Zeitreise mit Big Bang

Zeitreise mit Big Bang – Kurzfassung

Who is Who in Big Bang - Kurzfassung

Zeitreise mit Big Bang – Langfassung

Hier findet man alle Ereignisse chronologisch geordnet, die in Big Bang mit Jahreszahlen erwähnt sind. Diese Zeitreise zeigt die faszinierende Entwicklung der Physik. Wenn man alle diese Entdeckungen und Ereignisse chronologisch betrachtet, entdeckt man durchaus Überraschungen. So fand etwa Newtons Entdeckung des Gravitationsgesetzes, also die berühmte Apfelgeschichte, und die Erfindung der Pendeluhr etwa zur selben Zeit statt, nämlich um 1660. Das Gesetz von Boyle und Mariotte (p.V =const.) und das Fermat-Prinzip stammen aus demselben Jahr (1662). Die Maxwell’schen Gleichungen und der 2. Hauptsatz der Thermodynamik wurden im selben Jahr entwickelt (1865).
Wer mehr entdeckten will, muss nur ein bisschen auf dieser Seite stöbern und einfach auf die NAMEN oder Jahreszahlen klicken.

etwa
-600
Kap. 23.1, BB6

Schon vor etwa 2600 Jahren entdeckte der griechische Mathematiker THALES VON MILET angeblich, dass man mit einem Bernstein kleine Objekte anziehen kann, wenn man ihn vorher mit einem Tuch gerieben hat. Das war wohl eines der ersten Experimente mit Elektrizität. Bernstein wurde von den Römern electrum und von den Griechen elektron genannt und somit zum Namensgeber für die Elektrizität und das Elementarteilchen Elektron.

Abb. 23.2: Bernstein ist nichts anderes als uraltes Baumharz, das sich im Laufe der Zeit verfestig hat. Es kann bis zu 260 Millionen Jahre alt sein, und manchmal findet man darin eingeschlossene Insekten.

etwa
-400
Kap. 3.1, BB5
Kap. 27.1, BB6

Bereits der griechische Philosoph DEMOKRIT meinte, dass alle Stoffe aus kleinsten, nicht mehr trennbaren Teilchen aufgebaut sein müssten. Weil unteilbar auf Griechisch atomos heißt, nennt man diese kleinsten Teilchen Atome, also die „Unteilbaren“. Man stellte sich damals die Atome wie feste Kugeln vor.

Abb. 27.2: Wichtige Stationen in der Entwicklung des Atommodells. Man sieht, der Weg von den harten Kugeln bis zum modernen Modell dauerte nur etwas 30 Jahre!

etwa
-350
Kap. 1.1, BB5

ARISTOTELES behauptete um etwa 350 v. Chr., dass schwere Gegenstände schneller fallen als leichte. Es dauerte etwa 2000 Jahre, bis GALILEO GALILEI experimentell nachweisen konnte, dass alle Gegenstände gleich schnell fallen, wenn man den Luftwiderstand vernachlässigt.

Abb. 1.2: Aristoteles (384 – 323 v. Chr.)

etwa
-340
Kap. 12.1, BB6
Kap. 39.1, BB8

Etwa 340 v. Chr. festigte ARISTOTELES die damaligen Vorstellungen vom Universum. In seinem Weltbild hatte die Erde bereits Kugelgestalt und befand sich ruhend im Mittelpunkt des Weltalls. Man nennt dieses Weltbild daher geozentrisch (gr. geo = Erde; lat. centrum = Mitte). Die Erde war von kristallenen Himmelssphären umgeben, die alle Himmelskörper trugen. Diese sollten perfekte Kugelform haben und sich auf Kreisbahnen bewegen. Die Himmelssphären bestanden aus einem besonders leichten und durchsichtigen Material, dem Äther. Neben Feuer, Wasser, Erde und Luft war dieser Äther das berühmte 5. Element, also die Quintessenz (lat. quintus = der Fünfte).

etwa
-250
Kap. 12.1, BB6

ERATHOSTENES war ein bedeutender Mathematiker und Astronom seiner Zeit und wahrscheinlich der Erste, der um 250 v. Chr den Erdumfang berechnet hat. Seine Methode war bestechend einfach. An einem bestimmten Tag spiegelte sich im heutigen Assuan in Ägypten die Sonne in einem tiefen Brunnen – sie stand also genau senkrecht. ERATHOSTENES maß am selben Tag in Alexandria, das am selben Längenkreis im Norden liegt, den Einfallswinkel des Sonnenlichts und kam auf 7,2°. Das ist etwa 1/50 eines Kreisumfanges. Deshalb muss zwischen Assuan und Alexandria 1/50 des Erdumfanges liegen. Den Abstand zwischen den beiden Städten maß er mit 5.000 Stadien, was für den Erdumfang 250.000 Stadien ergibt. Man weiß heute nicht, wie lang die Einheit Stadion tatsächlich war. Der berechnete Wert für den Erdumfang dürfte aber umgerechnet zwischen 35.000 und 45.000 km gelegen und somit dem heute bekannten Wert von etwa 40.000 km sehr nahe gekommen sein.

Abb. 12.3: Methode zur Bestimmung des Erdumfangs nach Erathostenes. Der Winkel ist übertrieben groß dargestellt.

etwa
-250
Kap. 5.5, BB6
Kap. 11.3, BB5

ARCHIMEDES entdeckt das Hebelgesetz und das Gesetz des Auftriebs.

Abb. 21.11: ω bleibt null, wenn wie hier die Summe der Drehmomente gleich groß ist.

Abb. 5.29: Der Wasserdruck nimmt linear mit der Tiefe zu.

etwa 150
Kap. 12.1, BB6

Das Weltbild des ARISTOTELES hatte Schwächen, denn Planeten beschreiben manchmal Schleifen oder Kurven. Diese kann man mit einer einfachen Kreisbahn nicht erklären. Der griechische Astronom CLAUDIUS PTOLEMÄUS verfeinerte das aristotelische Weltbild um etwa 150 n. Chr. Unter dem arabischen Titel Almagest ging sein Handbuch der mathematischen Astronomie in die Weltgeschichte ein. Um die Kreisform zu bewahren und trotzdem die Bewegungen der Planeten erklären zu können, führte Ptolemäus die Epizyklen ein.

Abb. 12.5: „Normaler“ Epizyklus (a) und „Doppelepizyklus“ mit exzentrischer Erde (b).

etwa 1000
Kap. 26.1, BB6

Schon die alten Griechen diskutierten darüber, ob Licht von den Dingen ausgeht oder ob unsere Augen die Dinge quasi „abtasten“. Erst der arabische Naturforscher IBN AL HAITHAM scheint um das Jahr 1000 klargestellt zu haben, dass sichtbare Dinge Licht aussenden, also selbst leuchten oder fremdes Licht zurückwerfen.!

1054
Kap. 49.3, BB8

Abb. 49.14: Der imposante Krebsnebel ist ein Überrest einer Supernova, die im Jahr 1054 stattfand und weltweit von Astronomen beobachtet wurde.

etwa 1100
Kap. 2.3, BB5

Ein Problem der früheren Längenmessungen war, dass praktisch jeder Herrscher seine eigenen Einheiten hatte. Yard und Inch, die heute noch in vielen englischsprachigen Ländern verwendet werden (etwa in den USA), sollen zum Beispiel auf den englischen KÖNIG HEINRICH I. zurückgehen (etwa um 1100 n. Chr.). Ein Yard war der Abstand von seiner Nasenspitze bis zum Daumen seines ausgestreckten Armes und ein Inch die Breite seines Daumens.

Abb. 2.4

etwa 1300
Kap. 2.4, BB5

Um 1300 wurde eine Erfindung von enormer kulturhistorischer Reichweite gemacht: die Räderuhr. Beim Absinken des Gewichts wickelt sich ein Seil langsam ab und bewegt dadurch die Zeiger. Die Räderuhr verbreitete sich rasant über ganz Europa, weil sie ein Symbol für Reichtum und Tatkraft war. Viele Städte beschafften sich deshalb eine Uhr, weil andere auch schon eine hatten. Die Räderuhr war noch ziemlich ungenau, zuerst etwa 1 bis 2 Stunden, später etwa 15 Minuten pro Tag.

Abb. 2.16: Eine alte Räderuhr mit Gewichten.

etwa 1509
Kap. 12.2, BB6
Kap. 39.1, BB8

Um das Jahr 1509 stellte NIKOLAUS KOPERNIKUS die Hypothese auf, dass die Sonne der Mittelpunkt des Universums ist. Man spricht daher vom heliozentrischen Weltbild (gr. helios = Sonne). Mit diesem konnte man zum Beispiel die sonderbaren Bewegungen des Mars am Himmel elegant erklären.

Abb. 39.4: Die kurvenartige Bewegung des Mars kann man im heliozentrischen Weltbild elegant durch die Überlagerung von Erd- und Marsbewegung erklären.

1543
Kap. 12.2, BB6

KOPERNIKUS kannte das gewaltige Risiko einer Veröffentlichung seiner Ansichten, denn er „degradierte“ die Erde quasi zu einem normalen Himmelskörper. Die Inquisition war zu dieser Zeit gnadenlos, und viele „Ketzer“ mussten auf den Scheiterhaufen. Erst in seinem Todesjahr 1543 veröffentlichte er seine Ideen. Zunächst erregten sie wenig Aufsehen.

1583
Kap. 12.2, BB6

Im Alter von 19 Jahren beobachtete GALILEO GALILEI in der Kathedrale von Pisa angeblich die schwingenden Kronleuchter und bemerkte, dass die Schwingungsdauer unabhängig von der Schwingungsweite ist. Er unternahm daraufhin eine Reihe von Messungen an Pendeln, um diese Beobachtung auch wissenschaftlich belegen zu können. Dabei entdeckte er, dass die Schwingungsdauer unabhängig von der Masse ist.

Abb. 14.3: Luster in der Kathedrale von Pisa, der Galilei zu seinen Pendelexperimenten angeregt haben soll.

etwa 1590
Kap. 1.1, BB5

ARISTOTELES behauptete vor beinahe 2400 Jahren, dass schwere Gegenstände schneller fallen als leichte. Es dauerte etwa 2000 Jahre, bis GALILEO GALILEI experimentell nachweisen konnte, dass alle Gegenstände gleich schnell fallen, wenn man den Luftwiderstand vernachlässigt.

Abb. 1.3: Galileio Galilei (1564-1642)

etwa 1605
Kap. 7.2, BB6

Führt ein Gegenstand mehrere Bewegungen gleichzeitig aus, so beeinflussen diese einander nicht. Das nennt man auch das Unabhängigkeitsprinzip der Bewegungen. Mit „mehreren Bewegungen“ ist gemeint, dass man die Geschwindigkeit als Vektor in ihre Komponenten zerlegen und wieder zusammensetzen kann. Und diese Komponenten werden durch das Addieren nicht beeinflusst. Das Unabhängigkeitsprinzip wurde um 1605 von GALILEO GALILEI formuliert.

Abb. 7.8: Originalskizze von Galilei zur Konstruktion eines horizontalen Wurfs um das Jahr 1605.

1609
Kap. 12.2, BB5

Einige Jahrzehnte nach KOPERNIKUS war GALILEI einer der eifrigsten Verfechter des heliozentrischen Weltbildes. Er verbesserte das um 1600 erfundene Fernrohr und war wohl einer der Ersten, der 1609 damit den Himmel beobachtete. Deshalb und wegen der Veröffentlichung der ersten zwei Kepler’schen Gesetze im selben Jahr gilt dieses als das Geburtsjahr der Astronomie. 2009 wurde daher der 400 Geburtstag der Astronomie gefeiert. Galilei entdeckte unter anderem, dass sich vier Monde um den Jupiter bewegen. Diese heißen daher heute Galilei’sche Monde. Diese Entdeckung stand im Gegensatz zum geozentrischen Weltbild, in dem sich alle Himmelskörper um die Erde bewegen. Galilei hatte sozusagen ein Kopernikanisches System in Miniatur gefunden. Außerdem entdeckte er, dass der Mond keineswegs eine perfekte Kugel war.

Abb. 12.9: Die vier größten Monde des Jupiters (Ganymed, Kallisto, Io und Europa) heißen Galilei’sche Monde. Heute (Stand 2009) kennt man bereits 63 Jupitermonde, die teilweise aber winzig sind.

Abb. 12.10: Eine von Galileis Mondzeichnungen (a) und ein Foto (b) vom Mond. Der Vergleich zeigt, dass er die Kratergrößen überschatzt hat. Für die damalige schlechte Fernrohroptik war das trotzdem eine gewaltige Leistung.

1609
Kap. 12.4, BB6

JOHANNES KEPLER veröffentlichte im Jahr 1609 seine ersten beiden Gesetze. Der Unterschied zu den bisherigen Weltmodellen war, dass Kepler seine Ansichten durch exakte Daten belegen konnte. Genau das macht aber den Unterschied zwischen einer Hypothese und einer Theorie aus. Deshalb, und wegen der ersten Benutzung eines Fernrohres zu astronomischen Beobachtungen durch GALILEI im selben Jahr sagt man, dass 1609 der Beginn der modernen Astronomie ist. Abb. 12.15 und 12.16 zeigen, wie Kepler die Ellipsenbahn der Planeten bestimmte.

Abb. 12.15: Zuerst bestimmt Kepler die Erdbahn, indem er den Mars alle 687 Tage anpeilte.

Abb. 12.16: Nachdem Kepler die Erdbahn bestimmt hatte, konnte er mit einer ahnlichen Methode die Marsbahn bestimmen.

1616
Kap. 12.2, BB6

Die Entdeckung der Jupitermonde ermutigte GALILEI, seine Ansichten offen auszusprechen. Aber inzwischen hatte der Vatikan begonnen, gegen die Idee des heliozentrischen Weltbildes vorzugehen. Im Jahre 1616 erhob Papst Pius V. das geozentrische Weltbild zur offiziellen kirchlichen Lehre und brandmarkte die Idee von einer im All ruhenden Sonne als Ketzerei. In diesem Jahr kam auch das Buch des KOPERNIKUS auf den Index und blieb dort bis 1822, also über 200 Jahre!

1619
Kap. 12.3, BB6

1619 entdeckte KEPLER noch ein drittes Gesetz. Bei diesem geht es um die zeitliche und räumliche Beziehung der Planeten zueinander. Die Formulierung ist ein wenig sperrig. Das 3. Kepler’sche Gesetz lautet: Das Verhältnis der Quadrate der Umlaufzeiten T zweier Planeten ist so groß wie das Verhältnis der dritten Potenzen ihrer großen Halbachsen a: T₁²: T₂² = a₁³:a₂³

Abb. 12.21: Abstand und Umlaufzeit aller Planeten und von Pluto, dem 2006 der Planetenstatus aberkannt wurde (siehe Kap. 12.4). Die x-Achse ist logarithmisch aufgetragen – von Markierung zu Markierung verzehnfacht sich der Wert. Fur jedes beliebige, die Sonne umkreisende Objekt (also auch fur Pluto oder Kometen) gilt, dass die Werte für T und a auf dieser Geraden liegen müssen.

1620
Kap. 16.2.2, BB6
Kap. 34.2, BB7

Einer der ersten, der das Brechungsgesetz formuliert hat, war der Niederländer WILLEBRORD SNELL VAN ROJEN (kurz SNELLIUS) um etwa 1620. Es gilt für alle Wellen und gibt einen Zusammenhang zwischen den Winkeln und den Geschwindigkeiten an.

Brechungsgesetz von Snellius
sin α/ sinβ = v₁/v₂
α und β … Winkel des einfallenden und des gebrochenen Strahls zum Lot
v₁ und v₂ … Geschwindigkeiten der Wellen in Medium 1 und 2

Abb. 16.15: Alte Wellenfront (schwarz) und neue Wellenfront (rot), nachdem die Zeit t vergangen ist.

1632
Kap. 6.1, BB5
Kap. 39.2, BB8

Die mechanischen Gesetze erscheinen allen Beobachtern in unbeschleunigten Systemen gleich. Ein Stein wird stets senkrecht zu Boden fallen, egal, ob wir unbewegt an einer Bushaltestelle stehen oder uns im vorbei fahrenden Bus mit 50 Stundenkilometer relativ zu ihr bewegen. Dieses klassische Relativitätsprinzip formulierte erstmals GALILEO GALILEI in seinem 1632 gedruckten Werk "Dialog über die beiden hauptsächlichen Weltsysteme".
Galilei hat das Prinzip angeblich entdeckt, als er auf einem fahrenden Schiff ein Glas mit Fischen betrachtet hat. Man könnte ja annehmen, dass sich die Fische auf der Seite des Glases befinden, die gegen die Fahrtrichtung zeigt, weil dieses ja unter ihnen wegfährt. Wenn das Schiff aber nicht beschleunigt, dann merken die Fische gar nichts davon.

Abb. 6.4: Galilei und das Fischglas

etwa 1660
Kap. 1.1, BB5
Kap. 13.1, BB6
Kap. 39.1, BB8

Früher glaubte man, dass am Himmel ganz andere Gesetze herrschen als auf der Erde. Wie konnte man sonst erklären, dass auf der Erde alles zu Boden fällt, während der Mond unablässig um die Erde kreist? SIR ISAAC NEWTON hatte aber eine geniale Idee. Er beobachtete angeblich unter einem Apfelbaum liegend den Mond am Himmel, als ihm ein Apfel auf den Kopf fiel. Er empfand in diesem Augenblick die Bewegung des Mondes als ein „Fallen um die Erde“ und kam zu dem Schluss, dass die Umlaufbahn des Mondes und der Fall des Apfels auf dieselben Gesetzmäßigkeiten zurückzuführen sind. Diese Erkenntnis hatte er um das Jahr 1660.

Abb. 1.7: Sir Isaac Newton (1643–1727)

Abb. 1.8: Flugbahnen bei verschiedenen Abwurfgeschwindigkeiten.
Es handelt sich hier um eine Originalzeichnung Newtons.

etwa 1660
Kap. 2.4, BB5
Kap. 14.1, BB6

Um etwa 1660 gelang es dem Holländer CHRISTIAN HUYGENS, die Zeitmessung durch die Erfindung der Pendeluhr entscheidend zu verbessern. Er nutzte Galileis Idee, ein Pendel als Taktgeber für Uhren einzusetzen und konnte die Ganggenauigkeit auf etwa eine Sekunde pro Tag steigern. Pendeluhren wurden damit zu einer unentbehrlichen Hilfe bei astronomischen Beobachtungen.

Abb. 14.5: Das Prinzip einer Pendeluhr: Das 1-m-Pendel liefert den genauen Takt, das Gewicht liefert die Energie für die fortlaufende Schwingung. Nach 60 „Zahnen“ ist eine Minute vergangen, nach 3600 eine Stunde.

1662
Kap. 21.2.3, BB6

Das Gesetz von Boyle-Mariotte sagt aus, dass der Druck idealer Gase bei gleichbleibender Temperatur und gleichbleibender Stoffmenge umgekehrt proportional zum Volumen ist, also p ~ 1/V und somit p·V konstant. Erhöht man den Druck auf ein Gaspaket, wird durch den erhöhten Druck das Volumen verkleinert. Verringert man den Druck, so dehnt es sich aus. Dieses Gesetz wurde unabhängig von zwei Physikern entdeckt, dem Iren ROBERT BOYLE (1662) und dem Franzosen EDME MARIOTTE (1676).

Abb. 21.12: Zusammenhang zwischen p und V bei gleicher Temperatur für drei verschiedene Temperaturen (T₁ < T₂ < T₃). Verdoppelt sich das Volumen (b), halbiert sich der Druck und umgekehrt (c). Bei den Kurven handelt es sich um Hyperbeln.

1662
Kap. 16.1, BB6
Kap. 34.2, BB7

Ein Prinzip zur Ausbreitung von Wellen stammt von einem Zeitgenossen HUYGENS, dem französischen Mathematiker PIERRE DE FERMAT. Das Fermat-Prinzip lautet: Eine Welle läuft zwischen zwei Punkten auf jenem Weg, für den es am wenigsten Zeit benötigt.

Abb. 16.6: Wenn sich das Medium ändert, dann ändert sich auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit und dann knicken die Strahlen. D ist unmöglich, weil es ein zeitlich längerer Weg ist.

1676
Kap. 8.4.3, BB5

ROBERT HOOK war einer der vielseitigsten Gelehrten des 17. Jahrhunderts und mit seinem Zeitgenossen NEWTON ziemlich zerstritten. Auf ihn geht auch das Hook’sche Gesetz zurück, das er erstmals 1676 formulierte: Die Kraft, die man zur Dehnung einer Spiralfeder benötigt, ist proportional zur Dehnung.

Abb. 8.30: Spannungs-Dehnungs-Diagramm einer Schraubenfeder

etwa 1680
Kap. 16.1, BB6
Kap. 26.1, BB7

Der niederländische Physiker CHRISTIAN HUYGENS formulierte um 1680 das nach ihm benanntes Prinzip, das für alle Arten von Wellen gilt. Jeder Punkt, der gerade von einer Welle erfasst wird, sendet eine neue Elementarwelle aus. Die Überlagerung all dieser Wellen ergibt die sichtbare Welle.

Abb. 16.2: Simulation der Entstehung einer Elementarwelle an einem Loch. Es spielt dabei keine Rolle, ob die ursprüngliche Welle eine Kreiswelle (links) oder eine ebene Welle ist.

1686
Kap. 8.2, BB5
Kap. 13, BB6

Das Werk Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, oft auch Principia Mathematica oder einfach Principia genannt, ist das Hauptwerk von Sir ISAAC NEWTON. Darin sind das Gravitationsgesetz enthalten und auch die drei Newton’schen Gesetze.

1699
Kap. 21.2.2, BB6

GULLIAUME AMONTONS entdeckt den Zusammenhang zwischen Druck und Temperatur in Gasen: Bei gleichem Volumen ist p ~ T und somit p/T immer konstant. Dieses Gesetz wird auch Gesetz von Gay-Lussac genannt.

Abb. 21.9: Zusammenhang zwischen p und T bei gleichem
Volumen für drei verschiedene Volumina (V₁ < V₂ < V₃)

1712
Kap. 22.4, BB6

Die erste einsetzbare Dampfmaschine wurde 1712 von THOMAS NEWCOMEN konstruiert und diente zum Abpumpen des Wassers in einem Bergwerk. Der Wirkungsgrad lag bei gerade mal 0,5 %.

etwa 1720
Kap. 18.2, BB6

DANIEL FAHRENHEIT erfindet die nach ihm benannte Temperaturskala.

Fahrenheit in Celsius °C = (°F – 32) / 1,8

Kelvin in Celsius °C = K – 273

Celsius in Kelvin K = C° + 273

Celsius in Fahrenheit °F = °C × 1,8 + 32

Tab. 18.3: Die wichtigsten Umrechnungsformeln.

Abb. 18.5: Einige gerundete Vergleichswerte der einzelnen Temperaturskalen . Zu den exakten Werten siehe Tab. 18.3. Die Werte gelten bei Normaldruck. Die Temperaturdifferenzen 1 K und 1 °C sind gleich groß!

ab 1727
Kap. 2.4, BB5

Von 1727 bis 1733 wurde in der indischen Stadt Jaipur eine astronomische Sternwarte errichtet. Diese dienen unter anderem der Messung der Zeit, der Voraussage von Eklipsen, der Beobachtung der Planetenbahnen, der Bestimmung von astronomischer Höhe und Deklination und der Erstellung von Ephemeriden. Das größte Bauwerk ist das Samrat Jantar, eine Sonnenuhr mit einer Höhe von 30 m.

Abb. 2.11: Die große Sonnenuhr in Jaipur. Die Rampe links wirft den Schatten, der auf der runden Skala rechts entlangläuft und mit einer Genauigkeit von 2 Sekunden abgelesen werden kann.

1740
Kap. 1.1, BB5

Man kann immer nur eine endliche Anzahl von Experimenten durchführen. Irgendwann muss schließlich einmal Schluss sein. Und dann kommt man an einer Sache nicht vorbei: Man muss verallgemeinern und in diesem Beispiel von 99 Experimenten auf „es ist immer so“ schließen. In der Wissenschaft nennt man eine solche Verallgemeinerung Induktion. Und sie bereitet das Problem, dass man sich eben niemals zu 100% sicher sein kann, ob die Theorie wirklich stimmt. Darauf hat bereits der englische Philosoph DAVID HUME um 1740 hingewiesen.

etwa 1742
Kap. 18.2, BB6

ANDERS CELSIUS erfindet die nach ihm benannte Temperaturskala.

1769
Kap. 9.5, BB5
Kap. 22.4, BB6

JAMES WATT ist zwar nicht wie oft behauptet der Erfinder der Dampfmaschinen, aber er verbesserte die Konstruktion von THOMAS NEWCOMEN auf einen Wirkungsgrad von rund 3 %. 1769 lässt er seine Dampfmaschine patentieren. Diese gilt als eine der bedeutendsten Erfindungen der Technikgeschichte. Moderne Dampfkraftwerke funktionieren immer noch nach diesem Prinzip.

Abb. 22.11: Arbeitsweise einer Dampfmaschine.
Der Frischdampf strömt abwechselnd in die linke und rechte Kammer des Zylinders und drückt den Kolben hin und her. Dabei öffnen und schließen sich die Ein- und Auslassventile gegengleich.

etwa 1776
Kap. 23.1.3, BB6

Obwohl es mehreren Forschern gelang, ein Gesetz für die elektrische Kraft aufzustellen, wird dieses dem Franzosen CHARLES AUGUSTE DE COULOMB zugeschrieben, nach dem auch die Einheit der Ladung benannt ist. Er hat es um etwa 1776 formuliert, und es gilt zwischen zwei punktförmigen oder kugelförmigen Ladungen.

1781
Kap. 12.4, BB6

Der Uranus wird von WILHELM HERSCHEL entdeckt und nach dem Himmelsgott Uranos benannt.

Der Uranus.

1787
Kap. 21.2.1, BB6

In diesem Jahr entdeckt JAQUES CHARLES das nach ihm benannte Gasgesetz, nach dem sich ein Gas linear mit steigender Temperatur ausdehnt, wenn der Druck konstant bleibt, also V ~ T und V/T immer konstant. Man bezeichnet es auch als Gesetz von Gay-Lussac.

Abb. 21.7: Zusammenhang zwischen V und T bei gleichem Druck für drei verschiedene Drücke (p1 < p 2 < p3). Verdoppelt sich die Temperatur, so verdoppelt sich auch das Volumen.

1790
Kap. 23.3, BB6

LUIGI GALVANI war Professor für Anatomie in Bologna und machte um 1790 beim Sezieren von Fröschen eine sehr sonderbare Entdeckung. Wenn er einen Froschschenkel gleichzeitig mit zwei verschiedenen zusammenhängenden Metallen berührte, begann dieser heftig zu zucken. Man verstand diesen Effekt damals noch nicht, aber im Prinzip hatte Galvani durch Zufall eine Batterie erfunden.

Abb. 23.19: Ein Froschschenkel zuckt, wenn man ihn mit zwei verschiedenen Metallen berührt.

1793
Kap. 2.1, BB5
Kap. 2.3, BB5

Um das Problem der individuellen Maße zu umgehen versuchte man in Frankreich, das Maß der Länge über den Erdumfang zu definieren. Der bleibt ja schließlich immer gleich! Die Einheit Meter wurde 1793 „geboren“. Ludwig XVI. von Frankreich erließ ein Dekret, in dem diese neue Längeneinheit als der zehnmillionste Teil der Strecke vom Nordpol zum Äquator definiert wurde. Anders gesagt: Ein Viertel des Erdumfangs sind 107 m.

Abb. 2.5 Definition des Meters nach 1793

1799
Kap. 2.3, BB5

Die Forscher waren zur Vermessung des Meridians (siehe oben) 7 Jahre unterwegs, und es wäre unglaublich aufwändig gewesen, diese Messung zu wiederholen! Deshalb wurde 1799 das Naturmaß von 1793 durch ein Kunstmaß ersetzt, nämlich einen Maßstab aus einer Platin-Iridium-Legierung. Dieser Urmeterstab wird in Paris aufbewahrt. Die Länge des Meters wurde zwischen den Mittelstrichen an beiden Enden bei 0° C mit einer Genauigkeit von 0,01 mm gemessen.

Abb. 2.6: Ein Ende des Urmeterstabs. Die Abmessung erfolg beim mittleren Strich. In der Vergrößerung sieht man, dass der Strich natürlich etwas „ausgefranst“ ist, was Ungenauigkeiten hervorruft.

etwa 1800
Kap. 23.3, BB6

Der Italiener ALESSANDRO VOLTA hörte von den Experimenten von LUIGI GALVANI und stellte eigene Versuche an. Er entdeckte, dass man zur Erzeugung von Spannung nur zwei verschieden elektrische Leiter und einen Elektrolyten benötigt. Darunter versteht man einen meist flüssigen Leiter, in dem der Ladungstransport durch Ionen erfolgt. Volta kombinierte verschiedene Metalle und erstellte eine Spannungsreihe – und zwar anhand der Intensität der Geschmacksempfindung, die die Metallkombinationen an seiner Zunge hervorriefen. Um 1800 stellt er seine bedeutendste Erfindung vor: die Voltasäule, die Mutter aller Batterien! Bis heute nennt man Batterien „galvanische Elemente“, und die Einheit der Spannung wurde das Volt!

Abb. 23.19: Nachbau einer Volta-Säule. Sie besteht aus vielen übereinander geschichteten Kupfer- und Zinkplättchen mit elektrolytgetränkten Lederstücken dazwischen.

1801
Kap. 26.2, BB7

CHRISTIAN HUYGENS war der Ansicht, dass Licht eine Welle ist. Er vertrat also die Wellentheorie. Sir ISAAC NEWTON war hingegen der Meinung, dass Licht ein Strom von Teilchen ist und vertrat somit die Teilchentheorie. Newtons Autorität war dermaßen groß, dass sich seine Ansicht durchsetzte. Aber dann kam das Jahr 1801, und THOMAS YOUNG stellte ein Experiment vor, mit dem er eindeutig zeigen konnte, dass Licht Welleneigenschaften besitzt. Das von ihm erfundene Doppelspalt-Experiment ist ein absoluter Klassiker und wird bis heute durchgeführt.

Abb. 26.10: Durch die Überlagerung der beiden Kreiswellen kommt es zur Interferenz. Bei einer Lichtwelle wurdest du dann am Schirm in diesem Fall mehrere helle Streifen bekommen
(Anm.: Das Experiment ist von oben betrachtet, aber der Schirm zur besseren Übersicht gedreht dargestellt).

1814
Kap. 38.1, BB7

Der Philosoph PIERRE DE LAPLACE vertrat 1814 folgende Ansicht: Gäbe es eine Super-Intelligenz (man nannte diese später den Dämon), die alle Naturgesetze kennt und den exakten momentanen Zustand des Universums, könnte diese Intelligenz Zukunft und Vergangenheit exakt berechnen. Heute weiß man, dass Quantenmechanik und Relativitätstheorie dies jedoch verhindern.

1815
Kap. 28.2, BB7

JOSEF VON FRAUNHOFER entdeckte 1815 im Spektrum der Sonne dunkle Linien, deren Ursprung man damals aber noch nicht verstand. Erst um 1860 fand GUSTAV KIRCHHOFF die Erklärung dafür: Die fehlenden Linien werden von Gasen verursacht, die sich in der Sonnen- und Erdatmosphäre befinden.

Abb. 28.10: a) Kontinuierliches Spektrum, wie es von einem Festkörper oder sehr dichtem Gas ausgesendet wird. b) Linienspektrum von Helium. c) Ein Absorptionsspektrum ist ein kontinuierliches Spektrum, dem einige Linien fehlen (in diesem Beispiel die von Helium).

Abb. 28.12: Manche Farben werden durch Gasatome in alle Richtungen zerstreut und erscheinen dann im Spektrum auf der Erde als dunkler Strich.

etwa 1820
Kap. 14.7, BB6
Kap. 26.6, BB7

Der französischen Mathematiker JEAN BAPTISTE FOURIER entdeckte um 1820, dass man jede beliebige Schwingung durch die Überlagerung von Sinusschwingungen erzeugen kann.

Abb. 14.54: Damit die Erzeugung einer Schwingung durch die Überlagerung von Sinusschwingungen möglich ist, muss diese einwertig sein. Wenn du eine senkrechte Linie ziehst, dann darf diese die Schwingung nur einmal schneiden. Das ist bei a der Fall, nicht aber bei b und c.

Abb. 14.55: Erzeugung einer Rechteckschwingung durch Überlagerung von Sinusschwingungen

1820
Kap. 24.2, BB6

Um das Jahr 1820 machte der dänische Physiker CHRISTIAN ØRSTED eine enorm wichtige Entdeckung, die zu Anwendungen wie Elektromotoren oder Strommessgeräten führte. Er entdeckte nämlich, dass eine Magnetnadel abgelenkt wird, wenn in der Nähe Strom durch einen Leiter fließt. Diese Entdeckung schlug in der wissenschaftlichen Welt wie eine Bombe ein, denn sie belegte, was man schon lange vermutet hatte: Elektrizität und Magnetismus hängen irgendwie zusammen.

Abb. 24.8: Die Richtung der magnetischen Feldlinien kann man mit der rechten Hand bestimmen (b). Wenn du den Leiter so umgreifst, dass der Daumen in (technische) Stromrichtung zeigt, dann geben dir die Finger die Richtung des magnetischen Feldes an. In diese Richtung zeigt dann der Nordpol der Nadel (rot).

1826
Kap. 24.4, BB6

Den genauen Zusammenhang zwischen Spannung, Stromstärke und Widerstand entdeckte der deutsche Physiker GEORG SIMON OHM im Jahr 1826, und man nennt diesen daher das Ohm’sche Gesetz. Das Verhältnis von Spannung und Strom ist für einen Widerstand immer gleich groß. Anders gesagt: I ist proportional zu U. Wird die Spannung verdoppelt, so verdoppelt sich auch die Stromstärke.

Ohmsches Gesetz
R = U/I → I = U/R → U = RI
R … Ohm’scher Widerstand [Ω]
U … Spannung [V]
II… Stromstärke [A]

1827
Kap. 18.1, BB6

Als Brownsche Bewegung (bzw. Brown'sche Bewegung oder Brownsche Molekularbewegung) wird die vom schottischen Botaniker ROBERT BROWN im Jahr 1827 wiederentdeckte Wärmebewegung von Teilchen bezeichnet. Die Erklärung für dieses Phänomen liefert 1905, also fast 80 Jahre später, kein geringerer als ALBERT EINSTEIN.

Abb. 18.1: Bahn eines kleinen Teilchens in einem Wassertropfen

1831
Kap. 31.4, BB7
Kap. 32.3, BB7

Strom erzeugt ein Magnetfeld! Das entdeckte CHRISTIAN ØRSTED 1820. Es wäre nur allzu logisch, dass auch umgekehrt Magnetismus Strom erzeugt. Das ist aber nicht so. Viele Physiker zerbrachen sich über diese scheinbare Paradoxie den Kopf, unter anderem auch MICHAEL FARADAY. 1831 konnte er das Rätsel aber lösen: Man kann schon Strom in der Spule erzeugen, aber nur dann, wenn sich dabei das Magnetfeld im Inneren verändert, etwa wenn man den Magneten bewegt. Kurz gesagt: Ein veränderliches Magnetfeld erzeugt Strom. Die Entdeckung der Induktion ist auch gleichzeitig die Grundlage zur Entwicklung des Transformators.

Abb. 31.25: Messung der Induktionsspannung

1834
Kap. 31.5, BB6

Die Lenz’sche Regel (nach HEINRICH LENZ) besagt, dass das induzierte Magnetfeld immer so gerichtet ist, dass es seiner Ursache entgegenwirkt.

1839
Kap. 26.3, BB6

In diesem Jahr entdeckt ALEXANDRE EDMONDE BECQUEREL (dieser Physiker darf nicht mit HENRI BECQUEREL verwechselt werden, der 1897 die Radioaktivität entdeckt) den Fotoeffekt. Der Fotoeffekt wird 1887 von HEINRICH HERTZ und seinem Assistenten WILHELM HALLWACHS genauer untersucht unter 1905 von ALBERT EINSTEIN theoretisch erklärt. Für diese Leistung erhält Einstein 1921 den Nobelpreis für Physik.

1842
Kap. 9.6, BB5

In diesem Jahr formulierte ROBERT MAYER den Energiesatz: In einem abgeschlossenen System ist die Gesamtenergie konstant. Energie kann weder erzeugt oder vernichtet, sondern nur in eine andere Form umgewandelt werden.

Abb. 9.27: Der Arzt ROBERT MAYER (1814-1878)

1842
Kap. 16.3, BB6

Der Dopplereffekt wurde nach dem österreichischen Physiker und Mathematiker CHRISTIAN DOPPLER benannt, der ihn 1842 voraussagte. Doppler wollte die unterschiedlichen Farben der Sterne durch ihre Eigenbewegung erklären. Auch wenn er damit falsch lag – die Farben entstehen durch die unterschiedliche Oberflächentemperatur der Sterne – war seine Berechnung im Prinzip richtig.

1845
Kap. 24.5, BB6

Die zwei kirchhoffschen Regeln wurden 1845 von GUSTAV ROBERT KIRCHHOFF formuliert. Sie beschreiben jeweils den Zusammenhang zwischen mehreren elektrischen Strömen und zwischen mehreren elektrischen Spannungen in elektrischen Netzwerken.

1845
Kap. 38.5, BB7

Der belgische Mathematiker PIERRE-FRANÇOIS VERHULST entwickelte 1845 eine realistische Gleichung für die Berechnung der Entwicklung der Populationsgröße: P_n+1 = k·P_n·(1 - P_n). Die Angabe der Populationsgröße erfolgt relativ, wobei 1 der größtmögliche Wert ist. Der gegenläufige Term (1 - P_n) entspricht dem eingeschränkten Nahrungsangebot bei steigender Zahl der Population. Bereits diese simple Gleichung führt bei starkem Wachstum ins Chaos.

Abb. 38.19: Oben und unten betragen die Startwerte 0,1 und 0,101. Sie liegen nur 1 % auseinander, also zum Beispiel 100 und 101 Raupen. Bei k = 3,4 sind die Kurven praktisch deckungsgleich, bei k = 4 laufen sie nach 6 Jahren völlig auseinander (vergleiche mit Abb. 38.7). Eine einzige Raupe mehr zu Beginn führt dazu, dass die Population nach 13 Jahren fast völlig ausgerottet ist.

1846
Kap. 12.4, BB6
Kap. 13.2, BB6

Nicht nur die Sonne, sondern auch jeder Planet wirkt auf jeden anderen Planeten ein. Genau genommen beschreibt also kein einziger Planet eine exakte Ellipse (wie von JOHANNES KEPLER in seinem ersten Gesetz beschrieben), sondern jeder wobbelt ein wenig auf seiner Bahn herum. Wenn man für Jupiter und Saturn alle diese Kräfte berücksichtigte, dann könnte man eine Bahn berechnen, die mit der tatsächlichen übereinstimmte. Der Uranus jedoch verhielt sich ziemlich seltsam und folgte nicht der berechneten Bahn. Die Gravitationstheorie war daher in großer Gefahr! Der Engländer Adams und später auch der Franzose LEVERRIER zogen unabhängig und ohne voneinander zu wissen eine andere Möglichkeit in Betracht: Vielleicht gab es noch einen bisher unentdeckten Planeten, der die Bahn des Uranus beeinflusste? Sie berechneten, wo sich dieser Planet befinden müsste. Tatsächlich fand man 1846 einen neuen Planeten, den man Neptun nannte, und das war wiederum ein Triumph für Newtons Gravitationstheorie!

1848
Kap. 18.2, BB6

William Thomson alias LORD KELVIN erfindet die nach ihm benannte Temperaturskala.

1851
Kap. 12.2, BB6

Eine der Annahmen des heliozentrischen Weltbildes war, dass die scheinbare Drehung der Sterne durch die Eigendrehung der Erde zustande kommt. Diese konnte man sehr lange Zeit nicht nachweisen, weil sich die Erde zu langsam dreht. Erst im Jahr 1851 konnte LÉON FOUCAULT mit Hilfe eines langen Pendels diese Drehung belegen und somit auch, dass die Erde kein Inertialsystem ist.

Abb. 12.11: Schwingendes Pendel und Erde aus der Sicht von außen (a) und einer Person am Pol (b).

1856
Kap. 33, BB7

In diesem Jahr entdeckte der geniale Physiker JAMES CLERK MAXWELL auf theoretischem Weg, dass sichtbares Licht eine Welle aus elektrischen und magnetischen Feldern ist, also eine elektromagnetische Welle (EM-Welle). Zu seiner Zeit waren nur sichtbares, infrarotes und ultraviolettes Licht als EM-Wellen bekannt.

Abb. 33.12: Bei EM-Wellen schwingen sowohl das elektrische als auch das magnetische Feld quer zur Ausbreitungsrichtung. Sie sind daher Transversalwellen.

1860
Kap. 21.1, BB6

Der Druck in einem Behälter hängt von der ungeordneten Bewegungsenergie der Teilchen ab. Du siehst, dass sich auch hier das Teilchenkonzept bestens bewährt. Die einzelnen Moleküle sind aber nicht gleich schnell. Das hat bereits JAMES CLERK MAXWELL 1860 auf theoretischem Wege vorausgesagt.

Abb. 21.5: Maxwell-Geschwindigkeitsverteilung der N2-Moleküle bei verschiedenen Temperaturen. Weil die Verteilung nicht symmetrisch ist, ist die durchschnittliche Geschwindigkeit immer etwas höher als die wahrscheinlichste.

1860
Kap. 28.2, BB7

JOSEF VON FRAUNHOFER entdeckte bereits 1815 im Spektrum der Sonne dunkle Linien, deren Ursprung man damals aber noch nicht verstand. Erst um 1860 fand GUSTAV KIRCHHOFF die Erklärung dafür: Die fehlenden Linien werden von Gasen verursacht, die sich in der Sonnen- und Erdatmosphäre befinden.

Abb. 28.12: Manche Farben werden durch Gasatome in alle Richtungen zerstreut und erscheinen dann im Spektrum auf der Erde als dunkler Strich.

1865
Kap. 33.1, BB7

JAMES CLERK MAXWELL entwickelt die vier Maxwell’schen Gleichungen. Diese beschreiben die Erzeugung von elektrischen und magnetischen Feldern durch Ladungen und Ströme und die Wechselwirkung zwischen diesen Feldern. Maxwell fasste die zu seiner Zeit bekannten Gesetzmäßigkeiten zusammen und komplettierte sie.

Abb. 33.10: Verschmelzung von Elektrizität, Magnetismus und Optik.

1865
Kap. 18.5, BB6
Kap. 20.2, BB6

Der Physiker RUDOLF CLAUSIUS formuliert den 2. Hauptsatz der Thermodynamik. Der erste Hauptsatz lässt sich aus dem Energiesatz von ROBERT MAYER ableiten.

Abb. 20.7: In allen drei Fallen erhoht sich von oben nach unten die Entropie und somit die Wahrscheinlichkeit. a) Ein Gas expandiert; b) Warme verteilt sich; c) zwei Gase vermischen sich.

1866
Kap. 32.1, BB7

Das dynamoelektrische Prinzip wurde erstmals 1851 von Søren Hjorth entdeckt. Dabei werden in Hochleistungsgeneratoren Elektromagnete verwendet, die durch den Strom betrieben werden, den der Generator selbst erzeugt. Diese Entdeckung blieb aber weitgehend unbeachtet. WERNER VON SIEMENS wiederentdeckt das elektrodynamische Prinzip 1866.

Abb. 32.7: Modell eines dynamo-elektrischen Großgenerators.
Im Gegensatz zu Abb. 32.3 rotiert hier der Magnet. Dieser wird mit dem Strom versorgt, den der Generator selbst erzeugt. Dazu muss der Wechselstrom allerdings vorher gleichgerichtet, also in Gleichstrom umgewandelt werden.

1869
Kap. 3.3, BB6
Kap. 27.5, BB7

Schon Anfang des 19. Jahrhunderts kannte man eine große Zahl an Elementen, aber erst 1869 fassten der Russe DIMITRIJ MENDELEJEW und der Deutsche LOTHAR MEYER unabhängig voneinander deren Eigenschaften zu einem Periodensystem zusammen. Dieses System hatte bereits große Ähnlichkeit mit dem, das wir heute verwenden.

Abb. 3.11: Die Elemente des Periodensystems. Alle Elemente ab dem Plutonium sind künstlich hergestellt. Momentan (2007) ist man bereits bei Z = 118.

1876
Kap. 22.4, BB6

1862 begann NIKOLAUS OTTO erste Experimente mit Viertaktmotoren, welche ab 1876 zum Einsatz kamen.

Tab. 22.3: Arbeitsweise und p-V-Diagramm des Ottomotors.
OT = oberer Totpunkt, UT = unterer Totpunkt. Weil die Kurve im p-V-Diagramm geschlossen ist, spricht man von einem Kreisprozess.

1877
Kap. 22.3, BB6

LOUIS PAUL CAILLETET verflüssigt Sauerstoff bei -183 °C (90 K).

1879
Kap. 35.3, BB7

Das Stefan-Boltzmann-Gesetz wurde im Jahr 1879 von JOSEF STEFAN experimentell entdeckt und 1884 von LUDWIG BOLTZMANN theoretisch durch thermodynamische Überlegungen aus der klassischen elektromagnetischen Theorie der Strahlung hergeleitet. Im Jahre 1900, also 21 Jahre nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz, entdeckte MAX PLANCK das nach ihm benannte Plancksche Strahlungsgesetz, aus dem das Stefan-Boltzmann-Gesetz einfach durch Integration über alle Richtungen und Wellenlängen folgt.

1882
Kap. 32.3, BB7

Die grundlegenden Entdeckungen zum Elektromagnetismus, die die Basis für die gesamte Elektrotechnik sind, wurden zwischen 1820 und 1835 gemacht, also in bloß 15 Jahren. Dann dauerte es aber noch fast 50 Jahre, bis 1882 in New York das erste öffentliche Elektrizitätswerk in Betrieb ging. Es erzeugte Gleichstrom, und im Zuge dessen entbrannte ein erbitterter Streit zwischen den Wechselstrom- und Gleichstromanhängern.
Das erste E-Werk der Welt arbeitete mit Gleichstrom. Der berühmte THOMAS EDISON, der unter anderem die Glühbirne verbessert hatte, setzte auf diese Technik. Dagegen stand die Wechselstromtechnik, deren bekanntester Verfechter NIKOLA TESLA war. Weil es hier nicht nur ums Prestige, sondern auch um unglaublich viel Geld ging, entbrannte ein Streit, der vor allem von Edison brutal geführt wurde. Um die Gefährlichkeit von Wechselstrom zu zeigen, erfand er quasi nebenbei den elektrischen Stuhl. Letztlich setzte sich der Wechselstrom durch, weil er transformierbar ist. Besonders wichtig ist das zum Minimieren der Verluste in den Hochspannungsleitungen.

1884
Kap. 35.3, BB7

1886
Kap. 33.2, BB7
Kap. 36.1, BB7

MAXWELLS theoretische Vorhersagen über die elektromagnetischen Wellen konnten erst 1886 experimentell belegt werden, als es HEINRICH HERTZ gelang, EM-Wellen auf künstlichem Weg herzustellen und deren Eigenschaften zu testen. Er ist quasi der Vater der Telekommunikation. Hertz verwendete aber nicht die heute üblichen rückgekoppelten Schwingkreise, sondern regte die EM-Wellen mit Hilfe eines Funkens an.

Abb. 36.2: Prinzip des Versuchs von Heinrich Hertz. Mit einer Art Zündspule wird ein Funken erzeugt. Dieser löst in den Antennen Ladungsschwingungen aus – EM-Wellen entstehen. Wenn die Empfangsstation in Resonanz gerät, dann springt zwischen den Metallkugeln ebenfalls ein Funke über.

1887
Kap. 39.2, BB8

MICHELSON und MORLEY machten sich im Jahr 1887 daran, den Ätherwind zu messen. Da wir heute wissen, dass es keinen Äther gibt, ist auch klar, dass das Experiment scheitern musste, obwohl es öfters und mit steigender Präzision wiederholt wurde. Der Ausgang des Michelson-Morley-Experiments gilt als berühmtestes Nullresultat unter den physikalischen Versuchen. Es gab heftige Diskussionen und verschiedene Ansichten darüber, wieso man nichts messen konnte. 1905 erklärte ein bis dahin unbekannter Beamter des Patentamts in Bern in einem berühmten Aufsatz, dass man den Äther nicht messen kann, weil er gar nicht existiert. Der Beamte war ALBERT EINSTEIN, und besagter Aufsatz wird heute als Spezielle Relativitätstheorie bezeichnet. Er löste eine physikalische Revolution aus.

Abb. 39.19: Das Michelson-Interferometer. Gäbe es einen Ätherwind, dann müsste sich das Interferenzmuster bei Drehung des Geräts irgendwie ändern, wie hier schematisch dargestellt.

1887
Kap. 26.3, BB7

Der 1839 von ALEXANDRE EDMONDE BECQUEREL (dieser Physiker darf nicht mit HENRI BECQUEREL verwechselt werden, der 1897 die Radioaktivität entdeckt) entdeckte Fotoeffekt wird in diesem Jahr von HEINRICH HERTZ und seinem Assistenten WILHELM HALLWACHS genauer untersucht. 1905 wird der Effekt von ALBERT EINSTEIN theoretisch erklärt. Für diese Leistung erhält Einstein 1921 den Nobelpreis für Physik.

1889
Kap. 2.5, BB5

1889 schuf man zum Urmeterstab das Urkilogramm, das in einem Tresor in Paris unter drei „Käseglocken“ aufbewahrt wird - bis zum heutigen Tag. 1 kg ist also auch heute noch genau die Masse, die das Urkilogramm besitzt.

Abb. 2.18: Eine der Kopien des Pariser Urkilogramms.

1890
Kap. 38.4, BB7

Die Bahnen von zwei umeinander rotierenden Massen sind tatsächlich elliptisch, aber bereits bei drei Körpern können sie völlig unregelmäßig und chaotisch werden. Das konnte bereits 1890 der große Mathematiker HENRY POINCARÉ zeigen. Simulationen zeigen, dass in Doppelsternsystemen kaum stabile Planetenbahnen möglich sind und somit auch kein Leben entstehen kann.

Abb. 38.16: Simulation von Planetenbahnen im Schwerefeld von wie etwa einem Doppelsternsystem.
Eine kleine Änderung der Ausgangssituation erzeugt eine völlig andere Bahn.

1891
Kap. 31.2, BB7

Wenn Strom fließt, dann bewegt sich die Schaukel bei dieser Anordnung nach außen. Die Kraft, die das bewirkt, nennt man nach dem holländischen Physiker HENDRIK ANTOON LORENTZ die Lorentz-Kraft. Sie steht immer normal zur Bewegungsrichtung der Ladungen und normal zum Magnetfeld. Ihre Richtung kann man mit der Drei-Finger-Regel bestimmen.

Abb. 31.7: a) Auf eine stromdurchflossene Leiterschleife im Magnetfeld wirkt eine Kraft. b) Drei-Finger-Regel: Der Daumen zeigt in technische Stromrichtung. Der Zeigefinger zeigt in Richtung des Magnetfeldes, also von N nach S. In diese Richtung wurde der Nordpol einer Kompassnadel zeigen. Der Mittelfinger gibt nun die Richtung der Lorentz-Kraft an. F_L entspricht dem Kreuzprodukt von I und B.

1893
Kap. 35.1, BB7

Den Zusammenhang zwischen Temperatur und Strahlungsmaximum eines Schwarzen Strahlers kann man z.B. mit dem Wien’schen Verschiebungsgesetz beschreiben, das 1893/94 vom WILHELM WIEN entdeckt wurde.

Abb. 35.6: Strahlung von idealen schwarzen Strahlern und die reale Strahlung der Sonne. Die Maxima (strichlierte Linie) verschieben sich mit zunehmender Temperatur nach links und somit die sichtbare Farbe von rot uber orange und gelb bis blau (siehe auch Abb. 28.14, Kap. 28.2).

1895
Kap. 35.4, BB7

WILHELM CONRAD RÖNTGEN entdeckte die nach ihm benannten Strahlen 1895 zufällig, als er mit energiereichen Elektronen einer Kathodenstrahlröhre arbeitete. Dabei bemerkte er, dass einige Meter entfernt ein speziell beschichtetes Papier fluoreszierte. Nach umfangreichen Experimenten kam er zum Schluss, dass das Leuchten durch eine neue Art von Strahlen verursacht wurde, die von der Röhre ausgingen. Er nannte sie X-Strahlen. Diese waren in der Lage, die meisten Substanzen mühelos zu durchdringen. Mit ihnen durch den eigenen Körper schauen zu können (Abb. 35.17), machte Röntgenstrahlen zur populärsten physikalischen Entdeckung ihrer Zeit. 1901 bekam Röntgen den ersten Physiknobelpreis verliehen.

Abb. 35.16: Links: Aufbau einer Röntgenröhre und wie man damit fotografiert. Rechts: Eine der ersten Röntgenaufnahmen der Welt

1895
Kap. 22.3, BB6

Der Deutsche CARL VON LINDE entwickelte 1895 ein nach ihm benanntes Verfahren, das bis heute zur Luftverflüssigung verwendet wird. Dabei wird Luft zuerst stark komprimiert (200 bar) und dann wieder „entspannt“, indem das Gas durch eine poröse Membran muss.

Abb. 22.6: Linde-Verfahren zur Luftverflüssigung

1896
Kap. 27.4, BB7

Bereits 1896 beobachtete der Holländer PIETER ZEEMAN, dass sich die Linien eines Spektrums noch weiter aufspalten lassen, wenn sich die Atome in einem Magnetfeld befinden. Deshalb wusste man auch schon vor 1900, dass die Sonne ein Magnetfeld haben muss: weil Spektrallinien aufgespalten sind!
Manche dieser Aufspaltungen konnte man lange Zeit nicht erklären. Erst WOLFGANG PAULI zeigt 1925 auf theoretischem Weg, dass man alle Fälle von Aufspaltungen erklären kann, wenn man annimmt, dass Elektronen eine Eigendrehung, also einen Spin besitzen. Dadurch werden sie salopp gesagt zu kleinen Stabmagneten, die vom äußeren Magnetfeld beeinflusst werden.

Abb. 27.21: Schematische Darstellung der Aufspaltung einer einzelnen Linie durch das Anlegen eines äußeren Magnetfeldes.

1897
Kap. 3.1, BB5
Kap. 27.1, BB7

1897 konnte der britische Physiker JOSEPH J. THOMSON die Existenz von Elektronen nachweisen. Er vermutete, dass das Atom aus einer gleichmäßig verteilten positiven Ladung und den negativ geladenen Elektronen besteht, die sich darin wie Rosinen in einem Kuchen befinden. Deshalb nannte man das Modell auch Rosinenkuchenmodell.

Abb. 27.2: Wichtige Stationen in der Entwicklung des Atommodells (siehe auch Tab. 27.1). Du siehst, der Weg von den harten Kugeln bis zum modernen Modell dauerte nur etwa 30 Jahre!

1897
Kap. 22.4, BB6

Ab 1893 entwickelte RUDOLF DIESEL in der Maschinenfabrik MAN AG Augsburg den Dieselmotor. 1897 war das erste funktionstüchtige Modell dieses Motors fertig.

1897
Kap. 46, BB8

Der Franzose HENRI BECQUEREL entdeckte 1897 zufällig, dass man mit dem Erz Uranpechblende lichtdicht verpackte Fotoplatten schwärzen kann.

Abb. 46.1: Henry Becquerel

1898
Kap. 46, BB8

Dem Ehepaar MARIE und PIERRE CURIE gelang es ab 1898, aus Uranpechblende Beimischungen zu isolieren, die Millionen Mal stärker strahlen als Uran, nämlich Polonium und Radium.

Abb. 46.1: Das Ehepaar Curie.

1898
Kap. 22.3, BB6

JAMES DEWAR verflüssigt Wasserstoff bei -253 °C (20 K).

1900
Kap. 26.3, BB7
Kap. 35.1, BB7

MAX PLANCK kann die Schwarzkörperstrahlung theoretisch herleiten. Dazu muss er die Konstante h einführen, die später nach ihm Planck’sches Wirkungsquantum genannt wird. Schon im 19. Jahrhundert konnte man die Strahlung von Hohlräumen (also von schwarzen Strahlern) im Labor messen. Die gemessenen Werte waren aber mit klassischer Physik nicht zu erklären. Max Planck fand 1900 ein Strahlungsgesetz, das mit den gemessenen Werten übereinstimmte. Er musste dazu aber, wie er selber sagte, in einem „Akt der Verzweiflung“ annehmen, dass die Energie nur in Form von „Portionen“ aufgenommen bzw. abgegeben wird.
Diese Portionen nennen wir heute Quanten bzw. beim Licht Photonen. Um diese Energieportionen zu beschreiben führte Planck bei der Entwicklung seines Strahlungsgesetzes die Gleichung E = h·f ein, wobei h das nach ihm benannte Wirkungsquantum ist. Planck hatte in seiner „Verzweiflung“ die Quantenmechanik ins Rollen gebracht und dafür später den Nobelpreis bekommen. Einstein konnte 1905 mit Hilfe der Gleichung E = h·f den Fotoeffekt erklären.

Abb. 35.5: Intensitätsmessung eines schwarzen Strahlers (rechts oben). Das klassische Modell versagt bei kurzen Wellenlangen völlig. Die Strahlungsverteilung ist nur mit Hilfe der Quantenmechanik zu erklären.

1901
Kap. 36.1, bb7

Der Italiener GUGLIELMO MARCONI setzte die Hertz’schen Versuche fort. Er baute in den Senderstromkreis einen Taster ein und konnte so Morsesignale übertragen, ohne auf Telegrafenleitungen angewiesen zu sein. 1901 überbrückte er mit einer Funkverbindung eine Strecke von 3400 km von Europa über den Atlantik nach Kanada. 1909 erhielt er für seine Erfindung den Nobelpreis.

Abb. 36.3: Marconi mit seiner Erfindung. Links unten kann man gut die beiden Kugelkondensatoren der Sendeantenne erkennen (siehe auch Abb. 36.2).

1902
Kap. 46.1, BB8

ERNEST RUTHERFORD konnte 1902 mit Hilfe eines Magnetfeldes drei Arten von Strahlung unterscheiden. Er nannte sie nach den ersten Buchstaben des griechischen Alphabets α-, β- und γ-Strahlung.

1903
Kap. 52.1, BB8

Abb. 52.4: Im Dezember 1903 fliegt Orville Wright mit der „Kitty Hawk“ als erster Mensch mit einem Gerät, das schwerer ist als Luft und legt dabei eine Strecke von 37 m zurück. Den Vortrieb liefern zwei Propeller.

1905
Kap. 39.1, BB8

Abb. 39.19: Das Michelson-Interferometer. Gäbe es einen Ätherwind, dann müsste sich das Interferenzmuster bei Drehung des Geräts irgendwie ändern, wie hier schematisch dargestellt.

1905
Kap. 18.1, BB6
Kap. 26.3, BB7

In diesem Jahr veröffentlichte ALBERT EINSTEIN neben seiner Speziellen Relativitätstheorie außerdem noch eine Arbeit, in der er ein gewichtiges Argument für die Teilchentheorie des Lichts lieferte. Er war damit in der Lage, den seltsamen Fotoeffekt erklären zu können. Dafür bekam er 1921 den Nobelpreis für Physik. Außerdem löste er in diesem Jahr auch das Phänomen der Brownschen Molekularbewegung, die vom schottischen Botaniker ROBERT BROWN im Jahr 1827 wiederentdeckte wurde.

Abb. 26.15: Wenn man eine Zinkplatte negativ auflädt (Abb. 26.15 a) und sie dann mit UV-Licht bestrahlt, verliert sie wieder ihre Ladung (b). Wenn man aber vor die UV-Lampe eine Glasplatte gibt, dann bleibt die Zinkplatte negativ geladen (c). Was besonders verblüffend ist. Wenn man die Platte mit einer normalen, sehr starken Lampe bestrahlt (d), kann man sie ebenfalls nicht zum Entladen bringen. Das kann man mit dem Wellenmodell nicht erklären. Nach diesem würde es nämlich nur auf die Intensität der Lampe ankommen, also auf die Watt die sie abstrahlt. Die Art des Lichts, also UV oder sichtbar, dürfte keine Rolle spielen. Der Fotoeffekt belegt aber, dass gerade die Lichtart eine Rolle spielt, nicht aber die Intensität der Welle.

Abb. 18.1: Bahn eines kleinen Teilchens in einem Wassertropfen

1906
Kap. 15.2, BB6

Nach einem Erdbeben gibt es auf der gegenüberliegenden Seite der Erde einen sehr großen Bereich, in dem keine Transversalwellen auftreten, die so genannte Schattenzone. Man wusste aber früher nicht, warum das so ist. Dann kam aber RICHARD D. OLDHAM 1906 auf die richtige Idee, dass der Erdkern flüssig sein muss, weil sich in Flüssigkeiten keine Transversalwellen ausbreiten können.

Abb. 15.14: Vereinfachte Darstellung, wie Bebenwellen durch die Erde laufen. Weil durch den flüssigen Bereich keine S-Wellen laufen können, liegt dahinter eine riesige Schattenzone für S-Wellen.

1907
Kap. 8.1, BB5
Kap. 44.1, BB8

Schon seit GALILEI und NEWTON war die Gleichheit von träger und schwerer Masse durch die Fallgesetze bekannt, aber man dachte wohl irgendwie an einen Zufall. Erst EINSTEIN bemerkte: Träge und schwere Masse sind deshalb gleich groß, weil sie genau dasselbe und somit ununterscheidbar sind. Man kann durch kein einziges Experiment feststellen, ob eine Kugel durch die Anziehungskraft der Erde (schwere Masse) oder durch die Beschleunigung der Rakete (träge Masse) zu Boden fällt. Diese Tatsache nennt man das Äquivalenzprinzip. Es ist eine wichtige Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie.

Abb. 44.3: Es ist nicht zu unterscheiden, ob ein Raumschiff fernab aller Himmelskörper beschleunigt (a) oder auf der Erde steht (b). Bei a wirkt die träge Masse, bei b die schwere.

Abb. 44.4:_ Es ist nicht zu unterscheiden, ob ein Raumschiff fernab aller Himmelskörper im All schwebt (a) oder sich im freien Fall befindet (b). Bei a wirken weder träge noch schwere Masse, bei b heben sie einander genau auf.

1907
Kap. 23.1.2, BB6

Jede in der Natur vorkommende Ladung ist ein ganzzahliges Vielfaches von e. Diesen Wert kann man nicht berechnen, sondern nur im Experiment bestimmen. Der erste, dem das gelang, war der Amerikaner ROBERT MILLIKAN 1907, der dafür 1923 den Nobelpreis für Physik bekam.

Abb. 23.9: Versuchsprotokoll: Die Ladung der Öltröpfchen ist immer ein Vielfaches der Elementarladung.

1908
Kap. 22.3, BB6

HEIKE KAMERLINGH-ONNES verflüssigt Helium bei -269 °C (4,2 K).

1911
Kap. 22.3, BB6

HEIKE KAMERLINGH-ONNES entdeckt, dass Quecksilber unter 4,2 K supraleitend wird.

1911
Kap. 3.1, BB5
Kap. 27.1, BB7

ERNEST RUTHERFORD konnte 1911 zeigen, dass die Masse im Atom keineswegs gleichmäßig verteilt, sondern auf einen überaus winzigen Kern konzentriert ist. Rund um den Kern kreisten nach diesem Modell die Elektronen, ähnlich wie Planeten um die Sonne.

Abb. 27.5: Links: Je naher das positive α-Teilchen dem ebenfalls positiven Kern kommt, desto starker wird es abgelenkt – im Extremfall sogar zurück. Rechts: Veranschaulichung der Teilchenstreuung mit Hilfe eines „Hügelmodells“. Die Höhe steht dabei für die Starke der Abstoßung.

1911
Kap. 44.3, BB8

Die Rotverschiebung durch die Gravitation wurde von EINSTEIN bereits 1911 vorausgesagt, also noch vor der Fertigstellung seiner ART. Der Effekt ist aber auf der Erde extrem winzig. Erst 1959 gelang den amerikanischen Physikern ROBERT POUND und GLEN REBKA ein experimenteller Nachweis.

Abb. 44.16: Robert Pound am unteren Ende des Turms. Die Präzision des Experiments war beachtlicht: Bei einer Steighöhe von 20 m liegt der Faktor g·H/c² bei winzigen 2·10^–15. Die Messergebnisse stimmten mit der Theorie innerhalb einer Messgenauigkeit von 1 % überein.

1913
Kap. 3.1, BB5
Kap. 27.1, BB7

NIELS BOHR verbesserte 1913 das Atommodell von RUTHERFORD, indem er annahm, dass die Elektronen nur auf bestimmten Bahnen um den Kern laufen können. Man nennt sein Modell deshalb auch das Schalenmodell. Es galt wissenschaftlich als fraglich, aber man konnte damit gewisse Beobachtungen sehr anschaulich erklären.

Abb. 27.8: Im Atommodell von Bohr „durfen“ die Elektronen „per Verordnung“ nur auf ganz bestimmten Bahnen um den Kern laufen, quasi „Rasen betreten verboten“.

1916
Kap. 1.1, BB5
Kap. 13.5, BB6
Kap. 44, BB8

EINSTEIN brauchte nach der Veröffentlichung seiner Speziellen Relativitätstheorie zehn Jahre, um daraus sein Meisterwerk zu entwickeln, die Allgemeine Relativitätstheorie (ART), die er 1916 veröffentlichte. Einige Jahre vorher soll er einem Freund geschrieben haben, dass er noch nie in seinem Leben so hart gearbeitet habe, und dass die Spezielle im Vergleich zur Allgemeinen Relativitätstheorie ein Kinderspiel gewesen sei.

1916
Kap. 44.8, BB8

Der Astronom KARL SCHWARZSCHILD hat bereits 1916 herausgefunden, dass es eine Grenze um Schwarze Löcher gibt. Alles, was sich einmal innerhalb dieser Grenze befindet, kann nie wieder heraus, nicht einmal das Licht. Man nennt diese Grenze Schwarzschildradius.

Abb. 44.38: So klein ist der Schwarzschildradius der Erde! Darin hatten 6·10²⁴ kg Masse Platz!!!

1918
Kap. 1.1, BB5
Kap. 44.7, BB8

Die ART sagt vereinfacht gesagt voraus, dass der Raum um einen Planeten wie die Erde sich wie klebriger Sirup verhält und mit der Drehung mitgezogen wird. Dieser Effekt ist eine Ableitung (also eine Deduktion) aus der ART. Er wurde von den Österreichischen Physikern HANS THIRRING und JOSEF LENSE bereits 1918 vorhergesagt. Manchmal muss man sehr viel Geduld haben, bis eine Vorhersage tatsächlich auch im Experiment belegt werden kann. Denn in diesem Fall gelang das erst 86 Jahre später, nämlich 2004.

Abb. 44.37: Durch den Thirring-Lense-Effekt zieht die rotierende Erde den Raum mit sich herum und Satellitenbahnen sind nicht geschlossen.

1919
Kap. 45.2, BB8

RUTHERFORD entdeckt das Proton.

1920
Kap. 44.7, BB8

EINSTEIN sagt die Existenz von Gravitationswellen voraus. Diese werden 1974 von JOSEPH TAYLOR und RUSSEL HULSE belegt.

Abb. 15.8: Computersimulation der Gravitationswellen, wenn zwei sehr massive Objekte einander umkreisen.

Abb. 44.36: 1974 entdeckten Joseph Taylor und Russel Hulse zwei Neutronensterne, die einander umlaufen. Dabei strahlen sie Gravitationswellen ab und verlieren an kinetischer Energie. Sie „spiralen“ aufeinander zu, wodurch sich ihre Rotationsgeschwindigkeit erhöht, ähnlich wie eine Eisläuferin, die eine Pirouette macht. Die Abnahme der Rotationsdauer deckt sich genau mit der Vorhersage durch die ART. Die Verleihung des Nobelpreises 1993 für diese Entdeckung ist auch eine späte Würdigung für Einstein, der die Gravitationswellen bereits 1920 vorausgesagt hatte.

1920
Kap. 36.1, BB7

Ab 1920 gab es in den USA die ersten Rundfunkstationen mit regelmäßigem Programm.

1924
Kap. 36.1, BB8

Ab 1924 gab es in Österreich die ersten Rundfunkstationen mit regelmäßigem Programm.

1924
Kap. 26.4, BB7

Im Jahr 1924 stellte der französische Physiker LOUIS DE BROGLIE (sprich „de Broi“) eine gewagte Hypothese auf. Warum sollte die Doppelnatur Welle-Teilchen nur für Photonen und nicht auch für andere Quanten gelten? Wieso sollten zum Beispiel Elektronen neben ihren Teilcheneigenschaften nicht auch Welleneigenschaften aufweisen, quasi auch eine Materiewelle sein? De Broglie stellte einen Zusammenhang zwischen Teilchen-Impuls und Wellenlänge her. Obwohl er später selbst an seinen Überlegungen zweifelte, weiß man heute, dass er richtig lag. So kann man etwa mit Röntgenlicht und mit Elektronen vergleichbarer Wellenlänge dieselben Beugungsmuster erzeugen.

Abb. 26.20: Beugungsmuster des Rontgenlichts (links) und eines Elektronenstrahls nach dem Durchqueren von Aluminiumpulver. Weil die Wellenlangen vergleichbar sind (siehe Tab. 26.2), sind auch die Beugungsmuster praktisch gleich.

1925
Kap. 27.4, BB7

Es gibt eine Eigenschaft der Quanten, die WOLFGANG PAULI 1925 bei Elektronen entdeckte und die man sich nicht bildlich vorstellen kann: den Spin! Leider lässt sich der Begriff schwer in einem Satz erklären. Etwas allgemein, aber nicht sehr befriedigend kann man so sagen: Der Spin ist eine grundlegende Eigenschaft jedes Quants, ähnlich wie seine Masse oder seine Ladung. Alle drei Eigenschaften können wir messen und belegen. Aber es kann niemand sagen, was Ladung, Masse oder Spin „wirklich“ sind. Pauli formulierte auch sein berühmtes Prinzip, für das er 1945 den Nobelpreis erhielt. Das Ausschließungsprinzip, auch Pauli-Verbot genannt, lautet:
Zwei Elektronen im selben Orbital dürfen nicht den gleichen Spin besitzen.

Abb. 27.22: Bei makroskopischen Objekten kann man die Richtung des Spinvektors mit der rechten Hand bestimmen. Wenn die Finger in Drehrichtung zeigen, dann zeigt der Daumen in Richtung des Drehimpulsvektors. Auch Quanten kann man einen Spin zuordnen. Aber Achtung: Quanten sind keine rotierenden Kugeln. Quanten „sehen nicht aus“.

Abb. 27.20: WOLFGANG PAULI im Jahr 1926

etwa 1926
Kap. 3.1, BB5
Kap. 27.2+3, BB8

Die Quantenmechanik lieferte in den 1920ern das Atommodell, das heute immer noch gültig ist. WERNER HEISENBERG und der Österreicher ERWIN SCHRÖDINGER haben maßgeblich zur Entwicklung dieses Modells beigetragen. Dabei wird den Elektronen keine bestimmte Bahn zugeordnet, sondern eine so genannte Aufenthaltswahrscheinlichkeit, die man auch Orbital nennt. In diesem Modell hat das Atom keine festen Grenzen mehr.

Abb. 27.2: Wichtige Stationen in der Entwicklung des Atommodells (siehe auch Tab. 27.1). Du siehst, der Weg von den harten Kugeln bis zum modernen Modell dauerte nur etwa 30 Jahre!

1926
Kap. 27.3, BB7

Jedes Quant weist Welleneigenschaften auf, die man mit einer Wellenfunktion (Ψ) beschreiben kann. Der österreichische Physiknobelpreisträger ERWIN SCHRÖDINGER stellte 1926 eine Gleichung auf, mit der man eben diese Wellenfunktion eines Quants berechnen kann. Aus dieser kann man wiederum berechnen wie groß die Wahrscheinlichkeit ist, ein Quant bei einer Messung am jeweiligen Ort anzutreffen.

Abb. 27.17: Elektron im „Quantenkäfig“. Links die Wellenfunktion Ψ, die man mit der Schrödingergleichung berechnen kann. Sie beschreibt die Wahrscheinlichkeitswelle. Rechts die dazugehörige Wahrscheinlichkeitsdichte |Ψ |². Je höher diese an einer bestimmten Stelle ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, das Elektron bei der Messung dort anzutreffen. Verblüffend: Bei Oberwellen gibt es innerhalb der Box Orte mit der Wahrscheinlichkeitsdichte null. Genau an dieser Stelle wird man das Elektron niemals antreffen.

1927
Kap. 26.5, BB7

Es ist unmöglich, den exakten Zustand eines Quants zu einem bestimmten Zeitpunkt festzustellen. Konkret gesagt: Es ist unmöglich, sowohl den exakten Ort als auch den exakten Impuls eines Teilchens gleichzeitig zu bestimmen. Es bleibt beim Messen immer eine gewisse Unbestimmbarkeit, oder, wie man auch sagt, Unschärfe über. Das hat der deutsche Physiker WERNER HEISENBERG 1927 entdeckt, und man nennt diesen Effekt daher Heisenberg’sche Unschärferelation.

Abb. 26.32: Es gibt eine Mindestunschärfe, die man nicht verkleinern kann, und diese verhält sich wie die Fläche eines Rechtecks. Eine Verkleinerung einer Seite führt automatisch zu einer Vergrößerung der anderen, aber die Fläche bleibt gleich groß.

1927
Kap. 29.1, BB7

Ende der 1920er entstand unter Federführung von NILS BOHR eine Interpretation, die heute als Kopenhagener Deutung bekannt und verbreitet ist. Vereinfacht besagt sie: Solange man an einem Quant keine Messung vornimmt, befindet es sich in allen möglichen Zuständen. Diese werden durch seine Wellenfunktion beschrieben. In dem Moment, in dem man aber eine Messung durchführt, kollabiert die Wellenfunktion und man findet das Teilchen in einem bestimmten Zustand.

1927
Kap. 26.4, BB7

In diesem Jahr konnten die Physiker CLINTON DAVISSON und LESTER GERMER die Welleneigenschaften der Elektronen belegen und auch die Richtigkeit der Gleichung für die Materiewellen, die LOUIS DE BROGLIE 1924 aufgestellt hatte, belegen. Abb. 26.20 zeigt das Ergebnis eines modernen und etwas veränderten Experiments. Unter bestimmten Bedingungen ist die Wellenlänge von Röntgenlicht und schnellen Elektronen gleich groß. Deshalb müssen die Beugungsmuster auch gleich aussehen.

Abb. 26.20: Beugungsmuster des Rontgenlichts (links) und eines Elektronenstrahls nach dem Durchqueren von Aluminiumpulver. Weil die Wellenlangen vergleichbar sind (siehe Tab. 26.2), sind auch die Beugungsmuster praktisch gleich.

1927
Kap. 2.4, BB5

1927 wurde die Quarzuhr erfunden. Bei ihr ist ein elektromagnetischer Schwingkreis der Taktgeber, der eine Frequenz von knapp 33.000 Schwingungen pro Sekunden hat! Ein Quarz hilft dabei, dass diese Frequenz ganz genau eingehalten wird. Quarzuhren gehen in einem Monat nur etwa 1 Sekunde falsch.

1929
Kap. 50.1, BB8

Der Astronom EDWIN HUBBLE machte 1929 eine Entdeckung, mit der er die Vorstellung vom Universum radikal veränderte. Hubble entdeckte mit Hilfe der Rotverschiebung der Galaxien, dass das Universum nicht statisch ist, sondern expandiert. Denkt man sich die Bewegung rückwärts, bedeutet das, dass der Kosmos salopp gesagt irgendwann als explodierender Punkt begonnen haben muss. Man spricht heute vom Big Bang, vom Urknall.

Abb. 50.5: Aus der Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Abstand der Galaxien kann man das Hubble-Gesetz und die Hubble-Konstante ableiten.

1930
Kap. 12.4, BB6

In diesem Jahr wurde der Planet Pluto entdeckt. Im Sommer 2006 wurde ihm der Planetenstatus wieder aberkannt.

Pluto in Rotation

1930
Kap. 48.2.1, BB8

Bei den radioaktiven β-Teilchen ist die gemessene Geschwindigkeit fast immer geringer als die erwartete. Aber wo gehen Impuls und somit auch Energie „verloren“? Das erschien lange Zeit so rätselhaft, dass der große NIELS BOHR sogar am Energiesatz zu zweifeln begann. WOLFGANG PAULI hatte aber 1930 eine Idee. Er sagte voraus, dass beim β-Zerfall ein unbekanntes Teilchen entstehen muss, das den fehlenden Impuls besitzt. Und so ist es auch! Dieses Teilchen nennt man heute Neutrino.

Abb. 48.7: Geschwindigkeit von α- und β-Teilchen. Die β-Teilchen verletzen scheinbar den Energiesatz.

1932
Kap. 45.2, BB8

JAMES CHADWICK kann erstmals das Neutron nachweisen, das schon lange vorher vom Ehepaar Curie vermutet wurde.

1934
Kap. 1.1, BB5

Eine Hypothese ist nur dann sinnvoll, wenn sie sich widerlegen lässt. Man spricht von Falsifizieren, also für falsch befinden. SIR KARL POPPER legte diese Ansichten zur Wissenschaftstheorie in seinem Werk „Logik der Forschung“ 1934 vor.

Abb. 1.6: SIR KARL POPPER (1902–1994)

1935
Kap. 29.1, BB8

ERWIN SCHRÖDINGER hat 1935 ein Gedankenexperiment vorgeschlagen, mit dem er darauf hinweisen wollte, dass der Übergang von der Quantenmechanik zur klassischen Physik Probleme aufwirft. Dieses Gedankenexperiment ist als Schrödingers Katze bekannt geworden.

Abb. 29.1: Schrödingers arme Katze

1935
Kap. 29.3, BB7

ALBERT EINSTEIN ersann gemeinsam mit zwei seiner Studenten 1935 ein Gedankenexperiment, das unter dem Namen Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon (kurz EPR-Paradoxon) bekannt geworden ist. Es ist neben Schrödingers Katze das bekannteste Gedankenexperiment der Quantenmechanik.

1936
Kap. 15.2, BB6

Die Auswertungen von Erdbebenwellen brachte bereits 1906 RICHARD D. OLDHAM 1906 auf die richtige Idee, dass der Erdkern flüssig sein muss. Dass der innere Teil des Kerns wieder fest ist, konnte man 1936 ebenfalls durch die Auswertung von Erdbebenwellen herausbekommen.

1937
Kap. 48.2.1, BB8

Das Myon wird entdeckt.

1938
Kap. 47.1, BB8

Das schwerste natürliche Element ist Uran. Im Jahr 1938 wollten die Physiker OTTO HAHN und FRITZ STRASSMANN auf künstlichem Weg schwerere Kerne erzeugen, so genannte Transurane. Dazu bestrahlten sie Uran mit Neutronen. Zu ihrer Überraschung entstanden dabei neue Elemente mit mittelschweren Kernen. Man konnte diese Entdeckung zunächst allerdings nicht erklären.

1939
Kap. 47.1, BB8

Hahns Mitarbeiter LISE MEITNER und OTTO FRISCH lieferten 1939 die richtige Erklärung (siehe oben): Durch den Neutronenbeschuss waren die Urankerne in zwei Teile zerfallen. Die Kernspaltung war entdeckt!

Abb. 47.3: Es gibt viele Möglichkeiten, welche Tochterkerne beim Zerfall des Urankerns entstehen, unter anderem die „Tschernobyl-Isotope“ Casium-137 und Iod-131.

1939
Kap. 42.3, BB8

ALBERT EINSTEIN wurde im August 1939 davon informiert, dass die Kernspaltung in Deutschland entdeckt worden war. Auch dabei werden enorme Energien freigesetzt. Einstein erkannte die Gefahr eines Atombombenbaus durch die Deutschen und schrieb seinen bekannten Brief an Präsident ROOSEVELT. In diesem betonte er die Notwendigkeit, Experimente zur Herstellung einer amerikanischen Atombombe anzustellen:

„Sir:
Some recent work by E. Fermi and L. Szilard, which has been communicated to me in manuscript, leads me to expect that the element uranium may be turned into a new and important source of energy in the immediate future. Certain aspects of the situation which has arisen seem to call for watchfulness and, if necessary, quick action on the part of the Administration. I believe therefore that it is my duty to bring to your attention the following facts and recommendations: In the course of the last four months it has been made probable - through the work of Joliot in France as well as Fermi and Szilard in America - that it may become possible to set up a nuclear chain reaction in a large mass of uranium, by which vast amounts of power and large quantities of new radium-like elements would be generated. Now it appears almost certain that this could be achieved in the immediate future.
This new phenomenon would also lead to the construction of bombs, and it is conceivable - though much less certain - that extremely powerful bombs of a new type may thus be constructed. A single bomb of this type, carried by boat and exploded in a port, might very well destroy the whole port together with some of the surrounding territory. However, such bombs might very well prove to be too heavy for transportation by air.
The United States has only very poor ores of uranium in moderate quantities. There is some good ore in Canada and the former Czechoslovakia. While the most important source of uranium is Belgian Congo. In view of the situation you may think it desirable to have more permanent contact maintained between the Administration and the group of physicists working on chain reactions in America. One possible way of achieving this might be for you to entrust with this task a person who has your confidence and who could perhaps serve in an inofficial capacity. His task might comprise the following:

a) to approach Government Departments, keep them informed of the further development, and put forward recommendations for Government action, giving particular attention to the problem of securing a supply of uranium ore for the United States;
b) to speed up the experimental work, which is at present being carried on within the limits of the budgets of University laboratories, by providing funds, if such funds be required, through his contacts with private persons who are willing to make contributions for this cause, and perhaps also by obtaining the co-operation of industrial laboratories which have the necessary equipment.

I understand that Germany has actually stopped the sale of uranium from the Czechoslovakian mines which she has taken over. That she should have taken such early action might perhaps be understood on the ground that the son of the German Under-Secretary of State, von Weizsäcker, is attached to the Kaiser-Wilhelm-Institut in Berlin where some of the American work on uranium is now being repeated.

Yours very truly,
Albert Einstein”

1945
Kap. 42.3, BB8
Kap. 47.3, BB8

Als Vater der Atombombe gilt der Physiker JULIUS ROBERT OPPENHEIMER. Am 6. und 9. August 1945 wurde über Hiroshima und Nagasaki je eine Bombe abgeworfen und dabei 260.000 Menschen getötet.

Abb. 42.13: Einstein und Oppenheimer.

Abb. 47.1: Im August 1945 explodierten in Hiroshima und Nagasaki (Bild) Atombomben, bei denen in Summe Hunderttausende Menschen starben.

1945
Kap. 35.2, BB7

Als Erfinder des Mikrowellenherds gilt der Amerikaner PERCY SPENCER. Dieser arbeitete 1945 in einem Labor, in dem mit Radar-Wellen experimentiert wurde. Angeblich schmolz dadurch ein Schokoriegel in seiner Jackentasche, was ihn auf die Idee des Mikrowellenherds brachte.

1948
Kap. 52.2, BB8

Der Klettverschluss wurde vom Schweizer Ingenieur GEORGE DE MESTRAL bereits 1948 erfunden. Mestral war passionierter Jäger und musste nach seinen Ausflügen öfters seinen Hund von Kletten säubern. Das brachte ihn auf die Idee, diese genauer zu untersuchen. Er fand heraus, dass sie winzige elastische Häkchen tragen und deshalb so gut haften. Mestral kam auf die Idee, daraus den Klettverschluss zu entwickeln, der auf einfache Weise zwei Materialien reversibel miteinander verbindet.

Abb. 50.7; Links das Vorbild der Natur (Klette), rechts die technische Umsetzung (Klettverschluss).

1948
Kap. 2.4, BB5

Die erste Atomuhr wurde 1948 gebaut (siehe auch Quarzuhr). Heute sind die besten dieser Uhren so genau, dass sie in 10 Millionen Jahren nur um 1 Sekunde falsch gehen!

etwa 1950
Kap. 48.2.2, BB8

Abb. 48.1: Der „Teilchenzoo“ umfasst einige hunderte Teilchen. Einige Beispiele: Sigma (Σ), Delta (Δ), Omega (Ω), Kaon (K), Phi (Φ), Neutron (n), Elektron (e^–), J/Psi (J/Ψ), Proton (p). Von den dargestellten Teilchen ist nur das Elektron elementar, die anderen lassen sich weiter zerlegen.

1956
Kap. 48.2.1, BB8

Das Elektron-Neutrino wird entdeckt.

1959
Kap. 41.3, BB8

Eines der berühmtesten Experimente zum Zwillingsparadoxon wurde 1959 am CERN durchgeführt. Zur Messung der Zeitdilatation wurden Myonen verwendet. Diese Elementarteilchen sind salopp gesagt schwere Elektronen, die allerdings instabil sind und mit einer Halbwertszeit von etwa 1,5 μs zerfallen.
Auf Grund der Zeitdilatation altern die bewegten Myonen langsamer, und deshalb verlängert sich auch ihre Halbwertszeit. Im oben erwähnten Experiment ließ man Myonen mit 0,99942 c in einem Speicherring kreisen, wodurch sich die Halbwertszeit um den Faktor 29,4 verlängern sollte. Und genau das konnte man im Experiment mit einer Genauigkeit von 0,1 % feststellen.

Abb. 41.12: Die ruhenden Myonen altern fast 30-mal so schnell wie die Myonen im Speicherring. (Anm.: Die Balken zeigen die Fehlerabweichung der Messwerte an.)

1959
Kap. 51.4, BB8

Der Gründungsmythos der Nanotechnologie geht auf einen Vortrag von RICHARD FEYNMAN aus dem Jahr 1959 zurück. Er trug den Titel „There is plenty of room at the bottom“ (ganz unten ist eine Menge Platz). Mit „ganz unten“ meinte Feynman kleinste Strukturen. Feynman ahnte damals bereits die Möglichkeit, Atome und Moleküle gezielt zu manipulieren.

1959
Kap. 44.3, BB8

Abb. 44.16: Robert Pound am unteren Ende des Turms. Die Messergebnisse stimmten mit der Theorie innerhalb einer Messgenauigkeit von 1 % überein.

1960
Kap. 28.4, BB7

Der Laser ist eine Entwicklung, die auf den Erkenntnissen der Quantenmechanik beruht. Er wurde um 1960 von THEODORE MAIMAN entwickelt. Auch beim Laser werden die Photonen durch Quantensprünge erzeugt. Im Gegensatz zu allen anderen Lichtquellen agieren dabei die Elektronen aber als Kollektiv und erzeugen Licht, das aus völlig identischen Photonen besteht. Man sagt dazu kohärentes Licht, das bedeutet so viel wie „zusammenhängend“.

Abb. 28.19: Theodore Maiman und sein von ihm erfundener Rubinlaser.

1960
Kap. 2.3, BB5

Mit zunehmendem technischem Fortschritt war aber auch die Meterfestlegung durch den Urmeterstab nicht mehr genau genug. Daher vereinbarte man 1960, dass 1 Meter ein bestimmtes Vielfaches der Wellenlänge des Lichtes ist, das von einem Krypton-86-Atom ausgesandt wird (es ist genau das 1 650 763,73-fache dieser Wellenlänge). Dabei handelt es sich wieder um ein Naturmaß.

Abb. 2.7: Definition des Meters mit Hilfe der Wellenlänge von Krypton-86 aus dem Jahr 1960.

1960
Kap. 2.1, BB5

Die Meterkonvention von 1875 war der Grundstein für die Entwicklung des modernen Internationalen Einheitensystems, das 1960 entstand. Das so genannte SI-System (Système International d’Unités) wird heute von nahezu allen Staaten der Welt angewendet. Das Tolle daran: Man kommt mit nur 7 „Bausteinen“ aus. Man nennt diese die Basiseinheiten, aus denen sich alle anderen Einheiten ableiten lassen.

Basisgröße und
Formelbuchstabe Basiseinheit Kapitel,
Big Bang – Band

Länge l m (Meter) 2.3, 5

Zeit t s (Sekunde) 2.4, 5

Masse m kg (Kilogramm) 2.5, 5

Stoffmenge n mol (Mol) 3.5, 5

Temperatur T K (Kelvin) 18.2, 6

Stromstarke l A (Ampere) 24.1, 6

Lichtstarke l_V Cd (Candela) -

Tab. 2.1: Die 7 Basiseinheiten nach dem SI-System. Wenn man die Einheiten angibt, dann setzt man die Größe in Klammer. Statt „Die Einheit der Länge ist das Meter“ schreibt man also kurz und bündig [l] = m.

etwa 1960
Kap. 38.2, BB7

Chaotische Phänomene sind eigentlich schon seit langem bekannt, etwa das Dreikörperproblem oder Turbulenzen. Lange Zeit dachten die Physiker aber, dass es sich dabei bloß um einige Spezialfälle handelt. Die Geburtsstunde einer eigenen Forschungsrichtung, der Chaosforschung, lag in den 1960ern, als der Meteorologe EDWARD LORENZ die chaotische Natur des Wetters entdeckte. Lorenz hatte auf einem der ersten Großrechner eine einfache Wettersimulation erschaffen. Als er den Computer eines Tages eine Sequenz noch einmal durchrechnen ließ, ergab sich aber nach einer Zeit ein völlig anderes Ergebnis. Beim ersten Mal hatte Lorenz eine Zahl mit 6 Kommastellen aus dem Computer übernommen, beim zweiten Mal gab er aber nur 3 Stellen ein. Eine winzige Änderung in der Ausgangssituation führte also nach einiger Zeit zu einer völlig anderen Entwicklung. Lorenz erfand dafür den Begriff Schmetterlingseffekt.

Abb. 38.7: Entwicklung einer Variablen, deren Startwert beim ersten Mal 0,506127 und beim zweiten Mal 0,506 betrug. Die Abweichung betrug also bloß 1:5000! Zu Beginn ist der Verlauf noch sehr ähnlich. Ab dem roten Pfeil ergibt sich aber eine sehr starke Abweichung.

1962
Kap. 48.2.1, BB8

Das Myon-Neutrino wird entdeckt.

1962
Kap. 33, BB7

Abb. 33.9: 1962 wurde 400 km über Hawaii eine Atombombe gezündet, die nordlichtartige Erscheinungen auslöste (wegen der Ionisierung der Luft). In Honolulu brannten Sicherungen durch und Alarmanlagen gingen an.

1964
Kap. 48.2.2, BB8

Bereits um 1950 versuchte man in Teilchenbeschleunigern Protonen und Neutronen in eventuell noch kleinere Teilchen zu „zerschlagen“. Das Ergebnis war aber sehr verwirrend. Man fand nämlich über 300 neue, teilweise sehr schwere Teilchen, die keine Leptonen waren und die man scherzhaft als Teilchenzoo bezeichnete (Abb. 48.34). Statt auf elementare Teilchen zu stoßen, wurde die Sache also immer komplexer. Der Amerikaner MURRAY GELL-MANN fand aber 1964 ein Ordnungsprinzip, das mit einigen Verbesserungen noch heute die Vielfalt dieser neuen Teilchen erklärt und mit nur 6 Bausteinen auskommt. Diese Bausteine sind die Quarks.

Abb. 48.34: Überblick uber den Teilchenzoo. Im LHC wird intensiv nach dem Higgs-Teilchen und nach den supersymmetrischen Teilchen gesucht.

1965
Kap. 50.1, BB8

Dass es die Hintergrundstrahlung geben muss, wenn es den Urknall gegeben hat, vermutete bereits GEORGE GAMOW in den 1920ern. Auf Grund ihrer geringen Intensität konnte man sie damals aber nicht nachweisen. Entdeckt wurde sie durch Zufall 1965 von ROBERT WILSON und ARNO PENZIAS. Die Physiker wollten eigentlich mit einer Antenne Radioquellen in unserer Galaxis untersuchen. Dabei fingen sie ein eigenartiges Rauschen ein, das aus allen Richtungen kam und sich trotz großer Bemühungen nicht beseitigen ließ. Erst später verstand man, dass man mit dem Rauschen per Zufall die Hintergrundstrahlung entdeckt hatte.

Abb. 50.7: Wilson und Penzias vor der Antenne, mit der sie zufällig die Hintergrundstrahlung entdeckten.

1965
Kap. 44.5, BB8

Der amerikanische Physiker IRWIN SHAPIRO hatte 1965 eine sehr gute Idee, die von der Sonne verursachte Raumkrümmung zu messen. Er ließ einen Radarstrahl an der Venus reflektieren und bestimmte so ihren Abstand. Schickt man das Signal haarscharf an der Sonne vorbei, dann ist der Weg durch die Raumkrümmung 36 km länger, als man in einem flachen Raum erwarten könnte. Der Radarstrahl wird dabei auch leicht abgelenkt.

Abb. 44.24: Je näher die Venus von der Erde aus gesehen bei der Sonne steht, desto stärker macht sich die Raumkrümmung und somit die Signalverzögerung bemerkbar.

Abb. 44.25: Im Extremfall, wenn die Venus genau am Sonnenrand steht, macht die Zeitverzögerung 240 μs aus.

1967
Kap. 48.3, BB8

Elektromagnetische und schwache Wechselwirkung sind einander sehr ähnlich. Das sieht man besonders gut beim Austausch eines Z⁰-Bosons im Feynman-Diagramm. Auf Grund dieser Ähnlichkeit wurde 1967 eine Hypothese entwickelt, die diese beiden Wechselwirkungen vereinigt. 1983 wurden am CERN die drei Bosonen der schwachen Wechselwirkung (W⁺, W^- und Z⁰) im Teilchenbeschleuniger nachgewiesen. Elektromagnetische und schwache Wechselwirkung konnten somit zur elektroschwachen Wechselwirkung zusammengefasst werden.

Abb. 48.22: Vergleich von elektromagnetischer (a) und schwacher Wechselwirkung (b) zwischen Elektron und Proton. Auch bei b kommt es zu einer Anziehung der Teilchen. Allerdings ist diese Kraft um den Faktor 100 kleiner als die elektromagnetische und wirkt außerdem nur 10^–18 m weit.

1967
Kap. 2.4, BB5

Aus diesem Jahr stammt die noch immer gültige Definition der Sekunde: Seit damals definiert man die SI-Sekunde über die Schwingungen jener Mikrowellen, die von den Cäsium-133-Atomen geschluckt werden. Es genügt wenn du weißt, dass es über 9 Milliarden Schwingungen pro Sekunde sind (genau sind es 9 192 631 770).

1969
Kap. 48.2.2, BB8

Die Vermutung, dass das Proton weiter teilbar ist, konnte 1969 im Experiment belegt werden.

Abb. 48.12: In Streuexperimenten konnte man 1969 die innere Struktur von Protonen belegen. Quarks verhalten sich wie punktartige geladene Teilchen. Das Experiment war ähnlich aufgebaut wie das von Rutherford, mit dem er die Atomkerne nachgewiesen hatte.

etwa 1970
Kap. 48.2.2, BB8

Das Up-, Down-, Strange- und Charm-Quark werden entdeckt

1971
Kap. 41.3, BB8

Heutzutage ist man in der Lage, die Zeitdehnung auch bei kleinen Geschwindigkeiten mit Hilfe von Atomuhren zu messen. Das erste Experiment dieser Art wurde von den Physikern J.C. HAFELE und RICHARD E. KEATING 1971 durchgeführt. Zu dieser Zeit hatten Atomuhren bereits eine Ganggenauigkeit, die ausreichte, um mit ihnen die Zeitdehnung an Bord von Flugzeugen zu belegen.

Abb. 41.13: Die Physiker Hafele und Keating mit vier Atomuhren an Bord eines normalen Verkehrsflugzeuges. Durch die Verringerung der Gravitation durch die Flughöhe kommt es allerdings gleichzeitig zu einem gegenläufigen Effekt (Kap. 44.4), der bei der Veränderung der Ganggeschwindigkeit berücksichtigt werden muss.

1974
Kap. 48.2.1, BB8
Kap. 48.2.2, BB8

Das Tauon und das Charm-Quark werden entdeckt.

1974
Kap. 44.7, BB8

1974 entdeckten JOSEPH TAYLOR und RUSSEL HULSE zwei Neutronensterne, die einander umlaufen. Eine Kreisbahn ist eine beschleunigte Bewegung. Daher strahlen beide Neutronensterne Gravitationswellen ab und verlieren an kinetischer Energie. Sie „spiralen“ aufeinander zu, wodurch sich ihre Rotationsgeschwindigkeit erhöht, ähnlich wie eine Eisläuferin, die eine Pirouette macht. Die Abnahme der Rotationsdauer deckt sich genau mit der Vorhersage durch die ART. Die Verleihung des Nobelpreises 1993 für diese Entdeckung ist auch eine späte Würdigung für Einstein, der die Gravitationswellen bereits 1920 vorausgesagt hatte.

Abb. 44.36

1977
Kap. 48.2.2, BB8

Das Bottom-Quark wird entdeckt.

1977
Kap. 8.2, BB5
Kap. 26.5, BB7

Die Raumsonde Voyager 1 wird gestartet. Voyager 1 ist das am weitesten entfernte und mit etwa 17 km/s momentan auch schnellste Objekt (Stand 2009), das je von Menschen gebaut wurde.

Abb. 26.33: Die Bahnen der beiden Voyager-Sonden. Die Sonden verfügen zwar über Düsen, aber mit diesen sind nur kleine Kurskorrekturen möglich.

1978
Kap. 48, BB8

Seit 1978 gibt es das Standardmodell der Teilchenphysik. Es kommt mit nur 25 Elementarteilchen aus, kann aber alle beobachteten Teilchen und drei der vier bekannten Kräfte erklären. Mit seiner Hilfe wurde in den letzten Jahrzehnten eine Vielzahl von Vorhersagen gemacht, die auch experimentell bestätigt werden konnten.

Abb. 48.34a

1978
Kap. 2.6, BB5

Wie schwer war es wohl vor etwa 150 Jahren, als im Zuge der Meterkonvention von Elle und Zoll auf das metrische System umgestellt wurde? Eine Ahnung davon kannst du bekommen, wenn du weißt, dass die Einheiten Kalorie (cal) und Pferdestärke (PS) seit 1978 in Österreich eigentlich nicht mehr verwendet werden sollten. Die neuen SI-Einheiten, die sie ersetzten, sind Joule (J) und Watt (W). Während nach wie vor der Nährwert auf Lebensmitteln auch in Kalorien angegeben ist, ist zumindest seit einiger Zeit das PS aus den Zulassungsscheinen für Autos verschwunden.

Abb. 2.20: Nährstoffangabe auf einem Molkeprodukt

1980
Kap. 38.5, BB7

Wenn von chaotischen Systemen die Rede ist, dann darf die wunderschöne Mandelbrotmenge nicht fehlen, die erstmals 1980 von BENOÎT MANDELBROT computergrafisch dargestellt und untersucht wurde. Sie ist zwar eher eine mathematische Spielerei, aber nichts zeigt den Zusammenhang zwischen Ordnung und Chaos prachtvoller als sie.

Abb. 38.21: Zoomfahrt in die Mandelbrotmenge. Das zwölfte Bild ist rund 62-millionenfach vergrößert.

1982
Kap. 29.3, BB7

Es dauerte bis 1982, also fast 50 Jahre, bis ALAIN ASPECT die EPR-Paradoxie im Experiment überprüfen konnte. Dabei wurden verschränkte Photonen verwendet, deren Polarisationsrichtung immer normal aufeinander steht.

Abb. 29.21: Schematischer Aufbau des Experiments von Aspect. Auf jeder Seite befinden sich ein vertikal und ein horizontal eingestellter Polfilter.

1982
Kap. 37.4, BB7

Außerhalb der Erd-Atmosphäre beträgt die Strahlungsleistung der Sonne bei senkrechter Einstrahlung im Mittel 1367 W/m². Das nennt man die Solarkonstante. Der Begriff ist nicht glücklich gewählt, weil eine vernünftige Konstante auch konstant sein sollte. Die Sonnenstrahlung, die die Erdatmosphäre erreicht, schwankt aber, weil sowohl der Abstand zwischen Erde und Sonne als auch die Sonnenaktivität variieren. Deshalb hat man 1982 den Durchschnittwert von 1367 W/m² quasi „verordnet“.

Abb. 37. 18: Strahlungsleistung der Sonne, gemessen mit dem Satelliten SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), der größtenteils in Europa gebaut wurde. Die Schwankungen entstehen durch Änderungen der Entfernung und der Sonnenaktivität.

1983
Kap. 48.3, BB8

1983
Kap. 2.3, BB5

Am genauesten ist die momentan gültige Definition des Metes, die aus dem Jahr 1983 stammt (siehe auch Definition von 1799 und 1960). Dabei gibt man die Zeit an, die das Licht benötigt, um die Strecke von einem 1 Meter im Vakuum zurückzulegen. Diese Zeit ist unglaublich kurz, nämlich 1/299 792 458tel einer Sekunde (also etwa der 300 Millionste Teil einer Sekunde).

1983
Kap. 36, BB7

Abb. 36.1: Die Urmutter aller Handys. 1983 kam das erste kommerzielle Handy von Motorola auf den Markt. Es hatte 0,8 kg und die beeindruckenden Maße von 33 x 4,5 x 9 cm. Der Kaufpreis betrug satte 4.000 Dollar. Ein Jahr nach dem Marktstart besaßen trotzdem weltweit rund 300.000 Menschen dieses Handy.

1986
Kap. 3.7, BB5
Kap. 47.1, BB7

Durch eine Kombination aus menschlichem Versagen und Konstruktionsfehlern kam es 1986 im ukrainischen Atomkraftwerk Tschernobyl zu einer unkontrollierten Kettenreaktion, und der Reaktor explodierte. Bei diesem Super-GAU (GAU = größter anzunehmender Unfall) hob sich der über 1000 Tonnen schwere Deckel des Reaktors, und durch den Brand der Graphit-Stäbe wurden große Mengen radioaktiver Materie frei. Die Zahl der Todesopfer ist wegen der Spätfolgen schwer zu eruieren und die Angaben schwanken zwischen 4000 (internationale Atomenergieorganisation) und 93.000 (Greenpeace).
Die Hauptbestandteile des radioaktiven Niederschlags waren Iod-131 und Cäsium-137. Während Iod-131 eine sehr kurze Halbwertszeit hat und heutzutage nicht mehr nachzuweisen ist, wird Cäsium-137 im Jahr 2016 erst zur Hälfte zerfallen sein und es wird bis 2186 dauern (also bis 200 Jahre nach dem Unfall), bis davon nur mehr 1 % übrig ist.

Abb. 47.7: Die Ausbreitung der radioaktiven Wolke

1991
Kap. 3.7, BB5
Kap. 46.2, BB8

1991 wurde in den Ötztaler Alpen eine Mumie entdeckt, die Jahrtausende lang im Gletscher eingefroren war. Ihr Alter wurde mit der C-14-Methode auf 5100 bis 5400 Jahre geschätzt.

1995
Kap. 48.2.2, BB8

Das Top-Quark wird entdeckt.

1995
Kap. 22.3, BB6

ERIC CORNELL u.a. erzeugen ein Bose-Einstein-Kondensat bei weniger als 10^-6 K.

Abb. 22.8: Entstehung eines Bose-Einstein-Kondensats

1997
Kap. 29.4, BB7

Im Jahre 1997 führte der österreichische Physiker ANTON ZEILINGER als erster ein Experiment durch, das man als Quantenteleportation und später auch als „Beamen“ bezeichnet hat. Dabei nutzte er Quanten-Verschränkungen aus, um die Polarisation von einem Photon auf ein anderes zu übertragen. Das „Quantenbeamen“ unterscheidet sich aber wesentlich von der Phantasietechnik in Star Trek!

Abb. 29.26: Schematischer Aufbau des Zeilinger-Experiments:
S … Spiegel
HS … halbdurchlässiger Spiegel
D … Detektoren
PST … polarisierender Strahlteiler

1999
Kap. 2.1, BB5

Die Geschichte vom Mars Climate Orbiter zeigt sehr gut, wie wichtig einheitliche Messsysteme sind. Der Orbiter sollte 1999 in etwa 140 km Höhe in eine Umlaufbahn um den Mars einschwenken. Durch eine Schlamperei wurden aber Meter und Fuß (ist etwa 0,3 m) vertauscht. Die Sonde flog viel zu nah an den Mars heran und verglühte in der Atmosphäre und mit ihr über 100 Millionen Euro!

Abb. 2.1: Der Mars Climate Orbiter

1999
26.4, BB7

In diesem Jahr gelang es einer Forschergruppe in Wien, Riesenmoleküle aus 60 Kohlenstoffatomen zur Interferenz an einem Gitter zu bringen. Man nennt diese auch „Fußballmoleküle“, weil sie exakt wie kleine Fußbälle aussehen. Die Masse dieser Riesenmoleküle ist rund 1 Million mal größer als die von Elektronen. Richtige Quantenbrocken also!

Abb. 26.21: Beugungsbild von „Fußballmolekülen“ an einem Gitter. Auf der y-Achse ist die relative Häufigkeit aufgetragen, mit der die Moleküle an bestimmten Stellen auftrafen. Die roten Punkte sind die Messwerte, die blaue Kurve gibt die theoretischen Werte an. Rechts oben die Struktur eines C-60-Moleküls.

2000
Kap. 48.2.1, BB8

Das Tauon-Neutrino wird entdeckt.

2001
48.2.1, BB8

Im Jahr 2001 konnte belegt werden, dass sich Neutrinos ineinander umwandeln. Zum Beispiel wandelt sich ein Elektron-Neutrino in eine Myon-Neutrino um und dann wieder zurück. Man spricht daher von Neutrino-Oszillation. Damit ist klar, dass sich Neutrinos nicht wie lange vermutet mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.

2004
Kap. 1.1, BB5

Die Allgemeine Relativitätstheorie (ART) sagt vereinfacht gesagt voraus, dass der Raum um einen Planeten wie die Erde sich wie klebriger Sirup verhält und mit der Drehung mitgezogen wird. Dieser Effekt ist eine Ableitung (also eine Deduktion) aus der ART. Er wurde von den Österreichischen Physikern THIRRING und LENSE bereits 1918 vorhergesagt. Manchmal muss man sehr viel Geduld haben, bis eine Vorhersage tatsächlich auch im Experiment belegt werden kann. Denn in diesem Fall gelang das erst 86 Jahre später, nämlich 2004.

2005
Kap. 22.3, BB6

WOLFGANG KETTERLE et al. erzeugen weniger als 1 Nanokelvin (10^-9 K).

2006
Kap. 12.4, BB6

Streit um den 1930 entdeckten Pluto gab es schon seit Jahrzehnten. Im Sommer 2006 wurde ihm dann der Planetenstatus aberkannt. Erstens ist seine Bahn deutlich elliptisch und auch stärker zur Ekliptik geneigt als die der anderen Planeten. Außerdem passt er als Gesteinsplanet von seinem Aufbau her nicht zum Entstehungsmodell der inneren und äußeren Planeten. Die neue Definition eines Planeten lautet seit 2006 so: Planeten sind Objekte, die die Sonne umkreisen, genug Masse haben, damit ihre eigene Schwerkraft sie annähernd kugelförmig macht, und die ihre kosmische Nachbarschaft von anderen Objekten freigeräumt haben. Letzteres trifft auf den Pluto und die anderen Kuiper-Gürtel-Objekte nicht zu.

Abb. 12.26: Zwischen Mars- und Jupiterbahn befindet sich der Asteroidengürtel. Durch die Gravitation des Jupiters ist die Verteilung der Asteroiden nicht gleichmäßig.
Abb. 12.27: Große bekannte Objekte im Kuiper-Gürtel. Der Pluto hat eine sehr exzentrische Bahn, die sogar in die Neptunbahn hineinreicht. Deshalb galt er lange Zeit als Planet.
Abb. 12.28: Ein Blick von sehr weit außen auf unser Sonnensystem. Außerhalb des Kuiper-Gürtels befindet sich die riesige Oort’sche Wolke.

© Österreichischer Bundesverlag Schulbuch GmbH & Co. KG, Wien 2010 | www.oebv.at | Apolin, Big Bang Physik 5 – 8 |
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