Heiner Müller-Krumbhaar, Hermann

Heiner Müller-Krumbhaar,
Hermann-Friedrich Wagner (Hrsg.)
Heiner Müller-Krumbhaar,
Hermann-Friedrich Wagner (Hrsg.)
Was die Welt
zusammenhält
Berlin · Weinheim · New York · Chichester
Brisbane ·Singapore · Toronto
Impressum
Herausgeber:
Prof. Dr. Heiner Müller-Krumbhaar (Forschungszentrum Jülich)
für die Deutsche Physikalische Gesellschaft e.V., Bad Honnef
e-mail: [email protected]
Dr. Hermann-Friedrich Wagner, Bundesministerium für Bildung und Forschung (bmb+f )
e-mail: [email protected]
Autoren:
Dr. Thomas Bührke (Jenseits der Milchstraße)
Astrid Dähn, Frank Grotelüschen, Wolfgang Richter (Reise zum Urknall)
Dr. Brigitte Röthlein (Gebändigtes Licht)
Dr. Mathias Schulenburg (Stein der Weisen)
Anne Hardy (Entdeckung des Zufalls)
Konzept: Manfred Schmidt
Redaktion: Wolfgang Richter (verantwortlich), Dr. Marcus Neitzert, Manfred Schmidt
Gestaltung: Claudia Oly (verantwortlich), Dietmar Putscher
iserundschmidt, Kreativagentur für PublicRelations, Bad Honnef - Berlin
Das vorliegende Werk wurde sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren,
Herausgeber, Redaktion und Verlag für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und
Ratschlägen sowie für eventuelle Druckfehler keine Haftung.
1st edition, 2001
Die Deutsche Bibliothek - CIP Einheitsaufnahme
Ein Titeldatensatz für diese Publikation ist bei der Deutschen Bibliothek erhältlich.
ISBN 3-527-40329-9
© WILEY-VCH Verlag Berlin GmbH, Berlin (Bundesrepublik Deutschland), 2001
Gedruckt auf säurefreiem Papier.
Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein
Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner
Form – durch Fotokopie, Mikroverfilmung oder irgendein anderes Verfahren – reproduziert
oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen verwendbare Sprache übertragen oder übersetzt werden.
Satz: iserundschmidt, Bad Honnef - Berlin
Druck und Bindung: Druckhaus Darmstadt, Darmstadt
Printed in the Federal Republic of Germany
Was
hält die Welt zusammen? Dieser Frage ist die Physik seit
Jahrhunderten auf der Spur. Sie wurde dadurch nicht nur zu einer der
grundlegenden Wissenschaften unserer Kultur, sondern erwarb sich
auch eine Schlüsselfunktion für die Weiterentwicklung der Technik und
spielt damit eine wichtige Rolle für die Zukunft unserer Gesellschaft.
Die Bundesministerin für Bildung und Forschung, Edelgard Bulmahn,
hatte im Rahmen der Initiative „Wissenschaft im Dialog“ zusammen mit
der Deutschen Physikalischen Gesellschaft das Jahr 2000 zum Jahr der
Physik erklärt. Welcher Zeitpunkt könnte angemessener sein als der
Beginn eines neuen Jahrtausends, um die Öffentlichkeit ausführlich
über Physik und deren neueste Erkenntnisse zu informieren?
Im Mittelpunkt dieser Bemühungen, die auch mit neuen Formen des Dialogs zwischen Wissenschaft und Öffentlichkeit experimentierten, standen
fünf zentrale Veranstaltungen in Berlin und Bonn. Sie trugen die Titel
„Jenseits der Milchstraße“, „Reise zum Urknall“, „Gebändigtes Licht“,
„Stein der Weisen“ und „Entdeckung des Zufalls“. Zu jeder Veranstaltung
erschien ein Themenheft, das in allgemein verständlicher Sprache die
neuesten Erkenntnisse der Wissenschaft auf dem jeweiligen Gebiet darstellt. Die außergewöhnlich große und positive Resonanz auf die Hefte war
der Anlass für die Herausgeber, alle fünf in einem Band zusammen zu fassen
und sie damit einem noch größeren Publikum zugänglich zu machen.
Allen Autoren und denjenigen, die Abbildungen und Dokumente dafür
bereit gestellt haben, sowie dem Verlag WILEY-VCH und der Agentur
iserundschmidt sei an dieser Stelle herzlich gedankt. Ganz besonderer
Dank gebührt den wissenschaftlichen Experten auf Seiten der DPG, die
durch sorgfältiges Korrekturlesen und viele wertvolle Hinweise und Ideen
sehr zum Gelingen der Hefte beigetragen haben, u. a.: Gregor Morfill,
Helmut Koch, Erwin Hilger, Dieter Meschede, Wolfgang Sandner, Ludwig
Schultz, Klaus Wandelt und Christian Thomsen.
