Von den Rätseln der Quantenwelt bis zum Polarlicht - von Schwarzen Löchern bis zum GPS-System -von Teilchenbeschleunigern, dem Higgs und der Supersymmetrie bis zum Foucaultschen Pendel – dieses Buch bietet einen packenden Streifzug durch die spannendsten und aktuellsten Themen der modernen Physik! Auf jeweils einer Doppelseite wird dem Leser dabei mit vielen Bildern ein kompakter und klar verständlicher Einstieg in jeweils ein Thema und den Stand der Forschung geboten – und so insgesamt etwa 140 verschiedene Themen beleuchtet und jedes treffend erläutert. Dabei liegt die besondere Stärke des Buches in der klaren Sprache und den Erklärungen, die nahezu ganz ohne Formeln auskommen – begleitet von atemberaubenden und weltweit eingeholten Bildern renommierter Forscher und Institute, die uns die Schönheit unserer Welt vor Augen führen.
'Zu erkennen, was die Welt im Innersten zusammenhält' – das hat auch Benjamin Bahr, Jörg Resag und Kristin Riebe angetrieben, Physik zu studieren – und so entstand dieses moderne Lesebuch zum Blättern und Entdecken, zum Lesen und Träumen – als gemütliches, aber auch kluges Sachbuch, fürs Bett, für den Couchtisch, zum Genießen, Verlieben und Verschenken.
/ AUS DEM INHALT: / / /
Einleitung V
Inhaltsverzeichnis VIII
1 Astronomie und Astrophysik 3
Die Sonne und ihr Magnetfeld - Sonnenflecken und Flares 4
Die Entstehung des Sonnensystems - Akkretionsscheiben und Protoplaneten 6
Die Entstehung des Mondes - Wie der Einschlag des Planeten Theias den Mond erschuf. 8
Die Kepler'schen Gesetze - Wie sich die Planeten bewegen 10
Satelliten mit geosynchronen Orbits - Kunstvolle Schleifen am Himmel 12
Der Rand des Sonnensystems - Wo genau zieht man die Grenze? 14
Extrasolare Planeten - Die Suche nach Planeten jenseits des Sonnensystems 16
Der Sternenhimmel - Sterne, Planeten und die Milchstraße 18
Die Geburt von Sternen - Wie kontrahierende Gaswolken zu Sternen werden 20
Spektralklassen - Welche Farbe haben Sterne? 22
Das Hertzsprung-Russell-Diagramm Temperatur, Leuchtkraft und Lebensweg der Sterne 24
Cepheiden - Sterne mit Herzschlag 26
Planetarische Nebel - Das Ende gewöhnlicher Sterne 28
Weiße Zwerge - Ausgebrannte gewöhnliche Sterne 30
Thermonukleare Supernovae - Wenn weiße Zwerge zu nuklearen Bomben werden 32
Kollaps-Supernovae - Das Ende massereicher Sterne 34
Neutronensterne - Ausgebrannte massereiche Sterne 36
Monstersteme und Hypernovae - Das kurze Leben und explosive Ende sehr massereicher Sterne 38
Standardkerzen - Leuchttürme im All 40
Supermassive schwarze Löcher - Schwerkraftmonster in den Zentren der Galaxien 42
Aktive Galaxien - Intergalaktische magnetische Energieschleudern 44
Galaxientypen - Die Vielfalt der Galaxien 46
Das Schicksal der Milchstraße - Wenn Milchstraße und Andromedagalaxie sich treffen 48
Verschmelzende Galaxien - Kollision der Giganten SO
2 Elektromagnetismus und Licht 53
Vektorfelder und Feldlinien - Richtungsweisende Hilfszeichnungen 54
Die elektromagnetische Wechselwirkung - Maxwells Gleichungen der elektromagnetischen Felder 56
Hertz'scher Dipol - Schwingen und streuen 58
Gewitter - Blitze, Elmsfeuer und Rote Kobolde 60
Farben - Wie bunt ist die Welt? 62
Lichtbrechung - Licht auf krummen Touren 64
Regenbogen - Ästhetische Lichtbrechung an Wassertropfen 66
Anisotrope Medien - Doppelt sehen ohne Alkohol 68
Optische Linsen - Abbildungen und Abbildungsfehler 70
Adaptive Optiken - Intelligente Spiegel 72
Luftspiegelungen - Fliegende Holländer, Fata Morganas und Phantominseln 74
Tarnvorrichtungen - Metamaterialien und der Traum von der Unsichtbarkeit 76
3 Mechanik und Thermodynamik 79
Newtons Gesetze der Mechanik - Warum bewegt sich ein Körper? 80
Das Foucault'sche Pendel - Der Nachweis der Erdrotation 82
Kräftefreie Kreisel - Frei rotierende Körper in der Schwerelosigkeit 84
Kreisel mit äußerem Drehmoment - Präzession und Nutation 86
Newtons Gravitationsgesetz - Von fallenden Äpfeln und kreisenden Planeten 88
Kosmische Geschwindigkeiten - Aufstieg und Absturz im Schwerefeld der Himmelskörper 90
Die Gezeiten - Wie der Mond Ebbe und Flut hervorbringt 92
Das archimedische Prinzip - Oder warum Schiffe im Bermuda-Dreieck untergehen können 94
Die Physik der Strömungen - Wirbel und Turbulenzen 96
Warum fliegt ein Flugzeug? - Bernoulli oder Newton? 98
Gewöhnliche Wasserwellen - ... und ihre besonderen physikalischen Eigenschaften 100
Besondere Wasserwellen - Tsunamis, Solitonen, Monsterwellen 102
Der Lotuseffekt - Tauziehen zwischen Kohäsion und Adhäsion 104
Chaotische Bewegungen - Deterministisch, aber unvorhersehbar 106
Schwingende Saiten und Platten - Kann man Töne sehen? 108
Resonanz - Wenn man beim Schwingen die richtige Note trifft 110
Scheinkräfte - Wenn wir Kräfte spüren, ohne eine Ursache zu finden 112
Granuläre Materie - Flüssig und fest zugleich 114
Brown'sche Bewegungen - Das unvorhersagbare Verhalten von Staubkörnern, Pollen und Börsenkursen.... 116
Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik - Was der Zeit eine Richtung gibt 118
Negative absolute Temperaturen - Heißer als heiß 120
4 Relativitätstheorie 123
Lichtgeschwindigkeit und Spezielle Relativitätstheorie - Licht kann man nicht überholen 124
Terrellrotation - Von hinten durch die Brust ins Auge 126
E = mc2 - Masse ist eingesperrte Energie 128
Gravitation und Allgemeine Relativitätstheorie - Einsteins Theorie der Gravitation 130
Die Raumzeit nicht-rotierender schwarzer Löcher - Im Sog von Raum und Zeit 132
Die Raumzeit rotierender schwarzer Löcher - Im Strudel von Raum und Zeit 134
Der Warp-Antrieb - Wie man schneller als das Licht sein könnte 136
Wurmlöcher - Abkürzungen durch Raum und Zeit 138
GPS - Ortsbestimmung durch Satellitensignale 140
5 Kosmologie 143
Ein tiefer Blick ins Universum - Wenn das Hubble-Teleskop in die Vergangenheit schaut 144
Das expandierende Universum - Warum ist der Nachthimmel dunkel? 146
Die kosmische Hintergrundstrahlung - Mikrowellen aus der Frühzeit des Universums 148
Dunkle Materie - Das Universum ist schwerer als es aussieht 150
Beschleunigte Expansion und dunkle Energie - Die fehlende Materieform im Universum 152
Urknall und inflationäre Expansion - Warum der Raum flach und der Hintergrund überall gleich kalt ist... 154
Die Entstehung der Materie - Was ab 10 10 Sekunden nach dem Urknall geschah 156
Kosmische Horizonte - Oder wie weit wir durch Raum und Zeit sehen können 158
Strukturen im Kosmos - Ein Netzwerk aus Materie 160
Entstehung kosmischer Strukturen - Die Macht der Gravitation 162
Gravitationslinsen - Wie man mit scheinbar verzerrten Galaxien das Universum wiegt 164
Gravitationswellen - Rhythmische Verzerrungen von Raum und Zeit 166
Gravitationswellendetektoren - Die Vermessung der schwingenden Raumzeit f. 168
6 Atome und Quantenmechanik !. 171
Das Bohr'sehe Atommodell - Wie kann man sich ein Atom vorstellen? 172
Atomkerne - Seit hundert Jahren bekannt und doch nicht im Ganzen verstanden 1/4
Radioaktiver Zerfall - Atomkerne aus dem Gleichgewicht 176
Welle-Teilchen-Dualismus - Teilchen bewegen sich in Wellen 178
Wellenfunktion - Verschmierte Teilchen 180
Der Tunneleffekt - Teilchen ohne Aufenthaltserlaubnis 182
Der Franck-Hertz-Versuch - Energiesprünge in Atomen 184
Der Spin eines Teilchens - Quantisiertes Kreiseln 186
Das Pauli-Prinzip - Warum Elektronen sich gegenseitig meiden 188
EPR.-Experiment und Bell'sche Ungleichung - Ist die Quantenmechanik unvollständig? 190
Die Interpretation der Quantenmechanik - Schrödingers Katze und Everetts viele Welten 192
Plasma - Der vierte Aggregatzustand 194
Fusionsreaktoren - Hightech-Energie aus dem Sonnenfeuer 196
Bose-Einstein-Kondensate - Atome im quantenmechanischen Gleichschritt 198
Laserkühlung - Warum Gase kälter werden können, wenn man sie mit Licht bestrahlt 200
Supraleitung - Widerstand ist zwecklos 202
Supraflüssigkeiten - Nasser als nass 204
Quantenvakuum - Wie stark drückt das Nichts? 206
Elektronenmikroskopie - Mikroskope für den Nanometerbereich 208
Rastertunnelmikroskopie - Wie man einzelne Atome sichtbar macht 210
Nanowelten - Ganz unten ist eine Menge Platz 212
Laser - Lichtteilchen im Gleichschritt 214
Quantencomputer - Quantenbits: Ja, Nein und Vielleicht 216
7 Welt der Elementarteilchen 219
Das Standardmodell der Teilchenphysik - Quarks, Leptonen und drei Wechselwirkungen 220
Feynman-Diagramme - Die Sprache der relativistischen Quantenfeldtheorie 222
Die starke Wechselwirkung - Die Kraft, die Quarks verbindet 224
Die schwache Wechselwirkung - Teilchenzerfälle, W-, Z- und Higgs-Bosonen 226
Neutrinos - Flüchtige Geisterteilchen 228
Antimaterie - Spiegelbild und Vernichter der Materie 230
Quark-Gluon-Plasma - Wenn Protonen und Neutronen schmelzen 232
Die kosmische Höhenstrahlung - Energiereicher als im vveltgrößten Beschleuniger 234
Der Large Hadron Collider (LHC) - Der mächtigste Teilchenbeschleuniger, der je gebaut wurde 236
Die Entdeckung des Higgs-Teilchens - Ein Meilenstein der Teilchenphysik 238
8 Kristalle und andere feste Stoffe 241
Plasmonen - Brilliantes Quantenleuchten 242
Ferromagnetismus - Elementarmagnete: gemeinsam sind sie stark 244
Kristallgitter - Die vierzehn verschiedene Arten, den Raum periodisch zu füllen 246
Kristallisation - Vom Keim zum ausgewachsenen Kristall 248
Quasikristalle - Nicht periodisch und doch symmetrisch 250
Flüssigkristalle - Ordentlich nass 252
Elektronen in Halbleiterkristallen - Vom Isolator zum Leiter mit einer Prise Arsen 254
Halbleiterdioden - Wie man elektrische Einbahnstraßen baut 256
Leuchtdioden - Leuchtende Kristalle und biegsame Bildschirme 258
9 Geophysik 261
Der innere Aufbau der Erde - Eine Reise in die Unterwelt 262
Die Drift der Kontinente - Konvektionsströme und Plattentektonik 264
Erdbeben und seismische Wellen - Wenn Kontinentalplatten sich verhaken 266
Der Erdkern als Quelle des Erdmagnetfeldes - Der innere Geodvnamo unserer Erde 268
Erdmagnetfeld und Polarlichter - Wenn der Sonnenwind den Himmel zum Leuchten bringt 2/0
Eiszeiten und Milankovitch-Zyklen - Warum gibt es Eiszeiten? 272
10 Grenzen des Wissens 275
Supersymmetrie - Auf der Jagd nach den Superpartnern 276
Stringtheorie und M-Theorie - Auf der Suche nach der Weltformel 278
Verborgene Dimensionen - Wie viele Dimensionen hat der Raum? 280
Multiversum und anthropisches Prinzip - Hinter dem Horizont geht's weiter 282
Branenwelten - Die Stringtheorie enthält mehr als Strings 284
Entropie und Temperatur schwarzer Löcher - Schwarze Löcher sind nicht vollkommen schwarz 286
Das holografische Prinzip - Ist unsere Welt ein Hologramm? 288
Loop-Quantengravitation - Quanten der Raumzeit 290
Bildnachweis 292
Index 299