Das Bohr'sche Atommodell (ergänzender Artikel)

Im achten Teil der Artikelserie zur Entwicklung der Quantenphysik habe ich das Bohr'sche Atommodell ("Planetenmodell") mit Worten beschrieben. Es ist aber auch nicht besonders schwierig, ein bisschen Mathematik hinter diesem Konzept nachzuvollziehen. Für Interessierte werde ich dieses Atommodell nun also auf eine andere Art beschreiben, die wohl tiefere Einblicke bieten kann. Dieser Artikel ist, allgemein verglichen mit meinen anderen Artikeln, eher von mathematischer und technischer Natur, wobei ich versuche, das Thema dennoch so verständlich wie möglich aufzubereiten.

Holzblöcke beballern - für die Wissenschaft

Derek Muller von Veritasium motiviert uns in diesem Video, unsere graue Hirnmasse zu aktivieren und ein kleines Quiz zu beantworten.

Das erste Video

Derek stellt das Experiment vor: Eine Pistolenkugel wird von unten in einen Holzblock gefeuert, welcher folglich hochgeschleudert wird, bis er eine gewisse Höhe erreicht. Danach wird die Pistole etwas versetzt, sodass die Kugel nicht mehr in der Mitte des Blocks auftrifft, sondern nahe der Kante. Dadurch rotiert der Block ab jetzt im Flug.
Und hier ist die Quizfrage: Wie hoch wird der Block in die Luft geschleudert werden, wenn ihn die Pistolenkugel am Rand trifft, im Vergleich zur Höhe, die er erreichen würde, wenn ihn die Kugel zentral trifft?

Das zweite Video

Um zu diesem "geheimen" Video zu gelangen, muss man eine der vorgeschlagenen Antworten anklicken. (Dazu unbedingt die Video-Anmerkungen im Player aufgedreht lassen!) Nun erklärt Derek, welche Antwort die richtige ist. (Ich muss zugeben, ich war ziemlich überrascht über den Ausgang des Experiments! Ich hätte genau wie Henry von MinutePhysics oder Destin von Smarter Every Day getippt.)
An diesem Punkt weiß der Zuseher zwar, welche Antwort stimmt, doch weiß er noch nicht, warum sie richtig ist. Letzteres vermittelt uns nächste Woche...

...das dritte Video

Ich bin gespannt! :-)

Sternenlicht "lesen" III - Chemische Zusammensetzung

Vom makroskopischen Objekt zu Atomen, Kernen, Quarks bzw. Gluonen und Strings
(Quelle: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Th%C3%A9orie_des_cordes-%C3%A9chelle.PNG)

Jede Materie, also alles, was wir kennen, besteht aus kleineren Bestandteilen als wir wahrnehmen können.
So besteht irgendein Material aus einer bestimmten Anordnung von Molekülen und Atomen. Atome bestehen ihrerseits wiederum aus einem Kern und der Hülle. Die aus Elektronen bestehende Hülle nimmt den meisten Platz ein, der Kern ist vergleichsweise winzig. Das Verhältnis von Hülle zu Kern entspricht in etwa dem der Größe eines Fußballfeldes zu einem Stecknadelkopf. Dabei ist quasi die ganze Masse des Atoms im Kern. Der Kern besteht, abhängig vom Element, das er darstellt, aus bishin zu fast 300 Teilchen. Diese Teilchen unterscheiden sich in Protonen und Neutronen. Ein Proton bzw. ein Neutron wird abermals aus noch kleineren Bestandteilen aufgebaut - den Quarks. Es gibt mehrere verschiedene Quarks; die "normale" Materie bauen aber Up- und Down-Quarks auf. Hier sind wir beim kleinsten Baustein des Universums nach dem heutigen überprüfbaren Stand der Wissenschaft angelangt. Es gibt Theorien, in denen noch fundermentalere Bausteine existieren. So sagt z.B. die Superstringtheorie "Strings", eindimensionale, schwingende, offene oder geschlossene "Saiten" vorher, die durch ihr Schwingungsmuster die heute bekannten Teilchen mit all ihren Eigenschaften hervorbringen. (Bislang konnte man Strings experimentell noch nicht nachweisen. Doch vielleicht passiert dies noch in Zukunft.)

Uns Menschen ist es bei weitem nicht möglich, Dinge von der Größe eines Atoms zu sehen. Trotzdem sind wir in der Lage, Atome in der Atmosphäre eines weit entfernten Sterns ausfindig zu machen. Wir können sogar die Anzahl der im Kern enthaltenen Teilchen bestimmen, obwohl der Kern wiegesagt um bis zu einem hunderttausendstel kleiner ist als die Atomhülle. Wow!

Zu Recht: Links - August 2013 (1/2)

Worauf bin ich in letzter Zeit im Internet gestoßen und was ist mir davon in Erinnerung geblieben? - Hier trage ich wieder einmal eine Auswahl empfehlenswerter Links zusammen.

Die Einträge, die mit einem "≤" eingeleitet werden, sind besonders empfehlenswert! Allen, denen die folgende Liste etwas zu lang ist, möchte ich bei ihrer Wahl damit ein bisschen unter die Arme greifen. ;-)

Warum sind Astronauten im All schwerelos?

Wenn man sich Videos von Astronauten im Weltall ansieht, stellt man sofort fest, dass diese umherschweben als würde "dort oben" keine Gravitation wirken. Man sagt ja immerhin auch, dass sie in der "Schwerelosigkeit" (engl. "zero gravity environment") leben.

Aber stimmt es, dass es dort oben keine Gravitation gibt?

Obwohl viele Quellen behaupten, es würden im Weltraum keine gravitativen Kräfte wirken, lautet die richtige Antwort: Gravitation ist überall - und besonders in den Umlaufbahnen um massereiche Körper, wie z. B. die Erde (oder die Sonne oder generell Sterne oder das Zentrum von Galaxien usw. - ihr wisst schon, was ich meine). Die Bezeichnung "zero gravity" oder "Schwerelosigkeit" in Verbindung mit dem Inneren von Raumschiffen oder Experimenten in der Internationalen Raumstation (ISS) ist jedoch sehr irreführend, wie ich finde.
Tatsächlich würden Astronauten das gleiche Gefühl von "Schwerelosigkeit" haben, wenn sie sich, anstatt die Erde zu umkreisen, in den Weiten des Weltraumes bewegen würden. "Sich im Erdorbit zu befinden" und "frei durch's All zu fliegen" sind für das Empfinden der Astronauten das selbe. Wenn ihr Raumschiff keine Fenster hätte, würden sich die Astronauten ziemlich schwer tun zu bestimmen, ob sie die Erde umkreisen oder fernab jeglicher Massen durch's Universum reisen. Dennoch ist der Begriff der "Schwerelosigkeit" von Astronauten in einer Erdumlaufbahn irreführend - an Orten, wie z. B. in der ISS, gibt es nämlich definitiv Gravitation!

Chris Cassidy und Karen Nyberg in der Kuppel der Internationalen Raumstation, 7. August 2013.
(Credit: NASA)

Aber warum "schweben" Astronauten in der ISS als ob keine gravitativen Kräfte auf sie wirken würden?

Die Antwort ist, dass sie sich gemeinsam mit ihrem Raumschiff im freien Fall um die Erde befinden. Und im freien Fall ist man nun mal schwerelos.