Heiner Müller-Krumbhaar
Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V.
Hermann-Friedrich Wagner
Bundesministerium für Bildung und Forschung
3
Jenseits der Milchstrasse
Reise zum Urknall
Astronomie und Astrophysik
Kern- und Teilchenphysik
6 Die Sonne
10 Planeten, Monde und Kometen
33 Vor Abflug
34 Wie funktioniert eigentlich…
ein Teilchenbeschleuniger?
14 Sterne und Nebel
36 Alles Quark: Das Standardmodell
20 Galaxien
38 Der Webfehler der Welt
28 Höchste Ansprüche
42 Geisterteilchen in der Waagschale
45 Kosmische Spuren im ewigen Eis
46 Supermikroskope für Protonen
48 Das Rätsel der kosmischen Ursuppe
51 Suche nach der Insel der Stabilität
54 Rezepte aus dem Kochbuch der
Sterne
57 Schwere Geschütze gegen den
Krebs
60 Teilchenbeschleuniger der Superlative
62 „Starkstrom“ für Kernforscher
63 High-Tech und Völkerverständigung
4
Gebändigtes Licht
Stein der Weisen
Entdeckung des Zufalls
Laser- und Atomphysik
Festkörperphysik
100 Jahre Quantentheorie
66 Das Doppelleben des Lichts
92 Der Stein der Weisen
118 Die Entdeckung des Zufalls
71 An der Schwelle zur Quantenwelt
96 Enthüllung der Struktur
120 Ein physikalischer Traum
76 Vom „absoluten Nullpunkt“
bis zum „Undulator“
100 Filigrane Flächen
126 Das große Quantenei
104 Abstecher ins Quantenland
130 Physikalische Zwillingsforschung
106 Physik eiskalt serviert
135 Der Untergang des Abendlandes?
108 Komplexe Materie
138 Quantenphilosophie
78 Messen mit Licht
82 Das blaue Wunder
84 Am Puls des Moleküls
113 In der Welt der Zwerge
86 Gebändigtes Röntgenlicht
5
Vorherige Seite:
Jenseits der Milchstraße
Bei der Galaxie ESO 510-13 blickt man
unmittelbar auf die Kante. Ein Staubstreifen ist erkennbar, der vermutlich
das Zentrum ringförmig umgibt.
(Foto: ESO)
Reise zum Urknall
Spuren von Teilchen, die aus einem zentralen Zusammenstoß von zwei Bleikernen
resultieren. Computerdaten aus dem
Experiment „NA49“. (Foto: CERN)
Gebändigtes Licht
Laserschneiden eines Werkstücks
(Quelle: MPI für Mikrostrukturphysik)
Stein der Weisen
Kristall-Küche: Silizium ist der Stein
der Weisen des Computer-Zeitalters.
Allerdings kommen in der Natur keine
reinen Siliziumkristalle vor. Deren Produktion ist sehr aufwendig, sie müssen
aus einer glühenden Schmelze über
mehrere Tage hinweg „herangezüchtet“
werden. (Quelle: Wacker Siltronic)
Entdeckung des Zufalls
„Niels Bohr“, Claudia Schink, Öllasurmalerei, 1992 (Kontakt: Kunsthochschule
für Medien Köln, KHM)
Das Bild lehnt sich an Experimente zur
radioaktiven Strahlung an, die zu Anfang
des 20. Jahrhunderts durchgeführt
wurden.
6
Seite 7
Titelbild Jenseits der Milchstraße
Das wohl berühmteste Sternentstehungsgebiet – der rund 1.500 Lichtjahre entfernte Orion-Nebel (Foto: MPIA)
Seite 33
Titelbild Reise zum Urknall
Eine Teilchenreaktion am Elektron-Positron Beschleuniger LEP (künstlerisch
bearbeitet, Vorlage: CERN)
Seite 67
Titelbild Gebändigtes Licht
Beugungsbild, künstlerisch bearbeitet
Seite 93
Titelbild Stein der Weisen
Sand und Siliziumscheibe (Wafer): Den
Rohstoff für Computer-Chips gibt es
„wie Sand am Meer“ – es ist einfacher
Quarzsand (Quelle: Infineon Technologies)
Seite 119
Titelbild Entdeckung des Zufalls
Portrait von Max Planck, der vor 100
Jahren den Grundstein zur Quantentheorie gelegt hat. Sein Bild ist aufgebaut aus den Namen zweier Physiker,
die maßgeblich zur Weiterentwicklung
der Theorie beigetragen haben: Albert
Einstein und Werner Heisenberg. (Foto:
Archiv zur Geschichte der Max-PlanckGesellschaft, Berlin-Dahlem, künstlerische Bearbeitung: iser und schmidt)