¥ VI Atomos. ¥ VI Atomos Immanuel Kant ( ) Besteht alles in der Welt aus einfachem, oder ist alles zusammengesetzt? (2. Antinomie)

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2 VI Atomos

3 Immanuel Kant ( ) Besteht alles in der Welt aus einfachem, oder ist alles zusammengesetzt? (2. Antinomie)

4 Georg Cantor ( ) ... die, meiner festen Überzeugung nach, aktual-unendliche Zahl der geschaffenen Einzelwesen sowohl im Weltall wie auch schon auf unserer Erde und, aller Wahrscheinlichkeit nach, selbst in jedem noch so kleinen, ausgedehnten Teil des Raumes ... Die chemisch physikalischen Demokritischen Atome halte ich weder im Begriffe noch in der Wirklichkeit für existent, so viel Nützliches auch mit dieser Fiktion bis zu einer gewissen Grenze zu Wege gebracht wird. ... die aktual-unendliche Zahl der letzten Elemente. Anwendungen der Mengenlehre auf die Naturwissenschaften: Physik, Chemie, Mineralogie, Botanik, Zoologie, Anthropologie, Biologie, Physiologie, Medizin etc. Dazu kommen aber auch Anwendungen auf die sogenannten "Geisteswissenschaften", die meines Erachtens als Naturwissenschaften aufzufassen sind, denn auch der "Geist" gehört mit zur Natur.

5 Thales ( ) Der Ursprung aller Dinge ist das Wasser, aus dem alles entspringt und in das alles wieder zurückfließen wird. Heraklit ( ) Feuer ist die Ursubstanz oder das Urprinzip, aus dem durch Verdichtung und Verdünnung alles Seiende entsteht. „Werden” oder „Fließen” ist der wesentlichen Bestandteil der Wirklichkeit, der allen Dingen, auch den scheinbar unveränderlichen, zugrunde liegt. Panta rei : alles fließt "Niemand kann zweimal in denselben Fluss steigen.”

6 Das Seiende kann weder geschaffen werden, noch kann es verloren gehen.
Parmenides ( ) ...denn dasselbe ist das Denken und das Sein Das Seiende kann weder geschaffen werden, noch kann es verloren gehen. Unveränderlichkeit im Gegensatz zu Heraklit. Heraklit ( ) Feuer ist die Ursubstanz oder das Urprinzip, aus dem durch Verdichtung und Verdünnung alles Seiende entsteht. „Werden” oder „Fließen” ist der wesentlichen Bestandteil der Wirklichkeit, der allen Dingen, auch den scheinbar unveränderlichen, zugrunde liegt. Panta rei : alles fließt "Niemand kann zweimal in denselben Fluss steigen.”

7 Empedokles ( ) Schüler des Heraklit Naturphilosoph, Dichter, Wanderarzt und Politiker vom Volk fast vergöttert (Schar von Jüngern) stürzte sich der Legende nach in den Krater des Ätna begründete die Lehre von den vier unvergänglichen Elementen (Feuer, Wasser, Luft, Erde), aus denen alles, vermittelt durch die Grundkräfte Liebe und Haß (Anziehung und Abstoßung), entsteht Idee vom Überleben der Tüchtigsten Porenlehre: Partikel, die in eine bestimmte Pore passen, üben einen Reiz aus. Das Herz ist Zentrum der Blutversorgung und der Sitz des Lebens.

8 Begründer des Atomismus Entdecker des Kausalitätsgesetzes Lehrer des
Leukippos ( ) Schüler des Zenon Begründer des Atomismus Entdecker des Kausalitätsgesetzes Lehrer des Demokrit von Abdera ( ) einer der größten Philosophen des Altertums stand mit Anaxagoras in Kontakt löste die Frage nach dem Urgrund des Seins durch die Annahme unendlich vieler, unteilbarer, kleinster Teilchen, die er Atome nannte a-tomos = unteilbar untersuchte den Bau der niederen Tiere und teilte die Tiere in solche mit Blut (Wirbeltiere) und solche ohne Blut (Wirbellose) ein

9 Anaxagoras (ca ) aus Klazomenai (nahe Izmir, Türkei) ließ sich um 480 v. Chr. in Athen nieder lehrte dort 30 Jahre Schüler: Perikles, Euripides, Sokrates (?) er wurde wegen Gottlosigkeit angeklagt, weil er behauptet hatte, die Sonne bestehe aus glühendem Gestein. Exil in einer Kolonie von Milet in Kleinasien. Alle Naturkörper bestanden ursprünglich und seit Anbeginn der Ewigkeit aus unendlich vielen und unvorstellbar kleinen Partikeln. Erst die Welt-Vernunft, habe das Chaos der zahllosen winzigen Teilchen geordnet. Von dem Kleinen gibt es kein Allerkleinstes sondern immer noch ein Kleineres. Denn es ist unmöglich daß das Seiende (durch Teilung) aufhört zu sein.

