Akademie für Ältere Heidelberg 2020/1. Halbjahr


Faszination Astronomie - Themen der modernen Astronomie

Seminar für Senioren und Seniorinnen 2020:


Dienstag 08:45 - 10:15 Uhr

Volkshochschule Heidelberg, Raum E10

Bergheimer Straße 76

Ist Zeit eine Illusion?


Horizon
Abb.: Sturmsysteme auf Jupiter
[Bild: Juno/NASA/JPL]


Ist Zeit eine Illusion?
Während Sie diesen Satz lesen, haben Sie wahrscheinlich das Gefühl: Dieser Moment – gerade jetzt – ist das, was sich ereignet. Der gegenwärtige Augenblick fühlt sich besonders an. Er ist real. Auch wenn wir uns an die Vergangenheit erinnern oder in die Zukunft blicken, leben wir in der Gegenwart. Natürlich geschieht der Moment, in dem Sie jenen Satz lasen, nicht mehr. Jetzt ist dieser dran. Mit anderen Worten, die Zeit scheint zu fließen, indem die Gegenwart sich ständig erneuert. Wir haben den unabweisbaren Eindruck, dass die Zukunft offen ist, bis sie Gegenwart wird, und dass die Vergangenheit feststeht. Mit dem Fluss der Zeit treibt die Dreiheit aus fixierter Vergangenheit, unmittelbarer Gegenwart und offener Zukunft vorwärts. Diese Struktur ist in unserer Sprache, unserem Denken und Verhalten fest verankert. Von ihr hängt ab, wie wir unser Leben führen.

Turbulenz
Abb.: Galaxien sind die Bausteine des Universums. Über 100 Milliarden Galaxien sind im sichtbaren Universum aufzuspüren. Bisher sind nur einige Millionen von ihnen erfasst worden.

Doch so natürlich diese Denkweise anmutet, in der Naturwissenschaft spiegelt sie sich nicht wider. Die physikalischen Gleichungen sagen uns nicht, was sich gerade jetzt ereignet; sie sind wie eine Karte ohne die Markierung "Sie sind hier". In ihnen gibt es weder den gegenwärtigen Moment noch den Fluss der Zeit. Insbesondere besagen Albert Einsteins Relativitätstheorien nicht nur, dass keine speziell ausgezeichnete Gegenwart existiert, sondern auch, dass alle Momente gleich real sind. Im Grunde ist die Zukunft nicht offener als die Vergangenheit.

Richard Muller sagt: „Eine Sache, die wir von Einstein gelernt haben, ist die enge Verbindung von Raum und Zeit. Ich hatte einen aha-Moment: mehr Raum bedeutet auch mehr Zeit. Seit dem Urknall wird dem Universum immer weiter Zeit hinzugefügt. Und diese neue Zeit nennen wir Jetzt. Wir bekommen jede Sekunde eine neue Sekunde dazu, weil mehr Raum im Universum entsteht und damit mehr Zeit. Der neue Raum bildet sich zwischen den Galaxien und die neue Zeit ist unser Jetzt, Jetzt, Jetzt, Jetzt, Jetzt. Die Zeit nimmt also immer weiter zu.“

Was ist Zeit?

Daten und Themen des Seminars




2019/2: Themen 2019/2. Halbjahr


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14. Januar: Astronews 1


Es gibt zwei sehr interessante Meldungen über Entdeckungen im letzten Jahr:
==> ein erdähnlicher ExoPlanet TOI-700 d in 100 Lichtjahren Entfernung;
==> das zweite Gravitationswellenereignis von verschmelzenden Neutronensternen GW190425.

21. Januar: Astronews 2. Teil


Zeit gibt es in den tatsächlichen, messbaren Abläufen in der Natur und sie ist Gegenstand der Physik. Vielleicht ist sie nicht so fundamental wie wir glauben. Vielleicht wird sie sich in einer zukünftigen Theorie aus etwas anderem ableiten lassen. Aber deshalb ist sie noch lange keine Illusion.

Einen entscheidenden Durchbruch in unserem Verständnis des Zeitbegriffs verdanken wir Galileo Galilei (1564–1642) und Sir Isaac Newton (1643–1727). Die beiden Universalgelehrten haben unser Verständnis von der Natur im 16. und 17. Jahrhundert entscheidend geprägt. Hinsichtlich des Zeitbegriffs sind ihre Arbeiten auf dem Gebiet der klassischen Mechanik und der Schwerkraft bedeutend. Sowohl Galilei als auch Newton führten physikalische Experimente durch. Diese beschrieben sie durch mathematische Gleichungen, in denen die Zeit als Variable eine große Rolle spielt. Die Physiker nennen sie Bewegungsgleichungen – wir stoßen also wieder auf den aristotelischen Begriff der Bewegung: kinesis. Im Allgemeinen handelt es sich bei den Bewegungsgleichungen um Differenzialgleichungen, die beschreiben, wie sich der Ort eines Körpers unter der Einwirkung einer äußeren Kraft ändert, beispielsweise beim Hin- und Herschwingen eines Pendels unter dem Einfluss der Schwerkraft. Die mathematischen Lösungen einer Bewegungsgleichung geben darüber Aufschluss, an welcher Stelle sich das Pendel zu einem beliebigen Zeitpunkt befindet, wie schnell es dann schwingt und wie stark es gerade beschleunigt wird. Dieser mathematische Formalismus ist sehr mächtig und besitzt weit reichende Anwendungen in Naturwissenschaft und Technik.

Die Zeit ist unbeeinflussbar – oder, wie Newton es in seinem 1687 erschienenen Hauptwerk "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica" formulierte: "Die absolute, wahre Zeit verfließt an sich und vermöge ihrer Natur gleichförmig und ohne Beziehung auf irgendeinen äußeren Gegenstand." Ein solcher Ansatz für das Wesen der Zeit war überaus erfolgreich, aber es sollte sich zeigen, dass mit der modernen Physik des 20. Jahrhunderts das Verständnis des Zeitbegriffs weiterentwickelt werden musste.

28. Januar: Einsteins Vision von Raum & Zeit


Seit Einsteins Relativitätstheorie ist den Physikern klar, dass Zeit keine absolute Größe ist. Sie ist relativ und hängt davon ab, wie schnell wir uns durch den Raum bewegen. Und der Raum ist natürlich auch keine Konstante. Er dehnt sich, krümmt sich oder zieht sich zusammen. Für unsere Alltagslogik ist das schwer zu fassen. Aber Carlo Rovelli verlangt noch etwas mehr. Auch die Gegenwart verschwindet aus der Physik und mit ihr die klare Grenze zwischen Vergangenheit und Zukunft. Für unsere Vorfahren war die Erkenntnis, auf einer riesigen, sich drehenden Erdkugel durch das Universum zu rasen ebenso „weltfremd“ wie für uns eine Welt, in der die Gegenwart nicht existiert. Orientiert sich doch unser ganzes Leben wie die Grammatik aller Sprachen an der Trennung von Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft.

4. Februar: Das Wesen elektrischer Felder


Auf vielfachen Wunsch erarbeiten wir die Grundlagen der Maxwellschen Theorie der elektromagnetischen Felder von 1865. Diese Theorie war Ausgangspunkt der Speziellen Relativität von Einstein von 1905. Jede Verteilung von Ladungen erzeugt eine elektrisches Feld, das den ganzen Raum außerhalb der Ladungen erfüllt. Dies ist in Analogie zum Gravitationsfeld von Newton zu sehen, das alle Massen umgibt. Der Begriff des Feldes ist dabei fundamental!

11. Februar: Die 4 Maxwell-Gesetze


Wenn Strom fließt, erzeugen elektrische Geräte und Leitungen zwei Arten von Feldern: elektrische und magnetische Felder. Ein elektrisches Feld entsteht, sobald an einem Gerät oder einer Stromleitung eine Spannung anliegt. Die Spannung ist die Voraussetzung dafür, dass elektrischer Strom fließen kann, wenn ein Gerät eingeschaltet wird. Wenn Strom fließt, entsteht zusätzlich ein Magnetfeld. Daher sind elektrische Geräte und Leitungen, in denen Strom fließt, von elektrischen und magnetischen Feldern umgeben. Praktisch alle Objekte des Universums erzeugen magnetische Felder (Sonne, Planeten, Neutronensterne, Molekülwolken, Galaxien etc.).

18. Februar: fällt aus!



25. Februar: Fasching!



3. März: Der Maxwellsche Verschiebungsstrom


Der Verschiebungsstrom ist der Teil des elektrischen Stromes, der durch die zeitliche Änderung der elektrischen Flussdichte gegeben ist. Er wurde von James Clerk Maxwell als nötiger Zusatzterm im Ampèreschen Gesetz erkannt. Als Maxwell die bis dahin von anderen Physikern wie Ampère und Faraday zusammengetragenen Erkenntnisse über elektromagnetische Phänomene in den Maxwellschen Gleichungen zu vereinen suchte, wurde ihm klar, dass das Ampèresche Gesetz über die Erzeugung von Magnetfeldern durch Ströme nicht vollständig sein konnte. Diese Tatsache wird durch ein einfaches Gedankenexperiment klar. Ohne den Verschiebungsstrom gibt es keine elektromagnetischen Wellen und die Ladungserhaltung wäre nicht gewährleistet.

10. März: Elektromagnetische Wellen


Unter elektromagnetischen Wellen versteht man sich wellenförmig ausbreitende, räumlich und zeitlich periodische Änderungen von elektromagnetischen Feldern, wobei die Ausbreitung mit Lichtgeschwindigkeit ( c = ca. 300.000 km/s) erfolgt. Ähnlich wie Wellen, die sich auf der Meeresoberfläche ausbreiten, pflanzen sich elektromagnetische Wellen im Weltall fort. Die Existenz dieser Wellen ist eine direkte Konsequenzen der Maxwellschen Theorie. Kombination der vier Grundgleichungen führt auf eine Wellengleichung.

17. März: Zeit & Lemaître's Universum


Georges Lemaître erklärte das Universum und keiner hörte zu: 1927 veröffentlichte der Belgier Georges Lemaître seine Urknall-Theorie. Jahrelang wurde er dafür von Kollegen belächelt. Albert Einstein fand die Theorie des Geistlichen gar "scheußlich" - und versuchte, sie mit einem Trick zu entkräften. Bereits im April 1927 hatte Lemaître sein Gedankenkonstrukt zum ersten Mal publiziert, allerdings auf Französisch und in einem kaum gelesen Fachblatt namens "Annales de la Société scientifique de Bruxelles". Einstein hatte die Theorie des Belgiers zunächst kategorisch abgelehnt, später war er umgeschwenkt.

24. März: Die kosmische Zeit - wahre Zeit




31. März: Das Universum ist geschlossen !


Die neueste Auswertung der CMB-Daten der Planck-Sonde zeigt, dass das Universum geschlossen ist - was ich schon lange vermutet habe, jedoch von den Kosmologen immer wieder verneint wurde. Nur ein geschlossenes Universum macht physikalisch Sinn! Die Diskrepanz zu den Supernova-Daten wird damit noch größer.

7. April: Ist Dunkle Energie gigantischer Irrtum?


Die These von Subir Sarkar.

14. April: Die Lokale Leere (Local Void)


Als Lokale Leere (engl. Local Void) wird eine ausgedehnte leere Region des Raumes bezeichnet, welche direkt an die Lokale Gruppe angrenzt. Die Lokale Leere wurde 1987 von Brent Tully und Rick Fischer entdeckt und besteht aus drei Separaten Sektoren, welche durch dünne Filamente getrennt sind. Das genaue Ausmaß der Leere ist nicht bekannt, beträgt jedoch geschätzt mindestens 45 Million Parsec (150 Millionen Lichtjahre) und bis zu 70 Million Parsec (230 Millionen Lichtjahre).

21. April: Teilchen und Wellen


In der Debatte, ob Licht entweder aus Teilchen oder aus Wellen besteht, wurde bald herausgefunden, dass auch für Elektronen ein Welle-Teilchen-Dualismus besteht. Hinweise für die Beschreibung von Licht als Welle waren zur Jahrhundertwende weit verbreitet. Als jedoch der Photoelektrische Effekt entdeckt wurde, gab es ebenso einen sicheren Beweis für die Teilchennatur des Lichts (Albert Einstein). Ebenso galt die Teilcheneigenschaft von Elektronen als bewiesen, bis die DeBroglie Hypothese und die Experimente von Davisson und Germer eine Wellennatur der Elektronen forderten.

28. April: Rechne und schweige!


Werner Heisenberg und Erwin Schrödinger haben weniger als zwei Jahre nach DeBroglies Hypothese über den Wellencharakter von Materie unabhängig voneinander jeweils eine umfassende Theorie entwickelt, die den Welle-Teilchen-Dualismus vereinheitlicht hat. Obwohl beide Ansätze sehr verschieden waren, konnte man bald zeigen, dass sie zueinander kompatibel waren. Der Ansatz Erwin Schrödingers hat sich dabei als anschaulicher erwiesen und sich daher durchgesetzt. Bei der Schrödinger-Gleichung handelt es sich um eine Gleichung, die eine der klassischen Wellengleichung ähnlichen Wellenfunktion (\psi-Funktion) enthält, mit der sich die Ausbreitung von Teilchen im Raum, oder genauer, die Wahrscheinlichkeit, Teilchen in einem bestimmten Raumvolumen nachzuweisen, beschreiben lässt. Die Schrödingergleichung kann nicht mathematisch exakt hergeleitet werden. Sie wurde von Schrödinger postuliert und hat sich zur Beschreibung quantenmechanischer Systeme als richtig erwiesen.

7. April: Das Periodensystem der Atome




14. April: Elektronen, Neutrinos & Quarks




21. April: Neutrinomassen & Mathematik




5. Mai: Quark-Gluon Plasma & frühes Universum




12. Mai: Vorbereitung Supernova-Exkursion




13. Mai: Exkursion zur Supernova Garching


Das ESO Supernova Planetarium & Besucherzentrum ist ein hochmodernes astronomisches Zentrum für die Öffentlichkeit. Hier, direkt neben dem Hauptsitz der ESO in Garching bei München, können Sie mit allen Sinnen in die faszinierende Welt des Universums eintauchen. Das Planetarium bietet sowohl Schulklassen, als auch Familien ein unvergessliches Lernerlebnis. Selbst die abstraktesten und schwierigsten Themen aus Astronomie und Physik werden hier einfach erklärt und visualisiert.

19. Mai: Was sind Quantencomputer ?




26. Mai: Gravitationswellen pseudo-Newtonsch


==> arXiv:1912.09247

2. Juni: Neue Ergebnisse von O3 LIGO/Virgo




9. Juni: Is Einstein still right (C. Will)?




16. Juni: Klima - ein chaotisches System ?




23. Juni: Neue Ergebnisse von Gaia D3




30. Juni: ....................




7. Juli: ........................




14. Juli: Die Lorentz-Invarianz der Wellengleichung




21. Juli: Rückblick




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Sommerpause bis 6. September 2020



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