Sexl Physik 8, Schulbuch

Physik immer faszinierend Auch die Erforschung des Mikrokosmos erfolgt mit immer feineren Methoden, angetrieben von Wissbegierde und unterstützt von dem Gedanken an neue praktische Anwen- dungen. Vor 100 Jahren setzte Niels Bohr mit seinem Atommodell einen ersten Schritt zum Verständnis des Atoms. Heute ist die seit 1925 entwickelte Quantenphysik ein äußerst aktives Forschungsgebiet. Quantenoptik und Quanteninformation beruhen auf den Quanteneigenschaften des Lichts – auf- bauend auf der Grundlagenforschung könnten künftige Quantencomputer komplexe Berechnungen schneller durch- führen als derzeitige Supercomputer. Seit Jahrzehnten ist die Quantenphysik Grundlage für das Verständnis von Struktur und Eigenschaften natürlicher und künstlicher Materialien. Die Materialwissenschaften verbinden Physik und Chemie und nehmen Anleihen aus der Biologie (Bionik). Gerade in diesem Bereich zeigt sich, wie naturwissenschaftliche Grundlagenforschung zu neuen technischen Produkten führt, die unser Leben verändern . Deutlich wird dies am Beispiel der Mikroelektronik, die in immer mehr Geräten – nicht nur in Computernetzen, PC und Handy – vor allem Mess- und Regelaufgaben über- nimmt. Die Elektronikindustrie hat hohe wirtschaftliche Bedeutung: Rund 1 0% der europäischen Wirtschaftsleis- tung beruhen auf ihr. Energiebedarf und Umweltprobleme bei wachsender Welt- bevölkerung sind Herausforderungen, zu deren Bewälti- gung besonders die Naturwissenschaften und die auf ihnen aufbauenden technischen Wissenschaften beitragen müs- sen. Damit ergeben sich für die Zukunft zahlreiche interessan- te Aufgaben und mögliche Berufsfelder. Forscherinnen und Forscher aus Physik und Technik an österreichischen Universitäten sind weltweit anerkannt. Der Lehrgang Physik hat uns bereits durch viele Gebiete ge- führt – einen Überblick gibt die Grafik auf Seite 128. In Physik 8 geht es darum, wie die physikalischen Revoluti- onen des frühen 20. Jh., die Spezielle und die Allgemeine Relativitätstheorie sowie die Quantenphysik , das natur- wissenschaftliche Weltbild verändert haben und welche Anwendungen die „neue Physik“ gefunden hat. Was motiviert Forscher und Forscherinnen, sich mit Fragen zu beschäftigen, die keinen sofort erkennbaren Nutzen ver- sprechen? Vor allem sind es Neugier und der Wunsch, bes- ser zu verstehen, was „die Welt im Innersten zusammen- hält“. Die Frage nach dem Ursprung und der Entwicklung des Universums und nach den Bedingungen für die Entstehung von Leben berührt unsere persönliche Einschätzung zur Stellung des Menschen. Fühlten sich die Menschen des Mit- telalters noch im Zentrum des Universums ( geozentrisches Weltbild ), so erhielt die Sonne im heliozentrischen Welt- bild eine bevorzugte Stellung. Aber auch diese Vorstellung relativierte sich, als ab 1920 klar wurde, dass die Sonne nur einer von hunderten Milliarden Sternen der Milchstraße , unserer Heimatgalaxie, ist und dass Milliarden von Gala- xien das beobachtbare Universum erfüllen. Die Suche nach erdähnlichen Planeten, die um sonnenähnliche Sterne kreisen, wurde mit Teleskopen auf Satelliten im Weltraum möglich. Es zeigt sich, dass Sterne in der Regel Planeten be- sitzen, ein bewohnbarer Planet wurde aber noch nicht ge- funden – ist unser Planet Erde doch einzigartig? Die aufregendste Entdeckung ist wohl, dass das Universum anscheinend vor etwa 14Mrd. Jahren schlagartig entstan- den ist und es sich seither fortwährend ausdehnt. Viele Be- obachtungen werden durch das Urknallmodell erklärt, über den Anfangspunkt selbst lässt sich jedoch nur speku- lieren. Links: Die 66 Radioantennen des Atacama Large Millimeter Array (ALMA) in Chile bilden gemeinsam ein riesiges Teleskop. Seit 2013 werden die kühlen Gaswolken des nahen und des fernen frühen Universums untersucht, in denen sich Sterne bilden. Dadurch öffnet sich zusätzlich zu Beobachtungen im sichtbaren und im Röntgen-Bereich ein neues Fenster für die Astronomie. ALMA ist ein Gemeinschaftsprojekt von Forschungsorganisationen in USA, Ka- nada, Europa (ESO), Japan und Taiwan. Die Datenanalyse in Echtzeit erfolgt mit einem Computercluster von über 1 Mio. Prozessoren. Rechts: Francesca Ferlaino, Professorin für Experimentalphysik an der Universität Innsbruck, erforscht am Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) das Quantenverhalten von Atomwolken nahe am absoluten Nullpunkt ( T < 10 −6  K). 9gm7c9  4 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv