Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

5.3 Die Andromeda Galaxie ist die der Milch- straße nächste Galaxie. Ihr Licht braucht 2,2 Mil- lionen Jahre, bis es die Erde erreicht. 5.2 Jupiter mit dem Mond Io (rechts) und dem Schatten des Mon- des Ganymed (schwarzer Fleck) auf der Oberfläche des Planeten. Diese Mon- de wurden als schwache Lichtpunkte vor 400 Jah- ren von Galilei entdeckt. Aber hat Aristoteles mit seiner Erklärng der drei Beobach­ tungen tatsächlich bewiesen, dass die Erde eine Kugel ist? Nein! Könnte man mit einer einzigen Reise rund um die Erde dies beweisen? Vermessungen im 18. Jahrhundert zeigten, dass die Erde eine „Kugel mit kleinen Fehlern“ ist, wobei ihr Durchmesser zwischen den Polen um 0,3% klei­ ner als am Äquator ist. (Heute wird die Erdgestalt mittels Satelliten auf etwa 10 cm genau vermessen.) An diesem Bei­ spiel zeigt sich, dass viele einzelne Messungen notwendig sind, um die Gültigkeit einer physikalischen Idee zu zeigen. Daneben hatte Aristoteles noch eine – aus heutiger Sicht unwissenschaftliche – Idee: Er war überzeugt, dass alle schweren Körper zum Zentrum des Universums fallen. Und da sie zum Erdmittelpunkt hin fallen, muss die Erde der Mittelpunkt des Universums sein (geozentrisches Welt- bild) . Um diese Idee zu widerlegen, müsste man z. B. auf dem Mond Körper fallen lassen und die Richtung ihres Fal­ lens prüfen – was damals noch nicht möglich war. Daher behauptete sich das geozentrische Weltbild des Aristoteles und seines späten Nachfolgers P TOLEMÄUS (ca. 100– 175n. Chr.) bis zur Zeit von N IKOLAUS K OPERNIKUS (1473–1543), der die Sonne in das Zentrum des Universums stellte (he- liozentrisches Weltbild) . 5.1 Erdaufgang am Mond. So sahen Astron- auten vom Mond aus die Erde als blaue Kugel im schwarzen Weltall. Naturgesetze Wenn wir etwa den Zielwurf mit Bällen üben, merken wir, dass wir die Flugbahn beeinflussen, wenn wir Wurf­ geschwindigkeit und richtung richtig wählen. Wir finden bereits als Kinder einen Zusammenhang von Ursache (engl. cause, lat. causa ) und Wirkung (engl. effect ). Hinter allen Erscheinungen suchen wir nach Ursachen, denn wir denken kausal. Wir gehen dabei von der Erfahrung aus und ver­ trauen auf das Kausalitätsprinzip : Gleiche Ursachen führen zu gleichen Wirkungen. Oft können wir uns auch darauf verlassen, dass ähnliche Ursachen zu ähnlichen Wirkungen führen. Wenn wir fest­ stellen, dass auch beliebige andere Menschen dieselben Be­ obachtungen über Ursache und Wirkung machen, nehmen wir an, dass ein Naturgesetz dafür verantwortlich ist. Ziel der Naturwissenschaften ist es, diese Naturgesetze zu er­ forschen. Der italienische Mathematiker und Naturforscher G ALILEO G ALILEI (1564–1642) wird als Begründer der neuzeitlichen Physik betrachtet. Neben seinen zahlreichen Erfindungen und Entdeckungen – als erster beobachtete er die Planeten mit einem Fernrohr und entdeckte z. B. die vier großen Ju­ pitermonde – entwickelte er die physikalische Methodik. Seit Galilei spielt das Experiment in der Physik als Frage an die Natur eine zentrale Rolle. Genau so wichtig ist das Nachdenken über mögliche Ursachen von beobachteten Wirkungen: Dabei ist es das Ziel, mit möglichst wenigen Annahmen möglichst viele Fakten zu erklären. Die Themen der Physik Es ist heute Allgemeinwissen, dass die materielle Welt aus kleinen Bausteinen, den Atomen, besteht, die sich meist zu Molekülen verbinden. Im Alltag begegnen sie uns üblicher­ weise in einem von drei Aggregatzuständen (fest, flüssig, gasförmig). Doch auch die Atome sind nicht unteilbar, sie bestehen aus Elektronen und dem Kern aus Protonen und Neutronen, die wiederum aus Quarks bestehen. Ob die Quarks in weitere Bestandteile gespalten werden können, ist derzeit unbekannt. Die Physik untersucht das Verhalten der Materie von den kleinsten Teilchen, den Quarks und den Elektronen, bis zu den größten Ansammlungen, den aus Milliarden Sternen bestehenden Galaxien. Dabei zeigt sich, dass die heute be­ kannten Naturgesetze überall im Weltall in gleicher Weise gelten. Das ermöglicht uns, auch Vorgänge wie die Ster­ nentstehung in fernen Galaxien zu verstehen. Physik als Forschungsgebiet enthält zahlreiche Teilgebiete mit jeweils speziellen Arbeitstechniken. Zum Studium der Sterne dienen Teleskope (Astrophysik), für die Untersu­ 5 | Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv