Der Urknall und andere Katastrophen E-Book

Wiebke Salzmann

• Herausgeber: Wiley-VCH
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Serie: Erlebnis Wissenschaft
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2012

Seitenzahl: 436

Beschreibung

Physikalische Kurzgeschichten zur Entstehung unserer Welt - selektiert aus PhiuZ, logisch miteinander verknüpft und leicht verdaulich literarisch aufgearbeitet sind sie unterhaltsame, amüsante und spannende Lektüre für jeden Interessierten.

Leseprobe

200 Jahre Wiley – Wissen für Generationen

John Wiley & Sons feiert 2007 ein außergewöhnliches Jubiläum: Der Verlag wird 200 Jahre alt. Zugleich blicken wir auf das erste Jahrzehnt des erfolgreichen Zusammenschlusses von John Wiley & Sons mit der VCH Verlagsgesellschaft in Deutschland zurück. Seit Generationen vermitteln beide Verlage die Ergebnisse wissenschaftlicher Forschung und technischer Errungenschaften in der jeweils zeitgemäßen medialen Form.

Jede Generation hat besondere Bedürfnisse und Ziele. Als Charles Wiley 1807 eine kleine Druckerei in Manhattan gründete, hatte seine Generation Aufbruchsmöglichkeiten wie keine zuvor. Wiley half, die neue amerikanische Literatur zu etablieren. Etwa ein halbes Jahrhundert später, während der »zweiten industriellen Revolution« in den Vereinigten Staaten, konzentrierte sich die nächste Generation auf den Aufbau dieser industriellen Zukunft. Wiley bot die notwendigen Fachinformationen für Techniker, Ingenieure und Wissenschaftler. Das ganze 20. Jahrhundert wurde durch die Internationalisierung vieler Beziehungen geprägt – auch Wiley verstärkte seine verlegerischen Aktivitäten und schuf ein internationales Netzwerk, um den Austausch von Ideen, Informationen und Wissen rund um den Globus zu unterstützen.

Wiley begleitete während der vergangenen 200 Jahre jede Generation auf ihrer Reise und fördert heute den weltweit vernetzten Informationsfluss, damit auch die Ansprüche unserer global wirkenden Generation erfüllt werden und sie ihr Ziel erreicht. Immer rascher verändert sich unsere Welt, und es entstehen neue Technologien, die unser Leben und Lernen zum Teil tiefgreifend verändern. Beständig nimmt Wiley diese Herausforderungen an und stellt für Sie das notwendige Wissen bereit, das Sie neue Welten, neue Möglichkeiten und neue Gelegenheiten erschließen lässt.

Generationen kommen und gehen: Aber Sie können sich darauf verlassen, dass Wiley Sie als beständiger und zuverlässiger Partner mit dem notwendigen Wissen versorgt.

William J. Pesce

President and Chief Executive Officer

Peter Booth Wiley

Chairman of the Board

Autorin

Dr. Wiebke Salzmann

Bäukenweg 11

18182 Mönchhagen

Illustrationen von Roland Wengenmayer, Frankfurt/Main.

1. Auflage 2007

Alle Bücher von Wiley-VCH werden sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren, Herausgeber und Verlag in keinem Fall, einschließlich des vorliegenden Werkes, für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie für eventuelle Druckfehler irgendeine Haftung

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

© 2007 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form  – durch Photokopie, Mikroverfilmung oder irgendein anderes Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache übertragen oder übersetzt werden. Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dass diese von jedermann frei benutzt werden dürfen. Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschützte Kennzeichen handeln, wenn sie nicht eigens als solche markiert sind.

Wiley Bicentennial Logo Richard J. Pacifico

ISBN: 978-3-527-31870-4 ePDF ISBN: 978-3-527-64113-0 ePub ISBN: 978-3-527-64112-3 mobi ISBN: 978-3-527-64114-7

Inhaltsverzeichnis

titelseite200 Jahre Wiley – Wissen für GenerationenTitelImpressumVorreden1 - Schöpfung und Qualitätsmanagement2 - Der Urknall3 - Ein Besuch im Zoo4 - Welle, Teilchen oder was?5 - Gequantelte Atome oder: Beobachten Katzen sich selbst?6 - Rechts oder links oder doch lieber gar nicht erst festlegen?7 - Tunnelbau mit Nebeneffekten8 - Wasserstoffexplosionen und versalzene Suppen9 - Altägyptische Bettgestelle10 - Kettenreaktionen11 - Kampf dem Bewegungsmangel12 - Mit Pink Devil gegen Couchpotatoes13 - Gesperrtes und Durchlässiges14 - Megageiler Sound15 - Was tun gegen Löcher im Kühlschrank?16 - Halloween17 - Helium – jetzt auch superflüssig18 - Einladung zum Abendessen19 - Konfusion mit der Kernfusion20 - Weißt du, wie viel Sternlein stehen ...21 - Die Stilberatung22 - Operation »Schrödingermann«LiteraturRegister

Vorreden

»So, jetzt sind wir fast fertig. Wir brauchen nur noch einen hübschen Einband. Laplacie, gibst du ihn mir mal? Und wie organisieren wir den Vertrieb? Ist Schrödiman schon aus der geschlossenen Psychiatrie zurück?«

»Chef, der will gar nicht zurück. Hat sich verbarrikadiert.«

»Ach. Ja, dann suchen wir uns wohl am besten einen Verlag. So, hübsches Titelbild, nicht?«

»Titelbild? Wozu denn der überflüssige Schnickschnack?«

»Ah, die verehrte Gabriela. Schön, dass Sie da sind. Nun ja, unser Werk soll doch auch nett aussehen.«

»Das Buch. Deshalb bin ich hier. Meinen Sie wirklich, dieses einbändige Werk wird unserem Anspruch gerecht? Ich hätte da eine Alternative anzubieten ... dies sind meine persönlichen Aufzeichnungen des Schöpfungsprozesses. Wenn Sie mal schauen mögen ...«

»Hm. 2384 Bände. Sicher sehr umfassend.«

»Chef, es ist vollständig.«

»Lassen Sie mal sehen – ah ja, Formeln. Und noch ein paar Formeln. Eigentlich nur Formeln. Hm. Ich dachte doch eher an ein Werk, dass auch Leser ohne Physikstudium verstehen können.«

»Leser ohne Physikstudium? Ich weiß ja, dass Ihre Schöpfung die verschiedensten Lebewesen hervorbringen soll, aber meinen Sie nicht, es sollte da Grenzen geben?«

»Aber meine Liebe, wir ...«

»Ha, das ist mal wieder typisch! Nur weil Sie selbst von morgens bis abends mit dieser öden Physik zubringen, glauben Sie, das müssten alle tun! Wo blieben da Kunst, Musik, Kultur, ...«

»Ach, die liebe Michaela ist auch schon da. Wir freuen uns auch, Sie zu sehen. Um zum Thema zurückzukommen, ich dachte in der Tat, es sei nicht nötig, dass alle Lebewesen Physik studieren. Und damit auch die anderen einen Einblick in unsere Arbeit erhalten können, haben wir doch unser Buch in Auftrag gegeben. Ohne Formeln. Dafür mit Bildern. Schön anschaulich.«

»Anschaulich? Chef, Sie wissen doch, dass Anschaulichkeit immer auch Ungenauigkeit bedeutet. Bilder können immer nur Näherungen sein, das gibt die Komplexität unserer Arbeit in keiner Weise wieder.«

»Meinen Sie nicht, es ist wichtiger, dass die Leser eine grundsätzliche Vorstellung von dem bekommen, was wir hier treiben? Da kann man doch ein bisschen Ungenauigkeit in Kauf nehmen. Die meisten Menschen finden Bilder anschaulicher als Formeln.«

»Nun, ich nicht. Wissenschaftlicher Exaktheit ist unbedingt der Vorzug vor Anschaulichkeit zu geben. Aber ich sehe schon, dass meine Meinung hier mal wieder nicht gefragt ist. Und wenn ich das so durchblättere – es ist ja noch nicht mal vollständig! Ganze Themenbereiche kommen nicht vor!«

»Nun ja, wir hielten es für sinnvoll, das Buch nicht zu unhandlich zu machen. Man soll es ja auch im Bett lesen können. Deshalb lieber was weglassen und das Übrige ein bisschen gründlicher. Den Rest können wir ja später noch mal machen.«

»Was Sie so gründlich nennen. Ein Buch ohne Formeln kann nicht gründlich sein. Wer hat es denn eigentlich verfasst? Hier ist ja der Lebenslauf  – Physikerin ist sie ja immerhin, aber noch nicht mal Professorin? Und was schreibt sie so, wenn sie keine Sachtexte verfasst  ... Märchen? Kurzkrimis? Trivialliteratur? Chef, das ist nicht mein Niveau! Ich distanziere mich in aller Form von diesem Werk!«

»Also, ich find Krimis klasse. Muss nur genug Action drin sein. Explosionen und so.«

»Nun, hochverehrte Kollegin Luzie, mir war nicht bekannt, dass Sie überhaupt lesen können.«

»Klar kann ich. Trotzdem find ich ‘n Experiment anschaulicher. Hier – Sie kritzeln seitenweise ödes Zeug aufs Papier, nur um ‘ne Supernova zu erklären. Das geht doch viel anschaulicher im Experiment ...«

»Nein, Luzie, bitte ni...«

...

»Laplacie, reichst du mir diesen Fetzen auch noch? So, jetzt hier noch ein bisschen Klebestreifen und die Asche wegfegen – und unser Buch ist so gut wie neu. Liebste Luzie, Sie wissen, wie sehr wir alle die spontane und äh, mitreißende Art ihrer Experimente schätzen – aber könnten Sie bei Ihren Supernovae etwas mehr Sicherheitsabstand halten? Sonst müssen wir doch noch auf das 2384-bändige Werk der Kollegin Gabriela zurückgreifen. Und mit dem Formelwust vergraulen wir die Leser. – Meine liebe Gabriela, warum sehen Sie so biestig drein? Habe ich sie mit irgendwas verärgert? Michaela, gefällt Ihnen denn unser Werk?«

»Viel zu trocken. Keine Poesie. Konnten Sie nicht einen Dichter finden? Wo bleiben hier Romantik, Gefühle, was für ‘s Herz ... Und was finde ich hier stattdessen? Elementarteilchen und Kräfte, Quantenmechanik, ...«

»Nein, Laplacie, nicht wieder ohnmächtig werden! Luzie, nehmen Sie seine Füße, wir bringen ihn in die Schocklage.«

»..., Aufbau von Atomen, Radioaktivität und Kernspaltung, elektrische Leitfähigkeit, Halbleiterphysik, Magnetismus, Supraleitung, Suprafluidität, Kernfusion – igitt!«

»Nun ja, es handelt sich um einen Bericht der frühen Schöpfungsphase, beginnend beim Urknall. Da gibt es noch nicht so viele Herzen  ... Aber sehen Sie doch, Sterne kommen vor. Sind Ihnen Sterne romantisch genug?«

»Ja aber doch nicht so! Hier geht es um Aufbau und Entwicklung von Sternen! Das ist doch nicht romantisch! Ah, wenigstens haben Sie den Bericht über das Weihnachtsproblem mit aufgenommen. Das bringt zumindest ein Minimum an gesellschaftlich-sozialer Bedeutung. «

»Wie bitte? Dieses unsägliche, wissenschaftlich völlig unhaltbare Kapitel haben Sie aufgenommen? Es hat keinerlei ...«

»Ach, Sie schon wieder! Sie haben keine Ahnung von sozialer Bedeutung. Sie haben bestimmt auch wieder nicht daran gedacht, dass wir uns bei einigen Personen für die geleistete Unterstützung bedanken sollten.«

»Bedanken? Die Arbeit am Schöpfungsbericht unterstützen zu dürfen, ist eine Ehre. Ich erwarte im Gegenteil Dankesschreiben der Beteiligten.«

»Also nein, meine Liebe, da muss ich der Kollegin Michaela zustimmen. Luzie, Laplacie und ich haben da auch etwas vorbereitet ... wo ist die Liste ... ach, da:

Roland Wengenmayr, Redakteur der »Physik in unserer Zeit«, erhält für die hervorragende bildliche Dokumentation unserer Arbeiten einen persönlichen Stern. (Wir bitten bei diesem wertvollen Geschenk um Vorsicht: Wenn das Sternenzentrum in einigen Hundert Millionen Jahren kollabiert, besteht die Gefahr des Finger-Einklemmens.)

