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Überall Vampire ?

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Academic year: 2022

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1c Was ist Physik?

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Überall Vampire ?

1897

Historische Vorlage Vlad III. Drăculea (1431-1476)

Weltbevölkerung

Januar 1450

ca 450 Millionen

(3)

3

Überall Vampire ?

Wie oft braucht ein Vampir Blut um zu Überleben?

Einmal im Jahr reicht vielleicht!

1897

e Vampirjahr

2 - 000 000

450

en Vampirjahr einigen

...nach

Menschen Vampire

jedes Jahr verdoppelt sich die Anzahl der Vampire

1 Vampire 1

- Menschheit

Auswirkung

+

1451 1452

1453 1450 999

999 449

1 - 000 000

450 =

997 999

499 2

- 999 999

499 =

993 999

499 4

- 997 999

499 =

000 000

450

geometrische Reihe

(4)

Überall Vampire ?

1897

Weltbevölkerung Januar 1450 ca 450 Millionen

Sie müssen akzeptieren, dass die Menschheit schon längst ausgestorben ist, auch die Bevölkerungsexplosion hilft da nicht !

Vampire 288

524

1469

Red uctio

ad a bsu

rdum

(5)

5

Welle und Teilchen

das gilt sowohl für Licht (Photonen) als auch für Teilchen

(6)

Photoeffekt

Einstein 1905

( 250 50 W m ) 3 . 2 10 W

Fläche Leistung

Lampe ler

Lichtstrah

10

2

= ⋅

=

= π μ

I

L

( ) 10 W

m² 10 W 3.2 m 10

² = π

10 2

10

=

9

π r I

L

ro Atom Leistung p

Die Abschätzung zeigt: Hätte das Licht nur Wellencharakter, würde sich unter solchen Bedingungen kein Elektron freisetzen lassen

Abschätzung

wieviel kommt davon bei einem Atom an

Durch das Licht werden von der Oberfläche der Metallscheibe Ladungen (Photoelektronen) freigesetzt. Dadurch lädt sich die Scheibe positiv auf. Die Erzeugung der Photoelektronen

hängt von der Farbe des verwendeten Lichts ab.

Nur ultraviolettes, d.h. kurzwelliges Licht oder ein hochenergetisches Photon ruft diesen Effekt hervor oder anders hat das Photon nicht genügend Energie wird kein Elektron abgelöst

Intensität

Intensität x Querschnittsfläche eines Atoms

windigkeit Lichtgesch

:

Konstante Plancksche

:

Lichts des

e Wellenläng :

Lichts des

Frequenz :

s Lichtpaket eines

Energie

c h

h c h

E

ph

λ

ν = ν = λ

(7)

7

Gleiches Resultat des Experiments

aber unterschiedliche Effekte!

Milch Tinte AbsorptionLicht wird von

der Substanz aufgenommen

Streuung

Licht wird von den Bestandteilen in andere Richtungen gelenkt

Experimentelles Resultat

Die Intensität des Lichts wird durch die Substanzen abgeschwächt

(8)

Abendrot

Rayleighstreuung an Staubteilchen

beim Durchgang durch die Atmosphäre wird blaues Licht stärker gestreut als rotes

(9)

9

Schwebende Objekte

Metallkugel

Kupferrohr

(10)
(11)

11

Entwicklung des Universums

Einige Minuten nach dem Urknall bestand das gesamte Universum zum größten Teil aus Wasserstoff und Helium und nur Spuren von schwereren

Elementen wie Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff.

Diese sind aber notwendig um lebende Organismen

hervorzubringen!

(12)

Entwicklung des Universums

Die Elemente, die wir auf der Erde finden, wurden erst hunderte von

Millionen Jahren später erzeugt, in der ersten Generation von Sternen.

Später wurden sie durch

Sternexplosionen im Universum verteilt aus dem interstellaren Gas bildet sich dann unter anderem die Erde.

Reste einer Supernova Explosion

(13)

13

Entwicklung des Universums

Der erste Schritt in einer Reihe von Nuklearreaktionen, die zur Bildung schwererer Elemente führt, ist die Bildung von

Kohlenstoff aus drei Heliumkernen.

12

C

4 4

4

He + He + He =

Fusionsprozesse in der Sonne

12 C

1 H

(14)

Entwicklung des Universums

Wenn dieser Prozess vollzogen werden kann, ….

(15)

15

Entwicklung des Universums

Grundzustand eines Systems

Es gibt nur eine geringe Chance den Kohlenstoffkern durch den Stoß von drei Heliumkernen im Grundzustand,

d.h. im Zustand geringster Energie zu bilden.

(16)

Entwicklung des Universums

Grundzustand und angeregter Zustand

Effektiver ist es, den Kohlenstoffkern in einem angeregten Zustand zu erzeugen (~7 MeV oberhalb des Grundzustandes)

das entspricht ungefähr der Energie (E=mc²) der drei Heliumkerne

Angeregter Zustand zerfällt nach einer gewissen Zeit unter Aussendung eines Lichtquants Kohlenstoffkern gelangt so in den Grundzustand

Anregungsenergie darf nicht höher als 7.7 MeV sein!

sagen die Physiker Beispiel für den Zerfall

eines angeregten Kerns

Überschussenergie wird in Form von Strahlung oder Teilchen abgegeben

(17)

17

Entwicklung des Universums

fine-tuning?

Angeregter Zustand existiert 7.65 MeV oberhalb des Grundzustandes Energiedifferenz zur Maximalenergie 7.7.MeV

Lage der Energieniveaus in Atomen und Kernen hängt vom Wert der Naturkonstanten ab

Wurde an der Natur gedreht wurde, um Leben zu ermöglichen?

% 65 . 0 0065 .

MeV 0 7.7

MeV

0.05 = =

Δ = E

E

(18)

Entwicklung des Universums

fine-tuning?

Die Frage stellt sich, ob die Naturkonstanten in Wirklichkeit so fein abgestimmt sind müssen und warum es diese obere Schranke von 7.7. MeV gibt.

Tatsächlich formt sich der Kohlenstoffkern über einen Zwischenschritt, nämlich über die Erzeugung eines instabilen (d.h. angeregten) Berylliumkerns, gebildet aus zwei

Heliumkernen.

He

Be

He

He C*

Lichtemission C*

Bevor dieser Kern zerfällt, fängt es einen weiteren Heliumkern ein und bildet einen angeregten Kohlenstoffkern, der dann über die Aussendung von Licht (Energieverlust) in den Kohlenstoff-Grundzustand übergeht.

He

(19)

19

Entwicklung des Universums

fine-tuning?

17 %: Das ist dann gar nicht mehr so fein justiert!

He

Be

C*

MeV 7.65

fkerns Kohlenstof

angeregten

des Energie

MeV 0.25

ferenz Energiedif

MeV 7.4

c² m

He Be

e Ruheenergi

12C

+

+

17 . MeV 0

0.30

MeV 0.05 = Δ =

E E

Zusätzlich notwendige Energie durch Stöße der Atome untereinander

Ursache: Temperatur im Sterninnern

Mehr als 0.3 MeV Stoßenergie sind in Sternen unwahrscheinlich

(20)

Physik in Rostock

Gründung des Physikalischen Instituts 1874

Otto Stern (1888-1969)

Pascual Jordan (1902-1980)

Walter Schottky (1886-1976)

Bekannte Forscher, die in Rostock lehrten

(21)

21

Da ging der Nobelpreis an Rostock vorbei

C.D. Anderson

identifiziert dieses Teilchen später als positives Elektron (Positron)

Nobelpreis für Physik 1936

Nobelpreis für Physik 2008

für Arbeiten in der Elementarteilchenphysik

Paul Kunze (1897-1986)

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