Beiträge von Bakhtosh

Planck-Ära und Beginn der GUT-Ära

Das Universum begann mit einem Zustand, bei dessen Beschreibung die bekannten physikalischen Gesetze versagen.

Urknall

Insbesondere muss man davon ausgehen, dass die Zeit selbst „vor“ der sogenannten Planck-Zeit (etwa 5,4·10 hoch 44 s, der Einfachheit halber wird meist 10 hoch 43 s angegeben) noch nicht ihre Eigenschaften als Kontinuum besaß, so dass Aussagen über einen „Zeitraum“ zwischen einem Zeitpunkt Null und 10 hoch 43 s physikalisch bedeutungslos sind

In der Physik ist eine Größe dann kontinuierlich, wenn mit jedem möglichen Wert auch alle Werte in einer genügend kleinen Umgebung möglich sind. Solch eine Wertemenge heißt Kontinuum. Im Gegensatz dazu ist ein Wert diskret, wenn außer ihm kein weiterer Wert aus einer genügend kleinen Umgebung möglich ist.

In diesem Sinn hatte die Planck-Ära keine Dauer. Entsprechendes gilt für den Raum. Für Räume mit einer Längenausdehnung von Null bis zur Planck-Länge (1,6·10 hoch −35 m, der Einfachheit halber wird meist 10 hoch −35 m angegeben) verliert der Raum seine Eigenschaft als Kontinuum.

Die Entdeckung, dass die Lichtgeschwindigkeit für alle Beobachter gleich ist, erforderte eine Modifikation des Raumbegriffes. Albert Einstein leistete in seiner Speziellen Relativitätstheorie die Vorarbeit, so dass Hermann Minkowski Raum und Zeit zu einem gemeinsamen Gebilde, der Raumzeit zusammenfassen konnte.

Damit ist der Raum nicht mehr absolut, sondern vom Beobachter (genauer: dem Inertialsystem) abhängig.

Dies äußert sich zum Beispiel in der Lorentzkontraktion, der zufolge relativ zueinander bewegte Beobachter für dasselbe Objekt eine unterschiedliche Länge messen.

In der Speziellen Relativitätstheorie ist der Raum zwar vom Beobachter abhängig, nicht jedoch von den physikalischen Vorgängen in ihm. Er ist immer noch für jeden Beobachter euklidisch ( ja das wird lustig zu erklären sein ). Das ändert sich in der Allgemeinen Relativitätstheorie. In dieser wird die Gravitation durch die Krümmung der Raumzeit beschrieben, welche auch eine Krümmung des Raumes bedeutet.
Die Geometrie der Raumzeit hängt vom Energie-Impuls-Tensor, also von den im Raum vorhandenen Teilchen und Feldern ab.

Der Raum ist daher nur noch lokal euklidisch.

Euklidischer Raum

Zunächst bezeichnet der Begriff euklidischer Raum den „Raum unserer Anschauung“ wie er in Euklids Elementen durch Axiome und Postulate beschrieben wird (vgl. euklidische Geometrie). Bis ins 19. Jahrhundert wurde davon ausgegangen, dass dadurch der uns umgebende physikalische Raum beschrieben wird. Der Zusatz „euklidisch“ wurde nötig, nachdem in der Mathematik allgemeinere Raumkonzepte (z. B. hyperbolischer Raum, riemannsche Mannigfaltigkeiten) entwickelt wurden und es sich im Rahmen der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie zeigte, dass zur Beschreibung des Raums in der Physik andere Raumbegriffe benötigt werden (Minkowski-Raum, Lorentz-Mannigfaltigkeit).

Im Laufe der Zeit wurde Euklids Geometrie auf verschiedene Arten präzisiert und verallgemeinert:

axiomatisch durch Hilbert (siehe Hilberts Axiomensystem der euklidischen Geometrie)

Ein Axiom ist ein nicht deduktiv abgeleiteter Grundsatz einer Theorie

als euklidischer Vektorraum (einem Vektorraum mit Skalarprodukt)

Ein Vektorraum oder linearer Raum ist eine algebraische Struktur, die in fast allen Zweigen der Mathematik verwendet wird. Eingehend betrachtet werden Vektorräume in der Linearen Algebra. Die Elemente eines Vektorraums heißen Vektoren.

Wenn vom euklidischen Raum die Rede ist, dann kann jede von diesen gemeint sein oder auch eine höherdimensionale Verallgemeinerung. Den zweidimensionalen euklidischen Raum nennt man auch euklidische Ebene. In diesem zweidimensionalen Fall wird der Begriff in der synthetischen Geometrie etwas allgemeiner gefasst: Euklidische Ebenen können dort als affine Ebenen über einer allgemeineren Klasse von Körpern, den euklidischen Körpern definiert werden.

Wird später noch genauer erklärt

Vom affinen Raum unterscheidet sich der euklidische dadurch, dass man Längen und Winkel messen kann und demzufolge die Abbildungen auszeichnet, die Längen und Winkel erhalten. Diese nennt man traditionell Kongruenzabbildungen, andere Bezeichnungen sind Bewegungen und Isometrien.

Daher sind Aussagen über die räumliche Ausdehnung für Räume mit Längenausdehnungen von Null bis 10 hoch −35 m sinnlos. In diesem Sinn kann für die Dauer der Planck-Ära keine exakte Angabe zum Volumen des Universums gemacht werden. Für eine Beschreibung des Universums in der Planck-Ära ist eine Theorie der Quantengravitation nötig, die derzeit noch nicht existiert. Erst nach dem Ende der Planck-Ära wird das Universum der physikalischen Beschreibung nach derzeitigem Kenntnisstand zugänglich.

Aus sehr elementaren Überlegungen folgt, dass zu diesem Zeitpunkt die Massendichte etwa 10 hoch 94 g/cm3 und die der relativistischen Energiedichte - gemäß Stefan-Boltzmann-Gesetz - entsprechende Temperatur etwa 10 hoch 32 K betragen haben muss. Nach der Hypothese, dass eine einheitliche Feldtheorie existiere, waren unter diesen Bedingungen alle vier bekannten Grundkräfte der Natur,

Urknall-genauer

die Starke Wechselwirkung,
die Schwache Wechselwirkung,
die Elektromagnetische Wechselwirkung und
die Gravitation

hatten wir ja schon ........

in einer einzigen Urkraft vereint. Mit dem Beginn der Expansion und damit dem Ende der Planck-Ära spaltete sich die Gravitation als eigenständige Kraft ab. Die drei restlichen Wechselwirkungen bildeten dem Standardmodell zufolge die hypothetische GUT-Kraft (Grand Unified Theory). Die Natur der meisten Teilchen, die in der GUT-Ära existierten, ist unbekannt, da bisher keine allgemein anerkannte GUT existiert, die experimentell bestätigt ist. Weitere Abspaltungen ereigneten sich später noch zweimal und in Zusammenhang mit so genannten Symmetriebrechungen.

Als Symmetriebrechung wird in der Physik die Verletzung einer Symmetrie (Invarianz) und speziell der Übergang von einer Phase oder einem Zustand höherer Symmetrie in eine Phase oder einen Zustand geringerer Symmetrie bezeichnet.

Man nimmt an, dass die heute beobachtete Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie ihren Ursprung in der GUT-Ära hat. Dazu ist Voraussetzung, dass die GUT-Kraft die CP-Symmetrie verletzt.

Unter CP-Verletzung versteht man die Verletzung der CP-Invarianz. Letztere besagt, dass sich die physikalischen Zusammenhänge und Gesetzmäßigkeiten in einem System nicht ändern, wenn gleichzeitig alle Teilchen durch ihre Antiteilchen ersetzt und alle Raumkoordinaten gespiegelt werden

Durch das Ausfrieren von Reaktionen, die die Baryonenzahl nicht erhalten, kann dann zu Ende der GUT-Ära ein kleiner Überschuss von Materie im Vergleich zu Antimaterie entstehen, der nach der Materie-Antimaterie-Zerstrahlung die heutige, fast vollständig aus Materie bestehende Welt bildet (vergleiche dazu auch Baryogenese und Leptogenese).

First Second Of The Universe

Was ist der Urknall?

Wie ihr seht, steckt in einem kleinen Teil von Wiki unheimlich viel Nebenwissen.

Ich hoffe ihr kommt noch mit

MFG

Bak

Der Urknall... genauer

... der Name ist schon recht verwirrend. Es gab keinen Knall, Bäng oder Plop. Keinen Lichtblitz oder sonstige Art von Explosion.

Der Urknall bezeichnet keine Explosion in einem bestehenden Raum, sondern die gemeinsame Entstehung von Materie, Raum und Zeit aus einer ursprünglichen Singularität ( damit ist nicht ein schwarzes Loch gemeint ). Der Urknall wird immer als zeitliches Ereignis dargestellt, niemals örtlich.

Da keine konsistente Theorie der Quantengravitation existiert, gibt es in der heutigen Physik keine allgemein akzeptierte Theorie zum Zustand des Universums zu sehr frühen Zeiten, als seine Dichte der Planck-Dichte entsprach. Daher ist der Begriff „Urknall“ die Bezeichnung eines formalen Punktes, der durch naive Extrapolation erreicht wird.

Damit haben wir es zu tun

Der Urknall soll den Anfangspunkt der Entstehung von Materie und Raumzeit darstellen. Da physikalische Theorien aber die Existenz von Raum, Zeit und Materie voraussetzen, lässt sich der eigentliche Urknall mit ihnen nicht beschreiben.

Die Raumzeit oder das Raum-Zeit-Kontinuum bezeichnet in der Relativitätstheorie die Vereinigung von Raum und Zeit in einer einheitlichen vierdimensionalen Struktur, in welcher die räumlichen und zeitlichen Koordinaten bei Transformationen in andere Bezugssysteme miteinander vermischt werden können

Nach dem Urknall soll in Phasen die heutige physikalische Welt entstanden sein. Bestandteil der Theorie ist auch eine dauerhafte Ausdehnung des Universums. Diese von Astronomen beobachtete Expansion des Universums hat überhaupt erst zur Theorie des Urknalls geführt: Die beobachtete Auseinanderbewegung der Galaxien ergibt zurückgerechnet einen Zeitpunkt, an dem diese auf ein enges Raumgebiet konzentriert waren. Zum Zeitpunkt des Urknalls ist die Energiedichte formal unendlich, so dass dieser Punkt und eine Zeitspanne von einer Planckzeit danach nicht im Rahmen der existierenden Theorien beschrieben werden kann.

Neben der Expansion kann die Theorie auch das Spektrum der Hintergrundstrahlung des Universums erklären, ebenso die Häufigkeitsverteilung der chemischen Elemente im Weltraum (insbesondere Wasserstoff, Deuterium und die Isotope des Helium), sowie das Fehlen von Sternen, die älter als etwa 13 Milliarden Jahre alt sind: Mit astronomischen Beobachtungen hat man das Alter des Universums – und somit den formalen Zeitpunkt des Urknalls – auf 13,7 Milliarden Jahre eingeschätzt

Frühgeschichte des Universums

Entwicklungsstadien des Universums

Da die bekannten physikalischen Theorien unter den Bedingungen, die zum Zeitpunkt des Urknalls herrschten, nicht gültig sind, gibt es für den Urknall selbst bislang keine akzeptierte Theorie.

Verschiedene Zeiträume nach dem Urknall werden als eigenständige Perioden oder Epochen des Universums beschrieben. Wendet man die bekannten physikalischen Gesetze auf die Situation unmittelbar nach dem Urknall an, so ergibt sich, dass der Kosmos in den ersten Sekundenbruchteilen der Expansion mehrere verschiedene extrem kurze Phasen durchlaufen haben muss. Aufgrund der geringen Abstände und der hohen Geschwindigkeiten der beteiligten Teilchen können sie jedoch durchaus ebenso ereignisreich wie spätere Phasen gewesen sein.

Die hohe Temperatur hatte zur Folge, dass sich ständig verschiedene Teilchensorten ineinander umwandelten. Bei ausreichend hoher Temperatur verlaufen diese Umwandlungsreaktionen gleich häufig in beiden Richtungen ab, so dass sich thermisches Gleichgewicht einstellt.

Durch die Expansion des Universums nimmt die Temperatur mit der Zeit ab; dies führt dazu, dass verschiedene Reaktionen „ausfrieren“, wenn die Temperatur einen gewissen, für jede Reaktion charakteristischen Schwellenwert unterschreitet. Dies bedeutet, dass die Reaktion nur noch in einer, nämlich der (nach chemischem Sprachgebrauch) „exothermen“ Richtung abläuft, während für die endotherme Rückreaktion die nötige Energie fehlt.

Dadurch kommt es nach und nach zum Aussterben vieler höherenergetischer Teilchensorten. Die verschiedenen Phasen in der Geschichte des Universums sind charakterisiert durch den Verlauf der mittleren Temperatur des Universums und damit durch die Art der Teilchenreaktionen, die jeweils stattfinden können.

Versucht bitte nicht euch den Urknall vorzustellen, das geht leider nicht.Denn jegliche Art von Explosion die ihr euch vorstellt braucht einen Raum in dem sich die Exlosion ausbreiten kann. Raum gab es aber zu dieser "Zeit" nicht.

Und nichts können wir uns auch nicht vorstellen, denn jegliche Vorstellung von nichts hat eine räumliche Begenzung. Versuchts mal .... .. klappt nicht.

Morgen der nächste Teil....

MFG

Bak

DER URKNALL

Ich muss zugeben das ich mich vor diesem Thema gedrückt habe da, es wirklich schwer ist

Wie sagte schon ein weiser Mann.. :

Ich habe 20 Jahre gebraucht um das zu vergessen was ich in der Schule gelernt habe...

dies geht in die gleiche Richtung. Also fangen wir mal an....

Gab es einen Urknall ?

NEIN

Es gab keinen Knall, keine Explosion, keinen Lichtblitz.
Wenn ihr an ein Nilpferd denkt, dann steht da nicht wirklich ein Pferd im Nil ...oder ?

Können wir den Urknall irgendwann mit Superteleskopen sehen ?

NEIN

Damals gab es noch kein Licht

Können wir orten wo der Urknall war ?

NEIN

Es gab vorher keinen Raum.

Wird das Universum wieder schrumpfen und einen neuen Urknall verursachen ?

NEIN

Wir werden einen kältetod sterben

Wissen wir was vor dem Urknall war ?

NEIN

Es gibt kein davor.

Wenn das Universum aus dem Urknall kam, hat es einen Rand ?

NEIN

Oh man, das wird richtig schwer.....

Kann ich mir irgendwie die anderen Dimensionen vorstellen die mit dem Urknall zu tun haben

NEIN

Das kann wirklich keiner

Das waren nur Beispiele was euch erwarted... und es wird heftig werden

Also ich gebe mich mit dieser Version zufrieden.

Später die ausführliche Variante

MFG

Bak

Dimensionen 5 bis 11

Können wir uns das überhaupt vorstellen ????

Wir wurden vom Universum ausgestatted um in einer Welt zu leben die 4 Dimensionen hat.
Mal sehen was ich alles dazu finde

Ein wenig Klassik Sci Fi

M-Theorie

Die fünf Stringtheorien und 11-dimensionale Supergravitation als Grenzfälle der M-Theorie.Die M-Theorie ist der Versuch einer Erweiterung und Verallgemeinerung der Stringtheorie in der Theoretischen Physik. Diese Theorie ist das Gebiet intensiver Forschung, da man hofft, mit ihr alle bekannten Naturkräfte einheitlich beschreiben zu können.

Details

Die M-Theorie wurde während der so genannten zweiten Superstringrevolution geboren, wobei wesentliche Beiträge von Edward Witten stammen, der darüber 1995 auf einer Konferenz an der University of Southern California einen vielbeachteten Vortrag hielt. Hierbei werden die fünf bekannten Superstringtheorien, Type I, Type IIA und IIB, sowie die beiden Heterotischen Stringtheorien und die elfdimensionale Supergravitation als Grenzfälle einer fundamentaleren Theorie betrachtet.

Anfangs bestand die Hoffnung, mit Strings die starke Wechselwirkung zu beschreiben, doch die Entdeckung, dass die Quantentheorie der Strings nur in 26 Dimensionen (Bosonen-String) bzw. zehn Dimensionen (Superstring) möglich ist

Supergravitation bezeichnet eine Gruppe von Feldtheorien, die die Prinzipien der allgemeinen Relativitätstheorie und der Supersymmetrie vereinigen.

Die Verbindungen zwischen den verschiedenen Theorien sind durch Dualitäten gegeben, wie S-Dualität und T-Dualität. Mit ihrer Hilfe kann man zeigen, dass die unterschiedlichen Theorien die gleichen Ergebnisse berechnen, allerdings in unterschiedlichen Bereichen ihres Parameterraumes. Damit ist es möglich, Aussagen über die zugrundeliegende Theorie in verschiedenen Grenzbereichen zu machen, obwohl eine explizite Formulierung nicht bekannt ist.

http://www.youtube.com/watch?v=G2bxE1Ec8ZI Teil 2

http://www.youtube.com/watch?v=wWKJeQmpcTA Teil 3

http://www.youtube.com/watch?v=kkpKozjtbp8 Teil 4

http://www.youtube.com/watch?v=mazf5kSAPNs Teil 5

Dualität

In vielen Bereichen der Mathematik gibt es die folgende Situation: zu jedem Objekt X der jeweils betrachteten Klasse gibt es ein duales Objekt Y = X', dessen duales Objekt Y' = (X')' wiederum X ist oder zumindest X sehr nahe kommt. Häufig gibt es auch noch eine Verbindung zwischen X und Y, die die Beziehung zwischen ihnen näher beschreibt

Die elfdimensionale Supergravitation nimmt in gewisser Weise eine Sonderstellung ein, da sie in 11 Dimensionen formuliert ist (und damit die maximale Anzahl von Dimensionen für eine Supergravitationstheorie besitzt), im Gegensatz zu den Stringtheorien, welche in 10 Dimensionen formuliert sind. Elfdimensionale Supergravitation ist außerdem eine klassische (d.h. nicht quantisierte) Theorie, wohingegen die Stringtheorien Quantentheorien sind. Die Verbindung zwischen der Heterotischen E8xE8 Stringtheorie bzw. Type IIA zur Supergravitation wird durch eine Kompaktifizierung der 11. Dimension auf einem Intervall bzw. auf einem Kreis erreicht. Außerdem betrachtet man auf der Stringseite den Supergravitations-Limes der Theorie.

Nichtperturbative Aussagen zur M-Theorie lassen sich mit Hilfe von D-Branen bzw. M-Branen machen. Allerdings gibt es zur Zeit noch keine vollständige nichtperturbative Formulierung der M-Theorie, was auch damit zusammenhängt, dass sich für mehr als eindimensionale Objekte keine konforme Feldtheorie konstruieren lässt (siehe Polyakov-Wirkung).

Perturbation bedeutet Störung.

Branen sind mehrdimensionale Gebilde, die im Rahmen von Weiterentwicklungen der Stringtheorie existieren. Das Wort Bran ist eine Ableitung des Wortes Membran.

In Hinsicht auf die M-Theorie kann man die Branen (11-dimensionale M-Branen) auch mit Membranen auf der Erde vergleichen. Solche Branen könnten auf ihrer Struktur auch Universen "gespeichert" haben.

D-Branen stellt man sich als niederdimensionale, dynamische Objekte in einem sogenannten Bulk, einer höherdimensionalen Raumzeit, vor. Unser Universum bestehe demnach möglicherweise aus einer oder mehreren D3-Branen

D-Brane

Definition

D3-Brane mit gebundenen StringsD-Branen (oder Dp-Branen) sind definiert als p-dimensionale Objekte, an die offene Strings koppeln, welche Dirichlet-Randbedingungen genügen. Die Dimensionszahl p gibt dabei die Anzahl der räumlichen Dimensionen an. Jede D-Brane besitzt zusätzlich noch eine Ausdehnung in zeitlicher Richtung. Man kann D-Branen auch als Spezialfälle bestimmter klassischer Konfigurationen („Solitonen“) interpretieren. Sie können unendlich ausgedehnt sein, aber auch ein endliches und sogar verschwindendes Volumen haben.

Herkunft

Zwei D-Branen, verbunden mit einem offenen StringD-Branen stellt man sich als niederdimensionale, dynamische Objekte eingebettet in einem sogenannten Bulk, einer höherdimensionalen Raumzeit bzw. Hyperraum , vor. Sie sind Bestandteil der Stringtheorie (siehe auch M-branes in M-Theorie). Da diese einen 10-dimensionalen Raum beschreibt, stellt sich die Frage, warum wir nur 3+1 Dimensionen (mit Zeit) wahrnehmen können. Als Erklärung bieten sich ebendiese Branen an.

Aus der Stringtheorie lässt sich ableiten, dass Teilchen durchaus auf einer Brane gefangen sein können. Auch Wechselwirkungen mit Teilchen im Bulk finden nur stark eingeschränkt statt. Wenn das uns bekannte Universum nun aus Teilchen besteht, die in einer Brane gefangen sind, können auch die Menschen dieses Universum nicht verlassen und sind auf den niederdimensionalen Raum beschränkt. Die Stringtheorie schafft aber auch die Möglichkeit, Teilchen zu beschreiben, die eingeschränkt mit den Teilchen in der Brane wechselwirken. Heute gilt etwa das Graviton als Kandidat für ein Teilchen, das im Bulk existiert und sich als Eichboson der Gravitation auf unser Universum auswirkt. Dies würde auch erklären, warum die Große vereinheitlichte Theorie bisher nur drei der vier physikalischen Grundkräfte einschließt.

Nach der Stringtheorie gibt es geschlossene, ringförmige eindimensionale Strings sowie auch solche Strings, deren Enden offen liegen. Offene Enden streben danach, sich an eine Brane zu "heften" und können nicht mehr beliebig die Dimensionen wechseln. Diese Eigenschaften führen zu der Vorstellung, dass unser Universum aus einer oder mehreren D3-Branen ("unseren" wahrnehmbaren 3 Raumdimensionen entsprechend) bestehen könnte. Die gebundenen Strings bilden demnach alle Elementarteilchen, z. B. Photonen, Elektronen, Quarks. Eine Ausnahme stellt das Graviton (Austauschteilchen, welches die Gravitation vermittelt) dar. Dieses besteht aus einem ringförmigen String und ist daher nicht an eine Brane gebunden. Dies würde erklären, warum die Gravitation im Verhältnis zu den anderen Grundkräften der Physik so schwach ist, da sich ihre Kraft auf mehrere Dimensionen verteilt, bedeutet aber auch Abweichungen vom derzeitigen Gravitationsgesetz.

Durch Quanteneffekte und gravitative Wechselwirkungen können D-Branen deformiert und zu Schwingungen angeregt werden. Eine befriedigende mathematische Behandlung dieses Phänomens existiert noch nicht. Es gibt Hinweise darauf, dass D-Branen instabil werden können und zerfallen. Ebenso sind einige stark deformierte (z. B. sphärische) D-Branen bekannt, die in gekrümmten Räumen auftreten können. Die Klassifizierung aller möglichen D-Branen ist ein offenes Problem, das von großer Bedeutung für das Verständnis der Stringtheorie und insbesondere ihrer Vakuum-Struktur ist.

Andere Überlegungen führen dazu, dass mehrere dieser Branen existieren und Paralleluniversen darstellen. Da sich Branen selbst beliebig im Raum bewegen können, könnten zwei Branen kollidieren. Dabei entstünde so viel Energie, wie sie nur beim Urknall vorstellbar ist. Hieraus leitet sich das ekpyrotische Universum ab, also die Vorstellung, dass auch unser Universum durch solch eine Kollision entstand.

Theorien zum Urknall

Die Bildung des Universums aus einer „Blase“ eines Multiversums wurde von Andrei Dmitrijewitsch Linde erdacht und passt gut in die weithin akzeptierte Theorie der Inflation im Frühstadium des Universums.
Die Theorie eines Multiversums zielt auf eine Erklärung für die genaue Feinabstimmung der Naturkonstanten ab. Jedes einzelne Universum hat beliebige Werte für seine jeweiligen Naturkonstanten (z. B. Feinstrukturkonstante, Gravitationskonstante, …). In den meisten Universen ist wegen der ungünstigen Werte kein Leben möglich – in anderen jedoch schon. Das beobachtbare Universum gehört zu der Teilmenge von Universen, in denen intelligentes Leben möglich ist, sonst könnten wir diesen vermeintlichen Zufall nicht beobachten.

Das wars erst mal.....

MFG

Bak

Die ersten 4 Dimensionen

Nun sind wir bei den Dimensionen angekommen, es ist wirklich unmöglich sich mehr als 4 Dimensionen vorzustellen. Die Schwierigkeit liegt einfach daran das wir dreidimensionale Wesen sind. Die Evolution hat uns über die Zeit so konstruiert das wir mit unserem Hirn in einem Universum mit 4 Dimensionen klar kommen. Höhere Dimensionen liegen außerhalb unseres Vorstellungsbereichs. Wieso das so ist versuche ich euch nun zu erklären.

Folgendes zur Erläuterung:

Ein Punkt ist nulldimensional, er hat keinerlei Ausdehnung.

Eine Linie (ein Strich) ist eindimensional, er hat nur eine Länge

Eine Fläche (z.B. ein Quadrat) ist zweidimensional, es hat eine Länge und eine Breite.

Ein Körper (z.B. ein Würfel) ist dreidimensional, er hat eine Länge eine Breite und eine Höhe.

Also das sollte wirklich jeder verstanden haben.

Zeit

Die 4 Dimension ist die Zeit. Hier haben wir es schon mit der Allgemeine Relativitätstheorie zu tun. Ich werde später mehr von ihr schreiben, nur jetzt beschäftigen wir uns mit der Raumzeit

Die Raumzeit oder das Raum-Zeit-Kontinuum bezeichnet in der Relativitätstheorie die Vereinigung von Raum und Zeit in einer einheitlichen vierdimensionalen Struktur mit speziellen Eigenschaften, in welcher die räumlichen und zeitlichen Koordinaten bei Transformationen in andere Bezugssysteme miteinander vermischt werden können.

In der Speziellen Relativitätstheorie mit ihrer Relativität der Gleichzeitigkeit sind Raum und Zeit keine absoluten Strukturen mehr. Welche Elemente der zeitlichen Entwicklung zu einem gegebenen Zeitpunkt - gleichzeitig - stattfinden, beurteilen relativ zueinander bewegte Beobachter unterschiedlich. Absolut ist lediglich die Raumzeit, die Gesamtheit aller Ereignisse. Wie diese Raumzeit in Momentaufnahmen aufgeteilt wird, aus deren Aneinanderreihung sich eine Entwicklung der Welt im Raum, mit der Zeit, ergibt, hängt davon ab, welcher von zwei gegeneinander bewegten Beobachtern die Aufteilung vornimmt.

Allerdings hat die Raumzeit trotz der unterschiedlichen Einschätzung der verschiedenen (Inertial-)Beobachter eine Struktur, die von allen Beobachtern gleich eingeschätzt wird und in diesem Sinne absolut ist. Das ist die so genannte Kausalstruktur, die Gesamtheit aller Aussagen darüber, welche Ereignisse sich gegenseitig im Prinzip beeinflussen können, und wo ein Einfluss unmöglich ist.

Kausalität bezeichnet die Beziehung zwischen Ursache und Wirkung oder „Aktion“ und „Reaktion“, betrifft also die Abfolge aufeinander bezogener Ereignisse und Zustände. Die Kausalität (ein kausales Ereignis) hat eine feste zeitliche Richtung, die immer von der Ursache ausgeht, auf die die Wirkung folgt

Zum Thema Zeitreisen kommen ich noch.

Die Nächsten Themen werden noch schwerer sein......versprochen

MFG

Bak

Quantenmechanik

Es werden viele Vids zu sehen sein und einiges ist wirklich schwer. Ich versuche es euch wie immer so verständlich wie möglich zu machen....

Es gibt einen schönen Spruch über die Quantenphysik....Derjenige der meint die Quantenphysik verstanden zu haben, hat sie nicht verstanden

Quantenphysik mal anders

Schrödingers Katze

Was hält den Atomkern zusammen?

Der Atomkern besteht aus einem zusammengepressten Protonen- und Neutronenhaufen. Weil die Neutronen keine elektrische Ladung tragen und weil sich die positiv geladenen Protonen gegenseitig abstossen, stellt sich die Frage:

Warum fliegt der Atomkern nicht einfach auseinander?

Offensichtlich ist es nicht die elektromagnetische Kraft, welche den Kern zusammenhält. Was könnte denn sonst noch in Frage kommen? Schwerkraft? Wohl kaum! Die Gravitation ist viel zu schwach, als dass sie die elektromagnetische Kraft überwinden könnte.

Wie kommen wir aus dieser Schwierigkeit heraus?

Um zu verstehen, was sich im Atomkern abspielt, müssen wir mehr über die Quarks wissen, aus denen die Protonen und die Neutronen im Kern aufgebaut sind. Quarks tragen elektrische Ladung. Sie tragen aber auch noch eine zusätzliche "Ladung", die man Farbbladung nennt. Die Kraft zwischen Partikeln, welche Farbladung tragen ist sehr stark, daher nennt man diese Kraft

Up Quark

Down Quark

Größenverhältnis vom Proton / Neutron zum Quark

Die starke Kraft bindet die Quarks zu Hadronen zusammen, deshalb werden die Teilchen, die diese Kraft vermitteln Gluonen genannt: sie "kleben" Quarks zusammen.

Die Farbladung verhält sich anders als elektromagnetische Ladung. Gluonen tragen selbst Farbladung, was seltsam anmutet, da sich diese Eigenschaft vom Photon, das keine elektromagnetische Ladung trägt, stark unterscheidet. Dazu kommt, dass Quarks zwar Farbladung tragen, aus Quarks zusammengesetzte Teilchen jedoch keine Nettoladung gegen aussen zeigen. (sie sind farb-neutral). Aus diesem Grund findet die starke Wechselwirkung nur im begrenzten Raum der Quarks statt. Deshalb spüren wir im Alltag nichts davon.

Quarks und Gluonen sind Teilchen, welche Farbladung tragen. Genau gleich, wie elektrisch geladene Teilchen durch Photonenaustausch elektromagnetische Kräfte aufeinander ausüben, tauschen "farbige" Teilchen Gluonen miteinander aus, wenn sie durch die starke Kraft wechselwirken. Wenn zwei Quarks nahe beieinander sind, dann tauschen sie Gluonen aus und erzeugen ein äusserst starkes Farb-Kraftfeld, welches die Quarks aneinander bindet. Dieses Kraftfeld verstärkt sich, wenn sich die Quarks voneinander entfernen. Wenn Quarks untereinander Gluonen austauschen, so ändern sie ständig ihre Farbe.

Top-Quark

Fundamentales Teilchen des Standardmodells. Das Top-Quark ist eines der sechs Quarks. Das schwerste der fundamentalen Teilchen des Standard-Modells der Teilchenphysik wiegt fast so viel wie ein Goldatom. Daher verzögerte sich auch seine Entdeckung bis ins Jahr 1995.

Masse Das Top-Quark ist das schwerste Elementarteilchen. Seine Masse beträgt 170.000 MeV/c 2 . Dies entspricht fast der Masse eines Goldatoms. Die Masse der Quarks lässt sich nicht so leicht angeben wie die anderer Teilchen, weil Quarks immer nur in Gruppen und nie einzeln vorgefunden werden. Daher lässt sich nur aus der Masse der Gruppen auf die der Bestandteile schließen.

Lebensdauer Die Lebensdauer des Top-Quark beträgt rund 6x10 hoch-25 Sekunden.

Erst im Jahr 1995 gab sich das Top-Quark als letztes der Quarks am Tevatron zu erkennen. Um es zu erzeugen, sind sehr hohe Energien nötig. Daher hatte der Fund so lange auf sich warten lassen.

Ein Goldatom

Wie funktioniert die Farbladung?

Es gibt drei Farbladungen und drei entsprechende Antifarben (Komplementärfarben). Jedes Quark trägt eine der drei Farbladungen und jedes Antiquark eine der drei Antifarben. Genau gleich wie eine Farbmischung aus rotem, grünem und blauem Licht zu weissem Licht führt, so ist ein Baryon, welches aus einem "roten," "grünen" und "blauen" Quark besteht, farbneutral. Ein Antibaryon mit einer Kombination aus "antirot," "antigrün" and "antiblau" ist ebenfalls farbneutral. Mesonen sind farbneutral weil sie Kombinationen aus Farbe (z.B."rot") und Antifarbe ("antirot") darstellen.

Der Farbwechsel eines Quarks bei der Emission oder Absorption eines Gluons kann - weil die Farbladung erhalten bleiben muss - mit der Vorstellung, dass Gluonen gleichzeitig Farbe und Antifarbe tragen, erklärt werden. Weil insgesamt neun verschiedene Kombinationen aus Farbe und Antifarbe möglich sind, so erwarten wir, dass es neun verschiedene Gluonarten gibt. Doch die Mathematik sagt uns, dass nur acht Kombinationen gebraucht werden. Für diese Aussage gibt es leider keine intuitive Erklärung.

Wichtiger Hinweis:

"Farbladung" hat nichts mit sichtbarer Farbe zu tun. Es ist bloss eine bequeme Nomenklatur für ein mathematisches Schema, das die Physiker brauchen, um ihre Beobachtungen von Verhalten der Quarks in Hadronen zu verstehen.

"Farbige" Teilchen können nicht alleine auftreten. Die farbigen Quarks sind - zusammen mit andern Quarks - immer in Gruppen (Hadronen) gebunden . Diese zusammengesetzten Zustände sind farbneutral.

Im Verlauf der Entwicklung der zum Standard Modell gehörenden Theorie der starken Wechselwirkung stellte sich heraus, dass Quarks nur als Baryonen (drei Quark Objekte) und Mesonen (Quark-Antiquark Objekte), aber nicht z.B. als vier Quark Objekte auftreten können. Heute verstehen wir das so, dass nur Baryonen (drei verschiedene Farben) und Mesonen (Farbe und Antifarbe) farbneutral sind. Teilchen, wie ud oder uddd können keine farbneutralen Zustände bilden und werden nicht beobachtet.

Das Farb-Kraftfeld

Die Quarks in einem Hadron tauschen Gluonen aus. Die Physiker reden von einem Farb-Kraftfeld, welches aus den Gluonen besteht, welche die Quarks zusammenhalten.

Wenn ein Quark in einem Hadron von seinen Nachbarn getrennt wird, so "dehnt sich" das Farb-Feld zwischen dem Quark und seinen Nachbarn aus. Bei diesem Vorgang wächst die Energie(dichte) des Farb-Feldes mit zunehmendem Quarks Abstand an. Bei einem gewissen Punkt, wird es für das Farb-Feld energetisch möglich, ein neues Quark-Antiquark Paar zu erzeugen. Dabei bleibt die Energie erhalten, weil die Feldenergie in die Masse der neuen Quarks umgewandelt wird. Das Feld kann sich dann zu einem weniger "gedehnten" Zustand zurückbilden.

Quarks | Standard Model Of Particle Physics

Quarks können deshalb nicht als Einzelobjekte existieren, weil die Farbkraft zunimmt, wenn sie voneinander getrennt werden.

Die Farbladung bleibt immer erhalten.

Deshalb muss ein Quark, wenn es ein Gluon aussendet oder absorbiert, seine Farbe wechseln. Die Gesamt-Farbladung bleibt dann erhalten. Nehmen wir an, ein rotes Quark ändert seine Farbe in blau und emittiert ein rot/antiblau Gluon (im untenstehenden Bild ist antiblau als gelb gezeichnet). Die Nettofarbe ist immer noch rot , denn nach der Emission des Gluons hebt sich die blaue Farbe des Quarks mit der antiblauen Farbe des Gluons auf. Übrig bleibt die rote Farbe des Gluons.

Quarks in einem Hadron emittieren und absorbieren Gluonen sehr häufig, deshalb kann man die Farbe eines einzelnen Quarks nicht beobachten. Innerhalb eines Hadrons jedoch ändert die Farbe der beiden Quarks, die ein Gluon austauschen immer so, dass dass das gebundene System farbneutral bleibt.

Jetzt wissen wir, dass die Starke Kraft Quarks zusammenhält, weil diese Farbladung tragen. Aber das erklärt noch nicht, was den Kern zusammenhält, denn die elektrisch positiv geladenen Protonen stossen sich bekanntlich gegenseitig ab und Protonen sowie Neutrone sind farb-neutral.

Aber was hält dann den Kern zusammen?

Die Antwort ist - kurz gesagt - dass die starke Kraft nicht umsonst "stark" genannt wird. Die starke Kraft zwischen den Quarks in einem Proton und den Quarks in einem anderen Proton ist stark genug, um die elektromagnetische Abstossung zu überwinden.

Dies nennt man Starke Rest-Wechselwirkung; sie "klebt" den Kern zusammen.

Dr. Quantum - erklärt das Doppel-Spalt-Experiment ( für Anfänger )

Das geheimnisvolle Reich der Quanten (Teil 1 und 2) ( Für Fortgeschrittene )

http://www.dailymotion.com/vid…-und-2_tech?search_algo=2

Verschränkung ( gut erklärt )

Uni Auditorium Quantenmechanik mit Harald Lesch

Ist halt schwer zu verstehen ...ich weiss.... mir raucht jedenfalls der Kopf

Hoffe es ist einigermaßen verständlich

MFG

Bak

Strahlungsarten

Ich habe letztens ein paar folgen Star Trek gesehen und ich fragte mich mal wieder .... Was könnte daran stimmen ?

In einigen Folgen werden folgende Strahlungsarten genannt....

Radioaktive Strahlungen

Antimateriestrahlung
Alphastrahlung
Betastrahlung
Deltastrahlung
Epsilonstrahlung Fake
Gammastrahlung
Hyperonische Strahlung Fake
Ionenstrahlung
Ionisierende Strahlung
Neutronenstrahlung
Protonenstrahlung

Über Licht kommt noch was ....

Radiowelle
Infrarotstrahlung
Licht
Ultraviolette Strahlung
Röntgenstrahlung
Gammastrahlung

Subraumstrahlung

Chronitonstrahlung Fake
Delta-Band-Strahlung Fake
Geodätische Strahlung Fake
Tachyonstrahlung Möglich
Tetryonstrahlung Fake
Thetabandstrahlung Fake

sonstige Strahlungen

Bertholdstrahlung Fake
Eichnerstrahlung Fake
Gravimetrische Strahlung Fake
Gravitonstrahlung Möglich
Kriegerwelle Fake
Metaphasische Strahlung Fake
Neurogene Strahlung Fake
Omicronstrahlung Fake
Polaronstrahlung
Subnukleonische Strahlung Fake
Subraummetreonstrahlung Fake
Temporale Strahlung Fake
Thalaronstrahlung Fake
Thermionische Strahlung Fake
Thoronstrahlung Fake
Triolische Welle Fake

Energieimpulse

Chromoelektrischer Impuls Fake
EMP
Gravitonpuls Möglich
Ionenimpuls Möglich
Kedionimpuls Fake
Magnetonimpuls
Solitonpuls
Subraumdifferenzialimpuls Fake
Subraumfeldimpuls Fake
Tachyonimpuls Fake

Was es gibt / was möglich ist.

Antimateriestrahlung

Antiteilchen und auch Antimaterie-Atome lassen sich in Paarbildungsreaktionen mittels Teilchenbeschleunigern erzeugen. Mit wesentlich kleinerem Aufwand können Positronen durch Herstellung beta-plus-aktiver Radionuklide gewonnen werden. Diese Positronenstrahlung hat wichtige Anwendungen in der Medizin.

Bei einer kollision von Materie / Antimaterie entsteht immer Gammastrahlung.

Alphastrahlung

Alphastrahlung oder α-Strahlung ist ionisierende Strahlung, die bei einem radioaktiven Zerfall, dem Alphazerfall, auftritt. Ein radioaktives Nuklid, das diese Strahlung aussendet, wird als Alphastrahler bezeichnet. Es handelt sich um eine Teilchenstrahlung. Der zerfallende Atomkern sendet einen Helium-4-Atomkern aus, der in diesem Fall Alphateilchen genannt wird.

Betastrahlung

Betastrahlung oder β-Strahlung ist eine ionisierende Strahlung, die bei einem radioaktiven Zerfall, dem Betazerfall, auftritt. Ein radioaktives Nuklid, das Betastrahlung aussendet, wird als Betastrahler bezeichnet.

Deltastrahlung

Als Delta-Elektron oder Deltastrahlung werden in der Teilchenphysik Elektronen bezeichnet, die beim Durchgang von ionisierender Strahlung durch Materie aus der Atomhülle gelöst werden und eine vergleichsweise große kinetische Energie haben. Delta-Elektronen stellen somit eine Sekundärstrahlung dar.

Gammastrahlung

Gammastrahlung – auch γ-Strahlung geschrieben – ist im engeren Sinne eine besonders durchdringende elektromagnetische Strahlung, die beim Zerfall der Atomkerne vieler natürlich vorkommender oder künstlich erzeugter radioaktiver Nuklide entsteht.

Ionenstrahlung

Ionenstrahlung` besteht aus schnell bewegten Ionen, also Atomen oder Molekülen, die nicht ihre gewöhnliche Zahl an Elektronen besitzen und daher elektrisch positiv oder negativ geladen sind.

Ionisierende Strahlung

Ionisierende Strahlung ist eine Bezeichnung für jede Teilchen- oder elektromagnetische Strahlung, die aus Atomen oder Molekülen Elektronen entfernen kann, so dass positiv geladene Ionen oder Molekülreste zurückbleiben (Ionisation).

Neutronenstrahlung

Da Neutronen elektrisch neutral sind, hat Neutronenstrahlung in Materie eine hohe Durchdringungskraft, ähnlich wie Gammastrahlung. Der ionisierende Effekt entsteht indirekt, meist durch Anstoßen von leichten Atomkernen bzw. deren Bestandteilen (z. B. Protonen), die dann ihrerseits ionisierend wirken.

Protonenstrahlung

Protonen sind geladene Teilchen, die in einem Teilchenbeschleuniger aus Wasserstoffgas gewonnen und am RPTC in elektromagnetischen Feldern auf bis zu 60 Prozent der Lichtgeschwindigkeit (180.000 km/Sekunde) beschleunigt werden. Sie erreichen dadurch eine maximale Eindringtiefe in den Körper von bis zu 38 Zentimetern. Mit Hilfe von starken Magneten werden die Strahlen millimetergenau auf den Tumor gelenkt. Die Protonentherapie kann bei allen Krebserkrankungen eingesetzt werden

Gravitonstrahlung

Wenn z.B. zwei schwarze Löcher verschmelzen, dann gibt es eine Gravitationswelle. Diese als Strahlung zu bezeichnen .... na ja ...

EMP

Ein elektromagnetischer Puls, abgekürzt EMP, bezeichnet einen einmaligen kurzzeitigen, hochenergetischen, breitbandigen elektromagnetischen Ausgleichsvorgang. Es handelt sich dabei nicht um ein periodisches (pulsierendes) Ereignis, sondern um einen transienten Vorgang mit der wesentlichen Eigenschaft, in sehr kurzer Zeit auf einen bestimmten Maximalwert anzusteigen und dann vergleichsweise langsam auf den stationären Ruhewert abzufallen.

Solitonpuls

Ein Soliton ist ein Wellenpaket, welches sich durch ein dispersives und zugleich nichtlineares Medium bewegt und sich ohne Änderung seiner Form ausbreitet. Kommt es bei einem Zusammenstoß mit gleichartigen Wellenpaketen zu einer Wechselwirkung, bei der Energie ausgetauscht wird, so handelt es sich hierbei um eine solitäre Welle. Tritt kein Energieaustausch ein, so handelt es sich um ein Soliton.

Polaronstrahlung

Die Polaronen bezeichnen spezielle Quasiteilchen in Theorien der Deformation eines Kristalls.
Wenn sich Elektronen durch einen Kristall bewegen, erzeugen sie, auf Grund ihrer elektrischen Ladung, in ihrer Umgebung eine Polarisation. Die benachbarten Elektronen werden wegen der Abstoßung gleichnamiger Ladungen etwas zurückgedrängt, die benachbarten positiven Atomrümpfe dagegen angezogen.

Diese Polarisationswolke bewegt sich zusammen mit dem Elektron und bewirkt eine Erhöhung der effektiven Masse, besonders in sog. polaren Kristallen (z. B. mit unterschiedlichen Ionenladungen). Den Deformationen, die auf diese Weise erzeugt werden, ordnet man in theoretischen Annahmen selbstständige Quasiteilchen zu, die man Polaronen nennt.

Magnetimpuls

In der Uniklinik Göttingen setzen Forscher die Gehirne freiwilliger Versuchspersonen starken Magnet-Impulsen aus, um sie beim Denken zu stören. Auf diese Weise erfahren die Forscher, welche Hirnregion an welchen Denkprozessen beteiligt ist.

Tachyonen als theoretische Möglichkeit

Olexa-Myron Bilaniuk, Deshpande und E. C. G. Sudarshan wiesen 1962 darauf hin, dass es für die Gleichungen der speziellen Relativitätstheorie mehrere Lösungsmöglichkeiten gibt . Eine davon entspricht der ganz normalen Materie, die sich mit Unterlichtgeschwindigkeit bewegt. Eine andere würde Teilchen erlauben, die sich ständig mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen und niemals bis auf Lichtgeschwindigkeit abgebremst werden können. Die Tatsache allein, dass es diese mathematische Lösungsmöglichkeit für die Gleichungen gibt, bedeutet jedoch nicht, dass Tachyonen auch real existieren müssen.

Für diese Einteilung von Teilchen in drei Klassen fand Gerald Feinberg (1967) folgende Wortprägungen:

Tardyonen Teilchen, die sich stets langsamer als mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum fortbewegen.

Luxonen Teilchen, die sich stets mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum fortbewegen.

Tachyonen Teilchen, die sich stets schneller als mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum fortbewegen.

Davon hat sich aber nur der Name Tachyon durchgesetzt. Bei ansteigender Geschwindigkeit eines Tachyons verliert es Energie. Geht die Energie gegen 0, wird seine Geschwindigkeit sogar unendlich (transzendenter Zustand). Bei Tardyonen hingegen muss Energie hinzugefügt werden, um eine Geschwindigkeitssteigerung hervorzurufen.

Tscherenkow-Strahlung

Tscherenkoweffekt (idealer Fall ohne Dispersion)
Tscherenkow-Effekt im Reed Research Reactor, Portland (Oregon)Im weiteren Sinn wird darunter die Strahlung verstanden, die entsteht, wenn sich geladene Teilchen in Materie mit höherer Geschwindigkeit als der Phasengeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen in diesem Medium bewegen, wobei dann allgemeiner vom Tscherenkow-Effekt gesprochen wird. So beträgt die Lichtgeschwindigkeit in Wasser 225.000.000 m/s im Vergleich zu 299.792.458 m/s im Vakuum

Kosmische Strahlung

Die Kosmische Strahlung ist eine hochenergetische Teilchenstrahlung aus dem Weltall, die von der Sonne, der Milchstraße und von fernen Galaxien kommt. Sie besteht vorwiegend aus Protonen, daneben aus Elektronen und vollständig ionisierten Atomen. Auf die äußere Erdatmosphäre treffen zirka 1000 Teilchen pro Quadratmeter und Sekunde. Durch Wechselwirkung mit den Gasmolekülen entstehen Teilchenschauer mit einer hohen Anzahl von Sekundärteilchen, von denen aber nur ein geringer Teil die Erdoberfläche erreicht.

Die galaktische kosmische Strahlung besteht ungefähr zu 87 % aus Protonen, 12 % Alpha-Teilchen (Heliumkerne) und 1 % schwereren Atomkernen.

Nebelkammer

Als Nebelkammer wird in der Physik ein Teilchendetektor bezeichnet, der dem Nachweis von ionisierender Strahlung bzw. von Kernreaktionen dient und für manche Teilchen dabei auch die Bahn sichtbar macht ( wie z.B. Kosmische Strahlung am Anfang des Vids ). Nebelkammern werden heute hauptsächlich zu Demonstrationszwecken verwendet

Teilchenschauer

Kosmischer TeilchenschauerBeim Eintreten in die Erdatmosphäre in einer Höhe um 20 km über der Oberfläche erzeugt die kosmische Strahlung Teilchenschauer. Aus einem Proton der Energie von 10 hoch 15 eV entstehen mehr als eine Million Sekundärteilchen. Nur ein kleiner Teil von ihnen erreicht auch die Erdoberfläche.

Schauertypen

Der Beginn eines elektromagnetischen Schauers

Es gibt zwei Grundtypen von Teilchenschauern. Elektromagnetische Schauer werden durch Teilchen erzeugt, die hauptsächlich oder ausschließlich durch die elektromagnetischen Kräfte wechselwirken. Dies sind normalerweise Photonen oder Elektronen.

Hadronische Schauer werden durch Hadronen erzeugt. Dies sind z.B. Nukleonen und andere Teilchen, die aus Quarks bestehen. Sie wechselwirken größtenteils durch die Starke Kernkraft.

Myon

Das Myon ist ein Elementarteilchen, das dem Elektron ähnelt, jedoch eine deutlich höhere Masse (105,6 MeV/c2 statt 0,511 MeV/c2) aufweist. Wie das Elektron ist es mit einer Elementarladung negativ geladen und besitzt einen halbzahligen Spin. Beide unterliegen der elektroschwachen, nicht aber der starken Wechselwirkung.

Pion

Als Pionen, auch π-Mesonen, werden in der Teilchenphysik die leichtesten Mesonen bezeichnet. Da sie nach dem Standardmodell aus 2 Quarks aufgebaut sind, werden sie meist nicht mehr als Elementarteilchen bezeichnet. Aufgrund dieser Zusammensetzung sind Pionen wie alle Mesonen Bosonen mit ganzzahligem Spin. Weiterhin besitzen Pionen eine negative Parität.

Neutrinostrahlung

Neutrinos sind elektrisch neutrale Elementarteilchen mit sehr kleiner Masse. Im Standardmodell der Elementarteilchenphysik existieren drei Neutrinos: das Elektron-Neutrino, das Myon-Neutrino und das Tau-Neutrino.

In Stößen der Neutrinos mit Materie finden, anders als bei den anderen bekannten Elementarteilchen, nur Prozesse der schwachen Wechselwirkung statt. Ein Strom von Neutrinos geht daher auch durch große Schichtdicken – z. B. durch die ganze Erde – fast ungeschwächt hindurch. Entsprechend schwierig ist der Nachweis von Neutrinos in Experimenten.

Hawking-Strahlung

Diese Strahlung wird aus Konzepten der Quantenfeldtheorie und der Allgemeinen Relativitätstheorie abgeleitet. Das Phänomen ist noch nicht vollständig untersucht und Gegenstand aktueller Forschung. Der Hawking-Effekt ist von Interesse, da er als potentielles Testfeld für eine quantenmechanische Theorie der Gravitation dienen könnte.

Fakt ist...das uns wie bei den Elementen, jegliche Art der elektromagnetischen Strahlung bekannt ist ...es gibt nichts dazwischen.

MFG

Bak

Strahlenkrankheit

Die Strahlenkrankheit tritt nach akuter, d. h. kurzzeitiger Bestrahlung des menschlichen Organismus durch ionisierende Strahlung wie Röntgen- oder Gammastrahlung auf, zum Beispiel nach Strahlungsunfällen oder Kernwaffenexplosionen.

Die Strahlenkrankheit hängt stark von der erlittenen Dosis ab. Sie kann je nach Dosis nur geringe Langzeitschäden, aber auch den Tod innerhalb von Minuten bedeuten. Bei mittleren Dosen zeigen sich Symptome innerhalb von Stunden und Tagen, darunter Hautschäden, innere Blutungen sowie Veränderungen des Blutbildes.

Dermatologische Symptome:

Erythema (juckende Hautrötungen)
Purpura
Bulla (Blasen)
Geschwüre
Haarausfall (bei starken Dosen z.T. dauerhaft)
Nekrosen
sonstige Hautschäden

Gastrointestinale Symptome:

Übelkeit
Erbrechen
Diarrhoe
Appetitlosigkeit

Hämatopoetische Symptome:

erhöhtes Infektionsrisiko aufgrund weniger weißer Blutkörperchen (Leukopenie)
verstärkte Blutungen aufgrund weniger Blutplättchen
Blutarmut aufgrund weniger roter Blutkörperchen
Arterielle Hypotonie

Neurologische Symptome:

Schwindel
Kopfschmerzen
Benommenheit
Störungen des Zentralnervensystems (Krampfanfälle, Tremor, Ataxie)

Sonstige Symptome:

Fieber
Müdigkeit
Unfruchtbarkeit

Menschliches und tierisches Gewebe weist gegenüber ionisierender Strahlung eine je nach Gewebeart unterschiedliche Strahlensensibilität auf. Früher wurde angenommen, das Gewebe würde umso stärker geschädigt, je höher seine Teilungsrate ist. Dies ist inzwischen widerlegt. Die Empfindlichkeit eines Organs oder Gewebesystems hängt vielmehr von der Lebensdauer der Funktionszellen und von der Größe der Stammzellfraktion ab, denn die Strahlung führt in der Regel nicht zum sofortigen Tod der bestrahlten Zellen, sondern zum Verlust ihrer Teilungsfähigkeit. Beispielsweise haben Haut und Schleimhaut eine sehr hohe tägliche Zellaustauschrate. Wird der Nachschub aus den Stammzellen durch Strahlung ausgeschaltet, so geht innerhalb weniger Tage die gesamte Haut zugrunde. Ein langsam ausgetauschtes Gewebe wie beispielsweise Knochen entwickelt Strahlenschäden dagegen erst nach vielen Monaten. Diesen Umstand macht man sich bei der Strahlentherapie zunutze, da Tumorgewebe normalerweise einen schnelleren Zellaustausch und eine höhere Wachstumsfraktion aufweist als das umliegende gesunde Gewebe.

Ebenfalls ist die Ausprägung der Strahlenkrankheit abhängig von der Art und Energie der Strahlung und davon, ob die Strahlung nur von außen auf den Körper wirkt oder ob sie durch inkorporierte radioaktive Substanzen direkt im Körperinneren wirkt.

Symptome

Generell gilt für die Strahlenkrankheit: Je höher die Dosis

desto schwerwiegender sind die Auswirkungen,
desto schneller treten die Symptome auf,
desto länger dauert die Erholungsphase,
desto länger bleibt die Krankheit bestehen und
desto geringer werden die Überlebenschancen.

Über Verlauf und Überlebenschancen entscheidet die erhaltene Äquivalentdosis.

Sie wird in Sievert (Sv) angegeben.

Die folgenden Dosisangaben beziehen sich auf akute Bestrahlung des gesamten Körpers. Akut bedeutet hier kurzdauernd im Vergleich zur Dauer physiologischer Heilungsvorgänge. Bei protrahierter, d. h. zeitlich über Stunden oder länger verteilter Aufnahme der gleichen Dosis ist die Schadwirkung geringer, ebenso, wenn nicht der ganze Körper, sondern nur weniger empfindliche Körperteile wie z. B. Arme oder Beine bestrahlt werden.

Die Zuordnung Dosiswerte-Symptome unterscheidet sich in verschiedenen öffentlich zugänglichen Dokumenten etwas, da die Werte nicht experimentell am Menschen „erprobt“ sind. Die im Folgenden angegebenen Werte beruhen hauptsächlich auf Erfahrungen mit Röntgen- oder Gammastrahlen. Sie wurden aufgrund der Folgen von Atombombenabwürfen und anderen Ereignissen statistisch ermittelt.

Zur Zeit in Japan AKW

Nach Angaben der Aufsichtsbehörde erreichte die Radioaktivität eine Stärke von

500 Millisievert (0,5 SV ) pro Stunde.

Die Strahlung, der ein Bundesbürger pro Jahr ausgesetzt ist, beträgt durchschnittlich 4 Millisievert.

Auswirkungen kurzfristiger radioaktiver Bestrahlung des gesamten Körpers Äquivalentdosis Bewertung Symptome

bis 0,2 Sv Mögliche angenommene Spätfolgen: Krebs, Erbgutveränderung. Diese zählen nicht zur Strahlenkrankheit im eigentlichen Sinne; sie sind stochastische Strahlenschäden (siehe Strahlenrisiko).

0,2–0,5 Sv Keine Symptome, nur klinisch feststellbare Reduzierung der roten Blutkörperchen

0,5–1 Sv Leichter Strahlenkater mit Kopfschmerzen und erhöhtem Infektionsrisiko. Temporäre Sterilität beim Mann ist möglich.

1–2 Sv leichte Strahlenkrankheit 10 % Todesfälle nach 30 Tagen (Letale Dosis(LD) 10/30).
Zu den typischen Symptomen zählen – beginnend innerhalb von 3-6 Stunden nach der Bestrahlung, einige Stunden bis zu einem Tag andauernd – leichte bis mittlere Übelkeit (50 % wahrscheinlich bei 2 Sv) mit gelegentlichem Erbrechen. Dem folgt eine Erholungsphase, in der die Symptome abklingen. Leichte Symptome kehren nach 10-14 Tagen zurück. Diese Symptome dauern etwa vier Wochen an und bestehen aus Appetitlosigkeit (50 % wahrscheinlich bei 1,5 Sv), Unwohlsein und Ermüdung (50 % wahrscheinlich bei 2 Sv). Die Genesung von anderen Verletzungen ist beeinträchtigt, und es besteht ein erhöhtes Infektionsrisiko. Temporäre Unfruchtbarkeit beim Mann ist die Regel.

2–3 Sv schwere Strahlenkrankheit 35 % Todesfälle nach 30 Tagen (LD 35/30).
Erkrankungen nehmen stark zu und eine signifikante Sterblichkeit setzt ein. Übelkeit ist die Regel (100 % bei 3 Sv), das Auftreten von Erbrechen erreicht 50 % bei 2,8 Sv. Die Anfangssymptome beginnen innerhalb von einer bis sechs Stunden und dauern ein bis zwei Tage an. Danach setzt eine 7- bis 14-tägige Erholungsphase ein. Wenn diese vorüber ist, treten folgende Symptome auf: Haarausfall am ganzen Körper (50 % wahrscheinlich bei 3 Sv), Unwohlsein und Ermüdung. Der Verlust von weißen Blutkörperchen ist massiv, und das Infektionsrisiko steigt rapide an. Bei Frauen beginnt das Auftreten permanenter Sterilität. Die Genesung dauert einen bis mehrere Monate.

3–4 Sv schwere Strahlenkrankheit 50 % Todesfälle nach 30 Tagen (LD 50/30).
Nach der Erholungsphase treten zusätzlich folgende Symptome auf: Durchfall (50 % wahrscheinlich bei 3,5 Sv) und unkontrollierte Blutungen im Mund, unter der Haut und in den Nieren (50 % wahrscheinlich bei 4 Sv).

4–6 Sv schwerste Strahlenkrankheit 60 % Todesfälle nach 30 Tagen (LD 60/30).
Die Sterblichkeit erhöht sich schrittweise von ca. 50 % bei 4,5 Sv bis zu 90 % bei 6 Sv (außer bei massiver medizinischer Intensivversorgung). Das Auftreten der Anfangssymptome beginnt innerhalb von 30–120 Minuten und dauert bis zu zwei Tage. Danach setzt eine 7- bis 14-tägige Erholungsphase ein. Wenn diese vorüber ist, treten im Allgemeinen die gleichen Symptome wie bei 3–4 Sv verstärkt auf. Bei Frauen ist permanente Unfruchtbarkeit die Regel. Die Genesung dauert mehrere Monate bis 1 Jahr. Der Tod tritt in der Regel 2–12 Wochen nach der Bestrahlung durch Infektionen und Blutungen ein.

6–10 Sv schwerste Strahlenkrankheit 100 % Todesfälle nach 14 Tagen (LD 100/14).
Die Überlebenschance hängt von der Güte und dem möglichst frühen Beginn der intensivmedizinischen Versorgung ab. Das Knochenmark ist nahezu oder vollständig zerstört, und eine Knochenmarktransplantation ist erforderlich. Das Magen- und Darmgewebe ist schwer geschädigt. Die Anfangssymptome treten innerhalb von 15–30 Minuten auf und dauern bis zu zwei Tagen an. Danach setzt eine 5- bis 10-tägige Erholungsphase ein, die als Walking-Ghost-Phase bezeichnet wird. Die Endphase endet mit dem Eintritt des Todes durch Infektionen und innere Blutungen. Falls eine Genesung eintritt, dauert sie mehrere Jahre, wobei diese wahrscheinlich nie vollständig erfolgen wird.

10–20 Sv schwerste Strahlenkrankheit 100 % Todesfälle nach 7 Tagen (LD 100/7).
Diese hohe Dosis führt zu spontanen Symptomen innerhalb von 5–30 Minuten. Nach der sofortigen Übelkeit durch die direkte Aktivierung der Chemorezeptoren im Gehirn und großer Schwäche folgt eine mehrtägige Phase des Wohlbefindens (Walking-Ghost-Phase). Danach folgt die Sterbephase mit raschem Zelltod im Magen-Darmtrakt, der zu massivem Durchfall, Darmblutungen und Wasserverlust sowie der Störung des Elektrolythaushalts führt. Der Tod tritt mit Fieberdelirien und Koma durch Kreislaufversagen ein. Behandlung kann nur noch palliativ erfolgen.

20–50 Sv schwerste Strahlenkrankheit 100 % Todesfälle nach 3 Tagen (LD 100/3), im Übrigen wie bei „10–20 Sv“
über 50 Sv Sofortige Desorientierung und Koma innerhalb von Sekunden oder Minuten. Der Tod tritt in wenigen Stunden durch völliges Versagen des Nervensystems ein.

über 80 Sv Die US-Streitkräfte rechnen bei einer Dosis von 80 Sv schneller Neutronenstrahlung mit einem sofortigen Eintritt des Todes.

Wie weit reicht die Verstrahlung des AKW`s in Japan ?

Hier ein Vid wie die Radioaktivität sich im Pazifik verteilt hat

MFG

Bak

Die schwache Kraft

Diesen Artikel habe ich bei dem Unfall in Fukuschima zusammengefasst. Was ist eigentlich Radioaktivitat und was kann dabei passieren.

Was ist Radioaktivität

Radioaktivität , radioaktiver Zerfall oder Kernzerfall ist die Eigenschaft instabiler Atomkerne, sich spontan unter Energieabgabe umzuwandeln. Die freiwerdende Energie wird in fast allen Fällen als ionisierende Strahlung, nämlich energiereiche Teilchen und/oder Gammastrahlung, abgegeben.

Es gibt radioaktive Halbwertszeiten im gesamten Bereich von Sekundenbruchteilen bis zu Milliarden von Jahren. Sehr langlebige Nuklide sind beispielsweise Uran-238, Uran-235, Thorium-232 und Kalium-40. Je kürzer die Halbwertszeit, desto größer ist bei gegebener Substanzmenge die Aktivität.

Radioaktivität im Körper

Das, was dem Körper so zu schaffen macht, sind aber nicht die radioaktiven Partikel selbst. Es ist die sogenannte ionisierende Strahlung, die von ihnen ausgeht. Das Radionuklid Iod 131 etwa gehört zu den Beta-Minus-Strahlern. Das heißt, aus dem Nuklid schießen laufend Elektronen in die Umgebung. Alle biologischen Moleküle, auch das Wasser im Körper, bremsen diese Strahlung zwar ab. Doch dabei wird Energie frei, die ionisierend wirken kann: Sie zerstört die Atomhüllen von Molekülen und schlägt dabei Elektronen heraus. Positiv geladene Molekülreste bleiben zurück. Experten sprechen von Radikalen.

Vereinzelt richten Radikale keine größeren Schäden an, doch je größer die ionisierende Strahlung ist, desto mehr Radikale entstehen. Dann kann es im Körper selbst zu einer Art GAU kommen: Eine gefährliche chemische Kettenreaktion beginnt, in der die geladenen Teilchen miteinander reagieren, um wieder stabile Verbindungen einzugehen. Da diese chemischen Reaktionen jedoch unkontrolliert ablaufen, entstehen dabei mitunter Verbindungen, die in der Zelle keinen Sinn ergeben.

So kann ionisierende Strahlung wichtige Enzyme funktionsunfähig machen oder ganze Zellbausteine zerstören - sind die Schäden zu groß, stirbt die Zelle. Aber auch das Erbgut ist für ionisierende Strahlung anfällig. Werden aus dem DNA-Molekül Elektronen herausgeschlagen, kann das zu Veränderungen der Erbinformation führen, die bei der nächsten Zellteilung an die Tochterzellen weitergegeben werden. Je größer die Schäden an der DNA sind, desto höher ist langfristig das Risiko für Krebs.

Was ist ein Gau

Ein Auslegungsstörfall eines Kernkraftwerks (AKW, KKW), nach der Definition des Bundesamts für Strahlenschutz auch als größter anzunehmender Unfall (GAU) bezeichnet, ist der größte Unfall, „für den die Sicherheitssysteme noch ausgelegt sein müssen. Die Sicherheitssysteme müssen in einem solchen Fall gewährleisten, dass die Strahlenbelastung außerhalb der Anlage die nach der Strahlenschutzverordnung geltenden Störfallgrenzwerte nicht überschreitet

Ablauf einer Kernschmelze

Druckwasserreaktoren und Siedewasserreaktoren werden bei fehlendem Kühlwasser unterkritisch, das heißt, die atomare Kettenreaktion endet und erzeugt selbst keine Wärme mehr. Die frischen Spaltprodukte zerfallen jedoch weiter; die dabei entstehende so genannte Nachzerfallswärme kann bei Ausfall der Kühlung die Brennstäbe so weit erhitzen, dass ihre Hüllrohre und der darin eingeschlossene Kernbrennstoff schmelzen und am Boden des Reaktorbehälters zusammenlaufen.

In fortgeschrittenem Stadium kann sich dabei das flüssige Material durch den Reaktorbehälter und sämtliche Böden der Anlage hindurchschmelzen und in den Erdboden gelangen. Durch die meist einhergehende Zerstörung der Reaktorhülle durch Dampf- und Wasserstoffexplosionen besteht die Gefahr das große Teile des radioaktiven Materials unkontrolliert in die Umgebung gelangen wo sie mit dem Wind weiter verbreitet werden können. Ebenso droht eine Verstrahlung von Grundwasser.

Wird der Reaktor trotz fehlendem Kühlmittel nicht unterkritisch, kann auch die weiterlaufende Leistungserzeugung durch die Kettenreaktion im Extremfall zur Kernschmelze führen. Dies ist grundsätzlich möglich bei Reaktoren, bei denen unter anderem der Dampfblasenkoeffizient nicht in jedem Betriebszustand negativ ist, etwa bei natriumgekühlten Brutreaktoren.

Folgen

Eine besonders schwerwiegende Variante des Unfallablaufs ist die Hochdruckkernschmelze, die eintritt, wenn es nicht gelingt, in der ersten Zeit den Druck im Reaktor stark abzusenken. Die glühend heiße Schmelze des Reaktorkerns kann dann die Wand des Reaktorbehälters stark schwächen und unter gleichzeitigem, auch explosionsartigem Druckanstieg, zum Beispiel durch eine Knallgasexplosion oder schnelle Verdampfung des Wassers (physikalische Explosion), aus dem Reaktorbehälter entweichen. Der hohe erzeugte Druck im Containment könnte zu Leckagen führen, was radioaktives Material freisetzt. Entsprechende Szenarien wurden 1989 in der „Deutschen Risikostudie Kernkraftwerke Phase B“ veröffentlicht und führten zu umfassenden Diskussionen Um solche Risiken zu mindern, wurde nach dem Super-GAU in Tschernobyl in Deutschland das sogenannte Wallmann-Ventil vorgeschrieben, mit dem Gas gefiltert in die Atmosphäre abgelassen werden kann.

Die o. g. Begleiterscheinungen der Kernschmelze, wie Dampf- und Wasserstoffexplosionen, gehen typischerweise mit einer Kernschmelze einher, setzen sie aber nicht notwendigerweise voraus.

Auch wenn es nicht zur Explosion kam, muss der geschmolzene Kern durch provisorische Maßnahmen gekühlt werden, da die regulären Kühleinrichtungen durch die Schmelze unbrauchbar werden und eine weitere Erhitzung ein Durchschmelzen auch des äußeren Schutzbehälters bewirken kann. Diese Kühlung ist ggf. über Monate aufrechtzuerhalten, bis die Spaltprodukte weit genug zerfallen sind, dass die verbleibende Nachzerfallswärme keine Temperaturerhöhung mehr verursacht

Teil 2 kommt morgen

MFG

Bak

Die Starke Kraft

Die starke Wechselwirkung ist eine der vier Grundkräfte der Physik. Mit ihr werden die Bindung zwischen Quarks in den Hadronen und auch – historisch zuerst – die Bindung zwischen Nukleonen (Protonen und Neutronen) im Atomkern erklärt.

Als Hadronen bezeichnet man Teilchen, die der starken Wechselwirkung unterworfen sind, im Gegensatz etwa zu Leptonen. Sie sind aus Quarks oder deren Antiteilchen zusammengesetzt und somit im eigentlichen Sinn keine Elementarteilchen. Die bekanntesten Hadronen sind die Nukleonen (Neutronen und Protonen), aus denen die Atomkerne aufgebaut sind.

Je nach Spin werden die Hadronen in 2 Typen eingeteilt:

Mesonen, sie haben ganzzahligen Spin und sind damit Bosonen. Sie bestehen aus einem Quark und einem Antiquark, dem Antiteilchen eines Quarks. Beispiele für Mesonen sind Pi-Meson und K-Meson.

Baryonen, sie haben halbzahligen Spin und sind damit Fermionen. Sie bestehen aus drei Quarks (Antibaryonen aus drei Antiquarks). Beispiele für Baryonen sind Proton und Neutron.

Bindung zwischen Quarks

Die starke Wechselwirkung wird nach der Quantenchromodynamik wie die elektromagnetische und die schwache Wechselwirkung durch den Austausch von Bosonen (genauer Eichbosonen) beschrieben. Die Austauschteilchen der starken Wechselwirkung werden als Gluonen bezeichnet, von denen es acht Sorten (unterschiedliche Farbladungszustände) gibt. Die Gluonen übertragen eine Farbladung zwischen den Quarks. Ein Gluon kann dabei mit anderen Gluonen interagieren und Farbladungen austauschen.

In der Teilchenphysik sind die Gluonen Elementarteilchen, die indirekt für die Anziehung von Protonen und Neutronen in einem Atomkern verantwortlich sind. Das Symbol für das Gluon ist ein g

Damit bilden die Gluonen die Austauschteilchen der starken Wechselwirkung. Es gibt 8 verschiedene Gluonen, die zwischen Quarks, den Bausteinen der Hadronen (Baryonen, z. B. Protonen und Neutronen, und Mesonen), ausgetauscht werden.

Gluonen sind elektrisch neutral und werden innerhalb des Standardmodells als masselos angenommen, während experimentell eine Masse von einigen MeV nicht ausgeschlossen werden kann. Sie besitzen eine Farbladung, die sich immer aus einer „Farbe“ und einer „Antifarbe“ zusammensetzt. Durch diese können die verschiedenen Gluonen unterschieden werden.

Gluon

Die Anziehungskraft zwischen Quarks nimmt mit steigender Entfernung zu, grob vergleichbar mit einem Gummiseil. Bei kleinem Abstand können die Quarks daher wie freie Teilchen betrachtet werden (asymptotische Freiheit), wodurch eine Einschließung (Confinement) der Quarks zustande kommt. Mit größerem Abstand bewirkt die zunehmende Kraft jedoch, dass die Quarks den Charakter selbstständiger Teilchen verlieren; dies erklärt, warum eine Beobachtung von Quarks als freie Teilchen nicht möglich ist.

Bindung zwischen Nukleonen

Potentialverlauf der Kernkraft zwischen NukleonenNukleonen haben immer die Farbladung Null. Trotzdem gibt es zwischen ihnen eine Restwechselwirkung (ganz entfernt vergleichbar den Van-der-Waals-Kräften, die man als elektromagnetische Restwechselwirkungen zwischen elektrisch neutralen Atomen und/oder Molekülen ansehen kann). Diese Restwechselwirkung zwischen Nukleonen wird manchmal als Kernkraft im Unterschied zur eigentlichen starken Wechselwirkung bezeichnet.

Bei einem Abstand r unterhalb etwa 2,5 Femtometer ist die Anziehung durch die starke Restwechselwirkung vergleichbar stark wie die elektrische Abstoßung (Coulombkraft) zwischen Protonen. Jenseits dieses Abstandes nimmt sie dagegen sehr steil ab, während die Coulombkraft nur proportional zu 1/r2 abnimmt. Dieses Zusammenspiel der beiden Grundkräfte erklärt den Zusammenhalt der Atomkerne, aber auch z. B. den Prozess der Spaltung schwerer Kerne.

Coulombsches Gesetz

Das coulombsche Gesetz bildet die Basis der Elektrostatik und beschreibt die Kraft zwischen zwei kugelsymmetrisch verteilten elektrischen Ladungen (Spezialfall: Punktladungen). Es besagt, dass der Betrag dieser Kraft proportional zum Produkt der beiden Ladungsmengen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes der Kugelmittelpunkte ist. Die Kraft wirkt je nach Vorzeichen der Ladungen anziehend oder abstoßend in Richtung der Verbindungsgeraden der Mittelpunkte. Bei mehr als zwei Ladungen werden die einzelnen Kraftvektoren gemäß dem Superpositionsprinzip addiert.

Coulomb's Law

Erklärung der Restwechselwirkung

Während zwischen Atomen der abstoßende Teil des Potentials, bei kleinen Abständen, als Folge des Pauli-Prinzips bei den Elektronenzuständen zustande kommt, gilt dies zwischen Nukleonen nicht, denn Quarks haben neben dem Spin eine Farbladung und im Fall der Konstituenten eines Nukleons, u- und d-Quarks, auch einen Isospin. Im Ganzen sind also 2x2x3 = 12 unterschiedliche Konfigurationen pro Zustand (2 Spin-Zustände, 2 Isospin-Zustände, 3 Farb-Zustände) gegeben, in denen sich die Quarks anordnen können. Bei jeweils 3 Quarks pro Nukleon spielt also hier das Pauli-Prinzip keine Rolle.

Grund für die starke Abstoßung bei Abständen r unterhalb von ca. 1,7 Femtometer ist die starke Spin-Spin-Wechselwirkung der Quarks untereinander. Stehen Spins parallel zueinander, nimmt die potentielle Energie des Systems zu. Die damit verbundene Zunahme der potentiellen Energie bei sich überlappenden Nukleonen steigt mit abnehmendem Nukleonenabstand. Dies ergibt die effektive Abstoßung bei kleinen Abständen r, die mit steigendem r abnimmt.

Mit größerem Abstand der Nukleonen zueinander gelangen sie in den anziehenden Teil des Kernpotentials. Dieser kann anhand zweier Mechanismen erklärt werden:

1 einen Quark-Quark-Austausch, vergleichbar mit dem Austausch zweier Elektronen in einer kovalenten Bindung (zwei Quarks sind gleichzeitig beiden beteiligten Nukleonen zugeordnet);

2 das Nukleon enthält neben den drei Valenzquarks noch zahlreiche Gluonen, die in Quark-Antiquark-Paare und wieder in Gluonen zerfallen können. Diese Seequarks genannten Quark-Antiquark-Paare sind farbneutral und können so auch über größere Entfernungen ausgetauscht werden, wo das Confinement nur den Austausch farbneutraler Objekte gestattet.

Man kann sich somit die zwischen Nukleonen wirkende Kernkraft als relativistische Verallgemeinerung der kovalenten Kraft für die starke Wechselwirkung und dem Austausch von Quarks vorstellen. Eine vollständige Beschreibung der Kernkraft aus der Quantenchromodynamik ist bisher nicht möglich

Ich weiss es ist schwer und ich habe auch drann zu knacken um es in mein Hirn zu bekommen, aber so ist nun mal die Welt.

MFG

Bak

Die Wechselwirkungen

So weiter gehts nun .... mal mit diesem kleinen Vid...

Das Standardmodell

Vom allerkleinsten Allerkleinsten

Grundkräfte der Physik

Die Grundkräfte der Physik sind die Kräfte, die allen physikalischen Phänomenen der Natur zugrunde liegen. Die Physik kennt vier Grundkräfte:

die starke Wechselwirkung,
die elektromagnetische Wechselwirkung,
die schwache Wechselwirkung,
die Gravitation.

Versuche, das Wirken einer fünften Kraft nachzuweisen, sind bisher misslungen.
Im Rahmen der klassischen Physik wurden die Kraftgesetze für die Gravitation und die elektromagnetische Wechselwirkung als vielfach bestätigte, allgemeine Naturgesetze (Axiome) betrachtet. In der Quantenfeldtheorie dagegen werden alle vier Kräfte auf den Austausch virtueller Bosonen zurückgeführt. Dies gelingt für die starke, schwache und elektromagnetische Wechselwirkung (Standardmodell), eine konsistente Quantenfeldtheorie der Gravitation (Quantengravitation) existiert hingegen noch nicht.

Starke Wechselwirkung

Proton

Neutron

Die Starke Wechselwirkung bindet die Quarks aneinander, bewirkt damit den Zusammenhalt der Hadronen und indirekt der Atomkerne. (Die „Kernkraft“, d. h. die Anziehungskraft zwischen den Nukleonen im Atomkern, ist eine Restwechselwirkung der eigentlichen Starken Wechselwirkung.
sehr kurze Reichweite von 2,5·10 hoch -15 m, da die zugehörige Farbladung auf größere Distanzen nicht „nackt“ auftritt, stärkste aller bekannten Wechselwirkungen Austauschteilchen sind die Gluonen

Gluonen

In der Teilchenphysik sind die Gluonen subatomare Elementarteilchen, die indirekt für die Anziehung von Protonen und Neutronen in einem Atomkern verantwortlich sind.
Damit bilden die Gluonen die Austauschteilchen der starken Wechselwirkung. Es gibt 8 verschiedene Gluonen, die zwischen Quarks, den Bausteinen der Hadronen (Baryonen, z. B. Protonen und Neutronen, und Mesonen), ausgetauscht werden.
Gluonen sind elektrisch neutral und werden innerhalb des Standardmodells als masselos angenommen.

Hadron

Als Hadronen bezeichnet man Teilchen, die der starken Wechselwirkung unterworfen sind, im Gegensatz etwa zu Leptonen. Sie sind aus Quarks und deren Antiteilchen zusammengesetzt und somit im eigentlichen Sinn keine Elementarteilchen. Die bekanntesten Hadronen sind die Nukleonen (Neutronen und Protonen), aus denen die Atomkerne aufgebaut sind. Je nach Spin werden die Hadronen eingeteilt in Mesonen, sie haben ganzzahligen Spin. Sie bestehen aus einem Quark und einem Antiquark, dem Antiteilchen eines Quarks.

Baryonen

Baryonen, sie haben halbzahligen Spin. Sie bestehen aus drei Quarks (Antibaryonen aus drei Antiquarks).
Beispiele für Mesonen sind Pi-Meson und K-Meson, für die Baryonen Neutron und Proton. Neben diesen Hadronen gibt es noch zahlreiche weitere Hadronen.
Da Quarks den Spin 1/2 haben, sind Baryonen ebenfalls Fermionen mit halbzahligem Spin, Mesonen dagegen Bosonen mit ganzzahligem Spin.

Leptonen

Mit Leptonen bezeichnet man eine Klasse von Elementarteilchen, von denen man annimmt, dass sie zusammen mit den Quarks und den Eichbosonen die fundamentalen Bausteine bilden, aus denen sich die Materie zusammensetzt. Dies wird im Standardmodell der Elementarteilchen der Physik beschrieben.

Eichbosonen

Eichbosonen (Synonyme: Austauschteilchen, Trägerteilchen, Kraftteilchen, Botenteilchen) sind Bestandteil von Quantenfeldtheorien, d. h. deren Eichtheorien. Sie vermitteln in der Teilchenphysik die vier Wechselwirkungen (Grundkräfte der Physik) zwischen den Elementarteilchen. In der Quantenelektrodynamik (QED) wirken Bosonen mit geradzahligem Spin zwischen Ladungen gleichen Vorzeichens anziehend, Bosonen mit ungeradem Spin dagegen abstoßend

Durch den Austausch von Eichbosonen verändern sich die Eigenschaften der Teilchen, zwischen denen die Wechselwirkung stattfindet .

Elektromagnetische Wechselwirkung

Verantwortlich für die meisten alltäglichen Phänomene (Licht, Elektrizität und Magnetismus, Chemie, Festkörpereigenschaften, …)
unendliche Reichweite (allerdings kompensieren sich üblicherweise positive und negative Ladungen recht exakt)
Kann anziehend oder abstoßend wirken, je nach Vorzeichen der beteiligten Ladungen
im Vergleich zur starken Wechselwirkung 10 hoch -2m (ein hundertstel) so stark
Austauschteilchen ist das Photon

Photon

Das Photon ist die elementare Anregung (Quant) des quantisierten elektromagnetischen Feldes. Anschaulich gesprochen sind Photonen das, woraus elektromagnetische Strahlung besteht, daher wird in der Laiensprache auch der Begriff „Lichtteilchen“ verwendet. Dabei muss jedoch beachtet werden, dass alle Teilchen einschließlich der Photonen auch Welleneigenschaften besitzen.
Jegliche elektromagnetische Strahlung, von Radiowellen bis zur Gammastrahlung, ist in Photonen quantisiert. Das bedeutet, die kleinste Menge an elektromagnetischer Strahlung beliebiger Frequenz ist ein Photon. Photonen haben eine unendliche natürliche Lebensdauer, können aber bei einer Vielzahl physikalischer Prozesse erzeugt oder vernichtet werden. Ein Photon befindet sich nie in Ruhe, sondern bewegt sich immer mit Lichtgeschwindigkeit c.

Daraus folgt, dass es keine Ruhemasse besitzen kann. ( später mehr zu der Ruhemasse)

Schwache Wechselwirkung

Verantwortlich für bestimmte radioaktive Zerfallsprozesse (z. B. Betazerfall), aber auch wichtig beim Kernfusionsprozess in der Sonne
sehr kurze Reichweite von 10 hoch -18 m aufgrund massiver Austauschteilchen
im Vergleich zur starken Wechselwirkung 10 hoch -13m (ein zehnbillionstel) so stark
Austauschteilchen sind die Bosonen

Radioaktivität

Radioaktiver Zerfall oder Kernzerfall ist die Eigenschaft instabiler Atomkerne, sich spontan unter Energieabgabe umzuwandeln. Die freiwerdende Energie wird in fast allen Fällen als ionisierende Strahlung, nämlich energiereiche Teilchen und/oder Gammastrahlung, abgegeben

Radioaktiver Zerfall ist kein deterministischer Prozess. Der Zerfallszeitpunkt des einzelnen Atomkerns ist völlig zufällig. Allerdings folgt der Vorgang einem Exponentialgesetz, so dass es für jedes Nuklid einen festen Wert der Zerfallswahrscheinlichkeit pro Zeiteinheit gibt. Die Zerfallswahrscheinlichkeit kann auch durch die Halbwertszeit ausgedrückt werden. Die Halbwertszeit ist der Zeitraum, nach dem durchschnittlich die Hälfte der instabilen Atomkerne einer Anfangsmenge zerfallen sind. Sie kann Sekundenbruchteile, aber auch einige Milliarden Jahre betragen. Langlebige Nuklide sind beispielsweise Uran-238, Uran-235, Thorium-232 und Kalium-40. Je kürzer die Halbwertszeit, desto größer ist die Aktivität einer gegebenen Substanzmenge.

Gravitation

Dominiert die großräumigen Strukturen des Universums, da nicht abschirmbar (wirkt immer anziehend)
unendliche Reichweite
schwächste aller Wechselwirkungen, im Vergleich zur starken Wechselwirkung nur 10 hoch -38 mal so stark

Die Gravitation ist mit großem Abstand die schwächste der vier bekannten Wechselwirkungen, deshalb sind Experimente auf diesem Gebiet schwierig.

Die Gravitationskonstante G gibt in der klassischen Gravitationstheorie die Stärke der Kraft an und ist diejenige Fundamentalkonstante der Physik, deren Wert bisher am ungenauesten bestimmt ist (nur auf vier Dezimalstellen). Aufgrund der unbegrenzten Reichweite der Gravitation und des Umstandes, dass sie sich mit keinem bekannten Verfahren abschirmen lässt, ist sie dennoch die Kraft, welche die großräumigen Strukturen des Kosmos prägt. Sie spielt daher in der Kosmologie eine entscheidende Rolle.
Masse und Gewicht, Dichte und Wichte ( Verhältnis der Gewichtskraft eines Körpers zu seinem Volumen ).
Während die Masse eine Grundeigenschaft eines Körpers, also unabhängig von irgendwelchen Umgebungsbedingungen, ist, verändert sich dessen Gewicht mit der Schwerkraft. Verlagert man also einen Körper von der Erde auf den Mond, so ändert sich seine Masse nicht, sein lokales Gewicht hingegen sehr wohl. Hierbei können aber auch andere Einflüsse eine Rolle spielen: So ist ein Astronaut in einer Umlaufbahn um die Erde nicht wirklich schwerelos, sondern gewichtslos, weil sich seine Schwere durch die Zentrifugalkraft, die durch seinen Umlauf um die Erde entsteht, aufhebt.

Vereinheitlichende Theorien

Eines der Ziele der Physik ist es, alle Grundkräfte oder Wechselwirkungen in einem vereinheitlichten Gesamtkonzept zu beschreiben. Damit könnte es möglich sein, alle bekannten Kräfte auf eine einzige Grundkraft zurückzuführen. Man spricht hier von vereinheitlichten Theorien. Die Theorie, die alle vier bekannten Grundkräfte berücksichtigt, wird die Weltformel oder Theory of Everything (TOE) genannt.
Als große vereinheitlichte Theorie oder Grand Unification Theory (GUT) bezeichnet man eine Theorie, die drei der vier bekannten physikalischen Grundkräfte vereinigen würde, nämlich die starke Wechselwirkung, die schwache Wechselwirkung und die elektromagnetische Wechselwirkung.
Beispielsweise ist die elektromagnetische Wechselwirkung eine Vereinheitlichung der elektrischen und der magnetischen Wechselwirkung. Ebenso ist es gelungen, die elektromagnetische Wechselwirkung und die schwache Wechselwirkung in der Quantenfeldtheorie der elektroschwachen Wechselwirkung vereinheitlicht zu beschreiben. Es handelt sich daher nach dem gegenwärtigen Stand unseres Wissens streng genommen nur um drei verschiedene und voneinander unabhängige Grundkräfte.

Was die Welt im Innersten zusammenhält

Alpha Centauri 084 Sind die Naturgesetze zufällig

Ja..... es kommt noch mehr dazu...niemand hat geschrieben das es einfach wird...

Viel Spass damit ......

MFG

Bak

Reise ans Ende des Universums

Bevor wir mit dann schweren Stoff beginnen, hier eine Sendung wofür er sein soll . Mit den Hintergrundinformationen wisst ihr dann etwas mehr darüber, wie und warum es so ist, wie es ist.

Lasst euch erst mal berieseln.....

Reise ans Ende des Universums Part 1/10

Folgt den links

Viel Spass....

MFG

Bak

Halbwissen

Halbwissen kann gefährlich sein oder dazu führen das jemand dich belächelt oder auslacht. Ich tappe bei den Recherchen zu diesem Thread auch immer in diese Falle und sehe dann wie sehr ich mich doch getäuscht habe. Einsicht ist natürlich der erste Weg zur Besserung und Altersstarrsinn keine Entschuldigung. Auch Doktoren oder Professoren haben nicht immer recht. Das sieht man auch bei meinem Liebling Professor Lesch. Wenn man seine Sendungen verfolgt, findet man den einen oder anderen Fehler. Sei es nun Versprecher oder falsche Annahmen. Diese können passieren aber nicht bei einer Wissenschaftssendung.

Was will ich euch damit sagen ?

Ich versuche nach besten Wissen und gewissen diesen Thread auf den neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen zu führen. Natürlich kann ich ihn nicht objektiv führen , aber ich versuche es.
Der letzte Post von mir ist aus ca. 5 verschiedenen Nachrichten zusammengestückelt worden. Und ich habe wissenwertes reingenommen und was ich für nicht so in Ordnung fand herraus geschnitten.

Dieser Thread soll Lust auf Wissen machen. Ich stelle extra keine Links herrein wo ich das alles her habe. Falls ihr zweifelt schaut nach ...Googel ist euer Freund.
Geht auf Entdeckungsreise und stopft euch mit wissen voll. Im Internet gibt es auch einige Sachen die einen wirklich verblöden lassen....

Gefährliches Halbwissen

Sie haben gewusst das diese Flüssigkeit brennt. Sie haben nicht gewusst das sie bei Zimmertemperatur schon verdampft und die Dämpfe schwerer als Luft sind

Otacuns Podcast

Hier eine Warnung. In diesem Podcast wird so viel Blödsinn geredet das es wehtut. Das ist kein Scherz !!!

Alle 7 Teile anzuhören schafft kaum einer (Ja ich bin schon auf Otacuns Ignoreliste und er wollte mich auch verklagen)

Erde als Hohlkugel

Was soll ich dazu noch scheiben ?

Falls ihr was zu diesem Thread beitragen könnt, bitte schreibt ruhig. Ich korrigiere gerne meine Posts. Kann nur besser werden

MFG

Bak

Kann es unentdeckte Elemente geben?

Jeder hat schon mal das Periodensystem der Elemente gesehen – eine Tabelle in der chemische Elemente nach ihrer Kernladungszahl nummeriert und nach bestimmten Eigenschaften in Perioden und Gruppen eingeteilt sind.

Momentan sind in der Tabelle 118 chemische Elemente erfasst. Weitere Elemente wurden nach eigenen Aussagen bereits in einem Kernforschungsinstitut bei Dubna hergestellt, aber noch nicht durch andere Forschungsgruppen bestätigt.

Nur weil es 118 Elemente in dem Periodensystem gibt, heißt es aber noch nicht, dass es nur 118 unterschiedliche Atome gibt. Die Ordnungszahl 118 gibt nur die Anzahl der Protonen im Atomkern an. Ein Atomkern besteht aber nicht nur aus Protonen, sondern auch aus Neutronen, so kommt zum Beispiel das stabile Element Eisen in der Natur in vier unterschiedlichen Formen vor: mit 28, 30, 31, 32 Neutronen. Man bezeichnet die unterschiedlichen Atome des gleichen chemischen Elements als Isotope.
Eisen hat also 4 stabile Isotope und noch etwa 20 weitere instabile Isotope

Hier die Nukleoidkarte

http://upload.wikimedia.org/wi…mmons/9/92/NuclideMap.PNG

Draufklicken zum vergrössern

Als Isotope bezeichnet man Nuklide in ihrem Verhältnis zueinander, wenn ihre Atomkerne gleich viele Protonen (gleiche Ordnungszahl), aber verschieden viele Neutronen enthalten. Die Isotope eines und desselben Elements haben also verschiedene Massenzahlen, verhalten sich aber chemisch weitgehend identisch. Die Bezeichnung Isotop ist älter als der allgemeinere Begriff Nuklid und wird daher nach wie vor oft gleichbedeutend mit Nuklid benutzt.

In der Natur existieren 256 Nuklide, die nach derzeitigem Kenntnisstand für stabil gehalten werden, und etwa 80 radioaktive Nuklide. Weit über tausend weitere Radionuklide wurden künstlich erzeugt.

Nur weil es 256 Nuklide gibt, heisst das nicht das es neue Elemente sind Es sind nur Elemente mit anderer Neutronenzahl, die dann auch stabiel sind.

Um auch alle Nuklide in eine Tabelle zu bringen, benutzen Kernphysiker die Nuklidkarte. Die Nuklidkarte ist ein zweidimensionales Koordinatensystem mit der Protonenzahl auf der Y-Achse und der Neutronenzahl auf der X-Achse, auf der alle bekannten Nuklide (Atome mit unterschiedlichen Anzahl von Protonen und Neutronen) mit ihren wichtigsten Eigenschaften eingetragen sind.

Man erkennt, dass alle schwarzen Kästchen, die stabile Nuklide repräsentieren, auf einer etwas nach unten gekrümmten Geraden befinden, welche als das Stabilitätstal bezeichnet wird. Umringt werden diese stabilen Elemente von ihren Isotopen.

Dort wo sich die letzten Koordinaten treffen ( Protonen 82, Neutronen 126 ) , dass ist Blei.
Blei ist das letzte stabile Element in dieser Kerngrösse.[/

Doch warum ist diese Tabelle nicht komplett ausgefüllt? Sind es alles Plätze für nicht entdeckte Nuklide?

Nehmen wir einen beliebigen Atomkern und fügen immer mehr Neutronen dazu, so sinkt mit jedem zusätzlichen Neutron die Separationsenergie (dies kann man mit der Bethe-Weizsäcker-Formel zeigen). Die Neutronen-Separationsenergie ist die Energie, die man aufwenden muss um ein Neutron aus dem Kern rauszuholen. Wenn man also einem Atomkern immer mehr Neutronen zufügt, können diese auch leichter wieder entfernt werden. Ab einer gewissen Anzahl von Neutronen im Kern (die für jedes Element anders ist), kostet es überhaupt keine Energie mehr ein Neutron wieder aus dem Kern zu entfernen oder anders gesagt, jedes weitere Neutron wird nicht mehr an den Kern gebunden.

Die Bethe-Weizsäcker-Formel ist eine Formel zur Beschreibung der Bindungsenergie von Atomkernen nach dem Tröpfchenmodell. Der Begriff Bindungsenergie kann als Synonym zum Begriff potentielle Energie in der klassischen Physik betrachtet werden. Im sogenannten Tröpfchenmodell werden die Nukleonen wie Moleküle eines inkompressiblen geladenen Flüssigkeitströpfchens betrachtet.

Aus diesem Grund können Kerne nur ein begrenzte Anzahl von Neutronen aufnehmen. Das gleiche gilt auch für Protonen. Dadurch bekommt man in der Nuklidkarte links und rechts von dem Stabilitätstal Grenzen jenseits derer keine Kerne existieren können. Diese Grenzen werden als Neutronen- bzw. Protonen Drip Line oder auf Deutsch Abbruchkante bezeichnet.

Um neue stabile Atome zu bekommen gibt es also rein theoretisch nur einen Weg und dieser führt entlang des Stabilitätstals. Aber auch hier gibt es eine Grenze. Mit zunehmender Nukleonenanzahl tritt spontane Kernspaltung auf (was man ebenfalls mit der Bethe-Weizsäcker-Formel zeigen kann), das heißt ein Kern zerfällt in zwei kleinere Kerne.

Aus diesem Grund endet auch das Stabilitätstal mit dem Nuklid 208Pb (Blei), alle Elemente mit höheren Protonenzahl als 82 sind instabil und nur wenige von ihnen kommen in der Natur vor.

Science-Fiction Fans sind an dieser Stelle wohl enttäuscht, keine neuen Supermetalle für Schutzschilde gegen Energielaser, keine neuen Treibstoffe wie Tylium, Naquada ect.. Fiktion bleibt Fiktion oder gibt es vielleicht doch einen Ausweg?

Nun, die Kernphysik ist ein sehr kompliziertes Gebiet und die Betrachtung, die ich oben dargestellt habe, basiert auf einem sehr einfachen Tröpfchenmodell. Genaue Berechnungen können nicht mehr analytisch durchgeführt werden und müssen an Computern simuliert werden. Damit die Rechenzeit die Lebensdauer des Universums nicht übersteigt werden viele Näherungen gemacht. Diese Näherungen verfälschen aber im Endeffekt die endgültige Aussage.

Es wird eine Insel der Stabilität vermutet.

Diese "Insel" im Periodensystem, in dem die Elemente nach der Zahl der Protonen im Atomkern geordnet sind, soll durch Elemente gebildet werden, deren Varianten - so genannte Isotope - in ihrer Zahl von Protonen und Neutronen im Kern bestimmten "magischen Zahlen" entsprechen. Nach der Theorie sind diese Kerne besonders stabil: Statt einer Halbwertszeit von Sekundenbruchteilen könnten sie erst nach Stunden, Tagen oder gar Millionen von Jahren zerfallen. Die magische Zahl für Neutronen liegt demnach bei 184, dazu gehören die Protonenzahlen 114, 120 und 126. Einige Jahre dürfte es schon dauern, bis ein Kern mit 184 Neutronen erzeugt werden könne – schließlich bedarf es sehr energiereicher radioaktiver und neutronenreicher Ionenstrahlen. Das vergänglichere Element 117 lautet derweil auf den Namen "Ununseptium" – einen eigenen Namen kann es erst bekommen, wenn es auch in einem zweiten, unabhängigen Labor erzeugt werden konnte.
In der Natur konnten superschwere Elemente bisher nicht nachgewiesen werden.

Zum einen wurde es immer schwieriger, die neuen Elemente chemisch nachzuweisen. Je schwerer deren Kerne sind, desto rascher brechen sie auf. Die Halbwertszeit, jene Spanne also, in der die Hälfte einer Stoffmenge radioaktiv zerfällt, beträgt beim langlebigsten Isotop des Elements 104 gerade noch eine Minute, beim Element 105 etwa 40 Sekunden, beim Element 106 nur mehr eine Sekunde - und so könnte es im periodischen System durchaus weitergehen.

107 Bohrium Bh............24. Februar 1981...... 17 s
108 Hassium Hs ...........14. Marz 1984.......... 25 s
109 Meitnerium Mt .......29. August 1982........ 42 ms
110 Darmstadtium Ds ....9. November 1994 ...56 ms
111 Roentgenium Rg .....8. Dezember 1994 ....6,4 ms
112 Copernicium Cn ......9. Februar 1996 .......0,6 ms

Vom Element 107 entstanden letztes Jahr sechs Atome; vom Element 109 gab es in diesem Jahr, kurz vor Ende des zehntägigen Experiments, gerade noch ein einziges Atom.

So würde ein Gramm des Calcium-Isotops, von dem Armbrusters Kollege Ghiorso aus Berkeley eine Probe für den Versuch mitbringen will, 300 000 Dollar kosten - falls es einen freien Markt dafür gäbe.

Dabei ist der Begriff Stabilität nur relativ zu den umgebenden Nukliden zu verstehen; absolut stabile Nuklide ohne jeden spontanen Zerfall, also mit der Halbwertszeit unendlich, sind jenseits von Blei kaum zu erwarten

MFG

Bak

Die Elemente

So Leute frischen wir mal gemeinsam unsere Schulkenntnisse auf

Das hier kennt ihr alle

So, nun zur bitteren Wahrheit

Es gibt keine, uns unbekannte, Elemente in diesem Universum

Alle neuen Elemente sind künstlich hergestellt.

Die Physik ist im ganzen Universum gleich, bis auf einen Ort und das ist ein schwarzes Loch.

Da kommt oft die Gegenargumentation:

Das Universum ist doch so groß da muss...... Nein

Aber.............................................. ..............Kein aber

Vielleicht........................................ .............. KEIN VIELLEICHT

Ok nun zur Erklärung...

Die Elemente bauen sich immer aus den gleichen Stoff auf.

Protonen und Neutronen ( Ok Ok Ok .. Wasserstoff nur 1 Proton)

Wenn wir hier oder da ein Proton oder Neutron hinzufügen oder wegnehmen,

können wir sagen was es wird oder was es für Eigenschaften haben könnte.

Es gibt nichts zwischen den Ordnungszahlen

Ab der Ordnungszahl 82 (das ist Blei), werden Atome instabil und zerfallen. Ausnahmen sind 43 (Technetium) und 61 (Prometium).

Mit steigender Ornungszahl im Periodensystem (gibt die Anzahl der Protonen an) desto instabiler wird das Atom ( hat mit der Starken Kraft zu tun, später mehr )
Ab Ordnungszahl 95 bis 118 sind alle Elemente künstlich hergestellt. Um so höher die Ordnungszahl desto kürzer ist auch die Halbwertzeit.

Das heisst : Die Halbwertszeit ist die Zeit, in der sich ein exponentiell mit der Zeit abnehmender Wert halbiert hat.

Woher wir das so genau wissen ?

Wir haben mit das beste Beispiel bei Uran....

Uran ist das letzte natürlich vorkommende Element....(in entsprechenden Mengen)

Uran-Blei-Datierung

Die Uran-Blei-Datierung ist eine absolute Datierungsmethode, bei der die radioaktiven Zerfallsreihen von Uran ausgenutzt werden, um Proben zu datieren. Mit dieser Methode werden z. B. irdisches Gestein oder auch Meteoriten datiert. Das heute angenommene Alter der Erde von 4,55 Milliarden Jahren wurde zuerst von Clair Cameron Patterson mit der Uran-Blei-Datierung bestimmt. Das Alter des Sonnensystems wurde mittels dieser Datierungsmethode, angewandt auf die vermutlich ältesten in unserem Sonnensystem entstandenen Mineralien, den Calcium-Aluminium-reichen-Einschlüssen in Meteoriten, auf 4,567 Milliarden Jahre bestimmt. Für die ältesten auf der Erde entstandenen Minerale, Zirkone, die in Gesteinen in Australien gefunden wurden, ermittelte man ein Alter von bis zu 4,404 Milliarden Jahre

Die Zerfallsmechanik von Uran

Gilt für alle anderen Transurane (alle Elemente nach Uran) halt auch, nur etwas anders.

Nehmen wir mal Ununoctium

Es kann nur in Teilchenbeschleunigern hergestellt werden, mit einer Unmenge von Energie.

Ununoctium ( letzte bekannte Element )ist radioaktiv und mit einer Halbwertszeit von 0,89 ms sehr kurzlebig. Durch Alphazerfall zerfällt Ununoctium in das Element Ununhexium, welches jedoch auch in Millisekunden weiter zerfällt.

Also bitte ....0,89 ms was sollen wir mit so was anfangen. Der atomare Zerfall ist Quantenmechanisch und lässt sich niemals in irgend einer Art und Weise steuern.

Weitere Eigenschaften der Elemente ergeben sich durch die Beachtung der Kernkonfigurationen eines Elementatoms. Kerne ein und desselben Elements können mit einer unterschiedlichen Anzahl an Neutronen bestückt sein. Diese nach der Anzahl der Neutronen verschiedenen Atome eines Elements heißen Isotope. Isotope unterscheiden sich in der Masse und zeigen bei Kernreaktionen unterschiedliches Verhalten.

http://imageshack.us/photo/my-images/547/nl7i.png/[/IMG]

Ich gebe zu, das man neue Legierungen im All herstellen kann ( wegen der Gravitation auf der Erde nicht möglich ), die wir bis jetzt noch nicht kennen z.B. supraleitende Eigenschaften bei noch höheren Temperaturen.

Aber da wird auch niemals ein Superenergieträger heraus kommen

Hoffe das es helfen konnte

MFG

Bak

P.S. Danke für das Lob ihr beiden ...liest man immer gerne

Das Atom

So Leute langsam wirds schwer....

Zur Auffrischung......

Das Proton ist Positiv geladen

Das Elektron ist negativ geladen

Beide ziehen sich also an.

Das Elektron bewegt sich mit ca. 1000 Km/s um das Proton.

Das ganze nennt sich die Elektromagnetische Kraft (später dazu mehr )

Das Bohrsche Atommodell

Habe ich noch in der Schule gelernt...

Es ist zum Verständniss der Atome ausreichend , aber nicht so ganz richtig.

Die Abstände die Bohr errechnet hat stimmen zwar... aber sie sind nicht auf ein Schalenmodell übertragber, wie wir heute wissen. Dieses Modell mit den Schalen lässt sich eigentlich nur auf das Wasserstoffatom anwenden. Umso mehr der Nukleus ( Atomkern) zunimmt umso komplexer werden die Orbitale. Man nennt die dann das Quantenmechanische Orbital Modell.

Das Quantenmechanische Orbital Modell

ist eigentlich korrekt, im folgenden Video werden die Umlaufbahnen der Elektronen gezeigt. Das sieht nicht mehr so kreisförmig wie bei Bohr aus sondern eher wie Blumen. Aber das ist der letzte Wissenstand den wir heutzutage haben ......

Auf dem unteren Foto sieht man ein Kohlenstoffatom
Wobei man den Atomkern natürlich nicht sieht der ist viel zu klein.
Hier sieht man die Quantenmechanische Elektronenwolke eines Kohlenstoffatom so würde es richtig heißen

Der Zuckerwürfel

Stellt euch einen Zuckerwürfel vor.. kennt jeder von euch .. der hat ungefähr 1 cm hoch 3 ( Kubikzentimeter )
So .. nun füllt ihr diesen Zuckerwürfel ( cm³ ) mit der schwersten Sache die ihr euch vorstellen könnt.
Wie schwer wird der wohl sein
Egal was ihr nehmt ihr kommt nicht über ein paar Gramm hinaus.

Jetzt packe ich den mal voll und komme auf 2 Milliarden Tonnen das sind 2 x 10 hoch 9 t

Wenn ich Wasser nehmen würde ergäbe das einen Würfel Von ca. 1,3 x 1,3 x 1,3 Km um auf diese Masse zu kommen.

Wie kann das sein .... hier ein Vid

Also falls ihr es überhört habt ...das Elektron schwirrt in einem Abstand herrum der die Hälfte des Atomdurchmessers mal 10.000 bis 100.000 hat.

Anders vorgestellt .. nehmen wir mal einen Fußball. Der hat ca. 20 cm Durchmesser.
Der Radius also 10 cm.

10 cm x 100.000 cm = 1.000.000 cm : 100 cm = 10000 m : 1000 m = 10 Km

So ... wenn ihr den Fußball vor euch liegen habt wäre das Elektron in einer maximalen Entfernung von 10 km.
Wenn wir ein Molekühl ( Ankettung von verschiedenen Elementen ) nehmen.
Nehme ich mal Wasser = H2O = ein Wasserstof Atom + 2 Sauerstoff Atome

Dann hätte dieses Molekül einen ca. Durchmesser von 30 km ( Wenn die Atome Fußballgröße hätten )

Wie komme ich jetzt auf meinen 2 Milliarden Tonnen Zuckerwürfel ?

Ich entferne die Elektronenabstände und presse sie in den "Atomkern". Die "Atomkerne" liegen jetzt dicht an dicht und das ganze nennt man in der Natur Neutronenstern

Das ist die letzte Vorstufe zu einem schwarzem Loch.

Es soll noch Quarksterne geben, hat man aber bis jetzt nicht gefunden.

Sand

Um die Menge der Atome noch mal deutlich zu machen....( Quelle: National Geografic )

In einem Sandkorn mit der dicke eines Haares passen in den Durchmesser ca. 300.000 Atome

Die Menge der Elementarteilchen in solch einem Sandkorn beträgt.... nun ja

Nimm die Sahara ( 24 x so gross wie Deutschland ) und häufe die ganze Fläche 3m hoch mit Sand auf. Dann hast du die Menge an Elementarteilchen die in einem Sandkorn sind

So Leute.... das wars erst mal mit den größen ich hoffe ihr seht warum ich das so aufbauen musste und das ihr soweit mitgekommen seit.

MFG

Bak

Pale Blue Dot

...ist der Name eines Fotos der Erde, aufgenommen von der Raumsonde Voyager 1 aus einer Entfernung von etwa 6,4 Milliarden Kilometern, der größten Distanz, aus der jemals ein Foto der Erde gemacht wurde. Das Bild entstand am 14. Februar 1990 als Teil einer Serie von 60 Bildern, die das gesamte Sonnensystem mit sechs sichtbaren Planeten zeigt.

Auf Anregung des Astronomen Carl Sagan wurde Voyager 1 nach Abschluss der primären Missionsziele um 180 Grad gedreht und nahm die Serie von 39 Weitwinkel- und 21 Teleaufnahmen auf.

Die älteren unter uns kennen vielleicht noch Carl Sagans Serie ... Unser Kosmos....

Ach ist das schon lange her

Hier werden viele Sachen gesagt und gezeigt, wozu euch die Hintergrundinformation fehlt.

Wissen ohne Hintergrundinformationen ist nutzlos

Diese werde ich euch im Laufe dieses Threads geben und dementsprechend erklären.

MFG

Bak

Maßeinheiten im Universum

In den meisten Sci - Fi Filmen, Büchern und Spielen werden Astronomische Maßeinheiten verwendet ... aber was ist das genau...

AE

Die AE war ursprünglich definiert als die Länge der großen Halbachse der Erdbahn.Die AE beträgt 149.597.870.691 Meter

Parsec

Das Parsec (abgekürzt für Parallaxensekunde oder parallaktische Sekunde, Einheitenzeichen pc) ist eine astronomische Längeneinheit für die Entfernungsangabe von Himmelskörpern.

1 Parsec (pc) = 3,26 Lichtjahre =206 264,806 AE

Licht

eine Lichtsekunde (1 Ls) 299.792,458 km ~ 300 Millionen Meter
eine Lichtminute (1 Lm) 17.987.547,48 km ~ 18 Milliarden Meter
eine Lichtstunde (1 Lh) 1.079.252.848,8 km ~ 1,1 Billionen Meter
ein Lichttag (1 Ld) 25.902.068.371,2 km ~ 26 Billionen Meter
ein Lichtjahr (1 Lj) (365,25 Tage) 9.460.730.472.580,8 km ~ 9,5 Billiarden Meter

Ein Lichtjahr entspricht des Weiteren

63241,077 088 071 AE (Astronomischen Einheiten),
0,306 601 1058 pc (Parsec),

Hier erlaubt sich mein Kumpel Harald einen "kleinen Fehler". Er gibt die Distanz vom Sonnensystem zum Zentrum der Milchstraße mit 100.000 Lichtjahren an.
Das ist falsch.
Die Milchstraße hat einen Durchmesser von ca. 100.00 Lichtjahren und das Sonnensystem ist ca. 25.000 Lichtjahre vom Zentrum entfernt.

Wabenstruktur des Universums

Triebwerksarten (später dazu mehr)

Das klassische chemische Triebwerk

Die Rakete wie man sie sich vorstellt, erhitzt durch Verbrennung ein Gas in einer Brennkammer. Die unter hohem Druck stehenden Verbrennungsgase können die Brennkammer nur in einer Richtung durch eine Düse verlassen. Dies tun sie mit hoher Geschwindigkeit, bis über 4 Kilometer pro Sekunde, wenn Sauerstoff und Wasserstoff verbrannt werden.

Das Ionentriebwerk

Der spezifische Impuls des Triebwerks liegt mit 30'000 m/s nun wesentlich höher als bei allen chemischen Triebwerken. Auch hier ist der Schub mit 0.092 Newton bescheiden ( das ist der Druck den 1 DN 4 Blatt auf deine Hand ausübt ). Das Triebwerk muss deshalb anderthalb Jahre arbeiten (14'000 Stunden).

Das schnellste von menschenhand Objekt

Nun entfernt sich die " New Horizons " inzwischen mit einer Geschwindigkeit von
83.600 Kilometern pro Stunde von der Sonne.

Die Voyager 1

war lange Zeit das von Menschen schnellste gebaute Objekt.
sie legt ca. 17km/s zurück.

Die Sonde wurde am 5. September 1977 gestarted und erreichte im Jahr 2012 den Rand der Heliopause.

So Leute... das sind 35 Jahre mit 17km/sec oder ca. 61.000 Km/h.

Die zurück gelegte Stecke beträgt ca. 19 Milliarden km oder 0,0019 Lj

Das Licht braucht über 15 Std um bis zur Sonde zu gelangen.

Lichtgeschwindigkeit ca. 300.000 Km/s

Und die Sonde hat gerade mal unser Sonnensystem verlassen.... und durchbrach die Heliopause. Das ist der Punkt wo die Sonne ihren Wirkungsbereich verliert und das interstellare Medium anfängt.

In diesem Vid sieht man gut die Flugbahnen der Voyager 1 und 2.

MFG

Bak

Die Hochzahlen....

sind enorm wichtig, sie helfen das Universum ein wenig zu verstehen. Aber ab einem bestimmten Punkt können wir uns die Größen oder winzigen Einheiten nicht mehr vorstellen. Das kann keiner, auch nicht die Prof's die damit Arbeiten.

Das alles baut aufeinander auf und hilft später Neutronensterne und Schwarze Löcher zu erklären

10 hoch 3 = Tausend
10 hoch 6 = Million
10 hoch 9 = Milliarde
10 hoch 12 = Billion
10 hoch 15 = Billiarde
10 hoch 18 = Trillion
10 hoch 21 = Trilliarde
10 hoch 24 = Quadrillion
10 hoch 27 = Quadrilliarde
10 hoch 30 = Quintillion

Weisst du was ein m ist ?

Yottameter 10 hoch 24
Zettameter 10 hoch 21
Exameter 10 hoch 18
Petameter 10 hoch 15
Terameter 10 hoch 12
Gigameter 10 hoch 9
Megameter Mm 10 hoch 6 1000 km gebräuchlich in der Ozeanologie
Myriameter 10 hoch 4 10 km veraltet, siehe Myriameterstein
Kilometer km 10 hoch 3 1000 m
Hektometer hm 10 hoch 2 100 m
Dekameter dam 10 hoch 1 10 m

Meter m 10 hoch 0 Grundmaß

Dezimeter dm 10 hoch -1 10 cm
Zentimeter cm 10 hoch -2 10 mm
Millimeter mm 10 hoch -3 1000 µm 10 Millimeter sind 1 Zentimeter.
Mikrometer µm 10 hoch -6 0,001 mm Veraltete Bezeichnung: Mikron.
Nanometer nm 10 hoch -9 Entspricht einem Millionstel Millimeter.
Ångström Å 10 hoch -10 100 pm gebräuchlich in der Atomphysik und in der Kristallographie
Pikometer pm 10 hoch -12
Femtometer fm 10 hoch -15
Attometer 10 hoch - 18
Zeptometer 10 hoch - 21
Yoctometer 10 hoch - 24

Plank Länge 10 hoch - 35 kleiner gehts nicht mehr
(was die Hochzalen angeht ...Urknall war kleiner ...das später )

Um die Hochzahlen noch mal deutlich zu machen....

1 m ist die Ausgangsposition = 1m x 10 hoch 0
1dm ist 0,1m oder 1m x 10 hoch -1
1 cm ist 0,01m oder 1m x 10 hoch -2
1mm ist 0,001m oder 1m x 10 hoch -3
.
.
.
u.s.w.

Ok das sollte jeder verstanden haben....

Ein Wasserstoffatom ist 10 hoch -11m groß
Ein Proton ist 10 hoch -15 m groß
Ein Elektron sowie ein Quark ist 10 hoch -18m groß
Ein Preon ist 10 hoch -21m groß
Ein Neutrino ist 10 hoch -24m groß
Ein String ist 10 hoch - 35m groß

Das sieht ungefär dann so aus.

0,00000000000000000000000000000000001m = 10 hoch-35 m

Ungefähre größe des Universums 9,3 × 10 hoch 26 m

Ungefähre größe des kleinsten "Teilchens" 10 hoch -35 m

The Scale of the Universe

[video]http://htwins.net/scale2/[/media]

MFG

Bak

Galaktische größen

Eine kurze Erklärung zu dem Vid ...

Man started bei der Erde und fliegt zu den "Rand des Universums" . Unten sieht man die Zeitabmessung die das Licht braucht um diese Strecke zurück zu legen.
Bei 70 Lichtjahren sieht man eine blaue Kugel. Das sollen die Radiosignale sein die von der Erde ausgesand worden sind und sich jetzt ungefär da befinden. Bei 100 Millionen Lj ist jeder Punkt den man sieht eine Galaxie odern ein Galaxienhaufen wobei jede Galaxie ca. 100 bis 800 Milliarden Sonnen hat. bei ca. 5 Milliarden Lj sieht man die uns bekannten katografierten Galaxien und Galaxienhaufen ganz gut und dann kommt die Hintergrundstrahlung bei ca. 13,8 Milljarden LJ.

The Known Universe by AMNH

Hier ein anderes Vid was ca. 20 Jahre auf dem Buckel hat aber deutlich macht wie wichtig Hochzahlen sind.

Hoch 10 (engl. Powers of 10) - DEUTSCH

und hier noch etwas neuer

The Powers of 10 - Wie groß ist das Universum

hier wirs es langsam schwer aber das muss leider sein um darauf aufbauen zu können.

Wer was nicht verstanden hat bitte Fragen

Weitere Größenordnungen....

Filamente und Voids (Bsp.: Große Mauer, Durchmesser: etwa 1 Mrd. Lichtjahre)

Superhaufen (Bsp.: Virgo-Superhaufen, Durchmesser: etwa 200 Millionen Lichtjahre)

Galaxienhaufen (Bsp.: Lokale Gruppe, Durchmesser: etwa 10 Millionen Lichtjahre)

Galaxien (Bsp.: Milchstraße, Durchmesser: etwa 100.000 Lichtjahre)

Sternhaufen (Kugelsternhaufen, Offene Sternhaufen, Durchmesser: dutzende bis hunderte Lj.)

Planetensysteme (Bsp.: Unser Sonnensystem, Durchmesser: etwa 300 AE = 41 Lichtstunden)

Sterne (Bsp.: Sonne, Durchmesser: 1.392.500 km)

Planeten (Bsp.: Erde, Durchmesser: 12.756,2 km)

Monde (Bsp.: Erdmond Durchmesser: 3.476 km)

Asteroiden, Kometen (Durchmesser: wenige Kilometer bis mehrere 100 km)

Meteoroiden (Durchmesser: vom Meter- bis herab zum Millimeterbereich)

Staubpartikel ( Partikel mit einem Durchmesser größer 10 µm = 1 Mikrometer ist ein tausendstel Millimeter)

Moleküle, Atome, Elementarteilchen
(Durchmesser: von Atomradien liegen in der Dimension um 10 hoch−10 m (=1 Ångström =100 pm =0,1 nm, Kovalenzradius im Wasserstoffmolekül 32 pm bis Die experimentelle Obergrenze für die Größe des Elektrons liegt derzeit bei etwa 10 hoch−19 m

Strings ein wenig grösser als die mindest Plank Länge=1,616252 · 10 hoch−35 m

Wie ihr seht oder merkt ... kann man sich diese grössen einfach nicht vorstellen. Das kann keiner. Selbst Astrophysiker die tagtäglich damit arbeiten können das nicht, die haben nur Zahlenwerte und das akzeptieren sie auch.

Wenn man es versucht zu verstehen ...das gibt nur Kopfschmerzen. Das gilt für einige Sachen.....

MFG

Bak