Sexl Physik 7, Schulbuch

| 4 Physik im Spannungsfeld von Forschung und Anwendung und M arian von S MoluchowSki (1872–1917) sie erklären: Die Brown´sche Bewegung wird als Ergebnis von zahllosen zu- fälligen Stößen einzelner Wassermoleküle auf das Objekt gedeutet (s. Physik 6). r utherford s Interpretation der Streuung von α -Strahlen (Helium-Kernen) an einer Goldfolie war ein weiterer Hin- weis auf den atomaren Aufbau der Materie. Aber erst 1951 gelang es mit dem Feldionenmikroskop, die Anordnung von Atomen auf Kristalloberflächen direkt sichtbar zu machen. Das Raster-Tunnel-Mikroskop (RTM, Nobelpreis für G erd B inniG und h einrich r ohrer 1986) hat in den letzten Jahr- zehnten die Untersuchung der atomaren Struktur von Ober- flächen revolutioniert, indem die räumliche Anordnung der Atome sichtbar gemacht werden konnte ( 4.1 ). 4.1 oben: Gerd Binnig (rechts) und Heinrich Rohrer (links) entwickelten im IBM- Forschungslabor Zürich das Raster-Tunnel- Mikroskop. Unten: Mit dem RTM werden einzelne Atome wie auf der abgebildeten Siliciumoberfläche sichtbar und zeigen die Regelmäßigkeit des Kristallgitters. Die gelb dargestellten Si-Atome bilden eine oberste Ebene über den tieferen Atomen (blau). Physikalische Forschung erfordert immer aufwendigere Technik und trägt damit, neben dem wissenschaftlichen Nutzen, zum technischen Fortschritt bei. Links: Der Atlas-Detektor beim Large Hadron Collider (LHC, CERN, Genf) vor seiner Fertigstellung. Der Detektor hat eine Länge von 45 m, einen Durchmesser von 22 m und eine Masse von 7000 t. Mitte: Das Very Large Array (VLA, New Mexico, USA) besteht aus 27 einzelnen Radioteleskopen von 25 Metern Durchmesser. Rechts: Die vier Einzelteleskope des Very Large Telescope (VLT, Chile) der Europäischen Südsternwarte (ESO) mit Spiegeln von 8,2 m Durchmesser können zur Erreichung einer höheren Auflösung zusammengeschaltet werden. Physik 7 hat als übergreifendes Thema die Wechselwirkung zwischen elektrischen Ladungen und wie sie sich in den verschiedensten Bereichen äußert. Ganz besonders wichtig ist dabei das Thema Licht, da es die Verbindung zum Atom- aufbau und zur Chemie darstellt. Die Entwicklung der Elek- trizitätslehre im 19. Jh. führte zur technischen Nutzung der Entdeckungen im 20. Jh. und auch im 21. Jh. werden neue Anwendungen entwickelt. Das Weltbild der Physik des 19. Jh., in dem die Natur als mechanisches Räderwerk aufgefasst wurde, erwies sich als falsch. Dies zeigten besonders die Untersuchungen, wie Licht mit den elektrisch geladenen Teilen der Materie wech- selwirkt. Wenn wir heute überzeugt sind, dass Materie aus Teilchen aufgebaut ist – Moleküle aus Atomen, Atome aus Elektronen, Protonen und Neutronen, Letztere wiede- rum aus Quarks –, so war dies zu Beginn des 20. Jh. noch umstritten. l udwiG B oltzMann (1844–1906) war ein großer Verfechter des Atomismus in der Physik, doch erfuhr er heftigen Widerstand seiner Zeitgenossen. Andere Physiker seiner Zeit, unter ihnen e rnSt M ach (1838–1916), der als Erster Überschallgeschwindigkeiten untersuchte, hielten noch zu Beginn des 20. Jahrhunderts Atome lediglich für eine nützliche Hypothese. Sie zweifelten an ihrer Existenz, da sie nicht direkt nachgewiesen werden konnten. „Haben Sie schon eines gesehen?“ war Mach’s Einwand. Abbildung in der Welt der Atome Als Brown´sche Bewegung wird die unter dem Mikroskop sichtbare unregelmäßige Bewegung kleiner Objekte (z. B. Rußteilchen, Blütenpollen) in einem Wassertropfen bezeich- net. Sie wurde bereits 1827 von dem schottischen Botani- ker r oBert B rown entdeckt, aber erst im Jahre 1905 konn- ten unabhängig voneinander a lBert e inStein (1879–1955) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv