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KZO Wetzikon Rückblick Astronomiefreifach KZO Wetzikon FS 02 Stefan Leuthold.

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1 KZO Wetzikon Rückblick Astronomiefreifach KZO Wetzikon FS 02 Stefan Leuthold

2 Folie Nr. 2 Astronomie. Rückblick FS Physikgeschichte und Celebrities Relativitätstheorie Kosmologie

3 Folie Nr. 3 Astronomie. Rückblick FS Berühmte Physiker 1850–1950 BoltzmannMaxwellMichelsonPlanckMinkowskiMachLorentzEinstein Als man dachte, die Physik sei abgeschlossen, kamen mit der Quantentheorie und der Relativitätstheorie zwei neue bahnbrechende Theorien auf den Plan.

4 Folie Nr. 4 Astronomie. Rückblick FS «Die Physik ist fertig.» «Die wichtigsten Grund- gesetze und Grundtsachen der Physik sind alle schon entdeckt; und diese haben sich bis jetzt so fest bewährt, dass die Möglichkeit, sie wegen neuer Entdeckungen beiseite zu schieben, ausserordentlich fern zu liegen scheint... Unsere künftigen Entdeckungen müssen wir in den 6. Dezimalstellen suchen.» A. A. Michelson, 1903

5 Folie Nr. 5 Astronomie. Rückblick FS Erschütterte Grundlagen im 20. Jhdt. QuantentheorieRelativitätstheorie Um 1900 ange- stossen von Max Planck (Plancksches Strahlungsgesetz). «Abgeschlossen» um 1926/1927 von Heisenberg und Schrödinger. Relativistische Theorie danach von P. A. M. Dirac. Max Planck Werner Heisenberg Erwin Schrödinger 1905 «Über die Elektrodynamik bewegter Körper» enthält die SRT, 1915 folgte dann die ART. Transformationen zwischen gleichförmig bewegten Bezugs- systemen von H. A. Lorenz. Grundlegendes zur Geometrie bereits früher von Minkowski und Riemann. Albert Einstein H. A. Lorentz Hermann Minkowski

6 Folie Nr. 6 Astronomie. Rückblick FS Der grösste Physiker aller Zeiten? Erste erhaltene Fotografie von Albert Einstein, um 1884.

7 Folie Nr. 7 Astronomie. Rückblick FS Albert Einstein, 1879–1955 «Only two things are infinite, the universe and human stupidity, and I'm not sure about the former.»

8 Folie Nr. 8 Astronomie. Rückblick FS Einstein Biographische Daten 1879Geboren in Ulm, jüdische Wurzeln Kanti Aarau 1901 ETH Diplom 1905 Doktortitel, SRT-Arbeit 1908 PD Bern 1915ART 1909 Prof. in Zürich, danach Prag, Zürich, Berlin Zweimal verheiratet, einmal glücklich 1922Nobelpreis (Photoeffekt) 1933 Auswanderung nach Princeton 1940USA/CH Staatsbürgerschaft 1953 als zweiter Präsident von Israel vorgeschlagen 1955Nach kurzer Krankheit gestorben am –1955

9 Folie Nr. 9 Astronomie. Rückblick FS … soll euch der Teufel holen. Im Jahre 1936 bat ihn ein amerikanischer Großverleger, eine Botschaft an die Nachwelt auf einem Spezialpapier zu verfassen. […] Einstein schrieb auf das ihm zugesandte Blatt: Liebe Nachwelt! Wenn ihr nicht gerechter, friedlicher und überhaupt vernünftiger sein werdet, als wir es sind bzw. gewesen sind, so soll euch der Teufel holen. Diesen frommen Wunsch mit aller Hochachtung geäußert habend, bin ich euer (ehemaliger) Albert Einstein

10 Folie Nr. 10 Astronomie. Rückblick FS Einstein-Impressionen |1

11 Folie Nr. 11 Astronomie. Rückblick FS Einstein-Impressionen |2 Einstein und Gödel, 1954

12 Folie Nr. 12 Astronomie. Rückblick FS Einstein-Impressionen |3 Einsteins 72. Geburtstag 1951

13 Folie Nr. 13 Astronomie. Rückblick FS Letzte von Einstein beschriebene Wandtafel vor seinem Tod 1955.

14 Folie Nr. 14 Astronomie. Rückblick FS Physikgeschichte und Celebrities Relativitätstheorie Kosmologie

15 Folie Nr. 15 Astronomie. Rückblick FS Spezielle Relativitätstheorie. Einstein im Patentamt Bern 1905, in dem Jahr, als er seine bahnbrechende Arbeit «Über die Elektrodynamik bewegter Körper» schreib, die die SRT enthält.

16 Folie Nr. 16 Astronomie. Rückblick FS Michelson-Morley-Experiment Falls sich Licht in einem Medium – dem Äther – ausbreitet, müssten die Lichtstrahlen, welche über den Spiegel S1 gehen und die Lichtstrahlen, welche über S2 gehen, unterschiedlich lange unterwegs sein (man kann das Gerät so ausrichten, dass der eine Lichtstrahl mit bzw. gegen den Äther und der andere senkrecht zum Äther bewegt ist): Dies sollte man in Interferenzaufnahmen sehen können. Dies ist nicht der Fall. Daraus folgert man, dass der Äther nicht existiert, sich Licht auch im Vakuum ausbereiten kann und darin eine konstante Geschwindigkeit c := m/s hat. Interferenzbild v Äther

17 Folie Nr. 17 Astronomie. Rückblick FS Einsteinsche Posulate der SRT. 1.Relativitätsprinzip: Alle Inertialsysteme sind zur Beschreibung der Natur gleichberechtigt. Die Naturgesetze haben in allen Inertialsystemen die gleiche Form. 2.Konstanz der Lichtgeschwindigkeit: In allen Inertialsystemen breitet sich Licht im Vakuum isotrop in allen Richtungen aus und unabhängig von der momentanen Bewegung der Lichtquelle mit Geschwindigkeit c.

18 Folie Nr. 18 Astronomie. Rückblick FS Zeitdilatation Ein Astronaut im Raumschiff betrachtet eine Lichtuhr, die jedesmal «Tick» macht, wenn das Licht den oberen bzw. unteren Spiegel berührt. Die selbe Situation von einer Astronomin gesehen von der Erde aus, an welcher das Raumschiff vorbeifliegt. Aus dieser Skizze wird klar, dass die beiden «unterschiedliche Zeiten» haben.

19 Folie Nr. 19 Astronomie. Rückblick FS Zeitdilatation |2 Mit Pythagoras: t = t 0 1 – v 2 /c 2 Die Zeit t 0, welche von aussen gesehen im Raumschiff zwischen zwei «Ticks» vergeht, ist länger als die Zeit t, die zwischen zwei Ticks vergeht für jemand, der im Raumschiff sitzt: t 0 > t. Daraus ergibt sich für die Längenmessung l = l 0 1 – v 2 /c 2

20 Folie Nr. 20 Astronomie. Rückblick FS Gleichzeitigkeit Während für den Astronauten im Raumschiff das Licht einer Lampe Bug und Heck des Raumschiffes gleichzeitig erreicht… … sieht die Astronautin auf der Erde das Licht am Bug früher ankommen als am Heck.

21 Folie Nr. 21 Astronomie. Rückblick FS Gleichzeitigkeit |2 Dieselbe Situation in einem Koordinatensystem eingezeichnet, in welchem das obere Raumschiff mit v nach links bewegt ist: Die Weltlinien dieses Raumschiffs sind schräge Geraden. Die Weltlinien des unteren Raumschiffs sind Geraden, welche senkrecht auf der x-Achse stehen (ruhendes Raumschiff). Die fett eingezeichneten Lichtstrahlen schneiden die Weltlinien des unteren Raumschiffs zur selben Zeit t r, während sie die Weltlinien des bewegten Raumschiffs zu unterschiedlichen Zeiten t 1 und t 2 schneiden.

22 Folie Nr. 22 Astronomie. Rückblick FS Lichtkegel Nichts kann sich schneller als Licht fortpflanzen, deshalb liegen alle vom Nullpunkt E des Koordinaten- systems erreichbaren Ereignisse in einem 45°-Lichtkegel in der «Zukunft» von E. Alle Ereignisse, welche E beeinflussen können, liegen in der «Vergangenheit» von E.

23 Folie Nr. 23 Astronomie. Rückblick FS Die berühmteste Formel der Welt. E = m·c 2

24 Folie Nr. 24 Astronomie. Rückblick FS Allgemeine Relativitätstheorie Einstein schreibt den Riemann-Tensor an die Wandtafel.

25 Folie Nr. 25 Astronomie. Rückblick FS Idee der ART Die Bewegung der Körper wird nicht von der Newtonschen Gravitationskraft bestimmt, sondern von der Krümmung des Raumes. Die Erde bewegt sich auf der roten Linie um die Sonne, welche den Raum krümmt. Die Erde selber krümmt den Raum, worin sich der Mond auf der gelben Bahn um die Erde bewegt.

26 Folie Nr. 26 Astronomie. Rückblick FS Lichtablenkung

27 Folie Nr. 27 Astronomie. Rückblick FS Lichtablenkung mit Raumkrümmung Das Licht des weissen Sterns wird wegen der Raumkrümmung auf der blauen Erde so gesehen, als ob es von der gestrichelten Richtung her kommt.

28 Folie Nr. 28 Astronomie. Rückblick FS Schwarze Löcher Schwarze Löcher krümmen den Raum so stark, dass das Licht nicht mehr davonkommt, wenn es einmal genügend nahe an ein schwarzes Loch gekommen ist.

29 Folie Nr. 29 Astronomie. Rückblick FS Unglaublich, aber wahr. «The most incomprehensible thing about the universe is that it is comprehensible.»

30 Folie Nr. 30 Astronomie. Rückblick FS Astronomie war (hoffentlich) schön. Nächstes Semester Kosmologie und Teilchenphysik Urknalltheorie (Hoffentlich endlich wieder) fotografieren Downloads/Links:


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