Glossar
Absoluter Nullpunkt (der Temperaturskala): Die kälteste mögliche Temperatur; sie liegt bei ungefähr minus 273 Grad Celsius (= 0 Grad Kelvin). Sämtliche Wärmemenge hat an diesem Punkt auf Null abgenommen. Nur noch die quantenmechanische Grundschwingung der Atome existiert noch. Manche Stoffe werden bei solch tiefen Temperaturen supraleitend (siehe Supraleiter).
Absolute Zeit: Newton nahm an, dass die Zeit überall und für immer gleichermassen verstreicht, dass sie sozusagen als "absolut" angesehen werden kann. Einsteins Relativitätstheorie widerlegte diesen Standpunkt.
Allgemeine Relativitätstheorie: Einsteins Theorie der Gravitation. Jede Form von Masse oder Energie erzeugt, beziehungsweise krümmt den Raum.
Alpha Centauri: Ein Doppelsternsystem, das von der Erde nur 4.2 Lichtjahre entfernt ist.
Antimaterie/Antiteilchen: Zu jedem Materieteilchen gibt es sein Gegenstück, das Antimaterieteilchen. Kommen beide in Kontakt vernichten sie sich. Dabei wird die gesamte Materie in Energie verwandelt. Der umgekehrte Weg, die Verwandlung energiereicher Strahlung in ein Teilchen-Antiteilchenpaar ist auch möglich. Das Antiteilchen existiert gewöhnlich nur sehr kurz und reagiert sofort mit Materie.
Äther: Früher vermutete man, dass der "Äther" ein dünnes Gas (?) im Weltraum nötig sei, damit sich Licht und andere elektromagnetische Strahlung ausbreiten könne. Einsteins Relativitätstheorie setzte dieser Vorstellung ein Ende.
Atom: Kleinster Baustein der Materie. Er kann sich mit anderen Atomen zu Molekülen verbinden und so feste Körper bilden. Atome bestehen aus einem Atomkern (den Protonen und Neutronen) und einer Hülle aus Elektronen.
Aufenthaltswahrscheinlichkeit (eines Elektrons): Die Wahrscheinlichkeit, mit der ein Elektron an einem bestimmten Ort anzutreffen ist.
Bezugssytem: Jener Ort, von welchem aus beobachtet wird. Das kann die Erde sein, oder ein schnelles Raumschiff etc. In der Relativitätstheorie kommt es entscheidend darauf an, von welchem Bezugssystem aus ein Vorgang beobachtet wird.
Boson: Elementarteilchen mit ganzzahligem Eigendrehimpuls (Spin).
Doppler-Effekt: Zeigt sich z.B. beim Vorbeifahren eines Polizeiwagens mit eingeschalteter Sirene. Die Töne hören sich nach dem Vorbeifahren tiefer an, da sie auseinandergezogen, d.h. ihre Wellenlänge gedehnt wurde.
Drehimpuls: Ein sich drehender Körper wird durch seinen Drehimpuls beschrieben, der abhängig von seiner Masse und Drehgeschwindigkeit ist. Elementarteilchen haben auch einen Drehimpuls, der "Spin" genannt wird.
Dunkle Materie: Materie, die nicht direkt beobachtet werden kann, die aber durch ihre Gravitationswirkung nachweisbar ist. Ihre Natur ist schwer abschätzbar, hat aber entscheidende Auswirkung auf das Schicksal des Universums.
Eigenzeit: Jedes Bezugsystem hat seine eigene Zeit, die sich von den Zeiten an anderen Orten unterscheiden kann.
Elektromagnetische Kraft: Eine der vier fundamentalen Kräfte. Sie bewirkt die Anziehung von entgegengesetztem Ladungen ( - und +) und die Abstossung von gleichen Ladungen (zum Beispiel + und +).
Elektromagnetische Strahlung (Welle): Kann von verschiedenen Quellen erzeugt werden. Die Art der Quelle bestimmt die Wellenlänge der Strahlung und damit, ob es sich um Radiowellen und Mikrowellen, Infrarotstrahlung, sichtbares und UV-Licht, Röntgen und Gammastrahlung handelt.
Elektron: Elementarteilchen mit negativer Ladung. Aus ihnen besteht die Hülle eines Atoms.
Elementarteilchen: Teilchen, die nicht weiter zerlegt werden können, also kleinste Bausteine der Materie.
Entropie: Das Mass der Unordnung in einem physikalischen System. Sie nimmt in einem abgeschlossenen System laut Thermodynamik nie ab.
EPR-Experiment: Ein von den Herren Einstein, Podolsky und Rosen erdachtes Gedankenexperiment, welches zeigen sollte, dass die Quantenmechanik nicht stimmt. Experimentell hat man jedoch bewiesen, dass zwei gemeinsam erzeugte Teilchen tatsächlich so eng verbunden bleiben, dass sie einander über grosse Entfernungen hinweg ohne Verzögerung beeinflussen können.
Ereignishorizont (Horizont): Die Grenze eines Schwarzen Lochs, aus dem nichts (auch nicht Licht) entweichen kann.
Feld: Ein Feld durchsetzt den Raum wie ein dreidimensionales Netz und übt eine Kraft aus. Ein Beispiel ist das elektromagnetische Feld, welches auf elektrische Ladungen wirkt. In Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie sind Raum und Materie so eng miteinander verknüpft, dass der Raum ein "Spiegelbild" der Materie ist. Die Materie formt den Raum und gibt ihm seine charakteristische Eigenschaft z.B. seine Krümmung.
Feldtheorie, Einheitliche: Der Versuch alle Kräfte zu einer Urkraft zu vereinigen, um so eine einheitliche Theorie für alle physikalischen Phänomene zu bekommen. Auch "Weltformel" genannt.
Fermion: Elementarteilchen mit halbzahligem Spin, z.B. Elektronen, Protonen, Neutronen.
Fluktuation: Schwankung (einer physikalischen Grösse).
Fundamentale Kräfte: Die folgenden vier Kräfte zählen zu den fundamentalen, also grundlegenden Kräften im Universum: elektromagnetische Kraft, Gravitation (Schwerkraft), stark und schwache (Kern-)Kraft.
Gravitationskraft: Die schwächste der vier fundamentalen Kräfte. Sie bewirkt die Anziehung zwischen Massen.
Gravitationsstrahlung(-welle): Die Quelle von Gravitationsstrahlung(-welle) ist unter anderem ein kollabierender Stern, etwa bei einer Supernovaexplosion. Gravitationswellen sind bisher nur indirekt nachgewiesen worden.
Graviton: Teilchen welches die Gravitationskraft vermittelt, ähnlich wie das Photon Vermittler der elektromagnetischen Kraft ist.
Interferenz: überlagerung von Wellen, erkennbar am charakteristischen Muster. Entsteht zum Beispiel, wenn man zwei Steine nebeneinander in einen ruhigen See wirft.
Kernfusion: Prozess, bei dem Atomkerne miteinander verschmelzen, zum Beispiel Wasserstoffatome (?) dabei entsteht Helium. Der Massenunterschied zwischen Ausgangs- und Endzustand wird als Energie freigesetzt. Fusion findet im Inneren von Sternen statt, man versucht die Methode schon seit Jahren vergeblich auch auf der Erde zu nutzen.
Kernkraft: Die schwachen und starken Kernkräfte halten den Atomkern zusammen. Heute nennt man Energie aus Atomspaltung ebenfalls oft "Kernkraft".
Kernspaltung: Prozess, bei dem Atomkerne, zum Beispiel Uran oder Plutonium, in Bruchstücke zerfallen. Bei diesem radioaktiver Zerfall wird der Massenunterschied zwischen Ausgangs- und Endzustand als Energie freigesetzt. In Atomkraftwerken (bessere Bezeichnung: Kernkraftwerke) wird eine kontrollierte Kettenreaktion von Uran oder Plutonium durchgeführt.
Klassische Theorie bzw. Physik: Jene Theorien, die auf den Prinzipien von Newton und Maxwell aufbauen und ohne Quantenphysik auskommen.
Kosmische Hintergrundstrahlung: Die vom Urknall übriggebliebene Strahlung (im Mikrowellenbereich), welche auf ca. 270 Grad Celsius abgekühlt ist.
Lichtgeschwindigkeit: Beträgt knapp 300.000 Kilometer pro Sekunde und ist nach Einstein eine Naturkonstante.
Lichtquanten: Lichtteilchen, auch Photonen genannt. Atome können Lichtquanten nur in ganz bestimmten Portionen aufnehmen oder abgeben.
Laser (Light amplification by stimulated emission of radiation): Strahlenquelle die quantenmechanische Eigenschaften ausnutzt, um stark gebündeltes Licht zu erzeugen.
Lichtjahr: Die Entfernung, die das Licht in einem Jahr zurücklegt.
Molekül: Verband aus mehreren Atomen.
Neutrino: Elementarteilchen, welches beispielsweise bei Kernprozessen vorkommt und eine sehr geringe oder sogar gar keine Masse hat. Neutrinos treten nur sehr schwach mit anderen Teilchen in Wechselwirkung und sausen durch Atome (die ja zu einem grossen Teil aus leerem Raum bestehen) einfach so durch. Sogar durch die Erdkugel fliegen sie hindurch, ohne sich in ihrer Bahn ablenken zu lassen oder dass jemand davon etwas merkt.
Neutron: Neutrales Elementarteilchen, das zusammen mit Protonen den Atomkern bildet.
Neutronenstern: Ein kollabierter Stern, der nur noch ca. 30 Kilometern Durchmesser hat und aus extrem dicht gepackten Neutronen besteht.
Nova: Das Aufleuchten eines Sterns aufgrund einer gewaltigen Erhitzung der Oberfläche.
Paralleluniversum: Ein Universum, das parallel zu unserem existiert. Everetts Theorie geht von vielen nebeneinander existierenden Paralleluniversen aus. Er vermutete, dass sich die Wirklichkeit jedesmal aufspaltet, wenn mehrere Möglichkeiten existieren.
Pauli-Prinzip: Ein fundamentales Gesetz welches verbietet, dass zwei Teilchen mit halbzahligem Spin (wie zum Beispiel Elektronen) im gleichen Quantenzustand sein dürfen. Die Folge ist, dass Elektronen voneinander wegstreben, also sehr ungesellig sind, und die Materie nicht einfach zusammenfallen kann, obwohl sie zum grössten Teil aus leerem Raum besteht.
Photon: Lichtteilchen oder kleinstes Energiepaket. Es vermittelt auch die Kraft zwischen geladenen Teilchen.
Plasma: Ionisiertes Gas von extrem hoher Temperatur.
Positron: Antiteilchen des Elektrons. Im Gegensatz zum Elektron ist es positiv geladen.
Proton: Elementarteilchen, welches mit den Neutronen den Atomkern bildet.
Pulsar: Ein Neutronenstern, der sich sehr schnell (bis zu 1000 mal pro Sekunde) um seine eigene Achse dreht und dabei ähnlich wie ein Leuchtturm Radiowellen ausstrahlt.
Quant: Kleinste, unteilbare Einheit.
Quantencomputer: Computer, die quantenmechanischen Eigenschaften nutzen um dadurch leistungsfähiger zu werden. Solche Systeme werden zur Zeit entwickelt.
Quantengravitation: Theorie welche die Quantenmechanik und die Gravitationstheorie (Allgemeine Relativitätstheorie) vereinigt.
Quantenfluktuationen: Schwankung einer physikalischen Grösse, die durch die Heisenbergsche Unschärferelation vorhergesagt wird. Man kann sich das wie ein Pendel vorstellen, das in Ruhe ist und direkt nach unten zeigt, aber niemals völlig still steht. Das geht laut Quantenphysik gar nicht, denn sie besagt ja, dass man im atomaren Bereich Position und Geschwindigkeit nie gleichzeitig genau messen kann. Ein ruhendes Pendel hätte eine eindeutige Position und seine Geschwindigkeit läge bei Null. Deshalb zeigt das Pendel sozusagen immer winzige Ausschläge, zittert und vibriert quasi.
Quantenfluktuationen finden zum Beispiel im Vakuum statt, dem leeren Raum: Ein Bereich des Raumes borgt sich Energie von seinem Nachbarbereich, erzeugt Strahlung und gibt sie wieder zurück. Trotzdem bleibt die Summe der Energie im Durchschnitt gleich.
Quantenkryptographie: Verschlüsselungstechnik, die quantenmechanische Eigenschaften nutzt. Wird zur Zeit entwickelt.
Quantenmechanik: Theorie welche die Bewegung (Mechanik) der Elementarteilchen beschreibt, z.B. Elektronen um den Atomkern. Ein wesentliches Merkmal ist, dass die Energie nur noch in Portionen (Quanten) abgegeben bzw. aufgenommen werden kann. Die Quantenmechanik beschreibt diese Vorgänge, was die früheren (klassischen) Theorien von Newton und Maxwell nicht konnten. Ohne sie hätte die moderne Technik, z.B. Computer und Laser, nicht entstehen können.
Quantenzustand: Die Bahn eines Elektrons um seinen Atomkern wird durch seinen Quantenzustand charakterisiert. Dabei muss jedes Elektron einen unterschiedlichen Zustand einnehmen (Pauli-Prinzip).
Quark: Kleinste Bauteile der Materie, wurden erst spät im 20. Jahrhundert entdeckt. Protonen und Neutronen bestehen jeweils aus drei Quarks (Protonen aus zwei "up" und einem "down" und Neutronen aus einem "up" und zwei "down" Quarks), die untrennbar zusammenhängen.
Quasar: Aktive Galaxie, die extrem hell leuchtet.
Radioaktivität: Spontaner Zerfall eines radioaktiven Elements (z.B. Uran oder Plutonium) in mehrere Bruchstücke.
Raumzeit: Alle drei Raumdimensionen plus die Zeitdimension. Bezeichnet man so, weil Raum und Zeit eng verbunden sind.
Relativitätstheorie: Umgangssprachliche Bezeichnung für Einsteins wichtigste Theorie, die unter anderem das berühmte E=mc2 enthält.. Experten unterscheiden zwischen Allgemeiner Relativitätstheorie und Spezieller Relativitätstheorie.
Rotverschiebung: Verschiebung der Spektrums zu längeren Wellenlängen, beispielsweise durch den Doppler-Effekt, wenn sich Strahlenquelle und Beobachter voneinander entfernen, oder durch extrem starke Gravitation.
Schwache Kraft: Eine der vier fundamentalen Kräfte. Sie wirkt in Atomkernen, beispielsweise beim radioaktiven Zerfall.
Schwarzes Loch: Dahinter verbirgt sich ein kollabierter Stern, dessen Masse derart konzentriert ist, dass der Raum extrem weit gekrümmt wird. Nicht einmal Licht kann der extrem starken Gravitation eines Schwarzen Lochs entfliehen, deshalb ist es schwarz.
Schwarzer Zwerg: Erkalteter Weisser Zwerg.
Singularität: Zentrum eines Schwarzen Lochs, an dem die Raumkrümmung theoretisch unendlich wird.
Spektrum: Wir sehen Licht als weiss. Es setzt sich jedoch aus allen möglichen Farben zusammen. Aufgefächert sieht dieses sogenannte Spektrum aus wie ein Regenbogen. Wenn man dieses Spektrum analysiert, kann man daraus erkennen, was für chemische Elemente das Objekt enthält, das das Licht aussendet.
Spektrometer: Instrument, mit dem man das -> Spektrum analysieren kann.
Spezielle Relativitätstheorie: Diese Theorie Einsteins beschreibt physikalische Vorgänge bei sehr hohen Geschwindigkeiten (nahe der Lichtgeschwindigkeit), zum Beispiel Zeitdehnung und Längenschrumpfung.
Spin: Quantenmechanische Eigenschaft eines Elementarteilchens. Man kann diese Eigenschaft mit einer Drehung vergleichen (die nach rechts oder links möglich ist).
Starke Kraft: Eine der vier fundamentalen Kräfte. Sie hält sowohl die Quarks als auch die Protonen und Neutronen in Atomkernen zusammen.
String: Eindimensionales Objekt, welches in verschiedenen Schwingungszuständen existiert und dadurch die unterschiedlichen Elementarteilchen repräsentiert.
Stringtheorie: Theorie, welche über Strings alle Kräfte zu vereinigen sucht. In der so genannten Superstringtheorie sind Teilchen und Kraftteilchen austauschbar. Sie schliesst die Gravitation mit ein.
Supernova: Gewaltige Explosion eines Sterns.
Supraleitung: Quantenmechanisches Phänomen, bei dem der elektrische Widerstand eines Metalls bei extrem tiefen Temperaturen schlagartig auf Null fällt. Schaltet man einmal den Strom in einem supraleitenden System an, dann fliesst er in alle Ewigkeit weiter.
Tachyonen: Hypothetische (also theoretisch angenommene) Teilchen, die sich mit überlichtgeschwindigkeit bewegen.
Thermodynamik (Wärmelehre): Sie beschreibt verschiedene Energieformen (Wärme, Bewegungsenergie, Arbeit, potentielle Energie...) und ihre Umwandlung von einer Form in eine andere. Nach dem 1. Hauptsatz kann Energie nie vernichtet werden, sie ändert nur ihre Form. Doch damit ist noch nicht klar, in welche Richtung die Umwandlung passiert. Dies beschreibt der 2. Hauptsatz ("Entropiesatz"). Er besagt, dass die Unordnung eines abgeschlossenen Systems immer zunimmt, und nur im idealsten Fall gleich bleibt. Es gibt also immer weniger nutzbare Energie.
Unschärferelation: Fundamentales Prinzip wonach Ort und Geschwindigkeit eines quantenmechanischen Teilchens nicht gleichzeitig exakt bestimmt werden können. Je genauer der Ort, desto ungenauer kann die Geschwindigkeit bestimmt werden und umgekehrt.
Urknall: Zustand extremer Temperatur und Dichte zu Beginn unseres Universums, aus dem es sich nach und nach entfaltete.
Vielweltentheorie: Eine von Everett begründete Theorie, welche die Existenz mehrerer Universen parallel nebeneinander erlaubt.
Virtuelles Teilchen: Elementares aber nicht direkt beobachtbares Teilchen. Viele Physiker vermuten, dass sich virtuelle Teilchen im Weltraum ständig aus dem Nichts bilden und gegenseitig wieder zerstören.
Warp: In der Serie Star Trek bezeichnet "Warp" eine fast grenzenlos hohe Geschwindigkeit. Schneller als Licht können Raumschiffe jedoch nur in der Science fiction fliegen.
Weisser Zwerg: Sterne kleiner als 1.4 Sonnenmassen kollabieren nach Verbrauch ihres nuklearen Brennstoffs zu Weissen Zwergen mit einem Durchmesser von einigen tausend Kilometern.
Welle-Teilchen Dualismus: Konzept, wonach quantenmechanische Teilchen, zum Beispiel Elektronen, sowohl Wellen- als auch Teilcheneigenschaften besitzen.
Wellenfunktion: Mathematische Beschreibung eines quantenmechanischen Teilchens. Sie zeigt den Zustand des Teilchens, also die Tatsache, dass es mehrere Möglichkeiten mit unterschiedlicher Wahrscheinlichkeit hat, bis es jemand beobachtet.
Weltformel: Eine Formel, die alle physikalischen Erscheinungen einschliesst. Siehe Einheitliche Feldtheorie.
Zeitdehnung bzw. Zeitdilatation: Bei sehr hohen Geschwindigkeiten (nahe der Lichtgeschwindigkeit) tritt in bewegten Systemen laut Spezieller Relativitätstheorie eine Zeitdehnung relativ zum ruhenden Beobachter auf.
Zwillingsparadoxon: Das Phänomen unterschiedlich gealterter Zwillinge (durch die Zeitdilatation), wenn ein Zwilling mit hoher Geschwindigkeit (nahe Lichtgeschwindigkeit) reist, während der andere im ruhenden System zurückbleibt.