Dr. Thomas Bührke, Redakteur der »Physik in unserer Zeit«, erhält für die Betreuung einzelner in dieser wertvollen Zeitschrift erschienenen Kapitel aus unserem Bericht eine Jahrhundertkarte für den Elementarteilchenzoo.

Susanne Kreitmann, Stefanie Zill, Dr. Michael Wunder, Wolfgang Mielke, Kai und Dr. Arne Boysen, Heike Geisler, Armin Blawert, Barbara Blawert, Prof. Dr. Klaus Bohne sowie die Autorengruppe vom Literaturhaus Kuhtor in Rostock unter der Leitung von Dr. Wolfgang Gabler erhalten für die Mühe, ausgewählte Texte lesen zu müssen, einen Kulturabend. Zunächst bringt die Kollegin Luzie ein Stück auf ihrer neuen Gitarre zu Gehör, dann folgt eine Modenschau auf einem Neutronenstern Ihrer Wahl, anschließend gibt es einen Eintopf aus dem von Luzie modifizierten Dampfkochtopf. Die Explosion ist jetzt garantiert. (Vielleicht bringen Sie sich zur Sicherheit eine Dose Ravioli mit.) Sollten wir Sie in der Aufzählung vergessen haben oder sollten Sie den Eindruck haben, gar nicht auf die Liste zu gehören, kommen Sie einfach trotzdem. Fällt nicht auf.

Dr. Gudrun Walter und Dr. Waltraud Wüst von Wiley-VCH erhalten für die Betreuung unseres Berichtes ein Jahrhundertabo für ein Lauftraining im Leitungsband. Für den reibungslosen Ablauf sorgt die im Preis enthaltene anschließende Dusche im Heliumspringbrunnen.

Dr. Thomas Salzmann erhält für das Lesen der Erstversionen und für das Wiedereinsammeln und Zusammensetzen der Computerteile, wenn die sprichwörtliche Geduld unserer Protokollantin mal wieder zu einem Fenstersturz des unwilligen Rechners führte, den erwähnten Röhrencomputer inklusive einer Pinguinanlage, garantiert ohne Fenster und Tore.

Ganz besonderer Dank gebührt Prof. Dr. Ronald Leven, der unter höchstem Einsatz das gesamte Manuskript gelesen und auf Fehler durchforstet hat. Auf eigenen Wunsch erhält er neben einer Jahrtausendkarte für den Elementarteilchenzoo einen nagelneuen Potenzialtopf  – die Version mit den unendlich hohen Wänden, man weiß ja, dass die mit den endlich hohen Wänden zu Undichtigkeiten neigen.

Jetzt wünscht das ganze Schöpfungsteam allen Leserinnen und Lesern viel Vergnügen!

Gabriela Nehmen Sie zur Vertiefung unbedingt einschlägige Lehrbücher der theoretischen Physik zur Hand.

Michaela Denken Sie an vitaminreiche Vollwertkost und ausreichend Dehnungsübungen zwischendurch!

Laplacie Und seien Sie bloß vorsichtig mit den Kapiteln zur Qu...Quan... mmpf.

Luzie Kleben se aber nich zu sehr am Papier – immer schön praxisnah bleiben. Sonst kapiern se das mit der Wasserstoffexplosion nie.

Gott Ach was, lesen Sie einfach, alles nicht so schlimm. Mit belgischen Pralinen oder französischem Rotwein überstehen Sie auch die Quantenmechanik. Die explosiven Experimente überlassen Sie aber vielleicht doch besser der Kollegin aus der Hölle. Ansonsten erreichen Sie die Feuerwehr unter 112.

1

Schöpfung und Qualitätsmanagement

Evolution im Schnelldurchgang und die Arbeitsweise der Physik

»Herein!« Während Gottes rechte Hand einen dicken Wälzer mit dem Titel »Paralleluniversen und ihre Eigenheiten« durchblätterte, die linke einige Entwürfe von Lebensformen unterschiedlicher Beinanzahl skizzierte, der rechte Fuß eine Computermaus bediente, der linke im Takt inspirierender Sphärenklänge wippte, seine rechte Hirnhälfte über das Nichts vor dem Fenster sinnierte und die linke über geschlossene und offene Zeitlinien nachdachte, vernahmen beide Ohren das Klopfen an der Tür. »Ah, Laplacie! Schön, dich zu sehen! Ist sie das?«

