Faszinierende Physik (eBook)

Benjamin Bahr ist promovierter Physiker und forscht im Bereich der Schleifen-Quantengravitation. In seiner Freizeit liebt er es, Physik so zu erklären, dass alle sie verstehen - und tritt damit auch schon mal im Theater auf.Jörg Resag hat in theoretischer Teilchenphysik promoviert und ist als erfolgreicher Sachbuchautor bei Springer Spektrum bekannt für seine leicht verständlichen und anschaulichen Erklärungen physikalischer Sachverhalte in Büchern und im Internet.Kristin Riebe ist promovierte Astrophysikerin und erfolgreiche Grafikerin, die dem Buch seine besondere Struktur verliehen hat und es um klare und faszinierende Bilder und Grafiken ergänzte.

Einleitung 5
Inhalt 8
1 Astronomie und Astrophysik 17
Die Sonne und ihr Magnetfeld 18
Die Entstehung des Sonnensystems 20
Die Entstehung des Mondes 22
Die Kepler’schen Gesetze 24
Satelliten mit geosynchronen Orbits 26
Der Rand des Sonnensystems 28
Extrasolare Planeten 30
Der Sternenhimmel 32
Die Geburt von Sternen 34
Spektralklassen 36
Das Hertzsprung-Russell-Diagramm 38
Cepheiden 40
Planetarische Nebel 42
Weiße Zwerge 44
Thermonukleare Supernovae 46
Kollaps-Supernovae 48
Neutronensterne 50
Monstersterne und Hypernovae 52
Standardkerzen 54
Supermassive schwarze Löcher 56
Aktive Galaxien 58
Galaxientypen 60
Das Schicksal der Milchstraße 62
Verschmelzende Galaxien 64
2 Elektromagnetismus und Licht 67
Vektorfelder und Feldlinien 68
Die elektromagnetische Wechselwirkung 70
Hertz’scher Dipol 72
Gewitter 74
Farben 76
Lichtbrechung 78
Regenbogen 80
Anisotrope Medien 82
Optische Linsen 84
Adaptive Optiken 86
Luftspiegelungen 88
Tarnvorrichtungen 90
3 Mechanik und Thermodynamik 93
Newtons Gesetze der Mechanik 94
Das Foucault’sche Pendel 96
Kräftefreie Kreisel 98
Kreisel mit äußerem Drehmoment 100
Newtons Gravitationsgesetz 102
Kosmische Geschwindigkeiten 104
Die Gezeiten 106
Das archimedische Prinzip 108
Die Physik der Strömungen 110
Warum fliegt ein Flugzeug? 112
Gewöhnliche Wasserwellen 114
Besondere Wasserwellen 116
Der Lotuseffekt 118
Chaotische Bewegungen 120
Schwingende Saiten und Platten 122
Resonanz 124
Scheinkräfte 126
Granulare Materie 128
Brown’sche Bewegungen 130
Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik 132
Negative absolute Temperaturen 134
4 Relativitätstheorie 137
Lichtgeschwindigkeit und Spezielle Relativitätstheorie 138
Terrellrotation 140
E = mc² 142
Gravitation und Allgemeine Relativitätstheorie 144
Die Raumzeit nicht-rotierender schwarzer Löcher 146
Die Raumzeit rotierender schwarzer Löcher 148
Der Warp-Antrieb 150
Wurmlöcher 152
GPS 154
5 Kosmologie 157
Ein tiefer Blick ins Universum 158
Das expandierende Universum 160
Die kosmische Hintergrundstrahlung 162
Dunkle Materie 164
Beschleunigte Expansion und dunkle Energie 166
Urknall und inflationäre Expansion 168
Die Entstehung der Materie 170
Kosmische Horizonte 172
Strukturen im Kosmos 174
Entstehung kosmischer Strukturen 176
Gravitationslinsen 178
Gravitationswellen 180
Gravitationswellendetektoren 182
6 Atome und Quantenmechanik 185
Das Bohr’sche Atommodell 186
Atomkerne 188
Radioaktiver Zerfall 190
Welle-Teilchen-Dualismus 192
Wellenfunktion 194
Der Tunneleffekt 196
Der Franck-Hertz-Versuch 198
Der Spin eines Teilchens 200
Das Pauli-Prinzip 202
EPR-Experiment und Bell’sche Ungleichung 204
Die Interpretation der Quantenmechanik 206
Plasma 208
Fusionsreaktoren 210
Bose-Einstein-Kondensate 212
Laserkühlung 214
Supraleitung 216
Supraflüssigkeiten 218
Quantenvakuum 220
Elektronenmikroskopie 222
Rastertunnelmikroskopie 224
Nanowelten 226
Laser 228
Quantencomputer 230
7 Welt der Elementarteilchen 233
Das Standardmodell der Teilchenphysik 234
Feynman-Diagramme 236
Die starke Wechselwirkung 238
Die schwache Wechselwirkung 240
Neutrinos 242
Antimaterie 244
Quark-Gluon-Plasma 246
Die kosmische Höhenstrahlung 248
Der Large Hadron Collider (LHC) 250
Die Entdeckung des Higgs-Teilchens 252
8 Kristalle und andere feste Stoffe 255
Plasmonen 256
Ferromagnetismus 258
Kristallgitter 260
Kristallisation 262
Quasikristalle 264
Flüssigkristalle 266
Elektronen in Halbleiterkristallen 268
Halbleiterdioden 270
Leuchtdioden 272
9 Geophysik 275
Der innere Aufbau der Erde 276
Die Drift der Kontinente 278
Erdbeben und seismische Wellen 280
Der Erdkern als Quelle des Erdmagnetfeldes 282
Erdmagnetfeld und Polarlichter 284
Eiszeiten und Milankovitch-Zyklen 286
10 Grenzen des Wissens 289
Supersymmetrie 290
Stringtheorie und M-Theorie 292
Verborgene Dimensionen 294
Multiversum und anthropisches Prinzip 296
Branenwelten 298
Entropie und Temperatur schwarzer Löcher 300
Das holografische Prinzip 302
Loop-Quantengravitation 304
Bildnachweis 306
Index 313