Dienstag, 28. März 2017

[ #naturwissen ] Die Bedeutung des Messens: Paradigmenwechsel 2018 für neues Internationales Einheitensystem (SI)

Der Herbst des Jahres 2018 wird, soviel ist heute schon sicher, für einen Eintrag in die Geschichtsbücherder Wissenschaft sorgen. Und es könnte sogar sein, dass nicht nur die Wissenschaftsgeschichte von dem Ereignis Notiz nimmt, sondern auch viel grundsätzlicher die Kulturgeschichte.

Paradigmenwechsel. Denn in jenem Herbst des Jahres 2018 soll etwas mit Brief und Siegel versehen werden, woran schon seit Jahren und Jahrzehnten mit höchster Messkunst in den Nationalen Metrologieinstituten gearbeitet wird: an einer grundlegenden Revision des Internationalen Einheitensystems (Système International d’unités, kurz: SI).

Die (Basis-)Einheiten werden auf eine so fundamentale Art neu definiert werden, dass von einem Paradigmenwechsel gesprochen werden muss. Nicht mehr eine ausgewählte kleine Menge von Basiseinheiten, mit all ihren historischen Zöpfen, Willkürlichkeiten und Idealisierungen, werden von diesem Moment an der Welt die Maße sagen, sondern vielmehr eine Menge von Naturkonstanten. Also jene „Objekte“, die im Gegensatz zu jeder Maßverkörperung wirklich unveränderlich sind.

Bis jetzt hat man Einheiten und bestimmt in diesem Einheitensystem die Werte der Naturkonstanten
– was zu dem bemerkenswerten Umstand führt, dass sich die Werte der Naturkonstanten permanent ändern, weil sich in diesen Werten unsere Messmöglichkeiten widerspiegeln.

Die Metrologie (gr. μετρώ metró „messen“ und -logie) wird als „Wissenschaft vom Messen und ihre Anwendung“ definiert. Die Metrologie ist nicht zu verwechseln mit der Meteorologie (von gr. μετέωρος metéōros „in der Luft schwebend“, siehe auch Meteor), der Wetterkunde.

Morgen, also nach dem Herbst 2018, kehrt sich dieses Verhältnis um: Aus festgelegten Werten der Naturkonstanten ergeben sich die Einheiten als Schlussfolgerung. Wenn die Naturkonstanten wirklich
konstant sind, hat unser Einheitensystem dann die festeste und zuverlässigste Basis, die sich denken lässt.

PTB-Mitteilungen. Die PTB-Mitteilungen erscheinen 4-mal jährlich und sind das metrologische Fachjournal der deutschen Physikalisch-Technischen Bundesanstalt – vorwiegend mit Übersichtsartikeln zu metrologischen Themen aus den Arbeitsgebieten der PTB. Jede Ausgabe ist einem Themenschwerpunkt gewidmet.

[ #MINTsprint ] ⇒

Lohnt sich ein Download? Ein schneller Blick auf den Inhalt sagt mehr: 
Inhalt
Experimente für das neue Internationale Einheitensystem (SI)
Vorwort 3
Jens Simon
Naturkonstanten als Fundament
Paradigmenwechsel im Internationalen Einheitensystem (SI) 5
Rainer Scharf, Thomas Middelmann
Frequenz eines atomaren Übergangs
Wie tickt eine Atomuhr? – Realisierung der Sekunde von 1955 bis heute 17
Andreas Bauch, Stefan Weyers, Ekkehard Peik
Lichtgeschwindigkeit
Interferometrie – wie entlocke ich dem Licht eine Länge? 35
René Schödel
Elementarladung
Elektronen zählen, um Strom zu messen 53
Hansjörg Scherer, Uwe Siegner
Planck’sches Wirkungsquantum & Avogadro-Konstante
Atome zählen für Masse und Stoffmenge 63
Peter Becker, Horst Bettin
Elektrisch-mechanisches Gleichgewicht – die Wattwaage 79
Michael Gläser
Boltzmann-Konstante
Wie viel Energie steckt in der Temperatur? 89
Joachim Fischer, Bernd Fellmuth, Christof Gaiser
Photometrisches Strahlungsäquivalent
Ein Maß für sichtbares Licht – Entwicklung und Bedeutung im Internationalen Einheitensystem 99
Armin Sperling, Stefan Kück
PTB-Innovationen
Ausgesuchte Technologieangebote und Erfolgsgeschichten zu den SI-Einheiten 109

[ #naturwissen ] Auf Sand gebaut? Lesebuch "Naturkonstanten"

In einem explodierenden Universum, wo jeder Blick in noch tiefere Vergangenheiten (bis 300.000 Jahre an den Urknall heran) führt, wo auf den „big bang“ in vielleicht 10X Jahren der „big crush“ folgen wird, gibt es nichts absolut Unveränderliches.

Und doch: Die Liste der fundamentalen Naturkonstanten ist der Steckbrief unseres Universums. Eine Handvoll Zahlen und ein paar Naturgesetze sind die Quintessenz des Kosmos. Auf diesem unwandelbaren Fundament spielt sich eine oftmals zufällige Entwicklung ab, in deren Verlauf unsere Milchstraße, das Sonnensystem, die Erde und das irdische Leben entstanden sind. Während am Ende selbst die Sterne und die Galaxien vergehen, ist auf die Naturkonstanten Verlass. Sie haben überall im Kosmos und zu allen Zeiten denselben Wert, sie hängen von nichts anderem ab und sie lassen sich nicht auf andere Größen zurückführen.

Seit der Mitte des 20. Jahrhunderts hat die präzise Bestimmung der Naturkonstanten sich derart rapide verbessert, dass alle Messungen aus der Zeit vor dem Zweiten Weltkrieg heute als historisch betrachtet werden. Das gesteigerte Interesse an einer theoretischen Beschreibung der Natur hat in den vergangenen Jahrzehnten zu einer Verfeinerung der Messmethoden geführt. Denn der Wert ein und derselben Naturkonstanten – ausgehend von unterschiedlichen physikalischen Phänomenen gemessen – ist ein wichtiger Test für die Konsistenz der physikalischen Theorien untereinander. Umgekehrt hängt die Genauigkeit theoretischer Vorhersagen davon ab, wie präzise die in die Berechnungen eingehenden Werte der Naturkonstanten bekannt sind.


Rechnen für die Außerirdischen. Um 1899 versuchte Max Planck, der Entdecker der Quantentheorie, Ordnung in die wichtigsten damalsbekannten Naturkonstanten zu bringen. Er wählte die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (c), die Gravitationskonstante (G) und das von ihm selbst entdeckte Wirkungsquantum (h). Diese drei Konstantenstecken „strategische“ Positionen in der Physik ab: c ist die entscheidende Konstante in Einsteins Spezieller Relativitätstheorie, G steht für die Schwerkraft, die zuerst von Newton als fundamentale Kraft erkannt wurde, und h markiert die Grenze zwischen klassischer Physik und Quantenphysik.

Die drei Naturkonstanten c, G und h sind keine reinen Zahlen, sondern Größen mit Maßeinheiten, die sich aus dem Meter (m), der Sekunde (s) und dem Kilogramm (kg) zusammensetzen. Mit ihnen konnte Planck universelle Maßeinheiten für Länge, Zeit und Masse bilden, die an die Stelle der „irdischen“ Einheiten m, s und kg treten.  Während Meter, Kilogramm und Sekunde bloße Konventionen sind, die selbst auf der Erde nicht überall Verbreitung gefunden haben, kommt den Planck-Einheiten universelle Bedeutung zu: Vertreter einer außerirdischen Zivilisation wüssten, was wir mit diesen Einheiten meinen.

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Samstag, 25. März 2017

[ #naturwissen ] Europäischer Atlas der Boden-Biodiversität

Der Boden, Heimat von ungefähr einem Viertel aller Spezies auf der Erde, ist in Gefahr. 

Das Joint Research Center (JRC), die gemeinsame Forschungsstelle der Europäischen Kommission, stellt im Europäischen Atlas der Boden-Biodiversität erstaunliche Bodenorganismen und deren Funktionen im Boden zusammen.
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[ #naturwissen ] Amphibien und Reptilien in Vorarlberg


Rote Liste gefährdeter Amphibien und Reptilien Vorarlbergs.

Sechs Reptilien sind in Vorarlberg heimisch: Blindschleiche, Zauneidechse, Bergeidechse, Ringelnatter, Schlingnatter und Kreuzotter. Dazu elf Amphibien: Grasfrosch, Teichfrosch und Kleiner Wasserfrosch, Seefrosch, Laubfrosch, Erdkröte, Gelbbauchunke, Bergmolch, Teichmolch, Kammmolch und Alpensalamander. Eine tolle Website informiert.
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Freitag, 24. März 2017

[ #mathematik ] GEONExT - Free: Dynamische Mathematiksoftware für Volksschule bis Uni


Die dynamische Mathematiksoftware GEONExT eröffnet neue Wege des Lehrens und Lernens im Mathematikunterricht. Sie erlaubt Visualisierungen, die mit Papier, Bleistift und traditionellen Konstruktionswerkzeugen bzw. an der Tafel nicht realisierbar sind.

GEONExT bietet die Basis für einen Unterricht, der Schülern eigenverantwortliches, selbständiges und kooperatives Arbeiten sowie einen aktiv-entdeckenden Zugang zu mathematischen Inhalten ermöglicht.   GEONExT kann ohne Kosten im Unterricht und außerhalb der Schule eingesetzt werden. Die Weitergabe der Software an Schülerinnen und Schüler ist somit problemlos möglich

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Montag, 20. März 2017

[ #biochemie ] Bilddatenbank für die Rab-Proteine: "GoogleMap" für die Zelle?

So wie man bei Google Maps nach bestimmten Straßen oder Orten suchen kann, kann man nun auch in der Zelle nach bestimmten Proteinen suchen. 


Max-Planck-Institut. Wissenschaftler des Max-Planck-Institutes für molekulare Zellbiologie und Genetik präsentieren eine Bilddatenbank, die die Lokalisation aller 27 Proteine der Rab-Familie wiedergeben. Zudem bietet die Datenbank Informationen darüber, wo diese Proteine exprimiert werden. Dafür wurden Daten in sechs verschiedenen Gewebearten und 23 Zelltypen generiert. Die Mikroskopiebilder wurden allesamt in der Fruchtfleige Drosophila melanogaster aufgenommen. Die Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift "Developmental Cell".
Die 3D-Bilder sind offen zugänglich und können kostenlos durchsucht und heruntergeladen werden. Zudem sind alle Aufnahmen mit Anmerkungen versehen, die ebenfalls durchsucht werden können.
Rab-Proteine. Die Rab-Proteine sind in wichtige Vorgänge im Verkehr zwischen Zellen involviert und dienen deshalb vielen Forscher als Ansatzpunkt, um bestimmte Transportrouten zu manipulieren.Sie sind multifunktionelle "Lotsen" für Transportvorgänge innerhalb von Zellen. Mutationen in einzelnen Rab-Partner-Proteinen führen zu schwerwiegenden Störungen, wie dem fortschreitenden Zerfall der Retina (Augennetzhaut) beim Menschen.

 [ #MINTsprint ] ⇒



[ #naturwissen ] Fußball im MINT-Unterricht der Volksschüler (deutsch + englisch)

Was ist die perfekte Ballflugkurve, welche besonderen Eigenschaften hat der Rasen auf einem Bolzplatz und wie hoch ist die CO²-Bilanz einer Europameisterschaft?

Rund um das Thema Fußball lässt sich auch im MINT-Unterricht trefflich diskutieren: 20 Lehrkräfte aus 15 europäischen Ländern haben zwölf Unterrichtseinheiten entwickelt, die zeigen, wie der beliebte Sport die Fächer
  • Biologie, 
  • Chemie, 
  • Informatik, 
  • Mathematik, 
  • Physik und 
  • Technik 
zur runden Sache macht. Von der Messung der Luftdichte im Ball, über den Einfluss von Energy-Drinks auf die körperliche Leistung der Spielerinnen und Spieler bis zur Berechnung der Treffer-Wahrscheinlichkeit bei einem Elfmeter bietet die Broschüre Lehrkräften der Sekundarstufe ein breites interdisziplinäres Spektrum an Experimenten. Schülerinnen und Schüler können damit naturwissenschaftliche Phänomene des Fußballsports selbstständig entdecken und erforschen.

Die Broschüre wurde ermöglicht durch SAP und ist nach ‚iStage 1 – Informations- und Kommunikationstechnologien im naturwissenschaftlichen Unterricht‘ und ‚iStage 2 – Smartphones im naturwissenschaftlichen Unterricht‘ der dritte Band in der ‚iStage‘-Reihe. Die Publikation kann auf Deutsch und Englisch kostenfrei als Print-Exemplar (info@science-on-stage.de) bestellt, oder als PDF in mehreren Sprachversionen heruntergeladen werden. Außerdem ist die Broschüre auch als iBook erhältlich.

 [ #MINTsprint ] ⇒