Auf grünbehaarten O-Beinen schwebte eine Erdkugel herein, gehalten von ebenfalls grünhaarigen Fingern. Der Laplacesche Dämon setzte das Erdmodell auf dem Blumenhocker ab, da er die genauen Abmessungen des Schreibtisches unter dem Papierberg nicht ausmachen konnte. Gott wühlte sich hinter seinem Schreibtisch hervor, umrundete die Erde und war zufrieden. »Ja, so hatte ich sie mir vorgestellt. Dann können wir ja heute noch mit der Simulation anfangen. Brauchen wir noch etwas drum herum? Ein bisschen Universum oder so? Warte, ich habe mir da heute Nacht was überlegt, was war das noch ...«

Der Laplacesche Dämon

Der Laplacesche Dämon ist eine »Erfindung« des französischen Physikers Pierre Simon Marquis de Laplace (1749–1827). Dieser Dämon sollte in der Lage sein, von allen Atomen und Molekülen im Universum Ort und Geschwindigkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt zu kennen und aus diesen Daten mithilfe der damals bekannten Gesetze die weitere Entwicklung des gesamten Universums daraus zu berechnen. Dass dies den Menschen nicht gelingen konnte, sollte nur daran liegen, dass diese nicht in der Lage wären, die nötigen Daten zu wirklich allen Teilchen im Universum zu erfassen.

Inzwischen kennt man jedoch zwei Theorien, die dem Dämon seine Aufgabe unmöglich machen. Die eine ist die Quantenphysik mit ihren Unschärferelationen, die besagen, dass es prinzipiell unmöglich ist, von Teilchen im Größenbereich von Atomen oder darunter gleichzeitig Ort und Geschwindigkeit zu bestimmen (s. S. 60). Kennt man das eine, kann man über das andere keine Aussage mehr machen, weshalb der Dämon schon die Anfangsbedingungen für seine Rechnungen nicht bestimmen kann. Lediglich bei großen Objekten kommt man ohne die Anwendung der Quantenphysik aus und kann beispielsweise die Bewegung von Planeten mit Methoden der klassischen Mechanik (d. h. nicht quantenphysikalisch) berechnen.

Aber auch im Gültigkeitsbereich der klassischen Mechanik kann der Dämon seine Aufgabe nur erfüllen, wenn er es mit höchstens zwei Körpern zu tun hat. Bereits bei drei Körpern, die sich gegenseitig beeinflussen (beispielsweise durch ihre Schwerkraft), entwickeln sich die Bewegungen so kompliziert, dass sie nicht mehr vorhergesagt werden können. Die Ursache ist hier die Ungenauigkeit bei der Bestimmung der Ausgangsbedingungen. Hier geht es nicht um die quantenmechanische Unschärfe, sondern um die Ungenauigkeit, die jeder Messung anhaftet. Durch technische Entwicklungen lässt sich diese Messungenauigkeit zwar herabsetzen (man vergleiche z. B. eine alte Pendeluhr mit einer modernen Atomuhr), aber ein Rest bleibt immer. Wenn man die Anfangszustände der drei Körper misst, erhält man zwar Werte beispielsweise für ihre Positionen, aufgrund der Messungenauigkeit können diese aber auch ein wenig weiter rechts oder vorn liegen. Und bei Systemen aus mehr als zwei Körpern kann ein noch so winziger Unterschied in den Anfangsbedingungen dennoch einen großen Unterschied in den späteren Bewegungszuständen der Körper verursachen. Ein Körper, der sich nur ein wenig weiter rechts befand als ein anderer, kann sich unter bestimmten Umständen nach einer Weile trotzdem am anderen Ende des Universums befinden. Da man aufgrund der Messungenauigkeit aber wie gesagt nicht weiß, ob der Körper sich »ein wenig weiter rechts« befand oder nicht, kann man auch nicht vorhersagen, »an welchem Ende des Universums« er sich am Schluss befindet. Diese Dinge sind Gegenstand der Chaostheorie. Der Schmetterling, der mit einem Flügelschlag in Afrika einen Tornado in Amerika auslöst, ist eine populäre Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen kleinen Änderungen und großen Auswirkungen.