Physik compact 8, Themenheft

30 Dimensionen der Physik 5 Naturkonstanten Jede physikalische Theorie enthält Parameter, die dem Experiment entnommen werden müssen, bevor eine Vorhersage möglich ist. Dies können „Materialkons- tanten“ sein (zB spezifische Wärme, elektrische Leitfä- higkeit) oder Naturkonstante. Die Konstanten können 1) die Funktion eines Umrechnungsfaktors haben, 2) charakteristisch für eine Theorie sein oder 3) fundamentale Eigenschaften von Objekten be- schreiben. Viele Konstanten kann man auch auf andere Konstan- ten zurückführen (zB f 0 ) Auf Seite 2 findest du eine Tabelle von Konstanten. A1 Welche sind (auch) Umrechnungsfaktoren? A2 Welche sind für eine Theorie typisch? A3 Welche beschreiben Eigenschaften von Objek- ten? Max Planck erkannte, dass man aus den Konstanten c, h und G eine Länge, eine Zeit und eine Masse„kons- truieren“ kann (Plancklänge, -zeit und –masse). A4 Versuche, durch Dimensionsüberlegungen diese Größen zu finden! A5 Zeige, dass die Plancklänge die kleinste theore- tisch messbare Länge ist. (Hinweis: Ein Photon mit ei- ner Wellenlänge, die der Plancklänge entspricht, wird zum schwarzen Loch.) In den einheitlichen Theorien (Quantengravitation, Superstringtheorie) werden Plancklänge und Planck- zeit auch als Quanten der Raumzeit betrachtet. A6 Zeige, dass man mit der in der Allgemeinen Re- lativitätstheorie typischen Konstantenkombination G / c 2 Masse in Länge umrechnen kann! Versuche das Ergebnis zu interpretieren! A7 Zeige, dass man mit der in der Quantenfeldtheo- rie typischen Konstantenkombination h / c eine Bezie- hung zwischen Masse und Länge erhält! A8 Zeige, dass die einem Teilchen mit der Masse m zugeordnete Länge m der kleinstmögliche Bereich ist, in den sich ein Teilchen„einsperren“ lässt. 5.5 Hinweise für Maturantinnen und Maturanten Vorwissenschaftliche Arbeit Die Entstehung des SI: Maßeinheiten vor dem SI; Hintergrund für die Festlegung der einzelnen SI- Einheiten;„Realisierung“ der einzelnen SI-Einheiten im Eichwesen; aktuelle Entwicklungen (neuer kg- Standard) Zeitmessung: Ursache für die Weiterentwicklung der Uhr; gesellschaftliche und politische Wechsel- wirkungen (zB Positionsbestimmung auf See,„Stem- peluhr“) Physik und Philosophie: Soll alles, was möglich ist, erforscht werden (Ethik)? Was können wir erkennen (Chaostheorie, Quantenmechanik, Erkenntnistheo- rie)? Sind die mathematisch„schönen“ Gleichungen die richtigen (Ästhetik)? Weltformeln: Anstrengungen von Einstein und Heisenberg („Einheitliche Feldtheorie“), mehrdi- mensionale Theorien von Kaluza und Klein – Einfluss auf Supergravitation und Stringtheorie; Resonanz in den Medien; aktueller Stand Abb. 30.1 NachdemWerner Heisenberg die Theorie (Einheit- liche Weltformel, Abb. S. 22, oben Mitte) , an der Wolfgang Pauli und er arbeiteten, frühzeitig im Radio bekanntgemacht hatte, sandte Pauli obiges Schreiben an Physikerkollegen: „Comment on Heisenberg’s radio advertisement: This is to show the world, that I can paint like Titian: Only technical details are missing.“ W. Pauli Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv