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1c Was ist Physik?
Überall Vampire ?
1897
Historische Vorlage Vlad III. Drăculea (1431-1476)
Weltbevölkerung
Januar 1450
ca 450 Millionen
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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
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
Welle und Teilchen
das gilt sowohl für Licht (Photonen) als auch für Teilchen
Photoeffekt
Einstein 1905
( 250 50 W m ) 3 . 2 10 m² 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=
−9π r I
Lro 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
phλ
ν = ν = λ
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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
Abendrot
Rayleighstreuung an Staubteilchen
beim Durchgang durch die Atmosphäre wird blaues Licht stärker gestreut als rotes
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Schwebende Objekte
Metallkugel
Kupferrohr
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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!
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
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
Entwicklung des Universums
Wenn dieser Prozess vollzogen werden kann, ….
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.
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
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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
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
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
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
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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)