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Artikel Tagged ‘Kosmologie’

Vom Higgs zur Quantengravitation

1. April 2013 2 Kommentare

„Vom Higgs zur Quantengravitation“ heißt ein „Spektrum Spezial“ Heft, das verschiedene Artikel enthält, die in diversen Spektrum der Wissenschaften Heften bereits einmal erschienen sind. An einige konnte ich mich noch erinnern, z.B. an ein Interview mit Leonard Susskind, einen der Väter der Stringtheorie. Einige Texte und die darin vorgestellten Ideen waren entweder neu für mich oder sind es wert, hier wiedergegeben zu werden:

  • Was bringt uns die Entdeckung des Higgs-Boson?
  • Wie weit reichen die Seltsamkeiten der Quanten- in die makroskopische Welt?
  • Wie hängt die Gravitation mit der Quantenwelt zusammen?

Was bringt uns die Entdeckung des Higgs-Boson?

Denn das Higgs-Boson ist nicht nur irgendein weiteres Partikel im Teilchenzoo, sondern vielmehr Eckstein eines geistigen Gebäudes, bekannt als das Standardmodell, das mehrere Theorien miteinander vereint, die die moderne Teilchenphysik beschreiben. Die Existenz dieses Teilchens hatte Peter W. Higgs von der University of Edinburgh bereits 1964 postuliert, unabhängig von ihm auch Francois Englert und Robert Brout in Brüssel sowie drei weitere Theoretiker in London. Das neue Partikel soll alle Elementarteilchen durch einen raffinierten Mechanismus sozusagen mit Masse versorgen.

So weit, so gut. Dieses Zitat findet man in dem Artikel „Der lange Weg zum Higgs“. Der darauffolgende Artikel ist ein Interview mit Siegfried Bethke, der im Leitungsgremium des CERN Deutschland vertritt. Dort liest man:
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Ernst Peter Fischer: Schrödingers Katze auf dem Mandelbrotbaum

31. Januar 2012 2 Kommentare

Erst ganz am Schluss des Buchs wird der Begriff Eponym erwähnt, den die Wikipedia ganz schnell auf Deonyme weiterleitet. Ernst Peter Fischer hat in seinem Buch eine Reihe von Geschichten aus der Wissenschaft gesammelt, die mit den Namen der Wissenschaftler verbunden sind, die sich zum ersten Mal mit den entsprechenden Phänomenen beschäftigt haben. Typische Vertreter nennt mit Schrödingers Katze und Mandelbrots Baum ja bereits der Buchtitel. Andere sind zum Beispiel Heisenbergs Unbestimmtheit, Röntgens Strahlung, Turings Maschine, Mendels Gesetze und viele andere mehr.

Ich habe von Ernst Peter Fischer vor einigen Jahren bereits ein anderes Buch gelesen, Die andere Bildung, das er seinerzeit als Reaktion auf Dietrich Schwanitz‘ Werk „Bildung. Alles was man wissen muss“ geschrieben hat. Implizit hat ihn auch dieses Mal dasselbe Motiv getrieben, wie man mitten im Buch so lesen kann:

Wenn in Deutschland um Bildung gestritten wird, fällt ein Ungleichgewicht bzw. eine Asymmetrie auf Sie erstreckt sich vor allem auf das, was in Quizsendungen unter der Rubrik »Was man weiß, was man wissen sollte« zu finden ist. Jeder weiß etwas von Picassos rosa Periode oder vom »Blauen Reiter« und seinen Malern. Aber niemand weiß, dass es sich lohnt, ebenso über die Doppelhelix oder die Theorie der Atome und die Menschen informiert zu sein, denen wir diese Einsichten verdanken. Wer Arthur Schopenhauer oder Martin Heidegger nicht kennt oder nicht von ihnen gehört hat, gilt als ungebildet. Wer hingegen Ludwig Boltzmann oder Wolfgang Pauli nicht einordnen kann, macht sich über diese Lücke keine Sorgen – und niemand hierzulande wird ihm dies übel nehmen.

Auf diese unterschiedliche Gewichtung von Wissen hat der britische Physiker, Dichter und Staatsmann Charles P. Snow (1905-1980) im Jahre 1959 hingewiesen, als er in einem Vortrag seine zwar vielfach verworfene, sich aber hartnäckig behauptende Trennung der zwei Kulturen einführte.

Snows Kulturen erfassen den Unterschied zwischen dem, was die Universitäten als Geisteswissenschaften und Naturwissenschaften trennen, um ihnen spezielle Aufgaben zuzuweisen. Die Naturwissenschaften sollen das Wissen schaffen, mit dem wir uns die Natur verfügbar machen (Herrschaftswissen), und die Geisteswissenschaften sollen das Wissen beisteuern, mit dem wir das andere einsetzen (Orientierungswissen). Die Besonderheit der ersten Kultur scheint in der Fähigkeit zum intuitiven Verstehen und ihrer Hinwendung zum Einzelerlebnis zu stecken. Und die Qualität der zweiten findet sich im systematischen Einsatz des quantitativen Experiments und der Formulierung allgemeingültiger Gesetze.

Fischer schreibt dazu:
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Alexander Unzicker: Vom Urknall zum Durchknall

22. November 2010 Keine Kommentare

Als ich von Alexander Unzickers Buch „Vom Urknall zum Durchknall“ über eine Rundmail in einem Diskussionsforum erfuhr, habe ich zuerst einmal nachgeforscht, wer der Autor ist. Es gibt im Netz zu viele „Widerlegungen“ der Physik, als dass es sich lohnt, jeder einzelnen von ihnen nachzugehen. Aber Unzicker ist ein promovierter Physiklehrer, sein Buch ist im Springerverlag erschienen, und nachdem auch in „Spektrum der Wissenschaften“ eine Rezension erschienen war, gab es für mich wenig Grund es nicht zu bestellen und zu lesen.

Im Buch werden nacheinander die verschiedenen Gebiete der modernen Physik vorgestellt, analysiert und kritisiert. Kosmologie, Teilchenphysik und Stringtheorie sind dabei die wesentlichsten. Ein bisschen Vorwissen sollte man jedoch schon haben, wenn man das Buch lesen und Gewinn daraus ziehen möchte.

Kosmologie
Die Urknalltheorie gilt derzeit als die wahrscheinlichste Erklärung der Entstehung unseres Universums. Anfang des 20. Jahrhunderts wurde beobachtet, dass sich die Abstände zwischen den Galaxien ständig vergrößern, und zwar umso schneller, je weiter die beobachteten Objekte von uns entfernt sind. Extrapoliert man diesen Vorgang in die Vergangenheit, dann gelangt man zu der Schlussfolgerung, dass unser Universum früher sehr viel kleiner (und damit auch sehr viel heißer) als heute gewesen sein muss.
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Der dunkle Fluss

16. Oktober 2010 Keine Kommentare

In den letzten Jahren habe ich den Eindruck gewonnen, dass sich die Physik immer weiter von dem Ziel entfernt, in nächster Zeit ihren Heiligen Gral, die Theory of Everything, zu finden. Durch bessere Geräte, mit denen das Universum beobachtet werden kann, werden immer neue Beobachtungen gemacht, die nicht mit den Erkenntnissen der Quantenphysik beschrieben werden können. Bereits länger bekannt sind dabei zwei Phänomene, die mit den Begriffen „dunkle Materie“ und „dunkle Energie“ beschrieben werden. In jüngerer Zeit sind zwei weitere „dunkle“ Geheimnisse dazugekommen, das „dunkle Loch“ und der „dunkle Fluss“, siehe dazu weiter unten in diesem Text.

Dunkle Materie: Bereits in den Dreißiger Jahren des vorigen Jahrhunderts wunderten sich die Astronomen, dass die Sterne in den Galaxien viel stärker um die jeweiligen Zentren rotieren, als sie das eigentlich dürften. Die Galaxien müssten auseinanderfliegen, wenn die Masse der Galaxien ausschließlich aus der der sichtbaren Elemente bestehen würde. Aus diesem Grund vermutet man hypothetische Teilchen, die sich nur über ihre Masse und die davon erzeugte Gravitation bemerkbar machen und so die Galaxien zusammenhalten. Diese Masse muss etwa um den Faktor fünf bis zehn größer sein als die der sichtbaren Bestandteile.
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The scale of the universe

26. März 2010 Keine Kommentare

Ich habe im Netz eine wunderschöne Flashanimation gefunden, die die Erkenntnisse der modernen Physik in Abhängigkeit von den dabei beobachteten Längen-Größenordnungen zeigt. Wenn man auf das nachstehende Bild klickt, gelangt man zu dieser Animation.

Mein Schnappschuss zeigt die Initialisierungsposition. Der blaue Schieberegler im unteren Teil steht auf dem Piktogramm eines Menschen mit leichter Tendenz zum nebenstehenden Piktogramm eines Atomkerns. Deshalb werden im Bild Dinge angezeigt, die etwa in den Zentimeterbereich fallen.

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KategorienPhysik, Videos Tags:

Paul Davies: Prinzip Chaos

25. Oktober 2009 Keine Kommentare

Als ich das Buch bei einem Bekannten sah, erinnerte ich mich dunkel an den Namen des Autors und borgte mir das Buch aus. Paul Davies ist Professor für Theoretische Physik und hat es 1988 geschrieben. Inzwischen ist er Verfasser von einer ganzen Reihe weiterer populärwissenschaftlicher Bücher. Im Vorwort heißt es:

Gewöhnlich stellt man sich unter der Erschaffung des Universums ein weit zurückliegendes plötzliches Ereignis vor. Diese Vorstellung wird von der Religion, aber auch von der Wissenschaft bestätigt, die Anhaltspunkte für einen »Urknall« besitzt. Doch durch diese schlichte Vorstellung wird verdeckt, daß die Erschaffung des Universums nie aufgehört hat.

Nach Ansicht der Kosmologen befand sich das Universum unmittelbar nach dem Urknall in einem vollkommen gestaltlosen Zustand, und erst später entstanden all die Strukturen und die Mannigfaltigkeit, die wir heute beobachten. Es gibt offenbar physikalische Vorgänge, die aus dein Nichts oder doch beinahe aus dem Nichts Sterne, Planeten, Kristalle, Wolken und Menschen entstehen lassen.

Woher kommt diese erstaunliche Schöpfungskraft? Kann die fortdauernde Kreativität der Natur mit den uns bekannten physikalischen Vorgängen erklärt werden, oder sind darüber hinaus Gestaltungsprinzipien wirksam, die der Materie und der Energie Form geben und sie zu immer höheren Zuständen der Ordnung und der Komplexität führen?

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Lee Smolin: Warum gibt es die Welt?

19. Juli 2009 Keine Kommentare


In der Einleitung seines Buches formuliert der bekannte Physiker Lee Smolin eine Reihe von Fragen:

  1. Warum gibt es in diesem Universum Leben? Warum ist es voller Sterne?
  2. Gibt es eine einzige, fundamentale Theorie, die die Eigenschaften der Elementarteilchen bestimmt, oder sind auch die Gesetze der Natur einer Entwicklung unterworfen?
  3. Ist es Zufall oder Notwendigkeit, daß das Universum eine solche Vielfalt an Struktur aufweist? Warum ist das Universum so interessant?
  4. Was sind Raum und Zeit?
  5. Wie können wir, die wir in dieser Welt leben, zu einer vollständigen und objektiven Beschreibung des Universums als Ganzem gelangen?

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Alex Vilenkin: Kosmische Doppelgänger

17. Juni 2009 Keine Kommentare

Als Einstein die Allgemeine Relativitätstheorie formulierte, ging er noch von einem statischen, d.h. unveränderlichen Universum aus. Da sich die Himmelskörper durch ihre Masse gegenseitig anziehen und aufeinander zufliegen würden, fügte er seinen Gleichungen die kosmologische Konstante hinzu. Diese Konstante war ad-hoc, eine physikalische Ursache konnte Einstein nicht angeben.

Später wurde die sogenannte Rotverschiebung festgestellt. Das ist eine Veränderung des von einem Himmelskörper ausgesandten Lichtspektrums in Richtung größerer Wellenlängen, also Richtung Rot. Diese Verschiebung fällt umso stärker aus, je weiter dieser Himmelskörper von uns entfernt ist. Die damals gefundene Erklärung für diesen Effekt war, dass sich der Abstand aller Himmelskörper voneinander vergrößert. Die Himmelskörper fliegen aber nicht voneinander weg, sondern zwischen ihnen entsteht fortlaufend neuer Raum, das Universum selbst dehnt sich aus. Verfolgt man diesen Prozess nicht in die Zukunft, sondern in die Vergangenheit, dann gelangt man zu einem Zeit-Punkt, bei der das gesamte Universum aus einem winzigen Raum-Punkt entstanden sein muss. Die Urknalltheorie war geboren.
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Carl Sagan: Contact

2. Januar 2009 Keine Kommentare

Das Buch hatte ich schon eine ganze Weile gesucht und die Hoffnung auf ein deutschsprachiges Exemplar schon fast aufgegeben, obwohl es eine deutsche Ausgabe gibt. Kurz vor Weihnachten hat es dann geklappt. Auf meinem Exemplar steht „Preisred. Mängel-Exemplar“, ich konnte nicht herausfinden, worin der Mangel bestehen soll. An anderer Stelle aber habe ich gelesen, dass es aufgrund der Buchpreisbindung in Deutschland Buchhandlungen nicht möglich ist, neue Bücher unter dem offiziellen Preis zu verkaufen. Der Mängelstempel löst dieses Problem in der Art einer self-fulfilling prophecy. Der Stempelabdruck ist selbst der Mangel, wegen dem die Buchhandlung ein Buch, auf dem sie sonst sitzen bleiben würde, billiger verkaufen kann. Nur bei Carl Sagans Buch sollte dieser marktwirtschaftliche Trick nicht nötig sein.

Das Buch ist mit Jodie Foster in der Hauptrolle verfilmt worden, zur Geschichte sowohl des Buchs als auch des Films siehe die Wikipedia. Der rote Faden ist schnell skizziert: Auf der Erde wird durch Radioteleskope eine Botschaft empfangen, die sich als das Signal einer außerirdischen Zivilisation entpuppt. Es gelingt, die Botschaft zu entschlüsseln. Sie enthält detaillierte Pläne für den Bau einer Maschine. Nach heftigen Diskussionen wird mit dem Bau der Maschine begonnen, obwohl ihr Zweck nicht klar ist und obwohl die dafür benötigten Ressourcen gewaltig sind – es ist eine Zusammenarbeit aller Staaten der Erde notwendig (das Buch wurde 1985 geschrieben, damals existierte die Sowjetunion noch). Und nach der Fertigstellung der Maschine kommt es zum „Contact“ mit einer / mehreren / allen fortgeschrittenen Zivilisationen unserer Galaxis / des gesamten Universums.
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Variable Konstanten

13. Oktober 2008 Keine Kommentare

Wenn die Physik etwas über die Natur herausgefunden hat, dann gießt sie dieses Wissen zumeist in eine oder mehrere Gleichungen, mit denen die Zusammenhänge mathematisch dargestellt werden können. Einer dieser Zusammenhänge ist das Newtonsche Gravitationsgesetz:

gravitationsgesetz

M und m sind die Massen zweier Körper, r ihr Abstand und F die Kraft, mit der sich die beiden Körper wechselseitig anziehen. Dabei sind die verwendeten Einheiten, in der die Größen (hier Kraft, Masse und Länge) gemessen werden, ziemlich beliebig. Zum Beispiel wurde das Meter als der 40millionste Teil des Erddurchmessers festgelegt, zu einer Zeit, als man noch geglaubt hat, wir würden auf einer Kugel leben. Tatsächlich hat die Erde aber mehr die Form einer Kartoffel. Wenn der Asteroid, der vor 4,5 Milliarden Jahre die Erde traf und zur Entstehung des Mondes beitrug, eine andere Größe gehabt hätte oder unter einem anderen Winkel eingeschlagen wäre, dann hätte die Erde heute eine andere Größe. Und wenn man auch dann den 40millionstel Teil des Erddurchmessers als Metermaß verwendet hätte, wäre das Meter heute anders lang.
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