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Was ist Zeit? Wie entdeckt man Gravitationswellen? Welche physikalischen Gesetze steuern die globale Erwärmung? Was macht die Quantenphysik so besonders? Dieses Buch bietet einen packenden Streifzug durch die spannendsten und aktuellsten Themen der modernen Physik! Auf jeweils einer Doppelseite findet der Leser einen kompakten und klaren Einstieg in ein Thema - von Grundlagen wie Newtons Gesetzen zur aktuellen Forschung, wie Teilchenphysik, Kosmologie aber auch technischen Anwendungen.

Die Autoren erklären in klarer Sprache und fast ganz ohne Formeln über 150 Themen aus der Physik. Eindrucksvolle Bilder helfen dabei, physikalische Zusammenhänge zu verstehen, verborgene Dimensionen zu entdecken und Quanten leuchten zu sehen.

 

 

Aus dem Inhalt:

1 Astronomie und Astrophysik 1 / Die Sonne und ihr Magnetfeld - Sonnenflecken und Flares 2 / Die Entstehung des Sonnensystems - Akkretionsscheiben und Protoplaneten 4 / Die Entstehung des Mondes - Wie der Einschlag des Planeten Theias den Mond erschuf 6 / Vulkane im Sonnensystem - Gezeitenkräfte, Pizza-Mond und Kryovulkane 8 / Die Kepler`schen Gesetze - Wie sich die Planeten bewegen 10 / Satelliten mit geosynchronen Orbits - Kunstvolle Schleifen am Himmel 12 / Raketenmanöver - Der Tanz durch das Sonnensystem 14 / Der Rand des Sonnensystems - Wo genau zieht man die Grenze? 16 / Extrasolare Planeten - Die Suche nach Planeten jenseits des Sonnensystems 18 / Der Sternenhimmel - Sterne, Planeten und die Milchstraße 20 / Die Geburt von Sternen - Wie kontrahierende Gaswolken zu Sternen werden 22 / Spektralklassen - Welche Farbe haben Sterne? 24 / Das Hertzsprung-Russell-Diagramm - Temperatur, Leuchtkraft und Lebensweg der Sterne 26 / Cepheiden - Sterne mit Herzschlag 28 / Planetarische Nebel - Das Ende gewöhnlicher Sterne 30 / Weiße Zwerge - Ausgebrannte gewöhnliche Sterne 32 / Thermonukleare Supernovae - Wenn weiße Zwerge zu nuklearen Bomben werden 34 / Kollaps-Supernovae - Das Ende massereicher Sterne 36 / Neutronensterne - Ausgebrannte massereiche Sterne 38 / Monstersterne und Hypernovae - Das kurze Leben und explosive Ende sehr massereicher Sterne 40 / Standardkerzen - Leuchttürme im All 42 / Supermassive schwarze Löcher - Schwerkraftmonster in den Zentren der Galaxien 44 / Aktive Galaxien - Intergalaktische magnetische Energieschleudern 46 / Galaxientypen - Die Vielfalt der Galaxien 48 / Das Schicksal der Milchstraße - Wenn Milchstraße und Andromedagalaxie sich treffen 50 / Verschmelzende Galaxien - Kollision der Giganten 52 // 2 Elektromagnetismus und Licht 55 / Vektorfelder und Feldlinien - Richtungsweisende Hilfszeichnungen 56 / Die elektromagnetische Wechselwirkung - Maxwells Gleichungen der elektromagnetischen Felder 58 / Hertz'scher Dipol - Schwingen und streuen 60 / Gewitter - Blitze, Elmsfeuer und Rote Kobolde 62 / Farben - Wie bunt ist die Welt? 64 / Lichtbrechung - Licht auf krummen Touren 66 / Regenbogen - Ästhetische Lichtbrechung an Wassertropfen 68 / Anisotrope Medien - Doppelt sehen ohne Alkohol 70 / Optische Linsen - Abbildungen und Abbildungsfehler 72 / Adaptive Optiken - Intelligente Spiegel 74 / Luftspiegelungen - Fliegende Holländer, Fata Morganas und Phantominseln 76 / Tarnvorrichtungen - Metamaterialien und der Traum von der Unsichtbarkeit 78 // 3 Mechanik und Thermodynamik 81 / Newtons Gesetze der Mechanik - Warum bewegt sich ein Körper? 82 / Das Prinzip der kleinsten Wirkung - und das Noether-Theorem 84 / Das Foucault'sche Pendel - Der Nachweis der Erdrotation 86 / Kräftefreie Kreisel - Frei rotierende Körper in der Schwerelosigkeit 88 / Kreisel mit äußerem Drehmoment - Präzession und Nutation 90 / Newtons Gravitationsgesetz - Von fallenden Äpfeln und kreisenden Planeten 92 / Kosmische Geschwindigkeiten - Aufstieg und Absturz im Schwerefeld der Himmelskörper 94 / Die Gezeiten - Wie der Mond Ebbe und Flut hervorbringt 96 / Das archimedische Prinzip - Oder warum Schiffe im Bermuda-Dreieck untergehen können 98 / Die Physik der Strömungen - Wirbel und Turbulenzen 100 / Warum fliegt ein Flugzeug? - Bernoulli oder Newton? 102 / Gewöhnliche Wasserwellen - und ihre besonderen physikalischen Eigenschaften 104 / Besondere Wasserwellen - Tsunamis, Solitonen, Monsterwellen 106 / Der Lotuseffekt - Tauziehen zwischen Kohäsion und Adhäsion 108 / Chaotische Bewegungen - Deterministisch, aber unvorhersehbar 110 / Schwingende Saiten und Platten - Kann man Töne sehen? 112 / Resonanz - Wenn man beim Schwingen die richtige Note trifft 114 / Scheinkräfte - Wenn wir Kräfte spüren, ohne eine Ursache zu finden 116 / Granulare Materie - Flüssig und fest zugleich 118 / Brown`sche Bewegungen - Das unvorhersagbare Verhalten von Staubkörnern, Pollen und Börsenkursen 120 / Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik - Was der Zeit eine Richtung gibt 122 / Dampfmaschine & Co - Wie gut kann eine Wärmekraftmaschine sein? 124 / Negative absolute Temperaturen - Heißer als heiß 126 // 4 Relativitätstheorie 129 / Was ist Zeit? - Eine hartnäckige Illusion 130 / Lichtgeschwindigkeit und Spezielle Relativitätstheorie - Licht kann man nicht überholen 132 / Terrellrotation - Von hinten durch die Brust ins Auge 134 / E = mc2 - Masse ist eingesperrte Energie 136 / Gravitation und Allgemeine Relativitätstheorie - Einsteins Theorie der Gravitation 138 / Die Raumzeit nicht-rotierender schwarzer Löcher - Im Sog von Raum und Zeit 140 / Die Raumzeit rotierender schwarzer Löcher - Im Strudel von Raum und Zeit 142 / Der Warp-Antrieb - Wie man schneller als das Licht sein könnte 144 / Wurmlöcher - Abkürzungen durch Raum und Zeit 146 / GPS - Ortsbestimmung durch Satellitensignale 148 // 5 Kosmologie 151 / Ein tiefer Blick ins Universum - Wenn das Hubble-Teleskop in die Vergangenheit schaut 152 / Das expandierende Universum - Warum ist der Nachthimmel dunkel? 154 / Die kosmische Hintergrundstrahlung - Mikrowellen aus der Frühzeit des Universums 156 / Dunkle Materie - Das Universum ist schwerer als es aussieht 158 / Beschleunigte Expansion und dunkle Energie - Die fehlende Materieform im Universum 160 / Urknall und inflationäre Expansion - Warum der Raum flach und der Hintergrund überall gleich kalt ist 162 / Die Entstehung der Materie - Was ab 10¿10 Sekunden nach dem Urknall geschah 164 / Kosmische Horizonte - Oder wie weit wir durch Raum und Zeit sehen können 166 / Strukturen im Kosmos - Ein Netzwerk aus Materie 168 / Entstehung kosmischer Strukturen - Die Macht der Gravitation 170 / Gravitationslinsen - Wie man mit scheinbar verzerrten Galaxien das Universum wiegt 172 / Gravitationswellen - Rhythmische Verzerrungen von Raum und Zeit 174 / Indirekter Nachweis von Gravitationswellen - Kosmische Signale zur Messung der Raumzeit 176 / Direkter Nachweis von Gravitationswellen - Wie man winzigste Verzerrungen misst 178 // 6 Atome und Quantenmechanik 181 / Das Bohr'sche Atommodell - Wie kann man sich ein Atom vorstellen? 182 / Atomkerne - Seit hundert Jahren bekannt und doch nicht im Ganzen verstanden 184 / Radioaktiver Zerfall - Atomkerne aus dem Gleichgewicht 186 / Welle-Teilchen-Dualismus - Teilchen bewegen sich in Wellen 188 / Wellenfunktion - Verschmierte Teilchen 190 / Der Tunneleffekt - Teilchen ohne Aufenthaltserlaubnis 192 / Der Franck-Hertz-Versuch - Energiesprünge in Atomen 194 / Der Spin eines Teilchens - Quantisiertes Kreiseln 196 / Das Pauli-Prinzip - Warum Elektronen sich gegenseitig meiden 198 / EPR-Experiment und Bell'sche Ungleichung - Ist die Quantenmechanik unvollständig? 200 / Quantenteleportation - Beam me up, Scotty! 202 / Die Interpretation der Quantenmechanik - Schrödingers Katze und Everetts viele Welten 204 / Plasma - Der vierte Aggregatzustand 206 / Fusionsreaktoren - Hightech-Energie aus dem Sonnenfeuer 208 / Phasenübergänge - Fest, flüssig, gasförmig - und darüber hinaus! 210 / Bose-Einstein-Kondensate - Atome im quantenmechanischen Gleichschritt 212 / Topologische Zustände der Materie - Windungen und Wirbel 214 / Laserkühlung - Warum Gase kälter werden können, wenn man sie mit Licht bestrahlt 216 / Supraleitung - Widerstand ist zwecklos 218 / Supraflüssigkeiten - Nasser als nass 220 / Quantenvakuum - Wie stark drückt das Nichts? 222 / Elektronenmikroskopie - Mikroskope für den Nanometerbereich 224 / Rastertunnelmikroskopie - Wie man einzelne Atome sichtbar macht 226 / Nanowelten - Ganz unten ist eine Menge Platz 228 / Laser - Lichtteilchen im Gleichschritt 230 / Quantencomputer - Quantenbits: Ja, Nein und Vielleicht 232 / SI-Einheiten - Maßstäbe für die Welt 234 // 7 Welt der Elementarteilchen 237 / Das Standardmodell der Teilchenphysik - Quarks, Leptonen und drei Wechselwirkungen 238 / Feynman-Diagramme - Die Sprache der relativistischen Quantenfeldtheorie 240 / Die starke Wechselwirkung - Die Kraft, die Quarks verbindet 242 / Die schwache Wechselwirkung - Teilchenzerfälle, W-, Z- und Higgs-Bosonen 244 / Neutrinos - Flüchtige Geisterteilchen 246 / Antimaterie - Spiegelbild und Vernichter der Materie 248 / Verletzung der Spiegelsymmetrie - Die gespiegelte Welt ist anders 250 / Quark-Gluon-Plasma - Wenn Protonen und Neutronen schmelzen 252 / Die kosmische Höhenstrahlung - Energiereicher als im weltgrößten Beschleuniger 254 / Der Large Hadron Collider (LHC) - Der mächtigste Teilchenbeschleuniger, der je gebaut wurde 256 / Die Entdeckung des Higgs-Teilchens - Ein Meilenstein der Teilchenphysik 258 // 8 Kristalle und andere feste Stoffe 261 / Plasmonen - Brilliantes Quantenleuchten 262 / Ferromagnetismus - Elementarmagnete: gemeinsam sind sie stark 264 / Kristallgitter - Die vierzehn verschiedene Arten, den Raum periodisch zu füllen 266 / Kristallisation - Vom Keim zum ausgewachsenen Kristall 268 / Quasikristalle - Nicht periodisch und doch symmetrisch 270 / Flüssigkristalle - Ordentlich nass 272 / Elektronen in Halbleiterkristallen - Vom Isolator zum Leiter mit einer Prise Arsen 274 / Halbleiterdioden - Wie man elektrische Einbahnstraßen baut 276 / Leuchtdioden - Leuchtende Kristalle und biegsame Bildschirme 278 // 9 Geophysik 281 / Der innere Aufbau der Erde - Eine Reise in die Unterwelt 282 / Die Drift der Kontinente - Konvektionsströme und Plattentektonik 284 / Isostasie - Was Kontinente und Eisberge gemeinsam haben 286 / Erdbeben und seismische Wellen - Wenn Kontinentalplatten sich verhaken 288 / Der Erdkern als Quelle des Erdmagnetfelds - Der innere Geodynamo unserer Erde 290 / Erdmagnetfeld und Polarlichter - Wenn der Sonnenwind den Himmel zum Leuchten bringt 292 / Eiszeiten und Milankovitch-Zyklen - Warum gibt es Eiszeiten? 294 / Gletscherbewegungen - Wandernde Riesen 296 / Globale Erwärmung - Wie Treibhausgase unsere Erde aufheizen 298 // 10 Grenzen des Wissens 301 / Supersymmetrie - Auf der Jagd nach den Superpartnern 302 / Stringtheorie und M-Theorie - Auf der Suche nach der Weltformel 304 / Verborgene Dimensionen - Wie viele Dimensionen hat der Raum? 306 / Multiversum und anthropisches Prinzip - Hinter dem Horizont geht's weiter 308 / Branenwelten - Die Stringtheorie enthält mehr als Strings 310 / Entropie und Temperatur schwarzer Löcher - Schwarze Löcher sind nicht vollkommen schwarz 312 / Das holografische Prinzip - Ist unsere Welt ein Hologramm? 314 / Loop-Quantengravitation - Quanten der Raumzeit 316 // Bildnachweis 318 / Index 325