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Kruschtes KistenkabinettWundersame Phänomene |
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Die Schwerkraft-Anomalie
Eine Anomalie?
Ein netter Arbeitskollege, der wohl einige Affinität zu Verschwörungstheorien und unverstandenen Phänomenen hat (wozu ich nicht neige), sprach vor einiger Zeit von Tischtennisbällen, die die Straße hoch rollen würden. Ja, warum nicht? Da könnte sich ja im Hang eine große Höhle auftun oder ein dicker Uranbrocken verbiegt das Schwerefeld ein wenig, oder nicht? Ein schneller Blick in die Eingeweide des Internets zeigte, dass das Thema durchaus virulent ist und bekennende Anhänger hat. Ein paar einfache Zahlen und schlichte Überlegungen dazu ... |
Sonnenmasse Ms = 1,983 1030; [kg] Erdbeschleunigung ge = 9,81; [m/s2] Gravitationkonstante G = 6,67 10-11; [Nm2/kg2] Erdmasse Me = 5,97 1024; [kg] Erdradius Re = 6367,5; [km] Mittlere Dichte der Erde ρe = 5,521 103; [kg/m3] Dichte eines Neutronensterns ρn = 5,92 1016; [kg/m3 ] Dichte von Uran ρu = 1,905 104; [kg/m3 ] Mein Neigungswinkel α = 1; [°] |
Ein Gedankenexperiment
Kräftespiel im Gleichgewicht |
Eine Punktmasse m kann sich im komogenen Schwerefeld der Erde auf einer schiefen Ebene (in gelb) frei bewegen. Die Schwerkraft wirkt in der Vertikalen nach unten. Die schiefe Ebene ist um den Winkel α gegen die Horizontale geneigt. Links der Masse m soll sich nun in der Entfernung da eine Masse Ma befinden, deren Schwerkraft (in türkis) gerade die wirksame Beschleunigungskomponente (in magenta) der Erdgravitation kompensieren soll. Die Frage ist, wie groß muss die Masse Ma sein und welche räumlichen Dimensionen hat sie dann? |
Die Größenordnung nach Erdmaßstäben?
In einem homogenen Schwerefeld mit der Erdbeschleunigung ge wirkt auf die Masse m die Kraft Kg nach unten, die beschleunigende Kraft Kgw in Richtung der schiefen Ebene ist: |
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Ist der Neigungswinkel α=1°, so ist die effektive Beschleunigung auf der schiefen Ebene knapp 2% der Erdbeschleuigung. |
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Ein Kugelkörper habe die Dichte ρ und den Radius R. Auf seiner Oberfläche wirkt auf ein Probeteilchen der Masse m die Kraft K. Diese Kraft ist proportional zum Radius der Kugel. |
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Eine Kugel aus Erdmaterial mit dem Radius (Re sin1°)=111 km erzeugt dann die gewünschte Kraft, die die Masse m im Gleichgewicht hielte. Wenn ich da=111 km setze, hätte ich mit Erdmaßstäben eine Lösung für das Gedankenexperiment gefunden. Wie das homogene Feld selbst erzeugt wird? Etwa durch einen nahezu unendlich weit entfernenten massiven Körper. Wie wäre es mit einer Kugel aus Uran? Dann hätte die Kugel immer noch einen Radius von knapp unter 30 km. Die Erdkruste reicht von der Erdoberfläche bis in eine Tiefe von 5 bis 80 Kilometern. Na denn ... Bei diesen Dimensionen kann von einer nur lokalen Erscheinung – ‘In der Hangstraße rollt es schon nach oben, in der Dorfstraße eins weiter aber nicht’ - nicht mehr die Rede sein, wenn man von erdähnlichen Gegebenheiten ausgeht. Die Schlussfolgerung: Das Phänomen kann keine nur lokal auftretende Erscheinung sein. |
Neutronensterne oder Schwarze Löcher?
