Quantenphysik
Bild: Fabrizio Carbone/EPFL
Kosmologie und Urknall
Zwei Dinge erfüllen das Gemüt mit immer neuer und zunehmenden Bewunderung und Ehrfurcht, je öfter und anhaltender sich das Nachdenken damit beschäftigt: Der bestirnte Himmel über mir und das moralische Gesetz in mir. Immanuel Kant: KpV A288
Der Nachthimmel mit den Sternen über uns galt jahrhundertelang als Zeichen der Ewigkeit und Unvergänglichkeit. Seit etwa hundert Jahren wissen wir jedoch, dass unser Kosmos nicht statisch ist.
Wie begeben uns auf eine bilderreiche Reise zum Anfang von Raum, Zeit und Materie und begegnen dabei den ersten Sternen, Galaxien, Roten Riesen, Weissen Zwergen, schwarzen Löchern, Supernovae, gekrümmten Räumen, der Relativitätstheorie von Einstein, dunkler Materie, kosmischer Hintergrundstrahlung….. Mit anderen Worten: Wir tauchen ein in die Entwicklung des Kosmos der letzten 13.8 Milliarden Jahre, die uns auf anschauliche und für ein Laienpublikum verständliche Weise näher gebracht wird.
Was ist Licht?
Die Frage nach der Natur des Lichtes und die Geschichte seiner Erforschung widerspiegelt zu einem grossen Teil die Geschichte der modernen Physik, im Besonderen der Quantenphysik und der Speziellen Relativitätstheorie. Die physikalische Beschäftigung mit dem Phänomen Licht führt in eine Welt, die nicht derjenigen unserer Alltagserfahrung entspricht. Es gibt dort keine absolute Zeit, es sind Zeitreisen möglich, Teilchen tauchen aus dem Nichts auf und verschwinden wieder, Materie entsteht aus Energie und umgekehrt, Teilchen verhalten sich wie Wellen und umgekehrt, Teilchen können sich gleichzeitig an zwei Orten befinden.
Entstehung, Entwicklung und Endstadien von Sternen
Wie entstehen aus interstellaren Gas- und Staubwolken hell leuchtende Sterne? Was genau geschieht im Innern von Sternen, wo all jene Elemente wie Sauerstoff, Kohlenstoff etc. bis zum Eisen entstehen. Nachdem sich die Sterne zu einem roten Riesen aufgebläht haben, enden sie je nach Masse unterschiedlich. Als weisser Zwerg oder viel spektakulärer mit einer Supernova als Neutronenstern oder als schwarzes Loch.
Bild: NASA, ESA, Hubble Heritage Team
Raumzeit, Gravitation und Urknall
Der Abschied von der Gravitationskraft und einer absoluten Zeit.
Nach Albert Einstein sind unsere Alltagsvorstellungen von Raum, Zeit und Gravitationskraft falsch. Der Kurs führt allgemeinverständlich und anschaulich in die Thematik der Speziellen und der Allgemeinen Relativitätstheorie ein.
Einsteins Erkenntnis: Die Zeit verläuft nicht überall gleich schnell. Zeitreisen in die Vergangenheit sind möglich; die genauere Betrachtung der Zeitreise von Astronaut Scott Kelly verdeutlicht es.
Weitere Themen des Kurses: Die Geschwindigkeit des Lichts, die absolut ist und eine obere Grenze darstellt; die Energie der Sonne: woher sie kommt sie und warum im CERN Energie in Materie umgewandelt werden kann; ferner Urknalltheorie, Vorhersage von schwarzen Löchern, Gravitationslinsen und Gravitationswellen, alle basierend auf Einsteins Forschungen.
Sind wir allein im Universum?
Ist unser Sonnensystem ein Ausnahmefall oder kreisen auch um andere Sterne Planeten? Bis 1995 wusste man noch nicht, ob solche Exoplaneten existieren. Doch in den letzten Jahren wurden ausserhalb von unserem Sonnensystem über 3’700 Exoplaneten entdeckt. Hochrechnungen auf Basis von Messdaten zeigen, dass um jeden zweiten Stern mindestens ein Planet kreist. Wie lassen sich diese äusserst lichtschwachen Himmelskörper aufspüren? Gibt es darunter erdähnliche Felsplaneten in der für uns Menschen bewohnbaren Zone? Wie kann man im All nach Spuren von Leben suchen?
Das Green Bank Telescope (GBT), das weltweit grösste lenkbare Radioteleskop. Durchmesser des GBTs: 100 Meter;
Reflektorfläche: 7854 m2. Bild: NRAO/AUI
