Sind physikalische Gesetze schön?

Präsentation zum Thema: "Sind physikalische Gesetze schön?"—  Präsentation transkript:

1 Sind physikalische Gesetze schön?
Amand Fäßler, Institut für Theoretische Physik der Universität Tübingen

2 Pythagoras von Samos 570 -510 vor Ch
Pythagoras von Samos vor Ch. hat die Naturwissenschaften auf den mathematischen Weg gesetzt. „Das Wesen des Kosmos ist die Zahl“ Etwa gleichzeitig mit Konfuzius ~500 u. Buddha ~430 v. Ch. Einfache Verhältnisse der Saitenlänge bestimmen die Harmonie: Oktave: 2:1; Quinte: 3:2; Quarte: 4:3; Universum: Sphärenharmonie (Johannes Kepler 1596) Leibniz: „Die Musik ist eine verborgene arithmetische Übung der Seele, die nicht weiß, dass sie mit Zahlen umgeht.“

3 Satz des Pythagoras: x = 𝑎 𝑏 ≠ 2 ;  𝑎∙𝑎 ≠ 2 ∙ b ∙ b
Tragische Entdeckung der Pythagoräer: „Alle Zahlen lassen sich als rationale Zahlen, d.h. Brüche ganzer Zahlen darstellen.“ Das war falsch !!! x = 𝑎 𝑏 ≠ 2 ;  𝑎∙𝑎 ≠ 2 ∙ b ∙ b

4 Empedokles aus Agragas (450 vor Chr
Empedokles aus Agragas (450 vor Chr.) 4 Elemente: Erde, Wasser, Luft, Feuer. Aristoteles Aristoteles: Woher wissen die Elemente, wo sie hin oder von wo sie weg streben müssen?  Äther (Quinta Essentia) v. Ch.

5

6 Johannes Kepler Student der Universität Tübingen 1571 – 1594 Weil der Stadt, Maulbronn, Ev. Stift (Mästlin) 1595 – 1630 Graz, Prag und Linz. 1. Gesetz: Planetenbahen sind Ellipsen mit der Sonne in einem Brennpunkt. 2. Gesetz: Die Verbindung Sonne-Planet überstreicht in der gleichen Zeit gleiche Flächen. 3. Gesetz: a

7 Eine schöne, einfache und überraschende Beziehung.
(Lonhard) Euler‘sche Zahl e um Wichtig für Berechnung des Zinseszins. −1 = i = Wurzel aus -1 𝜋 = 3, … Kreisumfang = 2r (Archimedes) Altes Testament (1. Buch der Könige; Kapitel 7; Verse 23 bis 25): 𝜋=3 Ä𝑔𝑦𝑝𝑡𝑒𝑛, 𝑃𝑎𝑝𝑦𝑟𝑢𝑠 𝑑𝑒𝑠 𝐴𝑚𝑒𝑠 (𝑅𝑖𝑛𝑑𝑡) 1700 𝑣. 𝐶ℎ.: 𝜋=4∙ =3,1605 2 𝑒 𝑖 = -1 ?

8 Die Schönheit moderner physikalischer Gesetze.
Aus Invarianz  Erhaltung; (Emmi) Noether‘sches Theorem; Erste Frau Promotion in Erlangen; _________________________________________________________________ Invarianz bei zeitliche Verschiebung  Ernergieerhaltung: Etotal= 𝑖 𝐸𝑖 = const Invarianz bei räumlicher Verschiebung  Impulserhaltung: Ptotal = 𝑖 𝑚𝑖 𝒗𝑖 = 𝑖 𝑝𝑖 Invarianz bei Rotation  klassisch Drehimpulserhaltung: Lbahn = 𝑖 𝒓𝑖𝒑𝑖 sin( 𝒓𝑖 −𝒑𝑖) Quantenmechanik + Invarianz unter Rotation um 3600: L = |L| = n∙( ℎ 2π ); n=0,1,2, … Quantenmechanik + Invarianz unter Rotation um 7200: Spin = |S| = ∙ ℎ 2 = 𝑖 𝑠𝑖 Quantenmechanik: Drehimpulserhaltung: Jtotal = L + S = 𝑖 (𝒓𝑖×𝒑𝑖+𝒔𝑖 )

9 Forderung: Naturgesetze gelten auch in beschleunigten Systemen
Forderung: Naturgesetze gelten auch in Systemen mit konstanter Geschwindigkeit mit überall gleicher Lichtgeschwindigkeit  Spezielle Relativitätstheorie (Einstein 1905) Forderung: Naturgesetze gelten auch in beschleunigten Systemen Allgemeine Relativitätstheorie (Einstein 1915) Das Eimerexperiment von Ernst Mach (Prag, Wien)

10 Diese harmlos aussehende Gleichung beschreibt alle Spin Teilchen: Elektronen, Quarks, Neutrinos, Protonen und Neutronen und die Wechselwirkung mit elektromagnetischen Feldern. 𝛾𝜇∙𝑐∙(𝒑𝜇 - 𝑞 𝑐 ∙𝑨𝜇)+ m∙c2 = 0

11 4 Elemente des Empedokles (400 v
4 Elemente des Empedokles (400 v. Ch)  Standard-Modell der Elementarteilchen Wegen „Eichinvarianz“ verschwinden ursprünglich die Massen aller Teilchen. Gleichnis: Eichinvarianz für die verschiedenen Nürnberger, Ulmer und Augsburger Ellen Kräfte-Teilchen Materie-Teilchen Die Wechselwirkung mit den Higgs-Teilchen gibt ihnen Masse (bis auf 𝛾 und Gluonen=𝑔). Amand Fäßler, Tübingen

12 Szenarium für Higgsteilchen (Higgs-Kondensat)
Beim Urknall sind sehr viele Higgs-Teilchen entstanden. Bei der Expansion und Abkühlung zerfallen sie nicht. Higgs- Kondensat im ganzen Universum: <Higgs> grösser als 0. CDU-Parteimitglieder im Foyer bei einem Parteitag und Frau Merkel kommt herein. Amand Fäßler, Tübingen

13 Frau Merkel auf dem CDU-Parteitag
Frau Merkel erhält eine große effektive Masse Amand Fäßler, Tübingen

14 Amand Fassler, Tübingen
Der „Large Hadron Collider“(LHC) bei Genf ist ein Ringbeschleuniger von 27 km Länge mit einer Kollisionsenergie von Proton auf Proton von 4+4 = 8 [TeV] = 8*1012 [eV] = 8 Billionen [eV]. 4 TeV Protonen Amand Fassler, Tübingen

15 Blick auf den ATLAS-Detektor
Amand Fäßler, Tübingen

16

17 Die zehn schönsten Experimente aller Zeiten
(Wahl der Physiker in Groß-Britannien; Physics Today 2002) -220 Eratosthenes : Messung des Erdumfangs (7) ~1600 Galilei‘s Fall der Körper (2,8) ~1670 Newton zerlegt das weiße Licht (4) 1797 Cavendish bestimmt das Gewicht der Erde (6) 1800 Young‘s Interferenz des Lichtes, Wellennatur (5) 1851 Foucault‘s Pendel; Rotation der Erde (10) 1910 Milikan‘s Öltröpfchen-Experiment; e-Ladung (3) 1911 Rutherford u. Geiger entdecken den Atomkern (9) 1959 Jönsson (Tübingen): Elektronen durch Doppelspalt (1)

18 Das schönste Experiment aller Zeiten: Elektronen am Doppelspalt.
Doktorarbeit von Klaus Jöhnson 1059 an der Univ. Tübingen.

19 ENDE „Do sin si jo die Stroife!“
Aussage eines anderen Doktoranden, dem Claus Jönsson nachts das erste positive Resultat zeigte. Prof. Claus Jönsson, Tübingen. ENDE