Ich nehme nun an, ich hätte Materie sehr hoher Dichte zur Verfügung, so dass ich mich um räumliche Ausmaße nicht weiter scheren müsste. Ich denke etwa an Masseportionen von einem Neutronenstern - dieser hat etwa den Durchmesser von 20 km, besitzt aber die Masse der Sonne. Ich könnte nun solche Materie in einem Experiment portionsweise in 1000 m Entfernung von meiner Masse m deponieren und sie solange erhöhen, bis die Masse m auf der schiefen Ebene im Gleichgewicht ist und die Masse nicht mehr hinunter rollt oder rutscht ... |
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In meinem Szenario wirkt im Schwerefeld der Masse Ma auf die Masse m die Kraft Ka nach rechts und die beschleunigende Kraft Kaw in Richtung der schiefen Ebene ist: |
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Die Masse Ma bestimmt sich dann zu: |
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Das Ergebnis – es reicht hier ein Taschenrechner, ich nehme oft «PhyxCalc» dazu: |
Ma = 2,567 1015 kg |
Schöpft man diese Masse aus einem Neutronenstern, hätte das Kugelgefäß einen handhab- und brauchbaren Durchmesser von 18 cm - das würde prächtig hinhauen. Würde man aber Erdmaterial nehmen, hätte die entsprechende Kugel einen Radius von 4,8 km, was die Geometrie des Experiments ganz und gar nicht zuließe. Der Abstand da müsste also größer sein, dann bräuchte ich aber wieder mehr Masse. Nein, schlicht lokal ist das Ganze nicht hinzubekommen. |
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Ich bin für ein nanogroßes Schwarzes Loch - ohne weitere Rechnerei! Die Physiker bei CERN haben mit ihrem Riesendingbeschleuniger wohl doch ein Schwarzes Loch erzeugt
... und das vagabundiert nun Erde
verschlingend durch die Erdkruste |
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Der Kugelblitz
Ein Kugelblitz in Masuren
Meine Mutter hat von einem Kugelblitz berichtet. Sie wuchs in einem kleinen Dorf namens Klein Lasken (heute Laski Male) in schönen Masuren (Ostpreußen) auf einem Bauernhof auf. Es gewitterte. Es donnerte. Plötzlich hüpft ein kleines leuchtendes Ding durchs Mädchen-Schlafzimmer. Es tanzt übers Bettgestell und setzt hier und da etwas in Brand. Es verschwindet einfach durch die offene Türe. Die Flämmchen waren schnell gelöscht. Der Schrecken steckte aber in den Knochen. |
Grundriss - Das Bauernhaus in Klein Lasken |
Was ist dran am Kugelblitz?
Die erwähnten Brandspuren haben mich darin bestärkt, den Bericht und die Kugelblitze für wahre Münze zu nehmen. Über die Jahre habe ich das Thema immer einmal wieder verfolgt. Die Existenz der Erscheinung wird heute nicht mehr einfach nur bestritten und als Halluzination abgetan – ja, es könnte sie wirklich geben, die kugeligen Blitze, die Kinderbetten in Brand stecken, ansonsten aber nicht unbedingt großes Unheil anrichten müssen. Th. Neugebauer (↓) spricht zwar in seinem Papier von nur zwei Erscheinungsformen des Kugelblitzes, eine schwebende, nicht-zündelnde und eine seltene heiße Variante, die aber nicht schwebt, sondern aufsitzt. Die schwebene Form kann sich einfach auflösen oder aber auch mit einem lauten Knall explodieren. Vielleicht gibt es ja aber auch masurische Übergangsformen, sage ich mir.
Jedenfalls sind Kugelblitze wohl Plasmakugeln
mit einer erstaunlichen Lebensdauer von
einigen Sekunden, die beim Einschlag
eines Blitzes doch eher selten erzeugt werden können. |
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Die Dunkle Macht im Universum
Die Epizyklen des Ptolemäus
Dem Astronomen Ptolemäus zufolge ruht die Erde im Zentrum des Universums, das aus einzelnen konzentrischen Sphären besteht, auf denen sich die Himmelskörper bewegen. Nur die ideale Sphäre konnte ein Baustein des Universums sein. Aber die Bewegungen der Planeten waren gar nicht so einfach - sie konnten auch rückwärts laufen und vollführten dabei kleine Schleifen am Firmament. Um diese Bewegungen zu erkären, sollten sich die Planeten noch zusätzlich auf kleinen Kreisen (Epizyklen ↓) bewegen, deren Mittelpunkte dann jeweils den großen Umlauf auf den Sphären machten. Man tat einen Kunstgriff, um das Weltbild zu erhalten, nicht mehr, aber es war ja immerhin nur ein Kreisbewegung, die hinzugefügt wurde. Es war ein Fortschritt, aber nur ein scheinbarer, denn das verbesserte Himmelsmodell machte etwas bessere Voraussagen - so habe ich es dereinst einmal gelesen, aber im Grunde war der Kunstgriff schlicht der Anfang vom Ende dieser Weltvorstellung. Die klassische griechische Kultur ging danieder, arabische Astronomen führten dann weitere Epizyklen ein, um weitere Abweichungen von den beobachteten Planetenbahnen zu deuten.
Es wurde Zeit für den Umbruch - |
Der Äther des Newton
Schallwellen breiten sich in Luft oder Wasser aus, beide Elemente sind die tragenden Medien für die Ausbreitung dieser Wellen. Fährt nun das Feuerwehrauto an mir vorbei, verändert sich der Sirenenton - die Schallwellen verhalten sich, salopp formuliert, irgendwie relativ zum Beobachter. Licht breitet sich auch aus, man braucht also ein tragendes Medium - den Äther. Luft macht Winde, Wasser macht Wellen, der allgegenwärtige Äther ruht, er darf nichts machen, außer Licht zu tragen, denn ansonsten würde er die Planeten bremsen, es gäbe kein Sonnensystem. Der Äther - ein Kunstgriff.
Der Äther ist der Anfang vom Ende der reinen Newton'schen Physik. Die Erde bewegt sich relativ zum ruhenden Äther. Wenn der Äther das Licht trägt, sollte Licht sich auch irgendwie relativ zum Beobachter verhalten. Albert Michelson und Edward Morley zeigten in einem berühmten Experiment, das die Erdbwegung(*)Geschwindigkeit ≈ 29800 m/s keinen Einfluß auf die Lichtausbreitung hat. Sie schickten dabei zwei Lichtstrahlen auf zwei Wege, den einen in die Richtung, in der sich die Erde auf ihrer Bahn um die Sonne bewegt, den anderen senkrecht dazu und maßen letztlich die Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Lichtstrahlen mit dem von Michelson erfundenen Interferometer: Die Geschwindigkeiten waren in beiden Fällen gleich, unabhängig von der Erdbewegung, die Lichtgeschwindigkeit ist konstant. Das Licht verhält sich absolut zum Beobachter. Den Äther gibt es nicht. Ein Paukenschlag. Und Einstein irrte nicht (↓). Albert Einstein holte dann die absolute Zeit von ihrem Sockel und schuf mit der Speziellen Relativitätstheorie und der vierdimensionalen Raumzeit das eine Fundament der modernen Physik, das andere wurden die Quantenmechanik und die relativistischen Quantenfeldtheorien (QFT) für die verschiedenen Wechselwirkungen der elementaren Teilchen, etwa der Quantenelektrodynamik, mit dem Kürzel QED, und der Quantenchromodynamik (QCD). Diese Quantenfeldtheorien sind mit den Strukturen im Kleinen befasst. Die Strukturen im Großen werden vor allem durch die Anziehungskräfte zwischen massiven Körpern bestimmt. Und diese Gravitationskräfte erfuhren durch Albert Einstein eine großartige Umdeutung in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie. Massive Materie krümmt laut Einstein den sie umgebenen Raum. Und es ist dieser gekrümmte Raum, der zu den anziehenden Kräften zwischen massiven Körpern führt. Gegenstand der Allgemeinen Relativitätstheorie sind also auch die großen Strukturen und der Aufbau des Universums. |
Die Dunkle Materie der Kosmologen
Dunkle Materie ist zunächst einfach Materie, die nicht oder nur schwach leuchtet und sich so der einfachen direkten Beobachtung entzieht. Nicht alles muss leuchten, die Welt ist voller Neutrinos, auch Physikern kommen sie nur äußerst selten zu Gesicht. Und Kometen sieht man nur in Sonnennähe. Braune Zwerge glimmen nur ein wenig vor sich hin, bei ihnen zündet der Wasserstoff nicht zum Wasserstoffbrennen. Dunkle Materie ist zunächst kein Mysterium. Aus den beobachteten Bewegungen von kosmischen Objekten lässt sich auf die sie umgebende Materie schließen. Galaxien sind von leuchtenden Gaswolken umgeben, deren Rotationsgeschwindigkeit sich messen lässt. Den Mess-Ergebnissen zufolge sind nur rund 10% der sich so ergebenen Masse auch sichtbare Galaxienmasse. 90% der Galaxienmasse ist dunkel. Baryonen bilden die Familie der schweren Elementarteilchen. Zu ihnen gehören die beiden Atomkern-Bausteine Proton und Neutron. Die Masse der ‘gewöhnlichen’ Materie im All rührt ganz überwiegend von Baryonen her - sie ist baryonische Materie. Diese lässt sich auf unterschiedliche Weise abschätzen, nur als Stichworte seien hier genannt die kosmische Hintergrundstrahlung(*)Ein sehr früher Gruß aus dem Urknallgeschehen. und die Nukleosynthese (↓) in der ersten Sekunde nach dem Urknall. Diese Abschätzungen besagen, das nur ein kleiner Bruchteil der Dunklen Materie gewöhnliche baryonische Materie sein kann, oder umgekehrt formuliert:
Die Natur des weitaus größtens Teils der Dunklen Materie liegt
im Dunklen - In den letzten 100 Jahren wurden Elementarteilchen gesucht und auch gefunden, angefangen vom Neutron und dem Neutrino bis hin zu den Quarks und dem Higgs-Boson(*)Es gibt den Teilchen die Masse. Dass ein großer Teil der Materie des Universums unbekannter Natur sein soll, diese Feststellung hat für mich eine ganz neue, überraschende Qualität, durchaus von der gleichen Art, wie wenn das Higgs-Boson nicht gefunden worden wäre. Hypothetische Teilchen, die für die unbekannte Materie einspringen können, sind natürlich zur Hand, S. Carroll (↓) nennt zwei Kandidaten außerhalb des Standardmodells der Großen Vereinigung der Wechselwirkungen(*)Die schwache, die starke und die elektromagnetische - die Gravitation sträubt sich: Neutralinos und Axions ... „ ... neutralinos :-(the lightest of the additional stable particles predicted by supersymmetry, with masses ≥ 100 GeV :-)" „ ... axions :-(light pseudoscalar particles arising from spontaneous breakdown of a hypothetical Peccei-Quinn symmetry invoked to explain conservation of CP in the strong interactions, with masses ∼ 10-4 eV :-)" Dunkle Materie meint nun immer nur den nicht-baryonischen Anteil. Welche Eigenschaften hat sie? Sie muss schon sehr lange kalt sein, andernfalls hätte sie sich übers Universum verteilt und unser Universum sähe heute ganz anders aus, es gäbe wohl keine Galaxien. Und die Wechselwirkung zwischen gewöhnlicher und Dunkler Matrie kann nur schwach sein, es wurde jedenfalls bisher nichts Derartiges beobachtet. In gewisser Weise ist die Dunkle Materie denn auch machtlos, nur für das große Schicksal des Universums nicht - aber das berührt die menschliche Spezies ja nicht. |
Die Dunkle Energie der hellen Köpfe
‘Dunkle Energie’ ist eine Wortschöpfung aus der Marketingabteilung der hellen Köpfe, ein Griff in die Kunstkiste, der beschönigt, aber nur meint, wir haben doch noch verflucht viele Fragenzeichen und einen Haufen Unverstandenes beieinander Und das Ganze ist hier im Zusammenhang zu sehen mit so schönen Dingen wie der Vakuum-Energie des Universums und der Kosmologischen Konstante des Weltmodells(*)Robertson-Walker-Metrik, Friedmann-Gleichung, .... |
CERN - Ein Ring am See
Die Forschungseinrichtung CERN ist eine großartige Sache für die Physik, die Wissenschaft und die Gesellschaft. Neulich sah ich im Fernsehprogramm von 3Sat einen kurzen Bericht über CERN, es hieß dort, man mache sich heute schon Gedanken über die nächsten 20, 30 Jahre, ein 100km-Ring werde angedacht. Ich denke, die Gesellschaft wird sich keinen noch größeren Teilchenbeschleuniger leisten wollen, der jetzige Beschleuniger wird der letzte für CERN sein. Auch haben sich die Gewichte verlagert. |
Wer etwa begeistert sich heute noch für die
bemannte Raumfahrt?
Ein neuer Beschleuniger?
Es werden viele Fragen im Universum unbeantwortet bleiben.
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Meine Frage am Ende: Wo ist nur die ganze Antimaterie hin? Ist da etwa noch eine spontane Symmetriebrechung vonnöten? Der Encarta-Autor (↓) hat das Geschehen miterlebt und genau mitgezählt: „ ... während der Hadronen-Ära bildeten sich auch Antiteilchen (wie beispielsweise den Antiprotonen und Antineutronen). Durch einen geringen Überschuß an Materie zu Antimaterie blieb nach der Teilchen-Antiteilchen-Vernichtung Materie übrig. Es standen sich 1000 000 001 Materieteichen zu 1000 000 000 Antimaterieteilchen gegenüber." |
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Der Aufrechte Gang im Sternenstaub
Der aufrechte Gang
Der Mensch braucht nicht nur Wasser, er braucht auch Eisen für seine roten Blutkörperchen. Und er braucht auch Calcium für seine Knochen und den aufrechten Gang. Spurenelemente benötigt der Mensch in zum Teil nur winzigen Mengen, sie sind aber lebensnotwendig für ihn, weil sie in Enzymen, Vitaminen und Hormonen enthalten sind. Zu den Spurenelementen gehören auch weniger bekannte chemische Elemente: Arsen, Chrom, Cobalt, Eisen, Iod, Kupfer, Lithium, Mangan, Molybdän, Selen, Vanadium, Zink und Zinn. Eisen und Calcium gibt es auf den blauen Planeten im Überfluss, Der Erdkern soll ja aus heißem Eisen bestehen und Meeresböden wurden durch die tektonischen Kräfte zu Gebirgsketten aufgefaltet, die so aus dem Muschelkalk des Meeresbodens bestehen. Kalk und Eisen im Überfluss. |
Das beredte Sternenlicht
Isaac Newton zerlegte Sonnenlicht mit einem Prisma und zeigte so die spektrale Zusammensetzung des Sonnenlichtes. Gustav Robert Kirchhoff und Robert Wilhelm Bunsen entdeckten 1859, dass jedes chemische Element sein eigenes charakteristisches Spektrum besitzt. Die Spektralanalyse von Sternenlicht ermöglicht eine genaue Analyse der Bestandteile der Sterne. So gibt es Sterne mit sehr viel Wasserstoff, wie der weiße Sirius im Großen Hund. Oder Sterne mit ausgeprägten Linien des Calciums, wie der δ Aquilae im Sternbild des Adler. Oder die Sonne, in keinem Sternbild zu Hause, sie zeigt die Spektren vieler Metalle, Calcium und besonders Eisen sind auch dabei. Calcium und das Eisen schier im Überfluss. |
Jm Anfang war die Finsternis
Da hat die Bibel wohl recht, das Universum wurde im Takt erschaffen und da hat sie nicht recht, es war kein Tagestakt, sondern zunächst ein Takt in Bruchteilen von Sekunden. Der Anfang des Evangeliums des Johannes mit dem Worten Martin Luthers ... |
JM
ANFANG WAR DAS WORT /
VND DAS WORT WAR EUANGELIUM S. JOHANNIS, Kapitel I. Vers 1 (↓) |
„Was nicht ewig währt, hat einen Anfang, und im Anfang war die Große Finsternis. Gott sprach also, es werde knallen im Ururalter. Und es ward ein Großer Knall. Und Gott sah, dass es gut war und hatte ein Wohlgefallen an dem, was da geschah ... Es war denn ein Tohuwabohu, woraus sich Quarks(*)Bausteine der Protonen und Neutronen und Gluonen(*)Klebstoff zwischen den Quarks schälten. Es fügten sich zusammen die Neutronen und Protonen. Elektronen und Photonen schwirrten, so dass es eine reine Freude war. Und die Zeit war endlich reif, nach einem Schlag der Wimpern, Protonen und Neutronen klumpten sich zu Kernen, auf dass im Universum langsam die Gestalt sich finde." (*)Man und frau sehe mir nach ... |
Was sich denn da zusammen klumpte?
Calcium und das Eisen? |
Die brütenden Sterneöfen
Was den Menschen nur für den Kriegsgebrauch und bisher nicht für den Hausgebrauch gelungen ist (und auch nicht gelingen wird(*)Die Kernenergie lässt grüßen), Sterne heizen in ihren Jugendjahren mit Wasserstoff, den sie zu Helium verbrennen, das Wassserstoffbrennen des Sterns. Stark vereinfacht zu einer Kernreaktion verschmelzen dabei zwei schwere Wassserstoffkerne zu einem Helium-3-Kern, wobei ein Neutron und etwas Energie in Form von Gammastrahlung freigesetzt wird. Die Menge macht es hier. (*)Ich wollte ausprobieren, ob OpenOffice auch links hoch- und tiefstellen kann, es kann Wie gesagt, die Menge macht es: In der Sonne verschmelzen in jeder Sekunde etliche Hundert Millionen Tonnen Wasserstoff zu Helium. Geht der Wasserstoff zu Neige, setzt unter hohem Druck und bei hohen Temperaturen das Heliumbrennen ein, Helium verschmilzt zu Sauerstoff und Kohlenstoff. Massive Sterne können durch starkem Gravitationsdruck in weiteren Kernreaktionen (↓) höhere chemische Elemente bis hin zum Eisen erzeugen. Die Fusion zu noch schwereren Atomkernen würde Energie verbrauchen und nicht mehr erzeugen. Es braucht schon kosmische Katastrophen, um Elemente wie Jod und Kupfer zu erzeugen. Sind sehr massereiche Sterne vollständig ausgebrannt, fallen sie in sich zusammmen, sie implodieren unter dem ungeheuren Gravitationsdruck, dem sich nichts mehr entgegen stemmt. Eine Supernova bildet sich, die es in wenigen Tagen in einer urgewaltigen Explosion auseinander reißt - das ist der Baustoff für neue Sterne, im kosmischen Kreislauf. Was übrig bleibt? Eine sich ausdehnende Gashülle, im Zentrum ein Neutonenstern oder, wenn der Stern schwer genug war, ein Schwarzes Loch. Unter den extremen Ausnahmebedingungen einer Supernova bilden sich im Innern die Atomkerne, die schwerer als Eisen sind, darunter sind eben auch die Spurenelemente Arsen, Cobalt, Jod, Kupfer, Molybdän, Selen, Zink und Zinn. Vor allem Neutronen sind an diesen vielfältigen Kernraktionen beteiligt, die im dichtgepackten Innern der Supernova freigesetzt und von den Atomkernen eingefangen werden, so dass sich Kerne mit einer erhöhten Protonenzahl bilden. |
Ich bin beeindruckt
Die Brutstätte aller höheren chemischen Elemente sind die Sterne. Im heißen Innern der Sterne schmelzen Kerne zusammen und bilden auch Calcium und Eisen. Die Sterne fallen in sich zusammen und explodieren in gewaltigen Supernovae. Neue Sterne ballen sich zusammen und entzünden ihre Feuerglut, wieder und wieder. |
So bildet sich auch die Sonne, in der vierten oder
fünften Sternengeneration?
