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Eine Expedition in die Geschichte der Physik: Die Entwicklung der Physik vom 16. Jahrhundert bis zur Gegenwart – Schlüsselerkenntnisse und faszinierende Forscherportraits, eingebettet in die Schilderung der wissenschaftlichen und gesellschaftlichen Entwicklung.
Man stelle sich vor, die Physik sei ein Gebäude, in dem man umhergehen und dabei in den verschiedenen Stockwerken die großen Momente der Wissenschaftsgeschichte miterleben kann. Genau diesen Traum, das »Haus der Physik« zu errichten, haben Jörg Hüfner und Rudolf Löhken verwirklicht. Sie laden den Leser ein, sich einer geführten Tour durch dieses Haus anzuschließen oder es auf eigene Faust zu entdecken.
Vom 16. ins 21. Jahrhundert: Im Erdgeschoss begegnen wir den Forschern Nikolaus Kopernikus und Isaac Newton, die das Weltbild revolutioniert und die Physik als exakte Wissenschaft etabliert haben. Im ersten Stock sind es Pioniere wie Michael Faraday oder Ludwig Boltzmann mit ihren Entdeckungen in der Elektrizitäts- und Wärmelehre. Und schließlich, im obersten Geschoss, finden sich die bahnbrechenden Fortschritte des 20. Jahrhunderts, für die Namen wie z.B. Marie Curie, Albert Einstein, Richard Feynman und Stephen Hawking stehen. Am Ende steht die Frage: Was wird das 21. Jahrhunder bringen?
Der Streifzug und sein Ziel: Dieser Rundgang durch die Physik führt zu den Fundamenten einer Grundlagendisziplin und zu denen, die sie errichtet haben – zu Männern und Frauen, die getrieben waren von einer unbändigen Neugier und der Lust am Erforschen und Verstehen der Natur. Und so verspürt auch der Besucher am Ende des Streifzugs: Physik ist weder trocken noch abschreckend, sondern spannend und lebendig.
Es gibt noch viel zu entdecken!
(Wiley-VCH Verlag)
Aus dem Inhalt
TEIL I: Die Physik im 20. Jahrhundert
RÖNTGENSTRAHLUNG UND RADIOAKTIVITÄT: Die Entdeckung der Röntgenstrahlung, Die Natur der Röntgenstrahlen, Röntgenstrahlen heute, Wilhelm Conrad Röntgen, Der Nobelpreis, Die Entdeckung der Radioaktivität, Radium und Polonium, Die verschiedenen Arten radioaktiver Strahlen, Marie Curie.
QUANTEN IM MIKROKOSMOS: Schwarze Strahler, Lichtquanten, Max Planck, Das Atom als kleines Planetensystem, Das Bohrsche Atommodell, Der Spin und das Pauli-Prinzip, Niels Bohr, Materiewellen
Die Schrödinger-Gleichung, Wellenfunktionen, Messungen im Mikrokosmos und die Heisenbergsche Unschärferelation, Erwin Schrödinger, Verschränkung oder spukhafte Fernwirkung.
ALBERT EINSTEIN UND DIE RELATIVITÄT: Was ist Zeit?, Die Synchronisation von Uhren, Die besondere Rolle des Lichts, Die Relativität der Zeit, Das Zwillingsparadoxon, Masse wird Energie, Albert Einstein (1879-1955)
Materie krümmt Raum und Zeit, Masse krümmt Lichtbahnen, Gravitationslinsen, Gravitationswellen.
ATOMKERNE UND ATOMBOMBEN: Atomkerne als Stecknadelköpfe, Tröpfchen oder Zwiebeln?, Ernest Rutherford, Kernspaltung, Darmstadtium, Otto Hahn und Lise Meitner, Wie es zur Atombombe kam, Das Manhattan Projekt der USA
ELEMENTARE BAUSTEINE UND FUNDAMENTALE KRÄFTE: Das Elektron, Das Positron, Antimaterie, Die »Verwandten« des Elektrons, Winziger Effekt mit großer Wirkung, Kräfte und Austauschteilchen, Richard Feynman, Ist das Proton elementar?, Die »unfreien« Quarks, Der lange Weg zum Nachweis des Neutrinos, Austauschteilchen der schwachen Wechselwirkung, Enrico Fermi, Das Standardmodell, Das Geheimnis der Teilchenmassen, Die Weltmaschine.
SONNEN UND SCHWARZE LÖCHER: Der »Ofen« unseres Planetensystems, Neutrinos von der Sonne, Der Lebenszyklus der Sonne, Hans Albrecht Bethe, Schwarze Löcher, »Schwarze Löcher haben keine Haare«, Stephen Hawking.
