Das Buch „Die Welt der Physik und die Physik der Welt. Einfache Gesetze des Universums“ / Sudo Null IT News

Bild

Seid gegrüßt, Khabroschiten!

Erstaunlich ist der phantastische Umfang und die Bandbreite der Themen, mit denen sich die moderne Physik auseinandersetzt. Wir wissen, woraus alles (oder fast alles) um uns herum besteht, wir sehen das Unsichtbare, wir erforschen die Verbindungen aller Würfel des Universums, wir können die Entwicklung des Universums fast vom Moment der Geburt des Weltraums an verfolgen Zeit, und die Gesetze der Physik erlauben es uns, Technologien zu entwickeln, die unser Leben verändern.

Alles, was Sie in diesem Moment umgibt, alles, was die Menschheit geschaffen oder gebaut hat, ist dank unseres Verständnisses der Naturgesetze Wirklichkeit geworden – der Kräfte, die an der Entstehung der Welt beteiligt sind, und der Eigenschaften der Materie, auf die diese Kräfte einwirken . Wie können wir die Gesetze der Welt, in der wir leben, verstehen?

Bestsellerautor und BBC-Moderator Jim Al-Khalili bekennt sich zu seiner Liebe zur Physik und möchte zeigen, wie wunderbar sie ist. Nachdem Sie dieses Buch gelesen haben, können Sie nicht nur verstehen, was Physiker in die Konzepte „Raum und Zeit“, „Energie und Materie“ investieren, sondern auch erfahren, was uns in Zukunft erwartet. Dunkle Materie und Energie, Multiversen und vieles mehr werden für Sie keine leeren Worte mehr sein.

Lernen Sie die Geschichte der modernen Physik ohne Formeln und langweilige Erklärungen kennen!

SUCHEN SIE NACH EINFACHHEIT

Für mich liegt die wahre Schönheit der Physik nicht nur in den abstrakten Gleichungen oder erstaunlichen Ergebnissen von Experimenten, sondern auch in den grundlegenden Prinzipien, die der Existenz der Welt zugrunde liegen. Sie sind nicht weniger schön als ein atemberaubender Sonnenuntergang oder ein großartiges Kunstwerk – ein Gemälde von Leonardo da Vinci oder eine Sonate von Mozart. Das ist die Schönheit, die nicht in der erstaunlichen Tiefe der Naturgesetze liegt, sondern in der trügerischen Einfachheit, zu erklären, wie sie funktionieren (wenn wir es wissen).

Und ein hervorragendes Beispiel dafür ist die Suche nach den grundlegenden Strukturelementen der Materie, mit der sich die Menschheit seit langem beschäftigt. Sieh dich um. Denken Sie an die große Vielfalt an Materialien um uns herum: Beton, Glas, Metall, Kunststoff, Holz, Textilien, Lebensmittel, Chemikalien … und woraus Pflanzen, Katzen, Menschen bestehen … Millionen verschiedener Substanzen, jede mit ihren eigenen charakteristischen Eigenschaften, einschließlich Kompressibilität, Härte, Fließfähigkeit, Brillanz, Flexibilität, Wärme, Kälte … Wenn wir nichts über Physik oder Chemie wüssten, würde man meinen, dass die meisten Materialien wenig miteinander gemein haben; Wir wissen jedoch, dass alles um uns herum aus Atomen besteht und die Anzahl der Arten dieser Atome begrenzt ist.

Dies ist jedoch noch nicht alles. Der Aufbau der Materie wurde bereits im 5. Jahrhundert v. Chr. im antiken Griechenland diskutiert. Empedokles schlug zuerst vor, dass Materie aus vier grundlegenden “Elementen” besteht (die Theorie der “vierfachen Wurzeln von allem”): Erde, Wasser, Luft und Feuer. Im Gegensatz zu dieser einfachen Idee schlugen zwei Philosophen, Leukippos und Demokrit, ungefähr zur gleichen Zeit vor, dass Materie aus „Atomen“ besteht, die für das Auge unsichtbar sind. Diese beiden Ideen widersprachen sich jedoch. Demokrit glaubte, dass Materie letztendlich aus grundlegenden Strukturelementen besteht; er dachte, dass es unendlich viele solcher Atome geben könnte. Unterdessen argumentierte Empedokles, der davon ausging, dass alles um uns herum aus vier Elementen besteht, dass diese Elemente kontinuierlich ineinander fließen und unendlich in kleinere Einheiten geteilt werden können. Sowohl Platon als auch Aristoteles unterstützten die letztere Theorie und lehnten den Atomismus von Demokrit ab, da sie glaubten, dass der vereinfachte mechanistische Materialismus nicht die ganze Vielfalt an Schönheit und Formen der Welt um uns herum erklären könne.