Ich bin tief beeindruckt. |
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Schrödingers Katze
Was macht die Katze in der Kiste?
Der fette Kater hockt in der Kiste. In der Kiste ist es dunkel, ein Deckel verschließt die Kiste. Die Katze ist nicht allein, ein paar Mäuse teilen sich die Kiste mit der Katze - und abgezählt ein Atom namens Thorium leistet der Katze eine brisante Gesellschaft! Eine Apparatur befindet auch in der Kiste. Wenn dann das Atom namens Thorium zerfällt, schickt es ein Elektron durch die Kiste, ein Geigerzähler fängt es auf und gibt dabei ein Ticken von sich, das Ticken lässt ein Hämmerchen auf eine Glasampulle knallen, ein giftiges Gas entweicht. Die Katze ist tot. |
Wer ist nun Schrödinger?
Schrödinger ist kein Hund, Erwin Schrödinger hat sich ein Gedankenexperiment 1935 ausgedacht, das die „Kopenhagener Deutung” der Quantenmechanik(*)des Nils Bohr, dem Vater des Bohrschen Atommodells auf die Schippe nehmen sollte. Erwin Schrödinger ist der Namensgeber der „Schrödinger-Gleichung” - er ist neben Max Planck und Werner Heisenberg einer der Väter der Quantenmechanik. Nun in aller Schönheit seine Gleichung ...
Die eindimensionale Schrödinger-Gleichung Ich habe eine Schwäche für schöne Gleichungen, in ihnen steckt die Wahrheit, und nur in ihnen und nicht in den Worten. Das kleine griechische 'psi' (ψ) steht für die berühmte Wellenfunktion der Quantenmechanik, hier eingebracht in die Wellengleichung für ein eindimensionales Problem, wo sich ein Teilchen der Masse m in einem ortsabhängigen Potential V(x) bewegt. Die Wellenfunktion ψ(x,t) beschreibt den Zustand des Teilchen in der Zeit, sie hat (nicht nur) eine Wahrscheinlichkeitsinterpretation: |ψ(x,t)|2⋅dx gibt die Wahrscheinlichkeit an, dass sich das Teilchen zur Zeit t dicht am Orte x aufhält - wenn ich denn messen würde, nicht mehr und nicht weniger. Wunderbar, aber wie überbrücke ich die gewaltige Kluft zwischen einem Probeteilchen der Masse m in einem Potential V und einem fetten Kater in einer dunklen Kiste? Die Antwort heißt „Ganz und gar nicht”. Denn das Innenleben der Kiste unterliegt nicht der Schrödinger-Gleichung, nicht den Gesetzen der Quantenmechanik. Für das Thorium mit der Halbwertszeit tH=25 Tage gilt das statistische Zerfallsgesetz 2-t/tH, alles Andere geht seinen natürlichen Gang - jede philosophische Tiefenbohrung ist überflüssig, denn sie bringt keinen Erkenntnisgewinn, es sei denn, man wolle ein auflagenstarkes Buch(↓) für ein größeres Publikum schreiben. Und worum geht es nun eigentlich? Natürlich nicht um Erwin Schrödinger, denn ... Die Geschichte handelt von Leben und Tod, von bewussten und neugierigen Beobachtern und nicht zuletzt von zusammenbrechenden Wellenfunktionen, letzteres geschieht mit schrecklichem Getöse ob des groben Unfuges, der da heute noch mit Sendungseifer und großem Worttamtam angerührt wird. |
Ist Schrödingers Katze für die Katz'?
Und weil dem so ist, dass das Innenleben der Kiste seinen natürlichen Gang ginge und von sich überlagernden und zusammenbrechenden Wellenfunktionen weit und breit nichts zu sehen sein würde, müssen 5000(*)naja, in etwa - für ein statistisch relevantes Experiment fette Kater nicht sterben. Es gäbe nicht den geringsten Erkenntnisgewinn. Schrödingers Katze ist gänzlich für die Katz'. Also auf zu den «verschränkten Photonen», da gibt es wirklich einen Erkenntnisgewinn. Der französische Physiker Alain Aspect untersuchte 1982 mit seiner Arbeitsgruppe die Quantenkorrelationen zwischen Photonen. Seine und nachfolgende Experimente zeigen, dass diese Korrelationen auch über größere Entfernungen (zum Beispiel nahezu kosmische 11 km) erhalten bleiben. Es scheint, als gäbe es da so etwas wie augenblicklich wirkende Ferneinflüsse. Spannend. Die Messergebnisse der Physiker sind verträglich mit der Quantentheorie. Sie widerlegen aber das Lokalitätsprinzip, dass man aus der Relativitätstheorie ableiten zu können glaubt. Albert Einstein hat dieses Lokalitätsprinzip sehr hoch gehalten. Für mich hat dieses Prinzip auch etwas sehr Menschliches. Der Mensch hat die Natur wohl doch noch nicht so recht verstanden. Jedenfalls ist die Quantenheorie dem 'gesunden' Menschenverstande nicht besonderns nahe, um nicht zu sagen, er tut sich sehr schwer mit dieser so erfolgreichen Theorie über die kleinen Dinge dieser Welt.
Eine wirklich spannende Geschichte - |
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Anhang
Epizyklen
Alles muss ein Kreis sein. Wenn es noch nicht ganz passt, nimmt man noch einen kleinen Kreis hinzu und lässt ihn mit dem großen Kreis abrollen. Die Abbildung habe ich mit dem nützlichen Werkzeug «GeoGebra» konstruiert. Ich finde, das hier ist ein schönes Beispiel für ein Beschreibungsmodell, das nahezu vollständig an der realen Welt vorbei geht, das aber dennoch den beobachteten Planetenbewegungen qualitativ nahe kommt und sogar in Grenzen quantitativ brauchbar gewesen sein soll. |
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Kleiner Kreis auf großem Kreis |
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Während der große Kreis eine Umdrehung macht, rollt der kleine Kreis neun Mal um sich selbst und erzeugt so einen Bewegungsablauf, bei dem der Planet rückwärts zu wandern scheint. Mit SciLab ist es ein Vergnügen, derlei zu visualisieren, man benötigt keine einzige Schleife und führt die kleine Rechnerei einfach vektoriell aus - den schön-schnöden Quellcode hatte ich dem Leser eigentlich ersparen wollen ... |
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Kleine Schleifen im großen Kreis |
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Nur ein wenig SciLab-Code(*)Was bin ich doch für ein Code-Klopfer! für die Visualisierung |
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Literatur
Sean M. Carroll
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D. Martin Luther
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Wolfgang Blümel
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Verschiedene Autoren
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Es ist schon erstaunlich, sucht man im Internet nach Begriffen zum Thema, findet man zuerst drollige Artikel der Art «Das kann nicht sein - Ich weiß es besser». Wie kann man denn nur für den Äther fechten? Das Äther-Konzept verletzt das Grundprinzip der Ästhetik der Wissenschaft „Was wahr ist, ist auch schön". Und der Äther ist schlicht ein häßliches Gebilde und kann nicht ‘wahr’ sein. |
Einstein irrte nicht. Er hat ja auch Newton nicht vom Sockel gestoßen, die Newton'schen Gesetze sind als Grenzfall Teil der Relativitätstheorien. Und umfassendere Theorien - wenn sie denn gefunden und im Experiment (*)Schon heute hat man es mit winzigen Effekten zu tun bewiesen werden, werden die Relativitätstheorien auch als Grenzfall enthalten. |
Bernd Müller
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© 2014 Bernd Ragutt Alle Rechte vorbehalten |
letzte Änderung: 10. Juni 2015 Kruschtkiste |
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