Sexl Physik 7, Schulbuch

Physik im Spannungsfeld von Forschung und Anwendung Brown’sche Bewegung wird als Ergebnis von zahllosen zu- fälligen Stößen einzelner Wassermoleküle auf das Objekt gedeutet (s. Physik 5, S. 78). 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 (s. S. 105). Aber erst 1951 gelang es mit dem Feldionenmikroskop, die Anord- nung 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 ab 1980 die Untersu- chung der atomaren Struktur von Oberflächen revolutio- niert, 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). 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, weil es die Verbindung zum Atomaufbau, zur Chemie und zur Quantenphysik herstellt. Die Entwicklung der Elektrizitätslehre im 19. Jh. führte zur technischen Nutzung der Elektrizität im 20. Jh., deren wei- ter zunehmende Bedeutung sich z. B. an der Informations- und Steuerungstechnologie zeigt. Das Weltbild der Physik des 19. Jh., in dem die Natur als mechanisches Räderwerk aufgefasst wurde, erwies sich als falsch. Die Untersuchungen, wie Licht mit den elektrisch geladenen Teilen der Materie wechselwirkt, führten zur Entwicklung der Quantenphysik (s. S. 89 ff.). Heute sind wir überzeugt, dass die Materie aus Teilchen aufgebaut ist – Moleküle aus Atomen, Atome aus Elektro- nen und Atomkern, Atomkerne aus Protonen und Neutro- nen, die wiederum aus Quarks bestehen. Zu Beginn des 20. Jh. war dies noch umstritten. L UDWIG B OLTZMANN (1844– 1906) war ein überzeugter Verfechter des Atomismus in der Physik, jedoch erfuhr er heftigen Widerstand seiner Zeit- genossen. Andere Physiker seiner Zeit, unter ihnen E RNST M ACH (1838–1916), der als Erster Überschallgeschwindig- keiten untersuchte, hielten noch zu Beginn des 20. Jh. Ato- me nur für eine nützliche Hypothese. Sie zweifelten an ih- rer Existenz, da sie nicht direkt nachgewiesen werden konnten. „Haben Sie schon eines gesehen?“ wandte Ernst Mach ein. 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 Botaniker R OBERT B ROWN entdeckt, aber erst im Jahre 1905 konnten unabhängig voneinander A LBERT E INSTEIN (1879–1955) und M ARIAN VON S MOLUCHOWSKI (1872–1917) sie erklären: Die 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 45m, einen Durch- messer von 22m und eine Masse von 7 000 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 8,2m Durchmesser können zur Erreichung einer höheren Auflösung zusammen geschaltet werden. 4 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv