Moderne Physik

Die Physik jenseits der klassischen Mechanik: Quantenphysik und Unschärferelation im ganz Kleinen, allgemeine Relativitätstheorie mit gekrümmter Raumzeit und schwarzen Löchern, Quarks und Antimaterie, Urknall, dunkle Materie und dunkle Energie. Das Buch stellt sie im Kapitel „Zehn wilde Theorien“ nur im Überblick vor.

Quantenphysik

• Anfang des 20. Jahrhunderts reichte die klassische Physik nicht mehr, um Atome zu erklären: Ein kreisendes Elektron müsste als beschleunigte Ladung ständig Energie abstrahlen und in den Kern stürzen (Quelle - Physik für Dummies, Kap. 22; Elektrostatik).
• Die Quantentheorie lässt viele Grössen nur in kleinsten Päckchen (Quanten) zu. Max Planck begründete sie mit seiner Quantenhypothese (Nobelpreis 1918, Kap. 1).
• Welle-Teilchen-Dualismus: Materie hat Teilchen- und Welleneigenschaften.
• Heisenbergsche Unschärferelation (Werner Heisenberg, 1901–1976): Ort und Impuls eines Teilchens lassen sich nicht gleichzeitig beliebig genau bestimmen. Ein Teilchen ist „ein bisschen hier und ein bisschen da“.
• Ohne Quantentheorie gäbe es keine Computerchips, CD-Spieler oder Handys. Quantencomputer rechnen mit Qubits, die zwei Zustände gleichzeitig annehmen können.
• Auch am absoluten Nullpunkt bleibt wegen der Unschärferelation eine Nullpunktsbewegung (Quelle - Recherche - Physik Nachprüfung 2026, Wärme und Temperatur).

Allgemeine Relativitätstheorie

• Newton konnte nicht erklären, warum die träge und die schwere Masse gleich sind (Gravitation). Einstein deutet die Gravitation nicht als Kraft, sondern als Krümmung der Raumzeit. Die Zeit ist dabei eine vierte Dimension.
• Uhren gehen in grösserer Höhe (schwächere Schwerkraft) etwas anders. Satellitennavigation muss das berücksichtigen.
• Auch Licht wird abgelenkt: Die Beobachtung verschobener Sternpositionen bei der Sonnenfinsternis von 1919 machte Einstein weltberühmt.

Sterne und schwarze Löcher

• Hat ein massereicher Stern seinen Brennstoff verbraucht, fällt er in sich zusammen, heizt sich auf und explodiert als Supernova (Explosionsgeschwindigkeit um 10⁷ m/s). Übrig bleibt ein Neutronenstern (Elektronen und Protonen zu Neutronen verschmolzen, etwa 20 km gross, dicht wie ein Atomkern) oder ein schwarzes Loch.
• Ein schwarzes Loch krümmt die Raumzeit so stark, dass nicht einmal Licht entkommt.
• Die letzte beobachtete Supernova in der Milchstrasse war 1604 (Kepler). Der jüngste bekannte Überrest, G1.9+0.3, stammt von etwa 1900, blieb aber hinter Staub verborgen (Quelle - Recherche - Physik Nachprüfung 2026).

Teilchen und Antimaterie

• Protonen bestehen aus drei Quarks, die sich fast nie einzeln zeigen. Man findet sie, indem man Protonen nahezu mit Lichtgeschwindigkeit aufeinanderschiesst.
• Antimaterie: Positronen statt Elektronen, Antiprotonen statt Protonen, auch Antineutronen. Das Photon ist sein eigenes Antiteilchen. Die Sonne und radioaktive Zerfälle erzeugen Antimaterie.
• Materie und Antimaterie wandeln sich bei der Begegnung zu 100 % in Gammastrahlung um, eine Atombombe setzt nur etwa 0,7 % der Masse um (Spezielle Relativitätstheorie).
• Offen ist, warum das Universum fast nur aus Materie besteht.

Kosmologie

• Das Universum entstand im Urknall. Was davor war, kann keine heutige Theorie sagen.
• Die sichtbare Materie reicht nicht, um die Bewegung der Galaxien und die Lichtablenkung zu erklären. Man schliesst auf dunkle Materie, die nur über ihre Schwerkraft wirkt, und auf eine noch rätselhaftere dunkle Energie, die die Ausdehnung beschleunigt.
• Früher diskutierte Enden: ewige Ausdehnung oder Rückfall (Big Crunch). Nach heutigem Stand dehnt sich das Universum beschleunigt aus, im Extremfall bis zum Zerreissen (Big Rip).

(Quelle - Recherche - Physik Nachprüfung 2026)

Verwandt

• Spezielle Relativitätstheorie – E = mc², Lichtgeschwindigkeit als Grenze
• Gravitation – Newtons Theorie, die Einstein erweitert
• Elektrostatik – das instabile klassische Atommodell
• Wärme und Temperatur – Nullpunktsbewegung
• Physik – Übersicht und offene Fragen