Das Physikbuch: vom Big Bang zur Quantenauferstehung, 250 Meilensteine in der Geschichte der Physik 9089983600, 9789089983602

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DAS PHYSIKBUCH

DAS PHYSIKBUCH Clifford A. Pickover

Vom Big Bang zur Qgantenauferstehung 250 Meilensteine in der Geschichte der Physik

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Die englische Originalausgabe erschien 2011 unter dem Titel The Physics Book © 2014 für die deutschsprachige Ausgabe: Librero IBP Postbus 72, 5330 AB Kerkdriel, Niederlande © 2011 Clifford A. Pickover Diese Ausgabe entstand in Zusammenarbeit mit Sterling Publishing Co., Inc., 387 Park Avenue South, New York, NY 10016, VS Aus dem Englischen übersetzt von Ursula Fethke, Köln (Seiten 400-516) Helmut Reuter, Rechtmehring (Seiten 1-398) Satz der deutschsprachigen Ausgabe Ute Conin, Köln Printed in China ISBN 978-90-8998-360-2 Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf in irgendeiner Form (durch Fotografie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren) ohne schriftliche Genehmigung des Verlages reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden. Bei der Zusammenstellung der Texte und Abbildungen wurde mit größter Sorgfalt vorgegangen. Trotzdem können Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden. Verlag und Autor können für fehlerhafte Angaben und deren Folgen weder juristische noch irgendeine Haftung übernehmen. Für Verbesserungsvorschläge und Hinweise auf Fehler sind Verlag und Autor dankbar.

„Wir alle nutzen täglich die Physik. Wenn wir in den Spiegel schauen oder eine Brille aufsetzen, nutzen wir die Gesetze der Optik. Wenn wir den Wecker stellen, verfolgen wir die Zeit; wenn wir uns an einer Landkarte orientieren, navigieren wir im geometrischen Raum. Unsere Mobiltelefone verbinden uns über unsichtbare elektromagnetische Wellen mit Satelliten, die über uns kreisen. Doch die Physik betrifft nicht nur die Technik ... Sogar das durch die Adern fl.ießende Blut folgt den Gesetzen der Physik, der Wissenschaft unserer physischen Welt." -Joanne Baker, 50 Physics Ideas You Really Need to Know

„Die großen Gleichungen der modernen Physik sind ein beständiger Teil der wissenschaftlichen Erkenntnis, die vielleicht sogar die wundervollen Kathedralen früherer Zeitalter überdauern wird." -Steven Weinberg, in Graham Farmelo's It Must Be Beautiful

Inhaltsverzeichnis Einleitung 10

1543 Heliozentrisches Universum 70

Danksagung 16

1596 Mysterium Cosmographicum 72 1600 De Magnete 74

VORSPIEL

1608 Teleskop 76

13,7 Milliarden v. Chr. Big Bang 18

1609 Keplers Gesetze der Planetenbewegung 78

3 Milliarden v. Chr. Schwarze Diamanten 20

1610 Entdeckung der Saturnringe 80

2 Milliarden v. Chr. Prähistorischer Kernreaktor 22

161 l Keplers „Sechseckige Schneeflocke" 82

DIE ENTDECKUNGEN

1620 Tribolumineszenz 84

30.000 v. Chr. Speerschleuder 24

1621 Snelliussches Brechungsgesetz 86

20.000 v. Chr. Bumerang 26

1621 Nordlicht 88

3000 v. Chr. Sonnenuhr 28

1638 Beschleunigung fallender Objekte 90

2500 v. Chr. Fachwerk 30

1643 Barometer 92

1850 v.Chr. Gewölbe 32

1644 Impulserhaltung 94

1000 v. Chr. Olmeken-Kompass 34

1660 Hookesches Gesetz 96

341 v.Chr. Armbrust 36

1660 Von Guerickes elektrostatischer Generator 98

250 v. Chr. Bagdad-Batterie 38

1662 Boyle-Mariottesches Gasgesetz 100

250 v. Chr. Saugheber 40

1665 Micrographia 102

250 v. Chr. Archimedisches Auftriebsprinzip 42

1669 Amontonssche Gesetze der Reibung 104

250 v. Chr. Archimedische Schraube 44

1672 Vermessung des Sonnensystems 106

240 v. Chr. Eratosthenes vermisst die Erde 46

1672 Newtons Prisma 108

230 v. Chr. Flaschenzug 48

1673 Tautochrone 110

212 v. Chr. Archimedische Brennspiegel 50

1687 Newtons Gesetze der Bewegung und der Gravitation 112

125 v. Chr. Mechanismus von Antikythera 52 50 Herons Dampfturbine 54 50 Zahnräder 56 78 Sankt-Elms-Feuer 58 1132 Kanone 60 ll50 Perpetuum mobile 62 1200 Tribock-Steinschleuder 64 1304 Erklärung des Regenbogens 66 1338 Stundenglas 68

1687 Newton als Inspiration 114 17ll Stimmgabel 116 1728 Fluchtgeschwindigkeit 118 1738 Bernoullis Gesetz zur Strömungslehre 120 1744 Leidener Flasche 122 1752 Benjamin Franklins Drachen

124

1761 Tropfeneffekt 126 1766 Bodesche Regel der Planetenabstände 128

1841 Jahresuhr 196

130

1777 Lichtenberg-Figuren

1779 Blackeye-Galaxie (Messier 64)

1841 Faseroptik 198

132

134

1783 Schwarze Löcher

1842 Dopplereffekt

136

1785 Coulombsches Gesetz der Elektrostatik 1796 Nebularhypothese

140

1845 Kirchhoffsche Regeln für Stromkreise 206

142

1798 Cavendish wiegt die Erde 1800 Batterie

1846 Die Entdeckung des Neptun 1850 Eisglätte 212

146

1801 Wellennatur des Lichts

1851 Foucaultsches Pendel 214

148 1807 Fourier-Analysis 150 1808 Atomtheorie 152 1803 Henry-Gesetz

1851 Stokessches Viskositätsgesetz 216

154

1852 Stokessche Fluoreszenz 220

156

1814 Fraunhoferlinien

1814 Laplacescher Dämon

218

1852 Gyroskop

1811 Avogadrosches Gasgesetz

1857 Gesetz von Buys-Ballot 222 1859 Kinetische Theorie 224

158

1815 Brewster-Winkel 160

1861 Maxwell-Gleichungen 226

162

1864 Elektromagnetisches Spektrum

1822 Fouriers Gesetz der Wärmeleitung 1823 Olberssches Paradoxon

164

166

1866 Oberflächenspannung 230

168 1824 Carnot-Prozess 170

1867 Maxwells Dämon 234

1825 Amperes Gesetz des Elektromagnetismus 172

1870 Baseball-Kurvenflug 238

1868 Die Entdeckung des Heliums 236 1871 Rayleigh-Streuung 240

174 176

1873 Crookes' Lichtmühle 242

1827 Ohmsches Gesetz

1827 Brownsche Bewegung

228

1866 Dynamit 232

1824 Treibhauseffekt

1826 Monsterwellen

208

1850 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik 210

144

1816 Stethoskop

1843 Energieerhaltung 202 1844 Doppel-T-Träger 204

138

1787 Charlessches Gasgesetz

200

1875 Boltzmannsche Entropiegleichung 244

178

1878 Glühbirne 246

180 1831 Faradaysches Induktionsgesetz 182 1834 Soliton 184 1829 Grahamsches Effusionsgesetz

1835 Gauß und der magnetische Monopol

1879 Plasma

1879 Hall-Effekt 250 1880 Piezoelektrischer Effekt 252

186

188 1839 Brennstoffzelle 190 1838 Sternparallaxe

1840 Gesetz von Hagen-Poiseuille

248

1880 Kriegstuba

254

1882 Galvanometer 256 1882 Grünes Leuchten

192

1840 Joulesches Gesetz der Stromwärme

258

1887 Michelson-Morley-Experiment 260

194

1889 Geburt des Kilogramms 262

1889 Geburt des Meters 264

1921 Einstein als Inspiration 330

1890 Eötvös' Schweregradient - Gradiometrie 266

1922 Stern-Gerlach-Versuch 332

334

1891 Teslaspule 268

1923 Neonreklame

1892 Thermoskanne 270

1923 Compton-Effekt 336

1895 Röntgenstrahlen 272

1924 De-Broglie-Wellenlänge 338

1895 Curies Magnetismus-Gesetz 274

1925 Paulisches Ausschlussprinzip

1896 Radioaktivität 276

1926

1897 Elektron 278

1927

1898 Massenspektrometer 280

1927

1900 Strahlungsgesetz für Schwarze Körper 282

1927

1901 Klothoide 284

1928 Dirac-Gleichung 350

1903 Schwarzlicht 286

1928 Quanten-Tunneleffekt 352

1903 Ziolkowskis Raketengrundgleichung 288 1904 Lorentz-Transformation 290

1929 Hubble-Gesetz der kosmischen Expansion 354

1905 Spezielle Relativitätstheorie 292

1929 Zyklotron 356

2

1905 E = mc

1931 Weiße Zwerge und die ChandrasekharGrenze 358

294

1905 Photoelektrischer Effekt 296

1931 Funkenstrecke 360

1905 Golfball-Dellen 298 1905 Dritter Hauptsatz der Thermodynamik 300 1906 Vakuumröhre 302

1932 Neutron 362 1932 Antimaterie

364

1933 Dunkle Materie 366

1908 Geigerzähler 304

1933 Neutronensterne 368

1909 Bremsstrahlung 306

1934 Tscherenkow-Strahlung 370

1910 Kosmische Strahlung 308

1934 Sonolumineszenz 372

1911 Supraleitung 310 1911 Atomkern

340 Schrödingers Wellengleichung 342 Heisenbergsche Unschärferelation 344 Komplementaritätsprinzip 346 Überschall-Peitschenknall 348

1935 EPR-Paradoxon

312

374

1911 Karmansche W irbelstraße

1935 Schrödingers Katze 376

1912 Variable Cepheiden zur Vermessung des Universums 318

1938 Kernspinresonanz 380 1942 Energie aus dem Atomkern 382

1912 Bragg-Gleichung 320

1943 Hüpfender Kitt

1913 Bohrsches Atommodell 322

1945 Trinkvogel 386

314 1911 W ilsonsche Nebelkammer 316

1913 Millikans Öltröpfchenversuch

324

1937 Suprafluidität 378

384

1945 Atombombe Little Boy

388

1915 Allgemeine Relativitätstheorie 326

1946 Stellare Nukleosynthese 390

1919 Stringtheorie 328

1947 Transistor 392

1947 Überschallknall 1947 Hologramm

1967 Tachyonen 462

394

1967 Kugelstoßpendel 464

396

1948 Quanten-Elektrodynamik

398

1967 Metamaterialien

466

1948 Tensegrity . 400

1969 Unbeleuchtbare Räume 468

1948 Casimir-Effekt 402

1971 Supersymmetrie 4 70

1949 Zeitreise 404

1980 Kosmische Inflation 472

1949 Radiokarbondatierung 406

1981 Quantencomputer 474

1950 Fermi-Paradoxon 408

1982 Quasikristalle 476

1954 Solarzellen 410

1984 T heorie von Allem 478

1955 Schiefer Stapel 412

1985 Buckminster-Fullerene 480

1955 Das einzelne Atom wird sichtbar 414

1987 Quantenunsterblichkeit 482

1955 Atomuhren 416

1987 Selbstorganisierte Kritikalität 484

1956 Paralleluniversen 418

1988 Wurmloch-Zeitmaschine 486

1956 Neutrinos 420

1990 Hubble-Weltraumteleskop 488

1956 Tokamak 422

1992 Chronologieschutz-Vermutung 490

1958 Integrierter Schaltkreis 424

1993 Quantenteleportation

1961 Anthropisches Prinzip 434

492 1993 Stephen Hawking in Raumschiff Enterprise 494 1995 Base-Einstein-Kondensat 496 1998 Dunkle Energie 498 1999 Randall-Sundrum-Branen 500

1961 Standardmodell 436

1999 Schnellste Tornadogeschwindigkeit 502

1959 Rückseite des Mondes 426 1960 Dyson-Sphäre 428 1960 Laser 430 1960 Endgeschwindigkeit 432

1962 Elektromagnetischer Puls 438 1963 Chaostheorie 440

2007 HMRP

504

2008 Schwärzestes Schwarz 506

1963 Quasare 442

2009 Large Hadron Collider

1963 Lavalampe 444

DER VORHANG FÄLLT

1964 Higgs-Boson 446

36 Milliarden Jahre Big Rip

1964 Quarks 448 1964 CF-Verletzung 450 1964 Bellsche Ungleichung 452 1965 Gummiball 454

508

510

512 514 >100 Billionen Jahre Quantenauferstehung 516

100 Milliarden Jahre Kosmische Isolation

100 Billionen Jahre Das Universum vergeht

1965 Kosmischer Mikrowellenhintergrund 456

Anmerkungen und weiterführende Literatur 518

1967 Gammablitze 458

Register 526

1967 Leben in einer Simulation 460

Abbildungsnachweis 528

Einführung Die Spannweite der Physik „Während die Insel des Wissens wächst, nimmt die mit dem Geheimnis in Kontakt stehende Oberffoche zu. Wenn bedeutende Theorien umgeworfen werden, wird abgelöst, was wir als sichere Erkenntnis angesehen haben, und Wissen berührt das Geheimnis auf andere Weise. Dieses neu aufgedeckte Mysterium mag demütigend und unangenehm erscheinen, doch es ist der Preis der Wahrheit. An dieser Küstenlinie gedeihen kreative Wissenschaftler, Philosophen und Dichter." -W Mark Richardson, 'A Skeptic's Sense ofWonder', Science Die American Physical Society, heute die führende Berufsorganisation der Physiker, wurde 1899 gegründet. Damals versammelten sich 36 Physiker an der Columbia University in der Absicht, physikalisches Wissen voranzubringen und zu verbreiten. Die Gesellschaft meint: Physik ist entscheidend für das Verständnis der Welt um uns herum, der Welt in un­ serem Inneren und der Welt, die über uns hinausreicht. Sie ist die ursprüngliche und grundlegende Wissenschaft schlechthin. Mit Vorstellungen wie der Relativität und der String-Theorie fordert sie unser Vorstellungsvermögen heraus, und sie führt zu großen Entdeckungen wie Computer und Laser, die unser Leben verändern. Physik umfasst die Untersuchung des Universums von den größten Galaxien bis hin zu den kleinsten subato­ maren Teilchen. Zudem ist sie die Basis vieler anderer Wissenschaften, etwa der Chemie, der Ozeanographie, der Seismologie und der Astronomie. Heutzutage durchstreifen Physiker tatsächlich weite Gebiete; sie studieren eine Ehrfurcht gebietende Vielfalt von Gegenständen und fundamentalen Gesetzen, um das Verhalten der Natur, des Universums und des eigentlichen Gewebes der Wirklichkeit zu verstehen. Physiker denken über vielfache Dimensionen nach, über Paralleluniversen und die Möglichkeit von Wurmlöchern, die verschiedene Regionen von Raum und Zeit miteinander verbinden. Wie von der American Physical Society angesprochen, führen die Entdeckungen von Physikern oft zu neuen Technologien; sie verändern sogar unsere Philosophien und die Art, in der wir die Welt betrachten. Beispielsweise behauptet die Heisenbergsche Unschärferelation in den Augen vieler Wissenschaftler, dass das physikalische Universum buchstäblich nicht

10

EINLEITUNG

in einer deterministischen Form existiert, sondern eher einer mysteriösen Sammlung von Wahrscheinlichkeiten gleicht. Fortschritte im Verständnis des Elektromagnetismus führten dazu, dass man Radio, Fernsehen und Computer erfand. Das Verständnis der Thermodynamik führte zur Erfindung des Autos. Wenn man sich intensiver mit dem Buch befasst, wird deutlich, dass die genaue Spannweite der Physik im Lauf der Zeit nicht festgelegt worden und auch nicht einfach einzugrenzen ist. Ich habe mich für einen eher weit gefassten Blick entschieden und Gegenstände einbezogen, die die Ingenieurswissenschaften und die angewandte Physik berühren, aber auch Fortschritte in unserem Verständnis astronomischer Objekte und sogar einige ziemlich philosophische Themen. Trotz dieses breiten Ansatzes ist den meisten Gebieten der Physik gemeinsam, dass sie sich stark auf mathematische Werkzeuge stützen, die den W issenschaftlern dabei helfen, die Welt der Natur zu verstehen, experimentell zu untersuchen und Vorhersagen darüber abzugeben. Albert Einstein meinte einmal, am unverständlichsten an der Welt sei, dass sie verständlich ist. W ir scheinen tatsächlich in einem Kosmos zu leben, der durch knappe mathematische Aus­ drücke und physikalische Gesetze beschrieben oder annähernd dargestellt werden kann. Doch Physiker entdecken nicht nur diese Naturgesetze - vielmehr tauchen sie oft in einige der tiefgrün­ digsten und verrücktesten Vorstellungen ein, mit denen die Menschheit sich je befasst hat - die Themen reichen von der Relativität und der Quantenmechanik bis hin zur String-Theorie und der Natur des Big Bang. Die Quantenmechanik gibt uns einen Einblick in eine Welt, die der In­ tuition auf so seltsame Weise zuwiderläuft, dass Fragen über Raum, Zeit, Information sowie Ursa­ che und W irkung aufkommen. Doch trotz der mysteriösen Aspekte der Quantenmechanik wird dieses Forschungsfeld auf vielen Gebieten und in Technologien angewandt - dazu gehören Laser, Transistor, Mikrochip und Magnetresonanztomographie. Dieses Buch befasst sich auch mit den Menschen hinter vielen der großen physikalischen Ideen. Die Physik ist das Fundament der modernen W issenschaft und hat Männer und Frauen über Jahrhunderte hinweg fasziniert. Einige der größten und interessantesten Geister wie etwa Isaac Newton, James Clerk Maxwell, Marie Curie, Albert Einstein, Richard Feynman und Stephen Hawking haben sich dem Fortschritt der Physik gewidmet. Sie haben dazu beigetragen, dass wir den Kosmos mit anderen Augen sehen. Unsere um die Physik zentrierte Darstellung des Universums wächst ewig weiter, doch unser Gehirn und unsere sprachlichen Fähigkeiten bleiben beschränkt. Im Lauf der Zeit werden neue Arten der Physik enthüllt, doch wir brauchen neue Ansätze, um darüber nachzudenken und sie zu verstehen. Als der deutsche theoretische Physiker Werner Heisenberg sich darum sorgte, dass Menschen die Atome möglicherweise nie richtig verstehen könnten, verbreitete der dänische Physiker Niels Bohr Optimismus. Anfang der l 920er-Jahre entgegnete er: ,,Ich glaube, wir könnten dazu noch imstande sein, doch dabei müs­ sen wir lernen, was das Wort Verständnis wirklich bedeutet." Heute nutzen wir Computer, die uns helfen, über Dinge nachzudenken, die jenseits der Schranken unserer Intuition liegen. Tatsäch­ lich sind es Computer-Experimente, die Physiker zu Theorien und Einsichten leiten, von denen vor der Allgegenwart dieser Rechenmaschinen niemand auch nur geträumt hatte.

EINLEITUNG

11

Einige prominente Physiker meinen inzwischen, es &ebe Universen, die zu unserem parallel existieren wie Schichten einer Zwiebel oder Blasen in Milchschaum. In einigen Theorien über Paralleluniversen könnten wir diese Universen tatsächlich entdecken - infolge der Gravitation, die von einem Universum in ein benachbartes sickert. So könnte Licht ferner Sterne durch die Schwerkraft unsichtbarer Objekte gebeugt werden, die sich in nur wenige Millimeter von uns entfernten Paralleluniversen befinden. Die ganze Vorstellung multipler Universen ist nicht so weit hergeholt, wie es scheinen mag. Nach einer Umfrage unter 72 führenden Physikern, die der amerikanische Forscher David Raub durchgeführt und 1998 veröffentlicht hat, glauben 58% (ein­ schließlich Stephen Hawking) an die eine oder andere Theorie vieler Universen. Das Physikbuch reicht von theoretischen und äußerst praktischen bis hin zu verrückten und verblüffenden Themen. In welchem anderen Physikbuch findet man schon die Hypothese vom Gottesteilchen aus dem Jahr 1964 neben dem Superball (,,Flummi") mit der ultimativen Sprung­ kraft aus dem Jahr 1965, der eine ganz Amerika erfassende Modewelle auslöste? Wir stoßen auf die geheimnisvolle Dunkle Energie, die eines Tages Galaxien auseinanderziehen und das Univer­ sum in einem schrecklichen Riss enden lassen dürfte. Wir treffen auf die Schwarzkörperstrahlung, mit der die Wissenschaft der Quantenmechanik begann. Wir werden über das Fermi-Paradoxon nachdenken, das die Kommunikation mit außerirdischem Leben einschließt, und wir werden einen in Afrika entdeckten prähistorischen Kernreaktor erörtern, der zwei Milliarden Jahre lang in Betrieb war. Wir werden über den Wettlauf sprechen, wer die schwärzeste je geschaffene schwar­ ze Farbe produziert - mehr als 100 Mal dunkler als die Farbe auf einem schwarzen Auto! Dieses ,,ultimative Schwarz" könnte eines Tages dazu genutzt werden, Energie von der Sonne einzufan­ gen oder extrem empfindliche optische Instrumente zu konstruieren. Jeder Eintrag im Buch ist kurz - höchstens ein paar Absätze lang. Dieses Format ermöglicht es dem Leser, das Buch an beliebiger Stelle zu öffnen, um sich mit einem Thema zu befassen, ohne sich durch einen Wust von Worten arbeiten zu müssen. Wann warfen Menschen den ersten Blick auf die Rückseite des Mondes? Eine kurze Einführung findet sich im Eintrag „Rückseite des Mondes". Was ist das Rätsel der antiken Bagdad-Batterien, und was sind schwarze Diamanten? Auf den folgenden Seiten gehen wir diese und andere das Denken anregende Themen an. Wir fragen uns, ob die Realität nichts weiter sein könnte als ein künstliches Konstrukt. Während wir mehr über das Universum erfahren und auf Computern komplexe Welten simulieren, beginnen selbst seriöse Wissenschaftler die Natur der Wirklichkeit in Frage zu stellen. Leben wir vielleicht in einer Computer-Simulation? In unserem kleinen Winkel des Universums haben wir schon Computer entwickelt, die mithilfe von Software und mathematischen Regeln lebensähnliches Verhalten simulieren kön­ nen. Eines Tages sind wir vielleicht imstande, denkende Wesen zu erschaffen, die in großartig simulierten Räumen leben - in Ökosystemen so komplex und pulsierend wie der Regenwald von Madagaskar. V ielleicht werden wir die Realität selbst simulieren können, und es ist möglich, dass irgendwo im Universum weiter fortgeschrittene Wesen genau das tun.

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EINLEITUNG

Absicht und chronologische Ordnung W ir sind umgeben von Beispielen für physikalische Grundsätze. Mit dem Physikbuch möchte ich einem breiten Publikum einen kurzen Führer zu bedeutenden physikalischen Ideen und Denkern bereitstellen - die Einträge sollen so kurz sein, dass man sie in wenigen Minuten verdauen kann. Die meisten Einträge betreffen Themen, die mich persönlich interessieren. Leider sind in diesem Buch nicht alle großen Meilensteine der Physik aufgenommen worden, weil das Buch nicht zu umfangreich werden sollte. Ich wollte die Wunder der Physik in diesem kurzen Band rühmen, weshalb ich gezwungen war, viele bedeutsame Leistungen der Physik wegzulassen. Dennoch glaube ich, die Mehrheit jener einbezogen zu haben, die historisch wichtig waren und die Physik, die Gesellschaft oder das menschliche Denken stark beeinflusst haben. Manche Einträge sind praktisch umsetzbar und machen sogar Spaß, darunter Themen, die von Flaschenzug, Dynamit und Lasern bis hin zu integrierten Schaltkreisen, Bumerangs und Hüpfender Knete reichen. Ab und zu greife ich einige merkwürdig oder gar verrückt klingende philosophische Vorstellungen oder Verrücktheiten auf, die nichtsdestoweniger bedeutsam sind, etwa die Quantenunsterblichkeit, das anthropische Prinzip oder Tachyonen. Manchmal werden Informationshäppchen wiederholt, sodass jeder Eintrag für sich gelesen werden kann. Text in Fettschrift verweist den Leser auf verwandte Einträge. Darüber hinaus hilft die kleine Rubrik „Siehe auch" am Ende eines jeden Eintrags, die Einträge miteinander zu verknüpfen und ein Gewebe aus Querverbindungen herzustellen, die es dem Leser ermöglichen sollen, das Buch in einer spielerischen Suche nach Entdeckungen zu durchstreifen. Das Physikbuch spiegelt meine eigenen intellektuellen Mängel, und obwohl ich mich bemü­ he, möglichst viele Bereiche der Physik zu studieren, ist es schwierig, in allen Aspekten auf dem Laufenden zu bleiben. Dieses Buch ist Ausdruck meiner persönlichen Interessen, Stärken und Schwächen, da ich für die Auswahl zentraler Einträge und selbstverständlich auch für alle Fehler und stilistischen Mängel verantwortlich bin. Es ist nicht so sehr als umfassende oder gelehrte Abhandlung gedacht, sondern als Freizeitlektüre für Studenten der Naturwissenschaften und der Mathematik sowie für interessierte Laien. Ich bin dankbar für Rückmeldungen und Verbesse­ rungsvorschläge von Lesern, da ich das Ganze als fortlaufendes Projekt und als Herzensangele­ genheit betrachte. Das Buch ist chronologisch aufgebaut - die Einträge sind nach den damit verknüpften Jah­ reszahlen geordnet. Bei den meisten Einträgen habe ich die Daten herangezogen, die mit der Entdeckung einer Vorstellung oder einer Eigenschaft verbunden sind. In den Abschnitten „Vor­ spiel" und „Der Vorhang fällt" habe ich dagegen Daten verwendet, die mit einem tatsächlichen (oder hypothetischen) Vorgang verknüpft sind - etwa einem kosmologischen oder astronomischen Ereignis. Natürlich kann die Datierung eines Eintrags Ermessenssache sein, wenn mehr als eine Person etwas beigetragen hat. Wo es angebracht schien, habe ich häufig das früheste Datum herangezogen, doch gelegentlich habe ich mich nach Konsultation von Kollegen und anderen EINLEITUNG

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Wissenschaftlern für das Jahr entschieden, in dem eine Vorstellung besondere Aufmerksamkeit erlangte. Beispielsweise hätte man dem Eintrag „Schwarze Löcher" mehrere Jahreszahlen zu­ ordnen können, wenn man davon ausgeht, dass bestimmte Arten von Schwarzen Löchern sich vielleicht schon während des Big Bang vor 13,7 Milliarden gebildet haben. Doch der Begriff wurde erst 1967 von dem theoretischen Physiker John Wheeler geprägt. In der abschließenden Analyse wählte ich den Zeitpunkt, zu dem es menschlicher Erfindergeist erstmals möglich machte, dass Wissenschaftler die Vorstellung der Schwarzen Löcher streng formulieren konnten. Demnach ist der Eintrag mit dem Datum 1783 versehen - damals erörterte der Geologe John Mitchell (1724-1793) die Idee eines Körpers, der so massiv ist, dass das Licht nicht entweichen kann. Ebenso verknüpfe ich „Dunkle Materie" mit dem Jahr 1933, weil der schweizerische As­ trophysiker Fritz Zwicky (1898-1974) in diesem Jahr den ersten Beleg dafür beobachtete, dass es möglicherweise mysteriöse, nicht leuchtende Teilchen gibt. Das Jahr 1998 ist der „Dunklen Energie" zugeordnet, weil in diesem Jahr nicht nur der Begriff geprägt worden ist, sondern auch Beobachtungen bestimmter Supernovae darauf schließen ließen, dass die Expansion des Univer­ sums zunehmend beschleunigt wird. V iele der älteren Jahreszahlen in diesem Buch (darunter die Zeiten „v. Chr.") sind nur Annäherungen - so die Daten für die Bagdad-Batterie, die archimedische Schraube und andere. Statt jeder dieser älteren Jahreszahlen ein „ca." voranzustellen, sollte der Leser wissen, dass sowohl die Angaben für das Altertum als auch die für die ferne Zukunft nur grobe Schätzungen sind. Den Lesern dürfte auffallen, dass eine erhebliche Zahl von Entdeckungen in der Grundla­ genphysik auch zu einer Reihe medizinischer Instrumente führten und so dazu beitrugen, Leiden zu lindern und Leben zu retten. Der Wissenschaftsautor John G. Simmons stellt fest: ,,Die Medi­ zin verdankt die meisten ihrer bildgebenden Geräte der Physik des 20. Jahrhunderts. Innerhalb we­ niger Wochen nach ihrer Entdeckung durch Wilhelm Conrad Röntgen im Jahr 1895 wurden die geheimnisvollen Röntgenstrahlen für Diagnosen genutzt. Jahrzehnte später war die Lasertechnolo­ gie ein praktisches Resultat der Quantenmechanik. Die Ultraschall-Sonographie ging aus Problem­ lösungen bei der Ortung von U-Booten hervor, und die Computertomographie zog Nutzen aus der Computertechnologie. Mit der neuesten Medizintechnik, der Magnetresonanztomographie, lässt sich das Innere des menschlichen Körpers detailliert dreidimensional sichtbar machen." Der Leser wird auch feststellen, dass eine erhebliche Zahl von Meilensteinen im 20. Jahr­ hundert erreicht wurde. Um die zeitliche Abfolge richtig einschätzen zu können, sollte man an die wissenschaftliche Revolution denken, die sich ungefähr zwischen 1543 und 1687 ereignete. 1543 veröffentlichte Nikolaus Kopernikus seine heliozentrische Theorie der Planetenbewegung. Zwischen 1609 und 1619 stellte Johannes Kepler seine drei Gesetze auf, die die Bahnen der Pla­ neten um die Sonne beschrieben, und 1687 veröffentlichte Isaac Newton seine fundamentalen Gesetze der Bewegung und der Gravitation. Eine zweite wissenschaftliche Revolution vollzog sich zwischen 1850 und 1865. Damals etablierten und verbesserten Wissenschaftler diverse Vorstellungen über Energie und Entropie. Studiengebiete wie Thermodynamik, statistische Me­ chanik und kinetische Gastheorie begannen zu florieren. Im 20. Jahrhundert gehörten Quanten14 ElNLEITUNG

theorie sowie Spezielle und Allgemeine Relativitätstheorie zu den bedeutendsten Einsichten der Wissenschaft, die unsere Sicht der Realität verändern sollten. In manchen Einträgen dieses Buches werden im Hauptartikel Wissenschaftsjournalisten oder berühmte Forscher zitiert, doch allein um der Kürze willen nenne ich die Quelle des Zitats oder die Referenzen des Autors nicht sofort. Ich möchte mich im Voraus für diesen gelegentlichen kompakten Ansatz entschuldigen; die Hinweise im Anhang werden jedoch dazu beitragen, die Identität des jeweiligen Autors zu verdeutlichen. Da die Einträge des Buchs chronologisch geordnet sind, sollte man den Index heranziehen, wenn man nach einer bestimmten Idee sucht, denn diese wird möglicherweise an einer Stelle abgehandelt, an der man sie nicht erwartet hat. Beispielsweise ist die Idee der Quantenmechanik so umfangreich und vielfältig, dass kein einziger Eintrag den Titel „Quantenmechanik" trägt. Statt dessen findet der Leser faszinierende und zentrale Aspekte in Einträgen wie Strahlungsge­ setz für Schwarze Körper, Schrödingers Wellengleichung, Schrödingers Katze, Paralleluniversen, Bose-Einstein-Konclensat, Paulisches Ausschlussprinzip, Quantenteleportation und anderen. Wer weiß, was die Zukunft der Physik bringen wird? Gegen Ende des 19. Jahrhunderts verkündete der als Lord Kelvin bekannte prominente Physiker William Thomson das Ende der Physik. Den Aufstieg der Quantenmechanik und der Relativität hätte er nie vorhersehen können - und auch nicht die dramatischen Veränderungen, die diese Gebiete auf eiern Feld der Physik anstoßen sollten. Der Physiker Ernest Rutherforcl sagte anfangs der l 930er-Jahre über die Atomenergie: ,,Jeder, der in der Umwandlung dieser Atome eine Energiequelle sieht, redet Unsinn." Kurz, es ist schwierig, wenn nicht unmöglich, die Zukunft der physikalischen Ideen und Anwendungen vorherzusagen. Zum Schluss sollten wir noch festhalten, dass Entdeckungen der Physik einen Rahmen be­ reitstellen, in dem die subatomaren wie die supergalaktischen Gebiete erkundet werden können; die physikalischen Vorstellungen ermöglichen es Wissenschaftlern, Vorhersagen im Zusammen­ hang mit dem Universum abzugeben. Das ist ein Sektor, auf eiern philosophische Spekulation einen Anstoß für wissenschaftliche Durchbrüche liefern kann. Somit gehören die in diesem Buch vorgestellten Entdeckungen zu den größten Errungenschaften der Menschheit. Für mich kulti­ viert die Physik die fortwährende Frage hinsichtlich der Grenzen des Denkens, der Abläufe im Universum und unseres Platzes in der ungeheuer weitläufigen Landschaft der Raumzeit, die wir alle Heimat nennen.

EINLEITUNG

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Danksagung Ich danke J. Clint Sprott, Leon Cohen, Dennis Gordon, Nick Hobson, Teja Krasek, Pete Barnes und Paul Moskowitz für Kommentare und Vorschläge. Außerdem möchte ich meine besondere Anerkennung für Melanie Madden, die Lektorin dieses Buches, zum Ausdruck bringen. Während ich für die Meilensteine und zentralen Aspekte dieses Buches recherchierte, studierte ich eine breite Sammlung wunderbarer Nachschlagewerke und Webseiten - viele davon sind im Abschnitt „Anmerkungen und weiterführende Literatur" am Ende dieses Buches aufgeführt. Zu diesen Quellen gehören Joann� Bakers 50 Physics Ideas You Really Need to Know, James Trefils The Nature of Science und Peter Tallacks The Science Book. Online-Quellen wie Wikipedia (wikipedia.org) sind ein wertvoller Ausgangspunkt für Leser und können als Sprungbrett für weiterführende Informationen dienen. Außerdem sollte ich darauf hinweisen, dass einige meiner früheren Bücher wie Archimedes to Hawking: Laws of Science and the Great Minds Behind Thern Hintergrundinformationen für einige Einträge zu physikalischen Gesetzen lieferten, und der Leser ist hiermit aufgefordert, dieses Buch für weitere Informationen heranzuziehen.

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Big Bang Georges Lemaitre (1894-1966), Edwin Hubble (1889-1953), Fred Hoyle (1915-2001) Zu Anfang der l 930er-Jahre schlug der belgische Priester und Physiker Georges Lemaitre eine Hypothese vor, die als Big-Bang-Theorie bekannt werden sollte. Demnach ging unser Universum aus einem extrem dichten und heißen Zustand hervor, und seitdem dehnt sich der Raum aus. Der Big Bang fand, so glaubt man, vor 13,7 Milliarden Jahren statt, und noch heute entfernen sich die meisten Galaxien voneinander. Dabei ist zu beachten, dass die Galaxien sich nicht wie die fliegen­ den Splitter einer gerade explodierten Granate verhalten. Es ist der Raum selbst, der sich ausdehnt. Die Abstände zwischen den Galaxien vergrößern sich in ähnlicher Weise wie die Entfernung zwischen Punkten auf einem Ballon, den man aufbläst. Es spielt keine Rolle, von welchem Punkt aus man diese Expansion beobachtet - die anderen Punkte scheinen sich aus jeder Perspektive von einem zu entfernen. ; Astronomen, die ferne Galaxien untersuchen, können diese von dem amerikanischen Astronomen Edwin Hubble in den l 920er-Jahren entdeckte Expansion direkt beobach­ ten. Fred Hoyle prägte den Namen Big Bang während einer Radiosendung im Jahr 1949. Nach dem Big Bang vergingen mindestens 400.000 Jahre, ehe das Universum so weit abge­ kühlt war, dass sich Protonen und Elektronen zu neutralem Wasserstoff verbinden konnten. Der Big Bang erschuf in den ersten paar Minuten der Existenz des Universums Heliumkerne und die leichten Elemente - das Rohmaterial für die erste Generation von Sternen. Marcus Chown, Autor von The Magie Fumace, vertritt die Ansicht, dass sich bald nach dem Big Bang Gasansammlungen bildeten, worauf das Universum zu leuchten begann wie ein Weih­ nachtsbaum. Diese Sterne lebten und starben, ehe unsere Galaxie zu existieren begann. Wenn die Expansionsrate des Universums eine Sekunde nach dem Big Bang nur um einen Wert von eins zu hunderttausend Millionen Millionen kleiner gewesen wäre, so wäre das Universum nach einer Schätzung des Astrophysikers Stephen Hawking wieder in sich zusammengefallen, und es hätte sich kein intelligentes Leben entwickeln können. SIEHE AUCH Olberssches Paradoxon (1823), Hubble-Gesetz der kosmischen Expansion (1929), CF-Verletzung (1964), Kosmischer Mikrowellenhintergrund (1965), Kosmische Inflation (1980), Hubble­ Weltraumteleskop (1990), Big Rip (36 Milliarden Jahre). LINKS, Nach einem alten finnischen Schöpfungsmythos entstanden Himmel und Erde, als ein großes Vogelei zerbrach. RECHTS, Künstlerische Wiedergabe des Big Bang (der Punkt ganz oben). Die Zeit verläuft von oben nach unten. Das Universum erfährt eine schnelle erste Ausdehnung (bis zur roten Markierung). Die ersten Steme zeigen sich nach etwa 400 Millionen Jahren (gelber Punl,t).

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Schwarze Diamanten ,,Neben den glitzernden Sternen am Nachthimmel", schreibt der Journalist Peter Tyson, ,,gibt es, wie den Wissenschaftlern schon lange bekannt ist, Diamanten im Himmel . . . Das Weltall dürfte auch der Geburtsort der mysteriösen schwarzen Diamanten sein, die als Carbonados bekannt sind." Was die Entstehung dieser Carbonados angeht, werden nach wie vor verschiedene Theorien diskutiert - etwa Meteoriteneinschläge, die extreme Drücke mit sich bringen können. Solche Drücke sind notwendig, um in einem Prozess namens Schockmetamorphismus die Bildung von Dia­ manten auszulösen. 2006 berichteten die Forscher Stephen Haggerty, Jozsef Garai und Kollegen von Untersuchungen zur Porenstruktur von Carbonados, zu den verschiedenen in Carbonados enthalte­ nen Mineralien und Elementen, zur Oberflächenpatina, die der einer Schmelze ähnelt, und zu an­ deren Faktoren, die nahelegen, dass diese Diamanten in kohlenstoffreichen explodierenden Sternen (Supernovae) entstanden waren. Solche Sterne dürften eine Umgebung mit sehr hoher Temperatur hervorbringen - analog zu den Bedingungen bei der chemischen Gasphasenabscheidung, mit der man synthetische Diamanten im Labor herstellt. Die schwarzen Diamanten sind etwa 2,6 bis 3 ,8 Milliarden Jahre alt und dürften ursprünglich in Form großer Asteroiden aus dem All herabgestürzt sein - zu der Zeit, in der Südamerika und Af­ rika noch verbunden waren. Heute findet man viele dieser Diamanten in der Zentralafrikanischen Republik und in Brasilien. Carbonados sind so hart wie normale Diamanten, aber undurchsichtig, porös und aus zahl­ reichen Diamantkristallen zusammengesetzt, die miteinander verbacken sind. Man verwendet sie gelegentlich, um andere Diamanten zu schneiden. Erstmals wurd_en die seltenen schwarzen Dia­ manten um 1 840 von Brasilianern gefund�; sie nannten sie Carbonados, weil sie wie verkohlt oder verbrannt aussahen. In den 1860er-Jahren wurden Carbonados nützlich - sie verstärkten Bohrer, die durch Gestein getrieben wurden. Der größte je gefundene Carbonado hatte eine Masse von etwa eineinhalb Pfund (3 1 67 Karat - 60 Karat mehr als der größte klare Diamant). Es gibt noch andere Formen natürlich vorkommender „schwarzer Diamanten" (keine Carbo­ nados) , darunter eher normal aussehende Diamanten mit einer rauchigen dunklen Färb�ng, die auf Mineraleinschlüsse von Eisenoxid oder Schwefelverbindungen zurückzuführen ist und den Stein trübt. Der riesige Spirit of de Grisogono ist mit 0, 1 3 7 Pfund (3 1 2,4 Karat) der weltweit größte geschliffene schwarze Diamant dieser Art. SIEHE AUCH Stellare Nukleosynthese ( 1 946) .

Einer Theorie zufolge schufen explodierende Steme (Supemovae) die zur Bildung von Carbonados erforderliche Umgebung mit sehr hoher Temperatur und viel Kohlenstoff. Die Abbildung zeigt den Krebsnebel - die Überreste der Explosion eines Stems in einer Supemova.

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Prähistorischer Kernreaktor Francis Perrin

( 1 90 1 - 1 992)

„Es ist nicht einfach, eine Kernreaktion einzuleiten", schreibt das US-Energieministerium. ,,In Kraftwerken muss man dazu unter anderem Uranatome spalten, und dieser Vorgang setzt Energie sowie Neutronen frei, die weitere Atome spalten. Dieser Spaltungsprozess heißt Kernspalhmg. Um in einem Kraftwerk den Vorgang der Kernspaltung aufrecht zu erhalten, benötigt man viele Wis­ senschaftler und Techniker." Tatsächlich dauerte es bis in die späten l 930er-Jahre, ehe den Physikern Enrico Fermi und Le6 Szilard vollständig klar wurde, dass Uran das Element sein würde, das eine Kettenreaktion auf­ recht erhalten kann. Szilard und Fermi führten an der Columbia University Versuche durch und entdeckten eine beträchtliche Produktion von Neutronen (subatomare Teilchen) mit Uran. Das war der Beweis, dass die Kettenreaktion möglich war und Atomwaffen konstruiert werden konnten. In der Nacht der Entdeckung schrieb Szilard, er habe im Geiste kaum bezweifelt, dass der Welt Kummer bevorstand. Weil der Vorgang so komplex ist, war die Welt verblüfft, als der französische Physiker Francis Perrin 1972 entdeckte, dass die Natur den ersten Kernreaktor geschaffen hatte - zwei Milliarden Jahre vor der Menschheit, unterhalb von Oklo in Gabun (Afrika). Dieser natürliche Reaktor ent­ stand, als eine Ablagerung stark uranhaltigen Minerals mit Grundwasser in Kontakt kam. Das Was­ ser bremste die vorn Uran abgegebenen Neutronen, sodass sie mit anderen Atomen interagieren und sie spalten konnten. Es wurde Wärme frei, die das Wasser in Dampf verwandelte - die Ketten­ reaktion verlief vorübergehend langsamer. Die Umgebung kühlte ab, das Wasser kam zurück, und der Vorgang wiederholte sich. Wissenschaftler schätzen, dass dieser prähistorische Reaktor viele hunderttausend Jahre lang lief und die verschiedenen bei solchen Reaktionen erwartbaren Isotope (Atomvarianten) erzeug­ te, die die Wissenschaftler bei Oklo aufspürten. Die Kernreaktionen des Urans in unterirdischen Gängen verbrauchten etwa fünf Tonnen des radioaktiven Uran-235. Abgesehen von den Oklo-Re­ aktoren hat man keine weiteren natürlichen Atomreaktoren gefunden. In seinem Rornari Bridges of Ashes spekuliert Roger Zelazny auf kreative Art, dass die Mine in Gabun von Außerirdischen geschaffen worden sei, um Mutationen auszulösen, aus denen am Ende der Mensch hervorging. SIEHE AUCH Radioaktivität ( 1 896), Neutron ( 1 9 32), Energie aus dem Atomkern ( 1 942), Atombombe Little Boy ( 1 94 5 ) .

Die Natur erschuf den ersten Kemrealäor der Welt i n Afrilw. Milliarden Jahre später erhielte1i Le6 S:zildrd und Enrico Fenni das US-Patent für den Kernreaktor. Tank 355 ist mit Wasser gefüllt, das als Schut:zschild gegen die Strahlung dient.

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S p eerschleuder

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An verschiedenen Orten in aller Welt haben alte Kulturen die Physik des Tötens mithilfe eines genialen Instruments entdeckt - es ist die Speerschleuder. Das Gerät ähnelt einem hölzernen Stab oder Brett mit einer Mulde oder einem Haken an einem Ende. Es nutzt das Hebelprinzip sowie andere einfache physikalische Zusammenhänge und ermöglicht dem Anwender, einen großen Wurfpfeil auf ein Ziel zu schleudern. Bei enormer Reichweite (über 100 Meter) werden Geschwin­ digkeiten von mehr als 150 km/h erreicht. In gewisser Hinsicht fungiert die Speerschleuder als zusätzlicher Armabschnitt. In Frankreich hat man eine 27.000 Jahre alte Speerschleuder aus einem Rentiergeweih gefun­ den. Amerikanische Ureinwohner nutzen das Gerät vor 12.000 Jahren. Australische Ureinwohner nannten es Woomera . Ostafrikaner und Ureinwohner Alaskas verwendeten ebenfalls Geräte, die Speerschleudern ähnelten. Die Maya und Azteken waren Fans des Geräts (sie bezeichneten es als Atlatl), und die Azteken überraschten die spanischen Konquistadoren, als sie mit seiner Hilfe Schil­ de komplett durchbohren konnten. Prähistorische Jäger konnten mit der Speerschleuder sogar so große Tiere wie Mammuts erlegen. Heutzutage unterstützt die Atlatl-Weltvereingiung sowohl nationale als auch internationale Wettkämpfe. Sie ziehen Ingenieure, Jäger und alle anderen an, die sich für die Geheimnisse der prähistorischen Technologie interessieren. Eine Version der Speerschleuder ähnelt trotz einer technischen Evolution von vielen Tau­ send Jahren einem etwa 60 cm langen Stock. Ein Wurfpfeil ( 100- 150 cm lang) liegt in einer Ver­ tiefung am hinteren Ende des Geräts und zunächst parallel zum Stock oder Brett. Der Benutzer schleudert den Pfeil mit einer Wurfbewegung von 'Arm und Handgelenk, die dem Aufschlag beim Tennis ähnelt. Mit der Weiterentwicklung der Speerschleuder entdeckte man, dass flexible Konstruktionen die Energie effizient speichern und freisetzen konnten (wie das Sprungbrett im Schwimmbad), und man befestigte zusätzlich kleine Steine daran. Wozu diese Gewichte dienten, ist über Jahre hinweg diskutiert worden. V iele meinen, die Gewichte würden das Timing und die Flexibilität verbessern und so den Wurf stabiler machen sowie die Reichweite vergrößern. Möglich ist auch, dass die Gewichte die Geräuschentwicklung reduzieren, was den Abwurf weniger auffällig macht. SIEHE AUCH Armbrust ( 3 4 1 v. Chr. ), Tribock-Steinschleuder ( 1 200), Überschall-Peitschenknall ( 1 927).

Abbildung aus dem Kodex Feiervdry-Mayeu aus Zentralmexiko - sie zeigt einen Gott, der drei Pfeile und eine Speerschleuder hält. Der Kodex stammt aus einer Zeit vor der Zerstörung der Azteken-Hauptstadt Tenochtitlan durch Herndn Cortes im Jahr 1 52 1 .

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B umeran g

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Ich erinnere mich an ein albernes Lied aus meiner Kindheit - der englische Sänger Charlie Drake ( 192 5 - 2006) sang von einem traurigen australischen Aborigine, der sich darüber beklagt, dass sein Bumerang nicht zurückkommt. In der Praxis dürfte das kein Problem gewesen sein, weil die zur Jagd auf Kängurus oder im Krieg benutzten Bumerangs schwere, gekrümmte Wurfhölzer waren, die dem Opfer die Knochen brechen und nicht zurückkommen sollten. In einer Höhle in Polen hat man einen etwa 20.000 Jahre alten Jagdbumerang gefunden. Wenn wir heute an einen Bumerang denken, handelt es sieb meist um ein V-förmiges Wurfholz. Die Formen haben sich wahrscheinlich aus den nicht wiederkehrenden Bumerangs entwickelt - vielleicht hatten Jäger bemerkt, dass spezielle Astformen stabilere Flugeigenschaften mit sich brachten oder interessante Flugbahnen zeigten. Der wieclerkebrencle Bumerang diente normalerweise dazu, bei der Jagd Wildvögel aufzuscheuchen, aber wir wissen nicht, wann solche Geräte erstmals entwickelt wurden. Bei dieser Art von Bumerang ist jeder Flügel ähnlich wie die Tragfläche eines Flugzeugs geformt - eine Seite ist abgerundet, die andere läuft flacher aus. Über die eine Seite des Flügels streicht die Luft schneller hinweg als über die andere, was zusätzlichen Auftrieb liefert. Im Gegensatz zur Tragfläche beim Flugzeug liegen die „Vorderkanten" des Bume­ rangs auf entgegengesetzten Seiten des V , wenn man davon ausgeht, dass der Bumerang im Flug rotiert. Das heißt, die Voreierkante des voreilenden Flügels weist in eine andere Richtung als die des nachlaufenden Flügels. Abgeworfen wird der Bumerang leicht gegen die Senkrechte gekippt und mit der offenen Seite nach vorn. Da der Bumerang in Flugrichtung rotiert, bewegt sich der obere Flügel schneller vorwärts als der untere - auch das trägt zum Auftrieb bei. Die gyroskopische Präzession (Verla­ gerung der Rotationsachse eines rotierenden Körpers) bringt den Bumerang dazu, dass er nach korrektem Abwurf zum Werfer zurückkehrt. Die Kombination aller Faktoren erzeugt die komplexe kreisförmige Flugbahn des Bumerangs. SIEHE AUCH Armbrust ( 3 4 1 v. Chr.), Tribock-Steinschleuder ( 1 200), Gyroskop ( 1 852).

Bumerangs sind als Waffe u n d als Sportgerät verwendet worden. Ihre unterschiedlichen Fonnen hängen vom Ort ihrer Entstehung und ihrer Verwendung ab.

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S onnenuhr ,,Verstecke deine Talente nicht. Sie wurden dir zum Gebrauch gegeben. Was bedeutet eine Sonnenuhr im Schatten? " - Benjamin Franklin Über Jahrhunderte hinweg haben die Menschen sich gefragt, was die Natur der Zeit sei. Ein großer Teil der griechischen Philosophie befasste sich damit, die Vorstellung der Ewigkeit zu verstehen, und das Thema Zeit ist ein zentraler Aspekt aller Religionen und Kulturen der Welt. Angelus Sile­ sius, ein mystischer Dichter des 1 7. Jahrhunderts, meinte, der Fluss der Zeit könne durch Geistes­ kräfte aufgehoben werden: ,,Du selber machst die Zeit, das Uhrwerk sind die Sinnen, hemmst du die Unruh nur, so ist die Zeit von hinnen." Eine der ältesten Vorrichtungen zur Messung der Zeit ist die Sonnenuhr. Wahrscheinlich fiel den Menschen der Vorzeit auf, dass die Schatten, die sie selbst warfen, am frühen Morgen lang wa­ ren, allmählich kürzer und gegen Abend wieder länger wurden. Die früheste bekannte Sonnenuhr

stammt etwa aus der Zeit von 3 300 v. Chr. - sie ist in einen Felsen des Knowth Great Mound in Irland eingraviert. Die ursprünglichste Sonnenuhr besteht aus einem senkrecht in den Boden gesteckten Stab. Auf der Nordhalbkugel wandert der Schatten im Uhrzeigersinn um den Stab, und anhand der Position des Schattens lässt sich der Fortgang der Zeit markieren. Die Genauigkeit eines solchen groben Instruments lässt sich verbessern, wenn man den Stab schräg in Richtung auf den nördli­ chen Himmelspol bzw. ungefähr zum Polarstern ausrichtet. Bei dieser Variante verändert sich der Schatten des Zeigers nicht mit den Jahreszeiten. Eine gebräuchliche Form der Sonnenuhr besitzt ein waagerechtes Zifferblatt, das gelegentlich als Ornament in einem Garten angelegt wird. Da der Schatten nicht gleichmäßig um die Oberfläche dieses Zifferblatts wandert, sind die Markierungen für die Stunden nicht in gleichen Abständen angebracht. Sonnenuhren können aus unterschiedlichen Gründen ungenau sein; dazu gehören die variable Ge­ schwindigkeit der Erde beim Umlauf um die Sonne, die Einrichtung einer Sommerzeit und die Tatsache, dass Uhrzeiten heute innerhalb jeder Zeitzone gleich gehalten werden. Vor dem Aufkommen von Armbanduhren hatten die Menschen manchmal eine aufklapp­ bare Sonnenuhr bei sich; zur Feststellung der genauen Nordrichtung war sie an einem kleinen Magnetkornpass befestigt. SIEHE AUCH Mechanismus von Antikythera ( 1 2 5 v. Chr. ) , Stundenglas ( 1 3 3 8), Jahresuhr ( 1 84 1 ) , Zeitreise ( 1 949) , Atomuhren ( 1 9 5 5 ) .

Die J\!Jenschen haben sich immer gefragt, was die Natur der Zeit sei. Eine der ältesten Vorrichtungen zu r Messung der Zeit ist die Sonnenuhr.

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Fachwerk

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Fachwerkkonstruktionen sind gewöhnlich Strukturen aus mehreren dreieckigen Einheiten, die aus geraden, durch Gelenke oder Knoten verbundenen Metall- oder Holzelementen bestehen. Wenn alle Bestandteile des Fachwerks in einer Ebene liegen, spricht man von einem ebenen Fachwerk. Das Fachwerk hat es Baumeistern jahrhundertelang ermöglicht, stabile und in Hinblick auf Kosten und Materialbedarf wirtschaftliche Strukturen zu konstruieren. Der starre Rahmen solcher Kon­ struktionen erlaubte große Spannweiten. Die dreieckige Form ist deshalb besonders zweckmäßig, weil sie als einzige Form nicht verän­ dert werden kann, ohne dass man die Länge einer Seite ändert. Das heißt, ein dreieckiger Rahmen aus stabilen Trägern, die fest miteinander verbunden sind, lässt sich nicht verformen. (Dagegen könnte ein Quadrat prinzipiell zu einer Raute werden, wenn die Verbindungen nicht starr sind.) Ein weiterer Vorteil des Fachwerks besteht darin, dass seine Festigkeit oft vorhersagbar ist, wenn man davon ausgeht, dass die Träger vorwiegend durch Spannung und Kompression belastet wer­ den und diese Kräfte an den Knoten wirken. Wirkt eine Kraft in Richtung auf eine Verlängerung des Trägers, spricht man von Zugkrafe. Wirkt eine Kraft in Richtung auf eine Verkürzung, spricht man von Kompressionskrafe. Da die Knoten eines Fachwerks statisch sind, beträgt die Summe aller auf einen Knoten wirkenden Kräfte null. Hölzerne Fachwerkkonstruktionen wurden in Pfahlbauten während der frühen Bronzezeit (ca. 2500 v. Chr.) verwendet. Die Römer nutzten Holzfachwerke für Brückenkonstruktionen. In den 1800er-Jahren waren Fachwerkkonstruktionen für überdachte Brücken in den USA weit ver­ breitet, und für verschiedene Fachwerkskonfigurationen wurden zahlreiche Patente erteilt. Die erste Brücke aus Eisenfachwerk in den USA war die 1840 errichtete Frankfort Bridge über den Erie-Kanal, und die erste Brücke aus Stahlfachwerk überspannte den Missouri im Jahr 1879. Nach dem amerikanischen Bürgerkrieg waren Eisenbahnbrücken aus Metallfachwerk beliebt, da sie gegenüber der bewegten Last schwerer Züge stabiler waren als Hängebrücken. SIEHE AUCH Gewölbe ( 1 8 5 0 v. Chr. ) , Doppel-T-Träger ( 1 844), Tensegrity ( 1 948), Schiefer Stapel ( 1 9 5 5 ) .

Das Fachwerk h a t e s Baumeistern jahrhundertelang ennöglicht, stabile und kosteneffektive Strnkturen zu konstrnieren.

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Gewölbe In der Architektur ist ein Gewölbe eine Struktur, die einen Raum überspannt und dabei eine Last trägt. Außerdem ist das Gewölbe zu einer Metapher geworden für extreme, durch das Zusam­ menwirken einfacher Teile hervorgebrachte Haltbarkeit. Der römische Philosoph Seneca schrieb: „Unsere Gesellschaft gleicht einem Gewölbe, das zusammenstürzen müsste, wenn sich nicht die einzelnen Steine gegenseitig stützen würden ." Laut einem alten Hindu-Sprichwort „schläft ein Gewölbe nie" . Das älteste noch vorhandene Bogentor ist das 1 8 5 0 v . Chr. a u s Lehmziegeln u n d einigen Kalksteinen errichtete Tor von Aschkelon in Israel. Ziegelgewölbe in Mesopotamien sind sogar noch älter, doch besonders bedeutsam wurde das Gewölbe im antiken Rom, wo man es bei einer Vielzahl verschiedenster Bauwerke eingesetzt hat. Bei Gebäuden kann die schwere Last von oben mithilfe des Gewölbes in horizontale und vertikale Kräfte auf stützende Säulen umgelenkt werden. Die Konstruktion von Gewölben ruht gewöhnlich auf keilförmigen Steinen (den Gewölbesteinen) , die präzise aufeinander passen. Die Oberflächen beieinander liegender Steine leiten Kräfte in zumeist gleichmäßiger Weise weiter. Der zentrale Gewölbestein am höchsten Punkt des Gewölbes heißt Schlussstein. Beim Aufbau eines Gewölbes nutzt man oft ein hölzernes Stützgerüst, bis der Schlussstein als Letzter eingesetzt wird - damit ist das Gewölbe geschlossen und trägt sich selbst. Ein Vorteil des Gewölbes gegenüber früheren Stützstrukturen besteht darin, dass es aus leicht zu transportierenden Elementen besteht und weite Öffnungen überspannen kann. Außerdem hat es den Vorteil, dass die Gravitationskräfte auf das gesamte Gewölbe übertragen und in Kräfte umgewandelt werden, die annähernd senkrecht auf die Oberflächen der Gewölbesteine wirken. Das heißt aber auch, dass die Basis des Gewölbes einigen seitlichen Kräften ausgesetzt ist, die ausgeglichen werden müssen - etwa durch seitliche Ziegelmauern an den Grundpfeilern des Gewölbes. Ein großer Teil der Kräfte im Gewölbe wird in Druckkräfte umgewandelt, die auf die Gewölbesteine wirken - solchen Kräften können Steine, Be­ ton und andere Baumaterialien problemlos widerstehen. Die Römer errichteten Gewölbe meist als Halbkugel oder Halbkreis, obwohl auch andere Formen möglich sind. In römischen Aquädukten dienten die seitlichen Kräfte auf benachbarte Bögen als ausgleichende gegenseitige Stabilisierung.

SIEHE AUCH Fachwerk (2500 v. Chr.), Doppel-T-Träger (1844), Tensegrity (1948), Schiefer Stapel (1955).

Das Gewölbe ermöglicht es, die schwere Last von oben in horizontale und vertikale Kräfte wn;w lenken. Gewöhnlich werden fi.ir solche Konstruktionen die keilförmigen Gewölbesteine venvendet, die sich wie bei diesen antiken türkischen Gewölben /Je1fel,t aneinander fügen.

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Olmeken-Kom p ass Michael D . Coe

(geb . 1929), John B .

Carlson

(geb . 1945)

Jahrhundertelang haben Navigatoren Kompasse mit magnetischen Zeigern benutzt, um den magnetischen Nordpol der Erde zu bestimmen. Der Olmeken-Kompass aus Mesoamerika kann als der früheste bekannte Kompass gelten. Die Olmeken waren von etwa 1400 v. Chr. bis 400 v. Chr. eine präkolumbianische Kultur im mittleren Süden Mexikos und berühmt für ihre aus vulkani­ schem Gestein gehauenen Kolossalköpfe. Zur Altersbestimmung der relevanten Schichten einer Ausgrabung verwendete der amerika­ nische Astronom John B. Carlson die Radiokarbondatierung und stellte fest, dass ein längliches Stück aus abgeflachtem, poliertem Hämatit (Eisenoxid) ungefähr zwischen 1400- 1000 v. Chr. hergestellt worden war. Carlson vermutet, dass die Olmeken solche Gegenstände als Richtungsan­ zeiger für Astrologie und Geornantik sowie zur Ausrichtung von Grabstätten genutzt haben. Der Olrneken-Kompass ist Teil eines polierten St.,bes aus Magnetit (die magnetische Form des Ei­ senoxids) mit einer Kerbe an einem E11de, die möglicherweise zur Peilung diente. Im alten China wurde der Kompass übrigP" ' einige Zeit vor dem 2. Jahrhundert erfunden; zur Navigation wurde er vorn 1 1. Jahrhundert an eingesetzt. In „Lodestone Cornpass: Chinese or Olrnec Primacy?" (Magnetit-Kompass: Waren Chinesen oder Olmeken die Ersten?) schreibt Carlson: „Bedenkt man die einzigartige Gestalt (zweckmäßig geformter polierter Stab mit einer Kerbe) und Zusammensetzung (magnetisches Mineral mit magnetischem Impulsvektor in der Schwimmebene) von M- 160, und bezieht ein, dass die Olmeken kluge Leute waren, die fortgeschrittene Kenntnisse und Fähigkeiten in der Bearbeitung von Eisenerzmineralien besaßen, sollte man meiner Ansicht nach in Betracht ziehen, dass das Artefakt M- 160 aus der frühen Phase wahrscheinlich als etwas hergestellt und verwendet wurde, was ich als Kompass nullter Ordnung bezeichnet habe (wenn es sich nicht sogar um einen Kompass erster Ordnung handelt). Ob ein solcher Anzeiger dazu benutzt worden ist, auf ein astrono­ misches Phänomen zu zeigen (Kompass nullter Ordnung) oder auf den geornagnetischen Nordpol (Kompass erster Ordnung), bleibt weiterhin reine Spekulation. Der olrnekische Stab wurde Ende der 1960er-Jahre von dem Archäologen Michael Coe (Yale University) in San Lorenzo im mexikanischen Bundesstaat Veracruz gefunden und 1973 von Carl­ son getestet. Carlson ließ ihn auf Quecksilber oder auf Wasser mit einer Korkrnatte schwimmen. SIEHE AUCH De Magnete ( 1 600), Amperes Gesetz des Elektromagnetismus ( 1 825), Galvanometer ( 1 882), Radiokarbondatierung ( 1 949). Als Magnetit bezeichnet man im Allgemeinen ein natürliches magnetisches Mineral von der Art, wie es in den Fragmenten vorkommt, die die Menschen in der Frühzeit verwendeten, um Magnetkompasse herzustellen. Die Abbildung zeigt ein Stück Magnetit in der Hall of Gems des National Museum ofNatural History, das von der Smithsonian Institution verwaltet wird.

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Armbrust Jahrhundertelang war die Armbrust eine Waffe, bei der die Gesetze der Physik dazu angewandt wurden, militärische Schäden anzurichten und Rüstungen zu durchbohren. Während des Mittel­ alters veränderte die Armbrust die Siegeschancen im Krieg. Einer der ersten verlässlichen Berichte über die Verwendung der Armbrust geht auf die Schlacht von Ma-Ling ( 341 v. Chr.) in China zu­ rück, doch in chinesischen Gräbern hat man noch ältere Armbruste entdeckt. Frühe Versionen der Armbrust waren Bögen, die man auf hölzerne Träger montierte. Der Bolzen, ein kurzer, schwerer Pfeil, bewegte sich in einer Einkerbung auf eiern Träger. Als die Waffe weiterentwickelt wurde, kamen diverse Mechanismen auf, mit denen die Sehne gespannt und in diesem Zustand gehalten werden konnte, bis die \,\laffe schussfertig war. Frühe Armbruste besaßen einen Fußbügel, in den der Schütze den Fuß stellte, während er die Sehne mit beiden Händen oder einem Haken spannte. Mithilfe der Physik wurden diese Kriegswaffen in mehrfacher Weise verbessert. Für den herkömmlichen Bogen musste der Bogenschütze sehr stark sein, damit er die Sehne spannen und während des Zielens halten konnte. Bei einer Armbrust jedoch konnte ein schwächerer Schütze beim Spannen der Sehne seine Beinmuskeln zur Unterstützung einsetzen. Später baute man ver­ schiedene Hebel, Zahnracl-Spannwinclen, Flaschenzüge und Kurbeln ein, um die Kraft des Schüt­ zen beim Spannen der Sehne zu erhöhen. Im 14. Jahrhundert konstruierte man die Armbruste in Europa aus Stahl und verwendete Zahnstangen mit einer an einem Zahnrad befestigten Kurbel. Um die Sehne zu spannen, drehte der Schütze die Kurbel. Die Durchschlagskraft der Armbrust wie auch des normalen Bogens rührt aus der Energie, die beim Spannen des Bogens entsteht. Wie bei einer gespannten Feder wird im Bogen potenzielle elastische Energie gespeichert. Löst man die Waffe aus, wird die potenzielle Energie in kinetische Energie umgewandelt. Die vom Bogen ausgehende Feuerkraft hängt ab vom Zuggewicht des Bo­ gens (der zum Spannen des Bogens erforderlichen Kraft) und der Zuglänge (der Entfernung zwi­ schen der Ruheposition und der gespannten Position der Sehne) . SIEHE AUCH Speerschleuder (30 .000 v. Chr.), Bumerang (20 .000 v. Chr.), Tribock-Steinschleuder (1200), Energieerhaltung (1843).

Um 1 486 :zeichnete Leonardo da Vinci mehrere Entwürfe (iir eine gewaltige Armbnist. Diese Waffe wurde mithilfe von Zahnrädern gespannt. Eine ihrer Abschussvorrichtungen arbeitete mit einem 1-laltestift, der mittels eines Holzhammers ausgelöst wurde.

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Ba g dad-Batterie Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta

(1745-1827)

1800 erfand der italienische Physiker Alessandro Volta eine Vorrichtung, die traditionell als erste elektrische Batterie galt. Er stapelte abwechselnd mehrere Scheiben aus Kupfer und Zink aufei­ nander, zwischen denen jeweils ein mit Salzwasser getränktes Tuch lag. Verband man das obere Ende des Stapels durch einen Draht mit dem unteren Ende, begann ein elektrischer Strom zu fließen. Allerdings hat man einige archäologische Artefakte entdeckt, die vielleicht darauf schließen lassen, dass es Batterien schon mehr als ein Jahrtausend vor dieser Erfindung gegeben hat. „Der Irak besitzt ein reiches nationales Erbe", schreibt BBC News. ,,Der Garten Eden sowie der Turm von Babel befanden sich angeblich in diesem alten Land." 1938 entdeckte der deutsche Archäologe Wilhelm König während eines Aufenthalts in Bagdad ein 13 cm hohes Tongefäß, in dessen Innerem ein Kupferzylinder steckte, der einen Eisenstab umschloss. Das Gefäß zeigte Anzei­ chen von Korrosion und schien einst eine schwache Säure wie etwa Essig oder Wein enthalten zu haben. König hielt diese Gefäße für galvanische Zellen oder Teile von Batterien, die möglicherwei­ se zur Vergoldung von Gegenständen aus Silber verwendet worden waren - die saure Lösung hätte dann als Elektrolyt (leitendes Medium) gedient. Die Entstehung des Artefakts liegt im Dunkeln. König datierte es auf etwa 250 v. Chr. bis 224 n. Chr. , während andere eine Spanne von 225-640 n. Chr. vorgeschlagen haben. Spätere Forscher konnten zeigen, dass Nachbauten der Bagdad-Batte­ rie in der Tat elektrischen Strom liefern, wenn man sie mit Traubensaft nder Essig füllt. Hinsichtlich der Batterien stellt der Metallurg Dr. Paul Craddock 2003 fest: ,,Es sind ein­ malige Gegenstände. Soweit wir wissen, hat niemand sonst eh:vas in dieser Art gefunden. Es sind seltsame Gegenstände, und sie gehören zu den Rätseln des Lebens." Man hat verschiedene andere Verwendungen für die Bagdad-Batterien erwogen - so soll man sie genutzt haben, um Strom für Akupunktur zu erzeugen oder um die Anbeter von Gottheiten zu beeindrucken. Sollten je Drähte oder elektrische Leiter zusammen mit anderen Batterien des Altertums entdeckt werden, würde das die Vorstellung stützen, dass diese Objekte als Batterien eingesetzt wurden. Doch selbst wenn die Gefäße elektrischen Strom erzeugt haben sollten, so heißt das natürlich nicht, dass die Menschen dieser Zeit auch verstanden, wie diese Dinge tatsächlich funktionierten. SIEHE AUCH Von Guerickes elektrostatischer Generator ( 1 660), Batterie (1800), Leidener Flasche (1744), Brennstoffzelle ( 1 839), Solarzellen (1954).

Die antike Bagdad-Batterie besteht aus einem Tongefäß mit einem aus Asphalt hergestellten Stopfen. Durch den Asphalt ragt ein Eisenstab, der von einem Kupferzylinder umgeben ist. Füllt man den Knig mit Essig, erzeugt das Gefäß ungefähr 1 , 1 Volt. (Foto mit freundlicher Genehmigung von Stan Sherer.)

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Saugheber Ktesibios ( ca. 2 8 5 v. Chr. - 22 2 v. Chr. ) Ein Saugheber ist ein Rohr, durch das eine Flüssigkeit von einem Behälter in einen anderen ab­ fließen kann. Auch wenn eine Zwischenstation der Rohrleitung höher liegt als der ursprüngliche Behälter, funktioniert der Saugheber weiter. Damit der Flüssigkeitsstrom erhalten bleibt, ist keine Pumpe erforderlich, da er durch unterschiedliche hydrostatische Drücke angetrieben wird. Die Entdeckung des Saugheber-Prinzips wird oft dem griechischen Erfinder und Mathematiker Ktesi­ bios zugeschrieben. Die Flüssigkeit in einem Saugheber kann in dem Rohr aufsteigen, ehe sie nach unten abfließt, unter anderem, weil das Gewicht der Flüssigkeit im längeren „Auslassrohr" von der Gravitation abwärts gezogen wird. In spannenden Laborversuchen hat man gezeigt, dass manche Saugheber im Vakuum funktionieren. Die maximale Höhe des Scheitelpunkts eines herkömmlichen Saughebers wird vom Atmosphärenclruck begrenzt - wenn der Scheitel zu hoch liegt, kann der Druck innerhalb der Flüssigkeit unter den Dampfdruck einer Flüs­ sigkeit fallen, \Vorauf sich am höchsten Punkt des Rohrs Dampfblasen bilden. Das Ende des Saughebers muss nicht un­ terhalb der Einlassöffnung liegen, jedoch muss es sich unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche im abgebenden Behälter befinden. Obwohl mit Saug­ hebern in zahllosen Anwendungen Flüssigkeiten abgezogen werden, gefallt mir der fantasievolle Tantalus-Kelch am besten. In einer Variante ist eine kleine Statue eines Mannes auf eiern Boden des Kelchs befestigt. Innerhalb der Figur ist ein Saugheber verborgen - sein Scheitelpunkt liegt etwa auf Höhe des Kinns. Gießt man eine Flüssig­ keit in den Kelch, steigt sie bis zum Kinn, doch dann zieht der größte Teil des Kelchinhalts durch das am Grund des Gefäßes angebrachte Ende des Saughebers ab! Deshalb bleibt Tantalus auf ewig durstig . . . SIEHE AUCH Archimedische Schraube (2 50 v. Chr.), Barometer (1643), Bernoullis Gesetz zur Strömungs­ lehre (1738), Trinkvogel (1945).

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Tantalus-Kelch; der versteckte Saugheber ist blau gezeichnet. RECHTS Flüssigkeit, die von dem oberen

in den unteren Becher fließt.

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Archimedisches Auftriebs p rinzi p Archimedes (ca.

287 v. Chr. - ca . 212 v. Chr.)

Stellen wir uns vor, wir wiegen einen an einer Waage aufgehängten Gegenstand (etwa ein rohes Ei) im Spülbecken einer Küche - einmal an der Luft und einmal im Wasser. . - . Befindet sich das Ei im Wasser, zeigt die Waage ein nied­ rigeres Gewicht an als außerhalb. Das Wasser übt eine nach oben gerichtete Kraft aus, die das Gewicht des Eis teilweise trägt. Diese Kraft zeigt sich deutlicher, wenn wir das gleiche Experiment mit einem Gegenstand niedrigerer Dichte durchführen - etwa mit einem Korkwürfel, der schwimmt, während er zum Teil ins Wasser eintaucht. Die vom Wasser ausgeübte Kraft heißt Auftriebskraft, die bei einem unter Wasser gedrückten Korken größer ist als dessen Gewicht. Die Auftriebskraft ist abhängig von der Dichte der Flüssigkeit und dem Volumen des eingetauchten Objekts, nicht aber von der Form oder dem Material, aus dem es besteht. In unserem Versuch spielt es also keine Rolle, ob das Ei eher einer Kugel oder einem Würfel gleicht. Ob Ei oder Holz - bei gleichem Volumen wirkt auf jeden Gegenstand die gleiche Auftriebskraft. Das nach Archimedes, dem für seine geometrischen und hydrostatischen Studien berühm­ ten griechischen Mathematiker und Erfinder, benannte Prinzip besagt, dass ein ganz oder teil­ weise in Flüssigkeit eingetauchter Körper von einer Kraft gleich dem Gewicht der verdrängten Flüssigkeit nach oben gedrückt wird. Stellen wir uns nun einen kleinen Klumpen aus Blei vor, der in eine gefüllte Badewanne gelegt wird. Das Klümpchen wiegt mehr als die winzige Wassermenge, die es verdrängt, weshalb es sinkt. Ein hölzernes Ruderboot verdrängt eine große Menge Wasser - der entsprechende Auftrieb lässt es schwimmen. Ein untergetauchtes U-Boot verdrängt ein Wasservolumen, dessen Gewicht genau so groß ist wie das des U-Boots. Anders gesagt, das Gesamtgewicht des U-Boots - einschließlich Besatzung, Hülle und eingeschlossener Luft - ist gleich dem Gewicht des ver­ drängten Meerwassers.

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SIEHE AUCH Archimedische Schraube (250 v. Chr.). Stokessches V iskositätsgesetz (1851), Lavalampe (1963).

Ein Ei im Wasser erfährt eine aufwärts gerichtete Kraft, die gleich dem Gewicht des verdrängten Wassers ist. RECHTS, Wenn ein Plesiosaurus ( ein ausgestorbenes Reptil) im Wasser schwamm, entsprach sein Gesamtgewicht dem Gewicht des von ihm verdrängten Wassers. Gastrolithen, die man im Magenbereich fossiler Plesiosaurusskelette gefunden hat, könnten dazu beigetragen haben, Auftrieb und Schwimmverhalten des Reptils ;zu steuem. LINKS,

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Archimedische S chraube Archimedes ( c a . 287 v. Chr. - ca . ( ca. 87 v. Chr. - ca . 15 v. Chr.)

212 v. Chr.), Marcus Vitruvius Pollio

Archimedes, der Geometer aus dem alten Griechenland, wird oft als der größte Mathematiker und Wissenschaftler der Antike und als einer der vier größten Mathematiker angesehen, die auf Erden wandelten - zusammen mit Isaac Newton, Leonhard Euler und Carl Friedrich Gauß. Die Erfindung der Wasserschnecke oder archimedischen Schraube zum Fördern von Wasser und zur Bewässerung wurde Archimedes von dem griechischen Geschichtsschreiber Dioclorus Siculus im ersten Jahrhundert n. Chr. zugeschrieben. Der römische Ingenieur V itruvius liefert eine detaillierte Beschreibung ihrer Funktion bei der Wasserförderung, die schraubenförmig verdrehte Blätter erfordert. Um Wasser nach oben zu befördern, taucht man das untere Ende der Schraube in einen Wasservorrat und beginnt sie zu drehen, wodurch das Wasser an einen höheren Ort ge­ bracht wird. Archimedes dürfte auch eine verwandte Schraubenpumpe entworfen haben - eine Vorrichtung nach Art eines Korkenziehers, die Wasser aus eiern Kielraum eines großen Schiffes he­ ben konnte. In Gesellschaften ohne Zugang zu fortgeschrittener Technik wird die archimedische Schraube nach wie vor benutzt; sie funktioniert auch dann noch gut, wenn das Wasser mit Geröll durchsetzt ist. Außerdem schädigt sie die Lebewesen im Wasser weniger. Modeme Geräte nach eiern Vorbild der archimedischen Schraube pumpen Abwässer in Kläranlagen. Die Autorin Heather Hassan schreibt: ,,Manche ägyptische Bauern nutzen die archimedische Schraube immer noch, um ihre Felder zu bewässern. Der Schraubendurchmesser reicht von 0,6 Zentimeter bis zu 3,7 Meter. Verwendet wird die Schraube auch in den Nieclerlanclen und in anderen Ländern, wo unerwünschtes Wasser von der Landoberfläche abgepumpt werden muss." Es gibt faszinierende moderne Beispiele. In einer Kläranlage in Memphis, Tennessee, pum­ pen sieben archimedische Schrauben Abwässer. Jede dieser Schrauben hat einen Durchmesser von 2,44 Metern und kann etwa 7 5.000 Liter pro Minute fördern. Wie der Mathematiker Chris Rorres berichtet, wird eine archimedische Schraube vom Durchmesser eines Bleistiftspitzers in einem Assistenzsystem eingesetzt, das bei Herzversagen, Bypass-Operationen am Herzen und anderen chirurgischen Verfahren den Blutkreislauf aufrecht erhält. SIEHE AUCH Saugheber (250 v. Chr.), Archimedisches Auftriebsprinzip (250 v. Chr.).

Archimedische Schraube, aus Chambers' Encyclopedia, 1 875.

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E ratosthenes vermisst die Erde Eratosthenes von Kyrene (ca. 276 v. Chr. - ca. 1 94 v. Chr. ) Der Autor Douglas Hubbard schreibt: ,,Unser erster Mentor in der Vermessung vollbrachte etwas, was zu seiner Zeit wahrscheinlich viele als unmöglich angesehen haben. Ein Grieche des Alter­ tums mit Namen Eratosthenes vollzog die erste dokumentierte Messung des Erdumfangs . . . [Er] verwendete keine präzise Beobachtungsausrüstung, und er verfügte sicherlich nicht über Laser und Satelliten . . . " Doch Eratosthenes wusste von einem besonders tiefen Brunnen in Syene, einer Stadt im Süden Ägyptens. Der Grund dieses Brunnens wurde an einem Tag des Jahres vollständig von der Mittagssonne ausgeleuchtet - folglich stand die Sonne direkt darüber. Außerdem war ihm bewusst, dass Objekte in der Stadt Alexandria am selben Tag einen Schatten warfen, woraus Era­ tosthenes folgerte, dass die Erde nicht flach, sondern kugelförmig ist. Er ging davon aus, dass die Sonnenstrahlen im Wesentlichen parallel einfallen, und er wusste, dass der Schatten einen Winkel bildete, der 1/50 eines Kreises betrug. Daraus schloss er, dass der Umfang der Erde das 50-Fache der bekannten Distanz zwischen Alexandria und Syene betragen musste. Die Genauigkeit des Eratosthenes wird unterschiedlich bewertet, was auf die Umrechnung seiner Maßeinheiten in moderne Einheiten und andere Faktoren zurückzuführen ist. Seine Messungen gelten jedoch mit einer Abweichung von wenigen Prozent als korrekter Wert des Erdumfangs. Wie wir heute wissen, beträgt dieser am Äquator etwa 40.07 5 Kilometer. Seltsamerweise kannte Kolumbus die Ergebnisse des Eratosthenes nicht - hätte er davon Kenntnis gehabt, wäre ihm das Ziel, nach Westen zu se­ geln und so Asien zu erreichen, möglicherweise als unerreichbar erschienen. Eratosthenes wurde in Kyrene (heute in Libyen gelegen) geboren und wurde später Leiter der großartigen Bibliothek von Alexandria. Berühmt ist er auch, weil er eine wissenschaftliche Chrono­ logie (bei diesem System wird versucht, Daten von Ereignissen in korrekt unterteilten Intervallen festzulegen) begründete und einen einfachen Algorithmus entwickelte, mit dem Primzahlen zu bestimmen sind. Im Alter erblindete Eratosthenes und hungerte sich zu Tode. SIEHE AUCH Flaschenzug (230 v. Chr.), Vermessung des Sonnensystems ( 1672), Tropfeneffekt ( 1 76 1 ), Sternparallaxe (1838), Geburt des Meters (1889).

Eratosthenes ' Weltkarte (Relwnstniktion von 1 895) . Eratosthenes maß den Erdumfang, ohne Ägypten zu verlassen. Gelehrte der Antike und des Mittelalters waren vielfach davon iiber:zeugt, dass die Erde eine Kugel ist, obwohl sie von Amerilw nichts wussten.

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Flaschenzu g Archimedes (ca. 287 v. Chr. - ca. 2 1 2 v. Chr. ) Ein Flaschenzug ist eine Vorrichtung, die gewöhnlich aus einer Rolle auf einer Achse besteht. Über die Rolle läuft ein Seil, sodass man mit eiern Flaschenzug die Richtung einer wirkenden Kraft ändern kann, etwa wenn ein Mensch oder eine Maschine dabei unterstützt wird, schwere Lasten zu heben oder in die Höhe zu ziehen. Außerdem erleichtert es ein Flaschenzug, eine Last zu be­ wegen, weil er die dafür erforderliche Kraft verringert. Wahrscheinlich kam der Flaschenzug in vorgeschichtlicher Zeit in die Welt, als jemand ein Seil über einen waagrechten Ast warf und es nutzte, um einen schweren Gegenstand zu heben. Der Autor Kenclall Haven schreibt: ,,Um 3000 v. Chr. gab es solche Flaschenzüge mit eingekerbten Rollen (so konnte das Seil nicht rutschen) in Ägypten und Syrien. Dem griechischen Mathema­ tiker und Erfinder Archimedes schreibt man die Entwicklung des Faktorenf/,aschenzugs um 230 v. Chr. zu . . . bei eiern mehrere Rollen und Seile zusammenwirken, um einen einzelnen Gegen­ stand zu heben . . . und die Hebekraft eines Menschen zu vervielfachen. Modeme Systeme aus mehreren Rollen sind Beispiele für Faktorenflaschenzüge. " Flaschenzüge erscheinen einem fast wie Zauberei, weil sie beim Heben schwerer Gegenstän­ de Durchmesser und Stärke des erforderlichen Seils sowie die notwendige Kraft so sehr reduzieren können. Tatsächlich könnte Archimedes (so ist Legenden und auch den Schriften des griechischen Geschichtsschreibers Plutarch zu entnehmen) einen Faktorenflaschenzug genutzt haben, um schwere Schiffe mit minimaler Anstrengung bewegen zu können. Selbstverständlich werden dabei keine physikalischen Gesetze verletzt. Die Arbeit - definiert als Kraft mal Weg - bleibt gleich. Flaschenzüge ermöglichen es, mit weniger Kraft, dafür aber mit mehr Seillänge zu ziehen. In der Praxis vergrößern mehr Rollen im Flaschenzug die Gleitreibung - ein System aus vielen Rollen kann jenseits einer bestimmten Zahl immer ineffizienter werden. Wenn Ingenieure ausrechnen, welchen Kraftaufwand ein Flaschenzugsystem erfordert, gehen sie oft davon aus, dass das Gerät samt Seil im Vergleich zum Gewicht des bewegten Objekts sehr wenig wiegt. Im Lauf der Geschichte waren Flaschenzug-Konstruktionen besonders auf Segelschiffen in Gebrauch - dort waren motorisierte Hilfen nicht immer verfügbar. SIEHE AUCH Speerschleuder (30.000 v. Chr.), Armbrust (341 v. Chr.), Foucaultsches Pendel (185 1 ) .

Nahaufnahme eines Flaschenzugs auf einer historischen Yacht. In Flaschenzügen läuft das Seil über Rollen, sodass die Richtung der wirkenden Kräfte umgelenkt werden kann und eine Last leichter zu bewegen ist.

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Archimedische Brenns p ie g el Archimedes (ca. 287 v. Chr. - ca. 212 v. Chr.) Die Geschichte von den Brennspiegeln des Archimedes hat Historiker über die Jahrhunderte hinweg fasziniert. 2 12 v. Chr. soll Archimedes einen „Todesstrahl" benutzt haben - dazu diente _i hm eine Anordnung von Spiegeln, die das Sonnenlicht auf römische Schiffe fokussierte und sie in Brand setzte. V iele Leute haben versucht, die praktische Anwendung solcher Spiegel zu testen und erklärt, dass ihre Anwendung unwahrscheinlich gewesen sein dürfte. Doch der Ingenieur David Wallace vom MIT ermutigte seine Studenten 2005, ein römisches Schiff aus Eichenholz nachzubauen und Sonnenlicht darauf zu fokussieren. Sie verwendeten 127 ebene Spiegel mit einer Kantenlänge von jeweils 0, 3 Meter. Das Schiff befand sich in einer Entfernung von etwa 30 Metern. Nachdem das fokussierte Licht zehn Minuten lang auf das Schiff gefallen war, brach die­ ses in Flammen aus! 1973 benutzte ein griechischer Ingenieur 70 ebene Spiegel (jeweils 1,5 mal 0,9 Meter groß), um Sonnenlicht auf ein Ruderboot zu fokussieren. Bei diesem Versuch begann das Boot ebenfalls schnell zu brennen. Aber selbst wenn es möglich ist, ein Schiff mithilfe von Spiegeln in Brand zu setzen, wäre es für Archimedes wahrscheinlich sehr_schwer geworden, das auch bei bewegten Schiffen zu realisieren. Übrigens schildert Arthur C. Clarke in seiner Kurzgeschichte „Das Entscheidungsspiel" (in Unter den Wolken der Venus, München: Goldmann, 1963) das Schicksal eines unbeliebten Fußball­ schiedsrichters. Als der Schiedsrichter eine mißliebige Entscheidung trifft, konzentrieren die Zu­ schauer mithilfe ihrer glänzenden Programmhefte das Sonnenlicht auf ihn. Die glänzenden Ober­ flächen funktionieren wie die Spiegel des Archimedes, und der arme Mann verbrennt zu Asche. Archimedes entwickelte weitere Waffen. Dem griechischen Geschichtsschreiber Plutarch zufolge wurden die ballistischen Waffen des Archimedes während der Belagerung von 2 12 v. Chr. erfolgreich gegen die Römer eingesetzt. Plutarch schrieb zum Beispiel: „Als Archimedes anfing, seine Maschinen zu gebrauchen, schoss er auf einmal alle Arten von Wurfgeschossen gegen die Landstreitkräfte und ungeheure Massen von Steinen, die herab kamen mit unglaublichem Lärm und großer Gewalt, gegen die kein Mann standhalten konnte; denn sie schmetterten zu Boden jene, auf die sie in Haufen fielen . . . " SIEHE AUCH Faseroptik ( 1 84 1 ) , Solarzellen ( 1 954), Laser ( 1 960), Unbeleuchtbare Räume ( 1 969) .

Holzschnitt m i t der Abbildung eines Brennspiegels aus F. Marions The Wonders o f Optics ( 1 8 70) . Der größte Sonnenofen der Welt befindet sich im französichen Odeillo. Eine Anordnung ebener Spiegel (hier nicht abgebildet) ref/.ektiert Sonnenlicht auf den großen gekrümmten Spiegel, der das Licht auf einen kleinen Bereich bündelt (dort werden Temperaturen von 3000 °C erreicht) .

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Mechanismus von Antikythera Valerios Stais ( 1 8 5 7 - 1 92 3 ) Der Mechanismus von Antikythera ist ein antikes, mit Zahnrädern konstruiertes Rechengerät, das dazu diente, astronomische Positionen zu berechnen. Er hat Wissenschaftler mehr als ein Jahrhun­ dert lang vor Rätsel gestellt. Die um 1902 von dem Archäologen Valerios Stais in einem Schiffs­ wrack vor der griechischen Insel Antikythera entdeckte Vorrichtung wurde, so glaubt man, unge­ fähr 150- 100 v. Chr. gebaut. Der Journalist Jo Marchant schreibt: ,,Unter den später nach Athen gebrachten Gegenständen des geborgenen Schatzes befand sich ein Klumpen formlosen Gesteins, den zunächst niemand beachtete, bis er zerbrach. Dabei kamen Zahnräder und Zeiger aus Bronze sowie winzige griechische Inschriften zum Vorschein . . . Eine ausgeklügelte Mechanik aus präzise gefertigten Zifferblättern, Zeigern und mindestens 30 ineinander greifenden Zahnrädern - in den historischen Aufzeichnungen taucht für mehr als 1000 Jahre kein annähernd so komplexes Gerät auf, bis man im europäischen Mittelalter astronomische Uhren entwickelt hat." Ein Zifferblatt an der Vorderseite der Apparatur verfügte über wenigstens drei Zeiger; einer für das Datum, die anderen beiden für die Positionen von Sonne und Mond. Außerdem wurde das Gerät wahrscheinlich dazu benutzt, die D_aten der antiken olympischen Spiele festzuhalten, Sonnenfinsternisse vorherzusagen und die Bewegungen anderer Planeten anzuzeigen. Zur be­ sonderen Freude von Physikern besitzt der Mondmechanismus eine besondere Anordnung von Bronze-Zahnrädern - zwei von ihnen sind durch eine leicht versetzte Achse verbunden, womit Position und Phasen des Mondes angegeben werden. Wie wir aus Keplers Gesetzen der Planeten­ bewegung wissen, umkreist der Mond die Erde mit variabler Geschwindigkeit (schneller, wenn er der Erde näher ist), und der Mechanismus von Antikythera modelliert diese Geschwindigkeitsdif­ ferenz, obwohl den Griechen des Altertums die elliptische Form der Umlaufbahn nicht bekannt war. Dazu kommt noch, dass die Erde bei kleinerem Abstand schneller um die Sonne kreist als bei größerem Abstand. Marchant schreibt: ,,Wenn man die Kurbel des Mechanismus drehte, konnte man die Zeit vorwärts oder rückwärts laufen lassen und den Stand des Kosmos heute, morgen, letzten Dienstag oder 100 Jahre in der Zukunft betrachten. Wer immer Eigentümer dieses Apparats gewesen sein mag - er muss sich wie der Herr des Himmels vorgekommen sein." SIEHE AUCH Sonnenuhr (3000 v. Chr.), Zahnräder (50), Keplers Gesetze der Planetenbewegung (1609).

Der Mechanismus von Antikythera ist ein antikes, mit Zahnrädem konstruiertes Rechengerät, das dazu diente, astronomische Positionen zu berechnen. Röntgenaufnahmen der Mechanik haben Infonnationen über die innere Konfiguration des Apparats geliefert. (Foto mit freundlicher Genehmigung von Rien van de Weijgaert.).

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Herons Dam p fturbine Heron von Alexandria ( ca. 1 0 n . Chr. - ca. 70 n . Chr.), Marcus Vitruvius Pollio (ca. 85 v. Chr. - ca. 1 5 v. Chr.) , Ktesibios (ca. 285 v. Chr. - ca. 222 v. Chr.) Die Geschichte der modernen Raketen lässt sich durch zahllose Experimente bis zum griechi­ schen Mathematiker und Ingenieur Heron von Alexandria zurückverfolgen, der ein raketenähn­ liches Gerät namens Aeolipile (Heronsball) erfand, das Dampf als Antrieb nutzte. Die Maschine bestand aus einer über einem Wasserkessel montierten Kugel . Der Dampf strömte durch zwei ab­ gewinkelte, auf gegenüberliegenden Seiten der Kugel angebrachte Röhrchen, was so viel Rückstoß brachte, dass die Kugel rotierte. Wegen der Reibung der Lager wird die Drehbewegung von Herons Maschine nicht zunehmend schneller, sondern erreicht eine konstante Geschwindigkeit. Sowohl Heron als auch der römische Ingenieur V itruvius waren fasziniert von solchen mit Dampf angetriebenen Geräten, ebenso der griechische Erfinder Ktesibios anderthalb Jahrhunderte zuvor. Wissenschaftshistoriker sind sich nicht sicher, ob Herons Maschine damals irgendeinem Zweck diente. Im Quarterly Journal of Science heißt es 1865: ,,Seit Herons Zeiten bis zum Anfang des 17. Jahrhunderts hören wir nichts mehr von einer Anwendung des Dampfes. In einem um 1600 veröffentlichten Werk wird Herons Maschine als Antrieb für Bratspieße empfohlen; ihr gro­ ßer Vorteil sei, dass man beim Verze-J1r von geröstetem Fleisch sicher sein könne, ,dass die Keule (wenn das wachsame Auge der Hausfrau abwesend ist) nicht vom Küchenjungen betatscht wird, weil er sich das Vergnügen gönnen will, seine unsauberen F inger abzulecken'." Maschinen mit Düsen- oder Raketenantrieb beruhen auf Newtons Drittem Bewegungsgesetz, wonach es für jede Aktion (Kraft in einer Richtung) eine gleich große, entgegengesetzte Reaktion (Kraft in der entgegengesetzten Richtung) gibt. Das Prinzip kann man beobachten, wenn man ei­ nen aufgeblasenen, nicht zugebundenen Ballon loslässt. Das erste Düsenflugzeug war die Heinkel He 1 78, die 1939 erstmals abhob. SIEHE AUCH Newtons Gesetze der Bewegung und der Gravitation ( 1687), Charlessches Gasgesetz (] 787), Ziolkowskis Raketengrundgleichung (1903).

John R. Bentley schuf und fotografierte diese Replik von Herons Maschine, die fast geräuschlos mit 1 500 U/min rotiert, wobei der Dampfdruck nur 0, 1 3 kg!cm 2 betragt und erstaunlich wenig sichtbare Abgase entstehen.

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Zahnräder Heron von Alexandria (ca. 1 0 n . Chr. - ca. 7 0 n . Chr. ) In der Geschichte der Technik haben Zahnräder mit ihren ineinandergreifenden Zähnen eine zentrale Rolle gespielt. Zahnradübersetzungen sind nicht nur von Bedeutung, wenn das wirksame Drehmoment verstärkt werden soll, sondern auch nützlich, um die Geschwindigkeit und die Rich­ tung einer Kraft zu verändern. Töpferscheiben gehören zu den ältesten Maschinen und mit ihnen kombinierte Zahnradübersetzungen, die es wahrscheinlich über Tausende von Jahren hinweg gab. Im vierten Jahrhundert v. Chr. schrieb Aristoteles über Räder, die mithilfe der Reibung zwischen glatten Oberflächen Bewegungen übertrugen. Der ca. 1 25 v. Chr. konstruierte Mechanismus von Antikythera nutzte Zahnräder für die Berechnung astronomischer Positionen. Einer der ersten schriftlichen Hinweise auf Zahnradgetriebe stammt von Heran von Alexandria (um 50 n. Chr.). Im Lauf der Zeit haben Zahnräder in Mühlen, Uhren, Fahrrädern, Autos, Waschmaschinen und Bohrern eine große Bedeutung gehabt. Weil sie so nützlich für die Verstärkung von Kräften sind, wurden sie von Ingenieuren früh zum Heben schwerer Lasten für Bauwerke verwendet. Die Möglichkeit, mit Zahnradübersetzungen Geschwindigkeiten zu ändern, begann man zu nutzen, als alte Textil­ maschinen durch Pferde oder Wasserkraft angetrieben wurden. Die Drehgeschwindigkeit solcher Antriebsquellen reichte oft nicht aus, wes­ halb man eine Konstruktion aus hölzernen Zahnrädern einsetzte, um die Geschwindigkeit für die Textilherstellung zu erhöhen. Wenn zwei Zahnräder ineinandergreifen, ergibt sich das Verhältnis der Drehgeschwindigkeiten s /s 2 einfach als reziprokes Verhältnis der Anzahl n von Zähnen auf beiden Zahnrädern: s /s 2 = nz!n 1 . Ein kleines Zahnrad dreht sich also schneller als sein größerer Partner. Das Verhält­ nis der Drehmomente folgt einer umgekehrten Beziehung. Das größere Zahnrad erfahrt ein größeres Drehmoment, was eine geringere Geschwindigkeit impliziert. Das ist beispielsweise zweckmäßig für elektrische Schraubenzieher, bei denen der Motor bei hoher Ge­ schwindigkeit ein niedriges Drehmoment erzeugen kann, während wir in der Praxis eine niedrige Ausgangsgeschwindigkeit mit verstärktem Drehmoment wünschen. Zu den einfachsten Zahnrädern gehören Stirnräder mit ihren gerade gefertigten Zähnen. Schraubenräder, bei denen die Zähne schräg angeordnet sind, haben den Vorteil, dass sie glatter und ruhiger laufen und gewöhnlich größere Drehmomente verkraften können. SIEHE AUCH Flaschenzug (230 v. Chr.), Mechanismus von Antikythera (125 v. Chr.), Herons Dampf­ turbine (50). In der Geschichte haben Zahnräder eine bedeutende Rolle gespielt. Zahmadüberset;rnngen können die wirksame Kraft oder das Drehmoment verstärken und sind auch nützlich für Änderungen der Geschwindigkeit und der Richtung einer Kraft.

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Sankt-Elms-Feuer Gaius Plinius Secundus (Plinius der Ältere) ( 2 3 - 79) „Alles steht i n Flammen", rief Charles Darwin auf seinem Segelschiff, ,,der Himmel mit Blitzen - das Wasser mit leuchtenden Partikeln, und selbst auf den Mastspitzen züngelt eine blaue Flam­ me." Was Darwin erlebte, waren Elmsfeuer, eine Naturerscheinung, die jahrtausendelang den Aberglauben befeuert hat. Der römische Philosoph Plinius der Ältere verweist in seiner Naturalia Historia (etwa 78 n. Ch r_) auf dieses „Feuer". Bei der oft als geisterhafte, blau-weiß tanzende Flamme beschriebenen Erscheinung handelt es sich um ein elektrisches Wetterphänomen, das entsteht, wenn ein glühendes Plasma (ionisiertes Gas) Licht emittiert. Das Plasma wird durch atmosphärische Elektrizität erzeugt, und das gespens­ tische Leuchten tritt häufig an den Enden spitzer Objekte wie Kirchtürmen oder Mastspitzen bei stürmischem Wetter auf. St. Elmo war der Schutzheilige der Seeleute im Mittelmeer, die das Elmsfeuer als gutes Omen sahen, weil das Gli.ihen oft gegen Ende eines Sturms am hellsten war. Spitz zulaufende Gegenstände fördern die Bildung des „Feuers", weil elektrische Felder in Berei­ chen mit starker Krümmun 100 Billionen Jahre, Quantenauferstehung Banks, T, tinyllrl.comlyjxapye.

2007, HAARP Die Auswirkungen von HAARP auf die Atmosphäre dauern nur wenige Sekunden

ANMERKUNGEN UND 'v\lEITERFÜHRENDE LITERATUR

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Re g ister

Allgemeine Relativitätstlleorie, 3 26-327 Amontonssche Gesetze der Rei­ bung, 1 04- 1 0 5 Amperes Gesetz d e s Elektromagnetismus, 172- 1 7 3 Anthropisches Prinzip 434-4 3 5 Antimaterie, 3 1 6, 3 5 0, 364-365, 4 5 0 Archimedes, 42-4 5 , 48-5 1 Archimedische Brennspiegel, 5 0-5 1 Archimedische Schraube, 44-45 Armbrust, 36-37 Atlatl, 24-2 5 Atom, das einzelne wird sichtbar, 4 1 4-4 1 5 Atombombe, 388-389 Atomkern, 3 1 2-3 1 3 Atomkern, Energie aus dem, 3 8 2-3 8 3 Atomtlleorie, 1 5 2-1 5 3 Atomuhren, 4 1 6-4 1 7 Auftriebsprinzip, 42-43 Aurora Borealis, 88-89 Ausschlussprinzip, Paulisches, 340-34 1 , 3 5 8 , 368 Avogadrosches Gesetz, 1 54-1 5 5 Bagdadbatterie 3 8-39 Barometer, 92-93 Baseball-KurvenAug, 2 3 8-2 39 Batterien, 38-39, 1 44 -145, 206, 480 Siehe auch Brennstoffzellen Bellsche Ungleichung, 452-4 5 3 Bernoullis Gesetz zur Strömungs­ lehre, 1 20-1 2 1 Beschleunigung fallender Objekte, 90-9 1 Blackeye-Galaxie, 1 3 2-1 3 3 Bodesche Regel d e r Planetenabstände, 1 28-1 29 Bohr, Niels, 1 1 , 322-3 2 3 , 346-347 Bohrsches Atommodell 322-323 Boltzmanngehirne, 5 1 6 Boltzmannsche Entropiegleichung, 244- 245 Bose-Einstein-Kondensat, 496-497 Boyle-Mariottesches Gasgesetz, 1 00-1 0 1 Bragg-Gleichung, 3 20-3 2 1 Brechungsgesetz, Snelliussches, 66, 86-87, 466 Bremsstrahlung, 306-307 Brennspiegel, Archimedische, 5 0-5 1 Brennstoffzelle, 1 90-1 9 1 Brewster-Winkel, 1 60-1 6 1 Brownsche Bewegung, 5 2 , 54, 90, 1 1 2 , 1 78-1 79 Buckminster-Fullerene, 480-48 1 Bumerang, 26-27 Buys-Ballot, Gesetz von, 222-2 2 3 Carnot-Prozess, 1 70-1 7 1 Casimir-Effekt, 402- 403 Cavendish wiegt die Erde, 142-143 Chandrasekhar-Grenze, Weiße

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REGISTER

Zwerge u n d d i e , 3 5 8-359 Chaostheorie, 440-441 Charlessches Gasgesetz, 1 3 8- 1 39 Chromodynamik, 398, 448 Chronologieschutz-Vermutung, 490-49 1 Chronologische Ordnung, 1 3- 1 5 Compton-Effekt, 3 3 6-3 3 7 Coulombsches Gesetz d e r Elektrostatik, 1 36-1 3 7 C F-Verletzung, 450-45 1 Crookes' Lichtmühle, 242-243 Curie, Marie, 276-277 Curie, Paul-Jacques, 2 5 2-2 5 3 Curie, Pierre, 2 5 2-2 5 3 , 274-277 Curies l\!Iagnetismus-Gesetz, 274-27 5 Dämon, Laplacescher, 1 5 8-1 5 9 Dampfturbine, 54-5 5 Das Universum vergeht, 5 1 4-5 1 5 De Magnete (Gilbert), 74-75 De-Broglie-Wellenlänge, 3 3 8-339 Dirac-Gleichung, 3 5 0-3 5 1 Doppel-T-Träger, 204-20 5 Dopplereffekt, 200-2 0 1 Drachen, Franklins, 1 24- 1 2 5 Dritter Hauptsatz der Thermodynamik, 300-3 0 1 Dunkle Energie, 4 8 8 , 498-499, 5 1 0 Dunkle Materie, 366-367, 470 Dynamit, 2 3 2-2 3 3 Dyson-Sphäre, 428-429 E = mc 2 , 294-29 5 Effusionsgesetz, Grahamsches, 1 80- 1 8 1 Einleitung, 1 0- 1 5 Einstein, Albert, 3 30-3 3 1 Allgemeine Relativitätstheorie, 326---327 Bellsche Ungleichung und die, 452 Base-Einstein-Kondensat, 496-497 Brownsche Bewegung, 1 78-179 E = mc2 und, 294--295 Eörvös' Gradiorneuie und, 266 EPR-Paradoxon und, 374--375 Kernspaltung und, 382-383 Laser und, 430 Lorenrz-Transformacion und, 290-291 Photoelektrischer Effekt und, 296---297, 336 Sp ezielle Relativitätstheorie, 260, 292-293, 350 über das Universum, 126 über Maxwell, 226 Zeitreisen und, 404-405 Eisglätte, 2 1 2-2 1 3 Elektro-Magnetismus, Amperes Gesetz des, 1 72- 1 7 3 Elektromagnetischer Puls, 43 8-439 Elektromagnetisches Spektrum, 228-229 Elektronen, 278-279 Elektrostatik, Coulornbsches Gesetz

der, 1 36-1 3 7 Elektrostatischer Generator, 98-99 Endgeschwindigkeit, 2 1 6, 432-4 3 3 , 454 Energieerhaltung, 202-203 Entdeckung der Saturnringe, 80-8 1 Entropiegleichung, Boltzmannsche, 244-245 Eötvös' Schweregradient - Gradiometrie, 266-267 EPR-Pparadoxon, 374-375 Eratosthenes, 46-47 Erde, Messen von der, 46-47, 142-143 Erklärung des Regenbogens, 66-67 Fachwerk, 30-3 1 Faradaysches Induktionsgesetz, 1 82-1 8 3 Faseroptik, 1 98-1 99 Fermi-Paradoxon, 408-409 Feynman, Richard, 62-6 3 , 226 398-399, 474-475 Flaschenzug, 48-49 Fluchtgeschwindigkeit, 1 1 8- 1 1 9 Foucaultsches Pendel, 2 14-2 1 5 Fourier-Analysis, 1 50- 1 5 1 Fouriers Gesetz der Wärmeleitung, 1 64- 1 6 5 . Siehe auch Treibhau­ seffekt Franklin, Benjamin, 1 24- 1 2 5 Fraunhoferlinien, 1 5 6-1 5 7 Funkenstrecke, 360-3 6 1 Galilei, Galileo, 76-77, 80-8 1 , 90-9 1 , 2 1 4 Galvanometer, 2 5 6-2 5 7 Gammablitze, 45 8-459, 488 Gasgesetz, 1 00-1 0 1 , 1 3 8-1 39, 1 48-1 49, 1 54-1 5 5 Gasgesetz, Charlessches, 1 3 8-1 39 Geigerzähler, 304-30 5 , 376 Geräusch Compton-Effect, 336-337 Dopplereffekt, 200-20 1 Stethoskop und, 1 62-163 Stimmgabel, 1 1 6-1 1 7 Überschallknall, 394-395 Geschwindigkeit, End-, 43 2-43 3 Geschwindigkeit, Flucht- 1 1 8-1 1 9 Gesetz, Ohmsches, 1 76-1 77 Gesetz von Hagen-Poiseuille, l 92- 1 9 3 Gewölbe, 3 2-3 3 Glühbirne, 246-247 Gluonen, 398, 436, 448 Golfball-Dellen, 298-299 Gradiometrie, 266-267 Grahamsches Effusionsgesetz, 1 80-1 8 1 Graphen, 392, 526 Gravitation, Newtons Gesetze der Bewegung und der, 78, 1 1 2-1 1 3 , 1 42, 208, 266 Grünes Leuchten, 2 5 8-2 59

Gummiball, 454-4 5 5 Gyroskop 2 1 8-2 1 9 , 488 1-IMRP, 504-505 Hall-Effekt, 2 50-2 5 l 1-lawking, Stephen, 1 8 , 1 1 4, 1 34, 4 1 8 , 478, 490-49 1 , 494-49 5 , 5 14-5 1 5 Hebel, 40-41 Heisenberg, Werner, 1 1 , 342, 344-345 Heisenbergsche Unschärferelation, 1 5 8, 322, 344-345 , 3 52 , 496 Heliozentrisches Universum, 70-7 1 Helium, Entdeckung des, 2 3 6-2 37 Henry-Gesetz, 148-1 49 Herons Dampfturbine, 54-5 5 Higgs-Boson, 436, 446-447, 508 Hologramme, 396-397 Hookesches Gesetz, 96-97 Hookesches Gesetz, 96-97 1-!ubble-Gesetz der kosmischen Expansion, 3 54-3 5 5 Hubble-Weltraumteleskop, 1 40, 3 1 8-3 1 9 , 3 5 8-359, 488-489 Hüpfender Kitt, 384-3 8 5 Impuls 94-9 5 , 1 1 2, 2 1 8, 3 1 6, 348, 3 32, 3 38, 464 Impulserhaltung, 94-95 Induktionsgesetze, 1 82-1 8 3 lnAation, Kosmische, 4 1 8, 472-473 Integrierter Schaltkreis, 424-425 Jahresuhr, 1 96-197 Joulesches Gesetz der Stromwärme, 1 94- 1 9 5 Kaleidoskop, 1 60 Kanone, 60-6 1 Karrnansche Wirbelstraße, 3 1 4-3 1 5 Kepler, Johannes, 14, 52, 72-73, 78-79, 82-8 3 , l 1 4 Keplers Gesetze der Planetenbewegung, 52, 78-79 Kernspaltung, 22, 1 80, 362, 382, 388 Kernspinresonanz, 3 80-3 8 1 Kilogramm, Geburt des, 262-263 Kinetische Theorie, 2 24-2 2 5 , 244 Kirchhoffsche Regeln für Stromkreise, 206-207 Klothoide, 284-28 5 Kompass, 34-3 5 , 74, 88, 1 7 2 , 2 1 8 Komplementaritätsprinzip, 346-347 Kopenhagener Deutung, 344, 374, 376 Kopernikus, Nikolaus, 14, 70-7 1 , 1 1 4, 1 8 8 Kosmische InAation, 4 1 8, 472-473 Kosmische Isolation, 5 1 2-5 1 3 Kosmische Strahlung, 308-309 Kosmischer IVlikrowellenhintergruncl, 76, 456-457 Kosmologischer Big Rip, 498, 5 1 0-5 1 1 , 5 1 2 Kriegstuba, 2 54-2 5 5 Kristalle, 82-8 3 , 84-8 5 , 424, 452,

472, 476---477 KristalloberAächen, 3 20-3 2 1 Kryptografie, 374 Laplacescher Dämon, 1 5 8-1 59 Large Hadron Collider, 446, 5 08-509 Laser, 396, 430-43 1 , 496 Lavalampe, 444-44 5 Leben in einer S imulation, 460- 46 1 Leidener Flasche, 1 2 2-1 2 3 Licht. Siehe auch Prismen Aurora Borealis, 88-89 Brennspiegel und, 50-5 1 Elektromagnetisches Spektrum, 228-229 Erklärung des Regenbogens, 66---67 Faseroptik, 1 98-199 Fluoreszenz, 220-221 fotoelektrischer Effekt, 296--297 Glühbirne, 246--247 Grünes Leuchten, 258-259 Lorena-Transformarion, 290-291 Polarisation, 1 60-1 6 1 , 430 Rayleigh-Srreuung, 240-241 Sonolumineszenz, 372-373 Tribolumineszenz, 84-85 Unbeleuchtbare Räume, 468--469 Schwanlicht, 286-287 Wellennatur des, 146--147 Lichtenberg-Figuren, 1 30-1 3 1 Little Boy, Atombombe, 3 88-3 89 Lorentz-Ttransformation, 290-2 9 1 Magnetischer Monopol, 1 86--- 1 87 Magnetismus-Gesetz, Curies, 274-27 5 Manhattan-Projekt, 1 80, 3 8 2 , 3 8 8 Massenspektrometer, 280-2 8 1 Matrizenmechanik, 3 2 2 , 342 Maxwell, James Clerk, 1 72 , 1 82, 224-229, 2 34-2 3 5 , 242 Maxwells D;imon, 234-2 3 5 Maxwells Gleichungen, 226---227 Mechanismus von Antikythera, 5 2-5 3 Meson, 5 1 8, 5 24 Metamaterialen, 466---467 Meter, Geburt des, 264-26 5 Michelson-Morley-Experiment, 260-2 6 1 lvlicrograpliia, 1 02-1 0 3 Millikans Oltröpfchenversuch, 324-3 2 5 Mond, Rückseite des, 426---427 Monsterwellen, 1 74- 1 7 5 lvlysteriwn Cosmographicum, 72-7 3 Nebularhypothese, 140- 1 4 1 Neonreklame, 3 3 4-3 3 5 Neptun, Entdeckung des, 208-209 Neutrinos, 366, 420-42 1 , 436 Neutronen, 22, 1 5 2 , 304, 3 3 2 , 362363, 382, 436, 448 Neutronensterne, 368-369 Newton-Wiege, 464-465 Newton, Isaac, 1 1 4-1 1 5 Bewegungsgesetz, 52, 54, 90, 1 1 2 Gravitation, und der, 78, 1 1 2-1 1 3 , 142, 208, 266

Fluchtgeschwindigkeit, 1 1 8-1 1 9 die Gedanken von Gott und, 140 Lichtwellen und, 146 Prisma von, 1 08-1 09 Robert Hooke und, 96

Nullpunktenergie, 300, 402 OberAächenspannung, 2 3 0-2 3 1 Ohmsches Elektrizitätsgesetz, 1 76--- 1 7 7 Ohmsches Gesetz, 1 76---1 7 7 Olberssches Paradoxon, 166---167 Olmeken-Kompass, 34- 3 5 Paralleluniversen, 4 1 8-4 1 9 Paulisches Ausschluss p rinzi p , 340-34 1 , 3 5 8, 368 Peitschenknall, 348-349 Pendel, 1 1 0, 1 96, 2 1 4-2 1 5 Perpetuum mobile, 62-6 3 , 386 Photoelektrischer Effekt, 296---297, 336 Piezoelektrischer Effekt, 2 5 2-2 5 3 Pionen, 5 24 Planck-Konstante, 282-283 Planeten, Umfang/Abstand, 46---47, 1 06--- 1 07, 1 2 8- 1 29, 1 42-143. Siehe auch Vermessung des Uni­ versums Planetenbewegung, Gesetz der, 5 2 , 78-79 Plasma 58, 248-249, 3 34, 3 5 8 , 372, 422, 448 Poiseuille, Gesetz von, 1 9 2- 1 9 3 Polarisierung von Licht, 1 60- 1 6 1 Positronen, 306, 3 1 6, 3 50, 364, 398, 436 Prähistorischer Kernreaktor, 2 2-2 3 Prismen, 1 08-1 09, 240, 2 5 8 , 466 Pulsare, 76, 368 Ouantenmechanik. Siehe auch, -Atommodell von Bohr, Bellsche Ungleichung, Chromodynamik, Compton-Effekt, De-Broglie-Wel­ lenlänge, Dirac-Gleichung, EPR-Paradoxon, Fotoelektrischer Effekt, 1-leisenbergsche Unschär­ ferelation, Paralleluniversen, Paulisches Ausschlussprinzip, Planck-Konstante, Schrödingers Katze, Schrödingers Wellenglei­ chung, Stern-Gerlach-Versuch, Wellenstruktur des Lichts -auferstehung, 5 1 6-5 1 7 Computer, 474-475 Elektrodynamik, 398-399 -releportation, 492--493 Tunneleffekt, 352-353 -unsterblichkeit, 482-483 -verschränkung, 374, 452, 492 Quarks, 1 5 2, 328, 398, 436, 448449, 470 Quasare, 442-443, 488 Quasikristalle, 476---477 Radar, 1 1 6, 200, 2 54, 388, 502 Radioaktivität, 1 80, 276---277, 294, 304, 376 Radiokarbondatierung, 406---407 Radiometer, 242-243

Raketengrundgleichung, 288-289 Randall-Sundrum-Branen,500-50 1 Rastertunnelmikroskop, 3 5 2 RawnschiffEnterprise, 494-49 5 Rayleigh-Streuung, 240-241 Regenbogens, Erklärung des, 66---67 Reibung 56, 90, 1 04- 1 0 5 , 1 1 0, 2 1 2, 2 1 6, 378 Relativitätstheorie Allgemeine, 1 34,266, 296, 326, 330, 344 Spezielle. 260, 292, 294, 296, 3 30, 344, 3 50, 462 Röntgenstrahlen, 272-273 Sankt-Elms-Feuer, 5 8-59 Saturnringe, 80-8 1 Schaltkreis, Integrierter, 424-42 5 Schiefer Stapel, 4 1 2-4 1 3 SchneeAocken, 82-8 3 Schrödingers Wellengleichung, 342-343 , 3 5 0 Schrödingers Katze, 376---377 Schwarze Diamanten, 20-2 1 Schwarze Löcher, 1 4, 1 34- 1 3 5 , 368, 442-443 , 478, 488, 494, 5 1 4 Schwärzestes Schwarz, 506---507 Schwarzlicht, 286---287 Schweregradient, 266---267 Sechseckige SchneeAocke, 82-83 Selbstorganisierte Kritikalität, 484-48 5 Simulation, Leben in einer, 460-46 1 Snelliussches Brechungsgesetz, 66, 86---87, 466 Solarzellen, 4 1 0-4 1 1 Soliton, 1 84- 1 8 5 Sonnensystems, Vermessung des, 1 06--- 1 0 7 Sonnenuhr, 28-29 Sonnenuntergang, Grünes Leuch­ ten bei, 2 5 8-2 59 Sonolumineszenz, 372-373 Spezielle Relativitätstheorie, 260, 292-293, 3 5 0 Standardmodel, 436---437, 446, 470, 500 Stellare Nukleosyntloese, 390-3 9 1 Stern-Gerlach-Versuch, 3 3 2-3 3 3 Sternparallaxe, 1 88-1 89 Sternparallaxe, 1 88-1 89 Stethokop, 1 62- 1 6 3 Stimmgabel, 1 1 6--- 1 1 7 Stokessche Fluoreszenz, 220-2 2 1 Stokessches Viskositätsgesetz, 2 1 6---2 1 7 Strahlungsgesetz, 282-283 Stringtheorie, 328-329, 470, 478 Stromkreise, Kirchhoffsche Regeln für, 206---207 Strömungslehre, Bernoullis Gesetz zur, 1 20-1 2 1 , 192- 1 9 3 Stromwärme, Joulesches Gesetz der, 1 94- 1 9 5 Stundenglas, 68-69 Supersymmetrie, 470-47 1 , 508

Suprafluidität, 236, 3 78-379 Supraleitung, 3 1 0-3 1 1 Tachyonen, 462-463 Tautochrone, 1 1 0-1 1 1 Teleskop, 76---77 Tensegrity, 400-40 1 Teslaspule, 268-269, 360 Theorie von Allem, 478-479 Thermodynamische Gesetze, 62, 1 70, 1 94, 2 1 0-2 1 1 , 2 34, 244, 300-3 0 1 ThermosAasche, 270-2 7 1 Tokamak, 294, 3 5 2 , 3 7 2 , 388, 422-42 3 Tornadogeschwindigkeit, 5 02-5 0 3 Transistoren, 392-393 Treibhauseffekt, 1 68- 1 69 Tribock-Steinschleuder, 64-65 Tribolumineszenz, 84-8 5 Trinkvogel, 386---387 Tropfeneffekt, 1 26--- 1 2 7 Tscherenkow-Strahlung, 3 70-37 1 , 420 Tunneleffekt, 3 5 2-3 5 3 Überschall-Peitschenknall, 348-349 Überschallknall, 394-395 Uhren, 1 1 0, 1 96---1 97, 292, 396, 4 1 6---4 1 7 Siehe auch Sonnenuhr; Stundenglas; Zeitreisen Unbeleuchtbare Räume, 468-469 Urknall, 1 8-19, 236, 3 54, 390, 434, 448, 450, 456, 462 , 472 Vakuumröhre, 302-303 Van de Graaff, 98-99 Variable Cepheiden zur Vermessung des Universums, 3 1 8-3 1 9 Vermessung des Sonnensystems, 1 06---107 Vermessung des Universums, 3 1 8-3 1 9 Verschränkung, 374, 452 Viscosität, 192, 2 1 6---2 1 7, 378, 384 Wärmeleitung, 1 64- 1 6 5 Weisse Zwerge, 3 5 8-359 Wellen Licht als, 1 46--1 47 Monsterwellen, 1 7� 1 75 Soliton, 1 84-1 8 5 Wilsonsche Nebelkammer 3 1 6---3 1 7 Wurmloch-Zeitmaschine, 486---487 Zahnräder, 56---57 Zeitreisen, 404-40 5 , 486---487 Siehe auch Spezielle Relativitäts­ theorie Ziolkowskis Raketengrundglei­ chung, 288-289 Zweites Gesetz der Thermo­ dynamik, 62, 1 70, 202, 2 1 0, 2 34, 244 Zyklotron, 3 56---3 57

REGISTER

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Abbildungsnachweis

D a eine Reihe historischer und seltener Dokumente i n diesem Buch nur schwer i n einem sauberen und lesbaren Zustand z u bekommen waren, habe ich mir manchmal die Freiheit genommen, mit Bildbearbeitungstechniken Dreck und Kratzer zu entfernen, verblasste Stellen nachzubearbeiten und bisweilen ein Schwarz-Weiß-Dokument leicht zu kolorieren, um bestimmte Details hervorzuheben oder um einfach eine Abbildung attraktiver für den Betrachter zu machen. Ich hoffe, dass Puristen mir diese leichten künstlerischen Eingriffe verzeihen und verstehen werden, dass es mein Ziel war, ein unterhaltsames Buch, reich an Historie und anderen Details, zu schaffen, das sowohl äsfüetischen Ansprüchen genügt als auch Studenten und interessierte Leser anspricht. Meine Liebe zu der Physik und der V ielfalt der Wissenschaften sollte durch die in diesem Buch gezeigten Illustrationen evident werden. Abbildungen © Clifford A. Pickover: Seiten 1 1 1 , 399, 469

NASA-Abbildungen: Seite 19 NASMVMAP Science Team; Seite 21 NASA; Seite 75 NASA; Seite 81 NASt\/ JPL/Space Science Institute und D. VVilson, Seite Dyches und C. Porco; p, 107 NASt\/JPL; Seite 1 1 3 NASA/jPL-Caltechff. Pyle (SSC/Caltech ); Seite 1 1 9 NASA; Seite 1 3 3 NASA und The Hubble Heritage Team (AURNSTScl); Seite 1 4 1 NASA/jPL-Caltechff. Pyle (SSC); Seite 1 8 5 HiRJSE, MRO, LPL (U. Arizona), NASA; Seite 1 89 NASA/jPL-Caltech/R. Hurt (SSC); Seite 1 9 1 NASt\/JPL-Caltech; Seite 223 NASA; Seite 267 NASA/JPUUniversity ofTexas Center for Space Research; Seite 2 8 1 NASt\/JPL; Seite 289 NASA; Seite 3 0 1 NASA, ESA und The Hubble Heritage Team (STScl/AURA); Seite 307 NASA; Seite 3 1 5 Bob Cahalan, NASA GSFC; Seite 3 1 9 NASA, The Hubble Heritage Team und A. Ricss (STScl); Seite 359 R. Sahai und J. Trauger (JPL), WFPC2 Science Team, NASA, ESA; Seite 367 NASt\/Swift Science Team/ Stefan lmmler; Seite 369 NASA; Seite 3 9 1 NASt\/ \•V ikirneclia; Seite 427 Apollo 16 Crew, NASA; Seite 443 NASA/jPL-Caltech; Seite 457 NASA; Seite 459 NASA, Y. Groscliclier (U. Montreal) e.a., WFPC2, HST; Seite 473 NASA, Wlv!AP Science Team; Seite 489 NASA; Seite 5 1 3 NASA, ESA und The Hubble Heritage Team (STScl/AURA)-ESt\/H ubble Collaboration; Seite 5 1 5 NASA, ESA und A. Feild (STScl) Verwendet unter Lizenz von Shutterstock.com: Seite 5 © Eugene lvanov; Seite 17 © Catmando; Seite 18 © Maksim Nikalayenka; Seite 27 © Sean G\adwell; Seite 31 © Roman Sigaev; Seite 3 3 © zebra0209; Seite 42 © Z1ichenko Olga; Seite 43 © Andreas Meyer; Seite 49 © lebanmax; Seite 56 © H intau Aliaksei; Seite 57 © Tischenko frina; Seite 61 © \Villiarn Attard McCarthy; Seite 6 5 © Lagui; Seite 67 © Graham Prentice; Seite 69 © C hepko Danil Vitalevich; Seite 76 © ivlike Norton; Seite 79 © Christas Georghiou; Seite 86 © Roman Shcherbakov; Seite 93 © Tobik; Seite 9 5 © Graham Taylor; Seite 97 © Steve Mann; Seite 1 0 1 © Rich Carey; Seite 1 0 5 © Ha�,er; Seite 1 09 © YAKOBCHUK \/ASYL; Seite 1 1 5 © Awe lnspiring Images; Seite 1 1 7 © Tatiana Popova; Seite 1 29 © Patrick Herrnans; Seite 1 3 5 © Andrea Danti; Seite 145 © STILLFX; Seite 1 49 © Tischenko Irina; Seite 1 5 1 © Ulf Buschmann; Seite 1 5 3 © ynsc; Seite 1 5 5 © jon le-bon; Seite 1 5 8 (unten) © Sebastian Kaulitzki; Seite 1 59 © Solvocl; Seite 1 60 © Bill Kennedy; Seite 1 6 3 © tvlartin KubÄ?Ä j t; Seite 1 64 © Brian VVeed; Seite 1 6 5 © Norrnan Chan; Seite 1 67 © Noel Powell, Schaumburg; Seite 1 69 © Oleg Kozlov; Seite 1 7 1 © Ronald Surnners; Seite 1 7 3 © Kenneth V. Pilon; Seite 1 7 5 © Mana Photo; Seite 1 76 © S I 00 I ; Seite 1 77 © Teodor Ostojic; Seite 1 79 © anotherlook; Seite 1 80 © Kletr; Seite 1 87 © Awe lnspiring Images; Seile 192 © Elena Elisseeva; Seite 193 © Sebastian Kaul itzki; Seite 1 9 5 © coppiright; Seile 197 ©

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