Was die griechischen Philosophen taten, war keine wahre Wissenschaft im modernen Sinne. Abgesehen von ein paar bekannten Ausnahmen – Aristoteles, der Beobachtungen machte, und Archimedes, der Experimente durchführte, wurde der Rest gebaut
abstrakte und philosophische Theorien. Trotzdem wissen wir heute mit allen Mitteln der modernen Wissenschaft, dass beide Theorien (die atomistische und die der vier Elemente) zumindest im Geiste nicht allzu weit von der Wahrheit entfernt waren. Die gesamte Materie, aus der unsere Welt besteht, einschließlich des menschlichen Körpers und alles, was wir im Weltraum sehen – die Sonne, der Mond, die Sterne – besteht in Wirklichkeit aus weniger als hundert verschiedenen Arten von Atomen. Wir wissen auch, dass Atome eine innere Struktur haben. Sie bestehen aus mikroskopisch kleinen Kernen, die von einer Elektronenwolke umgeben sind, und der Kern selbst besteht aus kleineren Elementen, Protonen und Neutronen, die wiederum aus noch einfacheren Elementen namens “Quarks” gebildet werden.

Trotz der offensichtlichen strukturellen Komplexität der Materie und der unendlichen Vielfalt von Substanzen, die aus chemischen Elementen gebildet werden, ist die Wahrheit, dass alte Wissenschaftler bei ihrer Suche nach Einfachheit auf halbem Weg stehen geblieben sind. Nach heutigem Verständnis der Physik besteht alle sichtbare Materie nicht aus den von den Griechen vorhergesagten vier Elementen, sondern aus drei Elementarteilchen: dem „up“-Quark, dem „down“-Quark und dem Elektron. Und nur etwas. Alles andere sind Details.

Doch die Aufgabe der Physiker besteht nicht nur darin, zu klassifizieren, woraus die Welt besteht. Es geht auch darum, die richtigen Erklärungen für die von uns beobachteten Naturphänomene sowie die ihnen zugrunde liegenden Prinzipien und Mechanismen zu finden. Obwohl die alten Griechen leidenschaftlich über die reale Existenz von Atomen oder die abstrakte Beziehung zwischen Materie und Form stritten, hatten sie keine Ahnung, warum Erdbeben auftreten oder woher Blitze kommen, geschweige denn solche astronomischen Phänomene wie die Mondphasen oder das periodische Erscheinen von Kometen – obwohl sie versuchten, es zu verstehen.

Wir haben seit der Zeit der alten Griechen einen langen Weg zurückgelegt, aber es gibt noch viel zu verstehen und zu erklären. Die Physik, über die ich in diesem Buch sprechen werde, ist im Grunde das, dessen wir uns sicher sind. Ich werde immer erklären, warum wir uns dessen sicher sind, und notieren, was noch zu klären ist. Natürlich verstehe ich, dass dieses Buch in einigen Teilen bald veraltet sein wird. Tatsächlich kann es vorkommen, dass am Tag nach seiner Veröffentlichung eine Entdeckung gemacht wird, die uns zwingt, unsere Ideen teilweise zu revidieren. Aber das ist die Natur der Wissenschaft. Im Grunde beschreibt alles, was in dem Buch besprochen wird, die Welt, wie sie ist, und dies wurde zweifellos bereits festgestellt.

Im nächsten Kapitel werde ich das Konzept der Skalierung untersuchen. Keine Wissenschaft geht so mutig vor wie die Physik, mit einer solchen Bandbreite an Skalen, Zeit- und Energieparametern, von der kleinsten Welt der Quanten bis zum riesigen Kosmos oder von einem Moment bis zur Ewigkeit.

Sobald wir eine Vorstellung vom Umfang der Phänomene haben, mit denen sich die Physik befasst, begeben wir uns auf die eigentliche Reise, beginnend mit den drei Säulen der modernen Physik: Relativitätstheorie, Quantenmechanik und Thermodynamik. Um das Bild der Welt zu malen, das wir mit Hilfe der Physik gewonnen haben, müssen wir zunächst eine Leinwand vorbereiten – und in diesem Fall sind es Raum und Zeit. Alles im Universum entsteht durch Ereignisse, die zu einem bestimmten Zeitpunkt irgendwo im Weltraum stattfinden. Wie wir jedoch in Kapitel 3 sehen werden, kann die Leinwand nicht vom Gemälde getrennt werden. Raum und Zeit selbst sind ein untrennbarer Teil der Realität. Sie werden staunen, wenn Sie erfahren, wie sich das Verständnis der Physiker von Raum und Zeit von ihrem üblichen, alltäglichen Verständnis unterscheidet, da es auf Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie basiert, die das Wesen von Raum und Zeit beschreibt und bestimmt, wie wir uns das Kosmische vorstellen Stoff. Wenn die Leinwand fertig ist, können Sie mit den Farben fortfahren. In Kapitel 4 werde ich erklären, was der Physiker unter Materie und Energie versteht, den Grundelementen des Universums; woraus sie bestehen, wie sie entstehen und wie sie sich verhalten. Dieses Kapitel ergänzt das vorherige, da es auch besprechen wird, wie Materie und Energie untrennbar mit dem Raum und der Zeit verbunden sind, in denen sie existieren.

