Dienstag, 28. März 2017

[ #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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