KZO Wetzikon

Rückblick

Astronomiefreifach KZO Wetzikon FS 02

Stefan Leuthold

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 2

Physikgeschichte und CelebritiesRelativitätstheorieKosmologie

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 3

Berühmte Physiker 1850–1950

Boltzmann Maxwell Michelson Planck Minkowski Mach Lorentz Einstein

Als man dachte, die Physik sei abgeschlossen, kamen mit der Quantentheorie

und der Relativitätstheorie zwei neue bahnbrechende Theorien auf den Plan.

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 4

«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 Entdeckungenbeiseite zu schieben, ausserordentlich fern zu liegen scheint... Unsere künftigen Entdeckungen müssen wir in den 6. Dezimalstellen suchen.»

A. A. Michelson, 1903

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 5

Erschütterte Grundlagen im 20. Jhdt.Quantentheorie Relativitätstheorie

Um 1900 ange-stossen von Max Planck (Planck‘sches 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

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 6

Der grösste Physiker aller Zeiten?

Erste erhaltene Fotografie von Albert Einstein, um 1884.

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 7

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

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 8

Einstein Biographische Daten1879 Geboren in Ulm, jüdische

Wurzeln

Kanti Aarau

1901 ETH Diplom

1905 Doktortitel, SRT-Arbeit

1908 PD Bern

1915 ART

1909 Prof. in Zürich, danachPrag, Zürich, Berlin

Zweimal verheiratet, einmal glücklich

1922 Nobelpreis (Photoeffekt)

1933 Auswanderung nach Princeton

1940 USA/CH Staatsbürgerschaft

1953 als zweiter Präsident von Israel vorgeschlagen

1955 Nach kurzer Krankheit gestorben am 18.4.

1879–1955

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 9

… 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

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 10

Einstein-Impressionen |1

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 11

Einstein-Impressionen |2

Einstein und Gödel, 1954

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 12

Einstein-Impressionen |3

Einsteins 72. Geburtstag 1951

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 13

Letzte von Einstein beschriebene Wandtafel vor seinem Tod 1955.

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 14

Physikgeschichte und CelebritiesRelativitätstheorieKosmologie

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 15

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.

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 16

Michelson-Morley-ExperimentFalls 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 := 299‘792‘458 m/s hat.

Interferenzbild

vÄther

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 17

Einstein‘sche 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.

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 18

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.

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 19

Zeitdilatation |2

Mit Pythagoras:

t = t0 √ 1 – v2/c2

Die Zeit t0, 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: t0 > t.Daraus ergibt sich für die Längenmessung l = l0 √ 1 – v2/c2

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 20

GleichzeitigkeitWährend 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.

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 21

Gleichzeitigkeit |2Dieselbe 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 tr, während sie die Weltlinien des bewegten Raumschiffs zu unterschiedlichen Zeiten t1 und t2 schneiden.

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 22

LichtkegelNichts 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.

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 23

Die berühmteste Formel der Welt.

E = m·c2

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 24

Allgemeine Relativitätstheorie

Einstein schreibt den Riemann-Tensor an die Wandtafel.

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 25

Idee der ARTDie Bewegung der Körper wird nicht von der Newton‘schen 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.

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 26

Lichtablenkung

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 27

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.

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 28

Schwarze LöcherSchwarze Löcher krümmen den Raum so stark, dass das Licht nicht mehr davonkommt, wenn es einmal genügend nahe an ein schwarzes Loch gekommen ist.

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 29

Unglaublich, aber wahr.«The most incomprehensible thing about the universe is that it is comprehensible.»

Astronomie. Rückblick FS 2002. Folie Nr. 30

Astronomie war (hoffentlich) schön.

Nächstes Semester

Kosmologie und Teilchenphysik

Urknalltheorie

(Hoffentlich endlich wieder) fotografieren

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