In Kapitel 5 tauchen wir in die Welt des extrem Kleinen ein und vergrößern sie um ein Vielfaches, um die grundlegenden Bausteine ​​der Materie zu erforschen. Das ist eine Quantenwelt, in der sich Materie ganz anders verhält als in unserem Alltag, und unser Verständnis der realen Sache nicht ganz eindeutig wird. Und doch … die Art und Weise, wie wir Quanten verstehen, ist viel mehr als ein Flug der Vorstellungskraft oder nur eine intellektuelle Abstraktion; ohne eine gewisse kenntnis der gesetzmäßigkeiten, die für die bauelemente von materie und energie gelten, könnten wir keine moderne hightech-welt aufbauen.

In Kapitel 6 werden wir die Vergrößerung wieder entfernen, die Quantenwelt verlassen und sehen, was passiert, wenn viele Teilchen zu einem einzigen Ganzen kombiniert werden und größere und komplexere Systeme bilden. Was meinen Physiker, wenn sie von Ordnung, Unordnung, Komplexität, Entropie und Chaos sprechen? Hier stelle ich Ihnen die dritte Säule der Physik vor – die Thermodynamik, die sich mit der Lehre von Wärme, Energie und den Eigenschaften von Materiemassen befasst. Unweigerlich stellt sich uns die Frage: Was macht das Leben als solches besonders? Wie unterscheidet sich lebende Materie von unbelebter Materie? Schließlich muss das Leben den gleichen Gesetzen gehorchen wie alles andere. Mit anderen Worten, kann uns die Physik helfen, den Unterschied zwischen Chemie und Biologie zu verstehen?

In Kapitel 7 untersuche ich eines der schwierigsten Konzepte der Physik – die Vereinigung. Es hängt damit zusammen, wie wir universelle Gesetze gesucht und immer wieder gefunden haben, die scheinbar unvereinbare Naturphänomene im Rahmen einer einzigen universellen Theorie vereinen. Ich werde dieses Kapitel mit einem Überblick über die ersten Versuche einer umfassenden physikalischen Theorie von allem abschließen.

In Kapitel 8 werden wir an die Grenzen dessen gelangen, was wir jetzt über das physikalische Universum verstehen, und wir können endlich unseren Blick auf das Unbekannte richten. Ich werde über einige der Geheimnisse des physikalischen Universums sprechen, mit denen Physiker auf der ganzen Welt derzeit zu kämpfen haben, und darüber, wie nahe wir daran sind, sie zu enthüllen.

Das vorletzte Kapitel widmet sich der Frage, wie das Zusammenspiel von Theorie und Praxis in der Physik zur Entstehung von Technologien geführt hat, die wir heute aktiv nutzen. Ohne die Quantenmechanik könnten wir beispielsweise nicht verstehen, wie Halbleiter funktionieren, oder den Siliziumchip erfinden, auf dem die gesamte moderne Elektronik basiert, und ich würde diese Worte nicht auf meinem Laptop tippen. Ich werde auch versuchen vorherzusagen, wie die moderne Forschung auf dem Gebiet der Quantentechnologien die Welt auf unerwartete Weise revolutionieren kann.

Im letzten Kapitel untersuche ich den Begriff der wissenschaftlichen Wahrheit, insbesondere in unserer postfaktischen Gesellschaft, in der viele der Wissenschaft misstrauisch gegenüberstehen. Wie unterscheidet sich der Prozess der wissenschaftlichen Forschung von anderen menschlichen Aktivitäten? Gibt es so etwas wie eine absolute wissenschaftliche Wahrheit? Und wenn die Aufgabe der Wissenschaft darin besteht, das Bild der Welt um uns herum zu klären, wie können Wissenschaftler dann den Rest der Gesellschaft vom Wert wissenschaftlicher Forschung überzeugen, die in der Bildung und Prüfung sowie der Verwerfung von Hypothesen besteht, wenn dies der Fall ist? Daten unterstützen sie nicht? Wird die Wissenschaft eines Tages enden, wenn wir alles wissen, was wir können?
wissen? Oder wird uns die Suche nach Antworten weiterhin dazu zwingen, an immer mehr Problemen zu arbeiten?

Ich habe Ihnen in der Einleitung versprochen, dass ich versuchen werde, mich nicht zu philosophischen Überlegungen hinreißen zu lassen, und doch tue ich das jetzt, und ich habe die Einleitung noch nicht einmal abgeschlossen. Also hole ich jetzt tief Luft und wir machen uns mit aller Vorsicht und dem nötigen Ausmaß der Phänomene auf den Weg.

Weitere Details zum Buch finden Sie unter Website des Verlags:
» Inhaltsverzeichnis
» Auszug

Für Khabrozhiteli 25% Rabatt auf den Gutschein – Physik

Similar Posts

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *