PHYSIK compact - Basiswissen 8

Einleitung - die Krise der klassischen Physik

Lernziele

Linienspektrum einer Quecksilberdampflampe

Die klassische Physik hatte um 1900 einen Höhepunkt erreicht: Die großartigen Leistungen in der Mechanik, Thermodynamik, Optik und Elektromagnetismus ließen eine weitere Beschäftigung mit physikalischen Themen nur mehr als "wenig interessant" erscheinen ... Dennoch waren einige Fragen ungeklärt, etwa:

Aufgaben

Nicht alle der folgenden Aufgabenstellungen müssen sofort gelöst werden. Versuche sie mit deinem Wissen aus den vergangenen Jahren, auf der Basis von Physikbüchern und Zeitschriften oder mit Hilfe seriöser Quellen aus dem Internet zu beantworten. Dokumentiere deine Ansichten und vergleiche, sobald du dich eingehend mit der "modernen Physik" befasst hast (Hinweis: Dokumentation)!

Biografien

Recherchiere zu großen Physiker/innen und Entdeckern des 19. und 20. Jahrhunderts! Welche ihrer Entdeckungen wurden mit dem Nobelpreis ausgezeichnet? An welchen Forschungsstätten haben sie gearbeitet? Was waren ihre wichtigsten Erkenntnisse?

Atommodelle

In der geschichtlichen Entwicklung sind zum Beispiel folgende Atommodelle bedeutsam. Fasse die jeweils wichtigsten Aussagen zusammen:

Relativitätstheorie

Ausgehend von unerklärlichem Verhalten der Materie und von Gedankenexperimenten wurden neue Theorien entwickelt, die unter Anderem durch astronomische Beobachtungen bestätigt werden konnten. Völlig neue mathematische Betrachtungsweisen und paradoxe Situationen kennzeichnen den Paradigmenwechsel zwischen klassischer und relativistischer Physik.

Während sich die spezielle Relativitätstheorie mit dem Problem hoher Geschwindigkeiten auseinandersetzt, werden in der allgemeinen Relativitätstheorie Phänomene betrachtet, die mit sehr großen Massen auftreten.

Gib eine Zusammenstellung relativistischer Effekte an. Treten sie deiner Meinung nach auch "im Alltag" auf?

Die Natur des Lichts

Wie Lichtstrahlen sich - ohne Materie - durch den nahezu leeren Weltraum ausbreiten können war ebenso ungeklärt wie die Frage, wie Licht überhaupt entsteht. Das Verhalten von Licht wurde durch die Annahme eines Wellenvorgangs weitgehend geklärt - die Entstehung von Licht führte zu den weitreichendsten Entdeckungen des 20. Jahrhunderts...

Fasse die Eigenschaften von Licht zusammen, die dir schon bekannt sind! Kannst du auch Berechnungen rund um Licht und Lichtstrahlen anstellen?

Radioaktivität

Kann die Sonne ein gewaltiges Kohlenfeuer sein, das uns über Jahrmilliarden mit Energie versorgt? Wie lange wird die Sonne ihre Energie noch "vergeuden" können? Diese Sorge spiegelt sich in verschiedenen Facetten des Kältetodes der Erde, bei dem absinkende Temperaturen schließlich alles Leben erlöschen lassen.

Eine beruhigende Antwort - zumindest in Hinblick auf die Stabilität und Energie der Sonne - kann die Erforschung des Atomkerns geben.

Seltsam: Im 21. Jahrhundert spielt die Diskussion um die globale Erwärmung ähnliche Szenarien durch... Was stimmt? Was kann als gesichert ansehen werden? Welche Lösungen durch die moderne Physik sind in Sicht?

Bildet Arbeitsgruppen und gebt Chancen und Gefahren der Hochtechnologie für die Menschheit an. Notiert offene Fragen für den folgenden Unterricht!

Weblinks