen zeigt – sich in Folge also nicht um die Erde, sondern um die Sonne dreht! Galileo leistete also einen großen Beitrag zur Prägung und Überprüfung des damals neuen Heliozentrischen Weltbildes.
Galilei ahnte, dass sowohl am Himmel als auch auf der Erde dieselben Naturgesetze herrschen. Wenn man die auf unserem Planeten herrschenden Bewegungen erklären kann, müsste man demzufolge auch verstehen, wie sich die Himmelskörper bewegen.
Doch so einfach ist die Sache nicht, denn oft scheinen die äußeren Erscheinungen den wissenschaftlichen Erkenntnissen zu widersprechen, und die Beobachtung allein genügt nicht:
Eine rollende Kugel wird nach einer gewissen Zeit langsamer und bleibt schließlich liegen. Je glatter die Kugel und je ebener die Fläche ist, desto länger hält die Bewegung an. Eine absolut vollkommene Kugel würde demnach auf einer ebenso vollkommenen, keinerlei Reibung verursachenden ebenen Fläche ewig weiterrollen.
Ein schwingendes Pendel zum Beispiel steigt praktisch auf dieselbe Höhe, von der es losgelassen wurde, da es nur sehr schwachen Widerständen ausgesetzt ist.
“Wenn man die Bewegung nicht begreift, kann man auch die Natur nicht begreifen” davon war Galilei überzeugt. Deshalb begann er, die Bewegung fallender Körper zu studieren.
Eine Metallkugel scheint schneller zu fallen als eine Baumwollkugel, doch wenn man eine Kugel aus dicht zusammengepresster Baumwolle und ein dünnes, breites Metallblatt beobachtet, so scheint die Baumwolle schneller zu fallen als das Metall.
Daraus schloss Galilei, dass der Schein trügt und dass alle Körper mit der gleichen Geschwindigkeit fallen, sobald man den Widerstand der Luft ausschließt und einen luftleeren Raum schafft.
Zwei Wahrheiten können sich nie widersprechen. — Galileo Galilei
Der Überlieferung nach führte Galilei zahlreiche Experimente durch, bei denen er verschiedene Gegenstände vom berühmten Schiefen Turm von Pisa fallen ließ und die Zeit ihres Falls maß. Denn um die Bewegung richtig zu verstehen, so Galilei, muss man “eine Gleichung aufstellen”. Tatsächlich führte Galilei die Experimente auf schiefen Ebenen durch. Die Geschwindigkeit der rollenden Kugeln machte er durch Glocken hörbar, so dass etwaige Unterschiede besser wahrgenommen werden konnten.
Das “Große Buch der Welt” war für ihn in einer mathematischen Sprache geschrieben, deren Buchstaben Zahlen und geometrische Figuren waren. Trotz der Unzulänglichkeiten der Mittel jener Zeit gelang es Galilei, einfache Gesetze der Bewegung zu formulieren.
Erst die Entdeckung der Infinitesimalrechnung im ausgehenden 17. Jahrhundert machte es möglich, die von Galilei entdeckten Naturgesetze in mathematische Formeln zu fassen.
Die Entdeckungen, die ihm sein Fernrohr erlaubte, banden ihn endgültig an die Lehre des Kopernikus: die Sonne ist im Mittelpunkt des Planetensystems, nicht die Erde. Sein Eintreten für diese Lehre brachte ihn in Konflikt mit der Inquisition. Er wurde nach Rom zitiert, verhört und in Haft gehalten. Man drohte ihm die Folter an – Galilei widerrief seine Lehre und schwor ihr ab. Theoretisch blieb er bis zu seinem Tode ein Gefangener der Inquisition – allerdings ohne Kerker und Ketten. 1633 gestattete ihm der Papst, sich auf sein Landgut Arcetri zurückzuziehen. Hier schuf er sein eigentliches Hauptwerk, die Fall- und Trägheitsgesetze. Das Buch über diese Gesetze erschien, nachdem es nach Holland geschmuggelt worden war, erst 1638, weil es selbst in Leiden und Amsterdam keinen Verleger fand.
Galilei wurde zum Vater der “klassischen Physik”. Seine eigentliche Leistung besteht darin, dass er das Experiment als wesentliches Mittel zur Erkenntnis von “Naturgesetzen” erkannte. Er starb am 8. Januar 1642 in Arceti bei Florenz.
Galilei schaut durch das Fernrohr: Portrait des Wissenschaftlers und seiner Leistungen. Download.
Ein informatives Video zu seinem Lebenslauf (Englisch):
https://www.youtube.com/watch?v=rgmpYmbqUuA
Immer in aller Munde, oder besser formuliert, in aller Auge. Teuer sind sie, und der steuerzahlenden Bevölkerung muss man Rechenschaft geben, warum man sie bauen und in die Umlaufbahn schießen will. Rechtfertigung kommt durch schöne Aufnahmen, die auf den Websites bereitgestellt werden. Welche gibt es, wozu wurden sie speziell gebaut, das ist der Themenbereich der uns interessiert.
Dreht sich der Badewannenstrudel rechtsherum oder linksherum? Mit einem Kajal auf die Fliesen Stricherl gemacht, und nach zwanzig Vollbädern sollte ein Trend klar werden. Welcher?