10 Platon ( ) Platon und Aristoteles bezeichnen den Äther als fünftes Element, (griechisch pempte ousia, lateinisch quinta essentia: Quintessenz), das der Bedeutung nach aber das erste sei. Aristoteles ( ) Bei der Materie muß eine Grenze der Teilbarkeit sein. Jedes Ding hat einen bestimmten Größenbereich. Beispiel: Eine Mannschaft kann ein Schiff fortschieben. Ein einzelner Mann kann es aber nicht. Die Qualität des Fortbewegens des Schiffes duldet keine unbegrenzte Teilung.

11 Das Weltall ist unendlich und ewig.
Epikur von Samos ( ) Philosoph, wenig beeinflußt von seinen Vorgängern Platon und Aristoteles wahre Glückseligkeit (Eudämonie) = Seelenruhe erreicht man nicht durch grobe Sinnenlust sondern durch weise Abwägung des Genusses, Selbstbeherrschung, Tugend, Gerechtigkeit vergröbert zu Epikureer: Genußmensch Das Weltall ist unendlich und ewig. Ereignisse werden durch die Interaktion von Atomen verursacht. Titus Carus Lucretius (Lukrez) ( ) schrieb das bedeutendste Lehrgedicht des Altertums: De rerum natura (Über die Natur), worin er die Atomvorstellung unterstützt.

12 Philipp Aureolus Theophrast Bombast von Hohenheim
Paracelsus ( ) Arzt, Alchimist und Philosoph 1527 Stadtarzt und Professor in Basel (schon nach wenigen Monaten vertrieben) entdeckte u.a. Zink, Kalomel und Schwefelblüte führte das Arsen in die Therapie der Syphilis ein sah Schwefel, Quecksilber und Salz als grundlegende Elemente (Prinzipien) an

13 Joachim Jungius (1587 - 1657) Pierre Gassendi (1592 - 1655)
Philosoph, Mathematiker, Naturwissenschaftler, Arzt Korpuskulartheorie, Erneuerung des Atomismus Pierre Gassendi ( ) Priester, Professor der Philosophie und Mathematik lehnte die Theorie der Blutzirkulation von W. Harvey ab zeigte, daß die Schallgeschwindigkeit von der Tonhöhe unabhängig ist, womit er Aristoteles' Meinung widerlegte erneuerte den antiken Gedanken des Atomismus René Descartes ( ) Jura-Studium, Soldat, Mathematiker, Philosoph (Begründer des Rationalismus) „Cogito ergo sum” Die Korpuskeln haben verschiedene Masse, verschiedene Bewegung und voneinander unterscheidbare Eigenschaften, die mathematisch ausgedrückt werden können.

14 Sir Robert Boyle ( ) sprach bereits mit 8 Jahren Latein und Griechisch überzeugter Anhänger der mechanistischen Atomistik: homogene, vollkommen elastische Kugeln ohne innere Struktur Gegner der alchemistischen Lehre von den vier Elementen. Jede nicht mehr in einfachere Bestandteile zerlegbare Substanz ist ein Element. Sir Isaac Newton ( ) 1704: Opticks or a Treatise of the Reflections, Refractions, Inflections and Colours of Light Licht besteht aus kleinen, schnell bewegten Teilchen.

15 Roger Joseph Boscovich (1711 - 1787)
Jesuit, lehrte in Rom, Paris, Mailand Die Atome sind punktförmige, ausdehnungslose Kraftzentren. John Dalton ( ) eignete sich als Autodidakt umfassende Kenntnisse in den Naturwissenschaften an arbeitete bereits im Alter von 12 Jahren in Kendal hauptamtlich als Lehrer postulierte 1803 die chemische Atomtheorie erstellte die erste Tabelle von Atomgewichten (bezogen auf Wasserstoff), die sechs Elemente und 13 Verbindungen umfaßte

16 Dimitrij Iwanowitsch Mendelejew (1834 - 1907)
ab 1864 Professor in St. Petersburg Direktor des Amtes für Maße und Gewichte 1869: Periodensystem der Elemente sagte 1871 die Existenz von mehreren bis dahin unentdeckten, erst später aufgefundenen Elementen (Eka-Elemente; unter anderem Gallium, Scandium, Germanium, Astat, Technetium) voraus Julius Lothar Meyer ( ) ab 1876 Professor in Tübingen fand eine Periodizität bei der Abhängigkeit des Atomvolumens vom Atomgewicht und berechnete 1883 die Atomgewichte neu Janne Rydberg ( ) 1897 Professor in Lund entdeckte 1889 Gesetzmäßigkeiten in der Linienfolge des Wasserstoffatomspektrums (Rydberg-Konstante), vermutete einen Zusammenhang zwischen der Struktur der Spektren und der der Atome schlug 1897 beim Periodensystem die Anordnung der Elemente nach der Protonenzahl (Ordnungszahl) vor

17 Gottfried Wilhelm Leibniz (1646 - 1716)
Gegner der Atomlehre Gottfried Wilhelm Leibniz ( ) Die Regeln des Endlichen behalten im Unendlichen Geltung, wie wenn es Atome (Elemente der Natur von angebbarer fester Größe) gäbe, obgleich dies wegen der unbeschränkten Teilbarkeit der Materie nicht der Fall ist. Es gibt keine zwei gleichen Blätter (im Garten von Herrenhausen), keine zwei gleichen Tropfen Milch oder Wasser. Das spricht gegen die Atomlehre. Georg Wilhelm Friedrich Hegel ( ) Idealistischer Philosoph Schroffe Ablehnung des Atomismus: Die Atomisten denken zu materiell.