DER URKNALL UND DAS UNIVERSUM: Die Vermessung des Universums, Die »große Debatte«, Die Expansion des Universums, Edwin Hubble, Der Urknall wurde am Schreibtisch entdeckt, George Lamaître, Am Anfang war es heiß, Ein »Foto« des frühen Universums, Dunkle Materie und Dunkle Energie, Vom Urknall bis heute, Die Zukunft unseres Universums.
TEIL II: Die Physik im 16. und 17. Jahrhundert
PLANETENSYSTEME: Die Vorstellung in der Antike, Nikolaus Kopernikus, Das Observatorium des Tycho Brahe, Johannes Kepler, Ellipsen als Planetenbahnen, Exoplaneten – Planeten um andere Sonnen, Die Entstehung von Planetensystemen.
FALLENDE KÖRPER, JUPITERMONDE UND EIN PROZESS: Fallende Körper, Experimente an der schiefen Ebene
Galileo Galilei, Der Blick durch das Fernrohr, Die Mondoberfläche, Die Jupitermonde, Das fliegende Fernrohr, Der Prozess vor dem Inquisitionsgericht
LICHT UND ZEIT: Spiegelung und Brechung, Die Entdeckung des Brechungsgesetzes, René Descartes, Die Farben des Sonnenlichts, Farben in der Natur, Lichtgeschwindigkeit, Die Pendeluhr, Die Atomuhr, Christiaan Huygens, Licht – Welle oder Teilchen?
ISAAC NEWTON UND DIE GESETZE DER BEWEGUNG: Eine Einheit für die Kraft, Die universelle Schwerkraft, Isaac Newton, Kindheit und Jugend, Studium und wissenschaftliche Arbeit, Öffentliches Wirken, Das allgemeine Gesetz der Bewegung, Determinismus und Chaos, Ein Schlusswort von Albert Einstein.
TEIL III: Die klassische Physik des 18. und 19. Jahrhunderts
WÄRME, ENERGIE UND DIE INDUSTRIElle REVOLUTION: James Watt und die Dampfmaschine, Die verschiedenen Aspekte der Wärme, Temperatur und ihre Messung, Wärme: Substanz oder Bewegungsenergie?, Graf Rumford alias Benjamin Thompson, Wärme und Arbeit, Der Weg zum Erhaltungssatz der Energie, Hermann von Helmholtz, Umwandlung von Wärme in Arbeit, Die »Dampfmaschine des Lebens»
MATERIE BESTEHT AUS ATOMEN: Der Ursprung des Atombegriffs, Das Atom der Chemiker, Größe und Zahl der Atome, Joseph Loschmidt, Moleküle machen Druck, Statistische Methoden, Geordnete und ungeordnete mikroskopische Verteilungen, Der zweite Hauptsatz der Wärmelehre, Ludwig Boltzmann, Kristalle.
ELEKTRIZITÄT, MAGNETISMUS UND LICHT: Elektrizität durch Reibung Die Kraft zwischen elektrischen Ladungen, Die Erfindung der Batterie, Elektrische Ströme und ihre magnetischen Wirkungen, Michael Faraday, Magnetismus in Elektrizität umwandeln, Feldlinien erklären Fernkräfte, Die wunderbare Theorie des Elektromagnetismus, James Clerk Maxwell, Elektromagnetische Wellen und die Natur des Lichts
Heinrich Hertz, Die Physik wächst zusammen.
TEIL IV: Die Zukunft der Physik
Auf dem Weg zu einer einheitlichen Beschreibung der Natur.
(Wiley-VCH Verlag)
Jörg Hüfner, Jahrgang 1937, studierte Physik in München, Berlin und Heidelberg. Nach längeren Forschungsaufenthalten in Israel, den USA und Frankreich wurde er 1974 Professor für theoretische Physik an der Universität Heidelberg. Er untersuchte und berechnete das Verhalten von Atomkernen in Stoßprozessen und unterrichtete gerne.
Rudolf Löhken, Jahrgang 1940, arbeitete nach dem Physikstudium zunächst als wissenschaftlicher Assistent an der Universität Heidelberg und im Kernforschungszentrum Karlsruhe. Später wechselte er in den Lehrerberuf und unterrichtete Physik und Mathematik an einem Gymnasium. Daneben hatte er einen Lehrauftrag an der Universität Heidelberg und war über viele Jahre an der Ausbildung von Lehramtsstudenten und Referendaren beteiligt.
Beide Autoren lernten sich bei Staatsexamensprüfungen für Physiklehrer kennen und halten jetzt in ihrem Ruhestand gemeinsam Physik-Vorlesungen für Nichtphysiker. Aus einer dieser Vorlesungen ist das vorliegende Buch entstanden.
(Wiley-VCH Verlag)
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