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Sind physikalische
Gesetze schön?Amand Fäßler,
Institut für Theoretische Physik der Universität Tübingen
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Pythagoras von Samos 570 -510 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.“
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Satz des Pythagoras:
• Tragische Entdeckung der Pythagoräer: „Alle Zahlen lassen sich als rationale Zahlen, d.h. Brüche ganzer Zahlen darstellen.“ Das war falsch !!!
x = ; 2 b b
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Empedokles aus Agragas (450 vor Chr.) 4 Elemente: Erde, Wasser, Luft, Feuer.
Aristoteles: Woher wissen die Elemente, wo siehin oder von wo sie weg streben müssen? Äther (Quinta Essentia)
384 -322 v. Ch.
Aristoteles
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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
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= -1
Eine schöne, einfache und überraschende Beziehung.
= i = Wurzel aus -1 = 3,14159265… Kreisumfang = 2r (Archimedes)
(Lonhard) Euler‘sche Zahl e um 1730. Wichtig für Berechnung des Zinseszins.
Altes Testament (1. Buch der Könige; Kapitel 7; Verse 23 bis 25): 2
?
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Die Schönheit moderner physikalischer Gesetze.
Aus Invarianz Erhaltung; (Emmi) Noether‘sches Theorem;
Erste Frau Promotion 1907 in Erlangen; _________________________________________________________________
• Invarianz bei zeitliche Verschiebung Ernergieerhaltung: Etotal= = const• Invarianz bei räumlicher Verschiebung Impulserhaltung: Ptotal = =• Invarianz bei Rotation klassisch Drehimpulserhaltung: Lbahn =• Quantenmechanik + Invarianz unter Rotation um 3600: L = |L| = n); n=0,1,2, …• Quantenmechanik + Invarianz unter Rotation um 7200: Spin = |S| = =• Quantenmechanik: Drehimpulserhaltung: Jtotal = L + S = )
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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)
1838 - 1916
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Diese harmlos aussehende Gleichung beschreibt alle Spin - Teilchen:
Elektronen, Quarks, Neutrinos, Protonen und Neutronen
und die Wechselwirkung mit elektromagnetischen Feldern.
- mc2 = 0
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Amand Fäßler, Tübingen 11
4 Elemente des Empedokles (400 v. Ch)
Standard-Modell der Elementarteilchen
Mat
erie
-Tei
lche
n
Kräfte-TeilchenWegen „Eichinvarianz“
verschwinden ursprünglich die Massen aller Teilchen.
Die Wechselwirkung mit den Higgs-Teilchen gibt ihnen Masse
(bis auf .
Gleichnis: Eichinvarianz für die verschiedenen Nürnberger,
Ulmer und Augsburger Ellen
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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.
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Amand Fäßler, Tübingen 13
Frau Merkel auf dem CDU-Parteitag
Frau Merkel erhält eine große
effektive Masse
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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 4 TeV Protonen
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Amand Fäßler, Tübingen 15
Blick auf den ATLAS-Detektor
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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)
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Das schönste Experiment aller Zeiten: Elektronen am Doppelspalt.Doktorarbeit von Klaus Jöhnson 1059 an der Univ. Tübingen.
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„Do sin si jo die Stroife!“ Aussage eines anderen Doktoranden, dem Claus Jönsson nachts das erste positive Resultat zeigte.
ENDE
Prof. Claus Jönsson,Tübingen.