18 Positivisten Ernst Mach (1838 - 1916) Wilhelm Ostwald (1853 - 1932)
Physiker, Physiologe, Philosoph Chemiker, Philosoph, Nobelpreisträger Atome sind Gedankendinge, denen keine Realität zukommt.

19 Evidenz für die Existenz von Atomen
Stöchiometrische Zusammensetzung der Stoffe Gasgesetze: Druck Temperatur Wärmeleitung Schallgeschwindigkeit Partialdrucke Brownsche Molekularbewegung Spektrallinien Entdeckung des Elektrons Photoeffekt Radioaktivität Streuung von a-Teilchen Kernumwandlung Nachweis einzelner Atome und Elementarteilchen

20 Sir Joseph John Thomson (1856 - 1940)
Professor in Cambridge Entdeckung des Elektrons 1897 Atommodell: homogene positive Ladungsverteilung, in der sich die Elektronen ähnlich wie Rosinen im Kuchen befinden ("Plum-Pudding-Modell"). Lord Ernest Rutherford ( ) aus Neuseeland, arbeitet in Cambridge Streuexperimente mit Alphateilchen ergaben, daß ein Atom größtenteils leer ist (1911) Atommodell in Analogie zum Planetensystem, in dem die Elektronen einen massiven, positiv geladenen Kern sehr geringer Ausdehnung auf planetenartigen Bahnen umkreisen sollten 1919: erste künstliche Kernreaktion: Stickstoffkerne durch Beschuß mit Alphateilchen in Sauerstoffkerne umgewandelt nannte 1920 den Wasserstoffkern Proton

21 1913 Bohrsches Postulat: L = m r v = n h/2p
Niels Bohr ( ) 1913 Bohrsches Postulat: L = m r v = n h/2p  Existenz stabiler Elektronenbahnen im Atom Arnold Sommerfeld ( ) habilitierte sich 1895 als Mathematiker in Göttingen 1897 Professor der Mathematik in Clausthal Professor der theoretischen Physik in München erweiterte das Bohrsche Atommodell, indem auch die Möglichkeit elliptischer Bahnen und einige relativistische Effekte berücksichtigt wurden

22 Bohrs Modell versagt für höhere Atome.
Louis de Broglie ( ) schlug 1924 vor, jedem Teilchen Wellencharakter zuzuordnen Werner Heisenberg ( ) 1927: Unbestimmtheitsrelation Dx*Dp  h Wolfgang Pauli ( ) erklärte das Periodensystem mit 4 Quantenzahlen postulierte das Neutrino

23 Otto Hahn ( ) Fritz Straßmann ( ) 1938: Kernspaltung Der Urankern kann bei der Bestrahlung mit Neutronen in zwei nahezu gleich große Bruchstücke zerplatzen.

24 Elektron me = 9, kg Proton mp = 1, kg Neutron mn = 1, kg Atomradien  10-9 m Teilchenradien  m r Erdbahn: 150 Mio km  Sonne: 1,4 Mio km 1 mol (6*1023) Getränkedosen auf dem Mond würde seinen Durchmesser verdoppeln RMond = 1738 km, VMond = 2,2*1019 m3 VDosen = 6*1023 *0,33*10-3 m3 = 2,0*1020 m3

25 Bis 10-19 m ist keine Struktur erkennbar.
Murray Gell-Mann (*1929) 1955 Professor am California Institute of Technology 1964 Quarks sind Grundbestandteile der Hadronen (Joyce) George Zweig (*1937) 1964 ähnliche Schlußfolgerungen wie Gell-Mann 1981 Professor am Los Alamos National Laboratory Quarks: Bausteine von Hadronen und Mesonen 3 Farben, 6 Flavors (up, down, charm, strange, top, bottom) Leptonen: Elektron, Myon, Tau-Lepton sowie die zugehörigen Neutrinos Confinement: Die Quarks befinden sich für große Abstände in einem linear anwachsenden Potential. Sie sind nicht einzeln beobachtbar. Gluonen: masselose Elementarteilchen mit Spin 1 Quarks und Leptonen bilden die bisher tiefste Schicht der Materie. Bis m ist keine Struktur erkennbar.

26 h/2p = 10-34 Js c = 3*108 m/s G = 7*1011 Nm2/kg2 Plancklänge:
Energie eines Photons dieser Wellenlänge = kinetische Energie eines mit km/h fahrenden Pkw Planckzeit: Planckmasse:

27 Does the infinitely small exist in reality?
l = c /n n = E /h E = mc2 m = 5*1055 g l > 4*10-95 m

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